P a g e 1 | 58 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CÔNG NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Văn Nguyên 1711020034 17DDCA1 Lê Nguyên Tùng 1711020515 17DDCA1 Lượng Long Kỳ 1711020133 17DDCA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 P a g e 2 | 58 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 LỜI CẢM ƠN 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4 1 1GI.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
GIỚI THIẾU VỀ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.1.1 Hệ thống xứ lý nước thải
Hệ thống xử lý nước thải là một tập hợp các thiết bị công nghệ chuyên biệt, được thiết kế để xử lý và làm sạch nước thải, đảm bảo đạt tiêu chuẩn của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường Việt Nam trước khi thải ra môi trường.
Một hệ thống xứ lý nước thải đạt yêu cầu đánh giá bới 4 yếu tố chính:
Hệ thống xử lý nước thải đảm bảo được tiêu chuẩn của bộ tài nguyên và môi trường
Tiết kiệm chi phí thiết kế thi công , dễ vận hành thao tác
Thuận lợi cho việc sửa chữa, bảo trì định kỳ hàng năm
Có thể nâng cấp hệ thống dễ dàng ( nếu có thay đổi về tiêu chuẩn nước thải & thay đổi về mặt hàng sản phẩm của Công Ty)
Cấu tạo của một hệ thống nước thải đơn giản hay phức tạp phụ thuộc vào nhiều yêu tố như:
Hệ thống nước thải dân sinh hay nước thải công nghiệp, bệnh viện.v.v
Hệ thống nước thải nguồn vào tính bazo hay axit
Tiêu chuẩn nước thải tại mỗi vùng miền, quốc gia
Nhưng nhìn chung một hệ thống sử lý nước thải sẽ gồm 5 phần chính:
Hệ thống tủ điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống Tủ điều khiển được chia thành hai dạng chính: tủ điều khiển tự động, sử dụng lập trình PLC để tự động hóa quá trình đóng ngắt mạch khi các thông số như áp lực bơm, chỉ số pH và chỉ số CI đạt giá trị cho phép; và tủ điều khiển thủ công, nơi người vận hành trực tiếp điều khiển các quá trình thông qua công tắc On/Off trên tủ.
Công đoạn xử lý thô: bao gồm việc tách phần rác thô, dầu mỡ, cát lắng đọng
Công đoạn hóa học (Chemical Feed ): có tác dụng trung hòa ( PH ~ 7 ) tạo thành dạng muối nắng đọng
Sử lý vi sinh ( Ffiltration ): công đoạn này dựa vào các vi sinh trong điều kiện thiếu khí để loại bỏ các thành phần ô nhiễm hữu cơ
Lọc nước: Lọc lượng chất rắn còn sót lại tại 3 công đoạn trên trên Mức độ lọc phù thuộc qui định nước xả thải ra môi trường
1.1.3 Những lợi ích của hệ thống xử lý nước thải với môi trường
Nguồn nước Cùng tìm hiểu 7 lợi ích hệ thống nước thải đối với môi trường nước
Oxi sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD) là chỉ số đo lường lượng oxy tối thiểu cần thiết để vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành các dạng nhỏ hơn Chỉ số BOD được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải.
Nitrates và phosphates là những yếu tố quan trọng thúc đẩy sự phát triển của tảo, cỏ dại và sinh vật phù du Sự gia tăng quá mức của các thành phần này có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy trong nước, gây ra hiện tượng chết chóc cho các sinh vật sống trong khu vực.
Nước thải chứa nhiều hóa chất độc hại như Diethylstilbestrol, Dioxin, PCB và DDT, có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng đến sức khỏe con người nếu không được xử lý đúng cách.
Vi sinh gây bệnh (Pathogens): Tiêu diệt các tác nhân vi sinh gây bệnh trước khi nước thải ra môi trường
Chất rắn hòa tan (dissolved solids) là những thành phần bao gồm anion, cation, kim loại, khoáng chất và muối có mặt trong nước thải Những chất này có thể gây hại nghiêm trọng cho nguồn nước và ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của cây trồng.
Chất rắn lơ lửng trong nước có thể làm giảm lượng oxy hòa tan, dẫn đến nguy cơ chết chóc cho các vi sinh vật trong hệ sinh thái Sự hiện diện của chúng không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường sống của nhiều loài sinh vật.
Metals là chất rắn khó tan thường thấy trong hệ nước thải công nghiệp ( tiện, phay, CNC ) Ảnh hưởng độc hại với môi trường và sức khỏe con người
1.1.4 Các quá trình chuyển đổi trong hệ thống xứ lý nước thải
8 quá trình thường gặp cho 1 hệ thống xử lý nước thải bao gồm:
Trầm LắngXử lý vi sinh kị khí
Xử lý vi sinh hiếu khí
1.1.5 Các phương pháp chính trong xứ lý nước thải
Xử lý nước bằng phương pháp cơ học
Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học (vật lý) là một giải pháp hiệu quả, giúp loại bỏ khoảng 60% các tạp chất không tan và có khả năng phân hủy khoảng 20% BOD (chất hữu cơ độc hại) Phương pháp này có cấu tạo đơn giản, dễ dàng áp dụng trong các hệ thống xử lý nước thải.
