Đặt vấn đề Sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng đã tạo ra sức ép lớn tới môi trƣờng sống ở Việt Nam. Đặc biệt, nguồn nƣớc sinh hoạt ngày càng trở nên thiếu hụt và ô nhiễm. Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nƣớc là tỷ lệ ngƣời chết do các bệnh liên quan nhƣ viêm màng kết, tiêu chảy, ung thƣ ngày càng tăng. Ngoài ra, tỷ lệ trẻ em tử vong tại các khu vực bị ô nhiễm nguồn nƣớc cũng rất cao.Chính phủ đã và đang đầu tƣ xây dựng những dự án nƣớc sạch cũng nhƣ các công trình xử lý nƣớc thải để hỗ trợ cho vấn đề này.
Bên cạnh đó cũng cần phải áp dụng những quy định nghiêm ngặt hơn đối với vấn đề kiểm soát ô nhiễm, buộc tất cả mọi doanh nghiệp - từ quy mô nhỏ đến lớn phải đáp ứng đƣợc những tiêu chuẩn tối thiểu về nƣớc thải khi thải ra môi trƣờng. Tuy nhiên vấn đề xử lý nƣớc thải vẫn gặp không ít khó khăn nhƣ chi phí đầu tƣ lớn, chi phí vận hành cao, nhân sự vận hành hệ thống chƣa đƣợc đào tạo chuẩn mực để đáp ứng nhu cầu thực tế…Nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo, để ngƣời kỹ sƣ ngành công nghệ kỹ thuật điện- điện có thể vận hành tốt hệ thống xử lý nƣớc thải trong các nhà máy, thì việc xây dựng các mô hình xử nƣớc thải phục vụ giảng dạy tại khoa điện-điện tử là cần thiết và cấp bách. Mô hình xử lý nƣớc thải không chỉ phục vụ cho công tác giảng dạy mà còn có thể phục vụ cho nghiên cứu khoa học để từ đó có thể đề xuất các giải pháp xử lý ngày càng kinh tế hơn, hiệu quả hơn và phù hợp với thực tế hơn. Lý do chọn đề tài Bảo vệ tài nguyên môi trƣờng sống không phải là nhiệm vụ của một tổ chức hay một cơ quan nào mà đó là nhiệm vụ của mỗi cá nhân chúng ta.
Đề tài lấy ý tƣởng từ việc bảo vệ nguồn nƣớc sạch bằng cách hạn chế sự ô nhiễm của nƣớc thải đƣợc thải ra từ các nhà máy sản xuất. Việc thiết kế và thi công mô hình này giúp kiểm tra, hệ thống hóa các kiến thức đã học trong Trƣờng từ đóvận dụng các kiến thức này vào thực tiễn cuộc sống. Quá trình thực hiện đề tài cũng là trải nghiệm thực sự hữu ích và là sự tập dợt cho công việc sau này. CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 1.
Nội dung nghiên cứu Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải hiện có. Các mô hình xử lý nƣớc thải ứng dụng công nghệ mới. Tìm hiểu bộ điều khiển lập trình S7-1200, các loại cảm biến đo mức chất lỏng, đo pH … Cách giao tiếp giữa các thiết bị điện và PLC. Xây dựng mô hình hệ thống xử lý nƣớc thải, lập trình và lắp đặt hệ thống PLC.
Vận hành và đánh giá hệ thống. Đề xuất các giải pháp phù hợp. Giới hạn đề tài Với sự hạn chế về thời gian, kiến thức chuyên môn về môi trƣờng và các trang thiết bị nên đề tài chỉ dừng lại việc xử lý nƣớc đầu ra có pH từ 6,5 – 7,5 (trung tính). Ngoài ra khi xử lý nƣớc thải đạt tiêu chuẩn chúng ta còn quan tâm đến các chỉ số BOD, COD, nồng độ các kim loại nặng… có trong nƣớc.
Đề tài không thực hiện giai đoạn lọc nƣớc ở đầu ra và xử lý tách bùn thải. Bố cục đề tài CHƢƠNG 1: Trình bày dẫn nhập về vấn đề nghiên cứu. CHƢƠNG 2: Trình bày các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải hiện nay. Trong chƣơng này sẽ tập trung tìm hiểu về các nguyên lý các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải và ƣu nhƣợc điểm của chúng.
Đây chính là cơ sở để đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải trong chƣơng 4. CHƢƠNG 3: Các thiết bị cơ sở trong hệ thống xử lý nƣớc thải. Nội dung chƣơng này tập trung vào việc trình bày nguyên lý hoạt động, cách kết nối và lập trình của các thiết bị điện trong mô hình hệ thống xử lý nƣớc thải sẽ xây dựng tại chƣơng 4. Các thiết bị đƣợc đề cập gồm PLC, các cảm biến đo lƣờng, các ngôn ngữ lập trình, các phần mềm sử dụng … CHƢƠNG 4: Xây dựng mô hình xử lý nƣớc thải.
CHƢƠNG 5: Vận hành và đánh giá mô hình đã đề xuất. CHƢƠNG 6: Kết luận và hƣớng phát triển. CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 2. Khái niệm trong quy trình xử lý nƣớc thải Vi sinh vật hiếu khí: là những loài sinh vật sinh sống và phát triển trong môi trƣờng có không khí.
Trong điều kiện không có không khí (môi trƣờng yếm khí, kị khí) chúng sẽ chết hoặc không phát triển tốt. Vi sinh vật kị khí: những loài sinh vật sinh sống và phát triển trong môi trƣờng không có không khí. Trong điều kiện có không khí chúng sẽ chết hoặc không phát triển tốt. Chỉ số DO(Dessolved Oxygen): DO là lƣợng oxy hoà tan trong nƣớc cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nƣớc (cá, lƣỡng thể, thuỷ sinh, côn trùng v.) thƣờng đƣợc tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo.
