Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển trạm xử lý nước thải trong các công trình xây dựng

Thiết kế hệ thống điều khiển cho trạm xử lý nước thải trong các công trình xây dựng. Tính cấp thiết của các hệ thống xử lý nước thải trong công trình và cách chế tạo hệ thống danh sách vật tư. Sơ đồ nguyên lý, lắp ráp.

LÝ NƯỚC THẢI TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2

1.1 Giới thiệu chung về nước thải sinh hoạt 2

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 3

1.2.1 Điều hòa lưu lượng và ổn định nồng độ nước thải 3

1.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 3

Các loại song chắn rác 4

1.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học 7

1.2.4 Xử lý bằng phương pháp hóa lý 8

Chương 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CÔNG TRÌNH 13

2.1 Tổng quan và nguyên lý làm việc của hệ thống 13

2.2 Thiết kế bộ điều khiển cho trạm xử lý nước thải 15

2.3 Lựa chọn thiết bị điều khiển 16

2.3.1 Bộ điều khiển 16

2.3.3 Khối nguồn 19

2.4 Thiết kế hệ thống phần cứng 20

2.5 Thiết kế lưu đồ thuật toán trên PLC 29

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT 34

3.1 Chế tạo phần cứng 34

3.2 Kết quả thực nghiệm 36

3.3 Những hạn chế và hướng phát triển của đề tài 36

KẾT LUẬN 37

DANH MỤC BẢN VẼ

Hình 1 1: Nguồn gốc nước thải sinh hoạt 2

Hình 1 2: Các loại song chắn rác 4

Hình 1 3: Song chắn rác làm sạch thủ công 4

Hình 1 4: Chu trình tuyển nổi 6

Hình 1 5 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí 10

Hình 1 6 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính kỵ khí………11

Hình 2 1: Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải trong công trình 13

Hình 2 2: Sơ đồ khối bộ điều khiển cường độ sáng từ xa 15

Hình 2 3: Sơ đồ khối bộ điều khiển cường độ sáng từ xa 17

Hình 2 4: Hệ thống bộ cảm biến mức nước dạng điện cực 19

Hình 2 5: Khối nguồn AC-DC 20

Hình 2 6: Sơ đồ nguyên lý mạch đo lường 20

Hình 2 7: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn DC24V 21

Hình 2 8: Sơ đồ nguyên lý mạch lực cấp nguồn bơm 01 21

Hình 2 9: Sơ đồ nguyên lý mạch lực cấp nguồn bơm 02 21

Hình 2 10: Sơ đồ điều khiển bơm bể gom 22

Hình 2 11: Sơ đồ điều khiển bơm bể điều hòa 23

Hình 2 13: Sơ đồ điều khiển bơm nước tuần hòa 24

Hình 2 14: Sơ đồ điều khiển bơm bùn tuần hoàn 25

Hình 2 15: Sơ đồ điều khiển bơm bùn thải 25

Hình 2 7: Sơ đồ điều khiển bơm nước khử trùng 26

Hình 2 8: Sơ đồ điều khiển thiết bị khử trùng 26

Hình 2 9: Sơ đồ điều khiển van điện từ 27

Hình 2 10: Sơ đồ điều khiển máy thổi khí

MỞ ĐẦU

Dưới tốc độ đô thị hoá và sự gia tăng dân số, tài nguyên nước trong các vùng lãnh thổngày càng chịu áp lực càng nhiều Việc gia tăng dân cư sẽ gây ra các tác động tiêu cực tớimôi trường nếu không có cá biện pháp xử lý các chất thải phát sinh Trong đó, nước thải là

mộ trong các vấn đề đang được quan tâm nhất hiện nay

Nước thải sinh hoạt từ khu dân cư chưa các chất hữu cơ, vi sinh vật gây bện và căn lơlửng… Hàm lượng các chất này cao và với lưu lượng lớn sẽ gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận(sông, hồ ) Đặc biệt khi nguồn tiếp nhận là nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho người dânthì nguồn này cần được bảo vệ để không bị ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng thấp bởi các chấtgây ô nhiễm này Vì vậy việc xây dưng các trạm xử lý nước thải trực tiếp tại các côngtrình là cần thiết và cũng đã được đưa vào luật bảo vệ môi trường của nước ta

