Nghiên cứu ứng dụng mô hình lựa chọn chế độ công nghệ phù hợp với quy trình sinh học trong xử lý nước rỉ rác

TRẦN VIẾT TOÀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN VIẾT TỒN

KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ
CƠNG NGHỆ PHÙ HỢP CỦA QUY TRÌNH SINH HỌC
TRONG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

2014 - 2017
Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------

TRẦN VIẾT TOÀN

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ
CƠNG NGHỆ PHÙ HỢP CỦA QUY TRÌNH SINH HỌC
TRONG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

PGS.TS Đặng Xuân Hiển

Hà Nội - 2017


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ, động viên của các
thầy cô giáo, cơ quan, đồng nghiệp và bạn bè.
Trƣớc tiên, với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đặng
Xuân Hiển đã trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi tận tình.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học và Công nghệ môi
truờng - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội và các Bộ môn trong Viện đã tạo mọi điều
kiện cho tơi học tập và nghiên cứu hồn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn, các thầy, các cô, các anh, các chị và các bạn đồng
nghiệp trong Viện khoa học và Công nghệ môi trƣờng đã giúp đỡ tơi hồn thành luận
văn này.
Học viên

Trần Viết Tồn

1

Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy giáo, cô giáo Viện
công nghệ môi trƣờng - Trƣờng Đại Học Bách khoa Hà Nội. Trong suốt thời gian
học tập và nghiên cứu tại trƣờng, các thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
những tri thức quý báu giúp tác giả hồn thành chƣơng trình đào tạo và Luận văn
thạc sỹ.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Đặng Xuân Hiển
trƣờng Đại Học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt q trình
nghiên cứu khoa học.
Tơi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ đƣợc thực hiện đúng hƣớng dẫn của
Trƣờng Đại học bách khoa Hà Nội và thầy hƣớng dẫn PGS.TS. Đặng Xuân Hiển.
Trân trọng cảm ơn !.
Hải Phòng, ngày ... tháng 11 năm 2017
Ngƣời viết cam đoan

Trần Viết Toàn

2


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAO

Anaerobic Anoxic Oxic (Aerobic) - Yếm khí Thiếu khi Hiếu khí

BOD

Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh hoá

COD

Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hoá học

MBBR

Moving Bed Biofilm Reactor - Bể phản ứng có đệm sinh học chuyển động

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket - Bể yếm khí dịng ngƣợc

TSS

Total Suspended Solid - Tổng chất rắn lơ lửng

SS

Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng

TDS

Total Disolved Solid - Tổng chất rắn hoà tan

VSS

Vapor Suspended Solid - Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng bay hơi

DO

Disolved Oxygen - Nồng độ oxy hồ tan

TN

Tổng nitơ

TP

Tổng phơtpho

TKN

Tổng nitơ Kjeldahl

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

ASM1

Mơ hình bùn hoạt tính số 1

AOPs

Q trình oxi hóa nâng cao

ASM2

Mơ hình bùn hoạt tính số 2

ASM2d

Mơ hình bùn hoạt tính số 2 có khử nitrat của PAO

ASM3

Mơ hình bùn hoạt tính số 3

3


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................10

CHƢƠNG 1 ...................................................................................................................12
TỔNG QUAN................................................................................................................12
1.1. NGUỒN GỐC HÌNH THÀNH VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƢỚC RỈ RÁC .............12
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc phát sinh ..................................................................12
1.1.2. Quá trình sinh học xẩy ra trong bãi chơn lấp ..................................................13
1.1.3. Ngun lý hình thành nƣớc rỉ rác ....................................................................16
1.1.4. Tính chất của nƣớc rỉ rác .......................................................................................17
1.2. TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC .20
1.2.1. Tìm hiểu chung về mơ hình và mơ phỏng .......................................................20
1.2.2. Mơ hình hóa trong nghiên cứu mơi trƣờng .....................................................21
CHƢƠNG 2 ...................................................................................................................26
Q TRÌNH SINH HỌC, MƠ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ THỰC TRẠNG XỬ LÝ
NƢỚC THẢI TẠI VIỆT NAM .....................................................................................26
2.1. MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC ................................ 26
2.1.1.Một số chƣơng trình ứng dụng mơ hình bùn hoạt tính trong xử lý nƣớc thải ..26
2.1.2. Cở lý thuyết của mơ hình ứng dụng ................................................................ 28
2.1.3. Chƣơng trình mô phỏng Biowin .......................................................................39
2.2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC ĐÃ ĐƢỢC ÁP DỤNG ......45
2.2.1. Một số phƣơng pháp cơ bản sử dụng để xử lý nƣớc rỉ rác .............................. 45
2.2.2. Một số công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác đã đƣơc áp dụng tại Việt Nam ...............48
2.2.3. Một số công nghệ xử lý nƣớc rác đã đƣợc áp dụng ở trên Thế giới ...............54
CHƢƠNG 3 ...................................................................................................................59
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ .................................59
PHÙ HỢP CỦA QUY TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC ...........59
3.1. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................... 59
3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................59
3.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................................59
3.1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................59
4

Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

3.1.4. Ứng dụng phần mềm Biowin để lựa chọn chế độ công nghệ ..........................65
3.2. LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ ...................................................................70
3.2.1. Lựa chọn thơng số nƣớc thải đầu vào .............................................................. 70
3.2.2. Lựa chọn chế độ cho công nghệ AAOAO-MBBR ..........................................71
KẾT LUẬN ...................................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 92

5


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Khoảng thời gian phân hủy của các giai đoạn .............................................14
Bảng 1.2. Tính chất nƣớc rỉ rác của một số bãi chơn lấp ở Việt Nam ..........................18
Bảng 1.3. Thành phần, tính chất của nƣớc rác cũ và mới tại bái chôn lấp ....................19
Bảng 1.4. Các mơ hình bùn hoạt tính hiện nay ............................................................. 24
Bảng 2.1. Ma trận tỷ lƣợng υji, và ma trận thành phần lk,i của ASM2d .....................31
Bảng 2.2. Bảng tính bổ sung một số vị trí điển hình cho ma trận tỷ lƣợng của ASM2d
.......................................................................................................................................35
Bảng 2.3. Biểu thức động học của ASM2d,  rj ≥ 0 ...................................................36
Bảng 2.2. Bảng mô tả các biến của mơ hình ASM2d và BioWin .................................40
Bảng 2.3. Các thơng số mặc định của mơ hình BioWin ..............................................42

