Tiểu luận 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 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 Cách tiếp cận cân bằng vật chất 7 Độ thiếu hụt oxy 10 Độ thiếu hụt ban đầu 11 Phương trình diễn tiến của DO 11 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 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. 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. 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: 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: Gn =QnCn Gs= QsCs Trong đó: Gn= tải lượng DO trong nước thải,g/s Gs= tải lượng DO trong nước sông ,g/s Qn = lưu lượng nước thải, m3/s Qs = lưu lượng nước sông, m3/s Cn= nồng độ oxy hòa tan trong nước thải,g/m3 Cs= nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m3 Tải lượng DO trong nước thải Tải lượng DO trong nước sông sau khi hòa trộn Tải lượng DO trong nước sông 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= QnCn + QsCs Tương tự đối với BOD toàn phần: Tải lượng BOD sau khi hòa trộn= QnLn + QsLs Trong đó: Ln = BOD toàn phần của nước thải, mg/l Ls = BOD toàn phần của nước sông ,mg/l BODt Lt= L0e-kt Lt Lo =BOD cuoi cung pha cacbon Thờigian, ngàyBOD5 BODt= L0 (1- e-kt) t Thời gian, ngày Lo Nồng độ của DO và BOD trong nước sông sau khi xáo trộn tương ứng bằng tải lượng của DO và BOD sau khi xáo trộng chia cho tổng lưu lượng của nước thải và nước sông: DO= La = Trong đó: La = BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn Độ thiếu hụt oxy Phương trình diễn tiến DO đã được phát triển bằng cách sử dụng độ thiếu hụt oxy hơn là nồng độ oxy hòa tan nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phương trình vi phân mà nó được dẫn ra từ việc biểu diễn bằng toán học phương trình cân bằng vật chất. Độ thiếu hụt oxy là lượng mà tại đó, nồng độ oxy hòa tan thực sự thấp hơn giá trị bão hòa đối với oxy trong không khí: D=DObh – DO Trong đó: D = độ thiếu hụt oxy, mg/l DObh = nồng độ bão hòa của oxy hòa tan, mg/l DO= nồng độ thực tế của oxy hòa tan, mg/l Độ thiếu hụt ban đầu Khởi đầu của đường cong diễn tiến DO là điểm mà tại đó dòng thải được xáo trộn với nước sông. Độ thiếu hụt ban đầu được xem như là sự khác biệt giữa nồng độ DO bão hòa và nồng độ DO sau khi xáo trộn: Da= DObh - Trong đó: Da = độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi nước sông và chất thải được xáo trộn mg/l , DObh = nồng độ bão hòa của oxy ở nhiệt độ của nước sông sau khi xáo trộn, mg/l Phương trình diễn tiến của DO: Một sơ đồ cần bằng vật chất của DO trong một khúc sông nhỏ đã được thể hiện trên hình a. Đây là một cân bằng vật chất toàn diện, mà nó xem xét đến tất cả các đầu vào và đầu ra. Như đề cập ở trên, chúng ta sẽ giới hạn vấn đề của chúng ta đến mô hình Streeter-Phelps cổ điển. Sơ đồ cân bằng vật chất đã được đơn giản hóa được thể hiện trên hình b. Phương trình cân bằng vật chất như sau: RODv + W + A –M – RODr = 0 W A P B M N R RDOra RDOvao W A M RDOra RDOvao Sơ đồ cân bằng DO trong khúc sông nhỏ (a) và cân bằng vật chất đã được đơn giản hóa đối với mô hình Streeter- Phelps (b) Chú giải: RODvào- = khối lượng DO chảy vào khúc sông RODra = khối lượng DO chảy ra khúc sông W = khối lượng DO trong nước thải chảy vào khúc sông khối lượng DO đi vào từ các sản phẩm có chứa oxy do sự quang hợp của tảo B = khối lượng DO bị tiêu thụ bởi nhu cầu của sinh vật đáy M = khối lượng DO bị khử bởi sự phân hủy sinh học của C-BOD N = khối lượng DO bị khử bởi sự phân hủy sinh học của N-BOD R = khối lượng DO bị tiêu thụ bởi sự hô hấp của tảo Tốc độ mà ở đó DO biến mất do hoạt động của vi khuẩn (M) đúng bằng tốc độ gia tăng độ thiếu hụt oxy hòa tan. Với giả thiết rằng giá trị DO bão hòa vẫn là hằng số [d(DObh)/dt=0], lấy vi phân phương trình sau , ta được suy ra = - Tốc độ mà ở đó DO biến mất xảy ra đồng thời với tốc độ mà ở đó BOD bị phân hủy, cho nên: = - = - Như đã biết BODt = Lo-Lt Và do Lo là một hằng số nên khi lấy đạo hàm theo thời gian nó bằng không từ đó suy ra - = - Mặt khác = kLt suy ra = kLt Điều này có nghĩa là tốc độ k thay đổi độ thiếu hụt ở thời điểm t do BOD là một phản ứng bậc nhất tỷ lệ với đương lượng oxy của các chất hữu cơ còn lại: hằng số tốc độ k được gọi là hằng số tốc độ khử oxy và được kí hiệu là kd Tốc độ thấm khối oxy từ không khí vào dung dịch (A) là một phản ứng bậc nhất tỷ lệ với sự chênh lệch giữa giá trị bão hòa và nồng độ thực của DO: = k (DObh – DO) Suy ra = Kd Hằng số tốc độ được gọi là hằng số tốc độ nạp không khí, kr . Từ các phương trình trên chúng ta có thể thấy rằng, độ thiếu hụt oxy là một hàm của sự cạnh tranh giữa sự sử dụng oxy và nạp từ khí quyển: = kLt - krD Trong đó: dD/dt= sự thay đổi độ thiếu hụt oxy (D) trên đơn vị thời gian, mg/l. ngày kd = hằng số tốc độ khử oxy , ngày-1 L= BOD hoàn toàn của nước sông, mg/l Kr = hằng số tốc độ nạp khí, ngày-1 D = độ thiếu hụt oxy trong nước sông, mg/l Bằng cách lấy tích phân phường trình này với các điều kiện biên: ở thời điểm t= 0 : D=Da và L=La và thời điểm t, D =D và L=L , ta được phương trình diễn tiến DO: D= Trong đó: D = độ thiếu hụt oxy trong nước sông sau khi sử dụng BOD theo thời gian, mg/l La = BOD hoàn toàn lúc ban đầu sau khi nước sông và nước thải được xáo trộn , mg/l Kd = hằng số tốc độ khử oxy, ngày-1- Kr = hằng số tốc độ nạp khí , ngày-1 Da = độ thiếu hụt ban đầu sau khi nước sông và nước thải được xáo trộn, mg/l Khi kr = kd phương trình được viết lại thành: D = (kdtLa + Da)e-kdt Hằng số tốc độ nạp không khí cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và có thể điều chỉnh theo nhiệt độ thức tế của một con sông bằng cách sử dụng : KT = k20(∞)T-20 Trong đó: T= nhiệt độ xem xét , 0C KT = hằng số tốc độ BOD ở nhiệt độ xem xét, ngày -1 K20 = hằng số tốc độ BOD ở nhiệt độ 200C , ngày-1 Hệ số nhiệt độ, ∞=1,135 ở nhiệt độ trong khoảng từ 4-20oC và ∞=1,056 ở nhiệt độ trong khoảng 20-30oC Sự nạp không khí Giá trị kr phụ thuộc vào mức độ hỗn loạn mà mức độ đó liên quan chặt chẽ với tốc độ dòng chảy, và phụ thuộc