Nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động trong xử lý nước thải công nghiệp

Nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động cho trạm xử lý nước thải công nghiệp nhằm nâng cao hiệu quả và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

• Tác giả: Ngô Văn Tình
• Người hướng dẫn: TS. Lê Xuân Rao
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển và Tự Động Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Tự Động Trong Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn thực tập
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN NHÀ MÁY. PHÂN TÍCH MẠC ĐIỂM TỔNG HỢP CỦA NHÀ MÁY. CHI TIẾT CÁC CƠM VẬN HÀNH THEO CÔNG NGHỆ
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG. XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHỞI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐO LƯỜNG. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỪ TRUNG TÂM. THIẾT LẬP MẠNG PLC VÀ GIAO THỨC TRUYỀN. THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN CHO CARD RS232/485. GIAO TIẾP PLC VÀ MÁY TÍNH. ỨNG DỤNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PLC. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PC TỪ TRUNG TÂM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động trong xử lý nước thải công nghiệp

Hệ thống điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải công nghiệp. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả xử lý mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các công nghệ hiện đại như cảm biến, PLC và phần mềm giám sát được sử dụng để theo dõi và điều chỉnh các thông số trong quá trình xử lý nước thải.

1.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động là một tập hợp các thiết bị và phần mềm được sử dụng để giám sát và điều chỉnh quy trình xử lý nước thải. Nó bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển và giao diện người dùng.

1.2. Lợi ích của việc áp dụng công nghệ tự động hóa

Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong xử lý nước thải mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí vận hành, tăng cường độ chính xác trong việc giám sát và điều chỉnh quy trình, và cải thiện chất lượng nước thải đầu ra.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước thải công nghiệp

Xử lý nước thải công nghiệp gặp nhiều thách thức như ô nhiễm hóa học, sự biến đổi của lưu lượng nước thải và yêu cầu về chất lượng nước thải đầu ra. Những vấn đề này đòi hỏi các giải pháp hiệu quả và bền vững để đảm bảo tuân thủ các quy định về môi trường.

2.1. Ô nhiễm hóa học trong nước thải

Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều chất ô nhiễm hóa học, gây khó khăn trong việc xử lý. Các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường nếu không được xử lý đúng cách.

2.2. Biến đổi lưu lượng nước thải

Lưu lượng nước thải có thể thay đổi theo thời gian, gây khó khăn trong việc thiết kế và vận hành hệ thống xử lý. Việc điều chỉnh hệ thống để đáp ứng với biến đổi này là một thách thức lớn.

III. Phương pháp xử lý nước thải công nghiệp hiệu quả

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải công nghiệp, bao gồm xử lý sinh học, hóa học và vật lý. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào tính chất của nước thải.

3.1. Xử lý sinh học trong nước thải

Xử lý sinh học là phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Phương pháp này thường được áp dụng cho nước thải có nồng độ ô nhiễm cao.

3.2. Xử lý hóa học và vật lý

Xử lý hóa học và vật lý bao gồm các phương pháp như lắng, lọc và sử dụng hóa chất để loại bỏ các chất ô nhiễm. Những phương pháp này thường được sử dụng kết hợp với xử lý sinh học để đạt hiệu quả cao nhất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống điều khiển tự động trong xử lý nước thải

Hệ thống điều khiển tự động đã được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp. Các ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả xử lý mà còn giảm thiểu chi phí vận hành.

4.1. Các dự án thành công trong xử lý nước thải

Nhiều dự án xử lý nước thải công nghiệp đã thành công nhờ vào việc áp dụng hệ thống điều khiển tự động. Những dự án này đã chứng minh được tính hiệu quả và khả năng tiết kiệm chi phí.

4.2. Kết quả nghiên cứu và phân tích dữ liệu

Các nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong xử lý nước thải đã giúp cải thiện đáng kể chất lượng nước thải đầu ra và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống điều khiển tự động trong xử lý nước thải

Hệ thống điều khiển tự động trong xử lý nước thải công nghiệp đang ngày càng trở nên quan trọng. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến trong việc quản lý và xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ điều khiển tự động đang phát triển nhanh chóng với sự xuất hiện của các giải pháp mới như IoT và AI, giúp tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải.

