Bài giảng MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG - Phần 9 docx

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH STREETER - PHELPS Bùi Tá Long, Viện Môi trường và Tài nguyên... Nội dung§ Sự phát triển tiếp theo của các mô hình DO/BOD § Phương trình cân bằng: hệ thống

Đường cong DO

D K L

K dt

*

*

=

¹ +

-

-a

t K

a

t K t

K t

K

a

K K

e D

L t

K D

K K

e D e

e K

0 1

1

0 1

0 1

,

,

1 1

t

K o

ù ê

è

-

-=

0

1 0

1 1

1 ln

1

L K

K K

D K

K K

K

t

a

a a

a

c

Streeter Phelps

1.06 -1.081.05

KT (tại 200C)

Để tính KN

Để tính K1

)

Nồng độ pha trộn nước thải trong nước sông

r w

r r

w

w

Q Q

C Q C

Q C

+

+

§ C - nồng độ trung bình sau khi pha trộn

§ Qw - lưu lượng dòng nước thải

§ Cw - nồng độ oxy trong nước thải

§ Qr - lưu lượng dòng sông

§ Cr - nồng độ oxy trong nước sông

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH STREETER - PHELPS

Bùi Tá Long, Viện Môi trường và Tài nguyên

Nội dung

§ Sự phát triển tiếp theo của các mô hình DO/BOD

§ Phương trình cân bằng: hệ thống nút – dòng chảy

(plug – flow)

§ Một số hạn chế mô hình Streeter – Phelps

§ Mô hình Streeter – Phelps cải tiến

› Quá trình hô hấp của lớp bùn đáy

› Quá trình oxy hóa các hợp chất chứa nitơ

› Quá trình lắng các chất lơ lửng

› Quá trình phân tán vật chất trong dòng chảy

§ Sự phụ thuộc vào nhiệt độ T được xác định bằng

công thức Van’t Hoft-Arrhenius

Sự phát triển tiếp theo của các mô hình DO/BOD

Các biến trạng thái: BOD, DO, NH4+

, N2, NO2, N, coliform tổng, chlorophyll

RECEIV II :

Hãng Raytheon (1974)

Giống QUAL I + nhu cầu oxy của động vật đáy, quang hợp, bốc hơi, coliforms, phóng xạ

QUAL II: Quản lý tài nguyên nước (1973)

Lưu ý chi tiết tới các yếu tổ thủy động lực một chiều

QUAL I: Ủy ban phát triển nước thuộc tiểu ban Texas

Sự nitrat hóa tự động Eckenfelder (1970)

Sự lắng đọng Thomas (1961)

Rối, sự tăng trưởng sinh học dưới đáy sông, sự thích nghi khí hậu của vi sinh, độc chất

Eckenfelder and O’Connor (1961)

Các quá trình được lưu ý

Mô hình và nguồn gốc nghiên cứu

Krenkel and Orlob (1963)

O’Connor and Dobbins

(1985)

25 1 25 0

8

-= S D

K a

087 2

6

1088

K a

2 1

8 2147 116

Công thức tính Ka ở 200C ngày-1 theo

vận tốc gió tại độ cao 10 m

2 2

/

1 0 317 0 0372 782

Sự sản sinh oxy từ quá trình

Công thức xác định G

H

LA f

718

2 G

§ e - hệ số mở rộng;có thể coi = 1.8/zs , zs – là độ sâu Secchi.

§ Ia – bức xạ trung bình của mặt trời trong ngày ly/ngày;

§ I - ánh sáng mà ở đó phiêu sinh thực vật tăng trưởng ở mức tối đa, ly/ngày

expI

expexp

LA

a

a

=d

ed-

=b

d

b-

=

Sự hô hấp của phiêu sinh

thực vật, R mg/l.ngày

08 1 1

.

P a

Nhu cầu oxy cho bùn đáy

§ SOD là số g O2/m2.ngày ở nhiệt độ nước 200C

§ SOD có thể đo hay đánh giá theo bảng dưới đây

H SOD

Một vài giá trị SOD thường gặp

0.07 0.05 – 0.1

Đất khoáng

0.5 0.2 – 1.0

Đáy có cát

1.5 1-2

Bùn vùng cửa sông

1.5 1-2

Bùn sinh hoạt ở xa

cống

4 2- 10

Bùn sinh hoạt gần

cống thải

Trung bình Phạm vi

Dạng đáy

SODa - là nhu cầu oxy bùn đáy thực tế ở nồng độ oxy là C

(mg/l)

7 0 +

´

=

C

C SOD

SODa

§ Có ý kiến cho rằng tốc độ hấp thụ độc lập với nồng độ oxy trong lớp nước bề mặt

§ Edwards và Owens (1965) chỉ ra rằng tốc độ hấp thụ thay

đổi theo nồng độ oxy

§ Fillos và Molof đề xuất mối quan hệ sau đây đối với sự phụ thuộc của nồng độ oxy:

Đánh giá SOD

HỆ THỐNG NÚT – DÒNG CHẢY

Phương trình cân bằng: hệ thống nút – dòng chảy (plug – flow)

+ -

x A

C

Q x

A

QC x

A

QC dt

dC

± D

D - D

D

Q t

C

±

¶

¶ -

=

¶

¶

r x

C u

t

¶

¶ -

=

¶

¶

k dx

ö ç

5.787-1.661

0.19200

2.894-0.868

0.42100

1.447-0.446

0.6450

0.868-0.274

0.7630

0.579-0.174

0.8420

0.289-0.094

0.9110

0.145-0.062

0.945

00.0

1.00

x/u ngàyln(C/CO)

C/COx,km

Mô hình Streeter –

Phelps cải tiến

Một số hạn chế mô hình

Streeter - Phelps

§ Chỉ lưu ý tới sự tiêu thụ oxy do quá trình oxy hóa các chất

hữu cơ trong dòng chảy do các vi sinh hiếu khí và sự hòa tan oxy qua mặt thoáng vào nước.

Quá trình hô hấp của lớp bùn đáy

d

S D

k x

D u

¶

¶

Độ thiếu hụt D trong dòng chảy ở điêu kiện ổn định là:

ú û

ù ê

ë

é

÷ ø

ö ç

è

-

æ-+

÷ ø

ö ç

k

S u

x

k D

q S – nhu cầu oxy của lớp cặn đáy, mg O2/m 2 ngày

q d- chiều sâu của lớp nước.

Quá trình oxy hóa các hợp chất chứa nitơ

§ Bổ sung thêm quá trình tiêu thụ oxy do quá trình

oxy hóa các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ (ammônhóa, nitrit và nitrat hóa) Khi đó nhận được phươngtrình:

N k

D

k x

D u

t

D

N

a -

-=

¶

¶ +

¶

¶

Quá trình oxy hóa các hợp chất chứa nitơ (tiếp theo)

§ Độ thiếu hụt oxy D trong dòng chảy ở điều kiện ổnđịnh

ú û

ù ê

ë

é

÷ ø

ö ç

è

-

æ-÷ ø

ö ç

è

-

æ-+

÷ ø

ö ç

x

k k

k

N

k u

x

k D

N a

D u

t

D

-

-=

¶

¶ +

¶

¶

§ Phương trình mô tả sự thiếu hụt oxy do sự phân hủy các

chất hữu cơ và do quá trình quang hợp – hô hấp của hệ

thực vật nước

Quá trình quang hợp – hô hấp (tiếp theo)

§ Sự thiếu hụt oxy trong điều kiện ổn định:

ú û

ù ê

ë

é

÷ ø

ö ç

è

-

æ +

-÷ ø

ö ç

P

R u

x

k D

a

exp0

§ P – sản phẩm sơ cấp của quá trình quang

hợp,mg/l.ngày

§ R – Lượng oxy tiêu hao do quá trình hô hấp,

mg/l.ngày

Loại mô hình này thường được áp dụng tính toán sự biến động về

hàm lượng oxy hòa tan theo thời gian trong ngày tại các lưu vực dòng

Quá trình lắng các chất lơ lửng

§ Trong quá trình lan truyền, một phần các chất hữu cơ dạng

lơ lửng và phân tán sẽ lắng đọng theo các quá trình vật lý,

hóa học và sinh học trong dòng chảy.

L

k x

L u t

¶

¶

D k L

k x

L u t

§ k1 – tốc độ tiêu thụ oxy do quá trình phân hủy các chất hữu cơ, ngày -1.

§ kr – tốc độ chuyển hóa các chất hữu cơ trong dòng chảy, ngày -1.

Quá trình lắng các chất lơ

lửng (tiếp)

÷ ø

ö ç

L 0 exp r

§ ks – tốc độ lắng đọng các chất hữu cơ dạng lơ lửng và

phân tán trong quá trình lan truyền, ngày -1

§ k1 – tốc độ tiêu thụ oxy do quá trình phân hủy các chất

hữu cơ, ngày -1

§ kr – tốc độ chuyển hóa các chất hữu cơ trong dòng chảy,

ú û

ù ê

ë

é

÷ ø

ö ç

è

-

æ-÷ ø

ö ç

è

-

æ-+

÷ ø

ö ç

x

k k

k

L

k u

x

k D

r a

0

Nhu cầu oxy

của bùn đáy

Sự tiêu thụ oxy do quá trình Carbonaceous

Bùn đáy

Mô hình Streeter-Phelps cải tiến

1 sử dụng BOD1; 2 sử dụng BOD2

Nitrogenous BOD

Số liệu đầu vào cho mô hình

Streeter-Phelps cải tiến

-§ SOD (Sediment Oxygen Demand) (g/m 2 ngày)

§ CBOD (carbonaceous biochemical oxygen demand) (mg/l)

§ NH3 - NBOD (nitrogenous biochemical oxygen demand), (mg/l)

§ BOD5 – 5 ngày của BOD (mg/l)

K = K q

-Hằng số thực nghiệm với mỗi nhiệt độ do người dùng lựa chọn

Ө

Giá trị của biến tại 20 °C

Giá trị của biến tại nhiệt độ, T (°C)

KT

Ở đó:

20

T K

Mô hình lý luận DO tuyến tính

Đầu vào cho mô hình DO