Mô phỏng dự báo lưu lượng và chất lượng nước thải chảy về nhà máy xử lý nước thải bình hưng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ THỊ THANH MINH

MÔ PHỎNG DỰ BÁO LƯU LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG
NƯỚC THẢI CHẢY VỀ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BÌNH HƯNG

Chun ngành: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY
Mã số: 605840

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. CHÂU NGUYỄN XUÂN QUANG

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM, ngày…..tháng…..năm 2012
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
2.
3.

4.
5.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA……………….


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

----------------

---oOo---

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ THỊ THANH MINH

Giới tính : Nam 
/ Nữ

Ngày, tháng, năm sinh :

10-09-1983

Nơi sinh : Thanh Hóa

Chuyên ngành:

Xây dựng cơng trình thủy

Khố:

2010-2012

1 - TÊN ĐỀ TÀI: MƠ PHỎNG DỰ BÁO LƯU LƯỢNG VÀ CHẤT

LƯỢNG NƯỚC THẢI CHẢY VỀ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BÌNH HƯNG
2 - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:

- Thể hiện mục tiêu, nội dung và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu
và ý nghĩa khoa học của của luận văn. Những đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã
hội của lưu vực nghiên cứu.
- Cơ sở lý thuyết mô phỏng lưu lượng và chất lượng nước thải. Lựa chọn mơ
hình mơ phỏng lưu lượng và chất lượng nước thải.
- Mô phỏng lưu lượng và chất lượng nước thải thu gom về nhà máy xử lý nước
thải Bình Hưng giai đoạn 1. So sánh kết quả mô phỏng với thực tế nhà máy.
- Kết quả mô phỏng lưu lượng và chất lượng nước thải. Kết luận kiến nghị.
3 - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
4 - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2012
5 - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. CHÂU NGUYỄN XUÂN QUANG
Tp. HCM, ngày 30 tháng 6 năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
TRƯỞNG KHOA

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hồn thành luận văn tốt nghiệp, trong quá trình học tập và tìm kiếm tài
liệu tơi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình từ các thầy cơ, sự giúp đỡ từ gia đình,
bạn bè và đồng nghiệp

TÔI XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN
Thầy giáo, TS. Châu Nguyễn Xuân Quang đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi
trong suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp
Các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật tài nguyên nước – Trường Đại học Bách
Khoa TP.HCM đã tận tình chỉ bảo tơi trong q trình học tập tại trường.
Phịng Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM về những hỗ
trợ trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Chân thành cảm ơn anh Hồng cùng các anh chị Phòng xử lý nước thải – Nhà máy
xử lý nước thải Bình Hưng.
Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp là những nguồn động viên quan trọng giúp tơi
quyết tâm và tự tin hồn thành tốt luận văn này.
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng tìm hiểu và học hỏi, tuy nhiên với kinh
nghiệm và kiến thức cịn hạn chế nên trong luận văn khó tránh được một số thiếu
sót, tơi rất mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của q thầy cơ và các bạn để hoàn
thiện luận văn tốt hơn.


TÓM TẮT
Lưu lượng và chất lượng nước thải là yếu tố đầu tiên, quan trọng trong việc thiết
kế, xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước thải. Luận văn đã tính tốn, mơ
phỏng dự báo lưu lượng và chất lượng nước thải chảy về nhà máy xử lý nước thải
Bình Hưng, thơng qua việc sử dụng phần mềm SWMM, được tính tốn theo từng
bước thời gian, mơ phỏng những yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng và chất lượng

nước thải như mưa, sự rửa trôi bề mặt… và tải trọng của từng chất ơ nhiễm có trong
nước thải, nước mưa, nước rửa trôi bề mặt, sau khi mô phỏng đã so sánh với thực tế
lưu lượng và chất lượng nước thải của nhà máy, giúp cho việc dự báo lưu lượng và
chất lượng nước thải có thể áp dụng cho những dự án tiếp theo hay có hướng vận
hành hệ thống tốt hơn.

ABSTRACT
Flow and quality of waste water is the first factor, important in the design,
construction and operation of wastewater treatment systems. Thesis was calculated,
simulated flow of forecasts, the quality of wastewater running to wastewater
treatment plant Binh Hung, through the use of SWMM software, is calculated for
each time step, the principal simulation factors influencing the flow and quality of
waste water such as rain, wash the surface ... and loads of each pollutant in
wastewater, rainwater, surface runoff water, after simulation were compared with
actual flow and wastewater quality of the plant, making prediction of flow and
wastewater quality can apply for the next project or direction of operating the
system better.


LỜI CAM KẾT
Tôi xin cam kết luận văn “Mô phỏng dự báo lưu lượng và chất lượng nước thải
chảy về nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng’ là cơng trình nghiên cứu thực sự của
bản thân tơi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và dưới sự hướng dẫn
khoa học của Tiến sĩ Châu Nguyễn Xuân Quang.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố
dưới bất kỳ hình thức nào.