Nồng độ oxy tự do trong nƣớc nằm trong khoảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất, sự quang hợp của tảo v. Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nƣớc giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nƣớc của các thủy vực. Chỉ số BOD(Biochemical oxygen Demand):là lƣợng oxy cần cung cấp để oxy hoá các chất hữu cơ trong nƣớc bởi vi sinh vật.
BOD là một chỉ số và đồng thời là một thủ tục đƣợc sử dụng để xác định xem các sinh vật sử dụng hết ôxy trong nƣớc nhanh hay chậm nhƣ thế nào. Nó đƣợc sử dụng trong quản lý và khảo sát chất lƣợng nƣớc cũng nhƣ trong sinh thái học hay khoa học môi trƣờng. Chỉ sốCOD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học): là lƣợng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nƣớc bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Nhƣ vậy, COD là lƣợng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nƣớc, trong khi đó BOD là lƣợng oxy cần thiết để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật.
CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 2. Nƣớc thải công nghiệp 2. Nƣớc thải công nghiệp là gì? Là loại nƣớc thải sau quá trình sản xuất, phụ thuộc loại hình công nghiệp. Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nƣớc thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào loại hình côngnghiệp và công nghệ lựa chọn.
Trong công nghiệp, nƣớc đƣợc sử dụng nhƣ là một loại nguyên liệu thô hay phƣơng tiện sản xuất (nƣớc cho các quá trình) và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt. Nƣớc cấpcho sản xuất có thể lấy mạng cấp nƣớc sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn nƣớcngầm hay nƣớc mặt nếu xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng. Nhu cầu về cấp nƣớc và lƣulƣợng nƣớc thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Lƣu lƣợng nƣớc thải của cácxí nghiệp công nghiệp đƣợc xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm đƣợc sản xuất.
Dấu hiệu của nguồn nƣớc bị nhiễm bẩn Nguồn nƣớc bị nhiễm bẩn sẽ dẫn đến tình trạng mất cân bằng sinh thái và có thể đƣợc nhận biết bằng các dấu hiệu sau: • Xuất hiện chất nổi lên trên bề mặt và cặn lắng ở đáy. • Thay đổi tính chất vật lý (Màu sắc, mùi vị…). • Thay đổi thành phần hóa học (số lƣợng CHC, phản ứng, chất khoáng và chất độc). • Lƣợng oxy hòa tan giảm giảm xuống.
• Thay đổi hình dạng và số lƣợng vi trùng gây bệnh. Tuy nhiên, để đánh giá sự nhiễm bẩn của nguồn nƣớc cần phải phân tích đo đếm cụ thể bằng các máy đo, các dụng cụ chính xác. Xác định mức độ xử lý nƣớc thải [1] Khi bỏ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải không phải làm cho chúng bằng không mà phải đến mức độ cho phép xả vào nguồn. Công trình xử lý nƣớc thải tốt hay không dựa vào 2 yếu tố để đánh giá đó là: hiệu quả xử lý (mức độ xử lý) và niên hạn sử dụng của công trình.
Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng 2 cách để xác định mức độ xử lý. Đó là xác định mức độ xử lý theo SS và theo BOD. a) Xác định mức độ xử lý theo SS: CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Là phƣơng pháp xác định hàm lƣợng các chất lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) có trong nƣớc thải. Công thức xác định: 𝑸 𝑪𝟐 = 𝒑(𝜸.
+ 𝟏) + 𝑪𝒏𝒈 𝒒 𝐸0 = 100% (𝐶1 − 𝐶2 )𝐶1 Trong đó: C2: Hàm lƣợng chất lơ lửng cho phép trong nƣớc thải xả vào nguồn. p: Hàm lƣợng chất lơ lửng tăng cho phép trong nƣớc nguồn sau xáo trộn (g/m3). Q: Lƣu lƣợng nƣớc nguồn (m3/h). q: Lƣu lƣợng nƣớc thải (m3/h).
Cng: Hàm lƣợng chất lơ lửng trong nƣớc nguồn (g/m3). γ: Hệ số phụ thuộc đặc tính thủy lực. E0: Mức độ cần thiết để xử lý nƣớc thải. b) Xác định mức độ xử lý theo BOD: Là phƣơng pháp xác định lƣợng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ.
𝑸 𝑳𝒕𝒉 𝟏𝟎−𝒌′ 𝟏 𝒕 𝑳𝒕𝒉 𝑳𝟐 = 𝜸 − 𝑳𝒏𝒈 + 𝒒 𝟏𝟎−𝒌𝟏𝒕 𝟏𝟎−𝒌𝟏𝒕 𝟏𝟎−𝒌𝟏𝒕 𝐿0 − 𝐿2 𝐸0 = 100% 𝐿0 Lng: BOD nguồn k1, k1‟: Hằng số tốc độ tiêu thụ oxy của nƣớc thải và nƣớc nguồn Bảng 2.1: Bảng xác định k1 Nhiệt độ (0C) 10 15 20 25 30 K1 0.158 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Bảng 2.2: Bảng xác định k1‟ Giá trị k1‟ với nhiệt độ nƣớc Đặc tính nguồn nƣớc nguồn 100C 150C 200C 250C Nguồn nƣớc không có dòng chảy hoặc chảy chậm 0.15 Nguồn nƣớc có tốc độ dòng chảy < 0,5m/s 0.215 Nguồn nƣớc với dòng chảy mạnh 0.54 Nguồn nƣớc nhỏ với dòng chảy mạnh 0.865 t: thời gian xáo trộn = 1. Lth: BOD tới hạn của hỗn hợp nƣớc thải nguồn.