documents tips bai tap mon ky thuat moi truong

BÀI TẬP MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
1. Một dòng nước thải đã sử lý có BOD tới hạn là 50 mg/l, với lưu lượng 1,1 m3/s đổ vào một
dòng suối chảy với lưu lượng 8,7m3/s có BOD tới hạn là 6 mg/l, hằng số tốc độ của phản ứng
oxi hóa K là:
K = 0,2 ngày-1.
Giả thiết rằng ở điểm gặp nhau của hai dòng nước có sự trộn lẫn ngay lập tức và hoàn toàn,
hãy tính BOD tới hạn của nước suối tại điểm cách xa nơi hợp dòng là 30000m.
2. Tại điểm hợp dòng của cống thải và sông, nước có giá trị BOD tới hạn là 10,9 mg/l và DO
là 7,6 mg/l. Nhiệt độ của dòng sông và hỗn hợp nước thải là 20 độ C, hằng số tốc độ của
phản ứng oxi hóa là K = 0,2 ngày-1, tốc độ dòng chảy trung bình là 0,3 m/s, độ sâu trung bình
là 3m.
Tính thời gian và khoảng cách từ điểm 2 dòng bắt đầu trộn lẫn với nhau tới điểm có lượng
oxi hòa tan tối thiểu, độ thiếu hụt là lớn nhất.
Tìm giá trị DO nói trên.
1. Xác định nồng độ cực đại mức độ sát mặt đất
Một nhà máy điện đốt 5,45 tấn than trong 1 giờ và phát thải các sản phẩm cháy qua ống
khói có chiều cao hiệu quả là 75 m. Than có hàm lượng lưu huỳnh là 4,2% và vận tốc gió
tại đỉnh của ống khói là 6m/s. Các điều kiện khí quyển ở mức độ vừa phải tới mức độ ổn định
thấp.
Xác định nồng độ SO2 cực đại ở mức độ sát đất và khoảng cách từ ống khói tới điểm xuất
hiện cực đại.
2. Tính toán độ hòa tan của khí trong nước
Tính toán độ hòa tan của khí trong nước ở 00C và áp suất 1 atm. Giả thiết rằng các vật
liệu khác hòa tan không đáng kể (hoặc có thể bỏ qua). Cho hằng số Henry đối với không khí
ở 00C là H = 4,32.104 atm/phần mol.
2. Quá trình chuyển hóa BOD.
BOD5 của nước thải được xác định là 150 mg/L ở 200C. Giá trị của hằng số tốc độ là 0,23
ngày-1. Xác định BOD8 nếu mẫu được thực hiện ở 150C?
3. Ứng dụng đường cong BOD.
Nhà máy xử lý nước thải đô thị thải ra dòng thứ cấp tới dòng nước bề mặt. Điều kiện tồi
tệ nhất xuất hiện trong những tháng mùa hè khi lưu lượng dòng thấp và nhiệt độ nước cao.

Dưới các điều kiện đó, việc đo được thực hiện trong phòng thí nghiệm và tại hiện trường để
xác định đặc trưng của dòng nước thải và lưu lượng dòng. Nước thải được xác định với tốc
độ dòng cực đại 15 000 m3/ngày, BOD5 là 40mg/L, nồng độ oxy hòa tan là 2 mg/L và ở nhiệt
độ 250C. Dòng chảy (đầu dòng tính từ điểm nước thải thải ra) được xác định tốc độ dòng cực


tiểu là 0,5m3/s; BOD là 3mg/L; nồng độ oxy hòa tan là 8mg/L và nhiệt độ là 220C. Hỗn hợp
hòa lẫn hoàn toàn giữa dòng nước thải và dòng chảy xảy ra ngay lập tức, tốc độ của hỗn hợp
là 0,2m/s. Từ chế độ dòng chảy, hằng số tốc độ được xác định là 0,4 ngày-1ở điều kiện nhiệt
độ 200C.
Vẽ đồ thị oxy hòa tan với dòng chảy cách xa 100 km?
Hướng dẫn: Để thực hiện được mối tương quan giữa oxy hòa tan và khoảng cách dòng chảy
(ở 100 km) cần thực hiện theo 6 bước:
Bước 1. Xác định được các đặc trưng của hỗn hợp dòng thải: tốc độ dòng theo thể
tích (Volume/time); BOD, DO, nhiệt độ.
Bước 2. Tính hằng số chính xác theo nhiệt độ
Bước 3. Xác định sự thiếu hụt oxy ban đầu (Do)
Bước 4. Xác định sự thiếu hụt tới hạn và vị trí của chúng
Bước 5. Xác định sự thiếu hụt tại các điểm 20, 75 và 100 km từ điểm dòng chảy thải;
Bước 6. Các nồng độ oxy hòa tan tại mỗi điểm được tìm thấy (tại bước 5)
Bài giải tham khảo.
Bài 2. (Độ sâu sửa lại là 3m ?)
- Độ thiếu hụt ban đầu
Do = 9,1 – 7,6 = 1,5 mg/l.
Với 9,1 là hàm lượng oxy hòa tan bão hòa trong nước ở 20 °C.
- Đánh giá hệ số tốc độ hòa tan oxy qua mặt thoáng (ngày-1)
Ka= (ngày -1)
Trong đó: v = vận tốc trung bình của dòng chảy.
H = độ sâu trung bình của dòng chảy.
=> Ka= = 0,41 (ngày -1)

