Bài giảng Mô hình hóa môi trường - Bài tập mô hình Streeter-Phelps - Bùi Tá Long
Nội dung
Bài tập mô hình Streeter-Phelps
PGS.TSKH. Bùi Tá Long ,
Đại học Bách khoa,
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
2
Mô hình cân bằng DO
Mặt cắt pha trộn
Gw = QwCw , G r= QrCr
–
–
–
–
–
–
Gw = Tải lượng DO trong nước thải, g/s
Gr = Tải lượng DO trong nước sông, g/s
Qw = Lưu lượng nước thải, m3/s
Qr = Lưu lượng nước sông, m3/s
Cw = Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải, g/m3
Cr = Nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m3
3
4
1
Bài tập 1
Tính DO và BOD trong nước sông sau khi xáo trộn
La = BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn
Qw = Lưu lượng nước thải, m3/s
Qr = Lưu lượng nước sông, m3/s
Cw = Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải, g/m3
Cr = Nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m3
Lw = Nồng độ BOD toàn phần của nước thải, g/m3
Lr = Nồng độ BOD toàn phần của nước sông, g/m3
Một khu đô thị thải mỗi ngày ra sông 17 360m3 nước thải đã
QwCw + QrCr
DO =
La =
Qw + Qr
được xử lý có BOD5 = 12mg/L và có hằng số tốc độ BOD là k1
=0,12 ngày-1 ở nhiệt độ 20oC. Sông có lưu lượng 0,43 m3/s và
BOD toàn phần là 5,0 mg/L. DO của nước sông là 6,5 mg/L và
DO của nước thải sau khi xử lý là 1,0 mg/L. Tính toán DO và
BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn.
QwLw + QrLr
Qw + Qr
Mặt cắt pha trộn
5
6
Độ thiếu hụt DO (D0) ban đầu
Bài giải
Chuyển đổi lưu lượng nước thải sang đơn vị tương thích, tức là m3/s:
17.360m3/ngay
86.400s/ngay
= 0,20 m3/s
QwCw + QrCr
Qw
=
D0 = DObh
Qw + Qr
DO sau khi hòa trộn:
(0,20m3/s)(1,0mg/L)+ (0,43m 3/s)(6,5mg/L)
0,20m3/s + 0,43m3/s
DO =
= 4,75 mg/L
DObh – Nồng độ bão hòa của oxy ở nhiệt độ của nước sông sau khi xáo trộn,
mg/L
D0 - Độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi nước sông và chất thải được xáo trộn,
mg/L
Trước khi chúng ta xác định BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn, chúng ta cần
phải xác định BOD toàn phần của nước thải. Ta tính Lo như sau:
Qw = Lưu lượng nước thải, m3/s
Qr = Lưu lượng nước sông, m3/s
BOD5
12mg/L
(1-e(-0,12)(5)
12
Lo =
=
=
= 26,6 mg/L
1t
(1-e-k
)
)
(1 0,55 )
Cw = Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải, g/m3
Cr = Nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m3
BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn:
(0,20m3/s)(26,6mg/L)+ (0,43m 3/s)(5,0mg/L)
La =
= 11,86 mg/L
0,20m3/s + 0,43m3/s
7
8
2
Bài tập 2
Khu công nghiệp A có xả nước thải vào một đối tượng tiếp nhận là một con kênh. Lưu
lượng dòng nước thải là 14400 (m3/ngày), BOD5 ở nhiệt độ 200C là 40 mg/l, nồng
độ oxy hòa tan trong dòng nước thải là 2.5 (mg/l) nhiệt độ của dòng nước thải là 24
(0C) .
3/ BOD5 pha trộn tại nhiệt độ 200C.
4/ Tính nồng độ chất hữu cơ ở thời điểm ban đầu sau khi có sự pha trộn
(L0).
5/ Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu.
6/ Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông.
7/ Hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ K1 (ngày -1) sau khi có sự pha
trộn.
8/ Hệ số thấm khí Ka sau khi có sự pha trộn.
