Bài giảng MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG - Phần 8 pdf

281
Cáckháiniệmcơbản
282
Mộtsốkýhiệu
§ BOD (Biochemical Oxygen Demand) –nhucầuoxy
sinhhóatoànphần(mg/l);
§ BOD đạidiệnchonhữngthànhphầncóthể phân
hủysinhhọc. Nếucóoxy, quátrìnhphânhủysinh
họcsẽđòihỏimộtlượngoxy tương ứngvớilượng
giảmBOD;
§ BOD
5
–Nhucầuoxy sinhhóasauthờigian5 ngày
(mg/l);
§ COD (Chemical Oxygen Demand )–nhucầuoxy
hóahọc(mg/l);
§ DO (dissolved oxygen) –Nồng độ oxy hòatan
(mg/l);
283
Khốithể tíchnước
§ Xétmộtkhốithể tích. Chấtlượngnướctrongthể tíchphụ
thuộcvàokhốilượngcủachấtô nhiễm.
§ Mô hìnhchấtlượngnướccầnthể hiệnkhốilượngcủachất
đótrongyếutốthể tích
§ Sự thay đổikhốilượng đượctínhtoánbằngsựchênhlệnh
giữadòngkhốilượngnhậpvàovàxuấtrakhỏithể tích.
z
d
y
d
x

d
zycu
d
d
zyxcu
x
cu
ddd
][
¶
¶
+
s
mg
m
s
m
m
mg
=
2
3
284
Qu
á
tr
ì
nh
h
ì

nh
th
à
nh
ch
ấ
t
lượngnước
§ Khốilượng đượcdòngchảyvậnchuyểntheocácthành
phầnvéctơ vậntốcU(U, V, W). Quátrìnhnày đượcgọilà
quátrìnhchuyểntải(advection) . Khốilượngchuyểntải
theophươngx bằngC x U x dy x dz. Trong đóC lànồng
độ chất đangxét.
§ Cácthànhphầnkhác đượcgọilà phântán. Cóhaithuật
ngữ cầnphânbiệt: diffusion (khuếchtán), dispersion
(phântán).
§ Phân tán đượcdùngchỉ tác độngkếthợpgiữakhuếchtán
phântử(molecular diffusion) vàkhuếchtánrối(turbulent
diffusion). Cả haiquátrìnhnày đềudo xung độnggâyra
theo địnhluậtBrown về khuếchtánphântửdo ảnhhưởng
củagradient nồng độ.
285
§ Quátrìnhphântán tuânthủđịnhluậtFick
§ Cácquátrìnhvậnchuyểncácchấtvàonước: Thủy
phân(phản ứngtrao đổigiữanướcvàcácloạikhoáng
chất); hòatan (pháhủycấutrúcmạngtinhthể củacác
loạimuốivàphânlythànhcácdạngion)
§ Cácquátrìnhtáchcácvậtchấtrakhỏinguồnnước :
baogồmcácquátrìnhlắng đọng(do tỷ trọng, nồng độ
vuợtgiớihạnbãohòa, quátrìnhhấpthụ, quátrìnhkeo

tụ, cácquátrìnhphản ứnggiữacáchợpchấtvàcác
quátrìnhsinhtháichấtlượngnước…)
286
Chấthữucơ
§ Cácchấthữucơ(organic wastes): cácchấtthảicó
nguồngốctừcácsinhvậtsốnghoặcchết. Khi được
đưavàonguồnnước, cácchấthữucơsẽlàmcho
cácvi sinhvậthiếukhípháttriển. Cácvi sinhvật
nàysẽtiêuthụ oxy làmcholượngoxy hoàtan sẽ
giảmxuốngchonêncásẽdầndầnbiếnmất. Khi
phầnlớnlượngoxy hoàtan giảm đithìcácvi sinh
vậtkỵkhísẽbiến đổicáchợpchấtcóchứalưu
huỳnhthànhH
2
S làmchonướccómùi
287
Chấtdễphânhuỷ sinhhọc
§ Chấtdễphânhuỷ sinhhọc(readily biodegradable
substances): chấtcóthể bị phânhuỷ sinhhọcđến
mộtmứcđộ nhất địnhnào đótheocácphépthửđã
định đốivớikhả năngphânhuỷ sinhhọchoàntoàn.
§ Sự phânhuỷ sinhhọchoàntoàn: sự phânhuỷ sinh
họcdẫnđếnsựvôcơhoáhoàntoàn.
§ Phân huỷ bậcnhất: sự phânhuỷ cấutrúcphântử
củamộtchất đếnmứcdộđủđể loạibỏmộttính
chất đặctrưngnào đó.
288
Hằngsốtốcđộ phânhuỷ K
1
§ Hằngsốtốcđộ phânhuỷ cácchấthữucơk

