Applied Math Concepts for Wastewater Plant Operator pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Price, Joanne Kilpatrick

出品人:

页数:528

译者:

出版时间:

价格:79.95

装帧:HRD

isbn号码:9781566769891

丛书系列:

图书标签:

• Wastewater Treatment
• Applied Mathematics
• Water Quality
• Operator Training
• Environmental Engineering
• Process Control
• Calculations
• Plant Operation
• Water Chemistry
• Technical Manual

水处理厂运营中的高级数学应用：理论与实践的桥梁 本书概述： 在水处理行业日益复杂的今天，操作人员面临的挑战已不再仅仅是简单的设备操作与日常维护。随着法规的日益严格、出水水质标准的不断提高，以及对能源效率和成本控制的迫切需求，对水处理流程的深入理解，特别是对其中涉及的数学原理的掌握，已成为一名优秀操作人员的核心竞争力。本书《水处理厂运营中的高级数学应用：理论与实践的桥梁》旨在填补理论知识与实际操作之间的鸿沟，为水处理厂的工程师、技术员和高级操作人员提供一套全面、深入且实用的数学工具箱。 本书的核心目标是使读者能够将抽象的数学模型转化为清晰、可操作的工程决策。我们摒弃了过于繁琐和脱离实际的纯理论探讨，而是聚焦于那些在废水处理的各个单元操作——从初级处理到高级氧化技术——中直接发挥作用的关键数学概念。 第一部分：基础概念的深化与重塑 在深入探讨复杂应用之前，本书首先回顾并深化了操作人员必须牢固掌握的基础数学知识，但视角完全服务于水处理的特定需求。 第1章：流体力学与水力学基础的量化 本章将流速、流量、水头损失以及压力计算等概念，与实际的管道系统、沉淀池和曝气池设计参数紧密结合。我们将详细解析伯努利方程在泵站扬程计算和管道阻力损失预估中的实际应用。重点讨论如何利用雷诺数（Reynolds Number）来判断水流状态（层流或紊流），这对于设计最佳的混合条件和沉淀效率至关重要。此外，对曼宁公式（Manning's Equation）在重力流系统（如集水池和出水渠）中的应用进行了详尽的案例分析，帮助读者精确估算渠道的充盈度和流态。 第2章：化学计量学与反应动力学的数学模型 废水处理本质上是一个复杂的化学反应过程。本章重点剖析化学平衡和反应速率的数学描述。我们将超越简单的化学式配平，深入探讨一级反应和拟一级反应在生物降解（如BOD/COD的去除）中的适用性。读者将学会如何使用半衰期的概念来估算有机物的去除效率，并理解阿伦尼乌斯方程（Arrhenius Equation）如何影响微生物反应速率随温度的变化，从而指导季节性运营调整。对酸碱滴定、缓冲溶液的pH计算，以及如何应用Henderson-Hasselbalch方程来精确控制曝气池的生物反应环境，提供了详尽的步骤和实例。 第二部分：核心单元操作的量化分析 本部分是全书的重点，它将数学工具直接映射到水处理厂的各个关键功能区域。 第3章：沉淀与固液分离的数学优化 沉淀是物理分离的核心。本章详细阐述斯托克斯定律（Stokes’ Law）在颗粒沉降速度计算中的局限性与修正，特别是在高浓度污泥和微小颗粒体系中的应用。重点分析泰勒剪切速率（Taylor Shear Rate）与絮凝效率的关系，帮助操作人员理解搅拌速度对絮体结构的影响。对于倾斜板或管式沉淀池，本书通过沉降面积指数（Solids Flux Theory）的数学推导，指导读者如何使用塔克（که塔克）图法来确定最大允许的表面负荷率，避免污泥上浮和旁流。 第4章：曝气系统的能耗与氧质传递效率 曝气是运营成本最高的环节之一。本章聚焦于氧质传递速率（OTR）的数学模型，特别是Sauter平均直径和总体氧质传递系数（KLa）的计算。读者将学习如何利用溶解氧（DO）的剖面数据，通过质量平衡方程反推曝气池中的实际耗氧速率。此外，书中对不同类型曝气头（如穿孔管、表面曝气机）的几何形状如何影响气泡大小和KLa进行了数学建模的比较分析，为能耗最小化提供了量化依据。 第5章：生物反应器性能的建模与预测 本章是生物处理环节的数学核心。它详尽解析了Monod方程在描述微生物生长速率与底物浓度关系中的应用。重点讲解了巴特兰（Pirt）模型对“饥饿”状态下微生物维持代谢需求（Endogenous Respiration）的量化，这对于污泥龄（SRT）的精确控制至关重要。对于A/O或A2/O等复杂系统，本书引入了质量守恒矩阵来跟踪氮和磷的形态转化，使读者能基于数学预测，而非经验判断，来调整回流比和污泥排放率。 第三部分：过程控制、质量保证与高级数学工具 第6章：过程控制与反馈回路的数学基础 现代水厂依赖自动控制。本章介绍了PID控制器的数学原理——比例（P）、积分（I）和微分（D）项对系统响应时间、超调量和稳态误差的影响。我们将通过实际的DO控制系统案例，演示如何通过调整PID参数来优化曝气能耗，同时保证出水水质的稳定性。对时间常数和系统滞后性的理解，帮助操作人员诊断和解决控制回路中的常见问题。 第7章：风险评估与数据分析的统计学方法 水质数据的变异性是运营中的常态。本章侧重于描述性统计和推论性统计在风险管理中的应用。读者将学习如何使用标准差和变异系数（CV）来量化水质参数的波动性。重点介绍假设检验（如t-检验），用于科学地判断不同操作条件（如两种不同的絮凝剂投加方案）之间是否存在显著差异。对回归分析在预测未来污染物负荷趋势中的应用进行了深入的探讨。 第8章：高级氧化过程的反应速率与停留时间分布（RTD） 在深度处理单元（如臭氧氧化、UV/H2O2）中，数学模型变得更加精细。本章分析了自由基链式反应的简化数学描述，以及如何使用剂量曲线来确定达到目标污染物（如内分泌干扰物）所需的时间与药剂浓度乘积（Ct值）。此外，本书详细解释了停留时间分布（RTD）曲线的采集和分析方法，通过计算平均停留时间和分散系数（Dispersion Number），揭示反应器内是否存在死区或短路现象，为优化反应器设计和运行提供了精确的数学工具。 结语：从“看护者”到“过程优化师” 本书的最终目标是赋能水处理专业人员，使他们能够超越日常的例行检查，将数学和工程原理融入日常决策流程。通过对这些高级概念的掌握，读者将能够更有效地诊断复杂故障、优化化学品和能源消耗，并确保水处理厂在最经济、最高效的状态下稳定运行，真正实现从被动的“水处理看护者”向主动的“过程优化师”的转变。本书的每一个章节都配有真实的水厂数据案例和可供计算练习的场景，确保知识的即学即用。

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