Streeter–Phelps equation
स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण का उपयोग जल प्रदूषण के अध्ययन में जल गुणवत्ता मॉडलिंग उपकरण के रूप में किया जाता है। मॉडल बताता है कि जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (बी. ओ. डी.) के क्षरण से एक निश्चित दूरी पर नदी या धारा में घुलित ऑक्सीजन (डी. ओ.) कैसे कम हो जाती है। ओहियो नदी के क्षेत्र डेटा के आधार पर 1925 में एक स्वच्छता इंजीनियर एच. डब्ल्यू. स्ट्रीटर और अमेरिकी सार्वजनिक स्वास्थ्य सेवा के सलाहकार अर्ल बी. फेल्प्स द्वारा समीकरण प्राप्त किया गया था। समीकरण को डी. ओ. सैग समीकरण के रूप में भी जाना जाता है। स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण समय के साथ घुलित ऑक्सीजन सांद्रता और जैविक ऑक्सीजन की मांग के बीच के संबंध को निर्धारित करता है और रैखिक प्रथम क्रम अंतर समीकरण का एक समाधान है यह अंतर समीकरण बताता है कि ऑक्सीजन की कमी (डी) में कुल परिवर्तन किसी भी समय डीऑक्सीजनेशन और पुनरावृत्ति की दो दरों के बीच के अंतर के बराबर है। स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण, स्थिर अवस्था में एक प्लग-प्रवाह धारा मानते हुए तब संतृप्ति की कमी कहाँ है, जिसे संतृप्ति पर विघटित ऑक्सीजन सांद्रता माइनस वास्तविक विघटित ऑक्सीजन सांद्रता () से प्राप्त किया जा सकता है। आयाम हैं। डीऑक्सीजेनेशन दर है, आमतौर पर में। पुनरावृत्ति दर है, आमतौर पर में। यह पानी में कार्बनिक पदार्थों की प्रारंभिक ऑक्सीजन मांग है, जिसे अंतिम बीओडी (समय टी = अनंत पर बीओडी) भी कहा जाता है। की इकाई है। समय t पर ऑक्सीजन की मांग शेष है। प्रारंभिक ऑक्सीजन की कमी है। यह आमतौर पर बीत चुका समय होता है। यह आम तौर पर 0.05-0.5 सीमा के भीतर होता है और आम तौर पर 0.4-1.5 सीमा के भीतर होता है। स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण को डी. ओ. सैग समीकरण के रूप में भी जाना जाता है। यह समय के साथ डीओ के ग्राफ के आकार के कारण है। गंभीर ऑक्सीजन की कमी डी. ओ. शिथिल वक्र पर एक धारा के साथ किसी बिंदु पर न्यूनतम सांद्रता होती है। यदि स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण को समय के संबंध में अलग किया जाता है, और शून्य के बराबर निर्धारित किया जाता है, तो जिस समय पर न्यूनतम डीओ होता है, उसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है महत्वपूर्ण ऑक्सीजन की कमी का मूल्य ज्ञात करने के लिए, स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण को महत्वपूर्ण समय के लिए उपरोक्त समीकरण के साथ जोड़ा जाता है। फिर न्यूनतम घुलनशील ऑक्सीजन सांद्रता गणितीय रूप से एक नकारात्मक मान प्राप्त करना संभव है, भले ही वास्तव में डी. ओ. की नकारात्मक मात्रा होना संभव न हो। एक नदी में दिए गए बिंदु स्रोत प्रदूषण या अपशिष्ट निर्वहन से नीचे की ओर (जो न्यूनतम डी. ओ. है) की दूरी इस बात से पाई जाती है कि धारा का प्रवाह वेग कहाँ है। यह सूत्र एक अच्छा अनुमान है जब तक कि प्रवाह को प्लग प्रवाह (अशांत) के रूप में माना जा सकता है। पुनरावृत्ति