Đồ án Thi công mô hình xử lý nước thải công nghiệp (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thi công mô hình xử lý nước thải công nghiệp (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THI CÔNG MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GVHD: TS. QUÁCH THANH HẢI SVTH: TRƯƠNG THÀNH NAM MSSV: 11141142 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC MSSV: 11141161 S K L 0 0 4 1 6 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THI CÔNG MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GVHD: TS. QUÁCH THANH HẢI SVTH: TRƯƠNG THÀNH NAM 11141142 TRẦN VĂN PHÚC 11141161 Lớp: 11141DT1B Tp. Hồ Chí Minh - 1/2016
3. TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 15 tháng 1 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trƣơng Thành Nam MSSV: 11141142 Trần Văn Phúc MSSV: 11141161 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2011 Lớp: 11141DT1B I. TÊN ĐỀ TÀI: Thi công mô hình xử lý nƣớc thải công nghiệp II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Các tài liệu liên quan về xử lý nƣớc thải.  Các tài liệu liên quan về PLC S7-1200  Các tài liệu liên quan về các cảm biến.  Chƣơng trình xử lý nƣớc thải tại công ty Robert Bosch Việt Nam. 2. Nội dung thực hiện:  Tìm hiểu quy trình xử lý nƣớc thải.  Tìm hiệu về PLC S7-1200 và các cảm biến, thiết bị trong hệ thống xử lý nƣớc thải  Phân tích các quy trình xử lý nƣớc thải và đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải.  Chế tạo mô hình xử lý nƣớc thải (chế tạo phần cơ khí, kết nối hệ thống điện, viết chƣơng trình điều khiển, viết chƣơng trình điều khiển giám sát hệ thống).  Vận hành, đánh giá mô hình, đƣa ra các kết luận và các kiến nghị. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2015 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2016 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Quách Thanh Hải CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii
4. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện TửĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 1 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1:Trƣơng Thành Nam Lớp: 11141DT1B MSSV: 11141142 Họ tên sinh viên 2:Trần Văn Phúc Lớp: 11141DT1B MSSV: 11141161 Tên đề tài: THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 - 2 Tìm tài liệu về PLC và quy trình xử lí nƣớc thải Tuần 3 Tìm hiểu về cảm biến: cảm biến mức, cảm biến đo pH, cách kết nối cảm biến với PLC. Tuần 4 Tìm hiểu về motor, động cơ; Cách điều khiển dùng PLC. Tuần 5 - 6 Mƣợn PLC. Mua vật tƣ cần thiết. Tuần 7 - 8 Dùng PLC điều khiển các thiết bị điện (cảm biến, động cơ, đèn báo ) ngoài thực tế. Tuần 9 – 12 Thiết kế và thi công mô hình xử lý nƣớc thải. Tuần 13, 14 Viết báo cáo. Kiểm tra, chạy demo mô hình. Tuần 15 Chỉnh sửa cuốn báo cáo. Hoàn thiện mô hình. GV HƢỚNG DẪN (ký và ghi rõ họ tên) Ts. Quách Thanh Hải iii
5. LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng nhóm tôi và đƣợc sự hƣớng dẫn khoa học của TS.Quách Thanh Hải. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa công bố dƣới bất kỳ hình thức nào trƣớc đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng nhƣ số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do chúng tôi gây ra trong quá trình thực hiện. iv
6. LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự phân công của khoa Điện – Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, và sự đồng ý của TS.Quách Thanh Hải; chúng tôi đã thực hiện đề tài “Thi công hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp “. Để hoàn thành khóa luận này chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy Quách Thanh Hải ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Điện – Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 4 năm học tập. Với vốn kiến thức đƣợc tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu đểchúng tôi bƣớc vào đời một cách vững chắc và tự tin. Cuối cùng chúng tôi kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý. Tp HCM, ngày 15 tháng 1 năm 2016 Sinh viên Trƣơng Thành Nam Trần Văn Phúc v
