lượng nước
a. Thành phần mụ hỡnh
Cỏc biến trạng thỏi của mụ hỡnh được liệt kờ trong bảng sau:
Bảng 3.3: Cỏc biến trạng thỏi của mụ hỡnh Q2K
Cỏc biến trạng thỏi Kớ hiệu Đơn vị[*]
Độ dẫn điện (Conductivity) s1, s2 àmhos
Chất rẵn vụ cơ lơ lửng (Inorganic suspended solids) mi,1, mi,2 mgD/L
ễxy hũa tan (Dissolved oxygen) o1, o2 mgO2/L
CBOD phõn hủy chậm (Slow-reacting CBOD) cs,1, cs,2 mg O2/L CBOD phõn hủy nhanh (Fast-reacting CBOD) cf,1, cf,2 mg O2/L Nitơ hữu cơ (Organic nitrogen) no,1, no,2 àgN/
L
55
Cỏc biến trạng thỏi Kớ hiệu Đơn vị[*]
NO3-N (Nitrate nitrogen) nn,1, nn,2 àgN/L
Photpho hữu cơ (Organic phosphorus) po,1, po,2 àgP/L Photpho vụ cơ (Inorganic phosphorus) pi,1, pi,2 àgP/L Thực vật phự du (Phytoplankton) ap,1, ap,2 àgA/L Cỏc hạt vật chất (Detritus) mo,1, mo,2 mgD/L
Mầm bệnh (Pathogen) x1, x2 cfu/100 mL
Thành phần gen (Generic constituent) gen1, gen2 Tự xỏc định
Độ kiềm (Alkalinity) Alk1, Alk2 mgCaCO3/L
Tổng cacbon vụ cơ (Total inorganic carbon) cT,1, cT,2 mole/L Tảo đỏy (ab: hệ số trong lớp nước bề mặt), vi khuẩn
dị dưỡng (ah: hệ số trong tầng bựn cỏt hyporheic cho lựa chọn Level 2)
ab,ah gD/m2
Tảo ở đỏy cú chứa Nitơ (Bottom algae nitrogen) INb mgN/m2 Tảo ở đỏy cú chứa photpho (Bottom algae
phosphorus) IPb mgP/m
2
mg/L = g/m3
Mụ hỡnh Q2K cho phộp lựa chọn cú mụ phỏng cỏc thành phần chất lượng nước trong tầng bựn cỏt hyporheic hay khụng. Cú 3 lựa chọn trong Q2K:
- Khụng mụ phỏng hyporheic: khụng mụ phỏng sự lan truyền giữa cột nước và tầng bựn cỏt hyporheic, khụng mụ phỏng về động học của chất lượng nước trong tầng hyporheic.
- Mức 1 (Level 1): mụ phỏng phản ứng bậc khụng và bậc nhất của CBOD phõn hủy nhanh trong tầng bựn cỏt hyporheic.
- Mức 2 (Level 2): mụ phỏng sự phỏt triển của vi khuẩn dị dưỡng (phản ứng bậc khụng và phản ứng bậc nhất), sự hụ hấp của thực vật, sự phõn hủy CBOD, ụxy hũa tan DO, NH4, NO3, và photpho vụ cơ trong tầng bựn cỏt hyporheic.
56
Đối với tất cả cỏc biến (trừ tảo đỏy), phương trỡnh cõn bằng của cỏc biến được viết như sau:
( ) ( ) ' ( ) ' ' , , 1 1 1 1 1 2, hyp i ab i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i E Q dc Q Q E E W c c c c c c c S c c dt V V V V V V V − − − − + = − − + − + − + + + − (3.21) Trong đú: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Wi: khối lượng cỏc thành phần nhập vào đoạn sụng i (g/ngày hoặc mg/ngày)
Si: nguồn cỏc chất nhập vào hoặc thải khỏi sụng do cỏc phản ứng và dịch chuyển cơ học (g/m3/ngày hoặc mg/m3
/ngày)
Đối với mỗi đoạn sụng, mụ hỡnh mụ phỏng cỏc phản ứng qua lại của cỏc biến trạng thỏi. Mụ hỡnh sử dụng phương phỏp sai phõn hữu hạn để mụ phỏng sự dịch chuyển đối lưu, dịch chuyển phõn tỏn và cỏc phương trỡnh phản ứng.
i
dũng chảy vào dũng chảy ra
phõn tỏn phõn tỏn
nhập lưu xuất lưu
trao đổi với khụng khớ
bựn cỏt
Tảo đỏy
Hỡnh 3.6 : Cõn bằng của từng thành phần chất lượng nước
3.1.3. Cơ sở của cỏc phản ứng
a. Phản ứng sinh húa
Cỏc phản ứng sinh húa được Q2K mụ phỏng thụng qua cỏc phương trỡnh húa học dưới đõy:
Phản ứng nitrat húa:
4 2 3 2
NH + + 2O → NO − + H O + 2H+ (3.22)
57
2 3 2 2 2
5CH O 4NO + − +4H+ → 5CO + 2N 7H O+ (3.23) Ngoài ra mụ hỡnh cũn sử dụng cỏc phản ứng mụ phỏng pH và amonivụ cơ.
b. Phản ứng của cỏc thành phần chất lượng nước
Phản ứng phõn hủy chậm CBOD (cs):
Phản ứng phõn hủy chậm CBOD tăng lờn nhờ sự phõn hủy cỏc vật chất hữu cơ và giảm đi do quỏ trỡnh thủy phõn.