Song chắn rác lọc các thành phần rác có kích thước to trong nước thải
Lưới lọc tinh giúp lọc bỏ 60% lượng vật chất lơ lửng trong nước
Bể điều hòa ổn đinh lưu lượng
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý
Phương pháp trung hòa nhằm đưa chỉ số PH về khoảng 6.5 ~8
Phương pháp trao đổi ion Tách muối của các ion kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb,
Hg, Cd, Mn Phương pháp này được sử dụng phổ biến hiện này, đem lại hiệu quả lớn trong việc làm sạch nước thải
Phương pháp keo tụ tạo bông Nhằm tách các hạt cặn có kích thước 0,001 m mà phương pháp cơ học khó thực hiện
Phương pháp công nghệ thẩm thấu sử dụng các công nghệ điện tích, thấm ngược và màng siêu lọc để tối đa hóa khả năng loại bỏ các chất bẩn độc hại có trong nước thải.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Phương pháp vi sinh áp dụng khả năng phân hủy các chất hữu cơ độc hại nhờ vi sinh vật trong điều kiện kị khí và hiếu khí
Có 2 dạng vi sinh thường gặp:
Vi sinh tự nhiên trong các ao hồ, cánh đông quá trình này xảy ra chậm, tốt cho môi trường
Vi sinh nuôi cấy áp dụng cho các công trình sử lý nước thải dân sinh, công nghiệp
Vi sinh được nuối cấy phát triển và phân hủy các chất hữu cơ độc lại
1.1.6 Các quy chuẩn đánh giá độ ô nhiễm của nguồn nước
Có 2 quy chuẩn đối với nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt sau đây:
QCVN 14-2008/BTNMT: Quy chuẩn áp dụng cho nước thải sinh hoạt
QCVN 40-2011/BTNMT: Quy chuẩn áp dụng cho nước thải công nghiệp
Ngoài ra còn có 21 tiêu chuẩn về xử lý nước thải của BTNMT
1.1.7 Ứng dụng SCADA vào hệ thống xứ lý nước thải
SCADA, viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition, là hệ thống điều khiển và giám sát dữ liệu tiên tiến Nó kết hợp công nghệ thông tin và tự động hóa, cho phép các thiết bị tự động hóa giao tiếp và tham gia vào mạng truyền thông công nghiệp Hệ thống SCADA không chỉ cung cấp khả năng điều khiển mà còn đảm bảo giám sát hiệu quả trong các quy trình công nghiệp.
Một hệ thống SCADA bao gồm một hay nhiều máy tính, dùng kèm với một phần mềm ứng dụng thích hợp có thành phần cấu trúc cơ bản gồm:
Thiết bị Đầu Cuối Từ Xa (RTU) là thiết bị quan trọng trong việc xử lý và điều khiển hệ thống theo thời gian thực RTU được triển khai tại nhiều vị trí khác nhau để thu thập dữ liệu, thực hiện điều khiển từ xa và tự động điều chỉnh hệ thống, đồng thời gửi báo cáo định kỳ về máy tính chủ.
Master Terminal Unit (MTU) là trung tâm điều phối, thực hiện xử lý dữ liệu và điều khiển ở mức cao trong thời gian thực Một trong những chức năng quan trọng của MTU là cung cấp giao diện giữa con người và hệ thống, giúp người quan sát theo dõi và tương tác hiệu quả.
Hệ thống truyền thông (CS) là kênh liên kết quan trọng để truyền dữ liệu từ các địa điểm xa đến MTU, đồng thời gửi tín hiệu điều khiển đến RTU.
Trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, hệ thống SCADA đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường, điều khiển và giám sát các quy trình Một ví dụ điển hình về ứng dụng SCADA trong xử lý nước thải là khả năng theo dõi và quản lý hiệu quả các thông số chất lượng nước.
Từ vị trí trung tâm SCADA, người dùng có thể giám sát các thiết bị đầu cuối như RTU và PLC từ xa Các RTU đo lường nhiều thông số như nhiệt độ, dòng điện, điện áp và mức tăng trong thời gian thực Kết quả được thu thập từ các cảm biến tích hợp bên trong RTU, bao gồm cảm biến nhiệt độ, lưu lượng, áp suất và cấp độ Dữ liệu này được truyền trở lại các đơn vị qua các kênh truyền thông, sau đó báo cáo về trung tâm CPU để thực hiện các chức năng kiểm soát và phân tích cần thiết.