Hiện nay có rất nhiều đề tài đã tiến hành nghiên cứu xây dựng các trạm xử lý nước thải tạicác công trình tuy nhiên hệ thống điều khiển của các trạm xử lý nước thải thì chưa được đềcập đến

Từ nhu cầu thực tiễn trên, chúng tôi đề xuất đề tài:“Nghiên cứu hệ thống điều khiển

trạm xử lý nước thải trong các công trình xây dựng” làm chủ công nghệ nâng cao hiệu

quả trong quá trình vận hành hệ thống

Đề tài của tôi gồm 3 chương:

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải

Chương 2 : Thiết kế hệ thống điều khiển cho trạm xử lý nước thải

Chương 3 : Kết quả và đề xuất

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Giới thiệu chung về nước thải sinh hoạt

Nước thải là nước đã qua sử dụng cho các mục đích: sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu, sản xuất đã bị làm thay đổi thành phần và tính chất ban đầu

Nước thải sinh hoạt là nước bị thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người như: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân…

Nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

- Nước đen: Nước thải có độ nhiễm bẩn rất cao do các chất bài tiết của conngười từ các toilet

- Nước xám: Nước thải có độ nhiễm bẩn thấp hơn so với nước đen, phát sinh

từ các hoạt động nhà bếp, tắm giặt, vệ sinh sàn…

Hình 1 2: Nguồn gốc nước thải sinh hoạt

Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu

cơ, các chất hữu cơ hòa tan (thông qua các chỉ tiêu BOD5/COD), các chất dinh dưỡng(Nito, Phospho), các vi trùng gây bệnh (E Coli)

Các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 58% tổng các chấtgồm: các chất hữu cơ thực vật (cặn bã thực vật, rau, quả, giấy…) và các chất hữu cơđộng vật (chất bài tiết của con người và động vật, xác động vật…)

Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 42% gồm: cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ,dầu khoáng…

Trong nước thải có mặt nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, virut, nấm, rong tảo,trứng giun sán… Trong số các dạng vi sinh vật có thể có cả các vi trùng gây bệnh: tả,

lị, thương hàn… có khả năng gây thành dịch bệnh

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

1.2.1 Điều hòa lưu lượng và ổn định nồng độ nước thải

Tùy thuộc vào tập quán sinh hoạt và mức độ tiện nghi, mà lưu lượng và thành phầntính chất nước thải của các toà nhà (chung cư/trung tâm thương mại …) sẽ khácnhau, nhìn chung thường dao động không đều trong một ngày đêm Sự dao động lưulượng và nồng độ độ nước thải sẽ trở ngại rất lớn đối với chế độ hoạt động của mạnglưới và hoạt động của trạm xử lý

Khi lưu lượng và nồng độ thay đổi chế độ làm việc của hệ thống xử lý nước thải(mạng lưới thoát nước và trạm xử lý nước thải) mất ổn định Khi nồng độ hoặc lưulượng đột ngột tăng lên, các công trình xử lý hóa lý, hóa học sẽ làm việc kém đi hoặcmuốn hoạt động tốt phải thay đổi lượng hóa chất thường xuyên Khi các công trình

xử lý hóa lý hoạt động kém hiệu quả thì nồng độ chất bẩn đi vào các công trình xử lýsinh học đột ngột tăng lên sẽ gây sốc tải trọng đối với vi sinh vật, gây chết VSV, làmcho công trình mất tác dụng

Việc điều hòa lưu lượng và ổn định nồng độ nước thải còn có ý nghĩa quan trọngđặc biệt đối với quá trình xử lý hóa lý và sinh học, nhằm làm giảm kích thước côngtrình xử lý, đơn giản hóa công nghệ xử lý và tăng hiệu quả xử lý nước thải

1.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Song chắn rác

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại đây, cácthành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilon,

Lưới Chắn RácSong Chắn Rác Mịn

Các loại song chắn rác.

