Bài giảng MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG - Phần 10 tích hợp các mô hình ppt

361 TÍCH HỢP CÁC MÔ HÌNH 362 Bốnquátrìnhphứctạpcầnlưuý § Ảnhhưởngcủagió đếnhệsốnạpkhí, § Sự sảnsinhoxy từ quátrìnhquanghợp, § Sự hôhấpcủaphiêusinhthựcvật § Nhucầuoxy chobùn đáy 363 Vídụ1 (về sông): Bốnchutrình trongmộtmôhìnhsông § Ápdụngnguyênlýcânbằngvậtchấtchomộtlắtcắtnhỏ củasông. Điềunàydẫntới3 phươngtrìnhvi phânsau: LK dt dL U 1 -= NK dt dN U N -= ( ) SRpCCK NKLK dt dC U sa N +- + = 1 qU-vậntốctrungbìnhcủadòngchảy qL –nồng độ cácchấthữucơtheoBOD qP –sảnphẩmsơcấpcủaquátrình quanghợp qR –lượngoxy tiêuhaodo quátrìnhhô hấp qS –nhucầuoxy củalớpcặnđáy qN –tảitrọngammonia qK N –tốcđộ tiêuthụ oxy do nitrathóa 364 Vídụ2 (về hồ): xemhồnhư một hệ xáotrộnhoàntoàn § Trong đóW làtảitrọngBOD trongmỗi đơn vị thờigian, § Q làvậntốcdòngchảytronghồ, § V làthể tíchhồ, § A làdiệntíchhồ, § WO làtấtcảcácnguồnvàovàtiêuthụ oxybaogồmquang hợp, hôhấpvànhucầuoxytrầmtích. ( ) WOLVKCCAKQCQC dt dC V LVKQLW dt dL V sain ± +-= = 1 1 365 AKQ WO AKQ LVK AKQ AKC AKQ QC C VKQ W L aaa as a in + ± + - + + + = + = 1 1 ( ) WOLVKCCAKQCQC dt dC V LVKQLW dt dL V sain ± +-= = 1 1 0== dt dC dt dL Trạngthái ổn định 366 Bàitậpứngdụng Mộtnhàmáycóthải nướcthảisinhhoạtra mộtdòngchảy mặt. Điềukiệnxấunhấtxuấthiệntrongnhữngthángmùa hè, khi màdòngchảychậmvànhiệt độ của nướccao. Dòng nướcthảicódòngchảy đạtlà12000 m 3 /ngày, BOD 5 =40 mg/l (ở 20 o C), nồng độ oxyhòatan là2 mg/l, nhiệt độ làt o =25 o C. Dòngchảycólưu lượnglà1900 m 3 /h, BOD 5 =3mg/l (ở 20 o C), nồng độ oxyhòatan là8 mg/l. Sử dụngK 1 =0.15 (xembảng8.1 chodòngphatrộn). Nhiệt độ củadòngchảy đạtmax xấpxỉ22 o C. Sự hòatrộnhoàn toàntứcthời. Dòngchảytrungbình(saukhi hòatrộn) là 0.2 m/s, độ sâudòngchảylà2.5 m. Nồng độ oxybãohòa là8.7 mg/l. Hãytính độ thiếuhụtoxycực đạicùngthời gian đạt được. 367 Bàigiải § TínhK a tạinhiệt độ 20 0 C: ( ) ( ) 1 3/2 0 25.0 5 . 2 2.026.2 20 - = ´ = ngayCK a § Sự phatrộn: h/m2400)songnuoc(h/m1900)thainuoc(h/m500 333 =+ § BOD 5 phatrộn l/mg7.10 2400 3.190040.500 = + ( ) lmg e L /3.20 5276 7.10 1 7.10 5.15.0 0 == - = ´- 368 Bàigiải § Oxy hòatan là: l/m7.6 2400 8.19002.500 DO mixture = + = § Nhiệt độ phatrộnlà: 0 mixture 6.22 2400 22.190025.500 T = + = § K 1 tại22.6 0 là 17.005.1.15.0K 206.22 1 == - § K a tại22.6 0 là 27.0e.25.0K )206.22(024.0 a == - 369 Bàigiải § Thờigian đạttớihạnlà: ( ) 1 c ngay25.4 3.20.17.0 17.027.02 1 17.0 27.0 ln 17.027.0 1 t - = ú û ù ê ë é ÷ ø ö ç è æ - - - = § Độ thiếuhụtoxy cực đạilà: l/mg2.6 27.0 e.3.20.17.0 eL K K D 25.4.17.0 tK o a 1 c 1 === - - § Khoảngcách đạt đượclà: m73440m25.4.24.3600.2.0 = § Nồng độ oxy hòatan tại điểmtớihạnlà: l/mg5.22.67.8 = - 370 MÔ HÌNH PAAL CHUYỂN TẢI -PHÂN TÁN CHẤT Ô NHIỄM CHO NGUỒN ĐIỂM BùiTáLong [...]