1
là đại
lượng đặctrưngchotốcđộ củaphản ứngphânhuỷ
cácchấthữucơdễphânhuỷ sinhhọcdo cácvi
sinhvậthiếukhítrongdòngchảy đượcxác định
trong điềukiệntĩnhtrongphòngthínghiệm.
289
Hi
ệ
n
tư
ợ
ng
n
ạ
p
kh
í
(oxy
t
ừ
không
khíxâmnhậpvàonướcmặt)
§ Nạpkhí(Reaeration) là
quátrìnhvậtlý(chuyển
hóakhốilượng) củaoxy
từ khíquyểnvàokhối
nước.
§ Để sử dụngcácmôhình
chấtlượngnướcsông

cầnthiếtphảixâydựng
phươngpháptínhtoán
hệ số tốc độ hòatan oxy
qua mặtthoáng. (ngày
-1
)
290
Môhìnhchấtlượngnước
đơngiản(môhìnhBOD/DO
đơngiản)
291
Đặc điểm
§ Loạimôhìnhnàyliên
quan đếnnồng độ oxy
trongsôngvàsuối
§ Mô hìnhchấtlượng
nước đầutiênxemxét
mốiquanhệBOD/DO
trongmộthệthống
sông đã đượcphát
triểnbởiStreeter
Phelps năm1925.
292
Cácgiả thiếttrợ giúplàm đơngiản
hóamôhìnhStreeter Phelps
§ Chỉ cómộtnguồnô nhiễmtồn
tại.
§ Tảitrọngô nhiễmkhông đổi
đượcthảira ở một điểmcho
trước.

§ Sôngkhông cónhánh.
§ Vậntốcdòngchảykhông đổi.
§ Mặtcắtngangdòngsôngcoi
như không đổi.
293
Tiếptheo
§ Sự khuếchtántạođiều
kiệnchonồng độ BOD
vàDO coinhưđồng
đềutrongmặtcắtcủa
sông.
§ Sự phânhủysinhhọc
diễnratrongsôngcó
bậcnhấtvàngoàira
khôngcósựthamgia
củacácquátrìnhkhác.
t
t
LK
dt
dL
.
1
-=
294
PhươngtrìnhStreeter -Phelps
§ D
t
= C
s

–C
t
§ C
s
= nồng độ oxy bãohòa
§ C
t
= nồng độ oxy ở thời điểmt
§ L
t
= nồng độ chấthữucơ, được đobằngBOD ở thời
điểmt
§ K
1
= hệ số tốc độ phânhủycácchấthữucơhay hằngsố
tốcđộ tiêuthụ oxy do quátrìnhphânhủycácchấthữu
cơ(ngày
-1
)
§ K
a
= hệ số tốc độ hòatan oxy qua mặtthoáng(ngày
-1
)
(gọingắngọnlàhệsốthấmkhí)
DKLK
dt
dD
at
-=

1
t
t
LK
dt
dL
.
1
-=
295
DKLK
dt
dD
at
-=
1
tt
CLD ,,
,,
1 N
KK
aa
RK ,
TD ,
0
q
296
Mộtsốvấnđề nảysinh
§ Làmthế nào để tính đượcK
1

vàL
t
?
§ Làmsaotínhtoánnhữngtác độngcủanhiệt độ?
§ Làmsao ướclượngsựnạpkhí(reaeration)?
Giátrị củaK
1
, K
a
, L
t
vàN
o
được đưarachomộtsố
trườnghợpđặctrưng ở Bảngsau đây.
KýhiệuK
N
làhằngsốtốcđộ củasựnitrathóa:
NH
+
4
+ 2O
2
à NO
3
-
+ H
2
O + 2H
+