1.1.8 Hệ thống xứ lý nước thải
Khảo sát và đánh giá hệ thống
Hiện nay công nghệ xử nước thải công nghiệp trên thế giới ngày càng tiên tiến và hiện đại Càng ngày càng có
TỔNG QUAN TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP
Quy mô nhà máy
2.1.1 Đặt vấn đề tính toán
Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia được thiết kế và tính toán với công suất 2000 m³/ngày đêm, áp dụng phương pháp sinh học Nước thải đầu vào được xử lý đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5945-1995, như trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Thành phần và tiêu chuẩn xả nước thải sản xuất bia ra ngoài nguồn nước
TT Chỉ tiêu Nước thải trước xử lý
2 Hàm lượng cặn lơ lửng, mg/l 300 100
Lưu lượng trung bình ngày đêm: Qtb = 2000 m 3 /ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: h
Lưu lượng trung bình giây: s
2.1.3 Tính toán song chăn rác
Chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng chiều cao lớp nước của cống dẫn nước thải : h1 = 0,2 m
Số khe hở ở song chắn rác được tính:
Trong đó k0 = 1.05 - hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy, cào rác bằng cơ giới n: số khe hở
Q max s : lưu lượng giây lớn nhất của nước thải
V: tốc độ nước chảy qua song chắn rác (0,4-0,8 m/s); chọn v = 0,65 m/s b = 0,02 khoảng cách giữa các khe hở của song chắn
Vậy chiều rộng mỗi song chắn rác là:
Bs = S.(n1 +1) + b.n1 = 0,008.(9+1) + 0,02 9 = 0,26 (m) S: chiều dày thanh song chắn = 0,008m
Để ngăn ngừa lắng cặn tại vị trí mở rộng của mương trước song chắn, cần kiểm tra vận tốc dòng chảy với lưu lượng nước thải nhỏ nhất Vận tốc dòng chảy phải lớn hơn 0,4 m/s.
Tổn thất áp lực qua song chắn rác: mm mm g m
Chiều cao tổng cộng của song chắn rác:
Bể lắng ngang được thiết kế nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ không hòa tan như cát, sỏi, xỉ và các vật liệu rắn khác có trọng lượng riêng lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân hủy trong nước thải.
Bể lắng ngang được thiết sao cho vận tốc chuyển động ngang của dòng chảy là 0,15 m/s
< v < 0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể là 30’ < t < 60’ (điều 6.3 20 TCN 51-84)
Chiều dài của bể lắng cát ngang được tính theo công thức: m
H -Chiều sâu tính toán của bể lắng cát Chọn H= 0,5 (m) (tiêu chuẩn 0,5 – 1,2 m)
U0 - Độ thô thủy lực của hạt cát (mm/s)
Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đường kính lớn hơn 0,2 mm Theo bảng 24-20 TCN 561-84 ta có U0 = 18,7 mm/s
K - Hệ số lấy theo bảng 24-20 TCXD 51-84, với bể lắng cát ngang K = 1,7 v- Vận tốc dòng chảy trong bể Chọn v = 0,15 m/s
Diện tích ướt của phần lắng: max 0 , 153 2
2.1.5 Tính toán bể trung hòa
Lưu lượng và chất lượng nước thải từ cống thu gom đến trạm xử lý nước thải, đặc biệt là đối với nước thải công nghiệp, thường xuyên biến động theo thời gian trong ngày Khi hệ số không điều hòa k ≥ 1,4, việc xây dựng bể điều hòa là cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định cho công trình xử lý và tối ưu hóa giá trị kinh tế.
Có hai loại bể điều hòa: bể điều hòa lưu lượng và chất lượng và bể điều hòa chất lượng Mục đích xây dựng bể điều hòa:
Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình sản xuất thải ra không đều
Tiết kiệm hóa chất để trung hòa nước thải
Giữ ổn định lưu lượng nước đi vào các công trình xử lý tiếp theo
Hàm lượng BOD, COD, SS sau bể điều hòa đạt:
SS = 85% x 300 = 255 mg/l Tính toán bể điều hoà:
Chọn thời gian lưu nước thải trong bể là 4 giờ
Thể tích bể điều hoà:
W dh tb h Thể tích thực tế của bể điều hoà: Wth = 1,2 Wdh = 1,2 333,32 = 400 m 3
Chọn chiều sâu mực nước là Hdh = 4 Diện tích của bể điều hoà:
Chiều cao xây dựng của bể điều hoà: Hxd = Hdh + Hbv = 4 + 0,5 = 4,5m
Xây bể điều hoà hình chữ nhật có kích thước là : m m m H
L dh dh xd 12 8 4,5 Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hoà (bằng khí nén)
Lượng không khí cần thiết: h m a
Với a = 3,74m 3 khí/m 3 nước thải là lưu lượng không khí cấp cho bể điều hoà
Chọn hệ thống ống cấp khí bằng thép có đục lỗ, có 4 ống đặt dọc theo chiều dài của bể điều hoà, mỗi ống cách nhau 2m
Lưu lượng khí trong mỗi ống: h v m q L ong khi ong 31,165 /
Trong đó v ong là vận tốc khí trong ống, v ong = 10 – 15 m/s Chọn v ong m/s Đường kính ống dẫn khí:
Chọn ống 30 mm Đường kính các lỗ 2 – 5 mm, chọn dlỗ = 4mm và vận tốc khí qua lỗ chọn vlỗ = 15m/s (vlỗ thay đổi từ 5 – 10 m/s) h d m q lo v lo lo 0,1884 /
Số lỗ trên mỗi ống:
Số lỗ trên 1m chiều dài ống:
2.1.6 Tính toán bơm dùng trong bể điều hòa
Tại bể điều hòa có đặt bơm chìm để bơm nước thải qua bể lắng , do đó ta phải tính công suất của bơm đặt tại đây
Cột áp toàn phần của bơm: H = 4,5m + 0,3m = 4,8m
Lưu lượng bơm: Q = 2000 m 3 /ngày.đêm
Công suất của máy bơm:
Công suất thực tế của máy bơm:
Ta chọn 2 bơm, một bơm làm việc và một bơm dự trữ Công suất của mỗi bơm là: 2 (kW)
Tải trong hữu cơ thích hợp trên các thiết bị UASB xử lý nước thải công nghiệp khoảng từ
Xử lý kỵ khí có khả năng giảm thiểu chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học trong nước thải công nghiệp với hiệu quả xử lý COD đạt từ 43% đến 78% Mức COD thải ra dao động từ 8 đến 15 kg COD/m³/ngày, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của phương pháp này trong nhiều loại hình sản xuất.