TPHCM, tháng 7 năm 2012
Tác giả luận văn

Lê Thị Thanh Minh


PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: Lê Thị Thanh Minh
Ngày, tháng, năm sinh: 10-09-1983

Nơi sinh: Thanh Hóa

Địa chỉ liên lạc: 117/80/2C, Nguyễn Hữu Cảnh, P. 22, Quận Bình Thạnh TP.
HCM
Điện thoại di động : 0938857702
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
Tháng 4/2008: Tốt nghiệp Đại học Tôn Đức Thắng
Năm 2010 đến năm 2012: Học viên cao học khóa 2010, ngành xây dựng cơng
trình Thủy – Khoa Kỹ thuật xây dựng – Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia
TP. HCM.
QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC
4/2008 đến 4/ 2009: Cơng tác tại Cơng ty CEBI Việt Nam.
4/2009 đến 11/2010: Công tác tại Công ty Hiệp Hịa
11/2010 đến nay : Cơng tác tại Cơng ty CEBI Việt Nam.


1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ..........................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................3
DANH MỤC CÁC HÌNH...................................................................................................5
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 10

1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 11
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................................... 11
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 11
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 12
1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................................. 12
1.4.1. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 12
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 12
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 13
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ..................................................................14
2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ..................................... 14
2.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................. 14
2.1.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước.................................................................. 16
2.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu........................................................................ 17
2.3. Điều kiện tự nhiên khu vực................................................................................... 20
2.4. Dân số.................................................................................................................... 23
2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................................. 24
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG ..........................................................25
3.1. Cở sở lý thuyết ứng dụng chung ........................................................................... 25
3.2. Giới thiệu phần mềm SWMM ......................................................................................31
3.3. Kết luận chương 3 ................................................................................................ 33
CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH HĨA LƯU LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI .......34
4.1. Thiết lập mơ hình mô phỏng ................................................................................. 34
4.2. Mô phỏng lưu lượng nước thải ............................................................................. 34


2

4.2.1. Lưu vực mơ phỏng ......................................................................................... 34
4.2.2. Tính tốn lưu lượng nước thải khi khơng mưa và khi có mưa....................... 35
4.2.3. Điều kiện biên................................................................................................. 43

4.2.4. Mô phỏng lưu lượng nước thải vào khi không mưa....................................... 43
4.2.5. Mô phỏng lưu lượng nước thải khi có mưa.................................................... 57
4.2.6. So sánh kết quả mô phỏng lưu lượng nước thải khi không mưa và khi có
mưa ........................................................................................................................... 71
4.3. Mơ phỏng chất lượng nước thải ............................................................................ 76
4.3.1. Điều kiện biên................................................................................................. 77
4.3.2. Mô phỏng chất lượng nước thải khi khơng có mưa ....................................... 77
4.3.3. Mơ phỏng chất lượng nước thải khi có mưa .................................................. 84
4.3.4. So sánh kết quả mô phỏng chất lượng nước thải khi khơng mưa và khi có
mưa ........................................................................................................................... 93
4.4. So sánh kết quả mô phỏng và thực tế của nhà máy .............................................. 96
4.4.1. So sánh lưu lượng nước thải........................................................................... 96
4.4.2. So sánh chất lượng nước thải ......................................................................... 98
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................107
5.1. Kết luận ............................................................................................................... 107
5.2. Kiến nghị............................................................................................................. 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................108


3

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1: Thống kê nhiệt độ TB các tháng trong năm, trạm Tân Sơn Nhất (0C) ....... 21
Bảng 2. 2: Thống kê độ ẩm trung bình UTB các tháng, trạm Tân Sơn Nhất (%) .......... 21
Bảng 2. 3: Bốc hơi trung bình (ETB ) các tháng, trạm Tân Sơn Nhất (mm) .................. 22
Bảng 2. 4: Phân phối mưa các tháng trong năm trạm Tân Sơn Nhất (mm) .................. 23
Bảng 2. 5: Cân đối giữa dân số hiện trạng và cơ cấu dân số tới năm 2020................... 23

Bảng 4. 1: Hệ số thốt nước khơng điều hịa theo giờ................................................... 37
Bảng 4. 2: Lưu lượng nước thải khu dân cư .................................................................. 39

