Tiểu luận mô hình chất lượng nước tính toán và lập biểu đồ sự lan truyền BOD trong kênh thẳng có chiều rộng trung bình b = 15 m

Phần mềm Qual2E Qual2E là phần mềm tính toán chất lợng dòng chảy mặt, mô phỏng quá trình xáo trộn khuếch tán các chất thải từ các điểm xả hoặc nhánh sông vào lu vực sông cần kiểm soát nồ

Trang 1

Câu 1: Tính toán và lập biểu đồ sự lan truyền BOD trong kênh thẳng có chiều rộng trung bình B = 15 m, vận tốc dòng chảy trung bình v=0,25 m/s đến khoảng cách x = 5000 m với nồng độ BOD ban đầu trong nớc thải Cx,0 = 150 mg/l Hệ số K= 2.10-5/s.

3.1 Phần mềm Qual2E

Qual2E là phần mềm tính toán chất lợng dòng chảy mặt, mô phỏng quá trình xáo trộn khuếch tán các chất thải từ các điểm xả hoặc nhánh sông vào lu vực sông cần kiểm soát nồng độ ô nhiễm Dựa vào các dữ liệu đa vào nh: BOD, COD, pH, N, P, tảo …của các của các

điểm xả hoặc nhánh sông từ đó máy sẽ cho kết quả thành phần các chất ô nhiễm có trong lu vực sông tại điểm tính toán Qua đó có thể kết luận đợc tại 1 điểm bất kỳ của

l-u vực sông có đạt tiêl-u chl-uẩn cho phép hay không và đa ra các kết ll-uận nhận xét, giải pháp phù hợp.

Cấu trúc dữ liệu đa vào gồm 2 thành phần:

- Thành phần “HeadWaters” đợc xem là điểm đầu tiên của lu vực sông cần tính toán.

- Thành phần “Reaches” đợc xem là các phần tử trên lu vực sông Cần nhập các thông số đầu vào của nhánh đó nh: to, pH, BOD, DO, SS …của các

Khoảng cách giữa HeadWaters và Reach hoặc Reach với Reach đợc lấy theo từng kết quả cụ thể Nó khác nhau khi tính toán với BOD, DO, SS, tảo…của các

Chơng trình có khả năng tính toán mô phỏng tới 15 chỉ tiêu chất lợng nớc với mọi kết cấu định nghĩa mô hình tính toán do ngời dùng đề ra Các chỉ tiêu đó bao gồm:

1 Oxy hoà tan – DO;

2 Nhu cầu oxy sinh hoá – BOD;

3 Nhiệt độ;

4 Tảo tính theo Chlorophyll – A;

5 Nitơ hữu cơ tính theo Nitơ – N;

6 Nitrit tính theo Nitơ – N;

7 Nitrat tính theo Nitơ – N;

8 Amonia tính theo Nitơ – N;

9 Photpho hữu cơ tính theo Photpho – P;

10 Phot pho hoà tan tính theo Photpho – P;

11 Coliform;

12 Một thông số đặc trng chất bền vững;

13 Ba (3) thông số các chất không bền vững.

Qual2E đợc áp dụng tính toán cho dòng chảy xáo trộn hòa tan, tính toán quá trình truyền tải tải lợng của các chỉ tiêu trên theo hớng dòng chảy từ thợng lu đến hạ lu và sự

Trang 2

lan tỏa của chúng Qual2E cũng tính đến quá trình vận chuyển thay đổi các chỉ tiêu khi

có yếu tố các dòng chảy trên sông hoặc kênh hợp lu và trên lu vực của dòng chảy có nhiều điểm xả Ngoài ra, Qual2E cũng còn tính đến quá trình pha loãng của các dòng chảy khi hợp lu có chỉ tiêu DO khác nhau.

* Công thức mô tả quá trình phân tán chất bẩn trong Qual2E:

Công thức cơ bản đợc sử dụng cho Qual2E là công thức mô tả quá trình phân tán chất bẩn một chiều, quá trình này đợc mô tả biến đổi theo thời gian của các thành phần tạo nên chất lợng nớc Công thức này bao gồm sự ảnh hởng của tầng bình lu, quá trình phân tán, sự pha loãng, …của các Cho mọi chỉ tiêu có nồng độ là C, công thức có thể viết:

s dt

dC ) dx A ( dx x

) uC A ( dx x

x

C D A t

M

x x

L x



























Trong đó:

M – tải lợng (M);

x – khoảng cách tính toán (L);

t – thời gian (T);

C – nồng độ chất thải (ML-3);

Ax – diện tích mặt cắt ớt (L2);

DL – hệ số phân tán theo phơng x (L2T-1);

u – vận tốc trung bình (LT-1);

s – nồng độ chất nguồn khác bổ cập (MT-1).