...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 =... dòng chảy ¶c ¶c ¶c ¶c ¶ ¶c ¶ ¶c ¶ ¶c + u + v + w + ( - k x ) + ( - k y ) + ( - k z ) + F (c ) = 0 ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x ¶x ¶y ¶y ¶z ¶z 382 Phương trình phân tán – tải với chất bẩn ¶2 S ¶2 S ¶2 S ¶S ¶S ¶S ¶S - Dx 2 - Dy 2 - Dz 2 + F(S ) = 0 + Vz + Vy + Vx ¶z ¶y ¶x ¶z ¶y ¶x ¶t § Hàm số F(S) đặc trưng cho các quá trình hóa học, sinh hóa học và khác, xảy ra với các chất ô nhiễm trong hệ thống nước § Đối với từng... tùy thuộc vào đặc tính của quá trình.Trong phần lớn các trường hợp người ta cho rằng quá trình này được miêu tả bởi phương trình phản ứng bậc 1 (sự ôxy hóa các chất hữu cơ, sự chết của vi khuẩn, sự thấm khí và v.v…) 383 § Trong điều kiện các hệ thống nước chảy (sông, kênh v.v ) Vz = Vy = 0 Khi đó phương trình có dạng ¶S ¶S ¶2S ¶2S ¶2S + Vx - Dx 2 - D y 2 - Dz 2 = 0 ¶t ¶x ¶x ¶y ¶z § Trong đó Vx – vận... tán được xác định một cách trung bình đối với tiết diện ướt của dòng chảy, § Dx , Dy , Dz không phụ thuộc vào tọa độ và đại lượng của chúng có thể được xác định qua các chỉ số thủy lực lòng sông 384 Phương trình mô phỏng oxy hòa tan trên kênh sông 385 Phương trình tính oxy hòa tan C ¶C ¶C ¶C ¶C ¶ 2C ¶ 2C ¶ 2C + Vx + Vy + Vz - Dx 2 - D y - Dz 2 + k1S 2 ¶z ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x ¶y - k2 (Ch - C) + α R = 0 § k1... 0 § k1 – hệ số vận tốc ôxy hóa chất hữu cơ; § k2 – hệ số vận tốc thấm khí; § S – Nồng độ các chất ô nhiễm theo sự tiêu thụ ôxy sinh học (BOD); § a – hằng số ôxi trong quá trình quang hợp; § R – cân bằng bức xạ 386 Phương trình độ thiếu hụt oxy ¶D ¶D ¶D ¶D ¶2D ¶2D ¶2D + Vx + Vy + Vz - Dx 2 - D y - Dz 2 + 2 ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x ¶y ¶z + k1 S - k2 D + aR = 0 § k1 – hệ số vận tốc ôxy hóa chất hữu cơ; § k2 – hệ... ¶y ¶z § Các số hạng như u 'c' biểu diễn sự đối lưu do các thăng giáng của rối và bằng phương pháp tương tự các định luật khuếch tán phân tử Fick, chúng có thể được biểu diễn bằng một hệ thống khuếch tán tương đương trong đó dòng khối lượng chất tỷ lệ với gradient nồng độ trung bình và dòng chảy theo hướng gradient nồng độ trung bình Vì vậy 381 ¶c ¶c v' c' = -k y u ' c' = -k x ¶y ¶x w' c' = - k z ¶c... = -k y u ' c' = -k x ¶y ¶x w' c' = - k z ¶c ¶z § Trong đó kx, ky, kz là các hệ số khuếch tán rối Phương trình có thể viết lại bằng cách bỏ qua những gạch trung bình như sau: ¶c ¶c ¶c ¶c ¶ ¶c ¶ ¶c ¶ ¶c + u + v + w + (-k x ) + (-k y ) + (- k z ) = 0 ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x ¶x ¶y ¶y ¶z ¶z kx, ky, kz không cần thiết là như nhau theo tất cả các hướng Tuy nhiên, chúng sẽ có bậc lớn hơn Dm hệ số khuếch tán phân tử... phương trình ¶S ¶2S ¶2S Vx - D y 2 - Dz 2 + F ( S ) = 0 ¶x ¶y ¶z ( A) Phương trình (A) sẽ cho nồng độ các chất ô nhiễm theo hướng ngang và hướng thẳng đứng Đối với sông thường chấp nhận chiều rộng là lớn hơn nhiều so với chiều sâu B >> H Trong trường hợp này có thể không tính đến phân tán theo phương thẳng đứng, có nghĩa là ¶2S/¶z2 = 0 Khi đó phương trình (A) có dạng ¶S Vx ¶x ¶2S - Dy ¶y 2 + F (S) = 0 389... 392 Xét bài toán một chiều 393 y B Vx ( m/ s) x 394 Sct : nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải (mg/l) Q : lưu lượng nước thải (m3/s) B: chiều rộng của sông (m) Sp : nồng độ chất ô nhiễm trong nước sông ở phía trên mặt cắt thải (mg/l) k1 - hệ số chuyển hoá chất ô nhiễm (ngày-1) Vx – là vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s) H – là độ sâu trung bình của sông (m) Phân bố nồng độ theo khoảng cách cách nguồn... hóa chất hữu cơ; § k2 – hệ số vận tốc thấm khí; § S – Nồng độ các chất ô nhiễm theo sự tiêu thụ ôxy sinh học (BOD); § a – hằng số ôxi trong quá trình quang hợp; § R – cân bằng bức xạ 387 Đơn giản hoá bài toán và đặt điều kiện ban đầu và điều kiện biên 388 Nếu như chất thải xâm nhập đều theo thời gian thì chúng ta có sự thải ¶S ¶2S dừng và các số hạng và trong phương trình bằng không và quá ¶t ¶x 2 trình . ĐIỂM BùiTáLong 371 Nộidung § Xây dựngcácphươngtrìnhtoáncơbảndựa trêncácqui luậtvậtlý(phươngtrìnhtoánlý); § Trungbìnhhóacácthambiến; § Mô hìnhPaalchonguồnxảđiểm, cáctrường hợpkhácnhau; § PhầnmềmENVIMWQ. 372 Sự. đạilà: l/mg2.6 27.0 e.3.20.17.0 eL K K D 25.4.17.0 tK o a 1 c 1 === - - § Khoảngcách đạt đượclà: m73440m25.4.24.3600.2.0 = § Nồng độ oxy hòatan tại điểmtớihạnlà: l/mg5.22.67.8 = - 370 MÔ HÌNH PAAL CHUYỂN TẢI -PHÂN TÁN CHẤT Ô NHIỄM CHO. K 1 tại22.6 0 là 17.005.1.15.0K 206.22 1 == - § K a tại22.6 0 là 27.0e.25.0K )206.22(024.0 a == - 369 Bàigiải § Thờigian đạttớihạnlà: ( ) 1 c ngay25.4 3.20.17.0 17.027.02 1 17.0 27.0 ln 17.027.0 1 t - = ú û ù ê ë é ÷ ø ö ç è æ - - - = §