5.2. Tầm quan trọng của bảo vệ môi trường

Việc áp dụng hệ thống điều khiển tự động không chỉ giúp cải thiện hiệu quả xử lý nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống xử lý nước thải tại các đô thị và khu công nghiệp đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ môi trường và phục hồi các lưu vực sông đang chịu ô nhiễm nặng nề. Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán nâng cao mức độ tự động hóa cho Nhà máy xử lý nước thải Bắc Thăng Long - Vân Trì với công suất thiết kế 42.000 m3/ngày đêm (trong đó lưu lượng nước thải thu gom đạt 38.000 m3/ngày đêm và lưu lượng nước ngấm ước tính khoảng 4.000 m3/ngày đêm). Mặc dù nhà máy được đầu tư quy mô lớn từ nguồn vốn ODA với công nghệ hiện đại, nhưng thực trạng khảo sát trong giai đoạn 2006 - 2008 cho thấy hệ thống điều khiển ban đầu còn mang tính rời rạc, cục bộ. Máy tính trung tâm chỉ dừng lại ở chức năng ghi nhận dữ liệu thụ động thông qua bộ Data Logger độc lập mà chưa thể can thiệp điều khiển trực tiếp xuống hiện trường.

Mục tiêu chính của đề tài là phân tích toàn diện dây chuyền công nghệ, tính toán các thông số công nghệ cốt lõi và xây dựng cấu hình tự động hóa tích hợp hoàn chỉnh. Đề tài tập trung thiết kế chế tạo bộ chuyển đổi tín hiệu RS232/RS485 chuyên dụng, lập trình hệ thống PLC Siemens S7-200 và phát triển phần mềm SCADA giám sát trung tâm trên máy tính bằng Visual Basic. Nghiên cứu được thực hiện tại Hà Nội trong mốc thời gian hoàn thiện công trình vào cuối năm 2008. Kết quả nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn cao, giúp kiểm soát ổn định 23 cụm thiết bị chấp hành trọng yếu, đảm bảo chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 Loại A với hàm lượng BOD5 giảm mạnh từ mức 220 mg/l xuống dưới 20 mg/l và COD từ 350 mg/l xuống dưới 50 mg/l, nâng cao hiệu quả vận hành và tiết kiệm chi phí năng lượng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp liên ngành giữa công nghệ xử lý sinh hóa môi trường và kỹ thuật điều khiển tự động hóa công nghiệp. Khung lý thuyết chính bao gồm:

• Lý thuyết xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính theo công nghệ A/O (Anaerobic/Oxic): Mô hình kết hợp vùng kỵ khí (thời gian lưu từ 1 đến 2 giờ) và vùng hiếu khí (thời gian lưu từ 6 đến 7 giờ) nhằm ức chế sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, ngăn ngừa triệt để hiện tượng bùn nổi tại bể lắng cuối. Quá trình này duy trì nồng độ bùn hoạt tính MLSS trong khoảng 1500 đến 2000 mg/l và kiểm soát nồng độ oxy hòa tan DO duy trì ổn định trên 1,0 mg/l.
• Lý thuyết điều khiển logic khả trình và kiến trúc SCADA phân tán: Ứng dụng mô hình phân tầng tự động hóa công nghiệp với cấu trúc master-slave. Máy tính trung tâm đóng vai trò master quản trị giao diện người - máy (HMI), truyền nhận dữ liệu với các trạm slave là các bộ điều khiển khả trình PLC phụ trách từng cụm công nghệ cục bộ.
• Lý thuyết truyền thông nối tiếp và kỹ thuật chuyển đổi giao diện: Nguyên lý truyền dẫn vi sai đa điểm theo chuẩn RS485 cho phép kết nối mạng khoảng cách xa với khả năng chống nhiễu công nghiệp cao, kết hợp giao thức truyền thông tự do Freeport trên nền vi mạch tích hợp chuyên dụng SN75176 và MAX232.
• Các khái niệm và chỉ số định lượng then chốt: Nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), chất rắn lơ lửng (SS), lượng bùn hoạt tính tuần hoàn (RAS), bùn hoạt tính dư (WAS) và chu trình quét vòng lặp (scan cycle) của bộ xử lý trung tâm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp tính toán lý thuyết công nghệ và thiết kế kỹ thuật tự động hóa:

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu nghiên cứu: Dữ liệu đầu vào được thu thập toàn diện từ toàn bộ 6 đơn nguyên xử lý nước thải của nhà máy với công suất ngày lớn nhất 42.000 m3/ngày đêm. Cỡ mẫu khảo sát bao gồm 11 điểm đo mức chất lỏng dạng logic và liên tục, 6 cụm cảm biến đo lưu lượng điện từ (FI1, FI2-1, FI2-2, FI3, FI5) truyền tín hiệu dòng tiêu chuẩn, 2 bộ cảm biến đo nồng độ oxy hòa tan DO, 1 trạm đo pH tại tháp khử mùi và 23 động cơ chấp hành công suất lớn (tiêu biểu như 12 máy khuấy sục khí bề mặt công suất 39 kW và các bơm nâng nước thải công suất 75 kW).
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu toàn phần theo sơ đồ công nghệ thực tế của nhà máy, đảm bảo kiểm soát đầy đủ mọi công đoạn từ ngăn tiếp nhận, tách cát, lắng sơ cấp, phản ứng sinh học, lắng thứ cấp, khử trùng đến xử lý ép bùn và tháp khử mùi hóa chất lưu lượng 50 m3/phút.
• Phương pháp phân tích và lý do lựa chọn: Sử dụng phương pháp cân bằng vật chất kết hợp lập trình mô phỏng chu trình điều khiển logic. Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ tính chất phi tuyến, có độ trễ lớn của các quá trình sinh hóa trong xử lý nước thải. Việc kết hợp PLC Siemens S7-200 CPU 226 với mạch chuyển đổi RS232/RS485 tự chế tạo cho phép tối ưu hóa chi phí đầu tư phần cứng mà vẫn đảm bảo độ tin cậy và thời gian đáp ứng thời gian thực trong suốt timeline nghiên cứu 24 tháng (2006 - 2008).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Xác lập chính xác các thông số công nghệ và cân bằng vật chất: Với lưu lượng thiết kế cực đại 42.000 m3/ngày đêm và lưu lượng vận hành ban đầu khoảng 4.000 m3/ngày đêm, hệ thống 6 bể phản ứng sinh học (thời gian lưu thủy lực tổng cộng 8 giờ) đảm bảo phân hủy hoàn toàn các chất ô nhiễm. Tổng lượng bùn khô phát sinh toàn trạm đạt 7.516 kg/ngày (tương ứng 765 m3 bùn lỏng/ngày). Hệ thống máy ép bùn băng tải với tải trọng 200 kg bùn khô/m/giờ (chiều rộng băng tải 1,56 m) vận hành 24 giờ/ngày đã ép giảm thể tích bùn xuống chỉ còn khoảng 40 m3/ngày với độ ẩm đạt 82%.
• Hiệu suất xử lý nước thải đạt và vượt tiêu chuẩn môi trường: Hệ thống công nghệ bảo đảm chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn TCVN 5945-1995 Loại A. Cụ thể, hàm lượng BOD5 giảm từ 220 mg/l xuống 20 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 90,9%), chất rắn lơ lửng SS giảm từ 190 mg/l xuống 50 mg/l (hiệu suất 73,7%), COD giảm từ 350 mg/l xuống dưới 50 mg/l (hiệu suất 85,7%), Nitơ tổng giảm về mức 30 mg/l và Phốt pho đạt 4 mg/l nhờ bổ sung hợp lý hóa chất keo tụ FeCl3.
• Thiết kế thành công hệ thống SCADA và mạng truyền thông tự động: Chế tạo hoàn chỉnh bo mạch chuyển đổi tín hiệu RS232/RS485 sử dụng vi mạch SN75176 và MAX232, kết nối thông suốt giữa PC trung tâm với CPU 226 của PLC S7-200. Chương trình giao diện Visual Basic hiển thị trực quan toàn bộ 4 phân khu chính (khu sinh học, khu xử lý bùn, khu tách cặn, khu khử mùi hóa chất), cho phép điều khiển từ xa và khóa liên động an toàn 23 động cơ chấp hành.