vào tỉ số giữa diện tích mặt thoáng so với thể tích nước trong sông. Một dòng sông hẹp và sâu sẽ có giá trị kr nhỏ hơn nhiều so với dòng sông rộng và nông. kr = trong đó: kr= hằng số tốc độ nạp không khí ở 20oC, ngày- v = vận tốc trung bình của dòng chảy , m/s H = độ sâu trung bình của dòng chảy,m Lưu ý rằng hệ số 3,9 tính đến một thừa số chuyển đổi để có được số hạng có số hạng thứ nguyên của phương trình Hằng số tốc độ nạp không khí có thể xác định bởi phương trình trên nhưng với hệ số nhiệt độ ∞ = 1,024 . Đối với nhiều dòng chảy, kr có thể thay đổi từ 0,05 đến lớn hơn 18 ngày-1 Để liên hệ thời gian di chuyển với khoảng cách vật lý xuôi dòng, cần phải biết vận tốc dòng chảy trung bình. Một khi đã tìm được giá trị của dòng chảy tại một điểm bất kì của dòng chảy xuôi. Lưu ý rằng không sử dụng các biện pháp vật lý nào để làm cho DO thấp hơn không. Điểm thấp nhất của đường cong lõm DO là điều mà ta quan tâm nhiều nhất bởi vì nó chỉ ra những điều kiện tồi tệ nhất trong sông. Thời gian để đạt đến điểm tới hạn có thể được xác định bằng cách lấy vi phân từ phương trình trên, gán cho nó bằng không, và giải đối với t bằng cách sử dụng các giá trị của cơ số e đối với kr và kd. Tgh = Hoặc khi kt = kd : Tc = Độ thiếu hụt tới hạn sau đó được xác định bằng cách sử dụng thời gian tới hạn trong phương trình trên Phần 4: Bài toán ứng dụng Bài toán 1 : Bài toán 3: Khu công nghiệp Nhơn Trạch có xả nước thải vào một đối tượng tiếp nhận là một con kênh. Lưu lượng dòng nước thải là 14400 (m3/ngày), BOD5 ở nhiệt độ 20oC là 35 (mg/l), nồng độ oxy hòa tan trong dòng nước thải là 2,5 (mg/l) nhiệt độ của dòng nước thải là 22(oC). Dòng chẩy của con kênh có lưu lượng là 1400 (m3/giờ),BOD5 ở 20oC là 4,5 (mg/l), nồng độ oxy hòa tan là 6,0 (mg/l). nhiệt độ dòng chảy là 20oC. Dòng chảy có vận tốc trung bình là 0,25(m/s), độ sâu 3 (m). Tại khoảng cách 10 km so với nguồn xả nước thải người ta bơm nước sạch vào với mục tiêu pha loãng và làm tăng nồng độ oxy hòa tan trong kênh sông. Dòng nước xả này có các thông số như sau: Lưu lượng 9000 (m3/ngày), BOD5 ở 20oC là 1,5(mg/l), nồng độ oxy hòa tan là 7,5 (mg/l).Nhiệt độ dòng nước xả là 22oC. Biết rằng sự hòa trộn hoàn toàn diễn ra tức thời. Lấy hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ K1 tại nhiệt độ 20oC là 0.25 (ngày-1). Sử dụng công thức Owens-Gibbs tính Ka(20oC) =9,4u0.67/H1,85 Trong đó u (m/s) là vận tốc trung bình của dòng chảy, H là độ sâu trung bình của con kênh. Sử dụng mô hình Streeter – Phelps hãy tính nồng độ oxy hòa tan tại khoảng cách 5 km so với nguồn xả thải thứ hai. Giải Tính hệ số Ka (20oC) Ka (20oC)= = = 0,486 (ngày-1) Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông: Qo, mix= + = + 1400 = 600 + 1400 = 2000 (m3/ h) BOD5 pha trộn ở nhiệt độ 20oC: BOD5,mix,o = = = 13,65 (mg/l) Nồng độ chất hữu cơ ở thời điểm ban đầu sau khi có sự pha trộn: Lo,mix,o= = 19,13(mg/l) Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu: DDo,mix= = = 6 (mg/l) Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông: = =20,6 oC Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ sau khi có sự pha trộn K1 (20,6 oC) = K1 () = K1 (20oC) = 0,25 10,50,6 = 0,257 (ngày-1) Hệ số thấm khí sau khi có sự pha trộn: Ka (Tmix,o)= Ka(20,6oC) = Ka (20oC) e(20,6-20) = 0,486 e0,024 x 0,6 = 0,493(ngày-1) Sử dụng bảng và công thức nội suy ta nhận được nồng độ oxy hòa tan bão hòa tại nhiệt độ 20,6oC là 9,08. Từ đó độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn Do,mix= DObão hòa – DOban đầu = 9,08 – 6 = 3,08 (mg/l) BOD toàn phần tại điểm cách nguồn thải 10000m được tính theo công thức: BOD (10000m) = Lo,mix,o x = 19,3 x =19,13 x = 17,324 (mg/l) Độ thiếu hụt oxy và nồng độ oxy hòa tan tại vị trí 10000 m được tính như sau: D1(x) = = Từ đó suy ra: DO(10000)= DObão hòa – D1(10000)= 9,08 - 4,193= 4,887(mg/l) Lưu lượng pha trộn giữa nước xả và nước sông (m3/h) tại mặt cắt số 2 (nơi xảy ra sự hợp lưu giữa sông và nguồn xả 2): Qr,2 = Qr,1 + Qw,2 = 2000 + = 2375(m3/h) Sử dụng công thức: Lo,w,2 = BOD pha trộn ban đầu tại mặt cắt 2 giữa sông và nguồn xả 2: Lo,mix,2= Nồng độ oxy pha trộn ban đầu tại mặt cắt số 2 là: DOmix,2= Nhiệt độ pha trộn giữa nước xả và nước sông (oC) Tmix,2= Hệ số K1 sau khi pha trộn ở mặt cắt số 2 là: K1(20,82)=K1(Tmix,0) = K1(20) Hệ số thấm khí Ka sau khi pha trộn tại mặt cắt số 2: Ka(Tmix,2)= Ka(20,82oC)= Ka(20oC) x e(20,82-20) =0,486 x e0,024 x0,82 =0,496 (ngày-1) Tại nhiệt độ Tmix,2=20,82oC ta có nồng độ oxy hòa tan bão hòa là 9,036(mg/l) Từ đó độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn Do= Do,mix,2=9,036-5,3 = 3,736 (mg/l) Độ thiếu hụt oxy tại vị trí x=5000m cách nguồn xả 2 được tính như sau: D1(x)=) +3,736. Vậy DO tại x=5000m cách nguồn 2 là: DO(x=5000m)= DObh – D1(x)= 9,036 - 4,085= 4,951(mg/l) Bài toán 2 : Đánh giá tác động đến môi trường nước qua mô hình Streeter Phelps với bài toán thực tế về chất lượng ô nhiễm nước sông Hà Thanh (Qui Nhơn) Giải: Nước rác tại các bãi chôn lấp không được thu gom và xử lý mà thải trực tiếpra sông Hà Thanh với hàm lượng chất ô nhiễm quá cao, hàm lượng cặn tồn đọnglớn, nước thải sau một thời gian tích lũy sẽ lên men và phân hủy, tạo ra mùi và khíđặc trưng ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và ảnh hưởng đến chất lượng nướcngầm và nước mặt. Nước rác sau khi thu gom sẽ phải xử lý trước khi thải ra sông Hà Thanh.Lượng nước rỉ rác trong bãi chôn lấp chất thải rắn Long Mỹ phải được xử lý đạttiêu chuẩn loại A (QCVN 25:2009-Quy chuẩn quốc gia về nước thải của bãi chônlấp chất thải rắn) sẽ đổ ra suối nằm cách trạm xử lý 70m và chảy về sông Hà Thanh, nơi đây có các giếng khai thác nước ngầm cung cấp cho thành phố Quy Nhơn. Ta lấy các thông số tính toán nồng độ các chất ô nhiễm của nguồn thải ở giá trị giới hạn lớn nhất. - SS = 50 (mg/l) - BOD5 = 30 (mg/l)- COD = 50 (mg/l)- Tổng Nitơ = 15 (mg/l) • Xác định hàm lượng chất bẩn của nước rác trước khí thải ra môi trường Cơ sở nước rác có tỷ trọng như nước có