9/ Độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn
10/ Thời gian đạt được sự thiếu hụt oxy cực đại
11/ Độ thiếu hụt oxy cực đại
Dòng chảy của con kênh có lưu lượng là 2000 (m3/giờ), BOD5 ở 200 C là 2.5 (mg/l),
nồng độ oxy hòa tan là 7.5 (mg/l). Nhiệt độ dòng chảy là 22 (0C). Dòng chảy có vận
tốc trung bình là 0.3 (m/s), độ sâu 2.5 (m).
Biết rằng sự hòa trộn hoàn toàn diễn ra tức thời. Lấy hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu
cơ K1 tại nhiệt độ 200C là 0.15 (ngày-1) .
Hãy tính:
1/ Hệ số K2 tại nhiệt độ 200 C theo công thức Jorgensen S.E.
2.26 v
-1
K 2 (200 C)=
ngay
H 2
3
trong đó v (m/s) là vận tốc trung bình của dòng chảy, H (m) – là độ sâu trung bình của
sông.
2/ Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông.
12/ Khoảng cách nơi đó diễn ra độ thiết hụt oxy cực đại
9
10
Bài giải bài 2
Nồng độ oxy bão hòa trong nước như một hàm số của nhiệt độ
STT
Nhiệt độ Nồng độ oxy bão hòa
1/Tính hệ số K2(20oC)
0C
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
(mg/l)
10.0
9.7
1
2.26×v 2,26×0,3
H2/3
K2 20o C =
=
= 0.37 ngay-1
2
2.52/3
3
9.5
2/Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông:
4
9.4
5
9.2
14400
Q =
+ 2000 = 2600(m3/h)
6
9.0
24
7
8.8
3/BOD5 pha trộn ở nhiệt độ 20oC:
8
8.7
600×40 + 2000×2.5
BOD5 =
9
8.5
= 11.15(mg/l)
2600
10
8.4
11
12
3
4/ Nồng độ chất hữu cơ ở thời điểm ban đầu sau khi có sự pha
7/Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ sau khi có sự pha trộn:
5
trộn: Từ BOD5= Lo(1-e-K
)
1
K 22.46o C = K (200 C)×K (22,46-20)2=,420,15×(1,05)=-10.17 (ngay )
1
1
T
11.15
(1-e-0,15×5
Lo =
= 21.14(mg/l)
8/Hệ số thấm khí sau khi có sự pha trộn:
)
K2 T = K (20o C)×e
5/Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu:
2
K2 (22, 46o C)= 0,37× e
= 0.39 (ngay )
0,025(22,46-20)-1
600×2.5 + 2000×7.5
DO0
=
= 6.35(mg/l)
2600
9/Độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn Do = DO bão hòa – DO ban đầu
,
DO bão hòa tra bảng 1 = 8,76(mg/l) (nội suy)
6/Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông:
600×24 + 2000×22
0
Do = 8,76-6,35 = 2,41(mg/l)
Tmix
=
= 22,46(C)
2600
13
14
10/Thời gian đạt được độ thiếu hụt oxy cực đại:
Phân đoạn kênh sông
D0 K - K
K2
1
1
2
tc =
ln
1-
K2 - K1
K
K1L0
1
Đây là quá trình chia nhỏ một con sông thành nhiều đoạn
phụ thuộc vào các hệ số hằng số. Quá trình này gọi là
“segmentation”.
1
0,39 2.41(0,39-0,17)
1-
×ln
= 3.05 ngay
0,39-0,17
0,17
0,17×21.14
Nồng độ ban đầu có thể thay đổi do:
– Nhánh phụ hay chỗ hợp dòng (ngã ba sông)
– Do nguồn thải
11/ Độ thiếu hụt oxy cực đại: Dc
K 1
1 t c
D c
=
× L o × e -K
K 2
×21.14×e-0,17×3,05 = 5.47 mg/l
– Do đập hay do có thác nghềnh (thấp khí rất nhanh)
0,17
0,39
12/ Khoảng cách nơi diễn ra độ thiếu hụt oxy cực đại:
x = tc ×v = 3,05×24×3600×0,3 = 79080 (m)
15
16
4
Phân đoạn sông
Tính toán DO và BOD tại các vị trí có nguồn thải
L0 – CBOD ban đầu tại điểm hợp lưu
(mg/l)
Lw – nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải
(mg/l).
Ls – nồng độ CBOD từ thượng nguồn
(mg/l).
Q – lưu lượng dòng sông (mg/m3).