Nồng độ nước thải, mgCOD/l
Tỷ lệ COD không tan, %
Tải trọng thể tích ở 30 o C, kg COD/m 3 ngày
Bảng 2.2 trình bày các thông số thiết kế cho bể UASB, bao gồm tải trọng thể tích hữu cơ của bùn hạt và bùn bông dưới các hàm lượng COD khác nhau và tỷ lệ chất không tan khác nhau.
Hàm lượng COD vào bể UASB
= 80% x 1520 = 1216 mg/l Hàm lượng BOD vào bể UASB
= 80% x 1140 = 912 mg/l Diện tích bề mặt phần lắng
Thể tích ngăn phản ứng bể UASB
Chọn 8 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên có chiều dài là n m
Chiều cao phần phản ứng
Chọn chiều cao phểu thu khí là h =1,5m
Chiều cao bảo vệ h bv =0,5m
Chiều cao tổng cộng bể UASB là:
Chọn tại mỗi bể gồm 2 phễu thu khí Mỗi phễu có chiều cao 1,5 m Đáy phễu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên: l = W = 4,56 m và chiều rộng w = 1,9 m
Vậy phần diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí là
A: Diện tích bề mặt bể
Akh: Diện tích khe hở giữa các phễu thu khí
Ap: Diện tích đáy phễu thu khí
Giá trị này nằm trong khoảng: A
Giả sử mỗi đơn nguyên có 8 ống phân phối khí vào, diện tích trung bình cho một đầu phân phối:
Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%)
Css: Hàm lượng bùn trong bể, Kg/m 3
Vr: Thể tích ngăn phản ứng m 3
TS: Hàm lượng chất rắn cho bùn nuôi cấy ban đầu
Hàm lượng COD của nước thải sau khi xử lí kỵ khí l mgCOD COD
Hàm lượng BOD 5 của nước thải sau khi xử lý kỵ khí: l mgBOD BOD
Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày
ngay gCOD ngay m m g ngay kg kgCOD kgVS
c : Thời gian lưu bùn, chọn c = 10 ngày
Q : Lưu lượng trung bình ngày, Q = 2000 m 3 /ngàyđêm
Y : Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0.5mgVSS/mgBOD5
La : BOD5 của nước thải dẫn vào Aerotank, La = 197 mg/L
Lt : BOD5 hòa tan của nước thải ra khỏi Aerotank, Lt = 12.62mg/L
X : Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank, MLVSS = 3000mg/L
Kd : Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0.05 ngày -1
Thể tích khí mêtan sinh ra mỗi ngày
VCH4: Thể tích khí metan sinh ra ở đktc (t = 0 0 C, p = 1 atm)
Q: Lưu lượng bùn vào bể kị khí, m 3 /ngày
Px: Sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, kgVS/ngày
350,84: Hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí metan sản sinh từ 1 kg BOD L chuyển hoàn toàn thành khí metan và CO2, litCH 4 /kgBOD L
Lượng bùn bơm ra mỗi ngày ngay m m KgSS kgSS kgVS ngay kgVS C
Lượng chất rắn từ bùn dư ngay kgSS m kgSS ngay m C
2.1.8 Tính kích thước bể Aerotank
Xác định BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra tính theo công thức:
BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra
Lượng cặn có thể phân hủy sinh học:
0,65 × 70 = 45,5mg/L BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của lước thải sau lắng II:
45,5 × (1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào) = 64,6mg/L BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau lắng II:
BOD5 = BODL × 0,68 = 64,6 × 0,68 = 43,9mg/l BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng II:
50 = S + 43,9 Vậy S = 6,1mg/L Hiệu quả xử lí tính theo BOD5 hòa tan:
% Với S0 là hàm lượng BOD5 ở đầu vào bể Aerotank
Hiệu quả xử lí BOD5 của bể aerotank:
Tính thể tích của bể
Thề tích bể Aerotank tính theo hai công thức sau:
Y: hệ số sản lượng tế bào;
S0: BOD5 của nước thải vào aerotank;
S: nồng độ BOD5 sau lắng II;
X: hàm lượng tế bào chất trong bể;
Kđ: hệ số phân hủy nội bào
Thay vào phương trình trên ta xác định được thể tích bể aerotank:
Chọn thể tích của bể là: 670,9m 3
Thời gian lưu nước trong bể là:
Chọn chiều cao hữu ích của bể là hhi = 4m, chiều cao bảo vệ là hbv = 0,5m vậy chiều cao tổng cộng của bể là:
Chọn chiều rộng của bể là 7m
Vậy chiều dài của bể:
Vậy kích thước bể Aerotank được xác định: L × B × H = 21m × 7m × 4,5m
2.1.9 Tính toán máy nén khí
Lượng khí cần cấp cho bể là : Lkhí = 311,65m 3 /h = 0,087m 3 /s Áp lực cần thiết cho hệ thống ống khí nén:
Hd = hd + hc + hf + H, trong đó hd và hc đại diện cho tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh, với tổng hd + hc không vượt quá 0,4m hf là tổn thất qua hệ thống phân phối khí, không vượt quá 0,5m H là độ ngập sâu của ống phân phối khí, được xác định bằng chiều cao hữu ích của bể điều hòa.
