Bài giảng mô hình hóa môi trường - ( Bùi Đức Long ) chương 8

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

Thêm vào BST

Báo xấu

204
lượt xem 66
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Quá trình hình thành chất lượng nước § Khối lượng được dòng chảy vận chuyển theo các thành phần véctơ vận tốc U(U, V, W). Quá trình này được gọi là quá trình chuyển tải (advection) . Khối lượng chuyển tải theo phương x bằng C x U x dy x dz

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 8

Các khái niệm cơ bản 281
Một số ký hiệu § BOD (Biochemical Oxygen Demand) – nhu cầu oxy sinh hóa toàn phần (mg/l); § BOD đại diện cho những thành phần có thể phân hủy sinh học. Nếu có oxy, quá trình phân hủy sinh học sẽ đòi hỏi một lượng oxy tương ứng với lượng giảm BOD; § BOD5 – Nhu cầu oxy sinh hóa sau thời gian 5 ngày (mg/l); § COD (Chemical Oxygen Demand )– nhu cầu oxy hóa học (mg/l); § DO (dissolved oxygen) – Nồng độ oxy hòa tan (mg/l); 282
Khối thể tích nước dz cu dydz ¶ cu dx ]dydz [ cu + ¶x mg m 2 mg m= dy 3 ms s dx § Xét một khối thể tích. Chất lượng nước trong thể tích phụ thuộc vào khối lượng của chất ô nhiễm. § Mô hình chất lượng nước cần thể hiện khối lượng của chất đó trong yếu tố thể tích § Sự thay đổi khối lượng được tính toán bằng sự chênh lệnh giữa dòng khối lượng nhập vào và xuất ra khỏi thể tích. 283
Quá trình hình thành chất lượng nước § Khối lượng được dòng chảy vận chuyển theo các thành phần véctơ vận tốc U(U, V, W). Quá trình này được gọi là quá trình chuyển tải (advection) . Khối lượng chuyển tải theo phương x bằng C x U x dy x dz. Trong đó C là nồng độ chất đang xét. § Các thành phần khác được gọi là phân tán. Có hai thuật ngữ cần phân biệt: diffusion (khuếch tán), dispersion (phân tán). § Phân tán được dùng chỉ tác động kết hợp giữa khuếch tán phân tử (molecular diffusion) và khuếch tán rối (turbulent diffusion). Cả hai quá trình này đều do xung động gây ra theo định luật Brown về khuếch tán phân tử do ảnh hưởng của gradient nồng độ. 284
§ Quá trình phân tán tuân thủ định luật Fick § Các quá trình vận chuyển các chất vào nước: Thủy phân (phản ứng trao đổi giữa nước và các loại khoáng chất); hòa tan (phá hủy cấu trúc mạng tinh thể của các loại muối và phân ly thành các dạng ion) § Các quá trình tách các vật chất ra khỏi nguồn nước : bao gồm các quá trình lắng đọng (do tỷ trọng, nồng độ vuợt giới hạn bão hòa, quá trình hấp thụ, quá trình keo tụ, các quá trình phản ứng giữa các hợp chất và các quá trình sinh thái chất lượng nước … ) 285
Chất hữu cơ § Các chất hữu cơ (organic wastes): các chất thải có nguồn gốc từ các sinh vật sống hoặc chết. Khi được đưa vào nguồn nước, các chất hữu cơ sẽ làm cho các vi sinh vật hiếu khí phát triển. Các vi sinh vật này sẽ tiêu thụ oxy làm cho lượng oxy hoà tan sẽ giảm xuống cho nên cá sẽ dần dần biến mất. Khi phần lớn lượng oxy hoà tan giảm đi thì các vi sinh vật kỵ khí sẽ biến đổi các hợp chất có chứa lưu huỳnh thành H2S làm cho nước có mùi ... 286
Chất dễ phân huỷ sinh học § Chất dễ phân huỷ sinh học (readily biodegradable substances): chất có thể bị phân huỷ sinh học đến một mức độ nhất định nào đó theo các phép thử đã định đối với khả năng phân huỷ sinh học hoàn toàn. § Sự phân huỷ sinh học hoàn toàn: sự phân huỷ sinh học dẫn đến sự vô cơ hoá hoàn toàn. § Phân huỷ bậc nhất: sự phân huỷ cấu trúc phân tử của một chất đến mức dộ đủ để loại bỏ một tính chất đặc trưng nào đó. 287