Bảng 4. 3: Cường độ mưa tại trạm Tân Sơn Nhất. ........................................................ 42
Bảng 4. 4: Diễn biến lưu lượng, mực nước, vận tốc, độ đầy trong ngày tại cống xả về
trạm Đồng Diều – Khi không mưa ................................................................................ 43
Bảng 4. 5: Diễn biến lưu lượng, mực nước, vận tốc, độ đầy trong ngày tại cống xả về
trạm Đồng Diều – Khi có mưa....................................................................................... 58
Bảng 4. 6: Kết quả hệ thống – mùa mưa ....................................................................... 64
Bảng 4. 7: So sánh lưu lượng, mực nước, vận tốc khi không mưa khi có mưa tại cống
xả vào trạm Đồng Diều .................................................................................................. 72
Bảng 4. 8: Bảng tải trọng ô nhiễm tại trạm Đồng Diều – Khi khơng có mưa ............... 77
Bảng 4. 9: Diễn biến nồng độ các chất ô nhiễm trong ngày tại trạm Đồng Diều – Khi
khơng có mưa................................................................................................................. 78
Bảng 4. 10: Bảng tải trọng ô nhiễm tại trạm Đồng Diều – Khi có mưa ........................ 84
Bảng 4. 11: Diễn biến nồng độ các chất ô nhiễm trong ngày tại trạm Đồng Diều – Khi
có mưa............................................................................................................................ 85
Bảng 4. 12: So sánh lưu lượng, mực nước, vận tốc khi không mưa và khi có mưa tại
cống xả vào trạm Đồng Diều ......................................................................................... 93
Bảng 4. 13: So sánh lưu lượng mô phỏng với lưu lượng nước thải tại trạm Đồng Diều
năm 2011........................................................................................................................ 97
Bảng 4. 14: So sánh nồng độ BOD5 với nồng độ BOD5 tại trạm Đồng Diều năm 2011


4

........................................................................................................................................ 99
Bảng 4. 15: So sánh nồng độ SS với nồng độ SS tại trạm Đồng Diều năm 2011 ....... 100
Bảng 4. 16: So sánh nồng độ N tổng mô phỏng với nồng độ N tổng tại trạm Đồng Diều
năm 2011...................................................................................................................... 103
Bảng 4. 17: So sánh nồng độ P tổng với nồng độ P tổng tại trạm Đồng Diều năm 2011
...................................................................................................................................... 105

5

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1: Lưu vực thốt nước Tàu Hũ – Đôi – Tẻ và các lưu vực lân cận .................. 11

Hình 2. 1: Phối cảnh nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng ........................................... 18
Hình 2. 2: Lưu vực thu gom nước thải xử lý giai đoạn 1 và giai đoạn 2....................... 19
Hình 2. 3: Sơ đồ tuyến cống thu gom nước thải ............................................................ 19
Hình 2. 5: Hiện trạng dân số năm 1997 và cơ cấu dân số đến năm 2020...................... 24

Hình 3. 1: Liên kết nút đại diện của hệ thống thốt nước.............................................. 26
Hình 4. 2: Bản đồ mơ phỏng lưu vực thốt nước giai đoạn 1 về nhà máy Bình Hưng . 34
Hình 4. 3: Sơ đồ SWMM mơ phỏng thốt nước thải khi khơng mưa giai đoạn 1......... 35
Hình 4. 4: Phần trăm lưu lượng nước thải trong 24h..................................................... 38
Hình 4. 5: Hệ số Pattern nước thải................................................................................. 39
Hình 4. 6: Sơ đồ SWMM mơ phỏng thốt nước thải khi có mưa giai đoạn 1............... 41
Hình 4. 7: Cường độ mưa chu kỳ 2 năm tại trạm Tân Sơn Nhất................................... 43
Hình 4. 8: Điển hình diễn biến mực nước trong cống xả nước thải- khi khơng mưa.... 45
Hình 4. 9: Mực nước trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 11h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 45
Hình 4. 10: Mực nước trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 13h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 46
Hình 4. 11: Mực nước trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 15h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 46
Hình 4. 12: Mực nước trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 16h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 47
Hình 4. 13: Mực nước trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 23h00 –Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 47
Hình 4. 14: Điển hình diễn biến vận tốc trong cống xả thốt nước thải – Khơng có mưa

........................................................................................................................................ 48


6

Hình 4. 15: Vận tốc trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 11h00 – Khơng có mưa. 48
Hình 4. 16: Vận tốc trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 13h00 – Khơng có mưa. 49
Hình 4. 17: Vận tốc trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 15h00 – Khơng cơ mưa. 49
Hình 4. 18: Vận tốc trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 16h00 – Khơng có mưa. 50
Hình 4. 19: Vận tốc trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 23h00 – Khơng có mưa. 50
Hình 4. 20: Diễn biến lưu lượng tại MC cống xả vào trạm Đồng Diều – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 51
Hình 4. 21: Diễn biến lưu lượng vào hệ thống cống thốt nước thải–Khơng có mưa... 51
Hình 4. 22: Diễn biến lưu lượng ra của hệ thống cống thoát nước thải – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 52
Hình 4. 23: Diễn biến lưu lượng vào, ra khỏi hệ thống – Khơng có mưa ..................... 52
Hình 4. 24: Lưu lượng trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 11h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 53
Hình 4. 25: Lưu lượng trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 13h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 53
Hình 4. 26: Lưu lượng trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 15h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 54
Hình 4. 27: Lưu lượng trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 16h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 54
Hình 4. 28: Lưu lượng trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 23h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 55
Hình 4. 29: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 11h00 – Khơng có mưa .... 55
Hình 4. 30: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 13h00 – Khơng có mưa .... 56
Hình 4. 31: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 15h00 – Khơng có mưa .... 56
Hình 4. 32: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 16h00 – Không có mưa .... 57

