Bài
Bàitập
tậpmô
môhình
hìnhStreeter-Phelps
Streeter-Phelps

PGS.TSKH. Bùi Tá Long ,
Viện Môi trường và Tài nguyên,
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh

1


Nội dung

1.1.Bài
Bàitập
tậpmô
môhình
hìnhStreeter-Phelps
Streeter-Phelps

2.2.Tính
Tínhcho
chonhiều
nhiềunguồn
nguồnthải
thải

2

Bài tập mô hình Streeter - Phelps

3


Mô hình cân bằng DO

Mặt cắt pha trộn

Gw = QwCw , G r= QrCr

–
–
–
–
–
–

Gw

= Tải lượng DO trong nước thải, g/s

Gr

= Tải lượng DO trong nước sông, g/s

Qw


3
= Lưu lượng nước thải, m /s

Qr

3
= Lưu lượng nước sông, m /s
3

Cw

= Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải, g/m

Cr

= Nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m

3

4


Tính DO và BOD trong nước sông sau khi xáo trộn

La = BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn

DO =

Qw Cw + Qr Cr
Qw + Qr


Qw Lw + Qr Lr
La =
Qw + Qr

Qw

3
= Lưu lượng nước thải, m /s

Qr

3
= Lưu lượng nước sông, m /s

Cw

= Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải, g/m

Cr

= Nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m

L w =

3
3

Nồng độ BOD toàn phần của nước thải, g/m


3

Lr = Nồng độ BOD toàn phần của nước sông, g/m3

Mặt cắt pha trộn

5


Bài tập 1

3
Một khu đô thị thải mỗi ngày ra sông 17 360m nước thải đã được xử lý có BOD5 = 12mg/L và có hằng số
tốc độ BOD là k1 =0,12 ngày

-1

o
3
ở nhiệt độ 20 C. Sông có lưu lượng 0,43 m /s và BOD toàn phần là 5,0

mg/L. DO của nước sông là 6,5 mg/L và DO của nước thải sau khi xử lý là 1,0 mg/L. Tính toán DO và
BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn.

6


Bài giải

7



Độ thiếu hụt DO (D0) ban đầu

D0 = DO bh −

Q w Cw + Q r Cr
Qw + Qr

DObh – Nồng độ bão hòa của oxy ở nhiệt độ của nước sông sau khi xáo trộn, mg/L
D0 - Độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi nước sông và chất thải được xáo trộn, mg/L
Qw

3
= Lưu lượng nước thải, m /s

3
Qr = Lưu lượng nước sông, m /s
Cw

= Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải, g/m

Cr

= Nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m

3
3

8



Bài tập 2
3
Khu công nghiệp A có xả nước thải vào một đối tượng tiếp nhận là một con kênh. Lưu lượng dòng nước thải là 14400 (m /ngày), BOD5 ở nhiệt độ
0
0
20 C là 40 mg/l, nồng độ oxy hòa tan trong dòng nước thải là 2.5 (mg/l) nhiệt độ của dòng nước thải là 24 ( C) .
3
0
Dòng chảy của con kênh có lưu lượng là 2000 (m /giờ), BOD5 ở 20 C là 2.5 (mg/l), nồng độ oxy hòa tan là 7.5 (mg/l). Nhiệt độ dòng chảy là 22
0
( C). Dòng chảy có vận tốc trung bình là 0.3 (m/s), độ sâu 2.5 (m).
0
-1
Biết rằng sự hòa trộn hoàn toàn diễn ra tức thời. Lấy hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ K 1 tại nhiệt độ 20 C là 0.15 (ngày ) .
Hãy tính:
0
1/ Hệ số K2 tại nhiệt độ 20 C theo công thức Jorgensen S.E.

trong đó v (m/s) là vận tốc trung bình của dòng chảy, H (m) – là độ sâu trung bình của sông.
2/ Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông.

K 2 (200 C) =

2.26 v
H

2


3

( ngay )
-1

9


0
3/ BOD5 pha trộn tại nhiệt độ 20 C.
4/ Tính nồng độ chất hữu cơ ở thời điểm ban đầu sau khi có sự pha trộn (L0).
5/ Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu.
6/ Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông.
7/ Hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ K1 (ngày

-1
) sau khi có sự pha trộn.

