Luận án luận án nghiên cứu kết hợp phương pháp nội điện phân và phương pháp màng sinh học lưu động a2o – mbbr để xử lý nước thải nhiễm TN

Để xử lý nước thải chứa TNT, các biện pháp thường được sử dụng là vật lý hấp phụ bằng than hoạt tính, điện phân; hóa học fenton, UV – Fenton, nội điện phân, sinh học bùn hoạt tính hiếu k

Để xử lý nước thải chứa TNT, các biện pháp thường được sử dụng là vật

lý (hấp phụ bằng than hoạt tính, điện phân); hóa học (fenton, UV – Fenton, nội điện phân), sinh học (bùn hoạt tính hiếu khí, MBBR, UASB, MBR, thực vật, enzyme, nấm mục trắng) Các biện pháp này có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau tùy thuộc vào tính chất của nước thải và điều kiện mặt bằng, kinh

tế của cơ sở sản xuất

Trong nh ng năm gần đây, phương pháp nội điện phân được quan tâm

và nghiên cứu cũng như ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới Nội điện phân

là phương pháp sử dụng hệ vật liệu lưỡng kim khi trong dung dịch điện ly thì tạo dòng ăn mòn hay còn gọi là dòng điện nội điện phân Hay nói một cách khác thì nội điện phân là bản thân vật liệu sinh ra dòng điện trong một điều kiện môi trường nhất định Phương pháp nội điện phân có một số ưu điểm vượt trội như phạm vi rộng, đặc biệt là đối với nước thải công nghiệp chứa các chất khó phân hủy sinh học như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc nhuộm dệt may, hóa dầu, khí hóa than phương pháp này phù hợp để ứng dụng vào giai đoạn tiền xử lý Nó có ưu điểm dễ áp dụng ở mọi quy mô t nhỏ, v a và lớn,

có giá thành xử lý phù hợp vì phương pháp này sử dụng các nguyên liệu sẵn

có, đa phần là tận dụng phế liệu của các nghành chế tạo cơ khí, luyện kim

Vấn đề mẫu chốt của phương pháp này là lựa chọn được loại vật liệu nội điện phân (vật liệu lưỡng kim bimetalic) phù hợp có thế ăn mòn E0 lớn, diện tích tiếp xúc bề mặt cao Trong các nghiên cứu gần đây đa phần sử dụng

hệ vật liệu Fe/C; Fe/Cu ở các dạng khác nhau như phoi sắt, hạt sắt lẫn đồng, bột gang với các kích thước khác nhau Gần như chưa có công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu Fe/Cu ở dạng có kích thước nano để ứng dụng xử lý nước thải chứa TNT Chính vì vậy một trong nh ng nội dung chính của luận án là nghiên cứu sản xuất được vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu có thế ăn mòn E0cao, diện tích bề mặt lớn và xác lập các điều kiện quy trình công nghệ để xử

lý nước thải TNT t vật liệu nội điện phân này

Quá trình ứng dụng nội điện phân để xử lý TNT chỉ là giai đoạn tiền xử

lý Bởi vì quá trình này chỉ phân hủy TNT thành dạng các sản phẩm trung gian chứa các nhóm amin chứ chưa khoáng hóa đến cùng Chính vì vậy vấn

đề đặt ra là cần thiết lập được một giải pháp sinh học để tiếp tục xử lý đến cùng các chất ô nhiễm Trong nh ng năm gần đây các nhà nghiên cứu tập trung phát triển phương pháp A2O- MBBR Phương pháp A2O (Anaerobic - Anoxic - Oxic) bao gồm các giai đoạn phân hủy kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí với nhau Phương pháp A2O khi kết hợp với kỹ thuật màng sinh học lưu động MBBR (Moving Bed Biological Reactor) sẽ mang lại nhiều ưu việt để xử lý nước thải Bởi vì kỹ thuật màng sinh học lưu động bản chất là sinh khối vi sinh vật hình thành trên các giá thể di động liên tục trong bể phản ứng nhờ vào quá trình thổi khí hoặc khuấy trộn Lâu dần các sinh khối này sẽ hình thành nên các lớp màng sinh học chứa vô số vi sinh vật Trên mỗi một MBBR khi đã hình thành ổn định sẽ là nh ng bioreactor độc lập chứa đủ chức năng A2O hay còn được gọi là các biochip (trạm vi xử lý sinh học), lớp màng trong cùng là kỵ khí, lớp màng trung gian là thiếu khí và lớp ngoài cùng là hiếu khí Phương pháp A2O-MBBR có nhiều ưu điểm: phù hợp với xử lý nước thải khó phân hủy sinh học, các loại nước thải công nghiệp với tải trọng cao; vận hành tương đối ổn định; chi phí vận hành thấp

T nh ng vấn đề trên, trong nghiên cứu này đặt ra mục tiêu đặt ra là: (1) chế tạo được vật liệu nano lưỡng kim nội điện phân Fe/Cu có thế ăn mòn E0cao t đó xác lập được các điều kiện k thuật công nghệ phù hợp để xử lý nước thải TNT (2) xác lập được các điều kiện kỹ thuật công nghệ của phương pháp A2O-MBBR để xử lý khoáng hóa đến cùng TNT và các sản phẩm trung gian của quá trình xử lý nội điện phân (3) Quy trình kỹ thuật công nghệ tổng hợp được thử nghiệm t quy mô thí nghiệm đến quy mô pilot tại hiện trường

Để đạt được mục tiêu trên, nghiên cứu này thực hiện các nội dung chính sau:

(1) Chế tạo được vật liệu nội điện phân nano lưỡng kim Fe/Cu có tốc

độ ăn mòn, dòng ăn mòn, điện thế E0

cao hơn Fe/C và có kích thước hạt trung bình 100 nm

(2) Xác lập được các thông số kỹ thuật để xử lý TNT bằng phương pháp nội điện phân sử dụng vật liệu Fe/Cu chế tạo được Các thông số kỹ thuật được tối ưu hóa bằng phương pháp thực nghiệm Box – Benken Quy trình kỹ thuật được thực nghiệm bằng mô hình PTN và mô hình Pilot

(3) Bước đầu nghiên cứu một số đặc điểm động học của phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng như: xác định mối quan hệ gi a tốc độ dòng ăn mòn, tốc độ ăn mòn và tốc độ xử lý TNT Xác định các hằng số K của các yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ ; pH ; tốc độ lắc ; liều lượng vật liệu và cuối cùng là xác đinh được năng lượng hoạt hóa của phản ứng

(4) Nghiên cứu xác lập được các thông số kỹ thuật của phương pháp A2O-MBBR để xử nước thải TNT trực tiếp hoặc đã được tiền xử lý bằng phương pháp nội điện phân Quy trình kỹ thuật được thực hiện bằng mô hình PTN và mô hình Pilot

(5) Đánh giá sự đang dạng vi sinh và biến động loài của hệ thống A2O-MBBR để xử lý TNT

(6) Viết phần mềm áp dụng điều khiển tự động, bán tự động cho hệ thống xử lý theo quy trình nội điện phân kết hợp phương pháp A2O-MBBR

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 HIỆN TRẠNG NƯỚC THẢI NHIỄM TNT

1.1.1 Tính chất hóa lý và vai trò quan trọng của TNT (2,4,6 -Trinitrotoluene)

Hình 1.1: Cấu trúc phân tử TNT

TNT hay còn gọi là 2,4,6 trinitrotoluen Năm 1863 J Willbrand tổng hợp thành công và được sử dụng làm thuốc nhuộm màu vàng Muộn hơn cho đến năm 1983 Claus, Becker đã xác định được cấu trúc Năm 1891 thì TNT được sản xuất quy mô công nghiệp tại Đức và đến năm 1905 thì được ứng dụng làm thuốc nổ quân sự Năm 1951 Kirk và Othmer trộn nhôm với TNT thành thuốc nổ có năng lượng cao để sử dụng vào mục đích quân sự Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, sản lượng TNT sản xuất bị giới hạn bởi nguồn toluene được sản xuất t than đá do khan hiếm Sau năm 1940 nguồn toluene được sản xuất t công nghiệp dầu mỏ trở nên phong phú hơn, kể t đó công nghiệp sản xuất TNT được mở rộng và sản xuất đại trà, đặc biệt là trong thế chiến thứ 2 (Kirk, Othmer 1951, 1993) Ngoài ra TNT còn được sử dụng làm nguồn nguyên liệu sản xuất cùng với các loại hóa chất khác để sản xuất ra loại thuốc nổ có năng lượng cao (bảng 1.1)

Ngay t đầu thế k 20, các nhà khoa học đã nghiên cứu và sản xuất thành công hơn 60 loại thuốc nổ năng lượng cao là các hợp chất ploynitroaromatic Trong đó hợp chất t TNT được sử dụng làm nguyên liệu nhiều nhất như GTN (glycerol trinitrate), PETN (pentaerythritol tetra

nitrate), RDX hay Hexogen hay Cyclonite (royal Demolition Explosive/research DeparmentExplosive), HMX hay Octogen (high Melting Explosive) Gần đây một số loại thuốc nổ mới được nghiên cứu phát triển và sản xuất là TATB (triaminotrinitrobenzene), FOX-7(diaminoditroethylene), CL-20(2,4,6,8,10hexantrio-2,4,6,8,10,12–hexaazaisowurtzitane)

Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của một số loại thuốc nổ hợp chất Nitro

Quá trình tổng hợp TNT được thực hiện khi nitrat hóa toluene với hỗn hợp acid nitric và axit sunlfuric Ngoài α-TNT là sản phẩm chính, quá trình sản xuất còn hình thành thêm 5 dạng đồng phân khác của TNT, chiếm t lệ khoảng 4,5%, các loại này không sử dụng trực tiếp được mà cần phải tiếp tục chuyển hóa thành dạng α -TNT

Hình 1.3: Con đường tổng hợp và các dạng đồng phân TNT

Hiện nay trên thế giới công nghệ sản xuất TNT rất hoàn thiện, các quá trình sản xuất đều được kiểm soát tốt, thiết bị sản xuất đơn giản, không đòi hỏi điều kiện chân không cao áp, dễ dàng tiến hành tự động hóa Tại Việt

Nam có nhà máy Z113 sản xuất TNT theo dây chuyền công nghệ nhập của Trung Quốc đang được lắp đặt và vận hành thử nghiệm, với công suất thiết kế

là 10 tấn/ngày

TNT có màu trắng, không mùi ở trạng thái kết tinh, sản phẩm công nghiệp có màu vàng, kết tinh ở dạng phiến nhỏ, có tính hút ẩm, trọng lượng riêng 1.65g/cm3

, nhiệt độ nóng chảy 80,2÷88,8oC [14], điểm phát nổ

290-295oC, tốc độ phát nổ 6800 m/s, độ hòa tan 130 mg/L ở 20oC Dưới tác dụng của ánh sáng TNT sẽ bị biến đổi màu sắc nhưng không làm ảnh hưởng đến tác dụng hóa nổ

1.1.2 Tính chất nguy hại của TNT và một số loại thuốc nổ

TNT và các hợp chất trung gian của nó có độc tính cao đối với các loại sinh vật bao gồm các động vật có vú, cá, côn trùng và vi sinh vật [1, 2], chúng thuộc nhóm tác nhân gây ung thư (nhóm C) cho con người (USEPA) 1993 [2] Ngoài ra, TNT còn gây độc đối với hệ thần kinh trung ương và hệ thống miễn dịch của con người Theo các nghiên cứu của khi thử nghiệm đã phát hiện độc tính của TNT như bảng sau [1, 2]:

Khả năng gây đột biến gen của TNT và các hợp chất trung gian của nó được xếp theo thứ tự sau Trinitrobenzene> TNT﹥2-aminodinitrotoluene﹥ 2,6-diaminonitrotoluene﹥ 4-aminodinitrotolune﹥2,4- diaminonitrotolene [1, 2]

Hình 1.4: Cấu trúc phân tử TNT và các hợp chất trung gian

TNT có độc tính cao với con người [2], vì nó làm thay đổi tổng số tế bào hồng cầu, giảm hemoglobin, tăng tạm thời số lượng bạch cầu và lymphocyte, gây dị ứng da, làm vỡ mao mạch gây chảy máu Đặc biệt, khi tiếp xúc lâu dài ở liều lượng cao (0,3-1,3 mg/m3 không khí) sẽ xuất hiện bệnh nghiêm trọng về máu Nó còn là nguyên nhân gây bệnh vàng da, teo gan suy thận, mật; lâu ngày dẫn đến ung thư Chúng ta có thể bị nhiễm TNT qua

2,4,6-Trinitrotoluene (TNT) 2-Amino-4,6-dinitrotoluene 6-Amino-2,4-dinotrotoluene

2,4,6-Trinitrobenzene (TNB)

đường hô hấp, tiêu hóa và hấp thụ trực tiếp qua da Hàm lượng TNT tối đa cho phép trong không khí là

1 mg/m3 (theo tiêu chuẩn của Nga) hoặc 0,5 mg/m3 (theo tiêu chuẩn của Mỹ) [1,2]

Tổ chức bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) quy định giới hạn hàm lượng TNT, RDX, HMX trong nước uống như sau [1]:

Bảng 1.3: Giới hạn hàm lượng TNT, RDX, HMX trong nước uống

Loại thuốc nổ Giới hạn (mg/L)

có nhiều loại có độc tính rất cao, là nguyên nhân gây ra đột biến, ung thư, đặc biệt là nhóm các hợp chất nitro thơm như nitrotoluene, nitrobenzene, nitrophenols, nitrobenzoates, nitroanilines Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất thuốc nổ, và các hóa chất tổng hợp kể trên [1, 2, 3, 7-10, 12] Một số hợp chất là sản phẩm đốt không hết của các nguồn nhiên liệu hóa thạch [5] Các báo cáo chỉ ra rằng,TNT là loại thuốc nổ phổ biến trong đất và nước ở cả hai dạng là mono và dinitrotoluenes [7,8,11] Tổ chức môi trường Hoa Kỳ (USEPA) ngày t đầu thế k 20 đã xác định TNT thuộc danh mục 1397 chất độc [1,2]

Quá trình sản xuất, gia công, đóng gói, vận chuyển TNT hoặc các loại thuốc nổ có chứa TNT sản sinh một lượng lớn nước thải chứa chất này,

dẫn đến làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Dựa trên quy trình sản xuất thuốc nổ cơ bản, nước thải TNT phân thành hai loại chính theo pH của chúng là axit và kiềm Ngoài ra việc sản xuất các loại thuốc nổ khác có sử dụng TNT làm nguyên liệu hoặc xì đạn thu hồi thuốc nổ cũ đều tạo ra một lượng lớn nước thải có chứa TNT, hoặc đồng thời lẫn cả TNT, NH4NO3

Chỉ tính năm riêng năm 1998, các nhà máy sản xuất thuốc nổ quốc phòng Mỹ đã sản sinh ra 35 triệu lít nước thải chứa TNT, RDX, HMX, DNT, TNB, DNB[1] Trong đó chủ yếu chứa TNT và RDX

1.1.3.2 Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghiệp sản xuất thuốc nổ chủ yếu tập trung tại 4 nhà máy là Z113, Z115, Z121, Z131 và nhà máy thuốc nổ của Công ty hóa chất mỏ, Bộ Công thương với tải lượng nước thải không lớn Mỗi nhà máy bình quân một ngày đêm thải ra 15-50m3

nước thải TNT Ngoài ra còn có một

số cơ sở thu hồi đạn và cơ sở nghiên cứu cũng có nước thải chứa TNT và

NH4NO3, nhưng các cơ sở này có tải lượng nước thải thấp, sản xuất gián đoạn theo nhu cầu t ng giai đoạn

Theo các báo cáo, tùy thuộc vào công nghệ sản xuất và sản phẩm mà thải

ra chất thải khác nhau về thành phần và hàm lượng các chất Ví dụ như, trong quá trình sản xuất thuốc nổ AD1 thì thành phần nước thải đồng thời có cả TNT

và NH4NO3, còn sản xuất thuốc nổ nhũ tương thì chỉ có NH4NO3.Tại Mỹ hàm lượng TNT trong nước thải dao động trong khoảng 70 – 156 mg/L [1, 2], ở Việt Nam hàm lượng đó khoảng 30-118 mg/L [21,22, 24, 27, 33]

Tải lượng nước thải nhiễm TNT tại Việt Nam:

Tải lượng nước thải chứa TNT, NH4NO3 tại 4 nhà máy 113, 121, 131,

115 có tải lượng thể hiện ở bảng 1.4:

Bảng 1.4: Tải lượng nước thải TNT, NH4NO3 một số nhà máy sản xuất thuốc

Bảng 1.5: Thành phần trước xử lý nước thải chứa TNT

Nhà máy COD

(mg/L)

BOD 5 (mg/L)

TNT (mg/L)

NH 4 (mg/L) pH

T-P (mg/L) Màu

Đỏ nâu đậm

7,9-Đỏ nâu, vàng

1.1.4 Tiêu chuẩn xả thải nước thải TNT

Ở nước ta hiện nay quy định xả thải đối với hàm lượng TNTmới có ở cấp ngành về giới hạn cho phép của nồng độ TNT trong nước thải nhỏ hơn 0,5mg/L tương đương với tiêu chuẩn của Trung Quốc GB 14470.1-2002 [21] Các quy định khác về giới hạn cho phép hàm lượng TNT trong nước mặt, nước ngầm hoặc trong không khí hiện nay chưa có

1.1.5 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải TNT

Để xử lý các loại nước thải này các nhà nghiên cứu thường sử dụng độc lập hoặc kết hợp các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học với nhau trong quá trình xử lý nước thải nhiễm TNT

Thế giới:

Phương pháp vật lý: hấp phụ, tách chiết, đốt [1,2, 21, 22, 23, 25, 26]