Bảng 2.4. Giá trị các thông số BioWin .........................................................................44
Bảng 3.1. Thành phần, tính chất của nƣớc rác cũ và mới .............................................59
Bảng 3.2. Nồng độ các chất sau keo tụ..........................................................................61
Bảng 3.3. Nồng độ các chất sau q trình kết tủa hóa học ............................................62
Bảng 3.4. Nồng độ các chất sau quá trình kết tủa hóa học 2 .........................................63
Bảng 3.5. Nồng độ chất ô nhiễm của nƣớc rỉ rác mới sau xử lý hóa lý ........................71
Bảng 3.6. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi %VĐ ..................................................72
Bảng 3.7. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi α1 .......................................................73
Bảng 3.8. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi α2 .......................................................74
Bảng 3.9. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi HRT1 .................................................75
Bảng 3.10. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi HRT2 ...............................................76
Bảng 3.11. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi HRT3 ...............................................77
Bảng 3.12. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi HRT4 ...............................................78
Bảng 3.13. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi HRT5 ...............................................79
Bảng 3.14. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi DO1 .................................................80
Bảng 3.15. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi DO2 .................................................81
Bảng 3.16. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi DO3 .................................................82
Bảng 3.17. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi DO4 .................................................83
Bảng 3.18. Kết quả chạy phần mềm khi thay đổi T ......................................................84
6


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

Bảng 3.19. Tổng hợp giá trị các thông số vận hành tối ƣu của mô hình .......................88
Bảng 3.20. Kết quả nƣớc thải sau xử lý với các thông số tối ƣu của hệ thống .............89

7

Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Tồn

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nƣớc rỉ rác ......................................16
Hình 1.2. Sơ đồ sự cân bằng nƣớc rỉ rác cho 1 m3 trong lớp rỉ rác .............................. 16
Hình 1.3. Mơ tả hoạt động của mơ hình ........................................................................22
Hình 2.1. Sơ đồ mô tả lý thuyết hai lớp màng đối với q trình hấp thụ oxi từ pha khí
vào pha lỏng ..................................................................................................................39
Hình 2.2. Cơng nghệ xử lý kết hợp: Yếm - hiếu khí và hồ sinh học ............................ 49
Hình 2.3. Công nghệ xử lý tại bãi Nam Sơn của Viện Cơ học ....................................50
Hình 2.4. Sơ đồ cơng nghệ xử lí rác cũ của bãi Đơng Thạnh ......................................51
Hình 2.5. Sơ đồ cơng nghệ xử lí nƣớc rỉ rác tại bãi Đá Mài ........................................52
Hình 2.6. Cơng nghệ xử lí nƣớc rỉ rác tại bãi Nam Sơn của cơng ty SEEN ................52
Hình 2.7. Cơng nghệ xử lí nƣớc rỉ rác của Trung tâm ECO và Cơng ty CENTEMA tại
bãi Gị Cát .....................................................................................................................53
Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác tại Bãi chơn lấp Koumyoji – thành phố
Ichinomiya – Nhật Bản .................................................................................................55
Hình 2.9. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác tại URM – Nova Scotia – Canada ............55
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chơn lấp 1 ...................................................56
Hình 2.11. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của bãi chơn lấp 2 ..................................57
Hình 3.1. Sơ đồ cơng nghệ q trình cơ - lý - hóa xử lý nƣớc rỉ rác ............................. 61
Hình 3.2. Sơ đồ mơ hình cơng nghệ AAOAO-MBBR..................................................64
Hình 3.4. Chọn điều kiện nhiệt độ cho quá trình mơ phỏng .........................................65
Hình 3.5. Nhập dữ liệu đối với nƣớc thải đầu vào mơ hình ..........................................66
Hình 3.6. Điều chỉnh các thông số đặc trƣng của nƣớc thải đầu vào ............................ 66
Hình 3.7. Điều chỉnh thơng số DO đối với các bể phản ứng ........................................67

Hình 3.8. Điều chỉnh kích thƣớc các bể phản ứng ........................................................67
Hình 3.9. Kết quả nƣớc thải đầu ra ................................................................................68
Hình 3.10. Kết quả bùn thải sau xử lý ...........................................................................69
Hình 3.11. Kiểm sốt thơng số vận hành của các bể phản ứng .....................................70
Hình 3.12. Thay đổi nồng độ một số chất sau khi thay đổi %VĐ ..................................72
Hình 3.13. Thay đổi nồng độ TN sau khi thay đổi α1 ...................................................73
8


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Tồn

Hình 3.14. Thay đổi nồng độ TN sau khi thay đổi α2 ...................................................74
Hình 3.15. Thay đổi nồng độ TN sau khi thay đổi HRT1..............................................75
Hình 3.16. Thay đổi nồng độ TN sau khi thay đổi HRT2..............................................76
Hình 3.17. Thay đổi nồng độ TN sau khi thay đổi HRT3..............................................77
Hình 3.18. Thay đổi nồng độ TN sau khi thay đổi HRT4..............................................78
Hình 3.19. Thay đổi nồng độ TN sau khi thay đổi HRT5..............................................79
Hình 3.20. Thay đổi nồng độ Nitrat, TN sau khi thay đổi DO1 ....................................80
Hình 3.21. Thay đổi nồng độ các chất sau khi thay đổi DO2 ........................................82
Hình 3.22. Thay đổi nồng độ các chất sau khi thay đổi DO4 ........................................83

