Áp dụng mô hình DO- phương pháp Streeter- Phelps vào việc đánh giá chất lượng ô nhiễm nước sông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÍ MÔI TRƯỜNG
TIỂU LUẬN
MÔN : MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI: Áp dụng mô hình DO- phương pháp Streeter- Phelps vào việc
đánh giá chất lượng ô nhiễm nước sông
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lý Ngọc Minh
Mã học phần: 212301601
Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày 30 Tháng 10 Năm 2010
1
2
Nhận xét của giáo viên
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................

......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
Mục lục
Phần 1: Mở đầu........................................................................................................5
Phần 2: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu................................................................6
Phần 3: Nội dung mô hình Streeter- Phelps:...........................................................7
1. Cách tiếp cận cân bằng vật chất....................................................................7
2. Độ thiếu hụt oxy.........................................................................................10
3. Độ thiếu hụt ban đầu...................................................................................11
4. Phương trình diễn tiến của DO...................................................................11
5. Sự nạp không khí........................................................................................14
Phần 4: Bài toán ứng dụng.....................................................................................16
Phần 4: Kết luận và kiến nghị................................................................................26
Tài liệu tham khảo..................................................................................................27
3
Phần 1: Mở đầu

Sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp trên đất nước chúng ta trong những năm
qua đã làm gia tăng đáng kể phát thải vào môi trường. Sau hơn 20 năm công nghiệp
hóa, hiện đại hóa đất nước, môi trường nước ta bị xuống cấp một cách nhanh chóng:
đất đai bị xói mòn, thoái hóa, chất lượng nguồn nước bị suy giảm mạnh, không khí ở
nhiều đô thị, khu dân cư bị ô nhiễm nặng, khối lượng phát sinh và mức độ độc hại của
các chất thải ngày càng tăng, tài nguyên thiên nhiên trong nhiều trường hợp bị khai thác
quá mức, không có qui hoạch, đa dạng sinh học bị đe dọa nghiêm trọng, điều kiện vệ
sinh môi trường, cung cấp nước sạch ở nhiều nơi không bảo đảm. Việc đẩy mạnh phát
triển công nghiệp, dịch vụ, quá trình đô thị hóa,…đang gây ra áp lực lớn lên tài nguyên
và môi trường, đặt công tác bảo vệ môi trường nước ta trước những thách thức gay gắt.
Các chất ô nhiễm đưa vào môi trường ngày càng nhiều làm tổn hại các hệ sinh thái-gây
tổn hại đến cấu trúc hệ sinh thái và tàn phá các sinh vật, đặc biệt là môi trường nước.
Một nhiệm vụ quan trọng đặt ra là chúng ta phải dự đoán sự biến đổi của môi trường
dưới sự tác động của các yếu tố khác nhau. Do vậy, mô hình hóa môi trường sẽ giúp
đưa ra những dự báo trước, từ đó đưa ra những biện pháp quản lý và biện pháp kỹ thuật
thích hợp.
Ô nhiễm nước là một trong những vấn đề quan trọng hiện nay cần được quan tâm và xử
lý thích hợp. Việc đưa các chất có nhu cầu về oxy, kể cả chất hữu cơ, vô cơ vào trong
một con sông dẫn tới sự suy giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước sông. Điều này có
thể đưa tới một nguy cơ thực sự đối với cá và các loài thủy sinh bậc cao khác nếu như
nồng độ oxy hòa tan trong nước sông giảm tới một giá trị tới hạn nào đó. Để dự báo
mức độ suy giảm oxy cần phải biết loại chất thải được thải vào sông và bao nhiêu oxy
cần thiết để phân hủy chất thải. Các vật chất hữu cơ có nhu cầu về oxy thường được đo
bằng cách xác định lượng oxy bị tiêu thụ trong quá trình phân hủy theo cách gần đúng
với sự phân hủy trong các nguồn nước thiên nhiên. Mô hình DO, cụ thể là phương pháp
Streeter- Phelps sẽ giúp chúng ta tìm hiểu về các vấn đề trên.
4
Phần 2: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
DO (Dessolved Oxygen) là thông số hóa học quan trọng nhất, lượng oxy hòa tan trong
nước cần thiết cho sự hô hấp của các thủy sinh. Trong các chất khí hòa tan trong nước,