- Tính thời gian khi độ thiếu hụt đạt cực đại với tc:
Giải phương trình Streeter Phelps cho DO
=K1×Lt –Ka.D

Nghiệm của phương trình là
Với K1≠Ka
Độ thiếu hụt cực đại là:


Dc=

Thời gian khi độ thiếu hụt cực đại
tc=
ln(
(1-

Thay số vào ta được
tc= ln( (1-

))

))= 2,675 (ngày)

xc=v.tc= 0,3 (m/s)×86400 s/ngày× 2,675 ngày = 69336 (m)
Giá trị nhỏ nhất của DO cũng đạt được khi Dc là lớn nhất. Độ thiếu hụt DO cực đại là:
Dc=
= × 10.9 (mg/L)× = 3.1 (mg/L)



DO min= 9.1- 3.1=6 (mg/L)

Bài 1.
a)BOD tới hạn trung bình tại nơi hai dòng nước gặp nhau:
BOD = = 10,9 mg/l.
b)Quá trình oxy hóa sinh học các chất hữu cơ BOD cần cho quá trình oxy hóa sinh học có thể
biểu diễn theo phương trình :
Lx = L o = L o
Trong đó Lx – BOD tại vị trí x; Lo – BOD tại vị trí x = 0.
Áp dụng phương trình với Lo = 10,9 mg/l ; k = 0,2 ngày -1; x =30000 m.
v = 0,3 m/s = 0,3.24.3600 = 25920m/ngày.
Thay số vào phương trình, ta có Lx = BOD30000= 8,7 mg/l.
Bài tập về nhà.
Bài 1. Theo phương pháp BERLIAND M.E ta có:
Nồng độ cực đại trên mặt đất: (công thức áp dụng cho khí và bụi nhẹ)

+ n)2 M k1
Cmax = 0.116(11.5(1
k0u1
u1H +n)
Khoảng cách từ XM từ nguồn đến vị trí có nồng độ max:


u1H 1+n
2
X max =
3 k1(1+ n)2
Trong các công thức trên : u1 – là vận tốc gió ở độ cao z = 1m, m/s
M – là lượng khí SO2 thải ra môi trường, g/s
H – chiều cao hiệu quả của ống khói, m.

n - 0.15 ÷ 0.2 (Số mũ của hàm biến thiên tốc độ gió)
k1= 0.1 ÷ 0.2 m/s
k0= 0.5 ÷ 1 m
Công thức tính vận tốc ở độ cao z:
u = u0 .
Với : uz - Vận tốc gió ở độ cao z
u0 - Vận tốc gió ở độ cao bất kỳ đã biết.
Do ta đang xét SO2 ở dạng khí nên ta giả sử giá trị của các trị số như sau (lấy mức nhỏ nhất):
n = 0,15, k1 = 0,1 (m/s) ; k0 = 0,5 m.
- Vận tốc u1 ở độ cao 1m trong trường hợp đang xét:
u1 = u75. (1/75)0,15 = 6.(1/75)0,15 = 3,14 m/s.
•

- Lượng khí SO2 thải ra môi trường :
M = 5,45.106.0,042.64/(32.3600) = 127,16 g/s.
Thay số : ta có Cmax = = 9,138.10-4g/m3 = 0,9138 mg/m3.
Khoảng cách từ ống khói tới điểm xuất hiện cực đại :
Xmax = = 2268,6 m.
2. Định luật Henry: Độ hoà tan của một chất khí trong chất lỏng ở một nhiệt độ không đổi tỷ lệ
thuận với áp suất riêng phần của khí đó tác dụng lên chất lỏng.
Gọi Si là độ hòa tan của khí i:
Si = Pi/H
[H] = [atm/phần mol]

Với áp xuất là p = 1 atm, ta có độ hòa tan của không khí vào nước ở 0°C là:
Skk = 1/ 4,32.104 = 2,31.10-5(phần mol).
Quy ra tỷ lệ mg/l sẽ là Skk ≈ = 37,22 (mg/l).
3.Coi giá trị BOD tới hạn gần đúng là BOD20 ở 20°C.
L0 = BOD5(20°C)/0,68 = 150/0,68 = 220,6 mg/l.
[hoặc BOD5 = L0.(1- e-kt) = 150 mg/l. => L0 = BOD5/(1 – 10-kt) = 150/(1 – e-5.0,23)]

Hằng số tốc độ ở nhiệt độ T bất kỳ được tính theo công thức:
KT = K20.θ(T-20)
Với θ ≈ 1,048 là hằng số thực nghiệm.
Thay số, ta được giá trị K15 = 0,23.1,048(15-20) = 0,182 ngày-1
Suy ra BOD8(15°C) = Lo.(1 - ) = 220,6.(1 - ) = 169,14 mg/l.


