Nghiên cứu khả năng ứng dụng các mô hình dạng ASMs (activated sludge models) trong tự động hóa nhà máy xử lý nước thải đô thị

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dụng các mô hình dạng ASMs Activated Sludge Models trong tự động hóa nhà máy xử lý nước thải đô thị ” được hoàn thành sa

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

-

TRẦN THỊ MAI LAN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH DẠNG ASMs (ACTIVATED SLUDGE MODELS) TRONG

TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2018

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

-

TRẦN THỊ MAI LAN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH DẠNG ASMs (ACTIVATED SLUDGE MODELS) TRONG

TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

Chuyên ngành : Quản lý tài nguyên và môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS TRỊNH THÀNH

Hà Nội - 2018

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dụng các mô hình dạng ASMs (Activated Sludge Models) trong tự động hóa nhà máy xử

lý nước thải đô thị ” được hoàn thành sau thời gian làm việc nghiêm túc,

với nỗ lực nghiên cứu, học hỏi của bản thân và sự hướng dẫn tận tình, mang tính khoa học cao của thầy giáo Trịnh Thành – Viện Khoa học và Công nghệ môi trường – Đại học Bách khoa Hà Nội Những kết quả được trình bày trong luận văn là hết sức trung thực và rõ ràng

Tôi muốn gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Trịnh Thành, người đã dành nhiều thời gian để định hướng và hướng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình thực hiện Xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường đã tạo điều kiện tốt nhất để các học viên như tôi hoàn thành chương trình cao học

Tôi cũng muốn nói lời cảm ơn đến cán bộ công nhân Nhà máy xử lý nước thải Nhơn Bình và Công ty CP Nước và Môi trường Việt Nam đã giúp đỡ trong quá trình tôi tham gia dự án ở Quy Nhơn và cung cấp tài liệu phục vụ luận văn của tôi

Tôi không quên cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, giúp đỡ để tôi có thêm động lực học hoàn thành chương trình cao học

Học viên

Trần Thị Mai Lan

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT 10

MỞ ĐẦU 12

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 12

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 12

3 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC NƯỚC THẢI VỚI BÙN HOẠT TÍNH, ĐIỀU KHIỂN VẬN HÀNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI, TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA VÀ XU HƯỚNG TƯƠNG LAI 15

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC NƯỚC THẢI SINH HOẠT VỚI BÙN HOẠT TÍNH 15

1.1.1 Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học với bùn hoạt tính 15

1.1.2 Một số công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 15

1 Công nghệ xử lý nước thải SBR (thiết bị phản ứng theo mẻ [13]) 15

2 Công nghệ xử lý nước thải AAO (yếm khí – thiếu khí – hiếu khí [17]) 16

3 Công nghệ xử lý nước thải AO (Thiếu khí - hiếu khí [17]) 17

1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 18 1.2.1 Vấn đề chung 18

1.2.2 Kiểm soát ứng dụng trong xử lý nước thải 19

1.2.3 Một số thiết bị đo lường [14] 21

1.3 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA VÀ XU HƯỚNG TƯƠNG LAI 22

1.3.1 Mô hình bùn hoạt tính 22

3

1.3.2 Những thách thức đối với các mô hình dạng ASM và xu hướng trong

tương lai 29

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH (ASM3 BIO-P), ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA TRONG HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC31 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH (ASM3 BIO-P) 31

2.1.1 Mô hình động học ASM3 bio-P 31

2.2 Cơ sở lý thuyết của mô hình xử lý hiếu khí bằng hệ thống bể lọc sinh học 45

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình bể Biofilms 45

CHƯƠNG 3 XỬ LÝ DỮ LIỆU VÀ LỰA CHỌN CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG CHO MỘT NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN THỰC TẾ 57

3.1 Tổng quan về công nghệ xử lý sinh học nước thải sinh hoạt với bùn hoạt tính của nhà máy xử lý nước thải Nhơn Bình 57

3.1.1 Hiện trạng nhà máy xử lý nước thải Nhơn Bình 57

3.2 Chọn chương trình mô phỏng và các thông số 75

3.2.1 Chương trình mô phỏng 75

3.2.2 Chọn thông số động học của mô hình ASM3 bio-P 76

3.3 Thu thập và xử lý số liệu 79

3.3.1 Chọn nhà máy trên thực tế 79

3.3.2 Công tác lấy mẫu 82

3.3.3 Đặc tính hóa nước thải dòng vào 83

3.3.4 Lựa chọn kịch bản mô phỏng 86

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 90

4.1 Mô phỏng tương đồng nhà máy thực để đánh giá sự tương hợp của mô hình90 4.1.1 Cấu hình nhà máy xử lý nước thải Nhơn Bình 90

4.1.2 Mô phỏng cho trường hợp ổn định ở 270C khi qua bể lọc lần 1 91

4.1.3 Mô phỏng cho trường hợp ổn định ở 270C khi qua bể lọc lần 2 có dòng tuần hoàn sau bể lọc của lần 1 100

4

4.1.4 Đánh giá kết quả mô phỏng và hiệu suất xử lý của nhà máy 103

4.2 Mô phỏng động học trong một số tình huống nguy hiểm có thể xảy ra trên thực tế 104

4.2.1 Mô phỏng động học khi lưu lượng dòng vào tăng lên 25% 104

4.2.2 Mô phỏng trong điều kiện chạy hằng ngày với tải lượng COD ổn định nhưng tải lượng amôni (NH4) tăng 30% 104

4.2.3 Mô phỏng với điều kiện chạy hằng ngày nhưng tải lượng COD tăng 40%106 4.2.4 Điều khiển các quá trình trong nhà máy 108

4.2.5 Tóm tắt các kết quả đạt được khi thực hiện mô phỏng 108

4.3 Đề xuất các phương án cải thiện hiệu quả xử lý nước thải, tự động hóa trong quá trình vận hành và bảo vệ môi trường 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

PHỤ LỤC 117

PHỤ LỤC 1 CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC ASM3 bio-P 117 PHỤ LỤC 2 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ GIAO DIỆN PHẦN MỀM ASIM 5 119 PHỤ LỤC 3 BẢNG TỔNG HỢP HIỆU QUẢ XỬ LÝ QUA CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ NHÀ MÁY 121

