Muốn triển khai cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ núi chung cần phải nắm được bản chất của hệ thống qua cỏc hàm toỏn. Nhưng để cú được cỏc hàm toỏn đú thỡ phải lọc lựa những nột cơ bản nhất phản ỏnh cỏc đặc điểm cụng nghệ của hệ vỡ vậy phải sử dụng phương phỏp mụ hỡnh hoỏ.
Theo Stoff: Một mụ hỡnh là một đối tượng được một chủ thể nào đú trờn cơ sở của sự đồng dạng về cÂu trỳc và chức năng dựng thay thỊ cho một nguyờn bản tương ứng để cú thể giải quyết một nhiệm vụ nhất định. Và mụ hỡnh toỏn là biểu diễn toỏn học của những mặt chủ yếu của nguyờn bản theo một nhiệm vụ nào đú, trong một phạm vi giới hạn, với một độ chớnh xỏc vừa đủ và trong một dạng thớch hợp cho sự vận dụng.
Để phõn loại mụ hỡnh cú nhiều cỏch khỏc nhau. Theo cỏc đặc điểm chủ yếu của chỳng cú thể phõn loại mụ hỡnh như sau:
a. Mụ hỡnh xỏc định cho phộp xỏc định chớnh xỏc cỏc đại lượng ra theo cỏc đại lượng vào. Ngược lại mụ hỡnh thống kờ chỉ cho phộp xỏc định cỏc đại lượng ra theo cỏc đại lượng vào với một phõn bố xỏc suất nhất định;
b. Mụ hỡnh giải tớch mụ tả đối tượng dựa vào cỏc thuyết lý hoỏ, cỏc thụng số của chỳng cú thể tớnh toỏn được từ cỏc số liệu cụng nghệ và hỡnh học, ngược lại mụ hỡnh thực nghiệm được lập căn cứ trờn cỏc kết quả đo cỏc đại lượng đặc trưng tại đối tượng nghiờn cứu, cỏc phương phỏp thống kờ được sử dụng khi đỏnh giỏ cỏc số liệu, bởi vậy mụ hỡnh thực nghiệm thường mang tớnh chất thống kờ;
c. Mụ hỡnh động cú nghiờn cứu sự quỏ độ giữa cỏc trạng thỏi ổn định của hệ thống, cũn mụ hỡnh tĩnh chỉ nghiờn cứu trạng thỏi ổn định;
d. Mụ hỡnh tuyến tớnh và mụ hỡnh phi tuyến khỏc nhau bởi tớnh tuyến tớnh và tớnh phi tuyến tớnh của cỏc hàm số mụ tả hệ thống;
e. Mụ hỡnh hệ quả cho phộp từ những giỏ trị của cỏc biến số đo, được suy ra giỏ trị của cỏc biến số chưa đo được (đo giỏn tiếp); mụ hỡnh tiờn đoỏn xỏc định cỏc biến số phụ thuộc nhờ cỏc giỏ trị cho trước của cỏc biến số độc lập;
f. Mụ hỡnh thiết kế (chuyển quy mụ) phục vụ cho việc thiết kế chuyển quy mụ một hệ thiết bị, mụ hỡnh điều khiển phục vụ cho việc điều khiển một hệ thiết bị với mục tiờu đó định;
g. Mụ hỡnh cụ thể chỉ gắn với một đối tượng; mụ hỡnh điển hỡnh gắn với một lớp đối tượng.
Nếu phõn loại theo phương phỏp toỏn học thỡ cú: Mụ hỡnh thống kờ (dựng phương phỏp toỏn học thống kờ), mụ hỡnh vật lý (dựng lý thuyết nhúm) và mụ hỡnh toỏn học (dựng phương phỏp toỏn điều khiển).
Mụ hỡnh thống kờ được sử dụng để mụ tả hệ trong trường hợp khụng biết được bản chất và cÂu trỳc của hệ và coi hệ là hộp đen (cấu trỳc một phần tư đen). Do vậy với mụ hỡnh thống kờ sẽ khụng hiểu rừ được quy luật bảo toàn cũng như quy luật động học trong vận động của hệ mà chỉ hiểu được tương tỏc giữa cỏc yếu tố mà ta quan tõm với một mức độ xỏc suất nào đú của hệ cơ thể trong phạm vi nghiờn cứu. Do khụng hiểu biết được bản chất bảo
toàn và bản chất động học của hệ nờn ta cũng khụng thể chủ động điều khiển được vận động của hệ, mà chỉ cú thể tỡm ra được chế độ tối ưu trong hoạt động của hệ.