Hình 4. 33: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 23h00 – Khơng có mưa .... 57
Hình 4. 34: Điển hình diễn biến mực nước trong cống xả thốt nước thải - Có mưa ... 59
Hình 4. 35: Mực nước trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 16h00 – Có mưa........ 60


7

Hình 4. 36: Mực nước trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 18h00 – Có mưa........ 60
Hình 4. 37: Mực nước trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 20h00 – Có mưa........ 61
Hình 4. 38: Mực nước trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 23h00 – Có mưa....... 61
Hình 4. 39: Điển hình diễn biến vận tốc trong cống xả thốt nước thải – Có mưa ....... 62
Hình 4. 40: Vận tốc trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 16h00 – Có mưa............ 62
Hình 4. 41: Vận tốc trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 18h00 – Có mưa............ 63
Hình 4. 42: Vận tốc trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 20h00 – Có mưa............ 63
Hình 4. 43: Vận tốc trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 23h00 – Có mưa............ 64
Hình 4. 44: Diễn biến lưu lượng đầu vào của hệ thống cống thốt nước thải – Có mưa
........................................................................................................................................ 66
Hình 4. 45: Diễn biến lưu lượng tại cống xả vào trạm Đồng Diều – Có mưa............... 66
Hình 4. 46: Diễn biến lưu lượng vào, thốt ra khỏi hệ thống – Có mưa ....................... 67
Hình 4. 47: Lưu lượng trong hệ thống cống thốt nước thải lúc 16h00 – Có mưa ....... 67
Hình 4. 48: Lưu lượng trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 18h00 – Có mưa ....... 68
Hình 4. 49: Lưu lượng trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 20h00 – Có mưa ....... 68
Hình 4. 50: Lưu lượng trong hệ thống cống thoát nước thải lúc 23h00 – Có mưa ....... 69
Hình 4. 51: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 16h00 –Có mưa ................ 69
Hình 4. 52: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 18h00 –Có mưa ................ 70
Hình 4. 53: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 20h00 –Có mưa ................ 70
Hình 4. 54: Điển hình elevation profile nút J7 đến J32 lúc 23h00 –Có mưa ............... 71
Hình 4. 55: Hình giếng tràn tách nước mưa – thiết kế điển hình cho hệ thống thốt
nước TP. Hồ Chí Minh .................................................................................................. 72
Hình 4. 56: So sánh lưu lượng khi khơng mưa – khi có mưa tại cống xả vào trạm Đồng

Diều................................................................................................................................ 74
Hình 4. 57: So sánh mực nước khi khơng mưa – khi có mưa tại cống xả vào trạm Đồng
Diều................................................................................................................................ 74
Hình 4. 58: So sánh vận tốc khi khơng mưa – khi có mưa tại cống xả vào trạm Đồng
Diều................................................................................................................................ 74


8

Hình 4. 59: So sánh độ đầy khi khơng mưa – khi có mưa tại cống xả vào trạm Đồng
Diều................................................................................................................................ 75
Hình 4. 60: Diễn biến nồng độ chất ơ nhiễm BOD5 tại trạm Đồng Diều – Khơng có
mưa................................................................................................................................. 79
Hình 4. 61: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm SS tại trạm Đồng Diều – Khơng có mưa 79
Hình 4. 62: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm N tổng tại trạm Đồng Diều – Khơng có
mưa................................................................................................................................. 80
Hình 4. 63: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm P tổng tại trạm Đồng Diều – Khơng có
mưa................................................................................................................................. 80
Hình 4. 64: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm BOD5 tại mặt cắt cống xả – Khơng có
mưa................................................................................................................................. 80
Hình 4. 65: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm SS tại mặt cắt cống xả – Khơng có mưa 81
Hình 4. 66: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm N tổng tại mặt cắt cống xả – Khơng có
mưa................................................................................................................................. 81
Hình 4. 67: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm P tổng tại mặt cắt cống xả – Khơng có
mưa................................................................................................................................. 81
Hình 4. 68: Điển hình nồng độ BOD5 tại nút và trong ống lúc 16h00 – Khơng có mưa
........................................................................................................................................ 82
Hình 4. 69: Điển hình nồng độ SS tại nút và trong ống lúc 16h00 – Không có mưa.... 82
Hình 4. 70: Điển hình nồng độ N tổng tại nút và trong ống lúc 16h00 – Không có mưa
........................................................................................................................................ 83