5

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Tổng quan các mô hình bùn hoạt tính được lựa chọn [3] 24

Bảng 2 Các thành phần trong mô hình ASM3 bio-P [11] 31

Bảng 3 Các quá trình sinh hóa và kết tủa photpho hóa học của mô hình 32

Bảng 4 Thể hiện hệ số tỷ lượng của các thành phần hòa tan trong phần mềm ASIM5 (trích xuất từ phần mềm) 35

Bảng 5 Thể hiện hệ số tỉ lượng của các thành phần hạt trong phần mềm ASIM5 (trích xuất từ phần mềm) 36

Bảng 6.Ma trận cân bằng hóa cho các thành phần hòa tan của ASM3 (Henze et al., 2000) và mô hình ASM3 Bio-P [11] 37

Bảng 7 Biểu thức động học của ASM3 bio-P [11] 43

Bảng 8 Thành phần chất hữu cơ trong nước thải đầu vào 54

Bảng 9 Bảng thống kê lưu lượng nước thải vào và ra trạm xử lý trong ngày [5] 66

Bảng 10 Các thông số động học cho mô-đun ASM3 Bio-P ở T = 20 ° C với sự phụ thuộc nhiệt độ theo hàm mũ θT (sau dấu gạch chéo) Các giá trị khác với ASM2d (Henze et al., 2000) được in đậm [11] 77

Bảng 11.Các thông số động học ở mô hình ASM3 bio-P được hiệu chỉnh phù hợp ở nhiệt độ 20 O C và 27 O C trong mô hình 78

Bảng 12 Dữ liệu thiết kế nhà máy xử lý nước thải Quy Nhơn (CEPT) [5] 80

Bảng 13 Đặc tính nước thải đầu vào của nhà máy sau tháp làm thoáng 84

Bảng 14 Đặc tính nước thải đầu ra của các cấu tử mô hình (chi tiết xem bảng tính phần phụ lục 4) 84

Bảng 15 Nồng độ các chất được bơm lên bể lọc 85

Bảng 16 Đặc tính nước thải đầu vào của các cấu tử mô hình từ bảng 15 85

Bảng 17 Thông số đầu vào của nhà máy trong mô hình 90

Bảng 18 So sánh giá trị đo và giá trị mô phỏng của một số thông số đầu ra của hệ thống sau xử lý 95

6

Bảng 19 Đặc tính nước thải đầu vào của các cấu tử mô hình với Q vào =14000

m 3 /ngđ 96

Bảng 20 Đặc tính nước thải đầu vào của các cấu tử mô hình với Q vào =20560 m 3 /ngđ (là kết quả của lần chạy thứ 3/1) 97

Bảng 21 Đặc tính nước thải đầu vào của các cấu tử mô hình với Q vào =34560 m 3 /ngđ (với đầu vào là dòng tuần hoàn) 98

Bảng 22 So sánh giá trị đo và giá trị mô phỏng của một số thông số đầu ra của hệ thống sau xử lý tuần hoàn lần 2 103

DANH MỤC HÌNH Hình 1 Các pha chính trong chu kỳ xử lý của bể SBR [13] 16

Hình 2 Sơ đồ công nghệ xử lý AAO: Yếm khí – Thiếu khí – Hiếu khí [17] 17

Hình 3 Mô hình công nghệ XLNT AO [17] 18

Hình 4 Sơ đồ quản lý của trung tâm điều tiết quản lý vận hành nhà máy [14] 20

Hình 5 Kiểm soát sục khí [14] 21

Hình 6 Kiểm soát amoni [14] 21

Hình 7 Kiểm soát bùn cát tự động [14] 22

Hình 8 Kiểm soát chiều dày lớp bùn [14] 22

Hình 9 Kiểm soát pH [14] 22

Hình 10 Suy giảm COD trong (A) ASM1 và (B) ASM3 [3] 27

Hình 11 Các sơ đồ giản thể của dòng chất nền cho (A) sinh khối tự dưỡng và sinh khối dị dưỡng trong các mô hình ASM1 và ASM3 [3] 28

Hình 12 Bể lọc sinh học nhà máy Nhơn Bình-Quy Nhơn [5] 45

Hình 13 Hệ thống tưới nước thải trên bề mặt vật liệu lọc của nhà máy [5] 45

Hình 14 Mặt cắt theo phương đứng lỗ rộng vật liệu của bế lọc tricking filer 45

Hình 15 Mô hình lớp màng vi sinh vật [16] 47

Hình 16 Mặt cắt lớp vi sinh vật của bể lọc tricking filer 48

7

Hình 17 Mô hình hóa bể lọc sinh học nhỏ giọt theo phần mềm GPS-X [8] 49

Hình 18 Chuyển khối lượng oxy trong hệ thống biofilm [16] 50

Hình 19 Sơ đồ cấu trúc dòng cho lớp màng bể lọc sinh học 51

Hình 20 Các thành phần COD trong nước thải và các kỹ thuật phân tích để đo đạc các phần trong COD tổng [12] 54

Hình 21 Các thành phần của Nitơ trong nước thải [12] 55

Hình 22 Các thành phần của phốtpho trong nước thải [12] 56

Hình 23 Mặt bằng NMNT Nhơn Bình [5] 58

Hình 24 Sơ đồ dây chuyền công nghệ NMNT Nhơn Bình [5] 59

Hình 25 Sơ đồ dây chuyền công nghệ NMNT Nhơn Bình [5] 60

Hình 26 Song chắn rác thủ công [5] 61

Hình 27 Bồn chứa hóa chất polymer [5] 62

Hình 28 Bơm định lượng hóa chất [5] 62

Hình 29 Bể định lượng hóa chất [5] 62

Hình 30 Bể trộn hóa chất [5] 62

Hình 31 Hồ sơ lắng [5] 63

Hình 32 Thác làm thoáng [5] 63

Hình 33 Bể lọc sinh học [5] 63

Hình 34 Hệ thống tưới [5] 63

Hình 35 Bể lắng thư cấp [5] 65

Hình 36 Hệ thống thu nước và gạt váng nổi [5] 65

Hình 37 Bồn chứa clo lỏng [5] 65

Hình 38 Bơm định lượng clo [5] 65

Hình 39 Hàm lượng BOD trong nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả xử lý của nhà máy XLNT Nhơn Bình [5] 70

