Nghiên cứu mô hình hoá quá trình xử lí nước thải bệnh viện bằng thiết bị CN 2000

Bộ giáo dục v đo tạo
Trờng đại học bách khoa h nội





Sreng Sokvung





Nghiên cứu mô hình hoá quá trình
xử lý nớc thải bệnh viện
bằng thiết bị CN 2000


Chuyên ngành: Công nghệ môi trờng nớc và nớc thải
M số: 62.85.06.01




Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà Nội - 2008

Công trình đợc hoàn thiện tại:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trờng
Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội




Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Văn Nhân
PGS.TSKH Nguyễn Xuân Nguyên



Phản biện 1: PGS.TS Cao Thế Hà



Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Khắc Hải



Phản biện 3: PGS.TS Trần Đức Hạ

Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc họp tại:
Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Số 1 Đờng Đại Cồ Việt Hà Nội
vào hồi 8 giờ 30 ngày 31 tháng 07 năm 2008



Có thể tìm hiểu luận án tại th viện:
- Th viện Quốc gia Hà Nội
- Th viện Tạ Quang Bửu Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Danh mục công trình đ công bố

1. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Trần Văn Nhân, Sreng
Sokvung (2005), Sử dụng mô hình dãy hộp với dòng ngợc trong việc
tính toán hệ thiết bị aeroten-bể lắng xử lý nớc thải bệnh viện, Tạp chí
khoa học và công nghệ, 43(6A), tr. 208-211.
2. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Trần Văn Nhân, Sreng
Sokvung (2006), Mô hình thực nghiệm thống kê mô tả quan hệ giữa
các chỉ tiêu hoá lý cơ bản của nớc thải bệnh viện, Tạp chí khoa học
và công nghệ, 44(2), tr. 13-17.
3. Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Văn Nhân, Sreng Sokvung (2007), Tính
toán động học xử lý nớc thải hữu cơ trên lớp đệm vi sinh bám, Tạp
chí khoa học và công nghệ, 45(5), tr. 43-49.
4. Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Văn Nhân, Sreng Sokvung (2007), Mô
hình hoá quá trình xử lý sinh học yếm khí thiếu khí hiếu khí (AAO)
đối với nớc thải bệnh viện, Tạp chí khoa học và công nghệ, 45(6), tr.
143-149.
5. Sreng Sokvung, Trần Văn Nhân, Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng
Hải (2005), Tìm công thức thực nghiệm mô tả quan hệ giữa các chỉ tiêu

hoá lý của nớc thải sinh hoạt, Tạp chí khoa học và công nghệ, 43(6A), tr.
244-245.

1
a. những đặc điểm của luận án

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm trở lại đây các nớc đang phát triển nh Việt Nam,
Campuchia đã và đang có những bớc phát triển kinh tế xã hội mạnh mẽ rất
đáng tự hào. Song song với thành tựu to lớn này là mặt trái của sự phát triển, đó
là vấn đề ô nhiễm môi trờng. Trong quá trình phát triển, môi trờng của các đô
thị đã xuống cấp nghiêm trọng do nớc thải sinh hoạt, nớc thải bệnh viện
(NTBV), rác thải cũng nh chất thải công nghiệp. Nghiêm trọng hơn là NTBV,
do đây là một nguồn gây ô nhiễm nguy hiểm đến sức khoẻ cộng đồng dân c
cũng nh bệnh nhân, ngời nhà và cán bộ công nhân viên của các bệnh viện và
cơ sở y tế.
Theo báo cáo của Bộ Y tế hiện tại ở Việt Nam có khoảng 250 bệnh viện là
có trạm XLNT bằng nhiều phơng pháp khác nhau. Trong đó khoảng 40% trạm
là xử lý theo công nghệ hợp khối, và trong nhóm này một loại thiết bị có tên là
CN 2000 cho hiệu quả xử lý khá cao với giá thành đầu t và vận hành hợp lý.
Đây là công nghệ kết hợp nhiều quá trình xử lý các chất hữu cơ, nitơ và photpho
theo các quy trình xử lý yếm khí, thiếu khí và hiếu khí. Chính vì vậy nghiên cứu
mô hình hoá quá trình xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000 là một việc làm hết
sức cần thiết để chuẩn hoá và mở rộng ứng dụng, nâng cao chất lợng t vấn
thiết kế và tối u hoá quá trình quản lý và vận hành trạm xử lý NTBV bằng thiết
bị CN 2000 đóng góp vào công cuộc bảo vệ môi trờng của đất nớc.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu xây dựng các mô hình tính toán công nghệ kết hợp quá trình
xử lý yếm khí thiếu khí hiếu khí (AAO) trên lớp đệm vi sinh bám trong thiết
bị CN 2000 để xử lý NTBV.

3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Các mô hình động học dãy hộp và mô hình thống kê áp dụng trên các
trạm XLNT bằng thiết bị CN 2000 tại một số bệnh viện của Hà Nội: Thanh
Nhàn, Xanh Pôn, Trung tâm điều trị bệnh nhân HIV.
Luận án đã đạt đợc những kết quả sau:
- Xây dựng đợc các mô hình thống kê mô tả mối quan hệ giữa các thông
số nớc thải của các bệnh viện Việt Nam;
- Xây dựng đợc mô hình thống kê tính toán thiết bị CN 2000 thực hiện các
quá trình XLNT theo công nghệ AAO trên lớp đệm vi sinh bám;
- Xây dựng đợc mô hình dãy hộp cấu trúc dòng bên trong các ngăn xử lý
sinh học của thiết bị CN 2000;
- Hoàn thiện phần mềm tính toán quá trình XLNT bằng thiết bị CN 2000
trên cơ sở các mô hình nói trên và đã kiểm tra độ tơng thích của các mô hình
tại trạm XLNT của một số bệnh viện tại Hà Nội;
4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Luận án đã áp dụng cách tiếp cận mô hình hoá gồm các mô hình thống kê
2
và mô hình dãy hộp cấu trúc dòng để xây dựng các phơng pháp tính toán các
thông số thiết kế và vận hành thiết bị CN 2000 trong XLNT các bệnh viện của
Hà Nội. Các mô hình và công thức tính toán nói trên cho phép khảo sát các quá
trình XLNT, cho phép tối u hoá quá trình thiết kế và vận hành các thiết bị
XLNT nói trên. Việc này đóng góp tích cực vào phòng chống ô nhiễm môi
trờng của các bệnh viện, đô thị ở Việt Nam và Campuchia.
5. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 98 trang, 28 bảng, 28 hình, 54 tài liệu tham khảo và 24 trang
phụ lục. Luận án gồm các phần chính sau: Mở đầu (3 trang), Chơng 1 (41
trang), Chơng 2 (11 trang), Chơng 3 (40 trang) và phần kết luận và kiến nghị.