Hình 1 2 : Các loại song chắn rác

Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc

45-60 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75-85 nếu làm sạch bằng máy Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại Do đó thông dụng hơn cả là thanh

có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy

Hình 1 3 : Song chắn rác làm sạch thủ công

1.2.2.1 Lắng cát

Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2

mm đến 2mm ra khỏi nước thải nhằm bảo đảm an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bàomòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công trình sinh học phíasau Bể lắng cát có thể được phân thành 2 loại: (1) bể lắng ngang và (2) bể lắng đứng.Ngoài ra, để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi

1.2.2.2 Lắng

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1)hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bểlắng đợt 2) Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắngđứng.Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vậntốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5- 2,5 giờ Các bể lắng ngangthường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.000m3/ngày Đối với bểlắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách trànvới vận tốc 0,5-0,6m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 4 –120phút Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến20%

1.2.2.3 Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặclỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp, quátrình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơlửng, làm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàntoàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Cácbọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí vàcặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt

Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượngchất rắn Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng 15 đến 30m (bình thường

từ 50-120 m) Khi hàm lượng hạt rắn cao, xác suất va chạm và kết dính giữa các hạt

sẽ tăng lên, do đó lượng khí tiêu tốn sẽ giảm Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định

kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trong Để đạt mục đích này đôi khi người ta bổsung thêm vào nước các chất tạo bọt có tác dụng làm giảm năng lượng bề mặt phânpha như cresol, natri alkylsilicat, phenol

Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi

được thực hiện theo các phương thức sau:

- Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation) Sục không khí vào nước ở ápsuất cao (2-4 atm), sau đó giảm áp giải phóng khí Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọtkhí có kích thước 20-100 m

Hình 1 4 : Chu trình tuyển nổi

- Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Floation) Trong trường hợp này, thổitrực tiếp khí nén vào bể tuyển nổi để tạo thành bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm,gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổilên bề mặt

- Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation) Trong trường hợp này, bão hòa không

Bơm tuần hoàn

Motor truyền động Máng thu bọt nổi

Thiết bị vớt bọt

Nước sau xử lý

khí ở áp suất khí quyển, sau đó, thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không Hệthống này thường ít sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao.

1.2.2.4 Lọc

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loạiđược bằng phương pháp lắng Quá trình lọc ít khi dùng trong xử lý nước thải,thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sau khi xử lý đòi hỏi có chất lượng cao

Để lọc nước thải, người ta có thể sử dụng nhiều loại bể lọc khác nhau Thiết bịlọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc giánđoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suấttrong quá trình lọc như lọc chân không (áp suất 0,085MPa), lọc áp lực (0,3 -1,5MPa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng …

Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không cần sử dụng các thiết bịlọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu lọc có thể sửdụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ.Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương Quátrình lọc xảy ra theo những cơ chế sau:

- Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học;

- Quá trình lắng tạo bông

1.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

1.2.3.1 Trung hòa

Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng6,5 đến 8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếptheo Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách nhau:

Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm;

Bổ sung các tác nhân hóa học;

Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa;

Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước acid Đểtrung hòa nước thải chứa acid có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH,KOH, Na2CO3, nước ammoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômít(CaCO2.MgCO3) và xi măng Song tác nhân rẻ nhất là vôi sữa 5-10% Ca(OH)2,tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải

Trong trường hợp trung hòa nước thải acid bằng cách lọc qua vật liệu có tácdụng trung hòa, vật liệu lọc sử dụng có thể là manhêtit (MgCO3), đôlômít, đá vôi,

đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro Khi lọc nước thải chứa HCl vàHNO3 qua lớp đá vôi, thường chọn tốc độ lọc từ 0,5 – 1 m/h Trong trường hợp lọcnước thải chứa tới 0,5% H2SO4 qua lớp đôlômít, tốc độ lọc lấy từ 0,6-0,9 m/h Khinồng độ H2SO4 lên đến 2% thì tốc độ lọc lấy bằng 0,35 m/h

Để trung hòa nước thải kiềm có thể có thể sử dụng khí acid (chứa CO2, SO2,NO2, N2O3,…) Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải

mà đồng thời tăng hiệu quả làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ củanước thải chế độ thải nước và chi phí hóa chất sử dụng

1.2.3.2 Oxy hóa khử

Để làm sạch nước thải, có thể sử dụng các tác nhân oxy hóa như clo ở dạngkhí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, permanganatkali, bicromat kali, peroxy hydro (H2O2), oxy của không khí, ozone, pyroluzit(MnO2) Quá trình oxy hóa sẽ chuyển các chất độc hại trong nước thải thành cácchất ít độc hại hơn và tách khỏi nước Quá trình này tiêu tốn nhiều hóa chất nênthường chỉ sử dụng khi không thể xử lý bằng những phương pháp khác Tuynhiên, trong những năm gần đây do phát triển khoa học kỹ thuật một số doanhnghiệp Việt Nam đã chế tạo thành công máy phát Ozon với giá thành thấp, dễvận hành chi phí điện năng thấp, hậu mãi tốt