8

Hình 40 Hàm lượng SS trong nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả xử lý của nhà

máy XLNT Nhơn Bình [5] 70

Hình 41 Hàm lượng COD trong nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả xử lý của nhà máy XLNT Nhơn Bình [5] 71

Hình 42 Hàm lượng tổng nitơ trong nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả xử lý của nhà máy XLNT Nhơn Bình [5] 72

Hình 43 Hàm lượng Amoni trong nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả xử lý của nhà máy XLNT Nhơn Bình [5] 72

Hình 44 Hàm lượng tổng photpho trong nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả xử lý của nhà máy XLNT Nhơn Bình [5] 73

Hình 45 Mối quan hệ giữa lưu lượng đầu vào và đầu ra trong ngày của trạm xử lý [5] 74

Hình 46 Đồ thị sự dao động của một số chất gây ô nhiễm trong nước thải đầu vào nhà máy XLNT Nhơn Bình [5] 75

Hình 47 Cấu hình của 1 phần nhà máy xử lý nước thải Nhơn Bình 91

Hình 48 Kết quả mô phỏng trạng thái làm việc ổn định của nhà máy ở 27 o C 92

Hình 49 Kết quả mô phỏng trạng thái làm việc ổn định của nhà máy ở 27 o C 93

Hình 50 Kết quả mô phỏng trạng thái làm việc ổn định của nhà máy ở 27 o C 94

Hình 51 So sánh giá trị đo và giá trị mô phỏng đầu ra sau xử lý ở trạng thái ổn định các thông số NH4 + và tổng PO4 3- 95

Hình 52 Kết quả mô phỏng trạng thái làm việc ổn định của nhà máy ở 27 o C (lần chạy thứ 1/2) 100

Hình 53 Kết quả mô phỏng trạng thái làm việc ổn định của nhà máy ở 27 o C 101

Hình 54 Kết quả mô phỏng trạng thái làm việc ổn định của nhà máy ở 27 o C 102

Hình 55 So sánh giá trị đo và giá trị mô phỏng đầu ra sau xử lý ở trạng thái ổn định các thông số NH4 + và tổng PO4 3- 103

Hình 56 Diễn biến TSS khi lưu lượng dòng vào tăng 25% trong 5 ngày liên tục 104

9

Hình 57 Diễn biến NH 4 + khi tải lượng NH 4 đầu vào tăng 30% trong 1 ngày 105

Hình 58 Diễn biến NH 4 + trong phản ứng khi tải lượng NH 4 đầu vào trở về ổn định 105

Hình 59 Diễn biến NO 3 - khi tải lượng NH 4 đầu vào tăng 30% trong vòng 1 ngày 105

Hình 60 Diễn biến NO 3 - khi tải lượng NH 4 đầu vào trở về trạng thái ổn định 105

Hình 61 Diễn biến của sinh vật khử Nitơ khi tải lượng NH4 + đầu vào tăng 30% 106 Hình 62 Diễn biến S S khi tải lượng COD dòng vào tăng 40% 106

Hình 63 Diễn biến NH 4 + khi tải lượng COD dòng vào tăng 40% 106

Hình 64 Diễn biến X H khi tải lượng COD dòng vào tăng 40% 107

Hình 65 Diễn biến X A khi tải lượng COD dòng vào tăng 40% 107

Hình 66 Diễn biến sinh khối dị dưỡng sau khi tải lượng COD dòng vào trở về ổn định 107

Hình 67 Sơ đồ kết nối tổng thể hệ thống SCADA 113

10

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT

ASMs – Activated Sludgle Models (Mô hình bùn hoạt tính)

ASM1 – Activated Sludgle Model No.1 (Mô hình bùn hoạt tính số1)

ASM2 – Activated Sludgle Model No.2 (Mô hình bùn hoạt tính số 2)

ASM2d – ActivatedSludgle Model No.2_deni (Mô hình bùn hoạt tính số 2 có

khử nitơrát của PAO)

ASM3 – Activated Sludgle Model No.3 (Mô hình bùn hoạt tính số 3)

ASIM – Activeted Sludge SIMulation Programe (Chương trình mô phỏng bùn hoạt

tính)

ADM1 – Anaerobic Digestion Model (Mô hình phân hủy yếm khí số 1)

AAO – Anaerobic Anoxic Aerobic (Yếm khí – Thiếu khí – Hiếu khí)

BNRAS – Biological Nito Removal Activated Sludge (Bùn hoạt tính khử nitơ sinh

học)

BOD – Biologycal Oxy Demand (Nhu cầu oxi sinh hóa)

COD – Chemical Oxy Demand (Nhu cầu oxi hóa hóa học)

DO – DissolvedOxy (Oxy hòa tan)

EBPR – Enhanced Biological Phosphorus Removal (Loại bỏ phốtpho sinh học)

M[M(BOD)]-1 – Mass[Mass(BOD)]-1 (Khối lượng trên khối lượng BOD)

MLR – Mixed Liquid Return (Tuần hoàn hỗn hợp lỏng)

L2T-1 – Lengh2Time-1 (Bình phương độ dài trên thời gian)

OTRC – Oxygen Transfer Rate – Clean (Vận tốc vận chuyển oxy trong nước sạch)

OTRAS – Oxygen Transfer Rate – Activated Sludge (Vận tốc vận chuyển oxy trong

bể bùn hoạt tính)

PAOs – Phosphoruse Accumulating Oganic (Tích lũy phốtpho hữu cơ)

PE - Parameters are Estimated (Thông số tính toán)

11

PHA – Poly Hydroxy Alkanoates

PP – Poly Phosphate

IAWPRC – International Association on Water Polllultion Research and Control (Hiệp

hội nghiên cứu và kiểm soát ô nhiễm nước quốc tế)

RAS – Return Activated Sludge (Tuần hoàn bùn hoạt tính)