297
Một số ký hiệu dùng trong các
phương trình
§ K
a
(20
o
C)= hệ số nạp khí(tốc độ hòatan oxy qua mặt
thoáng) ở 20
0
C.
§ K
a
(T)= hệ số nạp khí(tốc độ hòatan oxy qua mặtthoáng)
ở T
0
C.
§ v = vậntốctrungbìnhcủadòngchảy(m/s).
§ H = độ sâu(m).
§ θ = hằngsố= 0.0240
o
C
-1
, 5
o
C <T<25
o
C.
§ C
s

= nồng độ oxybãohòa(mg/l).
§ C
t
= nồng độ thựccủaoxy ở thời điểmt (mg/l).
298
CáchtínhK
a
§ K
a
phụ thuộcvàonhiệt độ, vậntốcdòngchảyvà độ
sâudòngchảynhưđược đề ratrongnhữngphương
trìnhdưới đây:
( )
()
( )
( )
120
3/2
1
3
2
0
26.2
26.2
)20(
q
-
=
=
ngaye

H
v
TK
ngay
H
v
CK
T
a
a
299
Giátrị củaK
1
, K
a
, L
t
vàN
o
được đưarachomộtsố
trườnghợpđặctrưng ở Bảngsau đây.
K
N
làhằngsốtốcđộ củasựnitrathóa:
NH
+
4
+ 2O
2
à NO

3
-
+ H
2
O + 2H
+
300
CáchtínhK
1
, K
N
N
o
lànồng độ ammonium
vàL
0
lànồng độ chấthữu
cơđobằngBOD ban đầu.
K
1
vàK
N
phụ thuộcvào
nhiệt độ T:
1.06 -
1.08
1.05
K
T
(tại

20
0
C)
Để tính
K
N
Để tính
K
1
(
)
(
)
()
( )
200
200
11
06.120
05.120
-
-
´=
´=
T
NN
T
CKTK
CKTK
301

Giátrị đặctrưngK
1
, K
N
, N
o
vàL
o
(ởnhiệt độ 20
o
C)
0 -50 –20.05 –0.100.05 –0.15Nướcsông
0 –10 –10.050.05 –0.10Nướcuống
10 –8060 –1200.05 –0.200.10 –0.25Nước thải
đôthịđãxử
lýsinhhọc
75 -15070 –1200.10 –0.250.35Nước thải
đôthịđãxử
lýcơhọc
150 –25080 –1200.15 –0.200.35 –0.40Nước thải
đôthị
L
o
N
o
K
N
K
1
302

TínhtoánBOD
§ Nồng độ chấthữucơtrongnướcthảithường
đượcchỉđịnhbằngBOD
5
hay BOD
7
, lầnlượtlà
lượngoxy tiêuthụ trong5 và7 ngày.
§ Nhưđãđề cập ở trên, từ giả thiếtsựphânhủy
tuântheoquyluậtbậcnhấtnêntacó:
t
t
LK
dt
dL
.
1
-=
tK
t
eLL
1
.
0
-
=
5
05
1
.

K
eLL
-
=
).1(
5
5
1
K
o
eLBOD
-
-=
303
GiảiphươngtrìnhStreeter -
Phelps choDO
DKLK
dt
dD
at
-=
1
00
DD
t
=
=
tK
a
eLKDK

dt
dD
1
01
-
=+
00
DD
t
=
=
(
)
( )
ê
ê
ê
ë
é
=+**=
¹+-
-
=

-
a
tK
a
tKtK
tK

a
KKeDLtKD
KKeDee
KK
LK
D
aa
1001
10
1
01
,
,.
1
1
304
Độ thiếuhụtDO cực đại
(
)
Û=Þ+-
-
=

-
0.
0
1
01
1
dt

dD
eDee
KK
LK
D
tKtK
tK
a
aa
tk
oc
tk
o
eL
k
k
D
DkeLk
dt
dD
1
1
a
1
a1
0
-
-
=
=-=

305
immtiúnng oxythp
nhtchớnhlgiihnnguyhi
0,0max
2
2
<=đ
dt
Dd
dt
dD
D
Đ Do D = C
s
C
t
suyraC
t
=C
s
-D, khiD max nghalC
t
min
(
)
ỳ
ỷ
ự
ờ
ở

ộ
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
-
-
-
=
01
1a0
1
a
1a
c
LK
KKD
1
K
K
ln
KK
1
t