Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI
Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn
đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào
sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công
nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp
đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh
vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to
lớn.
Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water
Corporation (HWC), Global Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước
thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như
SIEMENS, AB, YOKOGAWA,... được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải.
Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nước thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát,
điều khiển đều có thể thực hiện được tại một Trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ
bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích
chuột,... góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ.
Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, khoảng cách về không
gian và thời gian đã được rút ngắn, cho phép người vân hành có thể điều khiển từ cách xa
hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hay nhận được thông tin về hệ thống thông qua
SMS. Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nước thải còn được tích hợp với các hệ thống điều
hành ở cấp độ điều khiển cao hơn như cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution:
workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise
roduction planning, orders,
purchase) và trên cùng là cấp quản trị (administrationlanning, Statistics, Finances) nhằm
nâng cao hơn nữa mức tự động hoá và tối ưu hoá quá trình sản xuất.
Ngoài ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều các lý thuyết điều khiển hiện đại được
áp dụng như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều
khiển lai ghép (hybrid control),... được ứng dụng trong xử lý nước thải để nâng cao chất
lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được áp
dụng mở ra khả năng tự động hoá hoàn toàn cho xử lý nước thải[3].
I. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải
Khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia
Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia gồm nhiều công đoạn được thể hiện như trên
Hình 1. Hoạt động của hệ thống như sau:
Nước thải từ nhà máy được thu gom vào hố bơm. Từ hố bơm P1 bơm nước qua song chắn
rác. Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình là khử tất cả các tạp vật có thể gây ra sự
cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc máy bơm, đường ống hoặc
kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ
thống. Rác tự động vào thùng chứa bằng cách xối nước liên tục hay cào thủ công.
Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng. Bể này có tác dụng điều hoà lưu lượng
để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công đoạn sau, khắc phục những vấn đề
vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở
cuối dây chuyền xử lý. Nhiệt độ nước được đo thủ công theo chu kỳ hay thời điểm tuỳ thuộc
vào kỹ sư vận hành. Máy bơm P2 sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà và ổn định
lưu lượng.[5]
Nước thải chứa các axít vô cơ hay kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 7±0.2
trước khi sử dụng cho công đoạn xử lý tiếp theo. Trung hoà nước thải thực hiện bằng cách bổ
sung các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành.
Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng
các tác nhân sử dụng cho quá trình [5]
Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl.
Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH vượt ngưỡng
trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động. Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi
cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá chất bổ sung với nước thải. Điều khiển pH được
thực hiện thủ công. Để bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận hành thường xuyên phải đo
tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo chắc chắn rằng pH không vượt ngưỡng
cho phép. Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn
nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vì các vi sinh vật rất
nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp
thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Nếu vi sinh vật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí để
khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất [5]
Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học. Người ta sử dụng
các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số
chất vô cơ như H2S, các chất sunfit, amoniac, nitơ…Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng
hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi
sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng
lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh
trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu
cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá [4]. Trong công nghệ sử dụng hai phương
pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể kỵ khí và hiếu khí (Hình 1).
Phương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng
phương pháp sinh học hay nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao
(BOD=4÷5 g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn, trong đó các vi
khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ. tuỳ từng trường hợp vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta
phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, ...Những sản
phẩm cuối của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4. Trong công nghệ
các chất khí (biogas) sẽ được thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí[4].
Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Bể hiếu khí
luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí. Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí
B và các ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong quá
trình phân giải chất hữu cơ đồng thời xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của
vi sinh vật đảm bảo sự phân giải tối đa. Kết quả là hình thành các bông sinh học có thể lắng
trọng lực ở đầu ra của bể. Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6.5÷8.5.
Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa số
vi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷370 C[4]. Nói chung giá trị DO luôn được bảo đảm
trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp
có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí,...) và được giám sát thủ công. Nhiệt độ nước trong
bể đo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ hay theo thời điểm do kỹ sư vận hành quyết
định).
Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng. Tại đây sử dụng
phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này chứa bùn hoạt tính là sản phẩm
của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu khí. Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu,
dễ lắng, kích thước từ 3 đến 5µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn
(40%). Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ
khuẩn,.... [4], một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi sinh
cần thiết. Bể lắng có thể tích thiết kế đủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ, đủ thời gian
cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2, bơm hút
bùn SP và máy ép bùn D). Các van tay V4, V5 được mở trước ở các độ mở nhất định, các
mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức ăn và vi
khuẩn hiếu khí.
Đánh giá trình độ công nghệ tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia
Trên cơ sở khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia nói trên chúng tui đưa ra đánh
giá như sau:
Công nghệ có khả năng cho phép chất lượng nước đầu ra đạt TCVN theo đúng quy
định (TCVN 7221:2002, TCVN 5945:1995)
Công nghệ chưa áp dụng tự động hoá, việc giám sát điều khiển được thực hiện thủ
công dẫn tới độ ổn định, tin cậy thấp
Hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội chưa cao.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI
Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn
đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào
sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công
nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp
đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh
vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to
lớn.
Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water
Corporation (HWC), Global Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước
thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như
SIEMENS, AB, YOKOGAWA,... được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải.
Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nước thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát,
điều khiển đều có thể thực hiện được tại một Trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ
bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích
chuột,... góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ.
Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, khoảng cách về không
gian và thời gian đã được rút ngắn, cho phép người vân hành có thể điều khiển từ cách xa
hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hay nhận được thông tin về hệ thống thông qua
SMS. Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nước thải còn được tích hợp với các hệ thống điều
hành ở cấp độ điều khiển cao hơn như cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution:
workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise
roduction planning, orders,purchase) và trên cùng là cấp quản trị (administration
lanning, Statistics, Finances) nhằmnâng cao hơn nữa mức tự động hoá và tối ưu hoá quá trình sản xuất.
Ngoài ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều các lý thuyết điều khiển hiện đại được
áp dụng như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều
khiển lai ghép (hybrid control),... được ứng dụng trong xử lý nước thải để nâng cao chất
lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được áp
dụng mở ra khả năng tự động hoá hoàn toàn cho xử lý nước thải[3].
I. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải
Khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia
Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia gồm nhiều công đoạn được thể hiện như trên
Hình 1. Hoạt động của hệ thống như sau:
Nước thải từ nhà máy được thu gom vào hố bơm. Từ hố bơm P1 bơm nước qua song chắn
rác. Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình là khử tất cả các tạp vật có thể gây ra sự
cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc máy bơm, đường ống hoặc
kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ
thống. Rác tự động vào thùng chứa bằng cách xối nước liên tục hay cào thủ công.
Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng. Bể này có tác dụng điều hoà lưu lượng
để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công đoạn sau, khắc phục những vấn đề
vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở
cuối dây chuyền xử lý. Nhiệt độ nước được đo thủ công theo chu kỳ hay thời điểm tuỳ thuộc
vào kỹ sư vận hành. Máy bơm P2 sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà và ổn định
lưu lượng.[5]
Nước thải chứa các axít vô cơ hay kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 7±0.2
trước khi sử dụng cho công đoạn xử lý tiếp theo. Trung hoà nước thải thực hiện bằng cách bổ
sung các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành.
Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng
các tác nhân sử dụng cho quá trình [5]
Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl.
Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH vượt ngưỡng
trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động. Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi
cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá chất bổ sung với nước thải. Điều khiển pH được
thực hiện thủ công. Để bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận hành thường xuyên phải đo
tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo chắc chắn rằng pH không vượt ngưỡng
cho phép. Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn
nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vì các vi sinh vật rất
nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp
thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Nếu vi sinh vật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí để
khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất [5]
Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học. Người ta sử dụng
các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số
chất vô cơ như H2S, các chất sunfit, amoniac, nitơ…Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng
hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi
sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng
lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh
trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu
cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá [4]. Trong công nghệ sử dụng hai phương
pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể kỵ khí và hiếu khí (Hình 1).
Phương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng
phương pháp sinh học hay nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao
(BOD=4÷5 g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn, trong đó các vi
khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ. tuỳ từng trường hợp vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta
phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, ...Những sản
phẩm cuối của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4. Trong công nghệ
các chất khí (biogas) sẽ được thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí[4].
Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Bể hiếu khí
luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí. Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí
B và các ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong quá
trình phân giải chất hữu cơ đồng thời xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của
vi sinh vật đảm bảo sự phân giải tối đa. Kết quả là hình thành các bông sinh học có thể lắng
trọng lực ở đầu ra của bể. Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6.5÷8.5.
Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa số
vi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷370 C[4]. Nói chung giá trị DO luôn được bảo đảm
trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp
có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí,...) và được giám sát thủ công. Nhiệt độ nước trong
bể đo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ hay theo thời điểm do kỹ sư vận hành quyết
định).
Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng. Tại đây sử dụng
phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này chứa bùn hoạt tính là sản phẩm
của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu khí. Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu,
dễ lắng, kích thước từ 3 đến 5µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn
(40%). Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ
khuẩn,.... [4], một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi sinh
cần thiết. Bể lắng có thể tích thiết kế đủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ, đủ thời gian
cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2, bơm hút
bùn SP và máy ép bùn D). Các van tay V4, V5 được mở trước ở các độ mở nhất định, các
mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức ăn và vi
khuẩn hiếu khí.
Đánh giá trình độ công nghệ tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia
Trên cơ sở khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia nói trên chúng tui đưa ra đánh
giá như sau:
Công nghệ có khả năng cho phép chất lượng nước đầu ra đạt TCVN theo đúng quy
định (TCVN 7221:2002, TCVN 5945:1995)
Công nghệ chưa áp dụng tự động hoá, việc giám sát điều khiển được thực hiện thủ
công dẫn tới độ ổn định, tin cậy thấp
Hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội chưa cao.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links