SRT – Solid Retention Time (Thời gian lưu chất rắn/Tuổi của bùn)

VSS – Volatile Subpended Solid (Chất rắn bay hơi)

UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Chảy ngược qua lớp bùn yếm khí)

XLNT – Xử lý nước thải

WWTP – Wastewater treatment plant (Nhà máy xử lý nước thải)

12

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay các mô hình trở thành một phần không thể thiếu trong việc thiết kế

và vận hành các nhà máy xử lý nước thải có quy mô lớn trên thế giới Ở Việt Nam, việc tiếp cận các mô hình toán học để tự động hóa và điều khiển quá trình vẫn còn nhiều hạn chế vì nhiều lý do khác nhau Tuy nhiên, với xu thế phát triển bắt buộc các kỹ sư công nghệ phải áp dụng các mô hình tiên tiến vào thiết kế, vận hành, tối ưu hóa quá trình để đạt hiệu quả cao nhất đồng thời góp phần loại bỏ các rủi ro cho các nhà máy xử lý nước thải

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Trên thế giới có nhiều tổ chức, công ty nghiên cứu chuyên sâu và triển khai [12] ứng dụng mô hình một cách rộng rãi, mang lại hiệu quả cao trong lĩnh vực xử lý nước thải như Viện Khoa học và Kỹ thuật nước Thụy Sĩ (Eawag) với phần mềm ASIM, Công ty Envirosim - Canada với phần mềm BioWin và PetWin, Công ty Hydromantis - Canada có phần mềm GPS-X, Viện tự động hóa và truyền thông Magdeburg - Đức (IFAK) có phần mềm SIMBA, Công ty WRc plc - Anh có STOAT, hay như Công ty MOST for Water-Vương quốc

Bỉ với WEST

Hầu hết các phần mềm hỗ trợ cho thiết kế, vận hành, tối ưu hóa và tự động hóa nhà máy xử lý nước thải nói trên đều dựa trên cơ sở mô hình động học của quá trình bùn hoạt tính - ASMs và mô hình phân hủy yếm khí số 1 - ADM1 được các nhà khoa học thuộc Hiệp hội nước Quốc tế dành nhiều công sức để nghiên cứu phát triển trong một thời gian dài, được giới khoa học thừa nhận rộng rãi và sử dụng nhiều nhất [12]

3 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

A MỤC ĐÍCH

13

Trong khuôn khổ nội dung luận văn này người thực hiện giới hạn xung quanh việc tìm hiểu sâu về các mô hình động học dạng ASM và ASM3 bio-P, tìm hiểu các bước để xây dựng mô hình tính toán dựa trên phương thức ghép nối các mô hình động học, mô hình cấu trúc dòng, cuối cùng ứng dụng một chương trình được xây dựng sẵn để tính toán mô phỏng cho một nhà máy xử

lý nước thải cụ thể Đây là một công việc đòi hỏi dành nhiều thời gian ban đầu để hiểu kỹ mô hình ứng dụng, sử dụng phần mềm, vvv nhưng kết quả của

nó sẽ làm tiền đề cho việc nghiên cứu tính toán thiết kế ở mức độ sâu hơn hay

mở rộng xây dựng một chương trình tính toán lớn về sau Đồng thời góp phần nhân rộng xu thế mô hình hóa, hiệu chỉnh các thông số của mô hình cho phù hợp với điều kiện xử lý nước thải ở Việt Nam

B ĐỐI TƯỢNG

Nước thải sinh hoạt đô thị chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, vai trò của kiểm soát và tự động hóa trong quá trình quản lý vận hành nhà máy xử lý nước thải Trong các hệ thống xử lý nước thải quá trình đo lường, giám sát có tác dụng kiểm soát để vận hành nhà máy theo một mục tiêu xác định, bất chấp những biến động có thể xảy ra trong quá trình vận hành, giảm thiểu các rủi ro đáng tiếc có thể xảy ra Việc áp dụng mô hình hóa trong quá trình vận hành giúp giảm thiểu chi phí năng lượng điện khi điều khiển được quá trình vận hành nhà máy

C PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Nội dung của luận văn được chia thành 4 chương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ xử lý sinh học nước thải với bùn hoạt

tính, điều kiện vận hành trong hệ thống xử lý nước thải, tổng quan về mô hình hóa và xu hướng tương lai

14

Sơ lược về một số công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học với bùn hoạt tính đang áp dụng hiện nay Tổng quan về vận hành trong hệ thống

xử lý nước thải cũng như vai trò của kiểm soát và tự động hóa trong nhà máy

xử lý nước thải Tổng quan về các mô hình hóa bùn hoạt tính và khả năng áp dụng của mô hình cho các đặc tính xử lý nước thải của các nhà máy Những thách thức với các mô hình dạng ASM và xu hướng áp dụng các mô hình này trong tương lai

Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình bùn hoạt tính (ASM3 bio-P), ứng dụng

mô hình hóa trong hệ thống lọc sinh học

Trong chương này tác giả tập trung tìm hiểu sâu về mô hình bùn hoạt tính (ASM3 bio-P) Cơ sở lý thuyết của mô hình xử lý hiếu khí bằng hệ thống lọc sinh học và ứng dụng mô hình hóa trong hệ thống lọc sinh học

Chương 3:Xử lý dữ liệu và lựa chọn các kịch bản mô phỏng cho một nhà

máy xử lý nước thải trên thực tế

Chuẩn bị dữ liệu phù hợp với mô hình ASM3 bio-P và lựa chọn môi trường

mô phỏng đã được xây dựng sẵn Xây dựng các mục tiêu mô phỏng

Chương 4: Kết quả mô phỏng và thảo luận

Nội dung chính của chương này là sử dụng một chương trình mô phỏng đã được xây dựng sẵn - phần mềm ASIM 5 để mô phỏng vận hành cho nhà máy

xử lý nước thải Nhơn Bình đặt tại Bình Định có công suất 14000m3/ngày đêm

Khi sử dụng các dữ liệu vận hành của hệ thống trên thực tế vào mô hình cho kết quả tương đồng nhau, kết luận mô hình động học ASM3 bio-P là thích hợp để mô phỏng cho công nghệ nhà máy Mô phỏng động học hiệu chỉnh các thông số vận hành để nâng cao hiệu quả làm việc của nhà máy