1.2.4 Xử lý bằng phương pháp hóa lý

1.2.4.1 Keo tụ - Tạo bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịnphân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 nm Cáchạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kíchthước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượnghóa học bề mặt trở nên rất quan trọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước

có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thểdẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ vachạm Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn.Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờlực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặcđiện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ionhóa các nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lựcđẩy tĩnh điện

Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng,quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích

có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn,nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông

1.3 Các công nghệ xử lý nước thải trong công trình

1.3.1 Công nghệ xử lý nước thải hiếu khí

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinhvật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ thích hợp có trong nước thải trong điều kiệnđược cung cấp oxy liên tục

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: 

- Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz  + O2 => CO2 + H2O + ∆H

- Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + ∆H 

- Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5H2O + NH3 ± ∆H 

Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng

sự tự oxi hóa chất liệu tế bào

Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoásinh hoá Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều

Bê lắng 2 Nước

Bể lắng 2 Tuần hoàn

Máy thổi khí

kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các cơng trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điềuhiện tối ưu cho quá trình oxy hố sinh hố nên quá trình xử lý cĩ tốc độ và hiệu suấtcao hơn rất nhiều Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh họchiếu khí nhân tạo cĩ thể chia thành:

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được

sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thốngnhân tạo, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí.Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí dùng bể Aerotankđược áp dụng phổ biến nhất

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám áp dụng tại các bểlọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrat hĩa với màng cố định

Hình 1 5 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí.

1.3.2 Cơng nghệ xử lý nước thải kỵ khí

Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là quá trình sử dụng

vi sinh vật kỵ khí trong mơi trường khơng cĩ oxy tự do, trong điều kiện này vi khuẩn

kỵ khí cĩ thể oxy hĩa chất hữu cơ theo nguyên lý lên men Phương pháp này cĩ 2 loại:

Lọc kỵ khí: Thường được sử dụng để xử lý nước thải cĩ hàm lượng chất hữu

cơ rất cao Phương pháp này sử dụng rất nhiều chủng vi sinh vật để xử lý Vật liệu lọc

cĩ thể là dạng tấm (chất dẻo) hoặc vật liệu rời hạt cĩ đường kính 3-5mm

Kỵ khí tiếp xúc: Nước thải chưa được xử lý được khuấy trộn với vịng tuần hồn

và sau đĩ được phân hủy trong bể phản ứng kín khơng cho khơng khí

Hình 1 6 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính kỵ khí.

Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lýxảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt Khí sinh ra trongđiều kiện kỳ khí (chủ yếu là methane và CO2) sẽ tạo nên dịng tuần hồn cục bộgiúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh ra từ lớpbùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể Tại đây,

Lan can bảo vệ

Ống thu nước sau xử ly ù

Sàn công tác Máng thu nước dạng răng cưa

Ống

dẫn

khí

Thiết bị tách pha khí – lỏng - rắn

Vách hướng dòng hình côn

Cầu thang Vỏ thiết bị

Lớp bùn kỵ khí Bọt

nước vào thiết

lưu lượng nước thải

quá trình tách pha khí- lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha Khí theo ống dẫn quabồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10% Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắngxuống Nước thải theo màng tràn răng cửa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h pHthích hợp cho qu trình phn hủy kỳ khí dao động trong khoảng 6,6-7,6 Do đĩ cầncung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luơn luơn >6,2 vì ở pH < 6,2, vi sinh vật chuyển hĩa methane khơng hoạt động được Cần lưu ýrằng chu trình sinh trưởng của vi sinh vật acid hĩa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinhvật acetate hĩa (2-3 giờ ở 350C so với 2-3 ngy, ở điều kiện tối ưu) Do đĩ, trong qutrình vận hnh ban đầu, tải trọng chất hữu cơ khơng được qu cao vì vi sinh vật acidhĩa sẽ tạo ra acid bo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độchuyển hĩa cc acid ny thnh acetate dưới tc dụng của vi sinh vật acetate hĩa