So với cỏc loại mụ hỡnh khỏc, khi sử dụng mụ hỡnh thống kờ để mụ tả hệ thỡ thời gian để lập mụ hỡnh là nhỏ nhất.
Trong mụ hỡnh thống kờ hệ chỉ là một hộp đen (một phần tư mà chủ thể khụng biết rừ cấu trỳc và tớnh chất bờn trong). Do đú cú thể biểu diễn sơ đồ cấu trỳc của hệ như trờn hỡnh 1.14.
Hỡnh 1.14. Sơ đồ cấu trỳc hệ mụ tả bằng mụ hỡnh thống kờ
Hạn chế lớn nhất của mụ hỡnh thống kờ là khụng nằm được bản chất vận động của hệ. Để khắc phục vấn đề này phải dựng mụ hỡnh toỏn học để mụ tả hệ.
Khi xõy dựng mụ hỡnh toỏn học của hệ bất kỳ đều xuất phỏt từ phương trỡnh bảo toàn dũng bằng cỏch dựng phương phỏp trừu tượng hoỏ lý tưởng để cú thể thu được mụ hỡnh toỏn của hai phõn tử cơ sở là đẩy lý tưởng và trộn lý tưởng. Dựa vào hai mụ hỡnh cơ sở đú cú thể xõy dựng mụ hỡnh toỏn học của quỏ trỡnh cụng nghệ bậc thấp bất ký nhờ phõn tớch cấu trỳc hệ. Hệ thường cú cấu trỳc đa phõn tử với những liờn hệ lẫn nhau hết sức phức tạp. Nhưng về cơ bản hệ cũng chỉ gồm hai phõn tử cơ bản là đẩy lý tưởng và trộn lý tưởng và ba loại liờn hệ là nối tiếp, song song và nối ngược. Ngoài hai loại mụ hỡnh cơ sở trờn cũn sử dụng mụ hỡnh cấu trỳc dũng phối hợp, điển hỡnh nhất là mụ hỡnh khuếch tỏn và mụ hỡnh dóy hộp. Hộp đen x1 xk xi y1 yk yi
Mụ hỡnh khuếch tỏn là mụ hỡnh phối hợp trờn cơ sở đẩy lý tưởng với thụng số của mụ hỡnh là hệ số dẫn . Nếu ta cú mụ hỡnh đẩy lý tưởng, nếu ta cú mụ hỡnh trộn lý tưởng.
Mụ hỡnh dóy hộp là mụ hỡnh phối hợp trờn cơ sở trộn lý tưởng với thụng số của mụ hỡnh là số hộp n, khi ta cú mụ hỡnh trộn lý tưởng, khi ta cú mụ hỡnh đẩy lý tưởng. Mụ hỡnh dóy hộp thường được dựng để mụ tả dũng trong cỏc thiết bị loại ống, loại thỏp hay dũng cỏc thiết bị khuÂy mắc nối tiếp nhau với tớnh toỏn khụng quỏ phức tạp. Để xõy dựng mụ tả toỏn học của mụ hỡnh dóy hộp cần đưa ra một số giả thiết sau:
- Trong mỗi một hộp dũng cú cấu trỳc trộn hoàn toàn và cú nồng độ vật chất khụng thay đổi;
- Giữa cỏc hộp khụng cú sự trao đổi chất;
- Tốc độ thể tớch khụng thay đổi theo chiều dài và tiết diện của dũng, dóy hộp bao gồm n hộp và thể tớch cỏc hộp bằng nhau;
1.6. giới thiệu Hiện trạng kiểm soỏt ô nhiễm do NTBV và nước thải ở Campuchia
Campuchia là một đất nước đang phỏt triển với dõn số khoảng 14 triệu dõn. Những năm gần đõy với sự phỏt triển của nền kinh tế đó kộo theo hàng loạt sự thay đổi. Chớnh phủ đó quan tõm đầu tư phỏt triển trờn nhiều lĩnh vực như giỏo dục, xõy dựng cơ sở hạ tầng, hệ thống thủ lợi, cỏc cụng trỡnh phỳc lợi xó hội v.v..., trong đú bảo vệ mụi trường đảm bảo sự phỏt triển bền vững đang được nhà chức trỏch đặc biệt quan tõm. Mặc dự vậy do nhiều nguyờn nhõn như kinh phớ hạn chế, trỡnh độ khoa học kỹ thuật cũn khiờm tốn, thiếu nhõn lực nờn ô nhiễm mụi trường vẫn đang là vấn đề nan giải.