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC NƯỚC THẢI

SINH HOẠT VỚI BÙN HOẠT TÍNH

1.1.1 Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp

sinh học với bùn hoạt tính

Quá trình xử lý bùn hoạt tính là quá trình mà nước thải được tiếp xúc với môi trường vi sinh vật bị treo lơ lửng trong môi trường hiếu khí Môi trường hiếu khí đạt được bằng cách [2]:

- Sử dụng không khí khuếch tán, hoặc khí cơ học, hoặc cung cấp ô xy cho pha lỏng dẫn đến sự tăng trưởng của vi khuẩn mới và quá trình oxy hóa của hữu cơ

- Sử dụng khối lượng cân bằng trên một thể tích đã xác định phụ thuộc vào sinh khối, chất nền, vv Liên quan đến vấn đề xả cặn để duy trì tuổi bùn

- Duy trì ổn định quá trình lắng ở bể lắng thứ cấp

- Các quá trình này được thực hiện theo các công nghệ xử lý sau

1.1.2 Một số công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

1 Công nghệ xử lý nước thải SBR (thiết bị phản ứng theo mẻ [13])

Hệ thống SBR dùng để XLNT sinh hoạt chứa hàm lượng hợp chất hữu cơ và nitơ cao được thể hiện như hình 1 Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước vào - phản ứng - lắng - xả nước ra, được chia thành 5 bước: làm đầy, phản ứng, lắng, xả nước, và chờ

16

Hình 1 Các pha chính trong chu kỳ xử lý của bể SBR [13]

Kiểm soát quy trình vận hành bể xử lý theo mẻ:

- Đảm bảo nồng độ cặn lơ lửng trong bể bằng cách điều chỉnh lượng cặn xả ra khỏi bể để giữ tuổi bùn

- Để đảm bảo quy trình khử nitrat và kết hợp khử phopho cần kiểm soát quá trình khuấy trộn giữa nước thải với bùn hoạt tính

- Điều khiển lượng oxy hòa tan DO, chiều cao lớp cặn của bể lắng

2 Công nghệ xử lý nước thải AAO (yếm khí – thiếu khí – hiếu khí [17])

Công nghệ AAO thường được áp dụng cho mục đích xử lý thành phần nitơ và photpho trong nước thải sơ đồ công nghệ được thể hiện như hình 2 Gồm 3 bể phản ứng nối tiếp nhau: yếm khí, thiếu khí, hiếu khí

Kiểm soát quy trình vận hành công nghệ xử lý AAO:

17

- Tỷ số BOD/P>20 là điều kiện tốt cho quá trình khử phốtpho

- Để quá trình nitrat hóa xảy ra tốt thì Nitơ cần theo tỷ lệ BOD:N:P=100:5:1 ở trong môi trường hiếu khí, tỷ lệ BOD:N:P=100:1,5:0,3 ở trong môi trường kỵ khí

- Ở bể thiếu khí phải kiểm soát được nồng độ oxy hòa tan trong vùng này luôn ở mức <0,5mg/l, điều khiển máy khuấy tốc độ phù hợp

- Ở bể hiếu khí PH = 5,5-9 Vi khuẩn nitrat hóa hoạt động, hàm lượng DO>2mg/l, tăng lượng vi sinh vật bằng cách bổ sung bùn hoạt tính Nhiệt độ thích hợp cho quá trình 20-400

Hình 2 Sơ đồ công nghệ xử lý AAO: Yếm khí – Thiếu khí – Hiếu khí [17]

3 Công nghệ xử lý nước thải AO (Thiếu khí - hiếu khí [17])

Công nghệ AO thường được áp dụng cho các nhà máy có hàm lượng Nitơ cao nhờ nitrat hóa, sơ đồ mô hình công nghệ xử lý AO được thể hiện như hình 3 Công nghệ

xử lý gồm 2 bể phản ứng nối tiếp nhau: thiếu khí và hiếu khí

18

Hình 3 Mô hình công nghệ XLNT AO [17]

Trong bể thiếu khí vi khuẩn khử Nitrat lấy cacbon hữu cơ (BOD, COD, TOC có trong hỗn hợp bùn hoạt tính) làm thức ăn để phát triển tế bào Vi khuẩn khử Nitrat lấy oxy từ lượng oxy liên kết trong NO3 làm năng lượng hoạt động, chứ không lấy

từ lượng oxy hòa tan trong dung dịch nên D0<0,5mg/l

Trong bể hiếu khí BOD cần khử, NH4+ cần oxy hóa thành NO3 Nồng độ NH4+giảm, nồng độ NO3 tăng Nên nồng độ oxy cần D0>0,5mg/l MCRT > trong 10 ngày là cần thiết để nitrat hóa ổn định trong không khí mở rộng Độ pH: 5,8 - 8,5

 Để vận hành các nhà máy xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính thì người vận hành cần kiểm soát: Nồng độ oxy, nồng độ bùn (dựa trên các đo đạc cục bộ của nồng

độ ammonia nước thải và ước lượng công suất nitrat hóa), thời gian lưu nước

trong công trình, độ kiềm và độ PH, các dòng tuần hoàn, khử nitrat bằng phép đo

nitrat và Do trong bể, chiều cao lớp cặn ở bể lắng 2 (dựa trên phép đo màng bùn

19

dụng bao gồm điều khiển PLC (Programable Logic Control) đơn giản, điều khiển thời gian, điều khiển bằng tay Kiểm soát quá trình vận hành đang ngày càng trở nên cấp thiết trong các hệ thống xử lý nước thải

Các giải pháp lâu dài về XLNT cần có sự phát triển đầy đủ về hệ thống thông tin điều khiển và giám sát quá trình Qua nhiều nghiên cứu với các kịch bản khác nhau

đã cho thấy khi áp dụng tự động hóa sẽ tiết kiệm đáng kể chi phí hoạt động, bao gồm chi phí năng lượng, và thời gian hoàn vốn ngắn Nhiều sự tác động không mong muốn có thể tránh được (hoặc giảm tác động của chúng) thông qua các hệ thống kiểm soát trên mạng trực tuyến, bao gồm cả hệ thống cảnh báo sớm