Chương 2 : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM XỬ LÝ NƯỚC

THẢI TRONG CÔNG TRÌNH 2.1 Tổng quan và nguyên lý làm việc của hệ thống

2.1.1 Công nghệ trạm xử lý nước thải trong công trình.

Để thuận tiện cho việc tính toán thiết kế và thử nghiệm hệ thống đề tài sẽ thiết kếtrực tiếp cho trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho công trình “ Nhà hỗ hợp chung cưHợp Phú – Bắc Ninh, Công suất 100m3/Ngày đêm”

Hình 2 14: Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải trong công trình

Trạm xử lý nước thải bao gồm các thiết bị sau:

 Bơm bể gom: Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế độ auto hoạt động theo mức nước trong bể gom

 Bơm bùn bể lắng sơ bộ: Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế độ auto hoạt động 10 ngày 1 lần bao gồm 2 bơm, 2 bơm này hoạt động luân phiên nhau

 Bơm bể điều hòa: Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế độ auto hoạt động theo mức nước trong bể điều hòa

 Máy khuấy chìm bể thiếu khí: Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế

độ auto máy khuấy sẽ chạy khi bơm điều lượng chạy và dừng lại sau khi bơm tuần hoàn dừng 10 phút

 Bơm tuần hoàn bể hiếu khí: Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế độ auto bơm chạy khi bơm bể điều hòa làm việc, bể hiếu khí đầy bơm dừng khi bơm để điều hòa dừng

 Bơm bùn tuần hoàn bể lắng thứ cấp: Có hai chế độ làm việc auto và

mannual, chế độ auto bơm chạy bơm tuần hòa chạy 1h bơm dừng sau khi bơm nước tuần hoàn dừng

 Bơm bùn thải vào bể chứa bùn : Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế độ auto bơm chạy khi bể hiếu khí đầy hoặc sau 10 ngày, bơm dừng sau khi chạy 10 phút.

 Bơm bùn thải ra ngoài: Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế độ autobơm chạy bùn ở trong bể ở mức đầy, bơm dừng khi bể chứa bùn cạn

 Bơm hóa chất: Gồm có 2 bơm, có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế

độ auto bơm chạy khi bơm điều lượng ,bơm tuần hoàn chạy, tank hóa chất đầy, bơm sẽ dừng khi một trong các điều kiện trên không đáp ứng

 Máy khuấy tank hóa chất: Có hai chế độ làm việc auto và mannual, chế độ auto máy sẽ chạy khi bơm hóa chất chạy, dừng khi bơm hóa chất dừng

 Máy thổi khí: Hoạt động liên tục để thổi khí vào trong bể

 Sử dụng các cảm biến để đo mức trong các bể gom, bể điều hòa, bể hiếu khí,

bể chứa bù, bể hóa chất

2.1.2 Nguyên lý làm việc trạm xử lý nước thải

Nước thải từ khu nhà ở sau khi được xử lý sơ bộ ở bể tự hoại sẽ được thu gom về

hệ thống xử lý nước thải tập trung Một phần các cặn rác thô có kích thước lớn như:bao nylon, vải vụn, cành cây, giấy…được giữ lại song chắn rác để loại bỏ nhằmtránh gây hư hại hoặc tắc nghẽn bơm và các công trình tiếp theo Rác thu hồi đượcđem đi xử lý Nước thải sau khi qua song chắn tiếp tục qua bể gom Sau đó nướcthải được bơm đến bể lắng đợt sơ bộ để lắng tạp chất phân tán nhỏ (chất lơ lửng)dưới dạng cặn lắng xuống đáy bể và theo các chất nổi trên bề mặt : dầu mỡ, bọt…Bùn lắng thu được được bơm qua bể nén bùn trước khi đem đi xử lý Nước thải tiếptục từ bể lắng sơ bộ được chảy về bể điều lượng, tại đây, bể sẽ gắn hệ thống sục khínhằm giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trìnhthải ra không đều, ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào cácgiờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kíchthước các công trình tiếp theo nước thải sẽ được bơm vào bể Anoxic Ở đây, nướcthải được hòa trộn với vi sinh vật Trong điều kiện thiếu khí, vi sinh vật sẽ loại bỏcác hợp chất chứa N và P Sau đó toàn bộ hỗn hợp nước và bùn hoạt tính được dẫnvào bể Aerotank Tại đây, quá trình xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính diễn

ra nhờ lượng oxy hòa tan trong nước Các vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy và cáchợp chất hữu cơ trong nước làm chất dinh dưỡng để duy trì sự sống, phát triển sinhkhối và kết thành bông bùn, nhờ đó các chất hữu cơ trong nước thải giảm đáng kể