Vậy áp lực cần thiết :
Hd = 0,4m + 0,5m + 4m = 4,9m Áp lực không khí sẽ bằng:
Công suất máy nén khí được tính theo công thức:
2.1.10 Tính toán kích thước bể lắng bể lắng
Bể lắng có vai trò quan trọng trong việc giữ lại bùn hoạt tính đã qua xử lý từ bể Aerotank, cũng như loại bỏ màng vi sinh đã chết và các phần nhỏ không hòa tan, không lắng được trong bể lắng đợt một.
Bảng 2.3 Các thông số thiết kế bể lắng
Tải trọng bề mặt (m 3 /m2.ngày)
Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất
Chọn tải trọng thích hợp cho loại bùn hoạt tính này là 30m 3 /m 2 ngày và tải trọng chất rắn là 6kg/m 2 h
Diện tích mặt thoáng của bể lắng trên mặt bằng ứng với lưu lượng trung bình:
Trong đó: Q ngaydem TB Lưu lượng trung bình ngày đêm, m 3 /ngàydem
L1 = Tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình, lấy theo bảng L1 = 30m 3 /m 2 ngày
Diện tích mặt thoáng của bể trên mặt bằng ứng với tải trọng chất rắn lớn nhất tính theo công thức:
Qh: lưu lượng trung bình giờ 83,33m 3 /h
Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn trung bình giờ,
Ls : tải trọng chất rắn trung binh, Ls = 5 Kg/m 3 h
Do Fs > F1, vậy diện tích bề mặt tải trọng chất rắn là diện tích tính toán Đường kính bể lắng: n m
n: số bể lắng đợt II công tác, chọn n = 2 Đường kính ống trung tâm: d = 20% × D = 20% × 8,56 = 1,7m
Chiều sâu hữu ích của bể lắng được chọn là 4 m, với chiều cao lớp bùn lắng là 1,2 m và chiều cao bảo vệ là 0,3 m Do đó, chiều cao tổng cộng của bể lắng II sẽ được tính toán dựa trên các thông số này.
Htc = hL + hb + hbv = 4+1,2 + 0,3 =5,5m Chiều cao ống trung tâm: h = 60%hL= 0,6 × 4 =2,4m Thể tích của bể lắng được tính theo công thức:
W = F×H = 125 × 4 = 500m 3 H: chiều cao công tác của bể lắng II
Chọn 3 bể trong đó có 2 bể công tác, một bể dùng để dự phòng
Kiểm tra lại thời gian lưu nước tại bể lắng:
Thể tích phần chứa bùn:
Thời gian lưu giữ bùn trong bể: h h ngay ngay m h m m Q
Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn
Qw: lưu lượng bùn dư cần xử lí
Tải trọng máng tràn: ngay m ngay m m D
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép < 500m 3 /m.ngay
2.1.11 Tính toán công suất bơm bể lắng
Bùn hoạt tính thu được từ bể lắng có độ ẩm cao, dao động từ 99,4% đến 99,7% Một phần lớn loại bùn này được đưa trở lại bể Aerotank, được gọi là bùn hoạt tính tuần hoàn, trong khi phần bùn còn lại được xử lý riêng.
Bùn hoạt tính dư được dẫn vào bể nén bùn, trong khi tại bể lắng, hai bơm được lắp đặt để bơm bùn về bể Aerotank và bể nén bùn.