trong khí rác G= 0,0855.10-3 (tấn/m3) Lưu lượng max của nước rác trong 1 ô là: V= 38,7711/(0,0855.10-3 ) (tấn/năm) (tấn/m3 ) V= 453463,16 (m3/năm) = 0,014 (m3/s) Bảng 3.17 Hàm lượng các chất bẩn trong nước rỉ rác tại hố thu của bãi chôn lấp chất thải rắn Long Mỹ STT Thông số Đơn vị Hàm lượng QCVN 25:2009 1 BOD5 Mg/l 6500 30 2 COD Mg/l 11000 50 3 SS Mg/l 600 50 4 Tổng N Mg/l 200 15 Nhận xét: Qua bảng số liệu trên, so sánh kết quả của nguồn thải của bãi chôn lấp chất thải rắn Long Mỹ với QCVN 25:2009 cột A cho thấy: hàm lượng chất rắn lơ lửng SS, COD, BOD5, tổng N đều vượt tiêu chuẩn. Nước thải này không được xử lý trước khí thải ra môi trường thì đây là nguồn gây ô nhiễm đáng kể đối với nguồn tiếp nhận trong tương lai. • Xác định hệ số pha loãng của nước nguồn với nước thải Khi xả nước thải vào sông, hồ sẽ diễn ra quá trình xáo trộn pha loãng nướcnguồn với nước thải. Hệ số pha loãng nước nguồn tiếp nhận với nước thải được xác định như sau: Trong đó:a: là hệ số pha loãng;q: lưu lượng nước thải xả vào nguồn, q = 1242 m3/ngày= 0,014m3/s Q: lưu lượng nước sông nhỏ nhất đảm bảo tần suất 95%, Q = 10,5 m3/s x: khoảng cách từ miệng xả đến điểm tính toán theo chiều dòng chảy trong sông, (m) x = 1500 m; α: là hệ số được xác định theo công thức sau: Trong đó: φ là hệ số hình thái của sông (dòng chảy), phụ thuộc vào độ khúc khuỷu, xác định theo công thức sau: φ = x/xthẳng xthẳng = 1000m φ = 1500/1000 = 1,5 Điểm kiểm tra Điểm xả nước thải Điểm cấp nước 2 1 3 X thẳng x Q.Cng Sơ đồ tính toán xác định hệ số pha loãng a trong dòng sông z : là hệ số phụ thuộc vào vị trí cống xả nước thải z=1 :khi xả nước thải ven bờ và z = 1,5 khi xả nước thải giữa lòng sông, nước thải từ bãi chôn lấp chất thải rắn Long Mỹ ở ven bờ nên z=1 E: là hệ số khuếch tán rối. Trong trường hợp sông lớn, chảy qua vùng đồng bằng thì E có thể xác định như sau: E = Trong đó : Htb là độ sâu trung bình của lòng sông, Htb= 3m Vtb : vận tốc trung bình của dòng chảy trong sông, Vtb = 0,2m/s Vậy E = Hệ số pha loãng của nước nguồn tiếp nhận với nước thải được xác định: α = Số lần pha loãng của nước nguồn tiếp nhận với nước thải được xác định: n= Với Q’ :lưu lượng nước nguồn tham gia pha loãng với nước thải Q’= a.Q Trong đó: a: là hệ số pha loãng Q: lưu lượng nước sông nhỏ nhất đảm bảo tần suất 95% Q= 10,5 m3/s suy ra Q’ = 0,97 . 10,5 = 10,2 (m3/s) Vậy n = Với n = 733 thì khả năng pha loãng của dòng sông là tốt, tuy nhiên nguồnthải cũng phải được kiểm soát chặt chẽ các thông số ô nhiễm trong nguồn thải bằng cách đưa về trạm xử lý nước rác và xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi thải ra sông để tránh làm ô nhiễm nước sông này trong tương lai. Quá trình hoà tan và tiêu thụ oxy: Sông Hà Thanh có lưu lượng dòng chảy là: 10,5 m3/s, nhiệt độ của nước trong sông là 25độ C.Hằng số tốc độ tiêu thụ oxy ở 25 độ C là : K1=0,26 (1/ngày)Hằng số tốc độ oxy bão hòa : K2= 0,37 (1/ngày)Nồng độ oxy trong dòng chảy được cho phép sap cho duy trì nồng độ oxy hòa