8/ Hệ số thấm khí Ka sau khi có sự pha trộn.
9/ Độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn
10/ Thời gian đạt được sự thiếu hụt oxy cực đại
11/ Độ thiếu hụt oxy cực đại
12/ Khoảng cách nơi đó diễn ra độ thiết hụt oxy cực đại

10


Nồng độ oxy bão hòa trong nước như một hàm số của nhiệt độ

STT


Nhiệt độ
0
C

Nồng độ oxy bão hòa (mg/l)

1

16

10.0

2

17

9.7

3

18

9.5

4

19

9.4


5

20

9.2

6

21

9.0

7

22

8.8

8

23

8.7

9

24

8.5


10

25

8.4

11


Bài giải bài 2

o
1/Tính hệ số K (20 C)
2

(

)

K 2 20o C =

2.26× v 2, 26× 0,3
-1
=
=
0.37
ngay
H 2/3
2.52/3


(

)

2/Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông:

14400
Q=
+ 2000 = 2600(m 3 /h)
24
o
3/BOD pha trộn ở nhiệt độ 20 C:
5

600× 40 + 2000× 2.5
BOD5 =
= 11.15(mg/l)
2600
12


4/ Nồng độ chất hữu cơ ở thời điểm ban đầu sau khi có sự pha trộn: Từ BOD = L (1-e
5 o

-K 5
)
1

11.15

⇒ Lo =
= 21.14 (mg/l)
-0,15×5
(1- e
)
5/Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu:

DO0 =

600× 2.5 + 2000× 7.5
= 6.35(mg/l)
2600

6/Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông:

Tmix =

600× 24 + 2000× 22
= 22, 46( 0 C)
2600
13


7/Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ sau khi có sự pha trộn:

(

)

K1 22.46o C = K1 (200 C)× K T (22,46-20) = 0,15× (1, 05) 2,42 = 0.17

8/Hệ số thấm khí sau khi có sự pha trộn:

K 2 ( T ) = K 2 (20oθ(T-20)
C)× e

⇒ K 2 (22, 46o C) = 0,37× e 0,025(22,46-20) = 0.39 (ngay -1 )
9/Độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn D = DO
– DO
,
o
bão hòa
ban đầu
DO

bão hòa

tra bảng 1 = 8,76(mg/l) (nội suy)

⇒ Do = 8, 76 - 6,35 = 2, 41(mg/l)
14


10/Thời gian đạt được độ thiếu hụt oxy cực đại:

 K 2  D 0 ( K 2 - K1 )
1
tc =
ln  1K 2 - K1  K1 
K 1L 0



÷
 

 0,39  2.41(0,39 - 0,17)  
1
× ln 
1 = 3.05 ( ngay )


0,39 - 0,17
0,17× 21.14  
 0,17 
11/ Độ thiếu hụt oxy cực đại: D

c

K1
Dc =
× L o × e-K1t c
Ka

0,17
× 21.14× e-0,17×3,05 = 5.47 ( mg/l )
0,39
12/ Khoảng cách nơi diễn ra độ thiếu hụt oxy cực đại:

x = t c × v = 3, 05× 24×3600× 0,3 = 79080 (m)
15



Phân đoạn kênh sông

Đây là quá trình chia nhỏ môôt con sông thành nhiều đoạn phụ thuôôc vào các hêô số hằng số. Quá
trình này gọi là “segmentation”.
Nồng độ ban đầu có thể thay đổi do:

–
–
–

Nhánh phụ hay chỗ hợp dòng (ngã ba sông)
Do nguồn thải
Do đập hay do có thác nghềnh (thấp khí rất nhanh)

16


Phân đoạn sông

17


Tính toán DO và BOD tại các vị trí có nguồn thải

L0 – CBOD ban đầu tại điểm hợp lưu (mg/l)
Lw – nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải (mg/l).
Ls – nồng độ CBOD từ thượng nguồn (mg/l).
3
Q – lưu lượng dòng sông (mg/m ).