Qw - Lưu lượng dòng nước thải (mg/m3)
LwQw LrQr
L0
Qr Qw
17
18
Bài toán xác định vị trí nguồn thải
Tính nồng độ và nhiệt độ pha trộn
Khúc 1 bắt đầu từ x = 0 chịu sự ảnh
hưởng của 1 nguồn thải.
C0 – nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu (mg/l)
Q1 – lưu lượng dòng sông chính (m3/s)
C1 – nồng độ oxy hòa tan của dòng sông chính tại x =
0 (mg/l)
Q2 – lưu lượng dòng chảy phụ (m3/s)
C2 – nồng độ oxy hòa tại tại dòng phụ (mg/l)
T0 – nhiệt độ pha trộn ban đầu tại hợp lưu (ºC)
T1 – nhiệt độ dòng sông chính (ºC)
T2 – nhiệt độ nhánh sông phụ (ºC)
D0 – độ thiếu hụt oxy hòa tan ban đầu (mg/l)
Cbão hòa - nồng độ oxy hòa tan bão hòa tại nhiệt độ T0
(mg/l)
Khúc 2 bắt đầu khi có 1 đập nước cách
vị trí ban đầu là 20 km gây ra sự
khuếch tán oxy từ khí quyển vào dòng
Q1C1 Q2C2
Q1 Q2
W
2
C0
W
1
chảy và làm thay đổi D0 (x=0 tại vị trí
20 km).
Khúc 3 cách điểm x = 0 một khoảng
cách 30 km có 1 nguồn thải khác chảy
vào và tạo ra sự thay đổi D0, L0, N0, u
và k0.
Cuối cùng là đoạn 4 bắt đầu tại vị trí
45km so với điểm x=0 lại làm thay đổi
D0, L0, N0, u và k0. Điều này buộc
chúng ta phải có sự tính toán tương
ứng.
Q1T1 Q2T2
Q1 Q2
D0 Cbao hoa C0
T0
19
20
5
Sự pha trộn do nhánh phụ
Sự pha trộn do nhánh phụ
L0= (QrLr+ QtLt)/(Qr+Qt)= (2000.3 +500.6)/(2000+500)=3,6 mg/l
(CBOD).
Sông
Nhánh sông
T= 24,90C
C0= (QrCr+ QtCt)/(Qr+Qt)= (2000.7,3 +500.6,8)/(2000+500)=7,2 mg/l
(nồng độ oxy).
Sự hoà trộn các
T= 26,30C
nhánh sông vào một
con sông lớn. Tính
toán độ thiếu hụt DO
ban đầu, CBOD, và
nhiệt độ tại vị trí xảy
ra xáo trộn bằng cách
sử dụng mô hình DO.
Csat,r= 8,4 mg/l
Csat,t= 8,6mg/l
Ct= 6,8mg/l (DO)
Qr Tr QtTt
Qr Q t
2000 26.3 500 24.9
2000 500
To
26.20 C
Cr= 7,3mg/l (DO)
Tại nhiệt độ 26.20C, nồng độ oxy bão hòa xấp xỉ 8.5 mg/l. Do vậy độ
thiếu hụt oxy ban đầu D bằng:
Lr=3,0mg/l(CBOD)
Qr=2000 m3/s
Lt=6,0mg/l(CBOD)
Qt=500 m3/s
D0=Cbão hòa – C0 =8.5-7.2=1.3 mg/l
21
22
Hệ số tự làm sạch
Sơ đồ tính toán BOD/DO
Hệ số tự làm sạch được định nghĩa bởi Fair và Geyer
là K2/K1, tỷ lệ giữa hằng số tốc độ thấm khí oxy từ khí
quyển với hằng số tốc độ tiêu thụ oxy do quá trình oxy
hóa.