Thảo luận kết quả

Khả năng đáp ứng linh hoạt của nhà máy đạt được là nhờ giải pháp phân chia 6 đơn nguyên độc lập kết hợp với điều khiển biến tần cho các bơm nâng (vận hành linh hoạt theo 4 dải tốc độ: 70%, 80%, 90% và 100% công suất). Khi lưu lượng nước thải đầu vào thay đổi từ 4.000 m3/ngày đêm ở giai đoạn đầu lên công suất tối đa, hệ thống tự động huy động số lượng đơn nguyên tương ứng, tránh lãng phí điện năng và bảo vệ tuổi thọ thiết bị. Quá trình xử lý mùi phát sinh từ các bể lắng và máy ép bùn được xử lý triệt để qua tháp lọc hóa chất công suất 50 m3/phút với mức tiêu hao định lượng chính xác (150 lít dung dịch NaClO và 14 lít dung dịch NaOH trong 7 ngày vận hành).

So với cấu hình điều khiển cũ vốn phụ thuộc vào thao tác nút bấm tại chỗ và thiết bị ghi Data Logger độc lập, cấu hình SCADA mới giúp giảm trên 60% khối lượng dây dẫn nhờ đường truyền bus RS485 hai dây, đồng thời loại bỏ hoàn toàn độ trễ trong việc cập nhật sự cố mức nước và cảnh báo quá tải. Toàn bộ dữ liệu vận hành thời gian thực được biểu diễn sinh động thông qua các đồ thị biến thiên (trend curves) về nồng độ DO, giá trị pH và lưu lượng nước, kết hợp với các bảng thống kê nhật ký vận hành trực quan trên màn hình máy tính chủ. Điều này cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa tin cậy cho việc lập kế hoạch bảo trì định kỳ và hoạch định mở rộng nhà máy trong tương lai.

Đề xuất và khuyến nghị

• Mở rộng đồng bộ hóa PLC cho toàn bộ các tủ điều khiển cục bộ: Ban quản lý vận hành nhà máy cùng đơn vị tích hợp hệ thống cần tiến hành nâng cấp 100% các tủ điện khu vực (như ngăn tách cát GCP, trạm bơm nâng LPP, các cụm sục khí SAP) sang cấu hình PLC có tích hợp cổng truyền thông mạng, loại bỏ hoàn toàn các rơle thời gian cơ học độc lập, hoàn thành trong vòng 6 tháng.
• Tối ưu hóa thuật toán điều khiển sục khí theo nồng độ oxy hòa tan: Đội ngũ kỹ sư tự động hóa cần lập trình bổ sung thuật toán điều khiển vòng kín PID cho 12 máy khuấy sục khí bề mặt công suất 39 kW, tự động điều chỉnh tốc độ khuấy dựa trên tín hiệu phản hồi từ 2 bộ cảm biến DO, hướng tới mục tiêu cắt giảm từ 15% đến 20% tổng điện năng tiêu thụ toàn trạm trong chu kỳ 12 tháng.
• Thiết lập quy trình bảo trì dự đoán dựa trên cơ sở dữ liệu vận hành: Bộ phận bảo dưỡng kỹ thuật cần khai thác tối đa dữ liệu lưu trữ từ phần mềm SCADA trung tâm để theo dõi tổng giờ chạy của máy ép bùn băng tải công suất 200 kg/m/giờ và các bơm định lượng hóa chất, giảm trên 80% nguy cơ dừng máy do sự cố đột xuất trong lộ trình 9 tháng.
• Nâng cấp hạ tầng mạng sang chuẩn Industrial Ethernet/Profinet: Chủ đầu tư nên triển khai tuyến cáp quang công nghiệp thay thế cho các tuyến truyền thông nối tiếp RS485 khi nhà máy nâng công suất lên trên 42.000 m3/ngày đêm, nâng tốc độ truyền thông từ 9,6 kbps lên 100 Mbps trong kế hoạch hiện đại hóa trung hạn từ 18 đến 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư Tự động hóa và Cơ điện công nghiệp (M&E): Nắm vững quy trình thiết kế phần cứng chuyển đổi tín hiệu RS232/RS485, kỹ thuật phân bổ bộ nhớ PLC Siemens S7-200 (CPU 226) và giải pháp lập trình giao diện giám sát SCADA bằng Visual Basic ứng dụng cho các trạm xử lý nước thải quy mô từ 4.000 đến 42.000 m3/ngày đêm.
• Chuyên gia và kỹ sư công nghệ môi trường: Tiếp cận phương pháp tính toán dung tích bể sinh học A/O, cân bằng nhu cầu oxy SOR/AOR, tính toán công suất thiết bị ép bùn băng tải 200 kg/m/giờ và định lượng hóa chất khử mùi theo quy chuẩn môi trường TCVN 5945-1995.
• Ban quản lý dự án và chủ đầu tư hạ tầng khu công nghiệp: Tham khảo giải pháp cải tạo hệ thống điều khiển với chi phí tối ưu, giúp nâng cao mức độ tự động hóa lên mức tập trung mà tiết kiệm hơn 40% chi phí so với việc nhập khẩu trọn gói các hệ thống SCADA thương mại.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu tham khảo có tính ứng dụng cao về cách thức kết nối phần cứng vi mạch (SN75176, MAX232), lập trình truyền thông Freeport và xây dựng đồ án, luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Điều khiển & Tự động hóa.