Do M = VC, ta có:

t

V C t

C V t

) VC ( t

M















 Khi đó: VAdx= sự tăng thể tích (L-3);

Nếu trong trờng hợp dòng chảy là ổn định, khi đó 0

t

Q





, do vậy 0

t

V





Công thức trở thành:

t

C V t

M







Từ đó ta có:

V

s C dt

dC x A

) uC A ( x

A

) x

C D A ( t

C

x

x x

L x













Trong điều kiện ổn định, đạo hàm riêng bằng 0: 0

t

C





Trong trờng hợp thay đổi một chỉ tiêu hay nói cách khác là yếu tố độc lập của quá trình lan truyền, mô hình một chiều đợc định nghĩa bởi giới hạn:



dt

dC

Thay đổi một chỉ tiêu;

Sự thay đổi có thể là quá trình vật lý, hóa học, phản ứng sinh học và sự t ơng tác xảy ra trong dòng chảy.

* Điều kiện thủy lực:

Trang 3

Chế độ thủy lực Qual2E đã đợc công bố sử dụng chế độ chảy ổn định, tức 0

t

Q





Khi

đó, việc tính toán cân bằng các dòng chảy đối với các phân đoạn có thể viết theo công thức sau: Qxi

x

Q

















Trong đó: (Qx)i – tổng các lu lợng dòng chảy vào, dòng chảy ra và quá trình mất nớc cho từng phân đoạn.

3.2 Cơ sở và sơ đồ kiểm soát chất lợng nớc

Nớc thải khi xả vào các nguồn nớc mặt phải tính đến khả năng tự làm sạch của nguồn

và phải đáp ứng hai điều kiện sau đây:

a Điều kiện cần: Nớc thải không đợc làm ô nhiễm, giảm chất lợng nớc sử dụng ở hạ lu

điểm xả Tại điểm lấy nớc gần nhất phía hạ lu, nồng độ các chất ô nhiễm trong hỗn hợp nớc nguồn và nớc thải không đợc vợt quá giá trị giới hạn cho phép quy định trong quy

chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lợng nớc mặt QCVN 08:2008/BTNMT (xem phụ lục

1).

b Điều kiện đủ: Khi xả vào vực nớc mặt, nớc thải không đợc làm ô nhiễm nớc ngay tại

hạ lu cống xả Nồng độ các chất ô nhiễm trong nớc thải Cxả (mg/l) phải thấp hơn giá trị giới hạn cho phép quy định khi xả vào các vực nớc mặt trong quy chuẩn QCVN

24 :2009/BTNMT – Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nớc thải công nghiệp (xem phụ

lục 2).

QCVN 08:2008/ BTNMT

QCVN

24 :2009/BTNMT

Trang 4

3.4 Kết quả tính toán

3.4.1 Xác định mức độ xử lý nớc thải cần thiết theo chỉ tiêu BOD

3.2 Kết quả tính toán lập biểu đồ dao động BOD trên đoạn sông từ điểm xả nớc thải đến điểm cấp nớc bằng phần mềm Qual2E

Hỡnh 1: Sơ đồ mụ hỡnh tớnh toỏn bằng chương trỡnh QUAL2E

QUAL 2-E for Windows (32 bit version)