Nó là một số không thứ nguyên, nó ảnh hưởng mạnh
đến cả hai Dc và xc,
23
24
6
Sơ đồ tính toán BOD/DO tại khúc 1
Ký hiệu được sử dụng
Q0,mix : lưu lượng tại mặt cắt pha trộn đầu tiên (ký hiệu là mặt cắt 0) giữa nước
sông và nước thải;
Qr,0, Qw,0 : lưu lượng của nước sông và nước thải tại mặt cắt 0;
BOD5,mix,0 : BOD5 tại mặt cắt pha trộn đầu tiên giữa nước sông và nước thải;
BOD5,r,0 : BOD5 ở nhiệt độ 200C của nước sông tại mặt cắt đầu tiên;
BOD5,w,0: BOD5 ở nhiệt độ 200 C của nước thải tại mặt cắt đầu tiên;
Tmix,0: nhiệt độ pha trộn giữa nước sông và nước thải tại mặt cắt 0;
Tr,0, Tw,0:nhiệt độ của nước sông và nước thải tại mặt cắt số 0 trước khi pha trộn;
L0,mix,0 : BOD pha trộn toàn phần đầu tiên tại mặt cắt 0;
Q0,mix = Qr,1 = Qr,0 + Qw,0
BOD5,mix,0 = BOD5,r,0 + BOD5,w,0
DO0,mix: nồng độ oxy hòa tan pha trộn giữa nước sông và nước thải tại mặt cắt 0;
K1(Tmix,0): tốc độ phân hủy chất hữu cơ tại nhiệt độ pha trộn Tmix,0
K2(Tmix,0): tốc độ thấm khí tại nhiệt độ pha trộn Tmix,0
Tr,0 ×Qr,0 + Tw,0 ×Qw,0
Tmix,1
=
Q0,mix
(Tmix,1-20)
DO0,r :nồng độ oxy của nước sông tại cắt 0 trước khi pha trộn;
DO0,w: nồng độ oxy của nước thải tại cắt 0 trước khi pha trộn;
Dmix,0: độ thiếu hụt oxy hòa tan ban đầu tại mặt cắt 0;
K
T
oC = K (200 C)×K T
1 mix,1
1
x
x
x
a V
0,mix,2×(e -K1 V-e -Ka V)+ D
Ka - K1
e
o
K1 ×L
-K
= Ka (20o C)×eθ(T mix,1-20)
D1(x)=
Ka
T
mix,1
BOD5,mix,1
L0,mix,1
=
DObh,0: nồng độ oxy hòa tan bão hòa tại mặt cắt 0;
1 (200 C)×5
(1-e-K
)
Qr,0 ×DO0,r + Qw,0 ×DO0,w
=
Q0,mix
DO0,mix
Dmix,o = DObh,0 - DOmix,0
25
26
Tính toán cho nhiều nguồn
Qw,2 *DOw,2 + Qr,1 *DO
Qw,2 + Qr,1
mix,1
x1
1 V
Lx,1 = L0,mix,1.e-K
BOD5,2
1-e-K
1*5
T
*Qr,1 + Tw,2 *Qw,2
Qr,1 + Qw,2
1,mix
Tmix,0 *Qmix,0,r + Tw,1 *Qw,1
=
Qmix,0,r + Qw,1
Tmix,1
Lo,r,1 *Qr,1 + Lo,w,2 *Qw,2
Qr,1 + Qw,2
x
x
x
a V
D2 (x)=
0,mix,2×(e -K1 V -e -Ka V)+ D e
K1 ×L
-K
o
Ka -K1
27
28
7
Bài tập 3 (nhiều nguồn thải)
Số liệu cho mô hình
Khu công nghiệp Nhơn Trạch có xả nước thải vào một đối tượng tiếp nhận là một con kênh. Lưu
lượng dòng nước thải là 14400 (m3/ngày), BOD5 ở nhiệt độ 20C là 35 (mg/l), nồng độ oxy hòa tan
trong dòng nước thải là 2.5 (mg/l) nhiệt độ của dòng nước thải là 22 (C) .
Dòng chảy của con kênh có lưu lượng là 1400 (m3/giờ), BOD5 ở 20C là 4.5 (mg/l), nồng độ oxy
hòa tan là 6.0 (mg/l). Nhiệt độ dòng chảy là 20C. Dòng chảy có vận tốc trung bình là 0.1 (m/s), độ
sâu 2.5 (m).
Tại khoảng cách 10 km so với nguồn xả nước thải người ta bơm nước sạch vào với mục tiêu pha
loãng và làm tăng nồng độ oxy hòa tan trong kênh sông. Dòng nước xả này có các thông số như sau:
Lưu lượng 9000 (m3/ngày), BOD5 ở 20C là 2.5 (mg/l), nồng độ oxy hòa tan là 7.5 (mg/l). Nhiệt độ
dòng nước xả là 23 (C).