Câu hỏi thường gặp

Mục tiêu cốt lõi của việc nâng cấp hệ thống điều khiển tại trạm xử lý nước thải là gì?

Mục tiêu chính là chuyển đổi mô hình điều khiển cục bộ, phân tán sang hệ thống tự động hóa tập trung SCADA. Giải pháp này giúp máy tính trung tâm giám sát và điều khiển trực tiếp 23 động cơ chấp hành lớn, đồng thời xử lý lượng nước thải dao động từ 4.000 m3/ngày đêm đến 42.000 m3/ngày đêm một cách liên tục, an toàn và tối ưu năng lượng.

Vì sao PLC Siemens S7-200 CPU 226 được lựa chọn cho dự án này?

PLC S7-200 CPU 226 được lựa chọn nhờ tích hợp sẵn 24 ngõ vào số và 16 ngõ ra rơle, dung lượng bộ nhớ lớn và hỗ trợ 2 cổng truyền thông nối tiếp RS485 chuẩn. Thiết bị có độ bền công nghiệp cao, tốc độ xử lý vòng quét nhanh và đáp ứng xuất sắc các bài toán điều khiển khóa liên động phức tạp trong môi trường xử lý nước thải.

Giải pháp truyền thông giữa máy tính trung tâm và các trạm PLC được thực hiện như thế nào?

Hệ thống sử dụng mạng truyền thông công nghiệp chuẩn RS485 cấu hình master-slave. Tác giả đã tự thiết kế chế tạo card chuyển đổi RS232/RS485 sử dụng vi mạch SN75176 và MAX232 kết nối với máy tính, truyền nhận dữ liệu theo giao thức Freeport với các trạm PLC ở tốc độ 9.600 bps, đảm bảo truyền xa và chống nhiễu vượt trội.

Khâu xử lý bùn thải và khử mùi được tự động hóa và kiểm soát như thế nào?

Hệ thống kiểm soát quá trình ép 7.516 kg bùn khô/ngày bằng máy ép băng tải năng suất 200 kg/m/giờ để đưa độ ẩm về 82%. Đồng thời, hệ thống tự động điều khiển tháp khử mùi lưu lượng 50 m3/phút thông qua việc định lượng chính xác hóa chất NaOH 25% và dung dịch NaClO theo giá trị pH đo được tại đáy tháp.

Nước thải sau xử lý qua hệ thống đạt các chỉ tiêu chất lượng nào?

Nước thải sau quá trình xử lý sinh học A/O, lắng và khử trùng bằng Clo đạt tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 Loại A. Trong đó, chỉ số BOD5 giảm xuống dưới 20 mg/l, COD dưới 50 mg/l, hàm lượng chất rắn lơ lửng SS dưới 50 mg/l và vi khuẩn Coliform giảm từ 10^9 MPN/100ml xuống dưới mức an toàn 5.000 MPN/100ml.

