Tiểu luận môn học tính toán và lập biểu đồ sự lan truyền BOD trong kênh thẳng có chiều rộng trung bình b = 18 m

- Các quá trình vận chuyển đối lưu và khuếch tán rối quá trình xáo trộn, pha loãng nướcthải với nước nguồn làm thay đổi nồng độ chất bẩn.- Các quá trình biến đổi phân hủy và chuyển hóa t

Trang 1

ĐỀ BÀI SỐ 24

Câu 1:

Tính toán và lập biểu đồ sự lan truyền BOD trong kênh thẳng có chiều rộng trungbình B = 18 m, vận tốc dòng chảy trung bình v = 0,29 m/s đến khoảng cách x = 6000 mvới nồng độ BOD ban đầu trong nước thải Cx,0 = 180 mg/l Hệ số K = 2,15.10-5/s

Câu 2:

Các phương pháp mô hình hoá toán học quá trình biến đổi chất lượng nước

Trang 2

Câu 1 Kết quả tính toán lập biểu đồ giao động BOD trong kênh thẳng

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN QUAL 2-E for Windows (32 bit version)

by C.R Nippert and J Davis

Widener University, Chester Pa

======================= CONTROL DATA =========================INPUT DATA

File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.TXT

Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC

Run : Lap bieu do su lan truyen chat BOD

Date : 7/19/2010

Time : 11:1

Trang 3

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

Trang 4

========================= BASIN DATA ===========================BASIN STRUCTURE

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)

Trang 5

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

Trang 6

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

Trang 7

Light saturation coef 1.0000 Langleys/min

Light averaging factor 0.920

No Name From To Elements

(km) (km)

1 Thuong nguon Kenh thang 6.00 0.00 12

INITIAL CONDITIONS

Trang 8

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

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 59.1 0.000 0.020

Discharge coefficients NO

No Name Disp Vel Vel Depth Depth

K Coef Exp Coef Exp

Trang 9

1 Thuong nguon Kenh tha 0.00 0 0.000 0.000 0.000

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

REACTION COEFFICIENTS (continued)

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

Trang 10

Oxidation Decay Settling Phos

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

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)

1 Thuong nguon Kenh t 0.290 25.0 0.00 180.00 0.00

INCREMENTAL INFLOW NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS

No Name Chloropyhll Organic Dissolved

Phosphorus Phosphorus

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

Trang 11

INITIAL NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS (continued)

HEADWATER NITROGEN AND PHOSPHORUS

No Name Coliform Chlorophyll Organic Dissolved

Trang 12

1 Thuong nguon Kenh thang

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)

2 Nuoc thai xa vao kenh 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

POINT SOURCE/SINK Minerals

Nitrogen As N As N As N

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

2 Nuoc thai xa vao kenh 0.000 0.000 0.000 0.000

Trang 13

QUAL 2-E for Windows (32 bit version)

======================== CONTROL DATA =========================HYDRAULIC DATA

File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.HYD

Trang 14

12 1 12 0.50 0.00 1.33 0 0.0242

HYDRAULICS SUMMARY (part 2)

El Rch El Velocity Travel Depth Width Volume

HYDRAULICS SUMMARY (part 3)

El Rch El Bottom X-sec Dispersion

No No No Area Area Coef

Trang 15

4 1 4 9224 3.996 0

5 1 5 9227 4.047 0

6 1 6 9230 4.098 0

7 1 7 9233 4.148 0

8 1 8 9235 4.198 0

9 1 9 9238 4.247 0

10 1 10 9241 4.296 0

11 1 11 9244 4.345 0

12 1 12 9246 4.393 0

QUAL 2-E for Windows (32 bit version) copyright 1997/99 by C.R Nippert and J Davis Widener University, Chester Pa all rights reserved ======================== CONTROL DATA ========================= REACTION COEFFICIENTS File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.REA Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu do su lan truyen chat BOD Date : 7/19/2010 Time : 11:1 REACTION COEFFICIENT SUMMARY (part 1) El Rch El DO O2 BOD BOD SOD No No No Saturation Reair Decay Settling Rate (mg/L) (1/dy) (1/dy) (1/dy) (g/m^2dy)

Thuong nguon Kenh thang OConnor and Dobbins (3)