Hiện nay ở Campuchia nước thải ngày càng trở thành vấn đề mang tớnh thời sự của xó hội và buộc phải cú biện phỏp xử lý phự hợp. Hầu hết cỏc loại
nước thải gồm nước thải đụ thị, bệnh viện, sinh hoạt, cụng nghiệp đều khụng được xử lý trước khi thải vào nguồn tiếp nhận [41].
Dưới đõy chỳng tụi xin nờu lờn hiện trạng kiểm soỏt ô nhiễm NTBV, nước thải tại Campuchia:
+ Cũng nh cỏc loại nước thải khỏc, nước thải từ cỏc bệnh viện, phũng khỏm, cỏc trung tõm y tế đều khụng được xử lý trước khi xả vào cống thoỏt chung của thành phố. Ngoài ra tại cỏc thành phố lớn nh Phnom Penh, Siem Reap cỏc bệnh viện đều nằm trong khu trung tõm và bao quanh bởi nhiều cụng trỡnh, nhà ở v.v…
+ Tại thủ đụ Phnom Penh [41], [42], [47]: Quỏ trỡnh thu gom và XLNT của thành phố được mụ tả trờn hỡnh 1.15:
Hỡnh 1.15. Sơ đồ quản lý nước thải tại Phnom Penh
Cỏc loại nước thải của thành phố, nước mưa được cỏc hệ thống mạng lưới cống, kờnh thoỏt nước dẫn vào cỏc hồ lớn ngay trong lũng thành phố. Cỏc hồ này cú nhiệm vụ như bể chứa nước do đú đảm bảo sự tiờu thoỏt nước cú hiệu quả cao. Ngoài ra hồ này cũng làm nhiệm vụ làm sạch nước thải bởi quỏ trỡnh xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiờn.
Tiếp đú nước thải từ một số hồ trong lũng thành phố được bơm và hệ thống cống, kờnh dẫn sang hồ Cheung Ek. Đõy là hồ chứa nước lớn nhất nằm ở ngoại ô thành phố, khoảng 80% nước thải của thành phố được tập trung về đõy. Trong hồ xảy ra quỏ trỡnh XLNT bằng phương phỏp sinh học trong điều
Nước thải thành phố Nước thải
thành phố gom: cống, kờnhMạng lưới thu Mạng lưới thu gom: cống, kờnh Hồ 1 Hồ 1 Nguồn tiếp nhận Nguồn tiếp nhận Hồ 2 Hồ 2
kiện tự nhiờn. Ngoài ra tại đõy, cỏc chất ô nhiễm trong nước thải sẽ được cỏc loại thực vật sống trụi nổi trờn bỊ mặt hồ cũng như xung quanh hồ sử dụng làm chất dinh dưỡng trong quỏ trỡnh phỏt triển của chỳng. Nước thải sau một thời gian lưu và xử lý tại hồ sẽ được bơm thải ra sụng Basac.
+ Tại Siem Reap [44], [52], thành phố du lịch lớn nhất của Campuchia với quần thể cỏc ngụi đền thuộc kinh đụ Angkor cổ mà trung tõm là đền Angkor Wat và Angkor Thom - một trong những kỳ quan nổi tiếng nhất của Thế Giới. Với tiềm năng du lịch của mỡnh thành phố nhanh chúng thay đổi bộ mặt và phỏt triển trờn nhiều lĩnh vực, nhiều loại hỡnh dịch vụ xuất hiện, nhiều khỏch sạn, cỏc cơ sở hạ tầng khỏc đó được xõy dựng.