दर का अनुमान पुनरावृत्ति दर के कई अनुमान मौजूद हैं, जो आम तौर पर समीकरण का पालन करते हैं जहां एक स्थिरांक है। प्रवाह वेग [m/s] है। गहराई [m] है। एक निरंतर है। एक निरंतर है। स्थिरांक उस प्रणाली पर निर्भर करते हैं जिस पर समीकरण लागू किया जाता है, अर्थात। प्रवाह वेग और धारा या नदी का आकार। साहित्य में विभिन्न मूल्य उपलब्ध हैं। सॉफ्टवेयर "अंतर्राष्ट्रीय जल विज्ञान कार्यक्रम" प्रकाशित साहित्य में उपयोग किए गए मूल्यों के आधार पर प्राप्त निम्नलिखित समीकरण को लागू करता है। औसत प्रवाह वेग [m/s] है। नदी में प्रवाह की औसत गहराई [m] है। सामान्य सूत्र का पालन करते हुए, डीऑक्सीजनेशन दर और पुनरावृत्ति दर दोनों को तापमान में सुधार किया जा सकता है। 20 डिग्री सेल्सियस पर दर कहाँ है। θ एक स्थिरांक है, जो दोनों दरों के लिए भिन्न होता है। धारा में वास्तविक तापमान डिग्री सेल्सियस है। सामान्यतः θ का मान 1.048 के लिए और 1.024 के लिए होता है। बढ़ते तापमान का डीऑक्सीजनेशन दर पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है, और इसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण कमी () बढ़ जाती है, और कम हो जाती है। इसके अलावा, बढ़ते तापमान के साथ सांद्रता में कमी आती है, जिससे डीओ सांद्रता में कमी आती है। नदियों का मिश्रण जब दो धाराओं या नदियों का विलय होता है या पानी को एक धारा में छोड़ दिया जाता है तो स्थिर स्थिति और तात्कालिक मिश्रण को मानते हुए मिश्रण के बाद बी. ओ. डी. और डी. ओ. का निर्धारण करना संभव है। इन दोनों धाराओं को एक दूसरे का मंदन माना जाता है, इस प्रकार प्रारंभिक बी. ओ. डी. और डी. ओ. होगा और मिश्रण के नीचे की ओर नदी में बी. ओ. डी. की प्रारंभिक सांद्रता कहाँ होगी, जिसे बी. ओ. डी. (0) भी कहा जाता है। की इकाई है। नदी में सांद्रता की पृष्ठभूमि बीओडी है। विलय नदी की सामग्री का बी. ओ. डी. है। यह संयुग्मन बिंदु के नीचे की ओर नदी में घुलनशील ऑक्सीजन की प्रारंभिक सांद्रता है। नदी में घुलनशील ऑक्सीजन की मात्रा की पृष्ठभूमि सांद्रता है। विलय नदी में घुलनशील ऑक्सीजन सामग्री की पृष्ठभूमि सांद्रता है। नदी में मिश्रण बिंदु से ऊपर की ओर प्रवाह है। यह मिश्रण बिंदु से ऊपर की ओर विलय नदी में प्रवाह है। संख्यात्मक दृष्टिकोण आजकल शास्त्रीय स्ट्रीटर-फेल्प्स समीकरण को कंप्यूटर के उपयोग से संख्यात्मक रूप से हल करना संभव है। विभेदक समीकरणों को एकीकरण द्वारा हल किया जाता है। 1925 में, अमेरिका में ओहियो नदी में ऑक्सीकरण और पुनरावृत्ति की घटनाओं पर एक अध्ययन सैनिटरी इंजीनियर, हेरोल्ड वार्नर स्ट्रीटर और सलाहकार, अर्ल बर्नार्ड फेल्प्स (1876-1953) द्वारा प्रकाशित किया गया था। यह अध्ययन मे 1914 से अप्रैल 1915 तक यूनाइटेड स्टेट्स पब्लिक हेल्थ सर्विस द्वारा सर्ज की देखरेख में प्राप्त आंकड़ों पर आधारित था। डब्ल्यू एच. बर्फ़। स्ट्रीटर-फेल्प्स मॉडल के अधिक जटिल संस्करण 1960 के दशक के दौरान पेश किए गए थे, जहां कंप्यूटरों ने धाराओं में ऑक्सीजन विकास में आगे के योगदान को शामिल करना संभव बनाया। इस विकास के प्रमुख