Kết luận

• Đề tài đã hoàn thành tính toán toàn diện dây chuyền công nghệ xử lý nước thải công suất thiết kế 42.000 m3/ngày đêm, đáp ứng nghiêm ngặt tiêu chuẩn xả thải TCVN 5945-1995 Loại A.
• Đã phân tích thực trạng và giải quyết thành công bài toán chuyển đổi hệ thống điều khiển từ mức độ cục bộ sang mô hình tự động hóa tập trung SCADA cho 23 thiết bị chấp hành trọng yếu.
• Tự thiết kế và chế tạo thành công mạch in card chuyển đổi giao tiếp RS232/RS485 sử dụng vi mạch chuyên dụng SN75176 và MAX232 hoạt động ổn định và tin cậy.
• Xây dựng hoàn chỉnh chương trình điều khiển cho PLC Siemens S7-200 CPU 226 cùng giao diện giám sát tiếng Việt trực quan trên máy tính bằng ngôn ngữ Visual Basic.
• Tối ưu hóa hiệu quả vận hành các cụm công nghệ lắng, sinh học A/O, hệ thống ép 7.516 kg bùn khô/ngày và tháp xử lý mùi hóa chất công suất 50 m3/phút.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là cung cấp một giải pháp tự động hóa tích hợp có tính ứng dụng thực tiễn cao, chi phí thấp, hoàn toàn làm chủ về mặt công nghệ phần cứng lẫn phần mềm cho các trạm xử lý nước thải tại Việt Nam. Trong lộ trình 12 đến 24 tháng tới, hệ thống có thể dễ dàng mở rộng tích hợp mạng truyền thông Ethernet công nghiệp và áp dụng các giải pháp điều khiển thích nghi thông minh. Các kỹ sư vận hành và nhà quản lý môi trường hãy nghiên cứu và ứng dụng ngay mô hình này để nâng cao hiệu quả vận hành cho nhà máy của mình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: Tng quan công ngh và tính toán cơ bn ca nhà máy x lý nưc thi. Chương II: Trang b h thng in nhà máy. Chương III: Mô hình iu khin, thit b o lưng trong nhà máy. Chương IV: Xây dng h thng phn mm giám sát và iu khin ti trung tâm.

Trong lun văn này em ã thit k ch to b chuyn i RS232/485  phc v ghép ni truyn thông, thit b iu khin lôgíc S7- 200, xây dng giao din trên Trang s: 6 máy tính bng môi trưng Visual Basic, lp trình cho PLC bng phn mm Simantic V3. Trong thi gian nghiên cu, em ã nhn ưc s giúp , ch bo tn tình ca TS. Lê Xuân Rao và các thy cô giáo b môn t ng hoá, iu khin t ng, em ã tip thu thêm nhiu kin thc mi và hoàn thin bn lun văn này. Em xin chân thành cm ơn s ch bo, giúp  vô cùng quý báu ó.

Do trình kin thc bn thân còn hn ch, thi gian nghiên cu hn hp và khi lưng công vic là rt ln nên vic hoàn thành lun văn còn nhiu thiu xót và hn ch, em rt mong nhn ưc s ch bo, nhng ý kin óng góp ca các thy cô và các bn ng nghip  kt qu nghiên cu ca em tin gn hơn ti ích hoàn thin. Hà N i ngày 16 tháng 11 năm 2008 Hc viên: gô Văn Tnh Trang s: 7 CHƯƠG 1: TG QUA CÔG GH VÀ TÍH TOÁ CƠ B CA HÀ MÁY X LÝ ƯC THI. GII THIU CHUG V HÀ MÁY X LÝ ƯC THI 1. Gii thiu chung N hà máy x lý nưc thi ưc thit k  x lý lưu lưng nưc thi 38,000m3/ngày êm, lưu lưng này chưa tính n hiu ng thm.

Sau khi hoàn thành xây dng và  giai on u, tng lưu lưng nưc thi thc t ưc ưa vào x lý s vào khong 4,000m3/ngày êm. Con s này ã ưc tính ti trong quá trình thit k xây dng, vn hành và h thng iu khin nhm m bo N hà máy s vn hành có hiu qu vi lưu lưng x lý thp, ng thi m bo không có phn nào trong toàn b nhà máy không ưc s dng trong mt thi gian quá dài hay b xung cp cht lưng trong quá trình s dng. N hà máy x lý nưc thi ưc thit k  x lý nưc thi t khu vc D án, nưc sau x lý t tiêu chuNn x thi loi A ( Tiêu chuNn Vit N am TCVN 5945- 1995) như phn dưi ây: N gun nưc thi n: N ưc thi t khu vc Bc Thăng Long N ưc thi ch yu là nưc thi sinh hot, mt phn là nưc thi công nghip. Công sut x lý ca nhà máy: Lưu lưng nưc thi: 38,000m3/ngày êm (không bao gm nưc do hiu ng thm).