b. nội dung luận án
Chơng 1. tổng quan về nớc thải bệnh viện, hiện trạng

kiểm soát ô nhiễm và công nghệ xử lý nớc thải
bệnh viện ở việt nam

1.1. Nớc thải bệnh viện
1.1.1. Lu lợng NTBV
Để tính toán hệ thống thoát nớc thải và lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý
NTBV thì phải xác định lợng nớc thải của bệnh viện trong một ngày. Ngời ta
chấp nhận tiêu chuẩn thoát nớc bằng tiêu chuẩn cấp nớc, do vậy lợng nớc
mà bệnh viện dùng trong một ngày chính là lợng nớc thải trong một ngày.
Ngoài ra ở Việt Nam có thể xác định lu lợng nớc thải của bệnh viện Đa khoa
theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 4470:87.
1.1.2. Tính chất và thành phần của NTBV
NTBV là một dạng của nớc thải sinh hoạt đô thị. Tuy nhiên do nớc
dùng trong quá trình khám chữa bệnh và chăm sóc bệnh nhân nên về mặt vệ
sinh và dịch tễ học thì trong NTBV chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh, dễ lây lan
cho ngời qua đờng nớc.
NTBV là một nguồn thải gây nguy hiểm cho môi trờng vì khả năng lan
rộng trong môi trờng, mức độ nhiễm khuẩn cao, khả năng tồn tại lâu và nhân
lên của vi khuẩn gây bệnh trong điều kiện giàu chất hữu cơ của nớc thải.
NTBV có thể mang các tác nhân mầm bệnh nh tả, thơng hàn, phó thơng hàn,
bệnh than, lao, lỵ amip, leptospyros, bệnh vàng da nhiễm trùng, viêm gan siêu
vi trùng, bệnh nhiễm virut ruột, giun sán, nấm mốc, bại liệt Các chỉ tiêu ô
nhiễm chính của NTBV thể hiện trong bảng 1.1.
Từ các kết quả nghiên cứu về NTBV ở Việt Nam cho thấy:
+ Tất cả các bệnh viện đều có mức độ ô nhiễm cao so với tiêu chuẩn thải;
+ Nồng độ chỉ điểm vệ sinh về vi sinh trong NTBV nghiên cứu đều rất cao,
trong đó nồng độ trung bình Coliform/100 ml gấp 234.000 lần tiêu chuẩn thải
(mức I TCVN 7382:2004). Trong NTBV cha xử lý phân lập đợc nhiều chủng
3
vi khuẩn gây bệnh nh E. coli, Enterobacter, Staphylococcus aureus và

Pseudomonas aeruginosa.
+ Trong nớc thải cha xử lý của một số bệnh viện ở Hà Nội có d lợng
chất kháng sinh ciprofloxacin CIP (1,1.10
-3
25,8.10
-3
mg/l) và norfloxacin
NOR (3,4.10
-3
15,2.10
-3
mg/l). Và tại bệnh viện Hữu Nghị trong nớc thải sau
xử lý nồng độ CIP giảm 85,66% và NOR giảm 82,14% so với nồng độ của
chúng trong nớc thải cha xử lý. Cũng tại bệnh viện Hữu Nghị, nghiên cứu cho
thấy trong nớc thải cha xử lý thì vi khuẩn E. coli kháng đợc với CIP và
NOR, và nớc thải sau xử lý thì E. coli trở nên nhạy cảm với CIP và NOR.
Bảng 1.1. Các chỉ tiêu ô nhiễm chính của NTBV
Giá trị
Chỉ tiêu
Min Trung bình Max
TCVN
7382:2004 (mức II)
pH
Chất rắn lơ lửng, mg/l
BOD
5
, mg/l
COD, mg/l
N
T

, mg/l
P
T
, mg/l
Coliform, MPN/100ml
6,4
150
120
150
15
5
10
6

7,54
160
150
200
28
9
10
7
8,15
220
200
350
36
12
10
9

6,5-6,8


100

30

80 *

30 *


6 *

5000
* TCVN 5945:2005 (loại B)
1.2. Hiện trạng kiểm soát ô nhiễm do NTBV ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam có khoảng 970 bệnh viện với 117.562 giờng bệnh.
Phần lớn bệnh viện các tuyến: Trung Ương (TW), Tỉnh, và Ngành đều có thiết
kế hệ thống thoát và trạm XLNT. Một số bệnh viện thiết kế tách riêng hệ thống
thoát nớc thải và nớc ma. Nớc ma đợc xả trực tiếp vào cống thải chung
hoặc nguồn tiếp nhận khác. Nhng hầu hết hệ thống thoát và XLNT tại các bệnh
viện đều không hoạt động hoặc hoạt động không hiệu quả. Ngoài ra một số
bệnh viện không thiết kế trạm XLNT nên nớc thải đợc thải trực tiếp ra nguồn
tiếp nhận.
Chính vì vậy NTBV đang là nguồn gây ô nhiễm môi trờng trầm trọng
nhất là sự lây lan dịch bệnh trong và bên ngoài bệnh viện đe doạ đến sức khoẻ
và tính mạng của cộng đồng.
1.3. Công nghệ xử lý NTBV ở Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam đang triển khai nhiều loại công nghệ khác nhau
trong xử lý NTBV, có thể quy về bốn nhóm công nghệ xử lý chính gồm: Lọc
sinh học nhỏ giọt, hồ sinh học, aeroten truyền thống, lọc sinh học nhiều bậc (sử
dụng đệm vi sinh) và các phơng pháp khác. Trong đó công nghệ lọc sinh học
nhiều bậc là công nghệ xử lý sinh học kết hợp các quá trình xử lý yếm khí, thiếu
khí và hiếu khí theo nguyên lý hợp khối. Thiết bị CN 2000 là một dạng thiết bị
xử lý NTBV theo công nghệ này.
Các kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý của các nhóm công nghệ
đều cho thấy hiệu quả xử lý khác nhau theo các nhóm công nghệ và cha đáp
4
ứng yêu cầu ngày càng cao nh hiện nay. Trong đó nhóm công nghệ lọc sinh
học nhiều bậc có đệm vi sinh đạt hiệu quả cao nhất và đạt tiêu chuẩn thải, tuy
cha đạt yêu cầu theo lý thuyết.
1.4. Công nghệ AAO xử lý NTBV
1.4.1. Công nghệ AAO XLNT
Công nghệ AAO là công nghệ XLNT bằng phơng pháp sinh học kết hợp
ba quá trình xử lý yếm khí (Anaerobic-A), xử lý thiếu khí (Anoxic-A) và xử lý
hiếu khí (Oxic-O).
Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí do một quần
thể vi sinh vật (VSV) chủ yếu là vi khuẩn hoạt động không cần có sự có mặt của
oxy, sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí gồm CH
4
, CO
2
, Quá trình xử lý thiếu
khí nhằm khử nitrat có trong nớc thải nhờ các vi khuẩn khử nitrat
denitrifications. Trong điều kiện thiếu oxy, các vi khuẩn này sẽ tách oxy của
nitrat và nitrit để oxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử tạo thành trong giai đoạn
này sẽ thoát ra khỏi nớc. Trong điều kiện hiếu khí trong nớc thải xảy ra đồng
thời quá trình khử BOD và quá trình khử các hợp chất chứa nitơ. Quá trình phân

huỷ hiếu khí các chất hữu cơ trong nớc thải gồm: phản ứng phân huỷ các hợp
chất hydratcacbon và sản phẩm là CO
2
và H
2
O, phản ứng tổng hợp xây dựng tế
bào mới và phản ứng tự oxy hoá chất liệu tế bào. Quá trình khử các hợp chất
chứa nitơ trong điều kiện hiếu khí gồm quá trình amôn hoá và quá trình nitrat
hoá. Quá trình nitrat hoá nhờ vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter.
Quá trình khử photpho đợc thực hiện bằng cách lắng cặn để loại bỏ các
tế bào chứa lợng photpho trong quá trình sinh trởng và hoạt động. Khả năng
lấy photpho của vi khuẩn tuỳ tiện Acinetobacter sp sẽ tăng lên rất nhiều khi
nớc thải luân chuyển qua các điều kiện yếm khí và hiếu khí.
Sơ đồ công nghệ xử lý NTBV bằng công nghệ AAO đợc thể hiện trên
hình 1.1.














Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ xử lý NTBV theo công nghệ AAO

n
Nớc thải
Nớc thải
Bể kị khí
Bể yếm khí
Nớc sau xử lý
Nớc sau xử lý
Lắng cát, tách rác
Lắng cát, tách rác
Bể điều hoà
Bể điều hoà
Bể hiếu khí
Bể thiếu khí
Bể thiếu khí
Bể hiếu khí
Lắng lamen
Lắng lamen
Khử trùng
Khử trùng
5
1.4.2. Thiết bị CN 2000 xử lý NTBV
CN 2000 là tên thiết bị hợp khối xử lý NTBV bằng phơng pháp sinh học
theo nguyên lý công nghệ AAO trên lớp đệm vi sinh bám.
1.4.2.1. Cấu tạo thiết bị CN 2000
Thiết bị CN 2000 đã đợc Cục sở hữu trí tuệ chấp thuận đơn bảo hộ và
đăng trên công báo sở hữu công nghiệp số 186 tập A (09-2003) cho các tác giả:
Nguyễn Xuân Nguyên, Nguyễn Hữu Chiến, Đỗ Trọng Dũng.
Cấu tạo thiết bị CN 2000 đợc thể hiện trên hình 1.2.

Hình 1.2. Mặt cắt cấu tạo và hình ảnh thiết bị CN 2000
1.4.2.2. Đặc điểm thiết bị CN 2000
Xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000 là phơng pháp xử lý gồm các quá
trình xử lý lý hoá, xử lý sinh học yếm khí, thiếu khí và hiếu khí. Thiết bị đợc
chế tạo theo nguyên lý mô đun, hợp khối, tự động rất gọn nhẹ phù hợp với mọi
điều kiện lắp ráp của Việt Nam cũng nh Campuchia.
+
: Dòng nớc thải đi xuống
: Dòng nớc thải đi lên
6
Thiết bị CN 2000 XLNT dựa trên cơ sở kết hợp giữa hai nguyên lý bể
aeroten và bể lọc biofilter, với một số cải tiến để quá trình xử lý đạt hiệu quả
cao, cụ thể là:

- Kết hợp quá trình xử lý vi sinh dính bám và vi sinh lơ lửng bằng cách dìm
toàn bộ khối vật liệu ngập trong nớc. Tận dụng đợc tính năng của cả hai loại
vi sinh trên cùng một đơn vị thể tích thiết bị;
- Thay thế vật liệu trơ thông thờng bằng vật liệu đệm có độ rỗng rất cao,
có bề mặt nhám để tăng bề mặt tiếp xúc với nớc thải, không khí và vi sinh dính
bám dễ dàng;
- Kết hợp phơng pháp xử lý hiếu khí và thiếu khí để khử

3
NO
bằng vi
khuẩn của quá trình denitrification;
- Tăng quãng đờng đi của nớc thải để quá trình sinh trởng phát triển của
vi sinh có hiệu quả, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý. Quá trình xử lý diễn ra theo
nhiều bậc hơn, cụ thể là khử
COD,BOD ,

+

34
NONH ,
23
NNO

.
Ưu điểm chính của hệ thống XLNT bằng thiết bị CN 2000
- Nớc thải sau xử lý đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn thải của TCVN 7382:2004;
- Chiếm ít diện tích đất và kiểm soát đợc ô nhiễm thứ cấp;
- Chi phí đầu t và vận hành ở mức chấp nhận đợc.
1.4.2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000
Sơ đồ công nghệ xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000 đợc thể hiện trên
hình 1.3.

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000
Nớc thải
bệnh viện
Nớc thải
bệnh viện
Chất keo tụ
PACN-95
Chất keo tụ
PACN-95
Chế phẩm vi
sinh DW97-H
Chế phẩm vi
sinh DW97-H
Bùn đã xử lí
Bể nén bùn
Cl
2
Cl
2
Bể tự hoại hố ga
Bể tự hoại, hố ga
Bể thu gom và
lọc rác
Bể thu gom và
chắn rác

Thiết bị CN 2000
Bể điều hoà
Bể điều hoà và
xử lý sơ bộ
Nớc thải sau
xử lý
Nớc thải sau
xử lý
Bể tự hoại hố ga
Lắng lamen
Bùn đã xử lí
Bùn đã xử lí
7
1.5. Mô hình hoá quá trình công nghệ
Muốn triển khai các quá trình công nghệ cần phải nắm đợc bản chất của
hệ thống qua các hàm toán, do đó phơng pháp mô hình hoá đợc sử dụng để
lọc lựa những nét cơ bản nhất phản ánh các đặc điểm công nghệ của hệ. Có
nhiều loại mô hình khác nhau, nếu phân loại theo phơng pháp toán học thì có
mô hình thống kê, mô hình vật lý và mô hình toán học. Mô hình thống kê đợc
sử dụng để mô tả hệ trong trờng hợp không biết đợc bản chất và cấu trúc hệ
và coi hệ là một hộp đen. Do đó với mô hình thống kê sẽ không hiểu rõ đợc
quy luật bảo toàn cũng nh quy luật động học trong vận động của hệ mà chỉ
hiểu đợc tơng tác giữa các yếu tố mà ta quan tâm với một mức độ xác suất
nào đó trong phạm vi nghiên cứu. Nên khi dùng mô hình thống kê thì không thể
chủ động điều khiển đợc vận động của hệ mà chỉ có thể tìm ra đợc chế độ tối
u trong hoạt động của hệ. Để khắc phục những hạn chế này thì phải dùng mô
hình toán học. Mô hình toán dựa trên hai phân tử cơ sở (đẩy lý tởng và trộn lý
tởng) và ba loại liên hệ (nối tiếp, song song và nối ngợc). Ngoài hai mô hình
cơ sở trên còn sử dụng mô hình cấu trúc dòng phối hợp, điển hình nhất là mô

hình khuếch tán và mô hình dãy hộp. Mô hình dãy hộp thờng đợc dùng để mô
tả dòng trong các thiết bị loại ống, loại tháp hay dòng các thiết bị khuấy mắc
nối tiếp nhau với tính toán không quá phức tạp.
1.6. Giới thiệu hiện trạng kiểm soát ô nhiễm do NTBV và nớc thải ở
Campuchia
Campuchia là một đất nớc đang phát triển với dân số khoảng 14 triệu
dân. Những năm gần đây Chính phủ đã quan tâm nhiều đến vấn đề bảo vệ môi
trờng.
Mặc dù vậy do nhiều nguyên nhân nh kinh phí hạn chế, trình độ khoa
học kỹ thuật còn khiêm tốn, thiếu nhân lực nên ô nhiễm môi trờng vẫn đang là
vấn đề nan giải trong đó có ô nhiễm môi trờng do nớc thải gây ra.
Hiện nay NTBV đều xả vào hệ thống cống thoát chung của thành phố,
hoặc nguồn tiếp nhận khác mà không đợc xử lý, và mạng lới thoát nớc của
các thành phố nh Phnom Penh, Siem Reap phần lớn là kênh hở hoặc hệ thống
cống bị xuống cấp và h hỏng chảy qua thành phố hoặc là các hồ chứa trong
lòng thành phố, do đó với tính chất và thành phần của NTBV nh đã trình bày
trong mục 1.1.2 và với khả năng tồn tại lâu của vi sinh vật, vi khuẩn gây bệnh
trong nớc thải thì khả năng lây lan dịch bệnh qua đờng nớc thải thực sự đáng
báo động, nhất là đối với các hộ nghèo sống trong điều kiện vệ sinh yếu kém sẽ
là những nạn nhân đầu tiên. Ngoài ra vào mùa ma lũ với khả năng tiêu thoát
nớc kém, nhiều điểm trong thành phố thờng bị ngập lụt do đó càng làm tăng
nguy cơ lây lan dịch bệnh.
Với tình trạng nh hiện nay, tại các thành phố lớn của Campuchia nói
riêng và cả nớc nói chung trớc mặt bắt buộc phải XLNT cục bộ tại các bệnh
viện nhằm hạn chế tối đa sự lây lan dịch bệnh, rồi tiếp tục xử lý toàn bộ nớc
thải để cải thiện sự ô nhiễm môi trờng và nâng cao chất lợng cuộc sống.