Phương pháp hấp phụ: Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, sử dụng than hoạt tính dạng bột hoặc dạng hạt để hấp phụ TNT Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả xử lý cao, tuy nhiên giá thành cao, mặt khác than hoạt tính sau khi xử lý sẽ gây ô nhiễm thứ cấp C Rajagopal [15] dùng than hoạt tính dạng hạt (GAC) để hấp phụ, hiệu quả xử lý đạt 90

%, nồng độ TNT sau xử lý đạt 1 mg/L Nhà máy sản xuất đạn lục quân IOWA Mỹ sử dụng than hoạt tính để xử lý nước thải hỗn hợp TNT và RDX, hiệu quả xử lý đạt 99,8 %

Kết quả thí nghiệm của Vasilyeva phát hiện ra rằng than hoạt tính

không chỉ có thể hấp thụ TNT mà còn có tác dụng thúc đẩy oxy hóa của TNT, sau 6 ngày bị gi chặt trên than hoạt tính TNT sẽ bị oxy hóa bởi tác nhân có trong than hoạt tính G.K Vasilyeva, etal., 2002[24]) Mark E Fuller (2007)[25] dùng xúc tác Nickel xử lý hợp chất nổ, kết quả cho thấy tỉ lệ TNT phân hủy đạt đến 99%

Một phươngpháp mới được sử dụng để xử lý nước thải TNT là chiếu xạ Byungjin Lee (2005)[26] đã chiếu xạ tia  (gamma irradiation) xử lý phân hủy TNT và thu được các sản phẩm là muối nitrate, nước ammonia, axit glyoxylic, axit oxalic và trinitrobenzene Gần đây phương pháp chiếu xạ gama cũng được các nhà khoa học nghiên cứu để xử lý nước thải TNT Byung jin (2009) chiếu tia  50 kGy và bổ sung thêm methanol xử lý TNT với nồng độ ban đầu

là 100 mg/L, hiệu quả xử lý đạt 100% [16]

Để tăng thêm hiệu quả phân hủy của TNT, có nhà nghiên cứu đã kết hợp dùng nhiều loại phương pháp với nhau, Haiyan Chen (2008)[27] dùng hệ thống nhiều xung điện cao áp kết hợp bổ sung chất xúc tác, kết quả thể hiện rằng, thêm Fe2+ có tác dụng thúc đẩy hiệu suất phân hủy TNT tăng cao thêm 17.9% Mario Kroger (2007)[28] và Huey-Min Hwang (2000) [29]đã kết hợp

gi a kỹ thuật xúc tác quang và xử lý sinh học và cũng nâng cáo được tỉ lệ phân hủy TNT

Phương pháp hóa học: quá trình oxy hóa tiên tiến (AOP): oxy hóa siêu

tới hạn (supercritical), Fenton, UV-H2O2, O3-H2O2, xúc tác quang hóa TiO2, oxy hóa điện hóa [17, 18, 19]

Y.Wu [17] sử dụng phương pháp O3/ H2O2, hiệu suất xử lý TNT với nồng độ ban đầu là 112,75mg/L, pH 7,78, 200C, sau 2 giờ và 9 giờ xử lý, hiệu quả xử lý TNT đạt tương ứng là 51,99 và 93,13% tương ứng Seok Young Oh [18] kết hợp phương pháp Fenton và phương pháp ZVI để xử lý nước thải nhiễm TNT và RDX, hiệu quả xử lý TNT, RDX và TOC lớn hơn 95% Marcio Baretto- Rodriue [19] cũng sử dụng phương pháp này để xử lý nước

thải công nghiệp chứa TNT với nồng độ ban đầu là 156mg/l đạt được hiệu suất loại COD là 95,5% vàTNT là 99,5%

Yaoguo Wu（2003,2006）[91; 92] nghiên cứu dùng ozone và mangan xúc tác để xử lý nước thải TNT đã chỉ ra rằng hiệu quả phân hủy TNT của phản ứng ozone bị ảnh hưởng rất lớn bởi pH , ngoài ra còn phụ thuộc vào nồng độ chất xúc tác là mangan và phương thức xúc tác

Shuangjun Chang [93] sử dụng oxy hóa ở điều kiện nhiệt độ cao 550℃,

áp lực 24 MPa, lượng khí oxi vượt quá 300% để sinh ra nhiều gốc tự do phân hủy nước thải TNT, hiệu suất phân hủy có thể đạt tới 99.6%

Phương pháp UV-Fenton là một loại phương pháp oxi hóa hóa học tiên tiến, thông qua quá trình phản ứng sản sinh ra nhóm chức tự do OH Xiaosan Song [94]và Lin Chen [95](2006) dùng phương pháp này tiến hành xử lý TNT,

ở điệu kiện tối ưu, t lệ phân hủy TNT có thể đạt đến trên 93% Xiangdong Xue (2001) [17] dùng UV – Ozone xử lý nước thải TNT thu được sản phẩm trung gian như 2,4,6-trinitrobenzoic acid và 1,3,5-trinitrobenzene…và một số sản phẩmbị khoáng hóa đến cùng Guozhen Zhang [99] [18] dùng phương pháp oxy hóa điện hóa tiến hành xử lý nước thải TNT, ở điều kiện tối ưu sau khi điện giải 3h t lệ loại bỏ TNT là 93% và t lệ loại bỏ COD là 78%

Sử dụng xúc tác và quang xúc tác để oxy hóa phân hủy các chất h u cơ

ô nhiễm trong nước đã trở thành một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực khoa học môi trường Lượng lớn kết quả nghiên cứu thể hiện rằng, kỹ thuật này phân hủy được nhiều loại chất h u cơ ô nhiễm, đạt hiệu quả cao vàít gây hại với môi trường Đây là một phương pháp triển vọng để xử lý nước thải có chất

h u cơ độc hại Dongxiang Zhang 2005 [19]; Xian Li 2008 [20]; Daniel C.Schmelling, et al 1995 [21]; Hyun-Seok Son 2004 [22]; XiuHua Liu et al

2008 [23] sử dụng TiO2 xúc tác quang để xử lý TNT

Các phương pháp sinh học:

Các phương pháp sinh học được sử dụng rộng rãi trong các quá trình

xử lý nước thải nhiễm TNT trong nước và trong đất,phổ biến là phương pháp

vi sinh, phương pháp enzyme, phương pháp thực vật [21, 22, 24, 27-35] Các phương pháp sinh học có thể được sử dụng trực tiếp hoặc kết hợp với các phương pháp khác hóa học hoặc vật lý

Đại đa số các nghiên cứu dùng phương pháp sinh học để xử lý nước thải nhiễm TNT đều tập trung vào vi sinh Nguyên lý của phương pháp này dựa vào hai quá trình trao đổi chất là quá trình kỵ khí và quá trình hiếu khí Các vi sinh vật sẽ sử dụng TNT làm nguồn N, C và năng lượng Qua đó TNT

sẽ bị phân hủy thành các hợp chất nitramine Ngoài ra còn có phương pháp sử dụng hệ enzym ngoại bào của các nấm mục trắng ligninolytic để phân hủy TNT [1,2, 24, 29 31 32 33] Phương pháp sử dụng thực vật bậc cao thường được sử dụng để xử lý TNT trong đất [21, 22]

Quá trình kỵ khí: dưới điều kiện kị khí, các vi khuẩn sẽ khử nhóm

nitro của phân tử TNT thành các hợp chất trung gianmononitroso, monohydroxylamino, và các đồng phân monoamino và hydroxylamino và cuối cùng là thành các hợp chất amin tương ứng Hợp chất amin phổ biến được tìm thấy của quá trình này là TAT TAT có thể được tiếp tục bị phân hủy thành methylphloroglucinol, 4- hydroxytoluene[2] Thực hiện quá trình chuyển hóa này có sự tham gia xúc tác phản ứng của các enzym nitroreductase, aldehyde oxidase, dihydrogense, cytochrome b5 reductase, diaphorases, hydrogenses, carbon monoxide dehydrogense [2] Quá trình khử bao gồm hai bước, đầu tiên là quá trình chuyển điện tử để biến đổi thành các hợp chất nitroanion, tiếp theo là enzym nitrotroreductse (mẫn cảm với oxy) sẽ xúc tác biến đổi hợp chất nitroso thành các hợp chất amin như là TAT (triaminnotoluene) dưới điều kiện thế oxy hóa khử nhỏ hơn -200 mV [2]

Quá trình phân hủy TNT trong điều kiện kỵ khí bởi các vi sinh vật được thể hiện theo sơ đồ sau [2]:

Hình 1.5: Quá trình phân hủy TNT trong điều kiện kỵ khí

Hai nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Desulfovibrio

spp và Pseudomonas sp Desulfovibrio spp sử dụng TNT là nguồn nito và

chất nhận điện tử Thông qua quá trình khử, vi khuẩn này sẽ chuyển hóa TNT thành các hợp chất diaminonitrotoluene[2]

Esteve - Nenez và Ramos [36-38] phát hiện chủng Pseudomonas sp

JLR11 chuyển hóa TNT thành các hợp chất 1.Trinirobenzene và

3.5-Ditriroaniline

Ngoài ra quá trình phân hủy TNT dưới điều kiện kỵ khí còn có nhiều

loài vi khuẩn: Cellulomonas sp ES6, Clostridium acetobutylicum, C

acetobutylicum, C bifermentas ATCC 638, C nitropholicum, Methannococcus strain B…[2]