Biết rằng sự hòa trộn hoàn toàn diễn ra tức thời. Lấy hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ K
1
tại nhiệt độ 20 C là 0.25 (ngày -1). Sử dụng công thức Owens-Gibbs tính K (20C).
2
k220 9,4u0,67 H1,85
Trong đó u (m/s) là vận tốc trung bình của dòng chảy, H – là độ sâu trung bình của con kênh.
Sử dụng mô hình Streeter – Phelps hãy tính: Nồng độ oxy hòa tan tại khoảng cách 5 km so với
nguồn xả thải thứ hai.
29
30
Tóm tắt đề bài
Kênh sông
Nguồn thải 1
Nguồn thải 2
(xa nguồn thải 1 là
10km)
Tính
Qr = 1400 m3/giờ Qw1 = 14400
m3/ngày
Qw2 = 9000
m3/ngày
DO tại điểm cách
nguồn thải 2 là 5 km
BOD5 (200C) =
BOD5w1 (200C) = BOD5w2 (200C) = Ka20
=
4,5 mg/l
35 mg/l
2,5 mg/l
DOr = 6,0 mg/l
Tr = 200C
DOw1 = 2,5 mg/l
Tw1 = 220C
DOw2 = 7,5 mg/l
Tw2 = 230C
u = 0,1 m/s
H = 2,5 m/s
K1 (200C) = 0,25
ngày -1
8
9
Đáp số
K2 (20oC)
Qmix,o
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
0,369 (ngày-1)
2000 (m3/giờ)
13,65 (mg/l)
19,131 (mg/l)
4,95 (mg/l)
BOD5 mix,o
Lo,mix,o
DOmix,o
Tmix,o
20,6oC
K1 (20,6oC)
K2 (20,6oC)
DObh
0,257 (ngày-1)
0,374 (ngày-1)
9,08 (mg/l)
Dmix,o
4,13 (mg/l)
BOD(10.000m)
14,209(mg/l)
D (10.000m)
DO (10.000m)
BODmix,2
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
6,633 (mg/l)
2,447 (mg/l)
12,519 (mg/l)
2.375(m3/giờ)
12,519 (mg/l)
20,797oC
Q mix,2
DOo;mix,2
Tmix,2
K1 (20,979oC)
K2 (20,979oC)
Dmix,2
0,262 (ngày-1)
0,378 (ngày-1)
5,759 (mg/l)
6,210 (mg/l)
2,794 (mg/l)
D (5.000m)
DO2 (5.000m)
40
10
… tiếp theo
Làm sạch nguồn nước
Với sự pha loãng bằng nước sạch nồng độ oxy hòa tan tại vị
trí 5 km tăng từ 3.9 mg/l (không đạt tiêu chuẩn Việt Nam) tăng
lên thành 5.2 mg/l (đạt tiêu chuẩn).
41
42
Sự lựa chọn hệ số thấm khí k2
Cho phép hay hay không đặt nguồn thải
1. O’Connor - Dobbins đã sử dụng đề nghị của Danewerts về sự phụ thuộc của hệ số vận tốc
thấm khí vào mức chảy rối của dòng và đề cử công thức sau:
0,5
V
= 3.93
Ka20
ngay-1
,
H1,5
trong đó
V - vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s);
H –độ sâu trung bình của dòng chảy (m).
2. Churchill, Elmore và Buckingham:
Ka20 = 4,96V0,969H-1,673 ngay-1
,
trong đó: V – vận tốc trung bình của dòng chảy m/s; H – độ sâu trung bình của dòng chảy (m).
3. Jorgensen M.E.
2.26 V
Ka20
=
ngay-1
H2
3
V - vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s);
H –độ sâu trung bình của dòng chảy (m).
43
44
11
4. Owens-Gibbs
Với các dòng có độ sâu từ 0.12 đến 3,41 m và vận tốc từ 0.03 đến
1,55 m/s:
V0,67
H1.85
7. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ:
Ka20 = 9,4
ngay-1
Quá trình thấm khí phụ thuộc vào nhiệt độ nước, vì vậy cần phải đưa vào
trong đó
hiệu chỉnh nhiệt độ dưới dạng
T0 -20
V : vận tốc trung bình, m/s
H : độ sâu trung bình, m
1,0241
200
k2 T0C
=
k
2
trong đó T0 – nhiệt độ của nước.
