Bài giảng mô hình hóa môi trường - ( Bùi Đức Long ) chương 10

Chia sẻ: Norther Light | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

230
lượt xem 54
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ví dụ 1 (về sông): Bốn chu trình trong một mô hình sông § Áp dụng nguyên lý cân bằng vật chất cho một lắt cắt nhỏ của sông. Điều này dẫn tới 3 phương trình vi phân sau: qU- vận tốc trung bình của dòng chảy dL U = -K1L qL

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng mô hình hóa môi trường - ( Bùi Đức Long ) chương 10

TÍCH HỢP CÁC MÔ HÌNH 361
Bốn quá trình phức tạp cần lưu ý Ảnh hưởng của gió đến hệ số nạp khí, § Sự sản sinh oxy từ quá trình quang hợp, § Sự hô hấp của phiêu sinh thực vật § Nhu cầu oxy cho bùn đáy § 362
Ví dụ 1 (về sông): Bốn chu trình trong một mô hình sông § Áp dụng nguyên lý cân bằng vật chất cho một lắt cắt nhỏ của sông. Điều này dẫn tới 3 phương trình vi phân sau: qU- vận tốc trung bình của dòng chảy dL U = -K1L qL – nồng độ các chất hữu cơ theo BOD dt qP – sản phẩm sơ cấp của quá trình quang hợp dN U = -KN N qR – lượng oxy tiêu hao do quá trình hô dt hấp qS – nhu cầu oxy của lớp cặn đáy dC = - K1 L - K N N + U qN – tải trọng ammonia dt qKN – tốc độ tiêu thụ oxy do nitrat hóa K a (C s - C ) + p - R - S 363
Ví dụ 2 (về hồ): xem hồ như một hệ xáo trộn hoàn toàn dL = W - QL - VK1L V dt dC = QCin - QC + Ka A(Cs - C ) - VK1L ± WO V dt Trong đó W là tải trọng BOD trong mỗi đơn vị thời gian, § Q là vận tốc dòng chảy trong hồ, § V là thể tích hồ, § A là diện tích hồ, § WO là tất cả các nguồn vào và tiêu thụ oxy bao gồm quang § hợp, hô hấp và nhu cầu oxy trầm tích. 364
Trạng thái ổn định dL = W - QL - VK1L V dt dC = QCin - QC + Ka A(Cs - C ) - VK1L ± WO V dt dL dC = =0 dt dt W L= Q + K1V QCin Cs K a A VK1L WO C= + - ± Q + Ka A Q + Ka A Q + Ka A Q + Ka A 365
Bài tập ứng dụng Một nhà máy có thải nước thải sinh hoạt ra một dòng chảy mặt. Điều kiện xấu nhất xuất hiện trong những tháng mùa hè, khi mà dòng chảy chậm và nhiệt độ của nước cao. Dòng nước thải có dòng chảy đạt là 12000 m3/ngày, BOD5=40 mg/l (ở 20oC), nồng độ oxy hòa tan là 2 mg/l, nhiệt độ là to=25oC. Dòng chảy có lưu lượng là 1900 m3/h, BOD5=3mg/l (ở 20oC), nồng độ oxy hòa tan là 8 mg/l. Sử dụng K1=0.15 (xem bảng 8.1 cho dòng pha trộn). Nhiệt độ của dòng chảy đạt max xấp xỉ 22oC. Sự hòa trộn hoàn toàn tức thời. Dòng chảy trung bình (sau khi hòa trộn) là 0.2 m/s, độ sâu dòng chảy là 2.5 m. Nồng độ oxy bão hòa là 8.7 mg/l. Hãy tính độ thiếu hụt oxy cực đại cùng thời gian đạt được. 366
Bài giải § Tính Ka tại nhiệt độ 200C: 2.26´ 0.2 Ka (20 C) = = 0.25(ngay-1 ) 0 2.52 / 3 § Sự pha trộn: 500m3 / h (nuocthai) + 1900m3 / h (nuoc song) = 2400m3 / h § BOD5 pha trộn 500.40 + 1900.3 = 10.7mg / l 2400 10.7 10.7 L0 = = = 20.3 mg / l ( ) - 0.15´.5 1- e 5276 367
Bài giải § Oxy hòa tan là: 500.2 +19008 . DOmixture = = 6.7 m / l 2400 § Nhiệt độ pha trộn là: 500.25+190022 . Tmixture = = 22.60 2400 § K1 tại 22.60 là K 1 = 0.15.1.05 22.6- 20 = 0.17 § Ka tại 22.60 là K a = 0.25.e 0.024( 22.6- 20) = 0.27 368