Hình 4. 71: Điển hình nồng độ P tổng tại nút và trong ống lúc 16h00 – Không có mưa
........................................................................................................................................ 83
Hình 4. 72: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm BOD5 tại trạm Đồng Diều – Có mưa..... 86
Hình 4. 73: Diễn biến nồng độ chất ơ nhiễm SS tại trạm Đồng Diều – Có mưa........... 86
Hình 4. 74: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm N tổng tại trạm Đồng Diều – Có mưa .... 87
Hình 4. 75: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm P tổng tại trạm Đồng Diều – Có mưa..... 87
Hình 4. 77: Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm BOD5 tại mặt cắt cống xả – Có mưa ..... 88


9

Hình 4. 78: Diễn biến nồng độ chất ơ nhiễm SS tại mặt cắt cống xả – Có mưa ........... 88
Hình 4. 79: Diễn biến nồng độ chất ơ nhiễm N tại mặt cắt cống xả – Có mưa ............. 89
Hình 4. 80: Diễn biến nồng độ chất ơ nhiễm P tại mặt cắt cống xả – Có mưa.............. 89
Hình 4. 82: Điển hình nồng độ BOD5 tại các nút và trong ống lúc 16h00 – Có mưa .. 90
Hình 4. 83: Điển hình nồng độ SS tại các nút và trong ống lúc 16h00 – Có mưa ........ 90
Hình 4. 84: Điển hình nồng độ N tổng tại các nút và trong ống lúc 16h00 – Có mưa .. 91
Hình 4. 85: Điển hình nồng độ P tổng tại các nút và trong ống lúc 16h00 – Có mưa... 91
Hình 4. 86: Điển hình nồng độ COD tổng tại các nút và trong ống lúc 16h00 – Có mưa
........................................................................................................................................ 92
Hình 4. 87: So sánh nồng độ BOD5 khi khơng mưa và có mưa tại trạm Đồng Diều ... 94
Hình 4. 88: So sánh nồng độ SS khi không mưa và có mưa tại trạm Đồng Diều ......... 95
Hình 4. 89: So sánh nồng độ N tổng khi không mưa và có mưa tại trạm Đồng Diều... 95
Hình 4. 90: So sánh nồng đô P tổng khi không mưa và có mưa tại trạm Đồng Diều ... 96
Hình 4. 91: So sánh lưu lượng mô phỏng với lưu lượng nước thải tại trạm Đồng Diều
năm 2011........................................................................................................................ 98
Hình 4. 92: Đồ thị so sánh nồng độ BOD5 mô phỏng với nồng độ BOD5 tại trạm Đồng
Diều năm 2011............................................................................................................. 100
Hình 4. 93: Đồ thị so sánh nồng độ SS mô phỏng với nồng độ SS tại trạm Đồng Diều
năm 2011...................................................................................................................... 102

Hình 4. 94: Đồ thị so sánh nồng độ N tổng mô phỏng với nồng độ N tổng tại trạm
Đồng Diều năm 2011 ................................................................................................... 104
Hình 4. 95: Đồ thị so sánh nồng độ P tổng mô phỏng với nồng độ P tổng tại trạm Đồng
Diều năm 2011............................................................................................................. 106


10

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Theo sở Tài Nguyên và Mơi Trường thành phố Hồ Chí Minh, mỗi ngày thành phố
có 60% lượng nước thải chỉ được xử lý sơ bộ (Ước khoảng 360.000m3/ngày đêm trong
tổng số 600.000m3/ngày đêm) trước khi thải vào hệ thống chung của thành phố.
Theo Trung tâm Điều hành chống ngập nước của thành phố Hồ Chí Minh, đến
thời điểm hiện tại cả thành phố chỉ có 3 nhà máy xử lý nước thải là Tân Quy Đơng, nhà
máy Bình Hưng Hịa và nhà máy Bình Hưng.
Thành phố Hồ Chí Minh với đặc điểm là một thành phố lớn, nơi tập trung đông
dân cư, tập trung nhiều loại hình dịch vụ cũng như nhiều ngành sản xuất khác nhau, do
đó lưu lượng nước thải hàng ngày của thành phố là rất lớn. Lưu lượng và thành phần
nước thải thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, do đó việc xác định đúng lưu
lượng cũng như chất lượng nước thải hàng ngày là rất cần thiết, ảnh hưởng đến quá
trình quy hoạch xây dựng các nhà máy xử lý nước thải trong tương lai cũng như công
nghệ xử lý nước thải được áp dụng, đồng thời liên quan đến chế độ vận hành trạm xử lý
nước thải. Việc xây dựng thêm hay mở rộng nhà máy xử lý nước thải là cần thiết để xử
lý triệt để lưu lượng và chất lượng nước thải, đồng thời cải thiện điều kiện môi trường
sống của người dân.
Với những lý do đã nêu trên, đề tài “ Mô phỏng dự báo lưu lượng và chất lượng
nước thải chảy về nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng” đã được đề xuất nghiên cứu
để góp phần giải quyết vấn đề xác định lưu lượng, chất lượng nước thải và vận hành
hiệu quả cho trạm xử lý.