1.2.2 Kiểm soát ứng dụng trong xử lý nước thải

Với tốc độ phát triển công nghệ thông tin, công nghệ tự động hóa, công nghệ máy [14] tính phát triển không ngừng Việc quản lý, kiểm soát nhà máy trở lên đơn giản hơn khi các số liệu vận hành được số hóa, dữ liệu được máy tính lưu trữ, xử lý và trích xuất các mẫu thông tin

Các thiết bị đo lường ngày càng tối ưu và có thể tích hợp với công nghệ tự động hóa (như hình 5, 6, 7, 8, 9) để theo dõi quá trình trạng thái hoạt động của nhà máy, việc thu thập dữ liệu không còn là trở ngại nữa

Với sự phát triển của các phần mềm mô phỏng có thể ngăn ngừa các tình huống bất ngờ có thể xảy ra

Để vận hành, kiểm soát được nhà máy đòi hòi phải có trung tâm điều tiết cùng đội ngũ kỹ sư có chuyên môn về công nghệ và chuyên ngành

20

* Các giải pháp cơ sở dữ liệu trung tâm

Kết hợp dữ liệu với dữ liệu từ nhiều nguồn

- Supervisory Control And Data Acquisition - Kiểm tra giám sát và thu nhận dữ liệu (SCADA)

- Kết quả từ phòng thí nghiệm

- Nhập dữ liệu thủ công dựa trên nhật ký hiện trường

- Hệ thống quản lý thông tin thư viện

* DATA được xử lý và chuyển thành thông tin

- Kiểm soát và thu thập dữ liệu (từ các nguồn dữ liệu) chuyển thành thông tin và tự tạo các báo cáo

- Tối ưu hóa hoạt động của nhà máy

- Xử lý sự cố

TRUNG TÂM ĐIỀU TIẾT

PHÒNG THÍ NGHIỆM

HỆ THỐNG

SCADA

NHẬT KÝ HIỆN TRƯỜNG

QUẢ THU ĐƯỢC

Hình 4 Sơ đồ quản lý của trung tâm điều tiết quản lý vận hành nhà máy [14]

21

- Từ kết quả của hệ thống xử lý cán bộ kỹ thuật sẽ có những hành động đúng đắn hạn chế những rủi ro có thể diễn ra

- Sử dụng các công cụ mô hình tiên đoán để ngăn ngừa các vấn đề trong tương lai

có thể xảy ra với các biến đầu vào và kết quả đầu ra, phát triển thành các kịch bản “ nếu như ”

- Thực hiện truy vấn tìm kiếm đơn giản hoặc phức tạp, tìm thông tin chính xác bạn cần, tự động so sánh và xác minh tất cả thông tin bằng các biểu đồ, duy trì các bản ghi chính xác với các đường kiểm tra

- Thu thập thông tin và tìm ra câu trả lời cho: - Các rối loạn hệ thống - Chi phí vượt quá

1.2.3 Một số thiết bị đo lường [14]

Giải pháp - Dài hạn: Điều khiển thổi khí tự động trực tuyến bằng cảm biến oxy hòa tan phát quang như hình 5 (LDO), sensor ammonia có thể đo NH4, NO3 như hình

6, kiểm soát bùn bằng sensor đo TSS và đo độ đục như hình 7, kiểm soát chiều dày lớp bùn bằng máy đo như hình 8, kiểm soát độ kiềm trong nước bằng sensor đo PH

như hình 9

Hình 5 Kiểm soát sục khí [14] Hình 6 Kiểm soát amoni [14]

Trước những năm 80, một số nhóm nghiên cứu đã làm việc độc lập với nhau về phát triển mô hình bùn hoạt tính Mỗi nhóm đã phát triển, áp dụng cách tiếp cận và

23

ký hiệu của riêng mình, đầu tiên là các mô hình ở trạng thái ổn định sau đó là các

mô hình động lực học Bảng 1 tóm tắt các đặc điểm cơ bản của các mô hình này và một số mô hình bùn hoạt tính khác [3]

Sinh vật dị dƣỡng

Phân hủy

tự dƣỡng

Thủy phân

Nitơ PAO

Ly giải PAO / PHA

Lên men

Loại bỏ hóa chất

P

Phản ứng

biến trạng thái

Den PAO: Hoạt động hủy diệt các sinh vật lấy phốtpho (PAO) trong mô hình; DR: khái niệm phục hồi chết; EA: chấp nhận điện

tử phụ thuộc; ER: khái niệm hô hấp nội sinh; CST: không chấp nhận electron phụ thuộc

26

Các mô hình bùn hoạt tính từ gia đình ASM ở bảng 1 được phát triển để mô tả tỷ lệ hấp thụ oxy và sản xuất bùn (kết hợp với sự cân bằng COD), và chuyển đổi N và P tại các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Khởi đầu là ASM1 có thể được coi là mô hình tham khảo Mô hình ASM1 là một mô hình có cấu trúc dựa trên động học Monod dự đoán các quá trình phản ứng sinh học (vi khuẩn) Mô hình được trình bày dưới dạng ma trận, còn được gọi là ma trận Petersen hoặc ma trận Gujer [3] Nước thải được đặc trưng bởi 7 thành phần hòa tan và 6 thành phần hạt được sử dụng để

mô tả 2 nhóm sinh khối, 7 phân đoạn COD (chất hữu cơ) và 4 phân tử nitơ [3] Nồng độ oxy hòa tan và độ kiềm cũng được bao gồm như là một phần của đặc tính nước thải Từ 8 quá trình của mô hình, 3 liên quan đến sự tăng trưởng của các sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng, 2 mô tả phân rã sinh khối [3], và 3 liên quan đến thủy phân Mô hình ASM1 khử COD và N, tiêu thụ oxy và sản xuất bùn

Đặc biệt, ASM2 bao gồm các sinh vật Phosphate tích tụ (PAO), chỉ phát triển dưới điều kiện hiếu khí, với các phản ứng yếm khí, không oxy hoá và hiếu khí tương ứng Mô hình ASM2 được đặc trưng bởi 19 thành phần và 19 quá trình sinh học