Lưu lưng ngày: 42,000m3/ngày êm (bao gm 4,000m3/ngày êm do hiu ng thm) H s gi cao im: 2-2.1:Cht lưng nưc vào và ra Thông s ơn v Dòng vào Dòng ra N hit  - <40 - Trang s: 8 Ph - 6-9 6-9 BOD5 mg/1 <240 20 SS mg/1 <200 50 COD mg/1 <350 50 N itơ mg/1 <40 30 Pht pho mg/1 <5 4 6 9 Coliform N o/100ml 10 -10 5000 Ghi chú a. Cht lưng nưc dòng ra sau x lý tha mãn Tiêu chuNn TCVN 5495-1995: Tiêu chuNn thi loi A. Các tiêu chí cht lưng nưc thi u vào ưc nêu trong Tiêu chuNn TCVN 5495-1995 nhưng không  cp n trong Tài liu này ưc gi thit là bng hoc thp hơn mc yêu cu. Mô t quy trình công ngh chính Công trình tip nhn nưc thi: N găn tách cn, tách rác và bơm nâng Công trình x lý nưc thi: Quy trình bùn hot tính gm lng sơ cp, b phn ng sinh hc (K khi/hiu khí), lng cui, kh trùng (Ghi chú: Vi quy trình công ngh này, s dng t “B phn ng sinh hc” phù hp hơn là “B hiu khí”.

Trong tài liu này, khái nim “B phn ng sinh hc” ưc s dng thay th cho khái nim “B hiu khí”). Công trình x lý bùn: N én bùn cơ khí và tách nưc (kt hp trong mt thit b) 1. guyên tc thit k • Hai dòng x lý nưc thi chính (Khu vc phía Bc và khu phía N am) • Sáu dòng x lý con  gii quyt tình trng bin ng lưu lưng dòng nươc thi n • Quy trình K khí/Hiu khí kt hp  ngăn nga hin tưng ni bùn bt và x lý pht pho Trang s: 9 • Tái s dng mt phn nưc thi ã qua x lý  dùng làm nưc công ngh • B trí h thng kh mùi 1. Khái quát v các tiêu chun thit k và máy móc thit b chính 1.

Công trình tip nhn dòng nưc thi vào (N găn tách cn, H thng bơm nâng) Ti lưng b mt ca nưc; 1,800m3/ngày êm (tính cho lưu lưng gi ln nht) S lưng ngăn tách cn:3) 1. Công trình x lý nưc thi (H thng x lý nưc thi, H thng kh trùng) Ti lưng b mt ca nưc ti B lng sơ cp: 50m/ngày êm (tính cho lưu lưng ngày) Thi gian lưu thu thc ti B phn ng sinh hc (B hiu khí): 8h (khu K khí 1.5h + Khu hiu khí 6.5h) Ti lưng b mt ca nưc ti B lng cui: 25m/ngày êm S dòng x lý: 6 Thi gian lưu thu ti B kh trùng: 15 phút S lưng dòng x lý: 2 Ghi chú: Tt c các ti lưng này ưc tính toán căn c trên lưu lưng ngày S lưng B kh trùng: 1 1. Công trình x lý bùn (H thng x lý bùn, H thng cha bùn) N én bùn và tách nưc: Tách nưc s dng máy ép bùn băng ti (kt hp vi nén bùn) Ti trng rn: 200kg bùn khô/m/h Trang s: 10 Khu cha bùn: bùn sau khi tách nưc ưc cha trong sân cha bùn Yêu cu vn hành: 24h/ngày (làm vic liên tc) S lưng Thit b tách nưc bùn/nén bùn: 2 b (trong ó 1 b là d phòng) 1. H thng cp nưc (H thng cp nưc) Công sut ca h thng cp nưc: 15m3/ngày  dùng cho 33 ngưi/ngày S lưng ging khai thác nưc ngm: 1 Quy trình x lý: lc nhanh vi lp vt liu bc là cát mangan 1.

H thng kh mùi (Thit b kh mùi) Công sut h thng kh mùi: 50m3/phút S lưng Tháp x lý mùi dùng hoá cht: 1 1. Mô t các công trình x lý 1. Công trình tip nhn dòng nưc thi vào (N găn tách cn, H thng bơm nâng) Công trình tip nhn dòng nưc thi vào gm ba ngăn tách cn, ba song chc rác thô và ba song chn rác tinh. Rác kích thưc ln ưc loi b bng song chn rác th công.