Lưu vực mô phỏng mạng lưới thoát nước là lưu vực Tàu Hũ – Đơi – Tẻ thể hiện
trên hình 1.1


11

Hình 1. 1: Lưu vực thốt nước Tàu Hũ – Đôi – Tẻ và các lưu vực lân cận
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Sử dụng mơ hình tốn để dự báo được lưu lượng và chất lượng nước thải chảy về
nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng trong tương lai. Mơ hình hóa lưu lượng và chất
lượng nước thải bằng phần mềm SWMM, xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả mơ
hình hóa, từ đó có thể đề ra phương án vận hành nhà máy một cách hiệu quả. Việc
nghiên cứu đề tài có thể được ứng dụng cho các dự án tương tự trong tương lai một cách
hiệu quả.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưu lượng và các thành phần có trong nước
thải chảy về nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng ở hiện tại và tương lai.


12

Mô phỏng lưu lượng và chất lượng nước thải nhà máy Bình Hưng bằng SWMM.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Lưu vực nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng phụ trách hiện tại và tương lai.
Lưu lượng và chất lượng nước thải, các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng và chất
lượng nước thải chảy về nhà máy xử lý Bình Hưng.
1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Nội dung nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu những vấn đề sau:

-

Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực

-

Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng và chất lượng nước thải sử dụng trong việc
mô phỏng.

-

Cơ sở lý thuyết, các phương trình tốn học mơ phỏng lưu lượng và chất lượng
nước thải.

-

Phương pháp mô phỏng lưu lượng và chất lượng nước thải bằng phần mềm
SWMM.

-

Ảnh hưởng của phương pháp mô phỏng dự báo lưu lượng và chất lượng nước
thải đến chế độ vận hành và phương pháp xử lý nước thải tại nhà máy xử lý
nước thải Bình Hưng.

-

Kết luận

1.4.2. Phương pháp nghiên cứu



Phương pháp kế thừa
Tiếp thu và sử dụng có chọn lọc kết quả nghiên cứu và thành tựu khoa học công

nghệ của các tác giả trong và ngoài nước đã nghiên cứu về những vấn đề có liên quan
đến đề tài.


13



Phương pháp thu thập và đánh giá số liệu
Điều tra thu thập tài liệu, khảo sát và nghiên cứu thực tế, phân tích đánh giá và
tổng hợp tài liệu từ đó rút ra các cơ sở khoa học và khả năng ứng dụng vào thực
tiễn.



Phương pháp sử dụng mơ hình
Phân tích ưu điểm, nhược điểm và các thế mạnh của mơ hình thủy lực SWMM,

để giải quyết bài tốn lưu lượng và chất lượng nước trong đề tài. Quản lý dữ liệu bằng
Mapinfo.
Thu thập thông tin tại các đơn vị quản lý dự án, website có liên quan.
Trong đề tài này sử dụng phương pháp thu thập số liệu lưu lượng và chất lượng
nước thải tại nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng, phân tích, đánh giá số liệu và sử dụng
mơ hình SWMM để mơ phỏng lưu lượng và chất lượng nước thải.
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc mô phỏng dự báo lưu lượng và chất lượng nước thải chảy về nhà máy xử lý
nước thải Bình Hưng, cho biết những yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi lưu lượng cũng
như chất lượng nước thải. Chúng ta có thể dùng mơ hình tốn cho dịng chảy và vận tải
chất với những điều kiện biên thích hợp, sau đó ứng dụng phương pháp xấp xỉ liên tiếp
hay phương pháp sai phân hữu để giải bài tốn, đồng thời cũng có thể sử dụng những
mơ hình thủy lực phù hợp cho mơ phỏng.
Từ nghiên cứu cũng như kết quả đạt được từ đề tài chúng ta có thể áp dụng tính
tốn, mơ phỏng cho những dự án tương tự trong tương lai khi muốn quy hoạch xây
dựng, vận hành các nhà máy xử lý nước thải cho khu dân cư.
Đề tài góp phần giải quyết được việc quy hoạch xây dựng, đồng thời đảm bảo
được chế độ vận hành hiệu quả cho nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng, tránh được
những biến động lớn về lưu lượng cũng như chất lượng nước thải ảnh hưởng đến hiệu
quả vận hành trạm xử lý.