9


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

MỞ ĐẦU
Nƣớc ta hiện đang trong q trình cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa, nền kinh tế
của đất nƣớc có những biến chuyển đáng kể, đời sống của ngƣời dân ngày càng đƣợc
nâng cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế là sự khai thác thái quá dẫn đến
cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên và sự phát sinh ngày càng nhiều chất thải. Đặc biệt ở
khu vực thành thị có nhiều loại chất thải trong đó có chất thải rắn sinh hoạt đã làm gia
tăng ô nhiễm môi trƣờng và tác động không nhỏ đến sức khỏe cộng đồng.
Không chỉ ở Việt Nam mà ở nhiều nƣớc trên thế giới vấn đề phát sinh và xử lý
chất thải rắn sinh hoạt đang rất đƣợc quan tâm. Khác với các nƣớc có nền kinh tế phát
triển, ở nƣớc ta chất thải sinh hoạt từ các đô thị, khu dân cƣ tập trung hầu nhƣ không
đƣợc phân loại tại nguồn và phần lớn đƣợc đem đi chôn lấp, chỉ một phần nhỏ đƣợc tái
chế thành phân vi sinh.
Chôn lấp là phƣơng pháp phổ biến và đơn giản, đƣợc áp dụng rộng rãi ở hầu hết
các nƣớc trên thế giới. Tuy nhiên, phƣơng pháp này có nguy cơ gây ơ nhiễm mơi
trƣờng rất lớn, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm do sự lan truyền các
chất độc hại thấm ra từ các bãi chơn lấp.
Nƣớc rỉ rác hình thành từ hàm ẩm của rác, từ vật liệu phủ, do phân huỷ các chất
hữu cơ cùng với nguồn nƣớc mƣa thấm ngấm. Một số bãi nằm trong vùng trũng có thể
có thêm lƣợng nƣớc ngầm thấm vào. Nƣớc rỉ rác chứa nhiều thành phần ô nhiễm hữu
cơ và vô cơ, chất rắn lơ lửng, các kim loại nặng, .... Tuy nhiên, hàm lƣợng chất ô
nhiễm và khối lƣợng nƣớc rỉ rác biến động rất lớn theo đặc trƣng của rác thải, theo vị
trí địa lý, tính chất thổ nhƣỡng của bãi chơn lấp, theo thời tiết, khí hậu, ....
Sự đa dạng về thành phần và sự dao động lớn về nồng độ gây khó khăn khơng
nhỏ cho q trình xử lý nƣớc rỉ rác dẫn tới nhiều hệ thống xử lý đã xây dựng hoạt động
kém hiệu quả hoặc không vận hành đƣợc. Một trong những nguyên nhân làm cho hệ
thống xử lý nƣớc rỉ rác hoạt động kém hiệu quả là quy trình vậy hành phức tạp và đặc
biệt là kinh phí để duy trì hoạt động của hệ thống cao.
Vì vậy, xử lý nƣớc rỉ rác là một trong những vấn đề hết sức quan trọng và cấp
bách hiện nay tại các đơ thị; quan trọng hơn nữa là phải tìm ra một quy trình cơng
nghệ xử lý đơn giản hơn và kinh phí để duy trì hoạt động của hệ thống ít tốn kém hơn.

10


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

Xuất phát từ nhu cầu và hiện trạng công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác hiện nay, luận
văn “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình lựa chọn chế độ cơng nghệ phù hợp của quy trình
sinh học ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác” nhằm mục đích tìm hƣớng đi mới trong
nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác, góp phần hồn thiện cơng nghệ, xây dựng đƣợc cơng
nghệ xử lý có hiệu quả cao, tiết kiệm năng lƣợng, vận hành đơn giản và dễ dàng áp
dụng trong điều kiện thực tế ở nƣớc ta hiện nay.
Hƣớng nghiên cứu khả thi sẽ mang lại hiệu quả trong công nghệ xử lý nƣớc rỉ
rác với giá thành rẻ.
Nghiên cứu khả thi sẽ áp dụng xử lý cho các loại nƣớc thải có thành phần tƣơng
tự nhƣ nƣớc thải đô thị.
Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phần mềm BioWin để nghiên cứu ứng dụng
mơ hình lựa chọn chế độ cơng nghệ phù hợp cho q trình xử lý nƣớc rỉ rác bằng
phƣơng pháp sinh học.
Nội dung đề tài gồm có 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết và mơ hình ứng dụng
Chƣơng 3: Ứng dụng mơ hình lựa chọn chế độ cơng nghệ phù hợp của quy
trình sinh học trong xử lý nƣớc rỉ rác

11


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. NGUỒN GỐC HÌNH THÀNH VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƢỚC RỈ RÁC
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc phát sinh
a) Khái niệm
Có thể định nghĩa nƣớc rỉ rác là chất lỏng hình thành trong q trình chơn lấp
chất thải rắn. Nƣớc rác có nguồn gốc từ rác đem chơn lấp, từ q trình phân huỷ, từ
nƣớc mƣa, từ nƣớc mặt hoặc nƣớc ngầm thấm ngấm.
b) Nguồn gốc phát sinh
Nƣớc rỉ rác phát sinh chủ yếu từ một số nguồn chính nhƣ sau:
 Nƣớc có trong rác chơn lấp và q trình phân hủy rác:
Lƣợng nƣớc này phụ thuộc vào hàm ẩm có trong vật liệu mang chơn lấp và các
q trình phân hủy rác xẩy ra trong bãi chôn lấp. Thông thƣờng ở điều kiện Việt Nam,
rác thải sinh hoạt thƣờng có hàm ẩm khoảng 60 - 70%. Đây là lƣợng nƣớc cơ bản để
hình thành các phản ứng xẩy ra trong bãi chơn lấp gây phát sinh nƣớc rỉ rác.
 Nƣớc mƣa:
Nƣớc mƣa là nhân tố rất quan trọng trong việc hình thành nƣớc rỉ rác. Hầu hết
các bãi chơn lấp có diện tích rất lớn từ 5ha - 50 ha nên lƣợng nƣớc mƣa đi vào bãi
chôn lấp cũng rất lớn. Tùy theo thời tiết, khí hậu từng mùa, lƣợng nƣớc mƣa ảnh
hƣởng trực tiếp đến khối lƣợng nƣớc rỉ rác phát sinh và làm thay đổi lớn về đặc tính
của nƣớc rỉ rác.
 Nƣớc mặt, nƣớc ngầm:
Nƣớc mặt và nƣớc ngầm có thể đi vào bãi chơn lấp làm tăng khối lƣợng nƣớc rỉ
rác chủ yếu là do các bãi chôn lấp đƣợc thiết kế gần các nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm
không đƣợc gia cố đúng kỹ thuật. Khi mƣa lũ, nƣớc có thể thấm ngấm, tràn vào bãi
chơn lấp. Tuy nhiên, yếu tố này hiện này chỉ xẩy ra với các bãi chôn lấp nhỏ và đƣợc
thiết kế không theo quy chuẩn. Hiện nay, hầu hết các bãi chôn lấp đều đƣợc thiết kế