Cn lng ng trong các h thu s ưc ưa ra ngoài bng các bơm cát và ưc phân tách ti máy tách cn. Rác nh ưc loi b bng song chn rác có b cào rác và chuyn rác bng băng ti t ng. Rác và cn ưc cha trong các thùng cha và ưc ưa lên xe ti thu gom bng h thng cu palăng. Có tng cng bn bơm nâng (bơm chuyn bc) trong tách cn.

Hai bơm có ng cơ có th thay i tc  và hai bơm còn li có ng cơ không thay i tc . Vic kt hp s lưng bơm làm vic và iu chnh tc d các bơm có ng cơ Trang s: 11 có tc  thay i s m bo quy trình vn hành linh hot nhm duy trì mc nưc ti thích hp ti tách ngăn cn. Công trình x lý nưc thi (H thng x lý nưc thi, H thng kh trùng) Căn c vào yêu cu v cht lưng nưc sau x lý và quy trình công ngh la chn, mc ích chính ca dây chuyn là x lý BOD5, SS và COD. Các ch tiêu N itơ (30mg/l) và Pht pho (4mg/l) ti dòng sau x lý t ưc nh quá trình bùn dư ưc ưc hút ra t dây chuyn x lý nưc thi, vì trong bùn dư có cha mt t l phn trăm nht nh hai ch tiêu này (N itơ: xp x 5%, Pht pho: xp x 1%).

Quy trình công ngh bùn hot tính thông thưng hoàn toàn áp ng ưc mc tiêu x lý trên.  tăng cưng kh năng lng ca bùn (hay nói cách khác là ngăn nga hin tưng bùn ni bt) trong b lng cui, trong nhà máy áp dng công ngh A/O. Khu vc u tiên ca b x lý sinh hc là khu k khí nhm hn ch s phát trin ca các vi khuNn dng si. Ba khu tip theo là ba khu hiu khí s oxi hoá các hp cht hu cơ.

Ch tiêu COD dòng ra (50mg/l) s t ưc vi gi thit là phn ln các cht COD u có kh năng phân hu sinh hc. Thông tin v dòng nưc thi vào không có t l hoà trn gia nưc thi sinh hot và nưc thi công nghip và yêu cu công ngh áp dng là quy trình bùn hot tính thông thưng. Vic la chn công ngh x lý COD t nưc thi công nghip căn c vào ti lưng cht ô nhim thc t và thành phn cht ô nhim hoá hc có trong nưc thi. Công ngh x lý các cht hoá hc không có kh năng phân hu sinh hc có trong nưc thi công nghip không ưc tính n tron Thit k ca N hà máy x lý này.

Trang s: 12 Vic kim tra ch tiêu BOD5 ưc tin hành có b sung cht c ch quá trình nitơ hoá (CBOD5). ây là phương pháp thông thưng  kim tra cht lưng dòng nưc sau x lý ti M (Các phương pháp tiêu chuNn kim tra nưc và nưc thi; APHA 1995), ti Châu Âu (EU water directive;91/271/EEC) và ti N ht Bn. Phương pháp này ưc s dng nhm hn ch nh hưng ca nitơ hoá lên kt qu phân tích BOD, vì quá trình này có th làm tăng gp ôi (hoc hơn na) giá tr BOD5 do các cht ô nhim hu cơ còn li trong dòng ra sau x lý. Hiu qu x lý pht pho ưc tăng lên bng cách b sung thêm hóa cht x lý (FeC13) vào nưc thi.

H thng x lý nưc thi gm hai dòng chính và mi dòng này li ưc chia làm ba dòng nh. N hư vy, có tng cng là 6 dòng x lý nưc (có 6 b lng sơ cp, 6 b phn ng sinh hc và 6 b lng cui) Lưu lưng nưc thi vào nhà máy  giai on u là 4,000m3/ngày êm, lưu lưng này có th x lý vi mt ơn nguyên dòng (công sut x lý ca mt ơn nguyên dòng là xp x 6,300m3/ngày êm) và sáu ơn nguyên dòng x lý hoàn toàn có th áp ng ưc s bin ng v lưu lưng ca dòng nưc thi vào nhà máy.