8
Chơng 2. phơng pháp nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu của luận án sử dụng các phơng pháp nghiên
cứu: Thu thập và phân tích các thông tin và dữ liệu, phơng pháp thực nghiệm
(phơng pháp chuẩn Standard Method) xác định các thông số của NTBV và
phơng pháp mô hình hoá.
2.1. Phơng pháp mô hình hoá
Sơ đồ biểu diễn các bớc nghiên cứu xây dựng các mô hình đợc thể hiện
trên hình 2.1.
+ Kiểm tra tính độc lập của số liệu quan sát:
Tính độc lập của số liệu quan sát x
i
và x
i+1
đợc kiểm tra căn cứ vào hệ số
tơng quan giữa đại lợng x
i
và x
i+1
trong phép thử và đợc tính theo công thức:

xx
n
x
x.x
r
n
1i
2
i
2

n
1i
i
n
1i
1ii
x,x
1ii








=



=
=
=
+
+


(2.1)
Trong đó: x
i

là kết quả số liệu quan sát thứ i; x
i+1
là kết quả số liệu quan
sát thứ i+1.
Giá trị
1ii
x,x
r
+
đợc so sánh với

r .

()
2
t2n
t
r



+
=


(2.2)
Trong đó:

t
- Là giá trị của phân phối Student xác định phụ thuộc vào độ

tin cậy
()
1 và bậc tự do f ( 2nf

=
).
Nếu thoả mãn điều kiện

<
+
rr
1ii
x,x
thì có thể kết luận về tính độc lập của
hai số liệu quan sát.
2.2. Lựa chọn dạng mô hình
Ngoài ra khi nghiên cứu xây dựng các mô hình thì sử dụng dạng mô hình
(2.3), các hệ số của mô hình đợc xác định bằng thuật toán của phơng pháp
bình phơng bé nhất.
Khi xem xét hàm phụ thuộc của Y với các biến số X
i

(
)
m,1i = , khi các biến
số X
i
không phụ thuộc nhau, trong trờng hợp đơn giản và không tính đến yếu
tố thời gian thì có thể biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa Y và X
i

nh sau:


=
=
m
1i
b
i
i
XAY

(2.3)
Trong đó: A, b
1
, , b
m
- Là hệ số của hàm toán và cần phải xác định.
+ Giải bài toán xác định các hệ số của mô hình (2.3):
Từ mô hình (2.3) viết cho thí nghiệm j,
(
)
n,1j = ta có:

m21
b
mj
b
j2
b

j1j
X X.X.AY =

(2.4)
Logarit hoá phơng trình (2.4) ta đợc:

mjmj22j11j
Xlg.bXlg.bXlg.bAlgYlg
+



+
+
+=


(2.5)
9

Hình 2.1. Các bớc xây dựng mô hình

Số liệu thực nghiệm-
tự khai
Số liệu thực nghiệm-
tài liệu
Chọn mô hình khác
hoặc hiệu chỉnh
mô hình
Thông tin
và thực
nghiệm
bổ sung
Mô hình
tơng thích
Phần mềm tính toán
theo mô hình
Kiểm tra độ tơng thích
16
Kiểm tra độ tơng thích
9
Số liệu đo đạc
thực tế
Kiểm tra và lọc số liệu
Cơ sở dữ liệu
Xây dựng mô hình
Kết luận mô hình
ứ
ng dụng
18
Thử nghiệm thực t
ế

Lựa chọn mô
hình
7
Các loại mô
hình
6
17
15
13
12
8
10
5
4
1 2 3
Thông tin
đối tợng
thực tế
mới
14
11
10
Với n,1j = đặt:

jj
Ylgy =
Algb
0
=

j1j1
Xlgx =


(2.6)

j2j2
Xlgx =


mjmj
Xlgx =

Thay (2.6) vào phơng trình (2.5) ta đợc:

mjmj22j110j
x.bx.bx.bby
+



+
++=
; n,1j =

(2.7)
Hoặc
(
)
mjmj22j110ijm10j

x.bx.bx.bbx,b, ,b,by
+



+
+
+
=


(2.8)
Các hệ số b
0
, b
1
,, b
m
đợc xác định bằng thuật toán của phơng pháp
bình phơng bé nhất, sao cho:

()
(
)
[
]
minx,b, ,b,byyb, ,b,b
n
1j
2

ijm10j
tn
jm10
=

=


(2.9)
Trong đó:
tn
j
y : Giá trị của hàm toán tại thí nghiệm thứ j
(
)
n,1j = ;
+ Kiểm định tính tơng hợp của mô hình bằng cách tính hệ số đa biến R
2
.

m21
yxmyx2yx1
2
rararaR +++=

(2.10)
Trong đó:
y
x
ii

S
S
ba
i
= , m,1i =

()
1n
xx
S
n
1j
2
iij
X
i


=

=
;
()
1n
yy
S
n
1j
2
j

y


=

=


n
x
x
n
1j
ij
i

=
=
;
n
y
y
n
1j
j

=
=
;
(

)
(
)
()
i
i
xy
n
1j
iiji
yx
SS1n
xxyy
r


=

=



Chơng 3. Kết quả v thảo luận

3.1. Mô hình mô tả mối quan hệ giữa các thông số đầu vào của NTBV
3.1.1. Cơ sở thông tin về đặc tính NTBV
Để phục vụ cho việc nghiên cứu mô hình hoá NTBV đã sử dụng số liệu về
thông số đầu vào của 29 bệnh viện các tuyến khác nhau trình bày trong bảng 3.1.
3.1.2. Xây dựng mô hình
Các thông số đầu vào của NTBV gồm: COD, BOD, N

T
, P
T
, H
2
S, SS. Việc
xác định mô hình thực nghiệm thống kê mô tả quan hệ giữa các thông số đầu
vào của NTBV là rất có ý nghĩa, để có thể sử dụng những quan hệ đó trong việc
mô hình hoá thiết bị công nghệ, tổng hợp và phân tích hệ thống xử lý NTBV
nhằm tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình triển khai vào thực tế. Ví
11
dụ sẽ đi tìm quan hệ giữa COD với các chỉ tiêu còn lại của NTBV. Từ mô hình
(2.3) viết cho thí nghiệm thứ j
(
)
29,1j= ta có:

5
4
3
21
b
j
b
j2
b
Tj
b
Tj
b

jj
SS.SH.P.N.BOD.ACOD =

(3.1)
Các hệ số A, b
1
,, b
5
của mô hình (3.1) đợc xác định bằng thuật toán
của phơng pháp bé nhất, tức là sao cho:

()
[
]
minCODCODb, ,b,b,A
n
1j
2
tt
j
tn
j521
=

=


(3.2)
Trong đó:
tn

j
COD là thông số COD đo đợc tại thí nghiệm thứ j, [mg/l].
tt
j
COD
là thông số COD tính theo mô hình (3.1) cho thí nghiệm thứ j, [mg/l].
Bảng 3.1. Các thông số đầu vào của một số NTBV ở Việt Nam
STT COD
(mg/l)
BOD
5
(mg/l)
N
T

(mg/l)
P
T

(mg/l)
H
2
S
(mg/l)
SS
(mg/l)
1 210,0 148,00 26,23 2,94 6,20 60,0
2 135,2 94,00 14,42 1,28 4,20 46,0
3 166,8 112,50 17,00 1,90 2,04 55,0
4 155,2 105,00 11,55 2,20 2,55 89,0