Cũng giống Phnom Penh, Siem Reap cũng phải đối mặt thực sự với tỡnh trạng ô nhiễm mụi trường do nước thải gõy ra. Hệ thống mạng lưới thoỏt nước được thiết kế nhằm thu gom phần lớn nước thải, nước mưa của thành phố và dẫn vào kờnh thoỏt nước chớnh, đú là sụng Siem Reap chảy ngang qua trung tõm thành phố trước khi đổ vào hồ Tonle Sap. Hầu hết nước thải đều khụng được xử lý trước khi chảy vào sụng.
Vỡ vậy đối với Campuchia chúng ta thấy rằng NTBV đều xả vào hệ thống cống thoỏt chung của thành phố, hoặc nguồn tiếp nhận khỏc mà khụng được xử lý, và mạng lưới thoỏt nước của cỏc thành phố như Phnom Penh, Siem Reap phần lớn là kờnh hở hoặc hệ thống cống bị xuống cấp và hư hỏng chảy qua thành phố hoặc là cỏc hồ chứa trong lũng thành phố, do đú với tớnh chất và thành phần của NTBV như đó trỡnh bày trong mục 1.1.2 và với khả năng tồn tại lõu của vi sinh vật, vi khuẩn gõy bệnh trong nước thải thỡ khả năng lõy lan dịch bệnh qua đường nước thải thực sự đỏng bỏo động, nhất là đối với cỏc hộ nghốo sống trong điều kiện vệ sinh yếu kộm sẽ là những nạn nhõn đầu tiờn. Ngoài ra vào mựa mưa lũ với khả năng tiờu thoỏt nước kộm,
nhiều điểm trong thành phố thường bị ngập lụt do đú càng làm tăng nguy cơ lõy lan dịch bệnh.
Với tỡnh trạng như hiện nay, tại cỏc thành phố lớn của Campuchia núi riờng và cả nước núi chung trước mặt bắt buộc phải XLNT cục bộ tại cỏc bệnh viện nhằm hạn chế tối đa sự lõy lan dịch bệnh, rồi tiếp tục xử lý toàn bộ nước thải để cải thiện sự ô nhiễm mụi trường và nõng cao chất lượng cuộc sống.
Túm lại nghiờn cứu tổng quan về NTBV, hiện trạng kiểm soỏt ô nhiễm và cỏc cụng nghệ xử lý NTBV ở Việt Nam nhằm tổng hợp cỏc kết quả nghiờn cứu liờn quan đó cú và trờn cơ sở đú phõn tớch và đưa ra những vấn đề chưa hoàn chỉnh mà luận ỏn cần phải giải quyết. Tỏc giả đó tập trung nghiờn cứu cỏc vấn đề chớnh sau:
+ Nghiờn cứu về NTBV:
- VỊ lưu lượng NTBV: NTBV luụn dao động trong ngày, tuy nhiờn cú thể tớnh được lưu lương NTBV thụng qua lượng nước sử dụng, từ đú làm cơ sở tớnh toỏn cụng suất của trạm XLNT;
- Về tớnh chất và thành phần của NTBV: Cỏc chỉ tiờu ô nhiễm chớnh của NTBV kể cả chỉ tiờu vi sinh đều vượt qua giới hạn cho phộp thải của TCVN. Ngoài ra trong NTBV cũn phõn lập được nhiều chủng vi khuẩn gõy bệnh;
+ Nghiờn cứu hiện trạng kiểm soỏt ô nhiễm tại cỏc bệnh viện của Việt Nam cho thấy NTBV đang là nguồn gõy ô nhiễm mụi trường bờn trong và ngoài bệnh viện đe doạ trực tiếp đến sức khoẻ của cộng đồng. Vỡ vậy với tớnh chất của NTBV thỡ việc đưa ra mụ hỡnh xử lý phự hợp và đảm bảo hiệu quả xử lý là hết sức cần thiết và cấp bỏch;
+ Nghiờn cứu về cỏc cụng nghệ xử lý NTBV đang ỏp dụng tại Việt Nam cho thấy cú khoảng 250 bệnh viện là cú trạm XLNT bằng nhiều phương phỏp