4. Tính các giá trị trung bình khi hợp dòng.
BODTB = = 12,5 mg/l.
DOTB = = 6,45 mg/l
TTB = = 22,8 °C.
Hằng số tốc độ ở nhiệt độ trung bình ở trên là:
KT = K20.θ(T-20) = K22,8 = 0,4.1,048(22,8 – 20) = 0,456 ngày-1.
Độ hòa tan bão hòa của oxy trong nước ở 22,8°C lấy gần đúng là 9 mg/l.
Suy ra độ thiếu hụt oxy ban đầu là: Do = 9 – 6,45 = 2,55 mg/l.
Cho rằng hằng số tốc hòa tan oxy qua mặt thoáng (ngày-1) ở 20°C là Ka = 0,41 ngày-1.
Vậy hằng số Ka ở 22,8°C được tính theo công thức:
KaT = Ka20.θ(T-20) = 0,41.1,048(22,8 – 20) = 0,468 ngày-1.
- Tính thời gian khi độ thiếu hụt đạt cực đại với tc:
Giải phương trình Streeter Phelps cho DO
=K1×Lt –Ka.D

Nghiệm của phương trình là
Với K1≠Ka (*)
Độ thiếu hụt cực đại là:
Dc=

Thời gian khi độ thiếu hụt cực đại
t c=
ln(

(1-

Thay số vào ta được
tc= ln( (1-

))

))= 1,72 (ngày)

xc=v.tc= 0,2 (m/s)×86400 s/ngày× 1,72 ngày = 29721,6 (m)
Giá trị nhỏ nhất của DO cũng đạt được khi Dc là lớn nhất.
Dc=
= × 12,5 (mg/L)× = 5,56 (mg/L)


Nồng độ oxi hòa tan cực tiểu là:
DO min = 9 – 5,56 = 3,44 (mg/L)
- Xác định độ thiếu hụt tại các điểm 20, 75, 100 km.
Tương ứng với thời gian lần lượt là:
T20 = 20000/(0,2.24.3600) = 1,16 ngày.
T75 = 75000/(0,2.24.3600) = 4,34 ngày.
T100 = 100000/(0,2.24.3600) = 5,79 ngày.
Áp dụng công thức (*), thay các giá trị T vào ta có độ thiếu hụt tại các điểm đang xét là:
D20 = () + 2,55.e-0,468.1,16 = 5,35 mg/l.
D75 = () + 2,55.e-0,468.4,34 = 3,67 mg/l.
D100 = () + 2,55.e-0,468.5,79 = 2,44 mg/l.
Vậy nồng độ oxy hòa tan tại mỗi điểm trên là:
DO20 = 9 – 5,35 = 3,65 mg/l.
DO75 = 9 – 3,67 = 5,33 mg/l.
DO100 = 9 – 2,55 = 6,45 mg/l.

Bảng tổng hợp giá tri DO tính từ điểm dòng chảy thải.
Khoảng cách (km)
0
20
29,7216
75
100
DO (mg/l)
6,45
3,65
3,44
5,33
6,45
Đồ thị sự thay đổi của lượng oxy hòa tan trong nước thải từ điểm hợp dòng đến điểm cách
dòng 100 km như sau :
Bài của Bình.
1) Lượng thải khí SO2 (kg/h) được tính theo công thức sau đây:
MSO2 =20B.S
Trong đó: B là lượng nhiên liệu đốt (tấn/h)
S: hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu
 MSO2 = 20 x 5,45 x 4,2= 457,8 (kg/h)=127166 (mg/s)
Tính toán khuyếch tán các chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao theo phương pháp BERLIAND
M.E dựa trên phương trình vi phân của quá trình khuyếch tán từ nguồn điểm cao được viết
dưới dạng:

2 


u ∂C + w ∂C =  k y ∂ C2 ÷÷+ ∂  kz ∂C ÷+ α C
∂x

∂z  ∂y ÷ ∂z  ∂z ÷

C - Nồng độ chất ô nhiểm
u - Vận tốc gió
ω

- Vận tốc theo phương thẳng đứng của chất ô nhiễm.