Aerotank xáo trộn hoàn toàn nhờ thiết bị sục khí Nước từ bể Aerotank được tuầnhoàn về bể Anoxic với lưu lượng từ 2 – 4Q Sau đó, hỗn hợp bùn hoạt tính và nướcthải chảy sang ngăn lắng Có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải.Bùn lắng một phần được bơm tuần hoàn lại bể Anoxic để ổn định mật độ cao vikhuẩn và tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, phần còn lại sẽ được bơm qua

bể nén bùn và tiếp tục xử lý Nước thải sau khi lắng sẽ tràn qua máng răng cưa vàománg tràn và dẫn qua bể khử trùng để loại bỏ các loại vi sinh vật gây bệnh trongnước thải trước khi thải ra môi trường Hàm lượng Chlorine cung cấp vào nước thải

ổn định qua bơm định lượng hóa chất Ngoài tác dụng khử trùng, Chlorine còn làmột tác nhân oxy hóa mạnh, do đó có thể oxy hóa các chất hữu cơ còn tồn tại trongnước thải Nước thải sau khi khử trùng đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN14:2008/BTNMT, cột B sẽ được thải ra hệ thống thoát nước khu vực Phần bùntươi cần xử lý ở bể lắng 1 và phần bùn dư ở bể lắng 2 sau một thời gian đầy sẽđược vận chuyển ra ngoài

2.2 Thiết kế bộ điều khiển cho trạm xử lý nước thải

Từ các phân tích trên ta xây dựng được sơ đồ khối của hệ thống điều khiển nhưsau:

Hình 2 15: Sơ đồ khối bộ điều khiển cường độ sáng từ xa

Hệ thống gồm các khối chức năng sau đây:

BỘ ĐIỀU KHIỂN

BOM BỂ GOM BOM BÙN BỂ LẮNG BƠM BỂ ĐIỀU HÒA BƠM BÙN THẢI VÀO BỂ CHƯA BÙN BƠM BÙN THẢI RA NGOÀI MÁY KHUÂY TANK HÓA CHẤT M,ÁY THỔI KHÍ

CẢM BIẾN MỨC BỂ GOM CẢM BIẾN MỨC BỂ ĐIỀU HÒA CẢM BIẾN MỨC BỂ HIẾU KHÍ CẢM BIẾN MƯC BỂ NGĂN CHƯA BÙN CẢM BIẾN MỨC CHO BỂ HÓA CHẤT

HỆ THỐNG HIỂN THỊ

BẢNG ĐIỀU KHIỂN

- Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ các cảm biến mức nước trong các bể và bảngđiều khiển để điều khiển các bơm nước.

- Bảng điều khiển: Đưa các lệnh điều khiển từ người dùng

- Cảm biến mức: Báo mức nước tại các bể

2.3 Lựa chọn thiết bị điều khiển

2.3.1 Bộ điều khiển

a Giới thiệu PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình

để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện

b Đánh giá ưu nhược điểm của PLC

Trước đây, bộ PLC thường rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trìnhlập trình phức tạp Vì những lý do đó mà PLC chỉ được dùng trong những nhà máy

và các thiết bị đặc biệt Ngày nay, do giá thành hạ kèm theo tăng khả năng của PLCdẫn đến là PLC ngày càng được áp dụng rộng cho các thiết bị máy móc Các bộPLC đơn khối với 24 kênh đầu vào và 16 kênh đầu ra thích hợp với các máy tiêuchuẩn đơn, các trang thiết bị liên hợp Còn các bộ PLC với nhiều khả năng ứngdụng và lựu chọn được dùng cho những nhiệm vụ phức tạp hơn Có thể kể ra các

ưu điểm của PLC như sau:

 Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghinhanh với mọi chức năng điều khiển Khi đã được lắp ghép thì PLC sẵn sànglàm việc ngay Ngoài ra nó còn được sử dụng lại cho các ứng dụng khác dễdàng

Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ- điện Độtin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không cần thiết còn vớimạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết

Dễ dàng thay đổi chương trình: Việc thay đổi chương trình được tiến hành đơngiản Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang được sử dụng,