3
Qw - Lưu lượng dòng nước thải (mg/m )

L0 =

LwQw + Lr Qr
Qr + Qw

18


Tính nồng độ và nhiệt độ pha trộn

C0 – nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu (mg/l)
3
Q1 – lưu lượng dòng sông chính (m /s)
C1 – nồng độ oxy hòa tan của dòng sông chính tại x = 0 (mg/l)
3
Q2 – lưu lượng dòng chảy phụ (m /s)
C2 – nồng độ oxy hòa tại tại dòng phụ (mg/l)
T0 – nhiệt độ pha trộn ban đầu tại hợp lưu (ºC)
T1 – nhiệt độ dòng sông chính (ºC)
T2 – nhiệt độ nhánh sông phụ (ºC)

Q1C1 + Q2 C 2
C0 =
Q1 + Q2
T0 =

Q1T1 + Q2T2

Q1 + Q2

D0 = ( C bao hoa − C 0 )

D0 – độ thiếu hụt oxy hòa tan ban đầu (mg/l)
Cbão hòa - nồng độ oxy hòa tan bão hòa tại nhiệt độ T0 (mg/l)

19


Bài toán xác định vị trí nguồn thải

Khúc 1 bắt đầu từ x = 0 chịu sự ảnh hưởng của 1 nguồn thải.
Khúc 2 bắt đầu khi có 1 đâôp nước cách vị trí ban đầu là 20 km gây
ra sự khuếch tán oxy từ khí quyển vào dòng chảy và làm thay đổi
D0 (x=0 tại vị trí 20 km).
Khúc 3 cách điểm x = 0 một khoảng cách 30 km có 1 nguồn thải
khác chảy vào và tạo ra sự thay đổi D0, L0, N0, u và k0.
Cuối cùng là đoạn 4 bắt đầu tại vị trí 45km so với điểm x=0 lại làm
thay đổi D0, L0, N0, u và k0. Điều này buộc chúng ta phải có sự
tính toán tương ứng.

20


Sự pha trộn do nhánh phụ

Sự hoà trôôn các nhánh sông vào môôt

Sông


Nhánh sông

0
T= 26,3 C

0
T= 24,9 C

C

C

con sông lớn. Tính toán đôô thiếu hụt
DO ban đầu, CBOD, và nhiêôt đôô tại vị

sat,r

= 8,4 mg/l

sat,t

= 8,6mg/l

trí xảy ra xáo trôôn bằng cách sử dụng
mô hình DO.

C = 7,3mg/l (DO)
r


C = 6,8mg/l (DO)
t

L =3,0mg/l(CBOD)
r

L =6,0mg/l(CBOD)
t

3
Q =2000 m /s
r

3
Q =500 m /s
t

21


Sự pha trộn do nhánh phụ

L0= (QrLr+ QtLt)/(Qr+Qt)= (2000.3 +500.6)/(2000+500)=3,6 mg/l (CBOD).
C0= (QrCr+ QtCt)/(Qr+Qt)= (2000.7,3 +500.6,8)/(2000+500)=7,2 mg/l (nồng độ oxy).

Qr Tr + Qt Tt 2000 × 26.3 + 500 × 24.9
To =
=
= 26.2 0 C
Qr +Q t

2000 + 500
0
Tại nhiệt độ 26.2 C, nồng độ oxy bão hòa xấp xỉ 8.5 mg/l. Do vậy độ thiếu hụt oxy ban đầu D bằng:
D0=Cbão hòa – C0 =8.5-7.2=1.3 mg/l

22


Hệ số tự làm sạch

Hêô số tự làm sạch được định nghĩa bởi Fair và Geyer là Ka/K1, tỷ lêô giữa hằng số tốc đôô thấm
khí oxy từ khí quyển với hằng số tốc đôô tiêu thụ oxy do quá trình oxy hóa.
Nó là môôt số không thứ nguyên, nó ảnh hưởng mạnh đến cả hai Dc và xc,

23


Sơ đồ tính toán BOD/DO

24


Sơ đồ tính toán BOD/DO tại khúc 1

25