α

kz và ky - lần lượt là hệ thống trao đổI theo phương đứng và phương ngang

- Hệ số xác định sự thay đổi nồng độ chất ô nhiễm do phân huỷ hoá học hoặc do gội sạch
bởi mưa, sương.
Các giả thiết ban đầu được thừa nhận là: nguồn điểm được đặt ở độ cao z = H (khi x = 0); có
sự phản xạ hoàn toàn chất ô nhiễm từ mặt đất ; nồng độ chất ô nhiễm tiến dần đến triệt tiêu ở
khoảng cách tương đối xa so với nguồn.
Với các giả thiết như trên, Berlaind đã chứng minh và đưa ra các kết quả sau:
Nồng độ ô nhiễm trên mặt đất của khí và bụi nhẹ:

C( x, y,z =0) =

M
e
2(1+ n)k1 π k0 x











2 
u H1+n
− 1
− y 
2
k1(1+n) x 4k0 x 


(1)

Nồng độ cực đại trên mặt đất:

+ n)2 M k1
Cmax = 0.116(11.5(1
k0u1
u1H +n)

(2)

Khoảng cách từ XM từ nguồn đến vị trí có nồng độ max:

u1H 1+n
2
X max =

3 k1(1+ n)2

(3)

Trong các công thức trên :
M: Lượng thải (mg/s)
H - Độ cao hiệu dụng của ống khói (m)
u1 – là vận tốc gió ở độ cao z = 1m (m/s)
n = 0.15 ÷ 0.2 (Số mũ của hàm biến thiên tốc độ gió)
k1= 0.1 ÷ 0.2 m/s (Hệ số khuếch tán rối ở mực 1m )
k0= 0.5 ÷ 1 m (K0- Kích thước khuếch tán rối ngang)
u1=u10.()n ; u75=u10.()n =>= ()n => u1= u75. ()0,14 = 6. ()0,14 =3.278
Thay số vào (2), (3) ta được
+ n)2 M k1
Cmax = 0.116(11.5(1
k0u1
u1H +n)

= = 1.27


u H 1+n
X max = 2 1
3 k1(1+ n)2
X max=

= 1154 (m)

2) Quá trình chuyển hóa BOD.
Lo được xác định từ phương trình

Lt= Lo.
BOD5=Lo(1-) => Lo= = =219.5
K1 ở 15oC = K1 (20oC) .1.0515-20 = 0.23. 1.05-5 = 0.18
BOD8=Lo(1-)=219.5 (1-) = 167.5
2) Độ hoà tan của một chất khí trong chất lỏng ở một nhiệt độ không đổi tỷ lệ thuận với áp
suất riêng phần của khí đó tác dụng lên chất lỏng. Gọi S là độ hòa tan của khí : S = k.P (k :
hằng số Henry, phụ thuộc vào bản chất của chất khí và nhiệt độ), hằng số Henry đối với
không khí ở 00C là H = 4,32.104 atm/phần mol.
Vậy: S= 4,32.104 .1=4,32.104
3) Tìm nồng độ oxy tới hạn:
Đổi: 0,5m3/s = 1800 m3/ngày
Sự pha trộn: 15000+18000=33000 m3/ngày
BOD5 pha trộn= =19.818 (mg/L)
Lo= = 23 (mg/L)
Oxi hòa tan là:
DO mixture = = 5,2727 (mg/L)
Nhiệt độ pha trộn là: = 23,4 (oC)
Sử dụng K1 (20oC)=0.4 cho dòng chảy rối
K1 tại 23.40 là: K1= K1 (20oC)x1.05 (23,4-20) = 0,4 x 1,05 (23,4-20) = 0.472
Ka tại 23,4o là: Ka=Ka(20oC). =
Ka không tính được vì đề bài không cho độ sâu trung bình H
Độ thiếu hụt tới hạn là:
Dc=
Thời gian khi độ thiếu hụt tới hạn
tc= ln((1-))
Thay số vào ta được
xc=v.tc
DO min= DO bão hòa –Dc

σ y = ax0.894
và

σ z = bxc + d

(33)

Trong đó x – là khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn, tính bằng km. Các hệ số a, b, c,
d cho ở bảng 2.
Bảng 2: Các hệ số a, b,c, d trong công thức (33)
Cấp ổn
x ≤ 1 km
định
a
b
c
d
A
B
C
D
E
F

213
156
104
68
50.5
34

Thay số vào ta có :

σ y = ax0.894
=

440.8
106.6
61
33.2
22.8
14.35

1.941
1.149
0.911
0.725
0.678
0.740

9.27
3.3
0
-1.7
-1.3
-0.35

b

x >1 km

c

d

459.7
108.2
61
44.5
55.4
62.6

2.094
1.098
0.911
0.516
0.305
0.180

-9.6
2.0
0
-13.0
-34.0
-48.6