Quá trình hiếu khí: dưới điều kiện hiếu khí các vi sinh vật chuyển hóa

TNT thành các dạng mono và diamino Tuy nhiên sự chuyển hóa thành dạng nitroso và monohydroxylamino vẫn được diễn ra, khi có mặt của oxy sẽ chuyển hóa thành dạng azoxytetranitrotoluen Trong điều kiện hiếu khí TNT

là nguồn các bon, nito và năng lượng cho quá trình trao đổi chất Kết quả một

4 - Hydroxylamino - 4,6 - DNT

4 - Amino - 2,6 - DNT

dinitrotoluene

số nghiên cứu chỉ ra rằng, các vi sinh vật sẽ oxy hóa trực tiếp phân tử TNT thông qua việc loại nhóm nitro và oxy hóa vòng thơm,khi đó phân tử TNT bị khoáng hóa đến cùng thành CO2 và NO2 [2]

Hình 1.6: Sơ đồ quá trình phân hủy TNT trong điều kiện hiếu khí

Các chủng vi sinh vật phân hủy TNT trong điều kiện hiếu khí chủ yếu

là: Achorommobacter, Acinetobacter johnsoni Acinetobacter junii A8,

Bacillus cereus, Corynebacterium sp, Pseudomonsas aeruginosa…[2]

Quá trình phân hủy TNT bởi nấm mục trắng (white rot fungus)

Có rất nhiều báo cáo sử dụng nấm mục trắng để khoáng hóa TNT Nấm

mục trắng Phanerochaete chrysosporium có hệ enzym ligninolytic [2, 28, 29,

31, 32-33],chúng bao gồm ba enzym chính được xếp thành hai nhóm: nhóm peroxidase bao gồm mangansese peroxidase (MnP), Lignin peroxydaza (LiP)

và nhóm thứ hai là Laccaza (Lac) Nhờ có hệ enzym ligninolytic mà nấm mục trắng có khả năng chuyển hóa TNT thành các hợp chất 2-ADNT, 4-ADNT, 4-

C

H3

N N O

O2N

NH2

CH3NHOH

2-Hydroxylamino- nitrotoluene

2-Amino-4- nitrotoluene

2,6-Diamino-4- dinitrotoluene

2-Amino-4,6-2,4-Diamino-6-dinitrotoluene TNT

2-Nitroso-4-amino-3-Methyl-4,6-dinitrocatechol 4-Hydroxylamino-

hydroxylamino-2,6-dinitrotoluene và azoxytetranitrotoluene Quá trình này được thể hiện theo sơ đồ sau [2]:

Hình 1.7: Sơ đồ quá trình phân hủy TNT bởi nấm mục trắng

Một số loài nấm mục trắng thường được sử dụng để phân hủy TNT là

Phanerochaete chrysosprorium, Irpex lacteus, Nematoloma forwardii, Phlebia radiat, Clitocybula dusenii TMB12, Sropharia rugosoanulat DSM11372[2]

T các nguyên lý quá trình phân hủy kỵ khí, hiếu khí với sự tham gia của các chủng vi sinh vật khác nhau, kể cả nhóm nấm mục trắng Các nhà khoa học đã nghiên cứu kết hợp nh ng quá trình này thành các công nghệ sinh học xử lý nước thải chứa TNT như: công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí, công nghệ AO (kỵ khí – hiếu khí), A2O (kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí), công

nghệ SBR với nhiều kỹ thuật vi sinh: màng vi sinh cố định (FMBR), màng vi sinh di động (MBBR)

Wang Zhong You [34] sử dụng công nghệ AO-FMBR xử lý nước thải TNT, nồng độ nước thải ban đầu dao động t 2,77 mg/L - 94, 62 mg/L, hiệu quả xử lý đạt 97,5% Sarah [35] sử dụng công nghệ kết hợp than hoạt tính với phương pháp AO, nước thải trước xử lý có nồng độ TNT và NH3 +

tương ứng

là 123,6 mg/L và 121,1 mg/L, sau xử lý các chỉ số đạt tương ứng là 0 mg/L và 40,6 mg/L

Việt Nam:

- Phương pháp vật lý: Tại Việt Nam, có rất nhiều báo cáo nghiên cứu

sử dụng than hoạt tính hấp phụ để xử lý TNT [21, 22, 23, 25, 26] Tác giả Đỗ Ngọc Khuê (2004) và các công sự đã thiết lập được quy trình công nghệ xử lý theo phương pháp này khi thực hiện đề tài Bộ Quốc phòng ― Nghiên cứu công nghệ xử lý các chất thải do hoạt động quân sự sinh ra‖ Hiện nay, tại các trạm xử

lý nước thải của các nhà máy Z113, Z121, Z115, Z131 và dây chuyền công nghệ được đối tác Trung Quốc chuyển giao cho Z113 cũng sử dụng phương pháp này [21, 22, 26]

- Phương pháp hóa học: Tác giả Trần Sơn Hải (2012) thực hiện đề tài

nhà nước ―Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải chứa chất nguy hại đặc biệt trong các cơ sở sản xuất thuốc nổ, thuốc phóng xạ‖ đã xác lập được quy trình xúc tác quang hóa TiO2 Kết quả tiến hành xử lý nước thải thực tế tại Z131 với nồng độ TNT ban đầu là 36,54 mg/L sau 3 giờ xử lý đạt 0,12 mg/L [20] Các phương pháp này thường có ưu điểm là hiệu quả xử lý cao, có thể ứng dụng cho nhiều loại nước thải công nghiệp, dễ điểu khiển tự động hóa Tuy nhiên chúng cũng còn tồn tại một số nhược điểm như: giá thành xử lý cao, chi phí xây dựng và mua sắm trang thiết bị lớn

- Phương pháp sinh học:

Tại Việt Nam, tác giả Lê Thị Đức (2004) và các cộng sự đã nghiên cứu

xử lý nước thải chứa TNT bằng phương pháp kỵ khí với nồng độ TNT ban

đầu là 104,7 mg/L hiệu quả xử lý sau 24 và 48 giờ tương ứng đạt được là 84,7

và 100% [27]

Lê Thị Đức (2004) sử dụng chế phẩm vi sinh vật phân hủy TNT, AS trong điều kiện hiếu khí với nồng độ ban đầu 35 mg/L và 20 mg/L, sau thời gian 3-5 ngà xử lý đạt hàm lượng TNT và AS tương ứng là 0,5 mg/L và 2,61 mg/L

Nhóm các tác giả Lê Thị Đức (2004, 2005), Phạm Sơn Dương (2008),

Đỗ Ngọc Khuê, Tô Văn Thiệp (2004, 2005), Trần Thị Thu Hường (2009, 2013) của Viện Công nghệ mới, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự đã có nhiều công trình nghiên cứu xử lý TNT theo hướng này và đạt được một số thành công [27, 29-33]

Năm 2005, tác giả Đỗ Ngọc Khuê thực hiện đề tài cấp nhà nước KC 04

―Nghiên cứu công nghệ sinh học xử lý các chất thải quốc phòng đặc chủng và

sự ô nhiễm vi sinh vật độc hại‖ đãsử dụng thực vật bậc cao và nấm mục trắng

để xử lý nước thải nhiễm TNT

Năm 2013, tác giả Trần Thị Thu Hường thực hiện đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ quân sự ―Nghiên cứu chế thử chế phẩm enzyme ngoại bào

t mùn trồng nấm có khả năng xử lý hiệu quả nước bị ô nhiễm thuốc nổ‖ đã sản xuất được hệ enzym ligninolytic để xử lý nước thải nhiễm TNT, hiệu suất đạt 100% sau 60 phút xử lý với nồng độ TNT ban đầu là 118,2 mg/L

Tiếp tục đi theo hướng nghiên cứu này tác giả Đặng Thị Cẩm Hà (2012) thực hiện đề tài độc lập cấp nhà nước ―Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym ngoại bào laccase, mangansese peroxydse, lignin peroxidase (MnP, LiP) t vi sinh vật phục vụ xử lý các chất ô nhiễm đa vòng thơm‖ [28]

1.2 KỸ THUẬT NỘI ĐIỆN PHÂN

Trong nhưng năm gần đây, trên thế giới có nhiều nghiên cứu và ứng dụng của phương pháp nội điện phân vào xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải công nghiệp Phương pháp này được ứng dụng chủ yếu cho các loại nước thải công nghiệp chứa các chất h u cơ khó phân hủy sinh học, có nồng

độ chất ô nhiễm cao như là nước thải t các ngành dệt nhuộm, dược phẩm,

công nghiệp giấy, công nghiệp sản xuất thuốc BVTV, công nghiệp thuốc sản xuất thuốc nổ, công nghiệp