Hằng số tốc độ phân huỷ K1 § Hằng số tốc độ phân huỷ các chất hữu cơ k1 là đại lượng đặc trưng cho tốc độ của phản ứng phân huỷ các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học do các vi sinh vật hiếu khí trong dòng chảy được xác định trong điều kiện tĩnh trong phòng thí nghiệm. 288
Hiện tượng nạp khí (oxy từ không khí xâm nhập vào nước mặt) § Nạp khí (Reaeration) là quá trình vật lý (chuyển hóa khối lượng) của oxy từ khí quyển vào khối nước. § Để sử dụng các mô hình chất lượng nước sông cần thiết phải xây dựng phương pháp tính toán hệ số tốc độ hòa tan oxy qua mặt thoáng. (ngày-1) 289
Mô hình chất lượng nước đơn giản (mô hình BOD/DO đơn giản) 290
Đặc điểm § Loại mô hình này liên quan đến nồng độ oxy trong sông và suối § Mô hình chất lượng nước đầu tiên xem xét mối quan hệ BOD/DO trong một hệ thống sông đã được phát triển bởi Streeter Phelps năm 1925. 291
Các giả thiết trợ giúp làm đơn giản hóa mô hình Streeter Phelps Chỉ có một nguồn ô nhiễm tồn § tại. Tải trọng ô nhiễm không đổi § được thải ra ở một điểm cho trước. Sông không có nhánh. § Vận tốc dòng chảy không đổi. § Mặt cắt ngang dòng sông coi § như không đổi. 292
Tiếp theo § Sự khuếch tán tạo điều kiện cho nồng độ BOD và DO coi như đồng đều trong mặt cắt của sông. dLt = - K1 .Lt § Sự phân hủy sinh học dt diễn ra trong sông có bậc nhất và ngoài ra không có sự tham gia của các quá trình khác. 293
Phương trình Streeter - Phelps dLt dD = - K 1 .Lt = K 1 Lt - K a D dt dt Dt = Cs – Ct § Cs = nồng độ oxy bão hòa § Ct = nồng độ oxy ở thời điểm t § Lt = nồng độ chất hữu cơ, được đo bằng BOD ở thời § điểm t § K1 = hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ hay hằng số tốc độ tiêu thụ oxy do quá trình phân hủy các chất hữu cơ (ngày-1) § Ka = hệ số tốc độ hòa tan oxy qua mặt thoáng (ngày-1) (gọi ngắn gọn là hệ số thấm khí) 294
D , Lt , C t q D0 ,T K1 , K N , K a , R a dD = K 1 Lt - K a D dt 295
Một số vấn đề nảy sinh Làm thế nào để tính được K1 và Lt? § Làm sao tính toán những tác động của nhiệt độ? § Làm sao ước lượng sự nạp khí (reaeration)? § Giá trị của K1, Ka, Lt và No được đưa ra cho một số trường hợp đặc trưng ở Bảng sau đây. Ký hiệu KN là hằng số tốc độ của sự nitrat hóa: NH+4 + 2O2 à NO3- + H2O + 2H+ 296
Một số ký hiệu dùng trong các phương trình § Ka (20oC)= hệ số nạp khí (tốc độ hòa tan oxy qua mặt thoáng) ở 200C. § Ka(T)= hệ số nạp khí (tốc độ hòa tan oxy qua mặt thoáng) ở T0C. § v = vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s). § H = độ sâu (m). § θ = hằng số = 0.0240oC-1, 5oC
Cách tính Ka § Ka phụ thuộc vào nhiệt độ, vận tốc dòng chảy và độ sâu dòng chảy như được đề ra trong những phương trình dưới đây: (ngay ) 2 .26 v -1 K a ( 20 C ) = 0 2 H3 ( ) 2 .26 v q (T - 20 ) K a (T ) = ngay -1 e H 2/3 298
Giá trị của K1, Ka, Lt và No được đưa ra cho một số trường hợp đặc trưng ở Bảng sau đây. KN là hằng số tốc độ của sự nitrat hóa: NH+4 + 2O2 à NO3- + H2O + 2H+ 299
Cách tính K1, KN Để tính Để tính No là nồng độ ammonium K1 KN và L0 là nồng độ chất hữu cơ đo bằng BOD ban đầu. KT (tại 1.05 1.06 - K1 và KN phụ thuộc vào 200C) 1.08 nhiệt độ T: K1 (T ) = K1 (200 C) ´1.05T -20 K N (T ) = K N (200 C)´1.06T -20 300