थे ओ 'कॉनर (1960) और थॉमन्न (1963)। ओ 'कॉनर ने प्रकाश संश्लेषण, श्वसन और तलछट ऑक्सीजन मांग (एस. ओ. डी.) से योगदान जोड़ा। थोमन ने मल्टी सेगमेंट सिस्टम की अनुमति देने के लिए स्ट्रीटर-फेल्प्स मॉडल का विस्तार किया। अनुप्रयोग और सीमाएँ सरल स्ट्रीटर-फेल्प्स मॉडल इस धारणा पर आधारित है कि एक एकल बी. ओ. डी. इनपुट एक धारा या नदी के पार खंड पर समान रूप से वितरित किया जाता है और यह कि यह नदी में बिना मिश्रण के प्लग प्रवाह के रूप में चलता है। इसके अलावा, शास्त्रीय स्ट्रीटर-फेल्प्स मॉडल में केवल एक डीओ सिंक (कार्बोनेसियस बीओडी) और एक डीओ स्रोत (पुनरावृत्ति) पर विचार किया जाता है। ये सरलीकरण मॉडल में त्रुटियों को जन्म देंगे। उदाहरण के लिए मॉडल में अवसादन द्वारा बी. ओ. डी. को हटाना शामिल नहीं है, कि निलंबित बी. ओ. डी. को विघटित अवस्था में परिवर्तित किया जाता है, कि तलछट में ऑक्सीजन की मांग होती है और प्रकाश संश्लेषण और श्वसन ऑक्सीजन संतुलन को प्रभावित करेगा। विस्तारित मॉडल कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण और पुनरावृत्ति प्रक्रिया के अलावा, एक धारा में कई अन्य प्रक्रियाएं होती हैं जो डी. ओ. को प्रभावित करती हैं। अधिक सटीक मॉडल बनाने के लिए एक विस्तारित मॉडल का उपयोग करके इन कारकों को शामिल करना संभव है। विस्तारित मॉडल पारंपरिक मॉडल का एक संशोधन है और इसमें डीओ के आंतरिक स्रोत (पुनरावृत्ति और प्रकाश संश्लेषण) और सिंक (बीओडी, पृष्ठभूमि बीओडी, एसओडी और श्वसन) शामिल हैं। इन सभी मापदंडों को शामिल करना हमेशा आवश्यक नहीं होता है। इसके बजाय प्रासंगिक स्रोतों और सिंक को विशेष मॉडल के लिए समग्र समाधान प्राप्त करने के लिए संक्षेपित किया जा सकता है। विस्तारित मॉडल में मापदंडों को या तो क्षेत्र में मापा जा सकता है या सैद्धांतिक रूप से अनुमानित किया जा सकता है। पृष्ठभूमि बी. ओ. डी. पृष्ठभूमि बी. ओ. डी. या बेंथिक ऑक्सीजन मांग बी. ओ. डी. का फैला हुआ स्रोत है जो कार्बनिक पदार्थों के क्षय द्वारा दर्शाया जाता है जो पहले से ही तल पर बस चुका है। यह एक निरंतर विसर्जित निवेश को जन्म देगा इस प्रकार समय के साथ बी. ओ. डी. में परिवर्तन होगा जहां बी. ओ. डी. द्वारा ऑक्सीजन की खपत की दर है, आमतौर पर। यह पानी में कार्बनिक पदार्थों से बी. ओ. डी. है। पृष्ठभूमि बी. ओ. डी. इनपुट है। बी. ओ. डी. तलछट वाला बी. ओ. डी. का तलछट सीधे ऑक्सीजन का उपभोग नहीं करता है और इसलिए इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। यह बी. ओ. डी. द्वारा ऑक्सीजन की खपत की दर के साथ संयुक्त रूप से बी. ओ. डी. हटाने की दर शुरू करके किया जाता है। बी. ओ. डी. द्वारा ऑक्सीजन हटाने के लिए कुल दर देते हुए बी. ओ. डी. द्वारा ऑक्सीजन की खपत की दर आमतौर पर कहाँ होती है। बी. ओ. डी. के बसने की दर है, आमतौर पर। समय के साथ बी. ओ. डी. में परिवर्तन का वर्णन इस प्रकार किया गया है कि पानी में कार्बनिक पदार्थों से बी. ओ. डी. कहाँ है। यह आमतौर पर 0.5-5 की सीमा में होता है। तलछट ऑक्सीजन की मांग तलछट में जीवों द्वारा ऑक्सीजन का उपभोग किया जा