1.2.1 Nguyên lý phương pháp nội điện phân

Phương pháp nội điện phân theo các tài liệu công bố thì có các tiếng anh là: Internal microelectrolysis, Interior microelectrolysis, Micro-electrolysis [39, 42-48], Iron carbon Internal- electrolysis [53], Fe-Cu process [54] Ferric – Carbon micro electrolysis [59, 62, 63], micro cell filter bed process [50] Phản ứng nội điện phân là phản ứng điện hóa tự xảy ra của vật liệu nội điện phân (kim loại – hợp kim tạo microgalavanic) tiếp xúc với nước Khi đưa hợp kim này vào nước sẽ hình thành nên vô số các pin siêu nhỏ, trong đó một số kim loại âm điện hơn sẽ đóng vai trò anot, kim loại dương điện hơn sẽ đóng vai trò catot, các phản ứng điện cực oxi hóa khử diễn

vi pin và dòng điện nhỏ cỡ µA xuất hiện, đóng vai trò là tác nhân oxy hóa khử điện hóa trong phản ứng phân hủy các hợp chất h u cơ hấp phụ trên bề mặt điện cực catot; hai là dưới tác dụng của dòng điện, phản ứng nội điện phân làm sản sinh các gốc OH* (tương ứng với quá trình điện phân), tạo ra phản ứng oxy hóa, cắt mạch các hợp chất h u cơ khó phân hủy hóa học, sinh học

Do vậy về bản chất hóa học, hóa lý, quá trình phản ứng nội điện phân sẽ khác với quá trình phản ứng sắt hóa trị không trong việc xử lý chất thải ô nhiễm (sản sinh dòng nội điện phân cỡ µA và sản sinh gốc tự do OH*)

Hình 1.8 Cơ chế phản ứng nội điện phân bimetal Fe/C

Nếu trong dung dịch có mặt các chất h u cơ RX (hợp chất clo h u cơ), RNO2 (hợp chất nitro vòng thơm) là các thành phần có khả năng nhận electron t trên bề mặt anot (Fe) chuyển đến catot (Cu kim loại), chúng bị khử theo phản ứng loại chlo và amin hóa Khi đó chất ô nhiễm sẽ chuyển thành các sản phẩm trung gian không độc hoặc ít độc hơn, dễ phân hủy sinh học hơn Các phản ứng khử diễn ra như sau:

1.2.2 Các tác dụng chính của quá trình nội điện phân và ứng dụng xử lý nước thải

Quá trình xảy ra phản ứng nội điện phân, đối với các chất ô nhiễm sẽ bị phân hủy 6 tác dụng chính sau [90]:

Tác dụng của điện trường: Hệ vi pin trong nước thải sẽ sinh ra điện

trường và có tác dụng làm cho các chất ô nhiễm mang điện tích chuyển động

về các điện cực trái dấu Khi đó tại bề mặt các điện cực sẽ xẩy ra phản ứng oxy hóa khử đối với các chất ô nhiễm mang điện tích Khi đó các chất ô nhiễm sẽ bị thay đổi hoặc phá hủy cấu trúc hóa học

Tác dụng khử của hydro: Sắt là kim loại có tính khử mạnh, trong dung

dịch môi trường axit sẽ sinh ra phản ứng sau：

Fe + 2H+ = Fe2+ + 2[H]

Phản ứng xảy ra tại các điện cực và sẽ sinh ra các ion hydro mới [H], các ion hydro mới này có hoạt tính khử mạnh và chúng sẽ khử các chất ô nhiễm trong dung dịch Ví dụ như các chất ô nhiễm chứa nhóm NO2- sẽ bị khử và chuyển hóa thành hợp chất chứa nhóm amin

(3) Tác dụng của sắt kim loại: Các kim loại đứng sau sắt trong dãy

hoạt động có thể trao đổi điện tử trên bề mặt sắt kim loại Khi đó các ion kim loại có độc tính mạnh hoặc các chất h u cơ sẽ bị sắt khử thành các ion kim loại ở trạng thái độc tính ít hơn Ví dụ Cr(+6) có E0 (Cr2O7

/Cr3+) = 1,36V có tính oxy hóa mạnh, trong môi trường axit gặp sắt kim loại sẽ xảy ra phản ứng: 2Fe + Cr2O7

+ 17 H+ = 2Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O Khi đó Cr(+6) có tính oxy hóa mạnh sẽ bị chuyển thành Cr(+3) có tính oxy hóa yếu

2-Hoặc trong điều kiện môi trường axit, sắt sẽ khử các chất h u cơ chứa nhóm NO2-

thành nhóm NH2

-C6H5NO2 + 3Fe + 6H+ = C6H5NH2 + 3Fe2+ + 2H2O

(4) Tác dụng khử của ion Fe 2+ : Sắt bị oxy hóa thành sắt Fe2+, Fe2+ có tính khử, ion này có tính khử cao Đối với Cr(+6) thì phản ứng khử xảy ra như sau:

6Fe2+ + Cr2O7

+ 14 H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O Đối với các chất ô nhiễm như các chất thuốc nhuộm azo, các gốc sinh màu của thuốc nhuộm sẽ bị Fe2+

khử và chuyển thành dạng hợp chất amin, lúc

đó màu của nước thải sẽ bị giảm Phản ứng diễn ra như sau:

4Fe2+ + R-N=N-R + 4H2O = RNH2 + R'NH2 + 4Fe3+ + OH-

(5) Tác dụng keo tụ của ion sắt Trong điều kiện nước thải có môi

trường axit, sắt kim loại sẽ bị ăn mòn và sản sinh ra nhiều ion Fe2+ và Fe3+

Khi có mặt O2 và trong môi trường kiềm sẽ xẩy ra các phản ứng

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2

4Fe2+ + 8OH- + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Fe(OH)2 và Fe(OH)3 mới được sinh ra có khả năng hấp phụ các chất h u

cơ cao Thông qua phản ứng nội điện phân, các chất ô nhiễm bị biến đổi cấu trúc hóa học và khi đó các chất mới được hình thành sẽ bị Fe(OH)3 keo tụ

Tóm lại phản ứng nội điện phân sẽ có 6 tác dụng chính đối với các chất

ô nhiễm h u cơ Các chất ô nhiễm có cấu trúc hóa học bền bị khử thành các chất kém bền hơn và dễ phân hủy sinh học hơn Nhờ đó mà các quá trình xử

lý sinh học tiếp theo sẽ hiệu quả hơn bởi vì khi đó trong quá trình trao đổi chất các vi sinh vật dể dàng tiêu thụ và phân hủy các chất ô nhiễm để sinh trưởng và phát triển

1.2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới

Trên thế giới:

Quá trình nội điện phân được ứng dụng rộng rãi để xử lý cho nhiều loại

nước thải: Áp dụng được cho nhiều đối tượng nước thải công nghiệp khó xử

lý: nước thải polyester [41], nước thải thuốc nhuộm [46, 47, 56, 57, 60, 61],

nước thải khí hóa than [53], nước thải TBVTV[49], nước thải nhiễm nitrat [40], nước thải công nghiệp hỗn hợp (dệt nhuộm, giấy, xi mạ, cơ khí) [41, 43,

45, 54], nước thải giàu chất h u cơ [48, 62], nước thải chứa dầu [50, 63], nước thải nhiễm TNT và RDX [19, 55, 64]…

Quá trình nội điện phân có hiệu quả xử lý cao, thời gian phản ứng nhanh, chi phí vận hành thấp Jin Hong Fan và Lu Min Ma [2008, 2009] sử

dụng hệ điện cực Fe-Cu xử lý nước thải công nghiệp hỗn hợp tại khu công nghiệp Tao Pu, Thượng Hải với công suất 60.000 m3/ngày đêm, hiệu suất loại COD đạt 40%, giá thành xử lý là 0,01 USD và tiêu tốn 0,12 kW/m3.

[54] Xiangli Yin (2009) sử dụng phương pháp này nối với dòng điện ngoài để xử

lý 4- Chlorophenol, sau 36 phút xử lý có hơn 90% chất ô nhiễm bị loại [39] Xiao Yi Yang [2009] sử dụng phương pháp để xử lý nước thải polyester sau

38 h xử lý, hiệu suất loại COD đạt 58%, giảm t 3353,2 mg/L xuống còn 1391,6 mg/L, khả năng phân hủy sinh học t lệ BOD5/COD tăng t 0,27 lên tới 0,42 [42] Q Zhu (2014) kết hợp phương pháp nội điện phân và phương pháp màng sinh học xử lý nước thải công nghiệp hỗn hợp COD giảm t 150.000 mg/L xuống còn 500 mg/L [62]

Tóm lại, phương pháp nội điện phân được ứng dụng chủ yếu cho giai đoạn tiền xử lý đối với nước thải công nghiệp khó xử lý, biến các chất khó phân hủy sinh học thành các chất dễ phân hủy sinh học Để quá trình xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định, tiếp theo quá trình nội điện phân là các quá trình sinh học khác nhau để tiếp tục xử lý [40-64]

Các nghiên cứu ứng dụng phương pháp nội điện phân xử lý nước thải nhiễm chất h u cơ cho ở bảng 1.6