Bài giải § Thời gian đạt tới hạn là: é0.27 æ 2(0.27 - 0.17) öù 1 -1 tc = ç1- ÷ú = 4.25 ngay lnê 0.27 - 0.17 ë0.17 è 0.17.20.3 øû § Độ thiếu hụt oxy cực đại là: 0.17.20.3.e-0.17.4.25 K1 -K1t Dc = Loe = = 6.2 mg/ l Ka 0.27 § Khoảng cách đạt được là: 0.2.3600.24.4.25 m = 73440 m § Nồng độ oxy hòa tan tại điểm tới hạn là: 8.7 - 6.2 = 2.5 mg / l 369
MÔ HÌNH PAAL CHUYỂN TẢI -PHÂN TÁN CHẤT Ô NHIỄM CHO NGUỒN ĐIỂM Bùi Tá Long 370
Nội dung § Xây dựng các phương trình toán cơ bản dựa trên các qui luật vật lý (phương trình toán lý); § Trung bình hóa các tham biến; § Mô hình Paal cho nguồn xả điểm, các trường hợp khác nhau; § Phần mềm ENVIMWQ. 371
Sự truyền tải (advection), khuếch tán (diffusion) và phân tán(dispersion) 372
Phương trình liên tục ¶r ¶ ( ru ) ¶ ( rv) ¶ ( rw) - = + + ¶t ¶x ¶y ¶z r = const ¶u ¶v ¶w ++ =0 ¶x ¶y ¶z 373
Khuếch tán phân tử và định luật Fick 374
Khuếch tán phân tử và định luật Fick § Giả sử rằng chất bảo tồn là lơ lửng và hòa tan trong chất lỏng. § Tốc độ khuếch tán luồng chất lỏng qua một đơn vị diện tích chất lỏng do khuếch tán phân tử thì tỷ lệ với gradient nồng độ chất trong chất lỏng: ¶C N = - Dm ¶x N là tỷ lệ lan truyền chất qua đơn vị diện tích theo hướng x § ¶C/¶x = gradient nồng độ ở giai đoạn khuếch tán theo phương x § Dm là hệ số khuếch tán phân tử hoặc hằng số tỷ lệ. § Dm tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối và tỷ lệ nghịch với trọng lượng phân tử § trong giai đoạn khuếch tán và với độ nhớt của giai đoạn phân tán. Dấu âm chỉ ra rằng dòng chất từ các vùng có nồng độ cao đến các vùng có nồng độ thấp do quá trình khuếch tán. 375
Định luật Fick thứ 2 § Sự thay đổi của nồng độ theo thời gian của một chất trong quá trình khuếch tán phân tử được biểu diễn bằng phương trình ¶c ¶c 2 = Dm 2 ¶t ¶x § Dạng 3 chiều ¶C ¶ ¶C ¶ ¶C ¶ ¶C = Dx + Dy + Dz ¶t ¶x ¶x ¶y ¶y ¶z ¶z 376
Xây dựng phương trình lan truyền § Dòng vật chất vào mặt phẳng 1 là cudydz, trong đó u là vận tốc tức thời theo trục x. dz cudydz ¶ [cu + cudx]dydz ¶x mg m 2 mg m= dy 3 ms s dx 377
§ Cân bằng tỷ lệ thay đổi theo thời gian trong phần tử với tỷ lệ thay đổi của dòng theo 3 trục ta nhận được: ¶c ¶ ¶ ¶ + (cu ) + (cv) + (cw) = 0 ¶t ¶x ¶y ¶z Các giá trị của nồng độ và vận tốc, mặc dù theo lý thuyết là tức § thời, thực tế được đo trong các khoảng thời gian ngắn. Vì vậy thành phần vận tốc tức thời u có thể được biểu diễn dưới dạng: ở đó § u = u + u' 1 t +T T là chu kỳ đo u = ò udt Tt 378
u u = u + u' u'(t) u 1 t +T u = ò udt T Tt t 379
v = v + v' Các số hạng trong các ngoặc § Tương tự w = w + w' đơn () có thể được khai triển và tất cả các số hạng chỉ có một c = c + c' thành phần có dấu phẩy sẽ lấy trung bình bằng zero. Ví dụ số hạng cu’=0 thì ¶ ¶ ¶ ¶ (c + c ' ) + (c + c' )(u + u ' ) + (c + c' )(v + v ' ) + (c + c' )( w + w' ) = 0 ¶t ¶x ¶y ¶z ¶c ¶ ¶ ¶ ¶ ¶ ¶ + (uc) + (vc) + ( wc ) + (u ' c') + (v' c') + ( w' c') = 0 ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x ¶y ¶z ¶c ¶c ¶c ¶c ¶u ¶ v ¶ w ¶ ¶ ¶ + u + v + w + c( + + ) + (u ' c') + (v' c ') + ( w' c ') = 0 ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x ¶y ¶z ¶x ¶y ¶z 380