Công suất của mỗi bơm:
Q:lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm, m 3 /ngàyđêm
H:áp suất toàn phần của bơm, mH2O
: khối lượng riêng của chất lỏng
Khối lượng riêng của bùn là 1006kg/m 3 g: gia tốc trọng trường, g ≈ 9,81m/s 2
Cột áp toàn phần của máy bơm bơm bùn tuần hoàn về bể Aerotank:
H = 5,5m + 1,5m = 7m Công suất của máy bơm bùn tuần hoàn: g Kw
Công suất thực tế của bơm:
N1 = 2 × 0,02 = 0,04Kw Cột áp toàn phần của máy bơm để bơm bùn tới bể nén bùn:
H = 1,5m + 4,5m = 6m Công suất của máy bơm bùn về bể nén bùn: g Kw
Công suất thực tế của bơm:
2.1.12 Tính toán lượng bùn sinh ra
Giả sử hiệu suất xử lý cặn lơ lửng đạt 60% ở tải trọng
35 m 3 / m ngày 2 Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày ngày g KgSS ngày Kg m m gSS
Giả sử bùn tươi của nước thải nhà máy bia có hàm lượng cặn 5% (tức là có độ ẩm 95%)
Tỉ số VSS:TSS = 0,75 và khối lượng riêng bùn tươi là 1,053kg/lít
Vậy lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là ngay m l ngày Kg ngay
Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học ngay KgVSS
2.1.13 Tính toán bơm hút bùn
Bùn hoạt tính từ bể lắng có độ ẩm cao từ 99,4% đến 99,7% Phần lớn bùn này được dẫn trở lại bể Aerotank, gọi là bùn hoạt tính tuần hoàn, trong khi phần còn lại, được gọi là bùn hoạt tính dư, được chuyển đến bể nén bùn Tại bể lắng, hai bơm được lắp đặt để bơm bùn về bể Aerotank và bể nén bùn.
Công suất của mỗi bơm:
Q:lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm, m 3 /ngàyđêm
H:áp suất toàn phần của bơm, mH2O
: khối lượng riêng của chất lỏng
Khối lượng riêng của bùn là 1006kg/m 3 g: gia tốc trọng trường, g ≈ 9,81m/s 2
Cột áp toàn phần của máy bơm bơm bùn tuần hoàn về bể Aerotank:
Công suất của máy bơm bùn tuần hoàn: g Kw
Công suất thực tế của bơm:
N1 = 2 × 0,02 = 0,04Kw Cột áp toàn phần của máy bơm để bơm bùn tới bể nén bùn:
H = 1,5m + 4,5m = 6m Công suất của máy bơm bùn về bể nén bùn: g Kw
Công suất thực tế của bơm:
L0,85 tt 0,855,44,6 Tải trọng trên một mép dài máng tràn sm m l m l s q m 4 , 24 /
Chọn tấm xẻ khe hình chữ V với góc đáy 90 độ để điều chỉnh độ cao mép máng Tấm xẻ có chiều cao 5 cm và đáy 10 cm, với 5 khe chữ V trên mỗi mét dài và khoảng cách giữa các đỉnh là 20 cm.
Chiều cao mực nước h trong khe chữ V
Phù hợp tiêu chuẩn cho phép ≤50 mm
2.1.15 Tính toán bể tiếp xúc
Bể tiếp xúc có nhiệm vụ thực hiện quá trình tiếp xúc giữa clo và nước sau khi đã qua máng trộn kiểu lợn, với thời gian tiếp xúc tối ưu là 30 phút, bao gồm cả thời gian nước thải chảy từ bể tiếp xúc đến miệng xả vào nguồn nước Thực chất, bể tiếp xúc là một bể lắng nhưng không trang bị thiết bị cào cặn, theo quy định tại điều 6.20.5 – TCXD-51-84, và được chọn là bể lắng dạng ngang.
Thể tích hữu ích của bể tiếp xúc:
W = Qh × t = 83,33 × 27,6/60 = 38m 3 Với t là thời gian tiếp xúc riêng trong bể tiếp xúc
Lmd là chiều dài mương dẫn từ bể tiếp xúc đến miệng xả và v là tốc độ dòng chảy trong mương với v = 0,7 – 0,8 m/s
Diện tích bể tiếp xúc dạng bể lắng ngang trên mặt bằng sẽ là:
F = W/Hct = 38/2 = 19m 2 (Hct chiều cao công tác của bể tiếp xúc, Hct = 1,5-3m, chọn Hct = 2m)
Chọn diện tích một ngăn trong mặt bằng:
L là chiều dài của bể, lấy L = 4m
B là chiều ngang mỗi ngăn, lấy b = 2m
Số ngăn tổng công của bể tiếp xúc: n = F/F1 = 19/8 = 2,4 ≈ 2 ngăn
P a g e 28 | 58 Độ ẩm của cặn ở bể tiếp xúc là 96% Cặn lắng được xả ra khỏi bể tiếp xúc bằng áp lực thủy tĩnh ( 1 – 1,5m cột nước)
Sau các giai đoạn xử lý cơ học và sinh học, nồng độ chất ô nhiễm được giảm đáng kể, đồng thời số lượng vi trùng cũng giảm từ 90-95% Tuy nhiên, lượng vi trùng vẫn còn cao, do đó việc khử trùng là cần thiết Các biện pháp khử trùng nước thải có thể bao gồm clo hóa, ôzon hóa và khử trùng bằng tia hồng ngoại UV Trong số đó, khử trùng bằng clo được ưa chuộng nhờ tính đơn giản, chi phí thấp và hiệu quả chấp nhận được, nên được áp dụng rộng rãi trong các công trình xử lý.