5 188,2 130,00 15,57 0,84 7,82 77,0
6 145,6 91,00 15,00 1,40 2,55 48,0
7 218,2 168,70 23,08 3,20 8,15 37,6
8 102,0 70,00 16,00 3,73 2,22 14,2
9 130,0 85,00 12,52 1,34 3,20 16,8
10 268,0 200,00 13,19 0,74 7,30 65,0
11 198,8 157,80 23,74 4,22 6,15 24,8
12 120,4 89,10 12,68 2,00 4,76 71,3
13 135,2 94,00 15,10 1,60 3,10 51,8
14 150,2 121,00 23,00 4,00 6,80 10,6
15 130,0 90,00 18,15 1,26 4,79 14,0
16 198,4 146,00 16,09 0,91 6,10 25,0
17 260,0 190,00 14,00 0,70 7,00 63,0
18 175,8 134,00 15,00 1,24 8,15 37,5
19 162,8 102,00 26,64 1,67 3,10 39,9
20 192,2 126,00 19,94 1,41 3,40 25,1
21 265,0 214,30 18,11 2,16 11,90 54,7
22 272,2 198,70 16,64 1,12 1,24 16,6
23 283,0 194,00 20,20 1,05 1,53 59,4
24 280,0 216,80 26,34 2,24 7,82 65,0
25 265,4 202,00 22,48 2,22 7,50 36,6
26 249,6 186,00 21,83 2,05 7,10 40,4
27 168,6 95,36 15,17 0,78 1,10 36,0
28 125,2 75,12 16,41 0,90 6,80 22,0
29 212,4 158,20 13,08 1,58 2,72 28,8
12
Từ các số liệu trong bảng 3.1 và dùng chơng trình tính toán để giải đã
xác định đợc các hệ số cần tìm, thay vào mô hình (3.1) ta đợc:

032,00557,0

2
097,0
T
1602,0
T
8142,0
SS.SH.P.N.BOD.2361,2COD

=

(3.3)
Với
994,0R
2
=

Sử dụng mô hình (3.3) để tính giá trị COD
tt
và so sánh với giá trị COD
theo thực nghiệm COD
tn
, kết quả đợc thể hiện trên hình 3.1. Qua đồ thị cho
thấy giá trị COD tính theo mô hình (3.3) và theo thực nghiệm là tơng thích với
R
2
= 0,994. Vậy có thể sử dụng mô hình (3.3) cho các tính toán tiếp sau.

0
50
100

150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 101214161820222426283032
n
COD, mg/l
COD tính theo mô hình (3.4) COD thực nghiệm

Hình 3.1. So sánh giá trị COD
tt
và COD
tn

3.2. Mô hình hoá quá trình xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000
3.2.1. Cơ sở thông tin để xây dựng mô hình
Từ thực tế vận hành trạm XLNT bằng thiết bị CN 2000 tại bệnh viện
Thanh Nhàn Hà Nội, chúng tôi tiến hành phân tích mẫu nhằm xác định diễn
biến các thông số của nớc thải qua các ngăn xử lý của thiết bị CN 2000, cụ thể
tiến hành xác định các thông số: Lu lợng nớc thải đi vào thiết bị CN 2000
(Q), COD trong nớc thải đi vào thiết bị CN 2000 (COD
v
), nitơ tổng trong nớc
thải đi vào thiết bị CN 2000 (N
T,v
), COD đầu ra ngăn yếm khí (COD
U,r
), nitơ
tổng đầu ra thiết bị CN 2000 (N

T,r
), BOD
5
đầu ra thiết bị CN 2000 (BOD
r
). Kết
quả trình bày trong bảng 3.2.
Từ các số liệu trong bảng 3.2 chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu xây dựng
các mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số đầu ra, thông số đầu vào
và các thông số trạng thái của thiết bị CN 2000. Điều đó có ý nghĩa vô cùng
quan trọng nhằm tính toán dự báo cũng nh tính toán kiểm tra đối với các trạm
xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000, để làm cơ sở cho quá trình tính toán thiết kế
và vận hành tối u trạm XLNT.
Nhng trớc tiên chúng ta sẽ tìm hiểu và xem xét về cấu trúc dòng và một
số phơng án công nghệ XLNT bằng thiết bị CN 2000.
3.2.2. Cấu trúc dòng trong thiết bị CN 2000
Thiết bị CN 2000 gồm bốn ngăn chính XLNT bằng phơng pháp sinh học.
Dòng nớc thải đi qua các ngăn xử lý này đợc biểu diễn trên sơ đồ hình 3.2: a, b.
13
Bảng 3.2. Diễn biến thông số của nớc thải qua các ngăn của thiết bị CN 2000
STT
Q
(m
3
/h)
COD
v

(mg/l)
COD

U,r

(mg/l)
N
T,v

(mg/l)
N
T,r

(mg/l)
BOD
r

(mg/l)
1 12,2 270,0 134,0 34 11 10,8
2 10,9 231,3 125,8 29 10 11,0
3 10,0 309,3 171,2 21 11 10,2
4 12,2 187,7 85,1 30 12 6,2
5 12,7 314,4 139,4 33 9 8,3
6 13,0 328,1 119,5 28 12 11,1
7 13,0 241,9 116,4 26 11 6,7
8 12,4 189,1 94,2 28 11 6,7
9 11,5 230,7 116,7 27 10 8,6
10 12,0 224,8 94,4 26 10 6,2
11 12,6 320,2 159,2 21 10 11,9
12 13,1 334,9 136,2 35 9 12,1
13 12,2 346,6 142,4 26 10 9,9
14 11,7 198,1 118,8 27 9 10,4
15 12,1 182,7 90,2 27 10 6,0

16 10,3 197,5 108,6 29 11 7,1
17 10,9 187,8 79,6 22 12 4,2
18 11,2 231,2 135,7 30 11 11,4
19 13,1 248,2 104,2 26 9 6,5
20 10,5 207,7 106,3 32 10 6,8
21 11,3 250,2 132,1 31 11 7,3
22 11,0 287,6 115,6 32 9 7,2
23 10,6 279,2 103,3 23 9 8,3
24 11,4 334,0 138,7 22 10 12,9
25 12,5 244,4 103,2 22 9 7,7

a)




b)



Hình 3.2. Sơ đồ dòng nớc thải trong thiết bị CN 2000
a. Dòng nớc thải đi qua 4 ngăn xử lý sinh học chính;
b. Mô tả dòng hồi lu nớc thải, cấp khí và thải bùn.
1 2 3 4
(
)
Q1

+
(

)
Q1

+
Q
Q
Q

B K
K
B K
K
B K
K
B K
K
1 2 3 4
Q
Q
14
3.2.3. Một số phơng án XLNT bằng thiết bị CN 2000
Thiết bị CN 2000 là một thiết bị xử lý sinh học nớc thải đa năng, tuỳ
thuộc vào tính chất của từng loại nớc thải có thể chọn và tổ chức các phơng
án công nghệ xử lý khác nhau cho phù hợp. Hình 3.3: a, b, c, d nêu lên một số
phơng án công nghệ XLNT thực hiện trên thiết bị CN 2000.
Hiện này NTBV xử lý bằng thiết bị CN 2000 theo phơng án trên sơ đồ
hình 3.3b. Nên trong quá trình nghiên cứu tiếp sau chúng tôi chỉ tập trung vào
sơ đồ này.