14

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
2.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước


Ứng dụng mơ hình MIKE 11 tính tốn thủy lực, chất lượng nước cho lưu vực

sơng Sài Gịn – Đồng Nai [1]
Với mục tiêu của tính tốn thủy lực là để xác định một bộ thông số thuỷ lực phù
hợp nhất đối với lưu vực nghiên cứu, phục vụ cho mơ hình chất lượng nước.
Xác định bộ thơng số chất lượng nước phù hợp nhất cho khu vực nghiên cứu.
Trong nghiên cứu này tập trung vào tính tốn một số chỉ tiêu chất lượng nước cơ bản
quan tâm trong sông theo thời gian và không gian như DO, BOD, tổng Nitơ, tổng

Photpho, tổng Coliforms tương ứng với các điều kiện biên thủy lực và các nguồn thải.
Trong nghiên cứu này, phương pháp mơ hình tốn đã được sử dụng trong việc
mô phỏng chế độ thủy văn, thủy lực và chất lượng nước cho hệ thống sơng Sài Gịn –
Đồng Nai – một lưu vực sông lớn và giữ vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế đất
nước. Kết quả tính tốn, mơ phỏng thủy văn, thủy lực chất lượng nước bằng mơ hình
MIKE 11 khá tốt, cho thấy khả năng ứng dụng hiệu quả của mơ hình. Tuy nhiên để có
thể sử dụng mơ hình tốt hơn nữa trong hiện tại và tương lai, đòi hỏi số liệu quan trắc
thủy văn, thủy lực và chất lượng nước cần đồng bộ, dày đặc và chính xác hơn.


Sử dụng mơ hình SWMM mơ phỏng và đánh giá năng lực tiêu thoát tại khu

vực nội thành Hà Nội và đề xuất các giải pháp giảm nhẹ tình trạng ngập lụt cho khu
vực [4]
Mơ hình SWMM là một mơ hình tốn học tồn diện, mơ phỏng khối lượng và
tính chất dịng chảy đơ thị do mưa và hệ thống cống thốt nước thải chung. Báo cáo tập
trung ứng dụng mơ hình SWMM mơ phỏng hệ thống tiêu thốt nước 9 quận nội thành,
nằm trong phạm vi mạng lưới sông Tô Lịch với tổng diện tích 77,5m2.
Qua việc tổng quan và phân tích các nghiên cứu, cộng với kết quả thu được từ


15

mơ hình SWMM, báo cáo nhận thấy một số tồn tại: quy hoạch tiêu thoát chỉ mới tập
trung vào các giải pháp cơng trình, mang tính đơn ngành; với tần suất thiết kế mưa
10% không đáp ứng những trận mưa hơn 291 mm; ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và
q trình đơ thị hóa vẫn chưa được xem xét đến.
Từ những đánh giá chung đó, báo cáo đề xuất một số giải pháp mang tính tổng
thể như: các hướng giải pháp tạm thời, quản lý tích hợp hệ thống tiêu thốt (hướng tiêu
thốt trên các trục đường giao thơng, khung pháp lý về “bảo hiểm ngập lụt”, dự báo

ngập lụt dựa trên hình thế thời tiết gây mưa lũ, xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ ngập
lụt). Những nội dung được đề cập trên sẽ mang nhiều ư nghĩa khoa học, thực tiễn và có
tính cấp thiết cho công tác giảm nhẹ thiệt hại lũ lụt cho thành phố, đặc biệt cho khu vực
nội thành trong thời gian tới.


Tính tốn mơ phỏng lan truyền chất sử dụng phần mềm ANSYS [3]
Bài báo đã trình bày một số kết quả bước đầu ứng dụng phần mềm ANSYS mô

phỏng lan truyền chất hồ tan trong kênh sơng lấy sơng Hương làm đối tượng nghiên
cứu.
Bài tốn truyền lan chất ơ nhiễm được xác định bởi các hệ phương trình vi phân
đạo hàm riêng mô tả các định luật vật lý cơ bản. Các phương trình này mơ tả sự di
chuyển lưu chất trên kênh sông và sự lan truyền những chất tan khác nhau. Các mơ hình
liên tục mơ phỏng truyền lan chất tan trên kênh sơng gồm phương trình Navier Stokes
(thành phần thuỷ động lực học), các phương trình truyền tải khuếch tán. Trong thực tế
nhiều kênh sơng có chiều dài lớn, thẳng và nước nông cho nên một số thành phần trong
phương trình mơ tả có thể được rút gọn.
Hiện nay bài tốn giải số các mơ hình mơi trường đang được đặt ra cấp thiết. Một
trong những khó khăn chính ở đây là sự thiếu vắng các thuật tốn có hiệu quả cũng như
khơng có các phần mềm tính tốn tự động. Đây cũng là ngun nhân buộc nhiều nhóm
nghiên cứu phải từ bỏ nhiều thành phần trong mơ hình ban đầu bằng cách làm giảm
thiểu chúng đi. Trong bài báo này trình bày một cách tiếp cận cho phép khắc phục hiện


16

trạng trên. Phương trình mơ tả lan truyền chất trên kênh sông trong dạng tổng quát được
giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn với sự trợ giúp của phần mềm thương mại nổi
tiếng ANSYS (viết tắt của cụm từ tiếng Anh là ANalysis SYStem).