7. MỤC LỤC Nội dung trang Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê bảng viii Liệt kê hình vẽ ix Danh mục từ viết tắt x Tóm tắt xi Chƣơng 1. DẪN NHẬP 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Lý do chọn đề tài 1 1.3. Nội dung nghiên cứu 2 1.4. Giới hạn đề tài 2 1.5. Bố cục đề tài 2 Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ 3 NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 3 2.1. Khái niệm trong quy trình xử lý nƣớc thải 3 2.2. Nƣớc thải công nghiệp 4 2.2.1. Nƣớc thải công nghiệp là gì? 4 2.2.2. Dấu hiệu của nguồn nƣớc bị nhiễm bẩn 4 2.2.3. Xác định mức độ xử lý nƣớc thải [1] 4 2.3 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sử dụng trong đề tài [1] 6 2.3.1. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp trung hòa 6 2.3.2. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp keo tụ tạo bông 6 2.3.3. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học 8 Chƣơng 3. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG 11 3.1. Bộ điều khiển lập trình s7-1200 11 3.1.1. Phân loại 12 3.1.2. Cấu trúc bên trong 12 vi
8. 3.1.3. Nguyên lý và các chế độ hoạt động của CPU 13 3.1.4. Bộ nhớ 14 3.1.5. Kết nối dây 15 3.1.6. Phần mềm lập trình 16 3.1.7. Ngôn ngữ lập trình 17 3.1.8. Một số lệnh dùng trong chƣơng trình 18 3.2. Cảm biến đo chỉ số pH 25 3.2.1. Định nghĩa pH 25 3.2.2. Phƣơng pháp đo pH 25 3.3. Cảm biến mức 26 3.4. Bộ điều khiển số PID500 27 3.4.1 Đặc tính kỹ thuật 27 3.4.2 Cách cài đặt 28 Chƣơng 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI 29 4.1. Sơ đồ khối 29 4.2. Yêu cầu khi thiết kế mô hình 30 4.3. Quy trình xử lý nƣớc thải 30 4.4. Các bƣớc thực hiện 31 4.3.1. Thiết kế phần cứng 31 4.3.2. Thiết kế phần mềm cho PLC 36 4.3.3. Thiết kế hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu – SCADA 36 Chƣơng 5: VẬN HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ 38 5.1. Vận hành hệ thống ở chế độ tự động 38 5.1.1. Trình tự vận hành 38 5.1.2. Đánh giá khả năng vận hành 39 5.2. Vận hành hệ thống thông qua màn hình máy tính 39 5.2.1. Trình tự vận hành 39 5.2.2. Đánh giá khả năng vận hành 40 5.3. Vận hành hệ thống ở chế độ bằng tay trên bảng điều khiển 40 5.3.1. Trình tự vận hành 40 5.3.2. Đánh giá khả năng vận hành 40 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 41 6.1. Kết luận 41 6.2. Hƣớng phát triển 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 43 vii
9. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng trang Bảng 2.1: Bảng xác định k1 5 Bảng 2.2: Bảng xác định k1‟ 6 Bảng 2.3: Tổng quan về công nghệ và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải 9 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200 (CPU 12XX ) 11 Bảng 3.2: Bảng so sánh ngõ ra kiểu Relay và Transistor 12 Bảng 3.3: Bảng dữ liệu nhóm lệnh BIT 18 Bảng 3.4: Bảng dữ liệu nhóm lệnh so sánh 18 Bảng 3.5: Bảng thông số nhóm lệnh toán học 19 Bảng 3.6: Bảng thông số lệnh TP 20 Bảng 3.7: Bảng thông số lệnh TON 21 Bảng 3.8: Bảng thông số lệnh Move 22 Bảng 3.9: Bảng thông số nhóm lệnh thời gian thực 22 Bảng 3.10: Bảng thông số lệnh NORM_X 23 Bảng 3.11: Bảng thông số lệnh SCALE_X 24 Bảng 3.12: Bảng thông số kỹ thuật 27 Bảng 3.13: Bảng đặc tính kỹ thuật bộ PID500 27 Bảng 4.1: Các thiết bị sử dụng trong đề tài 32 x
10. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình trang Hình 3.1: Cấu trúc bên trong PLC S7-1200 13 Hình 3.2: LED chỉ thị trạng thái hoạt động (nguồn: SIEMENS Automation) 14 Hình 3.4: Giao diện chƣơng trình SIMATIC TIA Portal STEP 7 V13 16 Hình 3.5: Ngôn ngữ lập trình dạng LAD 17 Hình 3.6: Ngôn ngữ lập trình dạng FDB 17 Hình 3.7 : Các lệnh toán học cơ bản 19 Hình 3.8 : Lệnh tạo một xung TP 20 Hình 3.9: Giản đồ thời gian lệnh TP 20 Hình 3.10: Lệnh TON 21 Hình 3.11: Lệnh Move 21 Hình 3.12: Lệnh đọc và ghi thời gian thực 22 Hình 3.13: Lệnh NORM_X 23 Hình 3.14: Hình mô tả ý nghĩa lệnh NORM_X 23 Hình 3.15: Hình mô tả ý nghĩa lệnh SCALE_X 24 Hình 3.16: Cấu tạo bên trong của một thiết bị đo pH 26 Hình 3.17: Hình ảnh cảm biến mức 26 Hình 3.18: Hình ảnh bộ điều khiển PID500 27 Hình 3.19: Cách cài đặt chân jumper 28 Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống 29 Hình 4.2: Hình ảnh mô hình sau khi thi công 34 Hình 4.3: Hình ảnh bảng điều khiển 35 Hình 4.4: Hình ảnh giao diện khi chạy runtime 37 Hình 4.5: Màn hình cài đặt và điều chỉnh bằng tay 37 Hình 5.1: Sơ đồ trình tự vận hành của hệ thống 38 Hình 5.2: Sơ đồ trình tự quá trình xử lý trung hòa 39 Hình 5.3: Sơ đồ trình tự quá trình xử lý vi sinh 39 vii
11. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC: Programmable Logic Control–Bộ điều khiển có khả năng lập trình DO : Dessolved Oxygen - lƣợng oxy hoà tan trong nƣớc cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nƣớc BOD: Biochemical oxygen Demand - lƣợng oxy cần cung cấp để oxy hoá các chất hữu cơ trong nƣớc bởi vi sinh vật. COD: Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học SS:Suspended solid – chất rắn lơ lửng CPU: Central processing unit – đơn vị xử lý trung tâm DB: Data Block – khối dữ liệu LAD: Ladder logic – ngôn ngữ lập trình dạng thang FBD: Function Block Diagram – ngôn ngữ dùng khối chức năng SCL: Structured Control Language – ngôn ngữ lập trình kiểu cấu trúc vii
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Chƣơng 1. DẪN NHẬP 1.1. 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. 1.2. 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
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 1.3. 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. 1.4. 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. 1.5. 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
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 2.1. 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.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.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
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 2.2. Nƣớc thải công nghiệp 2.2.1. 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. 2.2.2. 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. 2.2.3. 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
16. 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: 푸 푪 = 풑(휸. + ) + 푪풏품 풒 0 = 100% ( 1 − 2) 1 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). 3 . Cng: Hàm lƣợng chất lơ lửng trong nƣớc nguồn (g/m ). . 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. −풌′ 풕 푸 푳풕풉 푳풕풉 푳 = 휸 − 푳풏품 + 풒 −풌 풕 −풌 풕 −풌 풕 퐿0 − 퐿2 0 = 100% 퐿0 . 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 0.063 0.08 0.1 0.126 0.158 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 5
17. 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 0.11 0.15 Nguồn nƣớc có tốc độ dòng chảy < 0,5m/s 0.17 0.185 0.2 0.215 Nguồn nƣớc với dòng chảy mạnh 0.425 0.46 0.5 0.54 Nguồn nƣớc nhỏ với dòng chảy mạnh 0.684 0.74 0.8 0.865 . t: thời gian xáo trộn = 1. . Lth: BOD tới hạn của hỗn hợp nƣớc thải nguồn. . E0: Mức độ cần thiết để xử lý nƣớc thải. 2.3 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sử dụng trong đề tài [1] 2.3.1. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp trung hòa Nƣớc thải sản xuất của nhiều ngành công nghiệp có thể chứa axit hoặc kiềm. Trung hòa nhằm mục đích tách loại một số ion kim loại nặng ra khỏi nƣớc thải. Mặt khác muốn nƣớc thải đƣợc xử lý tốt bằng phƣơng pháp sinh học phải tiến hành trung hòa(điều chỉnh pH về 6.5 -7.5). Nhƣ vậy xử lý trung hòa thƣờng đƣợc thực hiện trƣớc khixử lý sinh học. Ngƣời ta thực hiện trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để đƣa vào nƣớc thải và khống chế độ pH trong khoảng 6.5-7.5. Trong công nghiệp, một số hóa chất dùng để trung hòa là CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, (Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4, NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3, Ngoài ra, có thể tận dụng nƣớc thải có tính axit trung hòa nƣớc thải có tính kiềm hoặc ngƣợc lại. 2.3.2. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp keo tụ tạo bông Trong nƣớc thải, tùy vào tính chất của các ngành sản xuất mà tồn tại các hạt cặn lơ lửng mang điện tích âm hoặc dƣơng. Các hạt cặn này có kích thƣớc dao động từ vài phần triệu milimet tới vài milimet. Bằng các biện pháp nhƣ lắng, lọc chỉ có thể loại bỏ các hạt cặn có kích thƣớc tƣơng đối lớn. Với các hạt cặn có kích thƣớc nhỏ nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì mất nhiều thời gian và khó đạt đƣợc hiệu quả cao. Vì vậy bằng cách bổ sung thêm tác chất để phá vỡ thế cân bằng điện động và liên kết các hạt cặn này lại với CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 6
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 nhau để tạo thành tổ hợp các bông cặn to hơn và đƣợc giữ lại dễ dàng ở các công trình lắng, lọc phía sau gọi là quá trình keo tụ - tạo bông. Mục đích thực hiện phương pháp: • Loại bỏ các hạt lơ lửng có kích thƣớc nhỏ khó lắng ra khỏi nƣớc làm tăng hiệu suất lắng của bể. • Cải thiện độ đục, độ màu trong nƣớc gây ra bởi các hạt lơ lửng. • Làm giảm một phần nồng độ COD và BOD trong nƣớc thải. Hỗ trợ quá trình xử lý bằng phƣơng pháp sinh học. Đôi khi cần phải dùng các tác nhân phụ trợ keo tụ, gọi là chất trợ lắng. Ưu điểm của việc sử dụng chất trợ lắng: • Hạn chế việc điều chỉnh pH nƣớc nguồn nhƣ các loại phèn hiện đang sử dụng, do đótiết kiệm liều lƣợng hóa chất và các thiết bị đi kèm nhƣ hóa chất và bơm định lƣợng. • Liều lƣợng sử dụng thấp. • Bông cặn to dễ lắng, giảm thể tích bùn. • Dễ bảo quản, không bị chảy nƣớc hay vón cục sau khi xé bao. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông: • pH ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng tạo bông của quá trình. • Lƣợng hóa chất keo tụ cho vào phải vừa đủ, nếu ít thì hiệu quả keo tụ không tốt, nếu cho quá nhiều thì bông cặn trở về trạng thái ban đầu (hiện tƣợng tái bền hạt keo). • Nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng diễn ra càng nhanh, hiệu quả keo tụ càng cao. • Thời gian khuấy trộn và thời gian phản ứng đóng vai trò quan trọng trong quá trình keo tụ. • Vận tốc khuấy trộn cũng ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ - tạo bông, nếu khuấy quá nhanh thì sẽ làm vỡ bông cặn, khuấy quá chậm thì thời gian phản ứng lâu và làm lắng cặn. Ta khuấy nhanh 100 – 150 vòng/phút trong 5 phút đầu sau đó khuấy chậm 10 – 15 vòng/phút trong 12 – 15 phút sau. CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 7
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Các chất đông tụ thƣờng dùng: các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Việc lựa chọn phụ thuộc vào: tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất trong nƣớc, pH, thành phần muối trong nƣớc. Hay dùng: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, NH4Al(SO4)2.12H2O,KAl(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O trong đó Al2(SO4)3 đƣợc dùng nhiều hơn vì dễ hòatan trong nƣớc. 2.3.3. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học có thể xem là phƣơng pháp tự nhiên nhất, thân thiện với môi trƣờng nhất và có chi phí thấp nhất. Phƣơng pháp này dựa trên các cơ sở: • Hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm có trong nƣớc thải. • Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trƣởng và phát triển. • Tách các chất hữu cơ và chất dinh dƣỡng ra khỏi nuớc thải (làm khoáng hoá các chất hữu cơ gây bẩn thành chất vô cơ và các khí đơn giản). Các quá trình sinh học trong nƣớc thải diễn ra khác nhau tùy thuộc sử dụng vi sinh vật hiếu khí hay kị khí. Quá trình phân hủy hiếu khí gồm 3 giai đoạn: Oxi hóa các chất hữu cơ : CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ∆H Tổng hợp tế bào mới CxHyOz + NH3 + O2 CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H Phân hủy nội bào C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + ∆H Quá trình phân hủy kị khí gồm 4 giai đoạn Trong điều kiện không có oxy, các chất hữu cơ có thể bị phân hủy nhờ vi sinh vật và sản phẩm cuối cùng là CH4, CO2. Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kị khí chủyếu diễn ra theo nguyên lý lên men qua các bƣớc sau: CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 8
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Giai đoạn 1 : Thủy phân các chất hữu cơ phức tạp và các chất béo thành các chất hữu cơ đơngiản hơn nhƣ monosacarit, amino axit hoặc các muối khác. Đây là nguồn dinh dƣỡng và nănglƣợng cho vi khuẩn hoạt động. Giai đoạn 2 : Các nhóm vi khuẩn kị khí thực hiện quá trình lên men axit, chuyển hóa các chấthữu cơ đơn giản thành các loại axit hữu cơ thông thƣờng nhƣ axit axetic, glixerin, axetat, CH3CH2COOH + 2H2OCH3COOH + CO2 + 3H2 CH3CH2 CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2 Giai đoạn 3 : Các nhóm vi khuẩn kị khí bắt buộc lên men kiềm (chủ yếu là các loại vi khuẩnlên men metan nhƣ methanosarcina và methanothrix) đã chuyển hóa axit axetic và hydro thànhCH4, CO2. Ngoài ra còn có rất nhiều các phƣơng pháp để xử lý nƣớc thải khác nhau. Phân tích các tài liệu [1] và [2] có thể tổng hợp đƣợc các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải theo bảng sau: Bảng 2.3: Tổng quan về công nghệ và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải Công nghệ Phƣơng pháp Công trình xử lý Mục tiêu xử lý xử lý xử lý Hóa lý Tuyển nổi Tách các chất lơ lửng và khử Hấp thụ màu Xử lý sơ bộ Hóa học Keo tụ Trung hòa và khử độc nƣớc Oxy hóa thải Trung hòa Song chắn rác Tách các tạp chất rắn và cặn lơ Cơ học Bể chắn rác lửng Hồ sinh vật Cánh đồng lọc tƣới Tách các chất hữu cơ dạng lơ Xử lý tập Sinh học Kênh oxy hóa lửng và hòa tan trung Aeroten Bể lọc sinh học Trạm trộn Clo Khử trùng trƣớc khi xả ra Máng trộn Khử trùng nguồn Bể tiếp xúc CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 9
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THI CÔNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI - 2016 Bể metan Xử lý Ổn định làm khô nguồn cặn bùn cặn Sân phơi bùn Cơ học Bể lọc cát Tách các chất lơ lửng Bể aeroten bậc 2 Bể lọc sinh học Xử lý Sinh học bậc 2 Khử nitơ và photpho triệt để Hồ sinh vật Bể khử nitơrat Khử nitơ, Photpho và các chất Bể oxy hóa Hóa học khác Có rất nhiều các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải khác nhau, việc chọn phƣơng pháp nào là phù hợp và tối ƣu nhất còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố: loại nƣớc thải cần xử lý, thời gian xử lý, công trình có sẵn, hóa chất có sẵn ở địa phƣơng, vốn đầu tƣ ban đầu, khoa học và công nghệ Đối với nƣớc thải có nhiều chất rắn lơ lửng thì giải pháp song chắn rác là cần thiết. Với nƣớc thải của các nhà máy (sản xuất thủy sản, dệt nhuộm, luyện kim ) có pH quá cao hoặc quá thấp thì nên trung hòa trƣớc khi đƣa vào xử lý sinh học. Giải pháp xử lý sinh học thƣờng là giải pháp không thể thiếu trong các quy trình xử lý nƣớc thải hiện nay do vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự làm sạch môi trƣờng tự nhiên, không gây độc và mất cân bằng sinh thái, bảo vệ môi trƣờng. CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 10
22. S K L 0 0 2 1 5 4