Hình 3.3. Sơ đồ phơng án công nghệ XLNT bằng thiết bị CN 2000
Ana Quá trình xử lý sinh học yếm khí (Anaerobic)
Ano Quá trình xử lý sinh học thiếu khí (Anoxic)
O Quá trình xử lý sinh học hiếu khí (Oxic)
3.2.4. Mô hình tính toán ngăn yếm khí
3.2.4.1. Mô hình xác định thông số COD đầu ra
Từ mô hình (2.3) ta sẽ tìm mối quan hệ giữa các thông số đầu ra của ngăn
yếm khí (COD
U,r
mg/l) với các thông số của nớc thải đầu vào thiết bị CN 2000
gồm lu lợng (Q mg/l) và thông số COD (COD
v
mg/l). Vậy mô hình biểu

diễn mối quan hệ này viết cho thí nghiệm thứ j
(
)
25,1j= sẽ là:

21
b
vj
b
jrj,U
COD.Q.ACOD =


(3.4)
Trong đó: A, b
1
, b
2
là các hệ số của mô hình đợc xác định bằng thuật
toán của phơng pháp bình phơng bé nhất. Sử dụng các số liệu trong bảng 3.2
và giải bài toán bằng chơng trình tính toán chạy trên máy tính đã xác định
đợc các hệ số cần tìm và thay vào mô hình (3.4) ta đợc:
Ana Ano Ano O
(
)
Q1

+
(
)

Q1

+

Q
Q

a)
Q
Ana Ano O O
(
)
Q1

+
(
)
Q1

+

Q
Q

b)
Q
O Ano O O
(
)
Q1 +

(
)
Q1 +

Q
Q

c)
Q
Ano O Ano O
()
Q1 +
(
)
Q1

+

Q
Q
d)
(
)
Q1

+
Q

15

7398,0
v
5030,0
r,U
COD.Q.7859,6COD

=


(3.5)
Với
7810,0R
2
=
Sử dụng mô hình (3.5) để tính giá trị
tt
r,U
COD
và so với giá trị thực nghiệm,
tn
r,U
COD
. Kết quả đợc thể hiện trên hình 3.4.
50
100
150
200
0 2 4 6 8 101214161820222426
COD, mg/l
COD tính theo mô hình (3.10) COD thực nghiệm

Hình 3.4. So sánh giá trị
tt
r,U
COD và
tn
r,U
COD
Qua đồ thị cho thấy các giá trị COD đầu ra của ngăn yếm khí tính theo
mô hình (3.5) và theo thực nghiệm là tơng thích với R
2
= 0,7810. Vậy có thể sử
dụng mô hình (3.5) để tính COD đầu ra của ngăn yếm khí trong các tính toán
quá trình xử lý NBV bằng thiết bị CN 2000.
3.2.4.2. Tính lợng bùn
Lợng bùn của quá trình khử COD của ngăn yếm khí là:

[]
3
r,UvnBU
10.CODCOD.Q.2,0G

=
[kg/ngày]

(3.6)
Với Q
n
là lu lợng nớc thải đi vào thiết bị trong một ngày, [m
3

/ngày].
3.2.5. Mô hình tính toán ngăn thiếu khí
3.2.5.1. Mô hình tính tải trọng ngăn thiếu khí
Chúng tôi sẽ xác định mối quan hệ giữa tải trọng thể tích theo nitơ tổng
của ngăn thiếu khí (TT
A
kg N
T
/m
3
.ngày) với các thông số của nớc thải gồm
lu lợng đi vào ngăn thiếu khí (Q
A
m
3
/h), nồng độ nitơ tổng đầu vào thiết bị CN
2000 (N
T,v
mg/l) và COD đầu ra ngăn yếm khí (COD
U,r
mg/l). Vậy từ mô
hình (2.3) thì mối quan hệ này viết cho thí nghiệm thứ j
(
)
25,1j= sẽ là:

3
21
b
rj,U

b
vj,T
b
AjAj
COD.N.Q.ATT =

(3.7)
Trong đó: Q
A
(m
3
/h) đợc xác định theo công thức:
()
jAj
Q.1Q += ; với
là hệ số hồi lu bùn và nớc thải từ ngăn hiếu khí về ngăn thiếu khí. TT
A

đợc xác định theo phơng trình (3.8), viết cho thí nghiệm thứ j
(
)
25,1j= .

(
)
V
10.NN.Q
TT
3
rj,Tvj,TAnj

Aj


=


(3.8)
Với N
T,r
(mg/l) là nồng độ nitơ tổng đầu ra thiết bị CN 2000. V (m
3
) là
thể tích một ngăn xử lý sinh học của thiết bị CN 2000. Q
An
(m
3
/ngày) là lu
lợng nớc thải đi vào ngăn thiếu khí trong một ngày, đợc xác định bằng công
thức:

()
njAnj
Q.1Q += . Q
n
(m
3
/ngày) là lu lợng nớc thải đi vào thiết bị CN 2000
trong một ngày.
16
Các hệ số A, b

1
, b
2
, b
3
của mô hình (3.7) đợc xác định bằng phơng pháp
bình phơng bé nhất. Sử dụng các số liệu trong bảng 3.2 và giải bài toán bằng
chơng trình tính toán chạy trên máy tính đã xác định các hệ số cần tìm và thay
vào mô hình (3.7) ta đợc:

0289,0
r,U
6063,1
v,T
1122,1
A
4
A
COD.N.Q.10.5384,1TT

=


(3.9)
Với
9840,0R
2
=
Sử dụng mô hình (3.9) để tính các giá trị
tt

Aj
TT (kg N
T
/m
3
.ngày) và so sánh
với giá trị thực nghiệm
tn
Aj
TT
(kg N
T
/m
3
.ngày). Kết quả tính toán và so sánh thể
hiện trên hình 3.5.
0
0.5
1
1.5
2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Tải trọng, kg/m3.ngày
Tải trọng tính theo mô hình (3.9) Tải trọng thực nghiệm

Hình 3.5. So sánh giá trị
tt
Aj
TT và
tn

Aj
TT
Qua đồ thị cho thấy các giá trị tải trọng thể tích theo nitơ tổng của ngăn
thiếu khí tính theo mô hình (3.9) và tính theo thực nghiệm là tơng thích với
R
2
= 0,9840. Vậy có thể sử dụng mô hình (3.9) để tính tải trọng thể tích theo
nitơ tổng của ngăn thiếu khí của các trạm xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000.
3.2.5.2. Tính tuổi bùn
Tuổi bùn của quá trình khử nitrat là:

DN,d
v,TDN
v,TmaxDN
DN,C
K
NK
N.
1

+

=

[1/ngày]

(3.10)
3.2.5.3. Tính lợng bùn
Lợng bùn sản ra trong quá trình khử nitrat là:

()
[
]
3
r,Tv,T
DN,dDN,C
AnDN
BA
10.NN
K.1
Q.1.Y
G


+
+
=
[kg/ngày]

(3.11)
3.2.6. Mô hình tính toán ngăn hiếu khí
3.2.6.1. Mô hình tính tải trọng ngăn hiếu khí
Chúng tôi sẽ tìm mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng thể tích
theo BOD của ngăn hiếu khí (TT
O
kg BOD/m
3
.ngày) với các thông số của
nớc thải gồm lu lợng nớc thải đi vào ngăn thiếu khí (Q
A

m
3
/h), COD đầu
ra ngăn yếm khí (COD
U,r
mg/l) và nồng độ nitơ tổng đầu vào thiết bị CN 2000
(N
T,v
mg/l). Vậy từ mô hình (2.3) thì mối quan hệ này viết cho thí nghiệm thứ j
(
)
25,1j=
sẽ là:

3
21
b
vj,T
b
rj,U
b
AjOj
N.COD.Q.ATT =

(3.12)
17
Trong đó tải trọng thể tích theo BOD của ngăn hiếu khí đợc xác định
theo phơng trình (3.13), viết cho thí nghiệm thứ j.