theo quy chuẩn.
 Nƣớc có trong vật liệu phủ:
Nƣớc chứa trong vật liệu phủ phụ thuộc rất nhiều vào nguồn gốc loại vật liệu
12


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

phủ và vào thời tiết khí hậu. Khi đóng bãi, bên cạnh sử dụng đất tại hiện trƣờng, rác
thải xây dựng làm vật liệu phủ thì hiện nay ngƣời ta cịn dùng đến HDPE (tấm phủ
bằng chất dẻo). Tuy nhiên, lƣợng nƣớc này không lớn và chỉ phát sinh trong một thời
điểm mới phủ.
1.1.2. Quá trình sinh học xẩy ra trong bãi chơn lấp
Giai đoạn đầu khi trong khối rác mới chơn lấp có oxy nên q trình phân giải
hiếu khí các hợp chất hữu cơ nhƣ sau [6]:
- Oxy hóa khơng hồn tồn:
CaHbOcNd + mO2 → nCwHxOyNz +sCO2 + rH2O + (d-nz)NH3 + sinh khối + W
- Oxy hóa hồn tồn:
CaHbOcNd +

(4a  b  2c  3d )
(4 a  b  c  3d )
O2 → aCO2 +
H2O + dNH3+ SK + Q
8
4

Trong đó: CaHbOcNd là cơng thức hóa học tổng quan của chất hữu cơ có trong

thành phần rác thải.
Khi lƣợng oxy ở trong khối rác đƣợc sử dụng hết thì quá trình phân hủy sinh
học chuyển sang giai đoạn phân hủy yếm khí theo phản ứng:
Chất hữu cơ + H2O + Vi sinh vật → Sinh khối mới + Chất hữu cơ còn lại +
CO2 + H2S + NH3 + CH4 +Q
Theo các cơng trình đã nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy quá trình phân
hủy các chất hữu cơ, COD, BOD, TOC cũng nhƣ các chất vô cơ (AOX, SO42-, Ca, Fe,
Mn, Zn) ...đƣợc chuyển hóa theo nhiều giai đoạn.
Q trình chuyển hóa sinh học trong ơ chơn lấp có thể đƣợc chia thành 5 giai
đoạn chính:
- Phân hủy sinh học hiếu khí.
- Phân hủy sinh học yếm khí tạo axit.
- Phân hủy sinh học yếm khí trung gian.
- Phân hủy sinh học yếm khí tạo mêtan.
- Giai đoạn tạo humus.

13


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

Bảng 1.1. Khoảng thời gian phân hủy của các giai đoạn [6]
Giai đoạn

Thời gian

Giai đoạn 1

Tính bằng giờ cho đến tuần

Giai đoạn 2

1 - 6 tháng

Giai đoạn 3

3 tháng - 3 năm

Giai đoạn 4

8 - 40 năm

Giai đoạn 5

Tối thiểu 40 năm

Tổng

Tối thiểu 80 năm

a) Giai đoạn I: Phân hủy sinh học hiếu khí
Giai đoạn này có thời gian ngắn nhƣng q trình phân hủy xẩy ra rất mạnh, đến
khi hàm lƣợng oxy trong khối rác cạn kiệt. Trong giai đoạn này các VSV hiếu khí và
tùy tiện có trong rác sẽ sinh trƣởng phát triển và chuyển hóa các chất hữu cơ: Protein,
Lipit, gluxit… thành các sản phẩm phân tử lƣợng nhỏ hơn nhƣ: Aminoaxit, đƣờng,
glyxerin, axit béo… sau đó oxy hóa một phần các sản phẩm này thành CO 2, H2O….
Kết quả là nhiệt độ khối rác có thể lên tới 60 - 70ºC.
Các sản phẩm thủy phân và chuyển hóa khuyếch tán vào nƣớc làm cho hàm

lƣợng các chất hòa tan trong nƣớc rỉ rác rất cao:
- COD: 40.000 - 70.000 mg/l.
- Tỉ lệ BOD/COD :0,5 - 0,7.
- Độ màu từ 8.100 - 9.500 Pt-Co.
- Độ kiềm, NH3 và H2S rất cao.
b) Giai đoạn II: Phân hủy yếm khí tạo axit
Giai đoạn này do oxy trong khối rác đã cạn kiệt, các vi khuẩn yếm khí và tùy
tiện phân hủy các hợp chất hữu cơ đơn giản nhƣ: đƣờng, amino axit, xit béo, … thành
các axit hữu cơ, các chất trung tính nhƣ rƣợu, axeton... làm cho pH của nƣớc rác giảm
đáng kể, nhiệt độ của khối rác cũng giảm.
Nƣớc rỉ rác trong giai đoạn này có giá trị COD khá cao (>10.000 mg/l) và có
thể lên tới 70.000 mg/l, tỉ lệ BOD/COD > 0,7, hàm lƣợng NH3 500 - 1.000 mg/l và có
thể thấp hơn, pH trong khoảng từ 5 - 6 [18].
Giá trị pH thấp dẫn đến khả năng hòa tan kim loại nặng tăng làm cho hàm
14