Bảng 1.6 Một số nghiên cứu ứng dụng phương pháp nội điện phân để xử lý

nước thải và hiệu quả xử lý

2 Nước thải cốc

hóa

Fe/C, Fe/Cu

95% màu, 75%

11 Dầu đá phiến

Nội điện phân kết hợp oxi hóa

12 Trichoetylene,

Chen Run Hua (2012) [34], Feng Ju, (2011)

[35],

15 Nước thải công

Loại COD đạt 40%

Lu Ming Ma (2008) [20], Q Zhu [36]

Ở Việt Nam

Trong thời gian gần đây, nghiên cứu trong nước có các nghiên cứu của:

Nguyễn Nhị Trự (2017): Phương pháp vi điện phân Fe/C xử lý nước dệt

nhuộm; Đề tài cấp Sở khoa học và Công nghệ TP Hồ Chí Minh Thiều Quốc

Hân (2013): Ứng dụng vật liệu tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 trên nền vật liệu

nano sắt trong xử lý nước thải; Đề tài Cấp Viện KHCNQS Lê Bình Dương

(2017): Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nano sắt để xử lý nước thải có hàm

lượng kim loại cao; Đề tài cấp Bộ Công Thương Tuy nhiên các nghiên cứu

này chủ yếu tập trung vào vấn đề công nghệ hoặc kỹ thuật của sắt hóa trị không (zero-valent iron, Fe0), chưa đề cập tới bản chất của quá trình nội điện phân, ảnh hưởng của các thành phần ngoài nguyên tố sắt đến chất lượng của vật liệu nội điện phân như C, Cu, SiO2…, cũng như đối tượng nước thải không xuất phát t nguồn ô nhiễm chất độc quân sự như TNT, RDX, HMX

1.2 4 Các phương pháp chế tạo vật liệu nội điện phân

1.2.4 1 Phương pháp chế tạo vật liệu nội điện phân Fe-C

Theo Pan Luting [1], vật liệu nội điện phân Fe-C được chế tạo theo phương pháp thiêu kết: Trộn hỗn hợp khoảng 90% Fe (bột), 8% Graphit (bột),

2 % phụ gia Ép thành khối, sấy ở 80-105 oC trong 2 giờ, sau đó tiến hành nung kết khối ở 500 – 600 oC, 2-4h Hiện nay có một số công ty đã ứng dụng phương pháp này và chế tạo thành phẩm các chủng loại vật liệu nội điện phân

trên cơ sở Fe-C, giúp cho quá trình phản ứng nội điện phân xảy ra liên tục, tránh hiện tượng bị thụ động của vật liệu nội điện phân và khoảng pH của nước thải cần xử lý có pH dao động rộng t 2 đến 7 [2]

Hình 1.9 Phổ EDS (a) và hình ảnh mẫu vật liệu nội điện phân Fe/C (b)

Theo nhóm tác giả Bo Lai cùng cộng sự [3], sử dụng hỗn hợp bột Fe và các bon hoạt tính (granular activated carbon (GAC)), theo thành phần 90% Fe,

10 % GAC, để tiền xử lý nước thải chứa 3, 3'-iminobis-propanenitrile, kết hợp với quá trình sinh học, hiệu suất loại bỏ đạt 95-98% Ngoài ra, theo phương pháp này, nhiều tác giả khác như Ling X.F [4], Haining Liu [5] … sử dụng để chế tạo vật liệu nội điện phân và ứng dụng cho việc xử lý các hợp chất niro hoặc chất màu azo, cho hiệu quả cao

1.2.4.2 Phương pháp mạ hóa học tạo bimetal Fe-Cu

Thời gian gần đây, các vật liệu nội điện phân dạng bimetal có kích thước micro được điều chế bằng sự lắng đọng của các kim loại chuyển tiếp thứ hai trên bề mặt sắt có thể tăng cường đáng kể mức giảm các chất ô nhiễm [121-127] Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng kim loại chuyển tiếp như Ni,

Pd, Cu, Co, Au và Ru có thể tăng cường khả năng phản ứng xúc tác của Fe0[127-129] Cwiertny và cộng sự [129] đã tìm thấy xu hướng phản ứng sau đây của các vật liệu nội điện phân dạng bimetal đối với phản ứng khử 1,1,1-trichloroethane, theo hướng: Ni /Fe Pd/Fe> Cu/Fe> Co/Fe> Au/Fe  Fe> Pt/Fe Lin và cộng sự 12[7] cũng nhận thấy rằng hoạt động xúc tác của kim loại quý theo thứ tự Pd> Ru> Pt> Au Hai loại cơ chế xúc tác của vật liệu nội điện phân dạng bimetal đã được đề xuất bởi các nhà nghiên cứu trước đó, (a)

khử gián tiếp bởi hydro nguyên tử ([H] abs) được hấp thụ trên bề mặt vật liệu nội điện phân dạng bimetal và phụ gia kim loại chuyển tiếp có thể tạo điều kiện cho việc tạo ra hydro nguyên tử liên kết bề mặt ([H] abs) [127, 128], (b) khử trực tiếp trên vị trí hoạt động xúc tác bằng cách chấp nhận các electron t quá trình oxy hóa Fe0

và các chất phụ gia bề mặt (tức là quá trình chuyển đổi kim loại) có thể làm tăng quá trình oxy hóa Fe0 thông qua sự hình thành vô số các cặp pin điện hóa [130-132]

Nhóm tác giả Xu WenYing [134] đã sử dụng vật liệu nội điện phân Fe/Cu (hệ Fe/Cu), xử lý nitrobenzene (100 mg/L) trong dung dịch nước ở khoảng pH tối ưu là 3-4, liều lượng vật liệu nội điện phân 50g/L, thời gian

xử lý sau 90 phút, hiệu suất loại bỏ nitrobenzene đạt 90% Nhóm tác giả đã chế tạo vật liệu nội điện phân theo hai phương pháp: 1- Sắt phế liệu (CT3 phế liệu) có bề mặt diện tích 0,3-0,4 m2/g và rửa bằng xà phòng để loại bỏ dầu Chất xúc tác là các lá kim loại đồng nguyên chất với độ dày 0,12 mm và được cắt thành các mảnh mỏng kích thước 3 cm×1 cm trước các thí nghiệm, phối trộn theo t lệ Fe:Cu =10:1 (khối lượng); 2- Sắt phế liệu (CT3 phế liệu)

có bề mặt diện tích 0,3-0,4 m2/g và rửa bằng xà phòng để loại bỏ dầu, được tiến hành mạ trong dung dịch CuSO4 có nồng độ 0.1 mol/L Đối với vật liệu nội điện phân Fe/Cu theo phương pháp mạ hóa học, sau 60 phút xử lý, hiệu suất loại bỏ nitrobenzene đạt 95%, điều này cho thấy vật liệu nội điện phân Fe/Cu chế tạo theo phương pháp mạ hóa học, có khả năng xúc tác, tạo phản ứng tốt hơn vật liệu nội điện phân chế tạo theo phương pháp trộn cơ học hỗn hợp các phoi Fe phế liệu và lá đồng mỏng

Theo Agamemnon Koutsospyrosa cùng cộng sự [115] đã sử dụng vật liệu nội điện phân Fe/Cu kích thước micro, được chế tạo theo phương pháp mạ hóa học để phân hủy các hợp chất nổ trong quân sự (RDX, HMX, TNT) trong dung dịch nước Một quy trình chuẩn bị vật liệu bimetal Fe/Cu, Fe/Ni điển hình bao gồm 6 bước sau: (1) Rửa bằng axit nitric 1 M để loại bỏ tạp chất oxit sắt khỏi bề mặt sắt; (2) Rửa nước DI để loại bỏ axit dư; (3) Rửa etanol tuyệt đối để loại bỏ nước dư và chống ăn mòn, (4) Mạ lạnh các hạt sắt trong dung dịch đồng/niken; (5) Lọc liên tục các hạt bimetal Fe/Cu và Fe/Ni; (6) Rửa sạch, sấy khô và bảo quản

Nhóm tác giả Bo Lai [117] đã sử dụng vật liệu nội điện phân Fe/Cu, kích thước micro để tiền xử lý p-nitrophenol(PNP) trong dung dịch nước Vật liệu nội điện phân Fe/Cu được chế tạo theo phương pháp mạ hóa học, t bột sắt Fe (kích thước micro 10-50 µm) mạ trong dung dịch CuSO4, có nồng độ, thời gian mạ thay đổi, để thu được hàm lượng Fe:Cu thay đổi Vật liệu nội điện phân được phân tích cấu trúc, chụp ảnh bề mặt và phân tích thành phần hóa học theo phương pháp phân tích Rơnghen (XRD) và chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích phổ tán xạ tia X (EDS), hàm lượng Cu có trên bề mặt có thành phần thay đổi t 30% đến 95 %, tùy theo thời gian mạ (Hình 1.10)

Hình 1.10 Kết quả SEM-EDS vật liệu nội điện phân Fe-Cu

Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống A2O 1.3.1 Nguyên lý công nghệ và đặc điểm