[]

V2
10.BODBOD.Q
TT
3
rjvj,OAnj
tn
Oj


=


(3.13)
Với BOD
O,v
(mg/l) là thông số BOD
5
đầu vào ngăn hiếu khí. BOD
r
(mg/l)
là thông số BOD
5
đầu ra thiết bị CN 2000.
Các hệ số A, b
1
, b
2
, b
3
của mô hình (3.12) đợc xác định bằng thuật toán

của phơng pháp bình phơng bé nhất. Sử dụng các số liệu trong bảng 3.2 và
giải bài toán bằng chơng trình chạy trên máy tính đã xác định các hệ số cần
tìm và thay vào mô hình (3.12) ta đợc:

0256,0
v,T
9155,0
r,U
9020,0
A
3
O
N.COD.Q.10.0788,1TT

=

(3.14)
Với
9878,0R
2
=
Sử dụng mô hình (3.14) để tính giá trị
tt
Oj
TT
(kg BOD/m
3
.ngày) và so sánh
với tải trọng tính theo thực nghiệm
tn

Oj
TT (kg BOD/m
3
.ngày). Các kết quả tính
toán thể hiện trên hình 3.6.
0
0.5
1
1.5
2
02468101214161820222426
n
Tải trọng, kg/m3.ngày
Tải trọng tính theo mô hình (3.14) Tải trọng thực nghiệm

Hình 3.6. So sánh giá trị
tt
Oj
TT
và
tn
Oj
TT

Qua đồ thị cho thấy thể tích theo BOD của ngăn hiếu khí tính theo mô
hình (3.14) và tính theo thực nghiệm là tơng thích với R
2
= 0,9878. Vậy có thể
sử dụng mô hình (3.14) để tính tải trọng thể tích theo BOD của ngăn hiếu khí
của các trạm xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000.

3.2.6.2. Tính toán quá trình nitrat hoá
+ Tính tuổi bùn:
()
()
N,d
v
4N
v
4maxN
N
K
NHK
NH.
1

+

=

+
+
[1/ngày]

(3.15)
+ Tốc độ tăng trởng riêng của vi khuẩn nitrat hoá:

()
()
()
[]

[]
()
[]
pH2,7.833,01e
DOK
DO
NHK
NH
15T098,0
O
v
4N
v
4
maxNN
2

+

+
=

+
+


(3.16)
3.2.6.3. Tính lợng bùn
+ Lợng bùn quá trình khử BOD:

[]
3
rv,O
d
O
BO
10.BODBOD
K.1
Q.Y
G


+
=
[kg/ngày]

(3.17)
18
+ Lợng bùn của quá trình nitrat hoá

()()
[]
3
r
4
v
4
N,dN
ON
BN

10.NHNH
K.1
Q.Y
G
++

+
= [kg/ngày]

(3.18)
+ Chiều dày tối đa của màng vi sinh bám trên đệm vi sinh:

649293,0
w.5,1

= [mm]

(3.19)
Và
S.6,3
Q
w
O
=
[mm/s]
+ Số ngày tối đa bùn bám dính trên đệm vi sinh:

B
3
DVS

V
10 f
ik


=
[ngày]

(3.20)

DVS0DVS
V.ff = [m
2
] ;
1050
GG
V
BNBO
B
+
= [m
3
/ngày]
+ Tỷ lệ bùn có thể phân huỷ trên đệm vi sinh:

()
45283,0
k
T.ik.285,2f =
[%]

(3.21)
+ Lợng bùn hàng ngày cần thải:

[][ ]
BNBOkBT
GG.f100G
+
= [kg/ngày]

(3.22)
3.2.6.4. Nhu cầu oxy và lợng không khí cần thiết
+ Tổng nhu cầu oxy cần thiết:
()
(
)
(
)
[
]
1000
NHNHQ.57,4
P.42,1
f.1000
BODBODQ
OC
r
4
v
4O

x
1
rv,OO
o
++

+

=
[kg/ngày]

(3.23)

()
3
rv,ObOx
10.BODBODY.QP

=
[kg/ngày]

(3.24)
+ Tổng nhu cầu oxy trong điều kiện thực tế:

()

=

1
024,1
1
CC
C
OCOC
20T
dSh
20S
ot
[kg/ngày]

(3.25)
+ Tổng nhu cầu không khí:
3
t2
KK
10.OU
OC.f
Q

= [m
3

/ngày]

(3.26)
3.3. Mô hình dãy hộp với dòng ngợc cho các ngăn yếm khí thiếu khí
hiếu khí của thiết bị CN 2000 xử lý NTBV
Mục 3.2 đã mô phỏng thiết bị CN 2000 theo mô hình dãy hộp ngang
nghĩa là theo thứ tự XLNT qua các ngăn yếm khí thiếu khí hiếu khí và coi
mỗi ngăn xử lý là mỗi hộp đen và chỉ quan tâm đến đầu vào và đầu ra của ngăn
mà không quan tâm đến các quá trình xảy ra bên trong các ngăn đó. Trong
trờng hợp biết đợc bản chất của quá trình xảy ra bên trong mỗi ngăn thì có thể
sử dụng mô hình dãy hộp với dòng ngợc theo chiều cao ngăn để mô tả các ngăn
đó. Coi mỗi ngăn xử lý đợc cấu tạo bởi n hộp nối tiếp nhau (hình 3.7, 3.8) và
sự biến đổi các thông số của nớc thải qua các hộp theo chiều cao ngăn đợc thể
hiện bằng mô hình động học tăng trởng VSV và mô hình sử dụng cơ chất của
Herbert, và mô hình cân bằng vật chất cho mỗi hộp tuân theo định luật bảo toàn.

19

a) b) c)
Hình 3.7. Sơ đồ mô hình dãy hộp với dòng ngợc theo chiều cao ngăn của
thiết bị CN 2000: a) Mô hình tổng quát; b) Ngăn yếm khí; c) Ngăn thiếu khí;
Trong trờng hợp tổng quát mô hình của ngăn xử lý sẽ là:
+ Đối với hộp đầu tiên ta có:

()
()

=







+

++
=






+

+
0X.K
SK
X.S.
VX.QX.fX.Q
0
SKY
X.S.
VS.QS.fS.Q
1d

1S
11m
h1
'
2v
*
1S
11m
h1
'
2v
*

Trong đó:
fQQ
*'
+= ;
*
Q.f = , 10
<

<
;
n
V
V
h
= .
+ Đối với hộp i,
(

)
1n,2i = ta có:
(3.27)

(3.28)

1
2
i
n
Q COD
v
, X
U,v
'
U
Q
U
f
'
U
Q
U
f
'
U
Q
U
f
'

U
Q
U
f
COD
(n-1)

X
U(n-1)
'
U
Q
COD
(n)

X
Un
U
f
Q COD
(n)
, X
Un

COD
(i+1)

X
U(i+1)
COD

(i)

X
Ui
COD
(i)

X
Ui
COD
(i-1)

X
U(i-1)

COD
(3)

X
U3
COD
(2)

X
U2
COD
(2)

X
U2

COD
(1)

X
U1
1
2
i
n
Q
A
'
A
Q
A
f

'
A
Q
A
f
'
A
Q
A
f
'
A
Q

A
f
(
)
)1n(
3
NO


X
A(n-1)
'
A
Q
A
f

Q
A
(
)
)n(
3
NO

, X
An
(
)
)n(

3
NO

X
An
(
)
)i(
3
NO

X
Ai
(
)
)1i(
3
NO
+

X
A(i+1)
(
)
)1i(
3
NO


X

A(i-1)
(
)
)i(
3
NO

X
Ai

(
)
)3(
3
NO

X
A3
(
)
)2(
3
NO

X
A2
(
)
)2(
3

NO

X
A2
(
)
)1(
3
NO

X
A1
(
)
v
3
NO

, X
A,v

1
2
i
n
Q
*
S
v
, X

v
S
1
X
1
'
Q
S
2
X
2
f
S
2
X
2
'
Q
S
3
X
3
f

S
i-1

X
i-1
'

Q
S
i

X
i
f
S
i

X
i
'
Q

f
S
n-1
X
n-1
'
Q

S
n
X
n
f

Q
*
S
n
, X
n
S
i+1

X
i+1
20

()()
()
()()
()







=

+

+
=






+

+
+
+
0X.K
SK
X.S.
VXXfXXQ
0
SKY
X.S.
VSSfSSQ
id
iS
iim
hi)1i(i)1i(
'

iS
iim
hi)1i(i)1i(
'

+ Đối với hộp n ta có:

()
()
()
()