DetrDiss SlowCHydr SlowCOxid
cs od S = r − − (3.24) Trong đú: SlowCHydr ( )= khc T cs (3.25) SlowCOxid =Foxcf ( )kdcs T cs (3.26) Trong đú:
khc(T): hệ số của quỏ trỡnh thủy phõn CBOD chậm. Hệ số này phụ thuộc nhiệt độ.
kdcs(T): hệ số của quỏ trỡnh ụxy húa CBOD nhanh.
Foxcf: hệ số suy giảm do yếm khớ (khụng thứ nguyờn)
Phản ứng phõn hủy CBOD nhanh (cf): (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phản ứng phõn hủy CBOD nhanh tăng lờn nhờ quỏ trỡnh thủy phõn của CBOD chậm và giảm đi do quỏ trỡnh ụxy húa và quỏ trỡnh khử nitơ.
- -
cf ondn
S = SlowCHydr FastCOxid r Denitr (3.27) Trong đú:
FastCOxid =Foxcf ( )kdc T cf (3.28) Trong đú:
kdc(T): hệ số của quỏ trỡnh ụxy húa CBOD nhanh, hệ số này phụ thuộc vào nhiệt độ (/ngày)
58
Thụng số rondn là tỷ lệ lượng ụxy mất đi trờn lượng NO3-N Thành phần Denitr là hệ số của quỏ trỡnh khử nitơ (àgN/L/d)
Nitơ hữu cơ (no)
Nitơ hữu cơ tăng lờn nhờ quỏ trỡnh chết đi của thực vật, giảm đi do quỏ trỡnh thủy phõn và lắng chỡm.
PhytoDeath BotAlgDeath ONHydr ONSettl
no na N
S = r +q − − (3.29) Quỏ trỡnh thủy phõn của nitơ hữu cơ được tớnh như sau:
ONHydr ( )= khn T no (3.30) Trong đú:
khn(T): hệ số thủy phõn của nitơ hữu cơ, phụ thuộc vào nhiệt độ (/ngày)
ONSettl on o v n H = (3.31)
với von: tốc độ lắngchỡm của nitơ hữu cơ (m/ngày)
Nitrat nitơ:
Nitrat nitơ tăng lờn nhờ quỏ trỡnh nitrat húa của amoni. Nitrat nitơ giảm đi do quỏ trỡnh khử và quỏ trỡnh quang hợp của thực vật:
NH4Nitrif Denitr (1 ) PhytoPhoto
(1 ) BotAlgUptakeN NUpWCfrac ni na ap ab S r P P = − − − − − ì (3.51)
Hệ số của quỏ trỡnh khử được tớnh theo cụng thức:
Denitr = (1−Foxdn)kdn( )T nn (3.32)
Trong đú
kdn(T): hệ số của quỏ trỡnh khử nitrat nitơ, phụ thuộc nhiệt độ (/ngày)
Foxdn: ảnh hưởng của điều kiện yếm khớ đối với quỏ trỡnh khử (khụng thứ nguyờn) NUpWCfrac là tỷ số nitơ cú trong nước và nitơ trong thực vật đỏy.
59
ễxy hũa tan (o)
ễxy hũa tan tăng lờn nhờ quỏ trỡnh quang hợp của thực vật. ễxy hũa tan giảm đi do quỏ trỡnh ụxy húa CBOD nhanh và chậm, quỏ trỡnh nitrat húa, quỏ trỡnh hụ hấp của thực vật và quỏ trỡnh ụxy húa của nhu cầu ụxy sinh húa COD. Phụ thuộc vào nước kộm bóo hũa hay quỏ bóo hũa mà ụxy hũa tan tăng lờn hay giảm đi.
PhytoPhoto BotAlgPhoto FastCOxid SlowCOxid NH4Nitr PhytoResp BotAlgResp OxReaer CODoxid (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o oa o d oc oc on oa od S r r r r r r r = + − − − − − + − (3.33) Trong đú :
roa : hệ số tỷ lệ phỏt sinh oxy thụng qua quỏ trỡnh quang hợpvà hụ hấp của thực vật.
rod : hệ số tỷ lệ phỏt sinh oxy thụng qua quỏ trỡnh quang hợpvà hụ hấp củatảo.
roc : hệ số tỷ lệ phỏt sinh oxy trong quỏ trỡnh ụxy húa CBOD
ron : hệ số tỷ lệ phỏt sinh oxy trong quỏ trỡnh nitrat húa
Nguồn bệnh (x)
Nguồn bệnh được hiểu là quỏ trỡnh chết đi và quỏ trỡnh lắng chỡm của thực vật PathDeath PathSettl
x
S = − − (3.34)
PathDeath: thực vật chết do tự nhiờn hoặc do thiếu ỏnh sỏng. PathSettl: thực vật mất đi do bị lắng chỡm.
Nhu cầu ụxy húa học COD:
Nhu cầu ụxy húa học được xỏc định theo cụng thức:
CODoxid ( )=kgen T gen (3.35)
với genlà đơn vị mgO2/L.
pH:
10
60
Mụ hỡnh sử dụng một trong 2 phương phỏp Newton-Raphson or the bisection để tớnh độ pH.
Tổng cacbon vụ cơ (cT):
Nồng độ tổng cacbon vụ cơ tăng lờn nhờ quỏ trỡnh ụxy húa cacbon nhanh và quỏ trỡnh hụ hấp của thực vật. Nồng độ của tổng cacbon vụ cơ giảm đi do quỏ trỡnh quang hợp của thực vật. Phụ thuộc điều kiện nước kộm bóo hũa hay quỏ bóo hũa đối với CO2, nồng độ cacbon vụ cơ cú thể tăng hoặc giảm.