सकता है। इस प्रक्रिया को तलछट ऑक्सीजन मांग (एस. ओ. डी.) कहा जाता है। एस. ओ. डी. का मापन तलछट (बेंथिक रेस्पिरोमीटर) पर एक डिब्बे में ऑक्सीजन के परिवर्तन को मापकर किया जा सकता है। तलछट द्वारा खपत के कारण ऑक्सीजन की कमी में परिवर्तन का वर्णन इस प्रकार किया गया है कि जहाँ नदी की गहराई [मी] है वहाँ एस. ओ. डी. डी संतृप्ति की कमी है। पुनरावृत्ति दर [] है। एस. ओ. डी. की सीमा आम तौर पर कम प्रदूषण वाली प्राकृतिक नदी के लिए 0.1-1 और मध्यम से भारी प्रदूषण वाली नदी के लिए 5-10 की सीमा में होती है। नाइट्रिफिकेशन अमोनियम को एरोबिक स्थितियों NH4 + + 2O2 → NO3 − + H2O + 2H + अमोनियम ऑक्सीकरण के तहत नाइट्रेट में ऑक्सीकृत किया जाता है, जिसे BOD के हिस्से के रूप में माना जा सकता है, ताकि BOD = CBOD + NBOD, जहां CBOD कार्बोनेसियस जैव रासायनिक ऑक्सीजन की मांग है और NBOD नाइट्रोजनयुक्त BOD है। आमतौर पर सी. बी. ओ. डी. अमोनियम सांद्रता की तुलना में बहुत अधिक होता है और इस प्रकार एन. बी. ओ. डी. पर अक्सर विचार करने की आवश्यकता नहीं होती है। अमोनियम के ऑक्सीकरण के कारण ऑक्सीजन की कमी में परिवर्तन को डी संतृप्ति की कमी के रूप में वर्णित किया गया है। नाइट्रिफिकेशन दर है। अमोनियम-नाइट्रोजन सांद्रता है। की सीमा आम तौर पर 0.05-0.5 होती है। प्रकाश संश्लेषण और श्वसन प्रकाश संश्लेषण और श्वसन शैवाल और मैक्रोफाइट्स द्वारा किया जाता है। श्वसन बैक्टीरिया और जानवरों द्वारा भी किया जाता है। स्थिर स्थिति (शुद्ध दैनिक औसत) को मानते हुए घाटे में परिवर्तन होगा जहां श्वसन है। यह प्रकाश संश्लेषण है। ध्यान दें कि बी. ओ. डी. में केवल सूक्ष्मजीवों का श्वसन शामिल है जैसे शैवाल और बैक्टीरिया और मैक्रोफाइट्स और जानवरों द्वारा नहीं। समय के साथ प्रकाश की भिन्नता के कारण, प्रकाश संश्लेषक ऑक्सीजन की भिन्नता को समय के साथ एक आवधिक कार्य द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जहाँ समय सूर्योदय के बाद और सूर्यास्त से पहले होता है जहाँ एक निश्चित समय पर प्रकाश संश्लेषण होता है। प्रकाश संश्लेषण का दैनिक अधिकतम है। यह सूर्य के प्रकाश के साथ दिन का अंश है, आमतौर पर दिन। यह वह समय है जब सूरज उगता है। प्राथमिक उत्पादन के दैनिक औसत मूल्य की सीमा आमतौर पर 0.5-10 होती है। जल प्रदूषण भी देखें जल गुणवत्ता मॉडलिंग जैव रासायनिक ऑक्सीजन की मांग ऑक्सीजनेशन (पर्यावरण) ऑक्सीजन की कमी हाइपोक्सिया (पर्यावरण) डीऑक्सीजनेशन जल वातन प्रकाश संश्लेषण नाइट्रिफिकेशन फिक के प्रसार के नियम ओहियो नदी संयुक्त राज्य अमेरिका सार्वजनिक स्वास्थ्य सेवा संदर्भ बाहरी लिंक ओ 'कॉनर डीजे, 1960, ऑक्सीजन बैलेंस ऑफ एन एस्टुअरी, जर्नल ऑफ द सैनिटरी इंजीनियरिंग डिवीजन, एएससीई, वॉल्यूम। 86, नं. एसए3, प्रोसी। पेपर 2472, मई, 1960 थोमन आर. वी., 1963, विघटित ऑक्सीजन के लिए गणितीय मॉडल, जर्नल ऑफ द सैनिटरी इंजीनियरिंग डिवीजन, अमेरिकन सोसाइटी ऑफ सिविल इंजीनियर्स, खंड 89, सं. SA5 पर्यावरण अभियांत्रिकी जल और पर्यावरण जल प्रदूषण गणित लेख जिन पर विशेषज्ञ ध्यान देने की आवश्यकता है