=







+

++
=

+

+


0X.K
SK
X.S.
VXfQX.Q
0
SKY
X.S.
VSfQS.Q
nd
nS
nnm
hn
*
)1n(
'
nS
nnm
hn
*

)1n(
'

a) b)
Hình 3.8. Sơ đồ mô hình dãy hộp với dòng ngợc theo chiều cao mô tả ngăn
hiếu khí (Oxic) của thiết bị CN 2000 theo các thông số: a) BOD; b)
+
4
NH ;

1
2
i
n
Q
O
BOD
v
, X
O,v
'
O
Q
O
f
'
O
Q
O
f
'
O

Q
O
f
'
O
Q

O
f

BOD
(n-1)

X
O
(
n-1
)

'
O
Q
BOD
(n)

X
On
O
f
Q

O
BOD
(n)
, X
On
1
2
i
n
Q
O
'
N
Q
N
f
'
N
Q
N
f
'
N
Q
N
f
'
N
Q
N

f
(
)
)1n(
4
NH

+
X
N(n
-
1)
'
N
Q
N
f

Q
O
(
)
)n(
4
NH
+
, X
Nn
(
)

)n(
4
NH
+
X
Nn
(
)
)i(
4
NH
+
X
Ni
(
)
)1i(
4
NH
+
+
X
N(i+1)
(
)
)1i(
4
NH

+

X
N(i
-
1)
(
)
)i(
4
NH
+
X
Ni

(
)
)3(
4
NH
+
X
N3
(
)
)2(
4
NH
+
X
N2
(

)
)2(
4
NH
+
X
N2
(
)
)1(
4
NH
+
X
N1
(
)
v
4
NH
+
, X
N,v

BOD
(i+1)

X
O
(

i+1
)
BOD
(i)

X
Oi
BOD
(i)

X
Oi
BOD
(i-1)

X
O
(
i-1
)


BOD
(3)

X
O3
BOD
(2)

X
O2
BOD
(2)

X
O2
BOD
(1)

X
O1
(3.29)

(3.30)
(3.31)

(3.32)
21
Vậy ta sẽ có hệ phơng trình phi tuyến (3.27) (3.32) gồm 2n phơng
trình (n là số hộp của mô hình dãy hộp mô tả ngăn thiết bị), bài toán đợc giải
bằng phơng pháp số bằng cách chọn giá trị ban đầu
)n,1i(,X,S
)0(
i
)0(
i
=
và quá
trình lặp đợc tiến hành cho đến độ chính xác

nhất định (ví dụ
001,0=
). Do
đó sẽ tìm đợc nghiệm khi:



+
+
)k(
i
)1k(
i
)k(
i
)1k(
i
XX
SS

3.4. Xây dựng phần mềm tính toán quá trình xử lý NTBV bằng thiết bị CN
2000
Từ các mô hình và công thức tính toán các ngăn yếm khí, thiếu khí và
hiếu khí của thiết bị CN 2000 nêu trong mục 3.2.4, 3.2.5, 3.2.6 tiến hành xây
dựng phần mềm tính toán nhằm ứng dụng trong tính toán thiết kế, kiểm tra và
vận hành tối u các trạm xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000. Các thông số đầu
vào của chơng trình gồm lu lợng nớc thải đi vào thiết bị CN 2000 (Q),
COD đầu vào thiết bị CN 2000 (COD
v

) và nồng độ nitơ tổng đầu vào thiết bị
CN 2000 (N
T,v
).
Sơ đồ biểu diễn các bớc tính toán đợc thể hiện trên hình 3.9.




















Hình 3.9. Sơ đồ tính toán trạm xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000
3.5. ứng dụng phần mềm để tính toán kiểm tra các trạm xử lý NTBV
Hiện nay thiết bị CN 2000 đang đợc triển khai để XLNT tại nhiều bệnh
viện của Việt Nam. Dới đây chúng tôi sẽ tính toán kiểm tra cho các trạm
Mô hình (3.5)

COD
U
,
r
Mô hình (3.9)
N
T
,
r
Q
A
T
T
A
(kg N
T
/
m
3
.ngày)
T
T
O
(kg BOD/m
3
.ngày)
COD
U
,
r

N
T,v
Q

COD
v
Mô hình (3.14)
BOD
r
G
BU
G
BA
G
BO
, G
BN
Q
v
, G
B
, Q
KK
Quản lý vận hành
tr
ạ
m XLNT
Q
A
COD

U
,
r
N
T
,
v
(3.33)
(3.34)
22
XLNT t¹i mét sè bÖnh viÖn cña Hµ Néi: Thanh Nhµn, Xanh P«n vµ Trung t©m
HIV. C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n theo m« h×nh ®−îc tr×nh bµy trong
c¸c b¶ng 3.3, 3.4, 3.5.
B¶ng 3.3. C¸c th«ng sè n−íc th¶i t¹i tr¹m XLNT bÖnh viÖn Thanh Nhµn
Thùc nghiÖm kiÓm tra thùc tÕ TÝnh theo m« h×nh
§Çu vµo §Çu ra §Çu ra
TT
Q
(m
3
/h)
COD
v

(mg/l)
N
T,v

(mg/l)
BOD

r

(mg/l)
N
T,r

(mg/l)
BOD
r

(mg/l)
N
T,r

(mg/l)
1 10,95 341,15 23,04 8,52 8,65 11,86 11,0
2 10,60 363,44 25,52 10,89 11,55 12,60 11,36
3 12,32 347,52 33,32 13,72 11,51 11,23 11,29
4 12,53 357,11 27,12 9,68 9,75 11,80 11,26
5 11,27 323,17 21,43 11,65 10,91 11,05 11,18
6 11,44 325,85 22,85 10,54 9,31 11,20 10,93
7 11,50 337,67 22,12 10,68 8,91 11,65 10,79
8 12,86 360,35 23,03 11,67 9,75 12,05 10,80
9 10,73 330,71 25,45 10,58 11,51 11,39 11,36
10 10,86 320,57 23,95 10,11 10,54 11,08 11,17
B¶ng 3.4. C¸c th«ng sè n−íc th¶i t¹i tr¹m XLNT bÖnh viÖn Xanh P«n
Thùc nghiÖm kiÓm tra thùc tÕ TÝnh theo m« h×nh
§Çu vµo §Çu ra §Çu ra
TT
Q

(m
3
/h)
COD
v

(mg/l)
N
T,v

(mg/l)
BOD
r

(mg/l)
N
T,r

(mg/l)
BOD
r

(mg/l)
N
T,r

(mg/l)
1 12,85 298,19 23,04 12,31 9,81 9,92 10,85
2 11,80 290,65 26,38 9,89 12,18 9,69 11,36
3 11,47 315,23 27,12 8,81 12,53 10,58 11,43

4 12,57 311,54 24,40 8,53 10,17 10,37 11,05
5 11,53 326,34 23,98 10,85 11,38 11,13 11,09
6 12,23 318,64 26,64 9,27 10,82 10,57 11,30
7 12,57 299,77 22,49 9,85 9,78 10,06 10,79
8 12,45 322,49 22,97 10,34 9,71 10,85 10,86
B¶ng 3.5. C¸c th«ng sè n−íc th¶i t¹i tr¹m XLNT Trung t©m HIV
Thùc nghiÖm kiÓm tra thùc tÕ TÝnh theo m« h×nh
§Çu vµo §Çu ra §Çu ra
TT
Q
(m
3
/h)
COD
v

(mg/l)
N
T,v

(mg/l)
BOD
r

(mg/l)
N
T,r

(mg/l)
BOD

r

(mg/l)
N
T,r

(mg/l)
1 7,85 443,50 35,80 12,49 13,36 15,93 12,02
2 6,95 436,62 37,21 14,85 10,97 15,98 12,21
3 6,54 450,60 39,05 17,26 10,40 15,91 11,61
4 8,09 454,18 34,37 18,84 14,94 17,07 12,48