oxy hòa tan đóng một vai trò rất quan trọng. Oxy hòa tan cần thiết cho sinh vật thủy
sinh phát triển, nó là điều kiện không thể thiếu của quá trình phân hủy hiếu khí của vi
sinh vật. Khi nước bị ô nhiễm do các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật thì
lượng oxy hòa tan trong nước sẽ bị tiêu thụ bớt, do đó giá trị DO sẽ thấp hơn so với DO
bảo hòa tại điều kiện đó. Vì vậy DO được sử dụng như một thông số để đánh giá mức
độ ô nhiễm chất hữu cơ của các nguồn nước. DO có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự
làm sạch của sông (assimilative capacity - AC). Đơn vị tính của DO thường dùng là
mg/l.
Nồng độ oxy hòa tan trong một con sông là một chỉ số phản ánh mức độ trong sạch
chung của nó. Tất cả các dòng sông đều có một khả năng tự làm sạch nhất định của
chúng. Với điều kiện là việc thải các chất có nhu cầu về oxy nằm trong khả năng tự làm
sạch của một con sông, hàm lượng DO vẫn được duy trì ở mức độ cao và khi đó có thể
tìm thấy một quần xã thực vật và động vật phong phú, bao gồm cả các bầy cá. Khi
lượng chất thải tăng nhanh, khả năng tự làm sạch của dòng sông bị quá tả, hàm lượng
DO trong nước sông bị suy giảm, từ đó dẫn đến những thay đổi bất lợi trong đời sống
của hệ thủy sinh trong sông. Khi DO tụt xuống tới mức 4-5mg/l, phần lớn tôm cá sẽ di
chuyển ra khỏi đó để tìm nơi cư trú mới. Nếu DO bị khử hoàn toàn, cá và động vật bậc
cao hơn khác bị giết chết hoặc phải di tản đến nơi khác và dẫn đến những điều kiện cực
kì nguy hại. Nước sẽ trở nên có màu đen và bốc mùi hôi thối giống như nước sông,
đồng thời diễn ra sự thối rữa kị khí các xác chết của hệ thủy sinh nước sông. Một trong
những công cụ chính của việc quản lý chất lượng nước sông là đánh giá khả năng hấp
thụ chất thải của dòng sông. Điều này được tiến hành bằng cách xác định diễn biến
nồng độ DO trong các dòng thải ra sông. Diễn biến này được gọi là đường cong lõm
DO bời vì nồng độ DO lúc đầu bị giảm xuống nhanh cùng lúc với các vật chất có nhu
cầu về oxy trong dòng thải bị oxy hóa và sau đó từ từ tăng lên dọc theo đường chuyển
nước cùng lúc với sự nạp lại dần oxy từ khí quyển cho dòng chảy.
5
Để phát triển một biểu thức toán học đối với đường cong lõm DO, nguồn oxy và các
yếu tố, ảnh hưởng đến sự tụt giảm oxy phải được xác định và định lượng. Nguồn cung
cấp oxy chủ yếu là từ khí quyển và từ sự quang hợp của các loài thực vật trong nước.

Sự tụt giảm oxy được gây ra do nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là BOD của
dòng thải ra, và BOD sẵn có trong nước sông theo dòng chảy ngược lên dòng thải
thường thấp hơn so với DO trong sông. Như vậy, DO ở sông bị giảm xuống nhanh
ngay khi chất thải được đưa vào sông. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự tụt giảm oxy
hòa tan bao gồm sự ô nhiễm từ các nguồn diện, sự hô hấp của các sinh vật sống trong
bùn đáy, và sự hô hấp của các thực vật trong nước. Theo cách tiếp cận cổ điển, phương
trình diễn biến DO được phát triển bằng cách chỉ xem xét đến sự tụt giảm DO ban đầu,
BOD cacbon, và sự cung cấp lại không khí từ khí quyển. Và vào năm 1925, Streeter và
Phelps đã công bố một công trình về “đường cong thiếu hụt DO”, trong sông Ohio. Các
kết quả này cho phép giải thích sự giảm đi của DO theo khoảng cách theo hướng dòng
chảy của sông do sự phân hủy BOD, và phương trình toán này được mang tên phương
trình Streeter- Phelps.
Phần 3: Nội dung mô hình Streeter- Phelps:
1. Cách tiếp cận cân bằng vật chất
Các cân bằng vật chất đơn giản giúp ta có thể hiểu được và giải quyết các vấn đề đường
cong diễn tiến DO. Ba dạng cân bằng vật chất truyền thống (không có phản ứng hóa
học) có thể sử dụng để kiểm toán việc xáo trộn ban đầu của dòng chất thải và sông,
BOD cacbon, và tất cả những thay đổi về nhiệt độ gây ra do sự xáo trộn dòng chất thải
và sông.
Sơ đồ cân bằng vật chất truyền thống đối với oxy (chỉ có xáo trộn) được thể hiện trên
hình sau, tích số của lưu lượng nước và nồng độ DO cho ta một khối lượng oxy trên
một đơn vị thời gian:
G
n
=Q
n
C
n
G
s

= Q
s
C
s
Trong đó: G
n
= tải lượng DO trong nước thải,g/s
G
s
= tải lượng DO trong nước sông ,g/s
6
Q
n
= lưu lượng nước thải, m
3
/s
Q
s
= lưu lượng nước sông, m
3
/s
C
n
= nồng độ oxy hòa tan trong nước thải,g/m3
C
s
= nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m3
Do
Hình : sơ đồ cân bằng vật chất di truyền thống đối với sự xáo trộn DO
Tải lượng DO trong sông sau khi hòa trộn cân bằng với tổng tải lượng DO của dòng

nước sông và nước thải:
Tải lượng DO sau khi hòa trộn= Q
n
C
n
+ Q
s
C
s
Tương tự đối với BOD toàn phần:
Tải lượng BOD sau khi hòa trộn= Q
n
L
n
+ Q
s
L
s
Trong đó: L
n
= BOD toàn phần của nước thải, mg/l
L
s
= BOD toàn phần của nước sông ,mg/l
7
Tải lượng DO trong
nước sông
Tải lượng DO trong
nước sông sau khi
hòa trộn

Tải lượng DO trong nước
thải
8
BOD
t
L
t
= L
0
e
-kt
L
t
L
o
=BOD cuoi cung pha cacbon
Thờigian, ngày
9
BOD
5
BOD
t
= L
0
(1- e
-kt
)
t
Thời gian, ngày
L

o
10
BOD
5
BOD
t
= L
0
(1- e
-kt
)
t
Thời gian, ngày
L
o