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

lƣợng kim loại nặng trong nƣớc rỉ rác giai đoạn này đạt cao nhất: Ca 2+ có thể lên tới
2.500 mg/l; Fe 20 - 2.100 mg/l; Cr3+ 0,03 - 1,60 mg/l; Ni 0,02 - 2,05 mg/l; Zn 0,1 120,0 mg/l,.
c) Giai đoạn III: Phân hủy yếm khí trung gian
Khi các axit hữu cơ bị khử, pH tăng dần các vi khuẩn metan hóa hoạt động
mạnh lên. Hàm lƣợng CH4 tăng dần, trong khi đó các khí H2, CO2, các axit béo, đặc
biệt các axit béo và các hợp chất cacbon phân tử lƣợng lớn bay hơi giảm làm cho độ
axit cũng giảm đáng kể. Độ pH tăng làm cho các kim ion loại nhƣ: Ca, Mn, Fe và các
kim loại nặng ít hịa tan hơn.
Nƣớc rác giai đoạn này có COD cịn cao: (COD = 700 - 28.000 mg/l), BOD5 đã

giảm đáng kể (BOD5 = 200 - 10.000 mg/l), do đó tƣơng tác cũng biến động khơng có
lợi cho xử lí sinh học (BOD/COD = 0,2 - 0,5 …) [6].
d) Giai đoạn IV: Phân hủy yếm khí tạo mêtan
Trong giai đoạn này hàm lƣợng các hợp chất hữu cơ phân tử lƣợng nhỏ, đặc
biệt là các axit hữu cơ bị khử làm cho pH giảm mạnh, pH đạt trong khoảng 6-8, đây là
điều kiện tối ƣu cho VK mêtan phát triển và hoạt động.
Đặc trƣng cho giai đoạn này là lƣợng biogas tạo thành lớn, tỷ lệ CH4 cao chiếm
tới 60 - 70%.
Nƣớc rỉ rác trong giai đoạn này đƣợc đặc trƣng bởi hàm lƣợng BOD5 rất thấp,
đồng nghĩa với tỉ lệ BOD/COD nhỏ (< 0,2) [22].
Cuối giai đoạn mêtan hóa tỉ lệ giữa các chất khó phân hủy nhƣ Xenlulo, lignin,
humic,…với BOD5 tăng đáng kể. Quá trình phân hủy chậm lại rõ rệt dẫn đến lƣợng
CH4 tạo thành giảm. Q trình chuyển hóa bƣớc sang giai đoạn “tạo mùn (humus)”.
e) Giai đoạn V: Tạo humus
Ở giai đoạn này các chất hữu cơ chậm chuyển hóa nhƣ; Lignoxenlulo, lignin…
đƣợc chuyển hóa thành axit humic, humics và các dẫn xuất của chúng với cấu trúc đa
vòng, phân tử lƣợng lớn, khó hịa tan và rất khó phân hủy.

15


Lun vn thc s

Trn Vit Ton

COd
mg/l

axit bộo.
vft(volat, fat, acid)

pH

nh4

NH4+
COD
năm
I

II

III

V

IV

Hỡnh 1.1. Biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nƣớc rỉ rác [20]
1.1.3. Nguyên lý hình thành nƣớc rỉ rác
Quá trình hình thành nƣớc rỉ rác phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: bản chất của
rác, các điều kiện về khí hậu thời tiết, lƣợng mƣa… nhƣng đặc biệt quan trọng là quá
trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong rác. Để tính tốn đƣợc lƣợng nƣớc rỉ rác
phát sinh cần thiết lập cân bằng nƣớc cho một khối rác.
1 WA

7

2 WTS
3

WSW

4

WSH

wCM

WSW1
5 WLG
8 WE

6

WB(L)

Hình 1.2. Sơ đồ sự cân bằng nƣớc rỉ rác cho 1 m3 trong lớp rỉ rác [6]
Trong q trình tính tốn, ta chỉ xét với bãi rác chơn lấp hợp vệ sinh do đó bỏ
qua lƣợng nƣớc mặt tràn qua thành và đáy bãi vào bãi chôn lấp,
16


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Tồn

Phƣơng trình cân bằng nƣớc có thể biểu diễn nhƣ sau [6]:
ΔSSW = WA + WTS + WSw + WSh + WCM - WSw1 -WLG – WE - WB(L)
Trong đó:

ΔSSW: Lƣợng nƣớc phát sinh ở bãi chơn lấp (kg/m3)
WA: Lƣợng nƣớc thấm từ phía trên (kg/m3)
WTS: Độ ẩm của vật liệu phủ bề mặt (kg/m3)
WSw, WSw1: Độ ẩm ban đầu của rác thải và hàm ẩm sau nén (kg/m3)
WSH: Nƣớc hình thành từ phản ứng sinh hóa (kg/m3)
WCM: Độ ẩm ban đầu vật liệu phủ trung gian và phụ liệu (kg/m3)
WLG: Lƣợng nƣớc tiêu thụ trong q trình hình thành khí bãi rác (kg/m3)
WE: Lƣợng nƣớc thất thốt do q trình hơi hóa bề mặt (kg/m3)
WB(L): Lƣợng nƣớc thấm ngấm đáy bãi (kg/m3)
Từ phƣơng trình cân bằng nƣớc, các số liệu về lƣợng mƣa, độ bốc hơi, hệ số
giữ nƣớc của rác sau khi nén trong bãi rác, lƣợng nƣớc rỉ rác có thể đƣợc tính theo mơ
hình vận chuyển một chiều của rị rỉ xuyên qua rác nén và đất bao phủ theo phƣơng
trình sau:
Q  M (W1  W2 )  [ P(1  R)  E ]* A