Mô hình ASM3 để sửa chữa một số thiếu sót của ASM1 Từ sơ đồ suy giảm COD trong ASM1 (hình 10 A) và ASM3 (hình 10 B) cho thấy trong ASM1 chỉ có một quá trình oxy tiêu hao, còn ASM3 lượng tiêu thụ oxy được chia thành ba quy trình (lưu trữ, tăng trưởng và hô hấp nội sinh)

27

Hình 10 Suy giảm COD trong (A) ASM1 và (B) ASM3 [3]

Tóm lại, ASM3 được khuyến cáo dùng cho:

- Mô phỏng các hệ thống khử Nitrat hóa Nitơ có thời gian lưu trữ ngắn, thể tích

mô hình lựa chọn

- Hỗ trợ xây dựng mô hình

Mô hình ASM2d [12] bao gồm 19 thành phần hòa tan, không tan và 21 quá trình bao gồm quá trình sinh hóa và kết tủa phopho hóa học được xây dựng trên mô hình ASM2 bổ sung hoạt tính khử nitơ của các sinh vật tích tụ Polyphosphate (PAOs) để cho phép mô tả tốt hơn động lực của việc loại bỏ phosphate và nitrate Quá trình tích lũy phốt pho hữu cơ gồm quá trình tích lũy XPHA, tích lũy hiếu khí và thiếu khí của poly photphat, phát triển hiếu khí và thiếu khí của PAO, phân giải PAO và các sản phẩm tích lũy của chúng Quá trình kết tủa hóa học của photphate dựa trên giả thiết là hai quá trình trái ngược nhau, theo đó trạng thái cân bằng được viết:

XMeOH + SPO4↔ XMeP

28

Trong mô hình chuẩn cho tăng trưởng heterotrophic có bảy hợp chất liên quan (chất nền, oxy, điện tích, carbon dioxide, nước, amoniac và sinh khối), năm cân bằng độc lập (carbon, hydro, oxy, nitơ và chất thải) và hai mức độ tự do

Hình 11 Các sơ đồ giản thể của dòng chất nền cho (A) sinh khối tự dưỡng và sinh

khối dị dưỡng trong các mô hình ASM1 và ASM3 [3]

Trong mô hình trao đổi chất TUDP, kết quả cấu trúc động trong một loạt phản ứng

mô hình điển hình Những phản ứng này là kết quả toán học của công thức động học, và không thể nhìn thấy một cách độc lập Đối với những người không biết, điều này có thể dễ dàng dẫn đến các diễn giải sai của ma trận mô hình, vì các phản ứng số học lượng tử không minh hoạ cho quá trình thực tế của EBPR Tuy nhiên, trong thực tiễn mô hình, làm việc với khái niệm trao đổi chất có những lợi thế quan trọng so với các phương pháp mô hình khác Ưu điểm chính là cơ sở cân bằng hóa học chất rắn của các mô hình chuyển hóa Cơ sở cân bằng hóa học chất rắn này phần lớn là do sự bao hàm của glycogen và mô hình đồng thời các động lực phản ứng của glycogen và PHA

Mô hình ASM3 bio-P dựa trên ASM3 với một mô-đun bổ sung để loại bỏ phốt pho bằng cách sử dụng các quy trình được sửa đổi từ ASM2d Mô hình này có thể loại

bỏ hữu cơ, nitơ và phốt pho Mô hình ASM3 bio-P yêu cầu thêm bốn biến trạng thái ngoài 13 thành phần được xác định trong ASM3 để mô hình loại bỏ photpho sinh

29

học Ngược lại với mô hình ASM2d, mô-đun được thảo luận ở đây bỏ qua sự lên men của chất nền dễ bị phân hủy Nó được giả định trên cơ sở phân tích mô hình thống kê và kết quả nghiên cứu [11] rằng không có giới hạn của bản giải phóng P

do quá trình lên men trong nước thải đô thị điển hình Bốn thành phần bổ sung cho

mô đun ASM3 bio-P giống hệt với các thành phần được sử dụng trong ASM2d

Mô hình ASM3 bio-P bổ sung loại bỏ photpho sinh học vào ASM3, tức là sự hấp thu phốt pho sinh lý trong quá trình sinh trưởng của sinh vật cũng như việc loại bỏ photpho sinh học tăng cường (EBPR) của PAO Đối với sự hấp thụ phospho sinh lý, các quá trình tăng trưởng của ASM3 phải được hoàn thành theo các điều khoản giới hạn phốt pho.EBPR có thể được mô tả bằng 11 quy trình bổ sung Bên cạnh việc bỏ qua quá trình lên men, sự khác biệt chính so với ASM2d là việc sử dụng hô hấp nội sinh và tỷ lệ thiếu khí thấp hơn so với phân hủy hiếu khí [11]

1.3.2 Những thách thức đối với các mô hình dạng ASM và xu hướng trong tương lai

Các xu hướng liên quan đến công nghệ xử lý nước thải hiện có sẽ cần tập trung hơn nữa vào việc cung cấp mô tả tốt hơn về quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng, không chỉ

vì mục đích tự loại bỏ chất dinh dưỡng mà còn để giảm chi phí năng lượng liên quan và tác động đến môi trường Sự phức tạp tăng lên của các quá trình sinh học kết hợp này đòi hỏi phải có sự phát triển của việc kiểm soát quy trình hiệu quả trong

đó việc áp dụng các mô hình dạng ASM có thể trở nên quan trọng đối với việc áp dụng thành công quy mô lớn [3]

Kết quả của sự tương tác giữa hiện tại cũng như trong việc thực hiện các công nghệ mới, mô hình hóa nhà máy sẽ thu được:

- Xây dựng chiến lược kiểm soát tối ưu cho WWTP,

- Nâng cao hiệu quả của việc loại bỏ của WWTP

- Giảm chi phí vận hành,

- Tối đa hoá việc thu hồi năng lượng thông qua sản xuất khí sinh học,

30

- Tối đa hóa việc loại bỏ và thu hồi các chất dinh dưỡng trong các quy trình

- Điều này sẽ góp phần tối đa hóa việc thu hồi năng lượng thông qua quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ

- Một khía cạnh quan trọng khác trong mô hình hoá nhà máy là sự kết hợp các biến trạng thái Cách tiếp cận như vậy đòi hỏi phải thắt chặt mối quan hệ hợp tác giữa thực tiễn và nghiên cứu để đánh giá và cung cấp phản hồi về các mô hình mới được phát triển theo các tình huống thực tế

Sự phát triển của công nghệ thông tin điện toán đám mây gần đây đã thu hút sự quan tâm Đây có thể là một công cụ mạnh để tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng mô hình nước thải đô thị tổng thể và góp phần tối ưu hóa quá trình vận hành

Một phát triển trong tương lai dự kiến là sử dụng các mô hình được xây dựng trong kiểm tra giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) của các cơ sở xử lý nước thải lớn hơn Do đó các kiến thức phức tạp có trong các mô hình dạng ASM được cung cấp cho các nhà điều hành quá trình làm cho hoạt động của nhà máy có hiệu quả và an toàn hơn có thể trên cơ sở hàng ngày

 Mô hình hóa là một hoạt động quan trọng trong sự phát triển của khoa học Mô

hình hóa không chỉ đòi hỏi việc xây dựng khái niệm lý thuyết rõ ràng và định lượng, nó cũng cho phép chuyển giao kiến thức phức tạp giữa các ngành khoa học cũng như giữa các ứng dụng lý thuyết và thực tiễn Việc đưa ra được các kết quả (như trình bày ở chương kết quả) là cần thiết và có ý nghĩa sử dụng mô hình tiên tiến dạng ASM trong tự động hóa hệ thống xử lý nước thải Phương pháp nghiên cứu là đương thời vì các mô hình dạng ASM thuộc loại các mô hình đương thời trong xử lý nước thải dạng bùn hoạt tính

31

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH (ASM3 BIO-P), ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA TRONG HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH (ASM3 BIO-P)

2.1.1 Mô hình động học ASM3 bio-P

Như đã trình bày chương 1 trong phần mềm ASIM mô hình động học cho quá trình bùn hoạt tính gồm một nhóm nhiều mô hình với mô hình ASM2d và ASM3 bio-P là đương thời và tiên tiến nhất phù hợp cho các mô hình công nghệ khử cacbon, nitơ, phốt pho, nhưng trong trường hợp này với mục đích mô phỏng cho công nghệ bể lọc nhỏ giọt của nhà máy thực tế nghiên cứu với đầu vào nồng độ các chất cần xử lý thấp nên mô hình động học ASM3 bio-P được chọn để sử dụng trong quá trình mô phỏng và trình bày rõ trong mục này

8 Chất hữu cơ hòa tan, chủ yếu là

2 Các quá trình của mô hình động học của ASM3 bio-P

ASM3 bio-P bao gồm 23 quá trình đặc trƣng cho các quá trình sinh hóa và kết tủa phopho hóa học trong mô hình đƣợc thể hiện nhƣ sau:

Bảng 3 Các quá trình sinh hóa và kết tủa photpho hóa học của mô hình

2 Tích lũy hiếu khí của XSTO

3 Tích lũy thiếu khí của XSTO

4 Phát triển hiếu khí của vi sinh vật dị dƣỡng

5 Phát triển thiếu khí của vi sinh vật dị dƣỡng

33

6 Hô hấp nội sinh hiếu khí

7 Hô hấp nội sinh thiếu khí

8 Hô hấp hiếu khí XSTO

9 Hô hấp thiếu khí XSTO

dƣỡng

X A

10 Tích lũy của XPHA

11 Tích lũy hiếu khí của XPP

12 Tích lũy thiếu khí của XPP

14 Tích lũy hiếu khí của poly photphat

15 Tích lũy thiếu khí của poly photphat

16 Phát triển hiếu khí của PAO

17 Phát triển thiếu khí của PAO

18 Hô hấp nội sinh hiếu khí

19 Hô hấp nội sinh thiếu khí

20 Phần giải hiếu khí của XPP

21 Phần giải thiếu khí của XPP

22 Hô hấp hiếu khí XPHA

23 Hô hấp thiếu khí XPHA

3 Hệ số tỷ lượng của ASM3 bio-P

34

Hệ số tỷ lượng của ASM1 được tính dựa trên ba thành phần bảo toàn cho COD, điện tích vào nitơ ASM2, ASM2d và ASM3 bio-P bổ sung vào thêm thành phần phốt pho

Một công thức bảo toàn có thể áp dụng phù hợp cho tất cả các quá trình j và chất c được viết

Ở đây

j,i – hệ số tỷ lượng cho thành phần i ở quá trình j [MiMk-1]

ic,i – hệ số chuyển đổi để chuyển đổi đơn vị của thành phần i sang đơn vị của chất c, Trong ASM3 bio-P các phương trình này được sử dụng để ước lượng các hệ số từ phản ứng cân bằng hóa học dựa trên phản ứng tương tác giữa các hợp chất để đơn giản hóa sự phát triển của mã chương trình và ứng dụng nó trong các chương trình máy tính Hệ số tỷ lượng (-) tương đương với chất phản ứng, hệ số tỷ lương (+) tương đương với sản phẩm của phản ứng Bảng ma trận cân bằng hóa học cho các thành phần hòa tan và hạt và các quá trình kết tủa thể hiện phương trình hóa học cân bằng của 23 quá trình trong chương trình ASM3 bio-P

35

Bảng 4 Thể hiện hệ số tỷ lượng của các thành phần hòa tan trong phần mềm ASIM5 (trích xuất từ phần mềm)

36

Bảng 5 Thể hiện hệ số tỉ lượng của các thành phần hạt trong phần mềm ASIM5

(trích xuất từ phần mềm)

37

Bảng 6.Ma trận cân bằng hóa cho các thành phần hòa tan của ASM3 (Henze et al., 2000) và mô hình ASM3 Bio-P [11]

Quá trình thủ ph n

i sinh v t dị dư ng H

38

i sinh v t tự dư ng A

Tích lũ phopho hữu cơ (PAO) PAO