by C.R Nippert and J Davis

Widener University, Chester Pa

========================== CONTROL DATA

=========================

Trang 5

INPUT DATA

File : J:\Hung_cam xoa\Cao Hoc\hung\hung.TXT

Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC

Run : Lap bieu do su lan truyen chat BOD

Date : 7/18/2010

Time : 21:47

SIMULATION OPTIONS

Temperature NO

BOD YES

Algae NO

Periphyton NO

Phosphorous cycle NO

Nitrogen cycle NO

Disolved oxygen YES

Fecal Coliforms NO

Conservative Minerals NO

Arbitrary Non-conservative NO

CONTROL OPTIONS

List data input NO

Write optional summary NO

Flow Augmentation NO

Steady state simumlation YES

Trapezoidal channels YES

Print LCD/solar data NO

Plot BOD on CRT YES

Set downstream quality NO

Data is METRIC YES

SIMULATION PARAMETERS

Length of element 0.50 km

Maximum iterations 12

Temperature 1.000 C

Nitrification Inhibition 0.00100

Algae growth rate 0.01000 1/hr

Dissolved Oxygen 0.00100 mg/L

=========================== BASIN DATA

===========================

BASIN STRUCTURE

Trang 6

Number of headwaters 1

Number of reaches

w/o headwaters 0

Total reaches 1

Number of junctions 0

Number or point loads/sinks 1

Number of dams 0

Number of all elements 12

BASIN GEOGRAPHY

Latitiude 45.00

Longitude 45.00

Standard Meridian 45.00

BASIN METEORLOGICAL DATA

Day of year 1

Date mon/dy 1/1

Time of Day 12.00

Evaporation coefficients

AE 6.2E-06 m/hr mbar

BE 5.5E-06 m/hr mbar (m/sec)

Net solar radiation 0.000 Langleys/hr

REACH CLIMATE DATA

No Name Elevation Dust Cloudiness Wind

Attenuation Speed

(m) (mps)

1 Thuong nguon Kenh thang 0.00 0.0650 0.0000 0.250

REACH CLIMATE DATA (cont.)

No Name Dry Wet Pressure

Bulb Bulb

(C) (C) (mbar)

1 Thuong nguon Kenh thang 25.0 20.0 1013.00

TEMPERATURE CORRECTION FACTORS

BOD Decay 1.04700

BOD Settling 1.02400

Reareation 1.02400

SOD Uptake 1.06000

Organic N Decay 1.04700

Organic N Settling 1.02400

Ammonia Decay 1.08300

Trang 7

Ammonia Source 1.07400

Nitrite Decay 1.04700

Organic P Decay 1.04700

Organic P Settling 1.02400

Dissolved P Source 1.07400

Algae Growth 1.04700

Algae Respiration 1.04700

Algae Settling 1.02400

Coliform Decay 1.04700

Nonconservative Decay 1.00000

Nonconservative Settling 1.02400

Nonconservative Source 1.00000

ALGAE, NITROGEN AND PHOSPHOROUS DATA

Oxygen Balance Data

O2 uptake by NH3 oxidation 0.000 mg O2/mg N

O2 uptake by NO2 oxidation 0.000 mg O2/mg N

O2 production by algae 1.600 mg O2/mg algae

O2 uptake by algae 2.000 mg O2/mg algae

Algae properties

Algae Nitrogen Content 0.085 mg N/mg algae

Algae Phosphorous Content 0.013 mg P/mg algae

Algae Growth Rate 0.000 1/dy

Algae Respiration Rate 0.000 1/dy

Nitrogen half sat coef 0.150 mg/L

P half sat coef 0.025 mg/L

Algae selfshade extinction coefficients

Linear term 0.000 1/m(ug cha/L)

Nonlinear term 0.000 1/m(ug cha/L)^2/3

Algae Pref for Ammonia 0.000

Periphyton properties

Temperature Factor 1.0000

Max Photosynthesis Rate 0.000

Respiration Rate Ratio 3.0000

N half sat coef 0.000 mg/L

P half sat coef 0.000 mg/L

Fraction of solar radiation

converted to heat 1.0000

Nitrification coefficient 10.0000

LIGHT SIMULATION OPTIONS

Light function option: Half Saturation

Daily averaging option: Daily Average

Algae growth option: Multiplicative

Light saturation coef 1.0000 Langleys/min

Light averaging factor 0.920

Hours of daylight 12.000

Total daily radiation 0.000 Langleys

DOWNSTREAM CONDITIONS

Set downstream quality NO

Temperature -17.8 C

Coliform 0.00

DO 0.00

BOD 0.00

Mineral 1 0.00

Trang 8

Mineral 2 0.00

Mineral 3 0.00

Arbitrary Nocnonservative 0.00

Algae 0.0000

Organic Nitrogen 0.00

Ammonia 0.00

Nitrite 0.00

Nitrate 0.00

Orgainc Phosphorus 0.00

Dissolved Phosphorous 0.00

=========================== REACH DATA

===========================

IDENTIFICATION

No Name From To Elements

(km) (km)

1 Thuong nguon Kenh thang 6.00 0.00 12

INITIAL CONDITIONS

No Name Temp DO BOD Coliform

(C) (mg/L) (mg/L) (No/100mL)

INITIAL NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS

No Name Chloropyhll Organic Dissolved

Phosphorus Phosphorus

(ug/L) (mg/L) (mg/L)

INITIAL NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS (continued)