tan không dưới 6mg/l. Ở nhiệt độ 25oC thì nồng độ oxy bão hòa trong nước là 8,7 mg/l. Nồng độ BOD trong nước sông khi chưa có dòng thải là 2 mg/l. Khi xáo trộn thì nồng độ oxy hòa tan là 8 mg/l. (Nguồn số liệu từ trung tâm khí tượng thuỷ văn Bình Định) Độ thiếu hụt oxy tại thời điểm ban đầu Da Da= 8,7 – 8 = 0,7 (mg/l) Độ thiếu hụt oxy cực đại : Dmax= 8,7 – 6 = 2,1 (mg/l) • Xác định quá trình hòa tan và tiêu thụ oxy ở sông Hà Thanh do thải nước rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn Long Mỹ Bảng :Xác định độ thiếu hụt oxy theo thời gian t là Dt , BOD trong nước sông và nước thải sau thời gian t là Lt Thời gian (ngày) Lt (mg/l) Dt (mg/l) DOt (mg/l) 0 14.643 0.7 8 1 11,291 3.263 5.437 2 8.706 4.398 4.302 3 6.713 4.690 4.010 4 5.176 4.514 4.186 5 3.991 4.101 4.599 6 3.077 3.590 5.110 7 2.373 3.064 5.636 8 1.829 3.567 6.133 9 1.411 2.120 6.580 10 1.088 1.732 6.968 11 0.839 1.403 7.297 12 0.647 1.128 7.572 13 0.499 0.902 7.798 14 0.384 0.718 7.982 15 0.296 0.569 8.131 16 0.229 0.449 8.251 tmax = = = 3,02 ngày Khoảng cách để dòng chất thải tới điểm nồng độ oxy hòa tan ở mức thấp nhất tính theo ngày là: X= V.tmax = 0,2 x 3,02 x 86400 = 52186 (m) =52 (km) Độ thiếu hụt DO cực đại là Dmax = (mg/l) Gía trị nhỏ nhất của DO cũng đạt được khi Dmax là lớn nhất DOmin = 8,7 – 4,69 = 4,01 (mg/l) Bài toán 3: Một khu đô thị thải mỗi ngày ra sông 17,360m3 nước thải đã được xử lý có BOD5 = 12mg/l và có hằng số tốc độ BOD là k= 0.12 ngày-1 ở nhiệt độ 200C. Sông có lưu lượng 0.43 m3/s. Và BOD toàn phần là 5.0 mg/l. DO của nước sông là 6.5mg/l. Tính toán DO và BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn. Giải: Chuyển đổi lưu lượng nước thải sang đơn vị tương thích, tức là m3/s: Qu = DO sau khi hòa trộn: DO= Trước khi chúng ta xác định BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn, chúng ta cần phải xác định BOD toàn phần của nước thải. Ta tính Lo như sau: Lo= Lưu ý rằng, chúng ta đã sử dụng chỉ số 5 ngày trong BOD5 để xác định giá trị của t trong phương trình, bây giờ đặt Ln=Lo chúng ta có thể xác định BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn: Lo = Phần 4: Kết luận và kiến nghị Kết luận : Khả năng mô phỏng của mô hình Streeter- Phelps rất tốt, có độ chính xác và hợp lý so với thực tiễn. Có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều tình huống sự cố môi trường, hỗ trợ tốt cho công tác quản lý lưu vực sông và quản lý nguồn thải. Kiến nghị: Tiếp tục được nghiên cứu sâu thêm về mô hình Streeter- Phelps và cơ sở lý thuyết để có thể áp dụng tốt trong các bài toán thực tế đặt ra. Tiến hành xây dựng nguồn dữ liệu thực tế về các dòng sông, nguồn thải (đo đạc, số hóa dữ liệu, bản đồ,…) phục vụ cho công tác mô phỏng dòng chảy. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lâm Minh Triết, Kỹ thuật môi trường, Nxb Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2006 Bùi Tá Long, Mô hình hóa môi trường, Nxb Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2008