khỏc nhau. Nhưng do nhiều nguyờn nhõn mà phần lớn cỏc trạm xử lý này đều cho hiệu quả xử lý chưa cao. Trong đú nhúm cụng nghệ hợp khối cho hiệu quả xử lý cao nhất và CN 2000 là thiết bị hiệu quả nhất trong nhúm này. + Nghiờn cứu cơ sở lý thuyết mụ hỡnh hoỏ quỏ trỡnh cụng nghệ cho thấy cỏc đặc điểm nổi bật của mụ hỡnh thống kờ trong việc mụ hỡnh hoỏ cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ trong trường hợp chưa nắm được bản chất bờn trong của hệ thống, và đú là cụng cụ phục vụ cho việc nghiờn cứu xõy dựng mụ hỡnh tớnh toỏn quỏ trỡnh xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000 của luận ỏn. Cỏc đặc điểm của mụ hỡnh dóy hộp rất phự hợp để mụ tả cỏc thiết bị dạng thỏp, do đú được sử dụng để mụ tả cỏc ngăn xử lý của thiết bị CN 2000;
+ Nghiờn cứu về hiện trạng kiểm soỏt ô nhiễm do NTBV và nước thải ở Campuchia. Cũng nh Việt Nam, NTBV và nước thải đang là nguồn gõy ô nhiễm mụi trường trầm trọng ở Campuchia do đú cho thấy tớnh chất cấp thiết trong việc XLNT. Với việc thực hiện luận ỏn tỏc giả mong muốn đúng gúp một phần nào đú trong việc phũng chống ô nhiễm mụi trường cỏc bệnh viện và đụ thị ở Campuchia.
Chương 2
Phương phỏp nghiờn cứu
Trong nghiờn cứu này cỏc phương phỏp nghiờn cứu sau được sử dụng: 2.1. Thu thập và phõn tớch cỏc thụng tin và dữ liệu
Cỏc thụng tin phục vụ cho nghiờn cứu chủ yếu từ cỏc nguồn đó được cụng bố chớnh thức cũng nh cỏc nguồn chưa cụng bố.
2.2. phương phỏp thực nghiệm
Cỏc thực nghiệm và phõn tớch chất lượng nước thải được tiến hành theo cỏc phương phỏp chuẩn [39] tại cỏc phũng thớ nghiệm của Viện Khoa học và Cụng nghệ Mụi trường, Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội, Trung tõm CTC và Viện Cụng nghệ Sinh học, Viện Khoa Học và Cụng nghệ Việt Nam.
Cỏc phõn tớch xỏc định: - Xỏc định COD; - Xỏc định BOD5; - Xỏc định nitơ tổng; - Xỏc định photpho tổng; - Xỏc định chất rắn lơ lửng; - Xỏc định vi sinh vật tổng số; - Xỏc định clo dư; 2.3. Phương phỏp mụ hỡnh hoỏ 2.3.1. Cỏc bước xõy dựng mụ hỡnh
Sơ đồ biểu diễn cỏc bước nghiờn cứu xõy dựng cỏc mụ hỡnh được nờu trờn hỡnh 2.1.
Trong nghiờn cứu xõy dựng cỏc mụ hỡnh về NTBV cũng như cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn quỏ trỡnh xử lý NTBV bằng thiết bị CN 2000 chỳng tụi đó thực hiện cỏc bước nghiờn cứu như trỡnh bày trờn hỡnh 2.1.
Số liệu thực nghiệm- tự khai Số liệu thực nghiệm- tài liệu Chọn mụ hỡnh khỏc hoặc hiệu chỉnh mụ hỡnh Thụng tin và thực nghiệm bổ sung Mụ hỡnh tương thớch Phần mềm tớnh toỏn theo mụ hỡnh
Kiểm tra độ tương thớch16 Kiểm tra độ tương thớch9
Số liệu đo đạc thực tế
Kiểm tra và lọc số liệu
Cơ sở dữ liệu Xõy dựng mụ hỡnh Kết luận mụ hỡnh ứng dụng 18 Thử nghiệm thực tế Lựa chọn mụ hỡnh 7 Cỏc loại mụ hỡnh 6 17 15 13 12 8 10 5 4 1 2 3 Thụng tin đối tượng thực tế mới 14 11
Hỡnh 2.1. Cỏc bước xõy dựng mụ hỡnh
Theo sơ đồ hỡnh 2.1 để xõy dựng được một mụ hỡnh, trước tiờn phải tiến hành thu thập cỏc số liệu cú liờn quan đến đối tượng nghiờn cứu. Cụ thể