No Name Organic Ammonia Nitrite Nitrate

Nitrogen As N As N As N

(mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L)

HYDRAULIC DATA

Trang 9

Trapezoidal channels YES

No Name Side Side Bottom Channel Manning

Slope Slope Channel Slope N

(m/m) (m/m) (m) (m/m)

1 Thuong nguon Kenh thang 0.010 0.010 49.2 0.000 0.020

Discharge coefficients NO

No Name Disp Vel Vel Depth Depth

K Coef Exp Coef Exp

1 Thuong nguon Kenh tha 0.00 0 0.000 0.000 0.000

FLOW AUGMENTATION

Flow Augmentation NO

REACTION COEFFICIENTS

No Name Option BOD BOD

Decay Removal

Rate Rate

1 Thuong nguon Kenh thang OConnor and Dobbins (3) 1.7280 0.0100

REACTION COEFFICIENTS (continued)

No Name Sediment K2 a b

Oxygen

Demand

g/m^2dy

1 Thuong nguon Kenh thang 0.0000 0 0 0.0000

NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS

No Name Organic Organic Ammonia Benthos

No Name Nitrogen Nitrogen Oxidation Ammonia

Hydrolysis Settling Source

(1/dy) (1/dy) (1/dy) (mg/m^2 dy)

1 Thuong nguon Kenh tha 0.000 0.000 0.000 0.000

NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS (continued)

No Name Nitrite Phos Phos Dissolvd

Oxidation Decay Settling Phos

(1/dy) (1/dy) (1/dy) (mg/m^2 dy)

Trang 10

ALGAE AND OTHER COEFFICIENTS

No Name Chloropyll Algae Nonalgal Coliform

To Algae Settling Light Decay

Ratio Rate Extinc Coef

(ug chla/mg) (ft/dy) (1/ft) (1/dy)

ALGAE/OTHER COEFFICIENTS (continued)

No Name Abitrary Arbitrary Benthos

Noncons Noncons Source

Decay Settling Rate

(1/dy) (1/dy) (mg/m^2 dy)

INCREMENTAL INFLOW

No Name Flow Temp DO BOD Coliform

(cms) (C) (mg/L) (mg/L) (No/100mL)

1 Thuong nguon Kenh t 0.250 25.0 0.00 150.00 0.00

INCREMENTAL INFLOW NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS

No Name Chloropyhll Organic Dissolved

Phosphorus Phosphorus

(ug/L) (mg/L) (mg/L)

INITIAL NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS (continued)

HEADWATER PROPERITES

Number of headwaters 1

No Name Flow Temp DO BOD

(cms) (C) (mg/L) (mg/L)

Trang 11

1 Thuong nguon Kenh thang

Element 0.25 25.0 6.90 3.10

HEADWATER NITROGEN AND PHOSPHORUS

No Name Coliform Chlorophyll Organic Dissolved

Phosphorus Phos

(No/100ml) (ug/L) (mg/L) (mg/L)

Element 0.000 0.000 0.000 0.000

HEADWATER NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COPNCENTRATIONS (continued)

Element 0.000 0.000 0.000 0.000

=================== SOURCE/SINK & DAM SITE DATA

==================

POINT SOURCE/SINK PROPERITES

No Name Type Prcnt Flow Temp DO BOD

Treat

(cms) (C) (mg/L) (mg/L)

2 Nuoc thai xa vao k SOURCE 0.0000 0.752 25.0 1.00 210.00

POINT SOURCE/SINK Minerals

No Name Coliform Chlorophyll Organic Dissolved

Phosphorus Phos

(No/100ml) (ug/L) (mg/L) (mg/L)

Trang 12

2 Nuoc thai xa vao kenh 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

POINT SOURCE/SINK Minerals

2 Nuoc thai xa vao kenh 0.000 0.000 0.000 0.000

QUAL 2-E for Windows (32 bit version)

by C.R Nippert and J Davis

Widener University, Chester Pa

========================== CONTROL DATA

=========================

HYDRAULIC DATA

File : J:\Hung_cam xoa\Cao Hoc\hung\hung.HYD

Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC

Run : Lap bieu do su lan truyen chat BOD

Date : 7/18/2010

Time : 21:47

===================== STEADY STATE SIMULATION

===================

HYDRAULICS SUMMARY (part 1)

El Rch El Begin End Flow Point Inc

No No No Source Flow

(km) (km) (cms) (cms) (m/s)

Thuong nguon Kenh thang

1 1 1 6.00 5.50 0.271 0 0.0208

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	289,5 KB