Trong đó:
Q: Khối lƣợng nƣớc rác theo tính tốn (m3/ngày.đêm)
M: Khối lƣợng rác chơn lấp trung bình mỗi ngày (tấn/ngày)
W2: Độ ẩm rác thải sau khi nén (%), thơng thƣờng từ 25 ÷ 50% đối với rác thải
sau khi nén có tỉ trọng từ 0,7 ÷ 1 tấn/m3
W1: Độ ẩm rác thải trƣớc khi nén (%), 65 ÷ 69%
P: Lƣợng mƣa ngày trong tháng lớn nhất, m/ngày.
R: Hệ số thoát nƣớc bề mặt, R = 0,17.
E: Lƣợng nƣớc bốc hơi, E = 5 mm/ngày = 0,005 m/ngày.
A: Diện tích ơ chơn lấp, m2.
1.1.4. Tính chất của nƣớc rỉ rác
Tính chất của nƣớc rỉ rác phụ thuộc nhiều vào thành phần của rác mang chôn
lấp, điều kiện khí hậu thời tiết, thời gian chơn lấp cũng nhƣ cơng nghệ và quy trình vận
17

Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Tồn

hành... Chính vì vậy, mỗi quốc gia, địa phƣơng khác nhau đều có những đặc điểm
khác nhau nên tính chất nƣớc rỉ rác ở mỗi bãi chơn lấp cũng khác nhau.
Tính chất của nƣớc rỉ rác khác với các loại nƣớc thải khác về cả tính chất lýhóa - sinh học, nƣớc rỉ rác có hàm lƣợng chất ô nhiễm cao đến rất cao và giảm dần
theo thời gian chôn lấp. Hơn nữa nƣớc rỉ rác có sự biến động rất lớn về thành phần
chất ô nhiễm cũng nhƣ lƣợng nƣớc. Một số thông số đặc trƣng của nƣớc rỉ rác có hàm
lƣợng lớn nhƣ BOD5, COD, ∑N, ∑P, các ion kim loại, độ màu và mùi.
Theo các báo cáo của Trung tâm quan trắc Thành phố Hồ Chí Minh tại hai bãi
rác miền Nam là Gị cát và Đơng Thạnh đi vào hoạt động năm 2002 cho thấy: Hàm
lƣợng các chất ô nhiễm tại hai bãi chôn lấp này là rất cao, hàm lƣợng COD thấp nhất
là 38.533 mg/l tại bãi Đông Thạnh và cao nhất là 65.333 mg/l tại bãi Gị Cát. Ngồi ra,
các thành phần khác nhƣ hàm lƣợng nitơ, kim loại nặng.. cũng cho giá trị rất cao.
Hai bãi rác tại miền Bắc đƣợc khảo sát đó là bãi rác Đá Mài - Thái Nguyên và
bãi rác Nam Sơn - Hà Nội; kết quả khảo sát của Sở Tài nguyên và Môi trƣờng hai
thành phố này cho thấy; hàm lƣợng các chất ơ nhiễm tại bãi rác Đá Mài có mức độ ô
nhiễm thấp hơn bãi rác Nam Sơn. Hàm lƣợng COD của bãi rác Đá Mài biến động từ
1.245 - 3.900mg/l thấp hơn bãi rác Nam Sơn rất nhiều COD = 1.000 - 42.000mg/l. Tuy
nhiên, hàm lƣợng chất ô nhiễm của hai bãi rác này thấp hơn rất nhiều so với hai bãi rác
tại miền Nam.
Bảng 1.2. Tính chất nƣớc rỉ rác của một số bãi chôn lấp ở Việt Nam
Thành phần
mg/l

Bãi rác Đá Mài

Bãi rác Nam

Bãi rác Gò

Bãi rác Đông

Sơn

Cát

Thạnh
33.571-56.250

BOD5

270-450

300-15.000

30.000-48.000

TOC

-

500-15.000

18.700-31.900

COD

1.245-3.900

1.000-4.2000

39.614-59.750

38.533-65.333

SS

120-350

200-1.000

1760-4311

1.280-3.270

Org-N

120-212

10-600

336-678

196-47

N-NH3

173

10-800

297-790

1.445-1.764

N-NO3

-

5-40

5,0-8,5

2,5-2,9

Photphate tổng

-

1-70

55,8-89,6

14,9-21,5

18

Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

P-PO4

0,7-0,9

1-50

Độ kiềm

380-495

1.000-10.000

pH

7,8-8,1

5,3-8,3

4,8-6,2

6,0-7,3

Độ cứng

103

300-10.000

5.833-9.667

4.467-6.067

Ca

18

439-650

1.670-2.739

1.122-1.844

Mg

-

50-1.500

404-678

356-405

K

-

200-2.000

Na

-

100-3.000

Sắt tổng cộng

-

50-600

204-208

180-303

[Nguồn: Bộ Tài ngun và Mơi trường]
Bảng 1.3. Thành phần, tính chất của nƣớc rác cũ và mới tại bái chôn lấp
TT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Hàm lƣợng
Nƣớc rác cũ

Nƣớc rác mới

-

6,73

6.35

mgO2/l

3400

10500

1250

1870

1

pH

2

COD

3

Tổng N

4

Tổng P

mg/l

15

52

5

NO3-

mg/l

5.2

8.6

6

Độ kiềm

mg/l

4890

4030

7

TSS

mg/l

2990

4230

8

Ca

mg/l

1350

2350

9

Mg

mg/l

220

390

10

NH4+ - N

mg/l

760

1190

11

Độ màu

Pt-Co

4620

3240

12

BOD5

mgO2/l

520

4745

13

Kẽm

mg/l

10.5

20.56

14

Mangan

mg/l

9.2

19.17

15

Nikel

mg/l

2.21

5.15

16

T-Sắt

mg/l

80

174

[Nguồn: Viện khoa học và công nghệ môi trường - Đại học Bách Khoa Hà Nội]
19


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Tồn

1.2. TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC
1.2.1. Tìm hiểu chung về mơ hình và mơ phỏng
Mơ hình (Model) là một sơ đồ phản ánh đối tƣợng, con ngƣời dùng sơ đồ đó để
nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm ra quy luật hoạt động của đối tƣợng hay nói cách
khác mơ hình là đối tƣợng thay thế của đối tƣợng gốc để nghiên cứu về đối tƣợng gốc.
Mơ hình hóa (Modeling) là thay thế đối tƣợng gốc bằng một mơ hình nhằm thu
nhận các thơng tin quan trọng về đối tƣợng bằng cách tiến hành các thực nghiệm trên
mô hình.
Nếu các q trình xảy ra trong mơ hình đồng nhất (theo các chỉ tiêu định trƣớc)
với các quá trình xảy ra trong đối tƣợng gốc thì ngƣời ta nói rằng mơ hình đồng nhất
với đối tƣợng. Lúc này ngƣời ta có thể tiến hành các thực nghiệm trên mơ hình để thu
nhận thơng tin về đối tƣợng.