MBBR dựa vào tác dụng sục khí và dòng chảy của nước để làm cho các giá thể di chuyển liên tục khắp nơi trong bể phản ứng Chính vì vậy giá thể sẽ tiếp xúc với nước thải nhiều hơn, đồng đều hơn (không cục bộ) Toàn bộ không gian trong bể phản ứng đều có màng sinh học (moving bed biofilm) Màng sinh học trên các giá thể sẽ phát triển thành các khu hệ vi sinh vật độc lập đặc trưng trên t ng một giá thể: kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí Chính quá trình này diễn ra trong bể phản ứng chứa vô số giá thể có màng sinh học sẽ giải quyết được bài toán khó khăn đối với việc xác lập điều kiện xử lý nito, amoni Đó là xác định phù hợp nồng độ oxy hòa tan cho 2 quá trình, nguồn C,

t lệ NO2

-; NO3

[29-31]

-Nhờ vào các điều kiện thuận lợi khi có mặt giá thể lưu động mà các quá trình trao đổi chất tiêu thụ các chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật được nâng cao, đặc biệt là hai quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa diễn ra nhanh hơn và ổn định hơn [77-81]

Hình 1.12: Màng sinh học trên giá thể

Dưới đây là một số hình ảnh về sử dụng kỹ thuật màng sinh học lưu động kết hợp với các phương pháp sinh học khác nhau trong xử lý nước thải

Hình 1.15: Sơ đồ mô hình công nghệ A2O -MBBR

T công nghệ AO đến công nghệ A2O, đã tách biệt bể thiếu khí và hiếu khí để nuôi các loài vi khuẩn đặc trưng cho quá trình thiếu khí và hiếu khí độc lập trong việc xử lý nito và photpho Với kỹ thuật MBBR:

(1) có thể nuôi và thuần hóa được hệ vi sinh vật đặc trưng để xử lý chất

ô nhiễm đặc hiệu trong t ng giai đoạn của quá trình xử lý

(2) Kỹ thuật MBBR thông qua t lệ giá thể, lưu lượng nước thải, tải lượng chất ô nhiễm để tính toán hàm lượng oxy cung cấp trong hệ phản ứng

(3) Khi dùng công nghệ MBBR xử lý nước ô nhiễm t lệ C/N thấp, hiệu quả loại bỏ vật ô nhiễm có thể không được như mong đợi, ở giai đoạn phản nitrat hóa bể phản ứng có khả năng thiếu nguồn carbon Do vậy, nghiên cứu t lệ bổ sung nguồn carbon trong giai đoạn phản nitrat hóa của bể MBBR

để nâng cao hiệu quả xử lý T-N, amoni

Đối với công nghệ MBBR phản nitrat hóa thoát nitrogen, nguồn carbon

h u cơ đảm nhiệm vị trí quan trọng [97-98] T lệ C/N là nhân tố quan trọng ảnh hưởng tốc độ nitrat hóa vi sinh vật T lệ này sẽ dẫn đến sự cạnh tranh của DO đối với vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn dị dưỡng Nếu như tỉ lệ C/N tương đối cao, sẽ dẫn đến lượng lớn vi khuẩn dị dưỡng sinh sôi, t đó dẫn đến nồng độ DO trong lò phản ứng bị giảm thấp, làm cho vi khuẩn nitrat hóa mất

đi ưu thế cạnh tranh, và do vậy ảnh hưởng đến hiệu quả thoát nitrogen cùa lò phản ứng

DO

DO là một trong số nh ng nhân tố quan trọng ảnh hưởng công nghệ MBBR Trong bể phản ứng MBBR, thông qua tác dụng đồng thời của vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn phản nitrat hóa để đạt được hiệu quả thải nitro, nhưng 2 loại vi khuẩn này có nhu cầu DO không giống nhau, vi khuẩn nitrat hóa là vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn phản nitrat hóa sinh trưởng ở điều kiện thiếu khí, do đó khống chế DO là mấu chốt quan trọng cân bằng phản ứng nitrat hóa và phản nitrat hóa Nồng độ của DO không được quá cao và không được quá thấp, bình thường ở mức 2-4 mg/L ở bể thiếu khí, 6 -8 mg/L ở bể hiếu khí là tốt Tuy nhiên tải lượng BOD5, COD trong hệ lại định lượng nhu cầu DO của toàn bộ hệ thống [99]

Xuejiang Wang [100] trong quá trình nghiên cứu công nghệ MBBR xử

lý nước thải sinh hoạt thành phố, ở các điều kiện khác đều tương đồng, so sánh khi nồng độ DO là 6 mg/L, 4 mg/L, 2 mg/L, 1 mg/L thì khả năng lò phản ứng MBBR khử diệt vật ô nhiễm như thế nào Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, khi nồng độ DO là 2 mg/L, t lệ khử diệt của COD, khí ammoniac, tổng nitrogen trong lò phản ứng đạt cao nhất Nồng độ DO trong lò phản ứng MBBR có thể gi ở mức khoảng 2 mg/L

Youbiao Hu [101] thông qua thay đổi nhiệt độ, so sánh việc loại bỏ chất gây ô nhiễm bởi bể phản ứng AO- MBBR, cho biết rằng khi nhiệt độ giảm xuống, t lệ loại bỏ amoni và tổng nitro giảm xuống

Thời gian lưu (HRT)

HRT dài ngắn có thể ảnh hưởng đến thời gian của sự tiếp xúc gi a vật ô nhiễm trong nước thải và vi sinh vật, t đó ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ vật ô nhiễm của vi sinh vật Căn cứ vào nghiên cứu của Odegarrd [41], trong

bể chứa MBBR các chất h u cơ có thể bị phân hủy rất nhanh, nhưng có một

số hạt chất h u cơ khó phân hủy hơn Do vậy, kéo dài HRT có thể giải quyết được vấn đề này

Tính chất và t lệ giá thể

Căn cứ vào nghiên cứu của Odegarrd [102], để giá thể có tính lưu động tốt trong bể phản ứng, t lệ thêm giá thể nên dưới 30%, tỉ lệ tốt nhất là 27%

1.3.3 Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ A2O-MBBR

Năm 1988, công ty KMT Na uy và Viện nghiên cứu SINTEF liên kết phát triển công nghệ MBBR, ở điều kiện không tăng thêm diện tích mặt bằng, tăng lượng sinh vật trong bể phản ứng là cần thiếthiệu xuất xử lý nước thải được nâng cao [96, 102 -103] Sau đó công KMT Mỹ và các công ty khác liên kết phát triển công nghệ MBBR mới kaldnes vv, đã xúc tiến công nghệ MBBR phát triển mạnh [105]

Trong lĩnh vực cải tiến kỹ thuật, Chogong Fan 106 [46] đã báo cáo một

số công trình sử dụng công nghệ MBBR., Ở Na uy nhà máy sản xuất khoai

tây chiên dùng tổ hợp phản ứng gồm 2 bể MBBR, tỉ lệ thêm giá thể là 50%, khi tải lượng COD là 300-1200 kg, t lệ loại bỏ COD đạt trên 95% Yuxiao Wang[107] dùng A2O – MBBR 2 cấp để xử lý hóa chất nước thải của nhà máy lọc dầu, hiệu quả loại COD tốt và đạt tiêu chuẩn xả thải

Liangcheng Shao, Yuhoa Wu[108] đã dùng công nghệ A/O-MBBR để

xử lý nước thải có COD, nitơ amoniac cao tại Ôn Châu (Trung Quốc), kết quả

là xả thải đạt tiêu chuẩn quy định

Trong lĩnh vực sản xuất giấy, công nghệ MBBR cũng đang phát huy tác dụng quan trọng Qing Wang[109] đã sử dụng theo công nghệ MBBR ở công

ty h u hạn sản xuất giấy Hòa Quý ở Sơn Đông Kết quả cho thấy, với COD

và amoi trước xử lý là 2000-3000 mg/L, amoni nhỏ hơn 100 mg/L thì sau khi

xử lý chất lượng nước đạt tới tiêu chuẩn xả thảiTrung Quốc quy định Wenjun

Li [110] đã dùng công nghệ MBBR xử lý nước thải của một nhà máy chế biến giấy ở Tứ Xuyên Ở điều kiện vận hành tối ưu hiệu quả xử lý COD và amoni đạt hơn 90%

Công nghệ MBBR cũng rất h u ích để xử lý nước thải sinh hoạt Đối với nước thải sinh hoạt, công nghệ bùn hoạt tính truyền thống gặp phải một số vấn

đề như bùn th a cao và sử dụng thể tích bể phản ứng lớn vv khi áp dụng quy trình công nghệ MBBR là có thể giải quyết được nh ng vấn đề tồn tại trên

Xiaoyan Chen [111] sử dụng công nghệ MBBR để xử lý nước thải sinh hoạt ở Hohhot và thu được hiệu quả xử lý tốt hơn Tổng quy mô thiết kế giai đoạn 1 và 2 của nhà máy xử lý nước thải ở Hohhot đạt 20×l04

m3/ngày, trước kia tại đây sử dụng công nghệ A/O xả thải chỉ đạt cấp 2 của tiêu chuẩn xả nước thải GB8978-1996 Sau khi cải tạo lại và sử dụng công nghệ A2O + MBBR, chất lượng xả thải đạt tiêu chuẩn A cấp 1 tiêu chuẩn GB 189918-2002