Khử trùng nước thải bằng Clo
Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính: a 1000
Q: lưu lượng tính toán của nước thải
A: liều lượng hoạt tính lấy theo điều 6.20.3 – TCXD -51-84
Nước thải sau xử lí cơ học: a = 10g/m 3
Nước thải sau xử lí sinh học hoàn toàn: a = 3 g/m 3
Nước thải sau xử lí sinh học không hoàn toàn: a = 5 g/m 3
Chọn a = 3 g/m 3 để tính toán Ứng với lưu lượng trung bình giờ:
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG
Tổng quan về SADA trong xử lý nước thải
SCADA, viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition, là hệ thống điều khiển và giám sát dữ liệu hiệu quả Hệ thống này kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ thông tin và công nghệ tự động hóa, cho phép các thiết bị tự động hóa truyền thông và tham gia vào mạng truyền thông công nghiệp.
Một hệ thống SCADA bao gồm một hay nhiều máy tính, dùng kèm với một phần mềm ứng dụng thích hợp có thành phần cấu trúc cơ bản gồm:
Các chức năng của SCADA trong xử lý nước thải
3.2.1 Điều chỉnh tự động Điều chỉnh tự động là sử dụng các thiết bị tự động để tác động lên quá trình công nghệ cần điều khiển theo một chếđộ làm việc đã định sẵn
3.2.2 Giám sát điều khiển Điều khiển từ xa qua mạng LAN, WAN dùng để giám sát , điều khiển, trao đổi dữ liệu hệ thống điều hành
3.2.3 Hiển thị hệ thống công nghệ
Chức năng này hỗ trợ việc theo dõi và giám sát các thông số chất lượng nước, tình trạng thiết bị và sự cố một cách dễ dàng và rõ ràng cho người vận hành.
Kiểu thể hiện đa dạng : kiểu số riêng biệt, kiểu bảng thống kê, kiểu đồ thị trực tuyến (online trend)
Chức năng này cho phép người dùng đặt và điều chỉnh các tham số công nghệ cho hệ thống SCADA, bao gồm giá trị đặt (setpoint), ngưỡng cảnh báo sớm và ngưỡng báo động Các tham số này được truyền từ PC xuống thiết bị điều khiển và sau đó gửi ngược lại PC để so sánh Nếu phát hiện sự không khớp, hệ thống sẽ báo động, ngược lại cho thấy dữ liệu được truyền và xử lý chính xác, đảm bảo đường truyền và thiết bị điều khiển hoạt động ổn định Chức năng này góp phần nâng cao độ an toàn (fail-safe) cho hệ thống.
Bảo vệ hệ thống máy móc, đường ống và các thiết bị khác khỏi sự cố là nhiệm vụ quan trọng, được thực hiện thông qua việc sử dụng các thiết bị chuyên dụng nhằm ngắt kết nối các bộ phận gặp sự cố.
Các thiết bị còn có khả năng liên động tự động, giúp bảo vệ máy móc khỏi những rủi ro do sai sót trong thao tác của người vận hành.
Hệ thống cảnh báo sử dụng còi, đèn nhấp nháy trên bàn điều khiển và biểu tượng trên PC để thông báo khi giá trị thông số vượt ngưỡng cảnh báo sớm hoặc ngưỡng báo động trong quá trình điều khiển Cảnh báo sẽ được kích hoạt khi thông số vượt ngưỡng báo động liên tục trong thời gian quy định hoặc khi xảy ra sự cố về đường truyền, thiết bị điều khiển, cơ cấu chấp hành, hoặc cảm biến.
3.2.7 Lưu trữ, báo cáo thống kê
Lưu trữ và lập báo cáo thống kê về chất lượng nước, trạng thái hoạt động và sự cố của máy móc thiết bị là rất quan trọng Điều này bao gồm tổng lượng nước đã xử lý, lượng hóa chất đã sử dụng, danh sách người vận hành và các tham số công nghệ đã thay đổi Những thông tin này giúp các chuyên gia công nghệ, kỹ thuật và nhà quản lý điều chỉnh quy trình làm việc để đạt hiệu suất tối ưu, phát hiện và dự báo sự cố, bảo trì kịp thời thiết bị, đồng thời tính toán hiệu quả kinh tế trong sản xuất.
Sơ đồ nguyên lý
Hinh 4.1 Quy trình xử lý nước thải
Nước thải từ nhà máy được thu vào hố bơm và sau đó được bơm qua song chắn rác để loại bỏ tạp vật có thể gây sự cố như tắc máy bơm hay đường ống Rác được thu gom bằng cách xối liên tục hoặc cào thủ công Sau khi qua song chắn, nước chảy tự nhiên vào bể cân bằng, giúp điều hòa lưu lượng và duy trì dòng thải ổn định, khắc phục các vấn đề do dao động lưu lượng gây ra, từ đó nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý Nhiệt độ nước được đo định kỳ hoặc theo thời điểm cụ thể, và máy bơm sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hòa để ổn định lưu lượng.
Nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được điều chỉnh pH về mức 7±0.2 trước khi tiến hành xử lý tiếp theo bằng hóa chất Quá trình trung hòa này sẽ tạo ra một lượng bùn, phụ thuộc vào nồng độ, thành phần của nước thải và loại cũng như lượng hóa chất được sử dụng.