Mơ phỏng (Simulation, Imitation) là phƣơng pháp mơ hình hóa dựa trên việc
xây dựng mơ hình số (Numerical model) và dùng phƣơng pháp số (Numerical method)
để tìm các lời giải. Chính vì vậy máy tính số là cơng cụ hữu hiệu và duy nhất để thực
hiện việc mô phỏng hệ thống.
Lý thuyết cũng nhƣ thực nghiệm đã chứng minh rằng, chỉ có thể xây dựng đƣợc
mơ hình gần đúng với đối tƣợng mà thơi, vì trong q trình mơ hình hóa bao giờ cũng
phải chấp nhận một số giả thiết nhằm giảm bớt độ phức tạp của mơ hình, để mơ hình
có thể ứng dụng thuận tiện trong thực tế. Mặc dù vậy, mơ hình hóa ln ln là một
phƣơng pháp hữu hiệu để con ngƣời nghiên cứu đối tƣợng, nhận biết các quá trình, các
quy luật tự nhiên. Đặc biệt, ngày nay với sự trợ giúp đắc lực của khoa học kỹ thuật,
nhất là khoa học máy tính và cơng nghệ thơng tin, ngƣời ta đã phát triển các phƣơng
pháp mơ hình hóa cho phép xây dựng các mơ hình ngày càng gần với đối tƣợng nghiên
cứu, đồng thời việc thu nhận, lựa chọn, xử lý các thơng tin về mơ hình rất thuận tiện,
nhanh chóng và chính xác. Chính vì vậy, mơ hình hóa là một phƣơng pháp nghiên cứu
khoa học mà tất cả những ngƣời làm khoa học, đặc biệt là các kỹ sƣ đều phải nghiên
cứu và ứng dụng vào thực tiễn hoạt động của mình.
Phƣơng pháp mơ hình hóa thƣờng đƣợc dùng trong các trƣờng hợp sau:
* Khi nghiên cứu trên hệ thống thực gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân nhƣ:
20


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

- Giá thành nghiên cứu trên hệ thống thực quá đắt;
- Nghiên cứu trên hệ thống thực đòi hỏi thời gian quá dài;
- Nghiên cứu trên hệ thống thực ảnh hƣởng đến sản xuất hoặc gây nguy hiểm
cho ngƣời và thiết bị;
- Trong một số trƣờng hợp không cho phép làm thực nghiệm trên hệ thống thực.

* Phƣơng pháp mơ hình hóa cho phép đánh giá độ nhạy của hệ thống khi thay
đổi tham số hoặc cấu trúc của hệ thống cũng nhƣ đánh giá phản ứng của hệ thống khi
thay đổi tín hiệu điều khiển. Những số liệu này đƣợc dùng để thiết kế hệ thống hoặc
lựa chọn thông số tối ƣu để vận hành hệ thống.
* Phƣơng pháp mơ hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống ngay cả khi chƣa có
hệ thống thực. Trong trƣờng hợp này, khi chƣa có hệ thống thực thì việc nghiên cứu
trên mơ hình là giải pháp duy nhất để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống, lựa
chọn cấu trúc và thông số tối ƣu của hệ thống, … đồng thời mơ hình cũng đƣợc dùng
để đào tạo và huấn luyện.
1.2.2. Mơ hình hóa trong nghiên cứu mơi trƣờng
Mơ hình hóa trong xử lý nƣớc thải với mục tiêu thiết kế các hệ xử lý nƣớc thải
có hiệu quả, đạt độ tin cậy cao và dễ áp dụng. Hai loại mơ hình đƣợc sử dụng rộng rãi
là mơ hình vật lý và mơ hình mơ phỏng (tốn học).
Mơ hình vật lý đƣợc sử dụng rộng rãi trong thiết kế hệ xử lý nƣớc thải, mơ hình
này sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm để chuyển quy mơ phịng thí nghiệm sang thí
nghiệm pilot và tới quy mô sản xuất. Đánh giá một loạt các yếu tố ảnh hƣởng thông
qua thực nghiệm tốn kém rất nhiều cơng sức và thời gian, tuy nhiên nếu có đầy đủ số
liệu từ các nghiên cứu thực nghiệm thì mơ hình vật lý hồn tồn có thể thỏa mãn mục
đích đặt ra.
Mơ hình tốn học bằng cách mơ phỏng các quá trình xẩy ra trong hệ và mối liên
quan giữa các q trình đó cho phép tiết kiệm cơng sức, tiền của và cho kết quả tốt
hơn. Mơ hình tốn học xử lý dinh dƣỡng trong nƣớc thải là mô hình động học có tính
chất tổng qt và mơ hình ổn định là dạng đơn giản hóa của mơ hình động tổng quát
nhằm tiện lợi cho sử dụng.
Muốn mô phỏng một hệ thống kỹ thuật, ngƣời ta phải tìm cách nào để mô tả
21