5. Langbien - Durum
V
H1.33
Ka20 = 3.3
ngay-1
trong đó
V : vận tốc trung bình, m/s;
H : độ sâu trung bình, m
6.Vận tốc gió tại 10 m:
Ka = 0.782× w -0.317×w + 0.0372.w2
w – vận tốc gió tại độ cao 10 m.
45
46
Hệ số tự làm sạch
Các quy luật thay đổi hệ số vận tốc thấm khí
0,5
u
=3.93
O’Connor - Dobbins
k220
1,5
H
Hệ số tự làm sạch được định nghĩa bởi Fair và Geyer là
Ka/K1, tỷ lệ giữa hằng số tốc độ thấm khí oxy từ khí quyển
với hằng số tốc độ tiêu thụ oxy do quá trình oxy hóa.
Churchill
k2 4.96ux0.969 * H 1.673
2.26*u
Ka (200 C)
Jorgensen
H 2
3
Nó là một số không thứ nguyên, nó ảnh hưởng mạnh đến
cả hai Dc và xc,
k220 9,4u0,67 H1,85
Owens-Gibbs
Langbien-Durum
k220 3,3u H1,33
Ka = 0.782× w - 0.317×w + 0.0372.w2
T0 -20
1,0241
2
200
k2 T0C
=
k
47
48
12
Khởi động chương trình
Mô hình Streeter phiên bản 1.0
49
50
Mở file
Nhập thông số cho mô hình
51
52
13
Kết quả tính toán
Thực hiện báo cáo
Đường cong BOD
Đường cong DO
53
54
Bài tập mẫu
Khu công nghiệp Nhơn Trạch có xả nước thải vào một đối tượng tiếp nhận là một con kênh.
Lưu lượng dòng nước thải là 14400 (m3/ngày), BOD5 ở nhiệt độ 20C là 40 (mg/l), nồng độ oxy
hòa tan trong dòng nước thải là 1.5 (mg/l) nhiệt độ của dòng nước thải là 22 (C) .
Dòng chảy của con kênh có lưu lượng là 1400 (m3/giờ), BOD5 ở 20C là 2.5 (mg/l), nồng độ
oxy hòa tan là 7.0 (mg/l). Nhiệt độ dòng chảy là 20C. Dòng chảy có vận tốc trung bình là 0.15
(m/s), độ sâu 2.5 (m).
Tại khoảng cách 10 km so với nguồn xả nước thải người ta bơm nước sạch vào với mục tiêu
pha loãng và làm tăng nồng độ oxy hòa tan trong kênh sông. Dòng nước xả này có các thông số
như sau: Lưu lượng 9000 (m3/ngày), BOD5 ở 20C là 2.5 (mg/l), nồng độ oxy hòa tan là 7.5
(mg/l). Nhiệt độ dòng nước xả là 23 (C).
Biết rằng sự hòa trộn hoàn toàn diễn ra tức thời. Lấy hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ
k
tại nhiệt độ 20 C là 0.10 (ngày -1). Sử dụng công thức Langbien – Durum tính k2(20C).
1
k2 200 C = 9,4u0,67 H1,85
Trong đó u (m/s) là vận tốc trung bình của dòng chảy, H – là độ sâu trung bình của con kênh.
Sử dụng mô hình Streeter – Phelps hãy tính: Nồng độ oxy hòa tan tại khoảng cách 5 km so
với nguồn xả thải thứ hai.