Hong Li [112] trong quá trình nâng cấp quy trình xử lý nước thải giai đoạn 1 và giai đoạn 2 của nhà máy xử lý nước thải quận Trường Dương tại Thanh Đảo, công nghệ MBBR được lựa chọn để xử lý

Đối với nước thải đô thị có t lệ C/N thấp, để đạt được tiêu chuẩn xả thải Quốc gia Trung Quốc GB18918-2002 tiêu chuẩn A cấp 1, có thể dựa trên cơ sở của phương pháp bùn hoạt tính truyền thống thiết kế thêm công nghệ MBBR

Shengbo Gu[113] đã so sánh tổ hợp công nghệ A/O-MBBR và công nghệ A/O Khi xử lý nước thải đô thị với t lệ C/N thấp Công nghệ A/O-MBBR có khả năng xử lý với tải lượng ô nhiễm cao hơn, phù hợp với sự thay đổi cuả thời gian lưu HRT, t lệ hồi lưu và nhiệt độ Đồng thời ở điều kiện làm việc như nhau thì hiệu suất xử lý của công nghệ A/O-MBBR cao hơn so với công nghệ A/O là 50%

Wenhuan Yang [114] đã phân tích và so sánh vận hành công nghệ A2/O

và công nghệ đa bậc A2O - MBBR của nhà máy xử lý nước thải ở Thành phố Bao Đầu để xử lý nước thải đô thị có t lệ C/N thấp Kết quả thấy rằng, sau khi

xử lý bằng công nghệ đa bậc, giá trị COD, tổng nitro và amoni của nước thải đều đạt tiêu chuẩn A cấp 1, và t lệ loại bỏ các chỉ số đều cao hơn khi vận hành công nghệ A2O riêng biệt Đặc biệt là đã xử lý được T-N tốt khi có t lệ C/N thấp Đồng thời, công nghệ đa bậc A2O- MBBR chỉ sản sinh ra lượng bùn th a chỉ bằng 1/4-1/5 so với công nghệ A2O

Công nghệ MBBR như một kỹ thuật mới để loại bỏ nito tốt hơn bể phản ứng bùn hoạt tính v a trôi nổi lơ lửng v a cố định tạo màng trên giá thể Tồn tại 2 dạng như vậy sẽ có lợi cho sinh trưởng của vi khuẩn nitrat hóa vàphản nitrat hóa Công nghệ MBBR còn có ưu điểm như đầu tư cơ sở thấp, quản lý vận hành thuận tiện vv Đối với tình hình hiện tại yêu cầu tiểu chuẩn xả thải của các nước trên toàn cầu ngày càng nghiêm ngặt,công nghệ MBBR có thể đáp ứng tốt trong quá trình xử lý đảm bảo tiêu chuẩn xả thải cao hơn Chính vì vậy công nghệ MBBR có tiềm năng phát triển rất lớn trong quá trình xây dựng và tái thiết các nhà máy nước thải trên thế giới cũng như ở Việt Nam

1.4 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN BÁN TỰ ĐỘNG

1.4.1 Tổng quan về SCADA và phần mềm WinCC trong ứng dụng giám sát và điều khiển hệ thống tự động xử lý nước thải

1.4.1.1 Giới thiệu chung về hệ SCADA

Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập d liệu, ra đời vào nh ng năm 80 trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp

Hệ SCADA cho phép liên kết mạng ở nhiều mức độ khác nhau: t các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát cho đến các trạm máy tính điều hành và quản lý công ty [83]

Các chức năng cơ bản của hệ SCADA:

- Giám sát (Supervisory): Chức năng này cho phép giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống điều khiển quá trình Hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng trang màn hình, trang

đồ họa, trang sự kiện, trang báo cáo sản xuất Qua đó nhân viên vận hành có thể thực hiện các thao tác vận hành và can thiệp t xa [84]

- Thu thập d liệu (Data Acquisition): Thu thập d liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản xuất, sau đó tổ chức l u tr các số liệu như: số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố, dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở d liệu nhất định [84]

Hình 1.16: Sơ đồ hệ SCADA điển hình

1.4.1.2 Giới thiệu chung về phần mềm WinCC

WinCC (Windows Control Center –trung tâm điều khiển trên nền Windows) cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000 Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA với nh ng chức năng h u hiệu dành cho việc điều khiển.[85]

Một trong nh ng đặc điểm của WinCC là đặc tính mở Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác [85]

WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens – công ty hàng đầu trong tự động hóa quá trình và Microsoft – công ty hàng đầu trong việc phát triển phần mềm cho PC[85]

Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với nh ng ứng dụng

có quy mô toàn công ty như: việc tích hợp với nh ng hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System – hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất)

và ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ

sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới [85]

1.4.2 Ứng dụng giám sát và điều khiển hệ thống tự động xử lý nước thải

1.4.2.1 Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải

Tự động hoá xử lý nước thải là điều cần thiết nhưng phải phân tích rõ mục đích của tự động hoá và đặc biệt phải chú ý đến mục đích của quá trình

và đối tượng sử dụng [82]

Cải thiện điều kiện làm việc: Mục đích đầu tiên của tự động hoá là phải loại bỏ công việc lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số

liệu, sự cố Tự động hoá và giám sát bằng máy tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế t xa một số lượng lớn các thông tin, đơn giản hoá nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý [82]

Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện chất lượng

xử lý nước bằng các thiết bị đo và điều chỉnh Ví dụ như định lượng chất phản ứng, mức độ ô xy hoá, kiểm tra nhiệt độ các bể phản ứng… Tự động hoá quá trình cho phép giải phóng con người và làm tăng tốc độ tin cậy của hệ thống Nhưng mục tiêu quan trọng là nâng cao độ chắc chắn vận hành của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố vận hành Nghĩa là dự phòng các phương án để thiết bị có thể làm việc liên tục trong trường hợp bị hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tự động các thiết

bị dự phòng vào làm việc và giải quyết hỏng hóc Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các d liệu đã thu được, mở ra con đường tối ưu của việc

Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các phương tiện ghi các d liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính Tự động hoá không có mục đích riêng, mức độ phức tạp của thiết bị phải đáp ứng điều kiện của nhà máy và đối tượng xử lý

Tự động hoá chỉ xem như một hệ thống bổ trợ không bắt buộc phải sử dụng Một trong nh ng hậu quả của một hệ thống tự động không chắc chắn là khi ―mất nhớ‖ (Mất Settings tham số đầu vào chuẩn, mất kết nối trong một khoảng thời gian sau đó không kết nối lại được) nó không tiếp xúc trực tiếp được với quá trình công nghệ\ Tuy nhiên nh ng ưu điểm của nó quá rõ ràng nếu thiết bị được một chuyên gia về xử lý nước thải thiết kế và vận hành thực hiện [82]

1.4.2.2 Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá

Hệ thống tự động hoá có thể chia làm hai phần: hệ thống thông tin và

hệ thống điều khiển Hệ thống thông tin có nhiệm vụ thực hiện các chức năng thông tin Các chức năng này cho phép giám sát quá trình công nghệ: cụ thể là thu thập, bảo quản, thống kê và ghi lại các thông tin đã diễn ra của quá trình điều khiển, cần cho dự báo trước các tình huống sự cố hay thông tin về sự thay đổi yêu cầu đặt trước của quá trình [82]

Hệ thống điều khiển dùng để tạo ra và thực hiện các tác động điều khiển dựa trên các nguyên lý điều khiển các đại lượng phụ thuộc của quá trình công nghệ; thực hiện điều khiển tối ưu; bằng các phương tiện tự động thực hiện các thao tác logic và theo chương trình đối với các phần tử phân tán (điều khiển phân tán các cơ cấu chấp hành, các liên động sự cố, khởi động và

d ng hệ thống máy ) [82]

Đối với mỗi hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ không nhất thiết phải thực hiện tất cả các chức năng kể trên Một số các chức năng không thích hợp với đối tượng công nghệ này lại có thể thích hợp với đối tượng công nghệ trong hệ thống điều khiển ở mức cao hơn Hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ thực chất là điều khiển tập trung quá trình đó nhờ các phương tiện kỹ thuật điều khiển tự động [82]

Vấn đề đo lường t xa các thông số của hệ thống công nghệ là rất quan trọng Các thông số cần đo có thể kể đến như: mực nước trong các bể chứa, lưu lượng, các chỉ số chất lượng nước như pH, T, DO Các thiết bị cho tín hiệu t xa giúp người điều khiển nhìn nhận được toàn cảnh về trạng thái làm việc của các thiết bị Các thiết bị hiện trường truyền về Trung tâm điều khiển các tín hiệu sau đây: tín hiệu về tắt sự cố, về hỏng hóc các thiết bị điều khiển hay củacác thiết bị phụ trợ (quạt, máy bơm ), giá trị sự cố của các thông số công nghệ, sự trục trặc điều tiết chất phản ứng [82]

Các phòng trong trung tâm điều khiển thường được sắp xếp liền kề nhau, phòng có diện tích lớn là phòng điều khiển chính có đặt các tủ nhiều