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Toàn

đƣợc quy luật hoạt động của hệ thống đó. Hay nói cách khác, ngƣời ta phải cố gắng
tìm đƣợc mối liên hệ giữa các thơng số đầu vào và đầu ra của hệ thống. Nhƣ ta đã biết,
hệ thống xử lý nƣớc thải cũng nhƣ bất kỳ hệ thống kỹ thuật nào khác đều bao gồm
nhiều cơng trình đơn vị trong đó. Mỗi cơng trình đều có một chức năng riêng, tất cả
đƣợc kết nối thành một hệ thống và cùng nhau thực hiện một chức năng tổng quát, đối
với hệ thống xử lý nƣớc thải là: Biến đổi nƣớc thải thành nƣớc sạch theo một tiêu
chuẩn nào đó. Ta có thể sơ đồ hóa các cơng trình đơn vị của hệ thống xử lý nƣớc thải
nhƣ sau:
Các thơng số
đầu vào, xi

Q trình xử lý, f

Các thơng số
đầu ra, yi = f( xi)

Hình 1.3. Mơ tả hoạt động của mơ hình
Trong đó:
xi đại diện cho các thông số đầu vào nhƣ Q, BOD, pH, NH4+…
yi đại diện cho các thông số đầu ra nhƣ BOD, COD, pH…
f ở đây đại diện các quá trình xử lý, có thể là bể lắng cát, bể lắng sơ bộ, bể
aerotank, bể lắng cấp hai, bể khử trùng…
Theo cách diễn đạt nhƣ trên ta có thể xem mỗi cơng trình đơn vị là một hàm số
nào đó chứa đựng mối liên hệ giữa các thông số đầu vào và đầu ra. Và ta cũng có thể
xem cả hệ thống là một hàm số tổng hợp của những hàm số con này. Trong lĩnh vực
xử lý nƣớc thải, hiện nay ngƣời ta cũng cố gắng xây dựng một số lý thuyết để tính tốn
nhƣng hầu hết cịn ở mức độ rất đơn giản, điều kiện tính tốn thƣờng lý tƣởng và kết
quả thu đƣợc chỉ mang tính chất gần đúng, ƣớc lƣợng. Lý do là bản chất vấn đề rất

phức tạp, hiệu quả của mỗi cơng trình xử lý phải phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố mà ta
không thể xét hết đƣợc. Thêm vào đó chất lƣợng nƣớc thải, điều kiện mơi trƣờng chứa
đựng những thơng số rất khó kiểm sốt.
Vai trị của mơ hình hóa trong cơng nghệ xử lý nƣớc thải đƣợc cụ thể qua một
số giai đoạn:
- Ở giai đoạn thiết kế hệ thống: Mơ hình hóa giúp ngƣời thiết kế lựa chọn cấu
trúc, lựa chọn các thông số tối ƣu để đƣa ra một hệ thống xử lý tối ƣu nhất.
- Ở giai đoạn vận hành hệ thống: Mơ hình hóa giúp cho ngƣời điều khiển giải
22


Luận văn thạc sỹ

Trần Viết Tồn

các bài tốn tối ƣu nhằm mục đích dự đốn các trạng thái của hệ thống.
- Việc mơ hình hóa hệ thống xử lý nƣớc thải ngƣời ta có thể giải đƣợc các bài
tốn về điều khiển, tiết kiệm thời gian cũng nhƣ chi phí về vật chất và tài chính.
Các hệ thống xử lý nƣớc thải là các hệ thống rất phức tạp, trong đó xẩy ra nhiều
q trình sinh học, hóa học và vật lý để có thể đạt đƣợc yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu ra
theo tiêu chuẩn. Do tính phức tạp của các q trình và tính chất thay đổi của nƣớc thải,
trong thiết kế hệ thống xử lý, ngƣời ta khơng thể dự đốn đƣợc ảnh hƣởng của sự thay
đổi một yếu tố nào đó đến chất lƣợng dịng ra. Các hệ thống xử đƣợc thiết kế với nƣớc
thải đầu vào và điều kiện khí hậu có thể khơng vận hành tốt trong những điều kiện khác
nhau. Quy mô pilot thử nghiệm có thể xác định đƣợc mức độ ảnh hƣởng của các thơng
số nhƣng kinh phí và thời gian có giới hạn. Bởi vậy, các mơ hình giữ một vai trị quan
trọng với việc mơ hình hóa các q trình và đánh giá ảnh hƣởng của sự thay đổi của các
thơng số đối với hiệu quả của q trình xử lý.
Mơ hình có thể đƣợc sử dụng cho một số mục đích bao gồm việc thiết kế các hệ
thống xử lý nƣớc thải mới, thiết kế các bộ phận hoặc nâng cấp, cải tiến các hệ thống

hiện có, xác định những thay đổi trong quá trình vận hành ảnh hƣởng đến nồng độ cho
phép của các chất gây ô nhiễm trong dòng ra, xác định các hệ thống vận hành nhƣ thế
nào với sự thay đổi nồng độ các chất trong dịng vào hoặc lƣu lƣợng dịng vào. Khơng
phải tất cả các mơ hình đạt đƣợc các mục đích này, việc cân nhắc, lựa chọn mơ hình là
do mong muốn của ngƣời sử dụng.
Một số lƣợng lớn các chƣơng trình mơ phỏng hiện nay là sự kết hợp của rất
nhiều các mơ hình khác nhau. Các chƣơng trình mơ phỏng tiêu biểu thƣờng có các
giao diện đồ họa cho phép ngƣời sử dụng lựa chọn các mơ hình phù hợp cho các quá
trình đơn vị trong thiết kế hệ thống xử lý. Phần lớn các chƣơng trình cho phép lựa
chọn từ một số lƣợng lớn các mơ hình đơn vị đặc trƣng cho các q trình. Các chƣơng
trình mơ phỏng khác nhau có các mơ hình đơn vị khác nhau do đó để lựa chọn các mơ
hình mơ phỏng phù hợp là rất quan trọng. Ngoài ra, để lựa chọn các quá trình theo yêu
cầu, ngƣời sử dụng xác lập chế độ dòng chảy bao gồm dòng hồi lƣu và đặc trƣng của
dịng nƣớc thải vào. Ngƣời dùng có thể nhập các giá trị của các thông số nhƣ chế độ
ổn định cho quá trình sinh trƣởng sinh học và chế độ động học cho các bể phản ứng
23