Các tác nhân hóa học chính trong quá trình điều chỉnh pH là NaOH và HCl Khi pH thấp hơn ngưỡng cho phép, bơm định lượng DP sẽ bổ sung NaOH, và khi pH vượt ngưỡng trên, DP sẽ bổ sung HCl để máy khuấy M1 hoạt động Máy khuấy giúp phản ứng trung hòa diễn ra hiệu quả và đồng đều hóa chất với nước thải Việc điều khiển pH được thực hiện thủ công, và để bảo vệ vi sinh vật, người vận hành cần thường xuyên đo pH đầu vào bể kỵ khí Nếu pH không đạt yêu cầu, người vận hành sẽ ngắt nguồn nước bằng cách tắt P1, P2, P3 để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình xử lý sinh học, vì vi sinh vật rất nhạy cảm với độ pH, ảnh hưởng lớn đến quá trình tạo men và hấp thụ chất dinh dưỡng.
Sau khi trung hòa, nước sẽ được xử lý bằng phương pháp sinh học nhằm loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, sunfit, amoni, nitơ, và các tạp chất khác.
Phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm thông qua việc lấy dinh dưỡng từ chúng, được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Quá trình này bao gồm hai phương pháp chính: kỵ khí và hiếu khí.
Phương pháp kỵ khí được sử dụng để lên men bùn cặn từ quá trình xử lý sinh học hoặc nước thải công nghiệp có hàm lượng chất hữu cơ cao Đây là phương pháp cổ điển nhằm ổn định bùn cặn, trong đó vi khuẩn kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ Quá trình này được phân loại theo sản phẩm cuối cùng, bao gồm lên men rượu, axit lactic và metan Các sản phẩm cuối của quá trình lên men bao gồm cồn, axit, axeton, và khí CO2, H2, CH4.
Hệ thống thu hồi và xử lý sẽ thu hồi và đốt các chất khí (biogas) trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp, góp phần vào việc kiểm soát và đo lường hiệu quả trong quá trình này.
Phương pháp hiếu khí sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong bể hiếu khí, nơi luôn duy trì sự hiện diện của chúng Hệ thống sục khí, bao gồm máy thổi khí B và ống dẫn khí, cung cấp đủ oxy cần thiết cho vi khuẩn trong quá trình phân giải chất hữu cơ, dẫn đến sự hình thành các bông sinh học có thể lắng trọng lực ở đầu ra bể Giá trị pH tối ưu cho hầu hết các sinh vật là từ 6,5 đến 8,5 Nhiệt độ nước thải cũng ảnh hưởng lớn đến hoạt động của vi sinh vật, với khoảng nhiệt độ lý tưởng từ 6 đến 37 độ C Giá trị DO thường được duy trì trong khoảng cho phép nhờ công suất ổn định của máy thổi khí, trừ khi có sự cố xảy ra.
Nước thải sau khi xử lý tại bể hiếu khí sẽ được chuyển sang bể lắng đứng, nơi áp dụng phương pháp lắng trọng lực Trong bể này, bùn hoạt tính hình thành từ quá trình phân giải vi sinh vật, bao gồm cả vi sinh vật sống và chất rắn Một phần bùn sẽ được đưa trở lại bể hiếu khí để duy trì lượng vi sinh vật cần thiết Bể lắng được thiết kế với thể tích đủ lớn để nước lưu thông trong nhiều giờ, đảm bảo hiệu quả lắng Do đó, các thiết bị như máy gạt bùn, bơm hút bùn và máy ép bùn hoạt động liên tục Các van tay V4, V5 được mở theo chế độ nhất định, do kỹ sư vận hành điều chỉnh để cân bằng giữa thức ăn và vi khuẩn hiếu khí.
GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH TRÊN PLC
Code chương trình trên PLC
MÔ PHỔNG TRÊN WIN CC
Giao diện mô phỏng
Nhu cầu tăng cao về nước giải khát và bia rượu đang thúc đẩy các nhà máy sản xuất mở rộng quy mô, dẫn đến việc thải ra ngày càng nhiều chất ô nhiễm từ nước thải Nếu không có hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, các nhà máy này sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Do đó, việc tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp nước nhà.
Chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài "Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển trong xử lý nước thải công nghiệp", từ đó nắm vững quy trình công nghệ xử lý nước thải và cách tích hợp ứng dụng SCADA vào quy trình này.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến PGS TS Nguyễn Thanh Phương và các Thầy-Cô tại Viện Kỹ thuật HUTECH đã đồng hành và hỗ trợ trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Đề tài của chúng em là "Thiết kế hệ thống đo lường xử lý nước thải trong công nghiệp" ứng dụng SCADA vào quy trình xử lý nước thải Đây là bước khởi đầu quan trọng cho hành trình học tập và làm việc sau này Qua thời gian thực hiện đồ án, em đã tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích và cảm nhận được niềm đam mê công nghệ, đồng thời tổng hợp lại những kiến thức đã học tại trường.
Chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp và nhận xét từ thầy cô và các bạn, nhằm hoàn thiện đồ án cũng như nâng cao kiến thức để áp dụng hiệu quả vào thực tiễn cuộc sống.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Phương đã luôn tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong qúa trình làm đồ án !!!