1 1 1 8.264 56.561 2.174 0.011 0.000

Trang 16

REACTION COEFFICIENT SUMMARY (part 2)

El Rch El OrgN OrgN NH3 NH3 NO2

No No No Decay Settling Decay Source Decay

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

Trang 17

REACTION COEFFICIENT SUMMARY (part 3)

El Rch El OrgP OrgP DisP Coliform

No No No Decay Settling Source Decay

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

======================== CONTROL DATA =========================WATER QUALITY DATA

File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.QUA

Trang 18

Date : 7/19/2010

Time : 11:1

STEADY STATE SIMULATION

WATER QUALITY VARIABLES (part 1)

Trang 19

Trang 20

======================== CONTROL DATA =========================DISSOLVED OXYGEN DATA

Trang 21

File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.DOD

Date : 7/19/2010

Time : 11:1

DISOLVED OXYGEN (part 1)

El Rch El Nitr F fcn O2 C-BOD SOD

No No No Inhib Input Reair

Trang 22

Trang 23

- Các quá trình vận chuyển đối lưu và khuếch tán rối (quá trình xáo trộn, pha loãng nướcthải với nước nguồn) làm thay đổi nồng độ chất bẩn.

- Các quá trình biến đổi (phân hủy và chuyển hóa) thành phần và nồng độ chất bẩn

Ảnh hưởng của các quá trình này lên nồng độ của các cấu tử phát tán rất khácnhau nhưng đều tuân theo quy luật cân bằng khối lượng Do đó quá trình phát tán chất ô

Trang 24

nhiễm trong dòng chảy có thể mô tả bằng phương trình vi phân cân bằng vật chất có dạngnhư sau:

F z

C E z y

C E y x

C E x z

C V y

C V x

C V t

C

z y

x z

C - nồng độ chất ô nhiễm trong dòng chảy

Vx, Vy, Vz - thành phần vận tốc dòng chảy theo phương x, y, z

Ex, Ey, Ez - các hệ số khuếch tán theo các phương x, y, z

F - lượng vật chất sinh ra hoặc biến đổi trong nguồn theo thời gian t

Các đại lượng V, E, F đặc trưng cho ảnh hưởng của các quá trình xảy ra trongdòng tới sự phân bố các chất ô nhiễm như sau:

- Vận tốc dòng chảy V và hệ số khuếch tán E đặc trưng cho quá trình vận chuyển vật chất

và ảnh hưởng của chúng tới mọi thông số là như nhau Trường vận tốc V đặc trưng choquá trình vận chuyển chất nhờ đối lưu Giả thiết dòng chảy ổn định và lưu lượng đủ nhỏ

để không ảnh hưởng tới chế độ dòng chảy Như vậy, vận tốc dòng chảy chỉ thay đổi theokhông gian mà không phụ thuộc vào thời gian Hệ số khuếch tán E đặc trưng cho quátrình vận chuyển chất nhờ gradient nồng độ và chế độ rối của dòng chảy, vì vậy mà nócòn gọi là hệ số khuếch tán rối Các hệ số này không chỉ phụ thuộc vào bản chất của cấu

tử khuếch tán và môi trường mà còn phụ thuộc vào chế độ thủy động học của dòng chảy

Do đó các hệ số khuếch tán rối E thay đổi theo không gian và không đẳng hướng

- Đại lượng F đặc trưng cho sự thay đổi nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian mà khôngphụ thuộc vào các quá trình phát tán vật chất Đại lượng này phụ thuộc vào bản chất chất

ô nhiễm Như vậy, F biểu thị lượng chất sinh ra do hai nguồn chính tồn tại trong dòngchảy, đó là các quá trình biến đổi trong nguồn nước và nguồn thải:

I ri

Trong đó:

Trang 25

C - nồng độ cấu tử vật chất trong dòng chảy

K - hệ số đặc trưng cho quá trình biến đổi tuân theo quy luật của phản ứng bậc 1

mà cấu tử vật chất tham gia K là hàm số của nhiệt độ, các đặc trưng của dòngchảy, bản chất của cấu tử vật chất

b - thông số đặc trưng cho nguồn thải

Trong trường hợp cấu tử chất bẩn không bị biến đổi theo thời gian (chất bẩn bềnvững) và nguồn thải ổn định, giá trị F bằng 0 Quá trình lan truyền dòng chất bẩn trongnguồn nước đặc trưng bằng phương trình khuếch tán rối:

2 2 2

2 2

2

z

c E y

c E x

c E z

C V y

C V x

C V

t

C

z y

x z

y x

Vx, Vy, Vz - vận tốc dòng chảy theo phương x, y, z

Ex, Ey, Ez - hệ số khuếch tán theo các phương x, y, z

Việc giải phương trình (3) sẽ cho biết sự phân bố nồng độ của các chất ô nhiễmtrong dòng chảy cũng như sự biến đổi của các thông số chất lượng nước như: oxy hòa tan(DO), BOD, SS Đây là phương trình cơ sở cho tất cả các mô hình chất lượng nước Nó

là một phương trình vi phân riêng phần có đạo hàm tới cấp hai, phụ thuộc vào bốn biến

số (một biến số thời gian và ba biến số không gian) Do đó việc giải phương trình gặp rấtnhiều khó khăn Trên thực tế, tùy trường hợp áp dụng, có thể triệt tiêu một số biến trongphương trình và được các mô hình đơn giản như sau:

* Mô hình một chiều:

+ Ổn định: chỉ phụ thuộc một biến không gian

+ Không ổn định: phụ thuộc một biến không gian và một biến thời gian

* Mô hình hai chiều:

+ Ổn định: phụ thuộc hai biến không gian

+ Không ổn định: phụ thuộc hai biến không gian và một biến thời gian

* Mô hình ba chiều ổn định: phụ thuộc ba biến không gian x, y, z

Trong trường hợp xả nước thải chứa chất ô nhiễm bền vững liên tục vào sông với:

, 0

Vy = 0, Vz = 0

Trang 26

Phương trình sẽ có dạng mô hình ổn định một chiều:

2

x

c E x

Trường hợp khuếch tán rối theo phương x và phương z không đáng kể Dx = Dz =

0, phương trình (3) có dạng mô hình ổn định hai chiều:

2 2

y

c E x

2

z

c E y

c E x

Kc x

c E x

c V

K - hệ số phân hủy chất bẩn theo thời gian

Ví dụ: mô hình chế độ oxy hòa tan trong dòng chảy sông có thể biểu diễn như sau:

D K L K x

D E x

D V

K1 - hệ số tốc độ tiêu thụ oxy sinh hóa, d-1

K2 - hệ số hòa tan oxy vào dòng chảy sông, d-1

Để giải các phương trình vi phân mô tả các quá trình lan truyền và chuyển hóachất bẩn trong nguồn nước, cần xác định các hệ số khuyếch tán Ex và Ey Các hệ số nàyphụ thuộc điều kiện cụ thể của các sông, hồ

Trang 27

Hệ số khuếch tán theo chiều dài (hướng dòng chảy chủ đạo) Ex phụ thuộc vào bánkính thủy lực R và vận tốc động học dòng chảy V* Giá trị Ex thông thường xác định bằngcác công thức thực nghiệm dưới dạng:

,0

2 2

HV

B V

E x  x

Trong đó:

Vx - vận tốc dòng chảy theo phương x

V* - vận tốc động học của dòng chảy

H - chiều sâu của dòng chảy

B - chiều rộng của sông, suối

Đối với các sông, suối nhỏ, có thể sử dụng công thức của Velner để tính hệ số Ex

Ex = 1,5BVx

Đối với các sông rộng hoặc cửa sông có thể dùng công thức của Paal để tính Ex

25 , 1

Hệ số khuếch tán theo phương nằm ngang Ey thường được xác định theo biểu thứccủa Ơle

378 , 1

HV

y

Trang 28

hoặc của Bansal thường dùng cho các sông có chiều rộng trên 100m.

để xác định Ey:

200

x y

HV

E 

Đối với các nguồn nước như biển, hồ chứa nước, hồ lớn quá trình phát tán chấtbẩn trong nước chủ yếu nhờ gió và thủy triều Hướng dòng chảy chủ đạo được xác lập dotác động của các yếu tố này Hệ số khuếch tán Ex trong trường hợp này sẽ tăng lên

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	248 KB