55
14
Lời giải
5) Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu :
1) Tính hệ số k2
9,4.v0,67 9,4.0,150,67
600 × 1,5 + 1400 × 7
2000
DO
=
= 5,35 (
= 20,6 (
/ )
− 1
k2(200C)
=
= 0,484 (
à
)
o,mix
2,51,85
H1,85
6) Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và dòng kênh:
2) Lưu lượng pha trộn giữa nguồn thải 1 với dòng kênh:
Qo,mix= 600 + 1400 = 2000 (m3/h)
3) BOD5 pha trộn ở 200C:
600 × 22 + 1400 × 20
Tmix ,o
=
/ )
2000
7) Hệ số k1 sau khi có sự pha trộn:
(
)
)
k1 20,6 C = K1 20 C × θ
= 0,1 × 1,047(20,6− 20 = 0,103(
à
)
0
0
T− 20
− 1
600 × 40 + 1400 × 2,5
(
)
(
)
BOD
=
= 13,75 (
/ )
5,mix ,0
2000
8) Hệ số k2 sau khi có sự pha trộn:
4) Nồng độ chất hữu cơ ở thời điểm ban đầu sau khi có sự pha trộn giữa nước thải và
nước sông:
(
)
)
= 0,484 × 1,0241(20,6− 20 = 0,491(
à
)
0
0
T− 20
− 1
(
)
(
)
k2 20,6 C = K2 20 C × θ
BOD
1 − e− k
13,75
1 − e− 0,1×5
5,mix ,0
Lo,mix ,0
=
=
= 34,95 (
/ )
×5
1
DO bão hòa tại nhiệt độ 20,6oC :
20,6 − 21
20,6 − 20
= 9,2 ×
+ 9 ×
= 9,08(
/
12) BOD toàn phần tại nguồn xả 2:
20 − 21
Suy ra độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn
Do,mix = Dobh –DOban đầu= 9,08 – 5,35 = 3,73 (mg/l)
9) BOD toàn phần tại điểm cách nguồn xả 1 10km được tính theo công thức
21 − 20
2,5
2
=
=
= 6,35(
− 0,1×5
/ )
2
−
×5
1 −
1 −
13) BOD sau khi pha trộn với nguồn xả 2:
1000
0,15
1000
0,15
−
−0,103
1
(
)
=
10000
×
=34,95 ×
= 32,28 (
/
)
32,28 × 2000 + 6,35 × 375
2375
,
=
,2
= 28,19(
/ )
10) Độ thiếu hụt oxy tại điểm cách nguồn thải số 1: 10km
1000
1000
10000
1×
2
14) Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu tại mặt cắt số 2:
−
−
(
)
10000 =
×
−
×
−
2000 × 4,31 + 375 × 7,5
1000
5×24×3600
1000
0,15×24×3600
=
= 4,81(
/
)
0,103 × 34,95
0,491 − 0,103
,2
−0,103
−0,491
2375
15) Nhiệt độ pha trộn sau nguồn xả 2:
2000 × 20,6 + 375 × 23
=
−
1000
0,15×24×3600
−0,491
+ 3,73 ×
= 4,77(
/
)
=
= 20,98(
)
Từ đó suy ra: DO(10000)= DObh – D1(10000) = 9,08 – 4,77 = 4,31 (mg/l)
11) Lưu lượng pha trộn giữa nước kênh và nguồn xả 2 :
Qr,2 = Qr,1 + Q2 = 2000 + 375 = 2375 (m3/h)
,2
2375
15
16) Hệ số k1 tại t0 = 20,98:
20,98− 20
− 1
(
)
20,98 = 0,1 × 1,047
= 0,1046(
)
1
17) Hệ số k2 tại t0 = 20,98:
20,98− 20
− 1
(
)
20,98 = 0,484 × 1,0241
= 0,495(
à
)
18) Tại 20,98 DO bão hòa = 9 (mg/l)
Suy ra độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn:
Do,mix,2 = 9 – 4,81 = 4,19 (mg/l)
19) Độ thiếu hụt oxy tại vị trí x = 5000m cách nguồn xả 2 :
5000
0,15×24×3600
5000
0,15×24×3600
×
1
2
− 0,1046×
− 0,495×
(
)
5000 =
×
−
2
5000
0,15×24×3600
− 0,495×
+ 4,19 ×
= 4,476(
)
20) Vậy DO tại x = 5000m cách nguồn xả 2 là :
DO (5000m) = DObh – D1(x) = 9 – 4,476 = 4,524 (mg/l)
16
16 trang
20381
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Mô hình hóa môi trường - Bài tập mô hình Streeter-Phelps - Bùi Tá Long", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_mo_hinh_hoa_moi_truong_bai_tap_mo_hinh_streeter_ph.pdf