Trong bài báo này trình bày một cách tiếp cận để giải bài tốn mơi trường thực tế.
Mơ hình lan truyền chất được giải kết hợp với mơ hình thuỷ động bằng phương pháp
phần tử hữu hạn. Để giải số đã ứng dụng bộ chương trình ANSYS đã được áp dụng
thành công tại nhiều nước trên thế giới. Ví dụ được xem xét trong đề tài này là sông
Hương với 8 nguồn xả thải nằm ở các vị trí khác nhau. Kết quả của bài báo này mở ra
hướng ứng dụng giải quyết các bài toán giám sát chất lượng nước tương ứng.
2.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước


Stormwater quality calibration by SWMM: A case study in Northern Spain [5]
Trình bày ứng dụng của mơ hình SWMM để dự đốn tình trạng ơ nhiễm trong

thời tiết mưa, trong một lưu vực có hệ thống kết hợp thoát nước ở Santander, Tây Ban
Nha. Chất rắn lơ lửng (SS), nhu cầu oxy hóa học (COD) và tổng Nitơ Kjeldahl (TKN)
đã được đo tại lối ra của lưu vực và các thông số này đã được sử dụng cho hiệu chỉnh
và xác nhận của mơ hình. Q trình hiệu chỉnh và chất lượng thủy lực được mô tả và
các giá trị của các tham số điều chỉnh được trình bày, và so sánh chúng với những các
nghiên cứu khác.


Secondary Development of Storm Water Management Model SWMM Based

GIS [6]
Tác giả đã lấy một khu vực trong thành phố Quảng Châu để làm một ví dụ.
Phương pháp của hệ thống thốt nước hai lớp (tách dòng) và giao diện dữ liệu mở của
mơ hình SWMM sử dụng để đạt được sự tích hợp của mơ hình SWMM và hệ thống
ArcGIS trên nền tảng của Visua Basic 6.0. Kết quả cho thấy mơ hình có độ chính xác
và độ tin cậy tốt.


Stormwater management and modeling integrating SWMM and GIS [7]


17

Mơ hình quản lý nước mưa (SWMM) được sử dụng để mơ phỏng dịng chảy và
vận chuyển nước mưa qua các mạng lưới thoát nước. Tạo ra các yêu cầu cho SWMM
là một nhiệm vụ chuyên sâu và lâu dài. Điều này có thể được đơn giản hóa bằng cách
tích hợp các thông tin trong một hệ thống thông tin địa lý (GIS) với SWMM để tạo ra
các file dữ liệu cần thiết để chạy mơ hình. Một kế hoạch tổng thể nước mưa đã được
phát triển trong ba lưu vực sông tại thành phố Kansas, Missouri sử dụng Intergraph
Microstation của máy tính và cơ sở dữ liệu Oracle. Một ứng dụng Ngơn ngữ Phát triển
Microstation để tích hợp các thông tin từ GIS tạo các file dữ liệu cần thiết để thực hiện
các phân tích thủy văn và thủy lực của SWMM.
2.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
Để cải thiện môi trường nước, cần phải xử lý nước thải sinh hoạt từ nhà dân và cơ
quan, doanh nghiệp.
Nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng được xây dựng bằng vốn ODA, là nhà máy
xử lý nước thải hiện đại đầu tiên ở Thành Phố Hồ Chí Minh, bắt đầu vận hành từ tháng
5/2009. Nhà máy xử lý nước thải thu gom nước thải từ hộ dân, cơ quan, doanh nghiệp
rồi xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải trước khi đổ vào mơi trường tự nhiên.
Diện tích tổng thể của nhà máy là 46 ha (diện tích xây dựng khoảng 15
ha


18

Hình 2. 1: Phối cảnh nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng
Giai đoạn 1, nhà máy thu gom và xử lý nước thải cho lưu vực kênh Đôi – Tẻ diện
tích 915 ha nội đơ, phục vụ dân số 426000 người bao gồm các quận 1, 3, 5, và một phần

quận 10. Công suất xử lý giai đoạn 1 là 141000 m³/ngày.
Giai đoạn 2 dự kiến nhà máy được mở rộng lưu vực xử lý 2150 ha gồm các quận
4, 5 và một phần của quận 6, 8, 11, Tân Bình, phục vụ dân số khoảng 1390000 người.
Cơng suất sau khi hoàn thành giai đoạn 2 là 512000 m3/ngày.
Tuyến cống bao chính dài 6.5 km và chảy về trạm bơm Đồng Diều sau đó được
bơm về nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng.