ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỰ ĐỘNG HÓA XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Đồ án cấp nước, thuyết minh đồ án cấp thoát nướcđồ án cấp thoát nước nhà cao tầngđồ án cấp thoát nước trong nhàcâu hỏi bảo vệ đồ án cấp thoát nướcdo an cap thoat nuocđồ án cấp thoát nước đô thịđồ án cấp thoát nước chung cưđồ án cấp thoát nước trường họcđồ án cấp thoát nước trong nhà chung cưđồ án cấp thoát nước bên trong công trình

ĐAỊ HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC

KHOA :ĐIỆN

BỘ MÔN :TỰ ĐỘNG ĐO LƯỜNG

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn :

Họ và tên sinh viên :

2.Số liệu ban đầu

-Tài liệu của công ty TNHH Tàu biển HYNDAI-VINASHIN

3.Nội dung phần thiết minh

-MỞ ĐẦU :Tổng quan về công ty TNHH tàu biển HYNDAI-VINASHIN

-PHẦN 1(3) :Tổng quan về ô nhiễm môi trường xử lí ô nhiễm môi trường hiện

nay

-PHẦN 2(12) :Giới thiệu công nghệ và qui trình xử lí nước thải của công ty TNHH

tàu biển HYNDAI-VINASHIN.Các loại cảm biến dùng trong hệ thống

-PHẦN 3(33) :Giới thiệu chung về PLC và PLC S7-300 của SEMENS

-PHẦN 4 :Lập trình điều khiển hệ thống tự động xử lí nước thải dùng PLC S7-300 -PHẦN 5 : GIỚI THIỆU THÊM

-Tổng quan về SCADA và phần mềm thiết kế WINCC

-Thiết kế giao diện điều khiển giám cho trạm xử lí nước thải

4>Ngày giao nhiệm vụ :13/02/06

5>Ngày hoàn thành nhiệm vụ :28/05/06

-Công ty được quản lí bởi HMD (Hyndai Mipo Dockyard).Một công ty đóng tàu,hoán cải và sữa chữa có uy tín nhất trên thế giới HVS đã dành được nhiều thànhcông với sự nổ lực của hơn 4000 công nhân giàu kinh nghiệm,65 chuyên gia HànQuốc và khoảng 1000 công nhân của các thầu phụ

2.Cơ cấu tổ chức:

Phòng CNTT

Phòng An Toàn

Phòng Quản lý chất lượng

Phòng Thiết kế

Phòng Quản lý sản xuất

Phòng kinh doanh

Phòng quản lý sữa chữa tàu

KhốiKinh DoanhvàHành chính

Kế Toán trưởngTổng Giám Đốc

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG HIỆN NAY

I.Khái niệm và nguyên nhân:

- Ô nhiễm môi trường là sự thay đổi tính chất của môi trường vi phạm tiêu chuẩnmôi trường Chất ô nhiễm là những nhân tố làm cho môi trường trở nên độc hại.Thông thường tiêu chuẩn môi trường là những chuẩn mực, giới hạn cho phép đượcquy định dùng làm căn cứ để quản lí môi trường

-Sự ô nhiễm môi trường có thể là hậu quả của các hoạt động tự nhiên, như hoạtđộng núi lửa, thiên tai, lũ, lụt, bão hoặc các hoạt động do con người thực hiện trongcông nghiệp, giao thông và trong sinh hoạt

-Có nhiều phương pháp đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường dựa vào tình trạngsức khoẻ và bệnh tật của con người và sinh vật sống trong môi trường ấy hoặc dựavào thang tiêu chuẩn đánh giá chất lượng môi trường

-Với mỗi loại môi trường (đất, nước, không khí…) ta có cách xử lí ô nhiễm khácnhau

-Trong phạm vi đồ án này “Khảo sát hệ thống xử lí nước thải của nhà máy sửa chữatàu biển Hyundai Vinashin”, vì vậy ta chỉ trình bày tổng quan những vấn đề về ônhiễm môi trường nước và xử lí môi trường nước

II.Nước trong tự nhiên:

- Nước trong tự nhiên bao gồm toàn bộ các đại dương, biển, vịnh, sông, suối, ao,

hồ, nước ngầm, băng tuyết, hơi ẩm trong đất và trong không khí Gần 94% nướctrên trái đất là nước mặn, nếu tính cả nước nhiễm mặn thì tỉ lệ này lên tới khoảng97.5% nước ngọt chiếm tỉ lệ rất nhỏ

-Nước đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều hoà khí hậu và cho sự sống trêntrái đất Nước là dung môi lí tưởng để hoà tan, phân bố các chất vô cơ, hữu cơ, làmnguồn dinh dưỡng cho giới thuỷ sinh cũng như động thực vật trên cạn, cho thế giới

vi sinh vật và cả con người Nước giúp cho các tế bà sinh vật trao đổi chất dinhdưỡng, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và cấu tạo tế bào mới.Có thể nói rằng ởđâu có nước là ở đó có sự sống và ngược lại.Nhu cầu về nước của người dân ở đôthị khoảng 100-150 lít/ngày để cung cấp cho ăn, uống, tắm, giặc, làm công tác vệsinh Ngoài nhu cầu sinh hoạt, nước còn cung cấp cho tưới tiêu thuỷ lợi, các ngànhcông nghiệp chế biến nông sản, chế biến các sản phẩm khác như luyện kim dệt sợi,giấy…Nói chung nhu cầu nước ngày càng lớn

-Nước dùng cho sinh hoạt, trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp dịch vụ Saukhi được sử dụng đều trở thành nước thải bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau vàlại được đưa trở lại các nguồn nước và nếu không xử lí (làm sạch) thì sẽ làm ônhiễm môi trường Hơn nữa hàng năm nạn phá rừng trên toàn cầu rất lớn làm cholớp thực vật che phủ đất bị suy giảm, lượng nước ngọt càng dễ bay hơi và nướcnguồn bị hạ xuống Như vậy nước ngọt từ các ao, hồ, sông, suối và một phần nướcngầm bị kiệt dần và chất lượng nước cũng bị suy giảm

-Nước trong tự nhiên được tuần hoàn theo một chu trình Theo chu trình tuần hoàn,nước ngọt được chu chuyển qua quá trình bốc hơi và mưa (thường là ngắn theonăm) Với chu trình này lượng nước được bảo toàn nhưng nước được biến dạng từlỏng sang hơi và rắn (băng tuyết), hoặc từ nơi này sang nơi khác ở các thuỷ vực,biển và đại dương, nước mặt (sông, suối, ao, hồ) và nước ngầm.

1.Nước mặt:

-Đây là khái niệm chungchỉ các nguồn nước trên mặt đất, bao gồm ở dạng động(chảy) như sông, suối, kênh , rạch và dòng tĩnh hoặc chảy chậm như ao, hồ, đầm,phá …Nước mặt có nguồn gốc chính là nước chảy tràn do mưa hoặc cũng có thể từnước ngầm chảy ra do áp suất cao hay dư thừa độ ẩm cũng như dư thừa số lượngtrong các tầng nước ngầm

-Nước chảy vào các sông luôn ở trạng thái động phụ thuộc vào lưu lượng và mùa.Chất lượng nước phụ thuộc nhiều vào các lưu vực Nước qua vùng đá vôi đá phấnthì nước trong và cứng Nước chảy qua vùng có tính chất thấm kém thì nước đục vàmềm.Các hạt hữu cơ hoặc vô cơ bị cuốn theo khó sa lắng Nước chảy qua rừng rậmnuớc trong và chứa nhiều chất hữu cơ hoà tan Nạn phá rừng tràn lan làm nướccuốn trôi hầu hết cá thành phần trong đất

-Nước cứng thường giàu các ion Canxi và Magiê, pH cao ( thường lớn hơn 7).Nước có pH nhỏ hơn 7 là nước mềm Khi chảy qua các lưu vực sông ở đồng bằng,nước có nhiều phù sa, chứa nhiều tạp chất hữu cơ ( humic ), một số tạp chất chứaion kim loại, đặt biệt là nhôm và sắt Nước ở vùng này có độ mặn cao, điển hìnhnhất là nước ở lưư vực sông Hồng vào mùa mưa

-Nước ở ao, hồ, đầm, phá về mùa mưa được bổ sung và chảy tràn, về nguyên tắc cóthể coi là dòng chảy chậm, thời gian lưu lớn.Nước này có độ đục thấp, hàm lượngcác chất hữu cơ thấp thường được sử dụng làm nước sinh hoạt Trong trường hợpnước ở các thuỷ vực này lưu quá lâu có thể xảy ra hiện tượng phát triển của rongtảo làm giảm chất lượng nguồn nước Ở đây chưa kể tới các loài rong tảo có độctính gây bệnh cho người và động vật

2.Nước ngầm:

-Nước ngầm tồn tại ở các tầng hoặc các túi trong trong đất Chất lượng nước ngầmphụ thuộc vào một loạt yếu tô: chất lượng nước mưa, thời gian tồn tại, bản chất lớpđất đá nước thấm qua hoặc chứa tầng nước Thông thường nước chứa ít tạp chấthữu cơ và sinh vật, giàu các ion vô cơ và vi sinh vật, giàu các ion vô cơ Nước ngầm

ở ở các vùng khác có các thành phần khác nhau, như ở vùng đá, vùng ven đô thị,vùng công nghiệp Nước ngầm vùng ven biển dễ bị ô nhiễm mặn

-Nước ngầm là nguồn tài nguyên quý giá cung cấp cho các vùng đô thị , côngnghiệp, tưới tiêu thuỷ lợi, đặc biệt là các vùng trồng cây công nghiệp tập trung, nhưcây cà phê ở Tây Nguyên

Na+,Ca2+,Mg2+…Nước biển thich hợp với các loài thuỷ sản nước mặn, là môi trướngsống quan trọng của nhiều giới sinh vật.

Biển đóng vai trò quan trọng trong chu trình tuần hoàn nước toàn cầu

Bảng 1.1: Thành phần hoá học nước trong tự nhiên.

123456789

8611415258

4536271

Các nguyên tố vi lượng Microgam/lit Microgam/lit

123456789

1013100100230201206707

1531211131814916

III Ô nhiễm môi trường nước:

1.Khái niệm:

-Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và chất của nước gây ảnhhưởng đến hoạt động sống bình thường của con người và sinh vật Khi sự thay đổi

thành phần và tính chất của nước vượt qua một ngưỡng cho phép thì sự ô nhiễm thì

sự ô nhiễm đã ở mức độ nguy hiểm và gây một số bệnh tật ở người

2.Các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước:

a Ô nhiễm do nước chảy tràn trên mặt đất:

-Nước chảy tràn trên mặt đất do mưa hoặc do thoát ra từ tưới tiêu đồng ruộng lànguyên nhân gây ô nhiễm nước sông , hồ…Nước đồng ruộng cuốn theo thuốc bảo

vệ thực vật, phân bón (kể cả phân hữu cơ và phân hoá học), cũng như nước mưa, lũlụt cùng nước ngầm chảy tràn cuốn theo các chất mầu mỡ của đất, như mùn, phù sa,các vi sinh vật và các nguồn nước

b.Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên:

-Nước ở vùng cửa sông thượng bị nhiễm mặn và có thể chuyển ô nhiễm này vào sâutrong đất liền Ở các vùng nhiễm phèn có thê theo kênh rạch chuyển ô nhiễm vàocác vùng khác Các yếu tố tự nhiên cần phải kể đến như ảnh hưỏng của thành phầncấu tạo đất hoặc hoàn cảnh địa lí của từng khu vực Thí dụ: vùng có quặng khoángsản, núi lửa hoạt động,… nước ở các vùng này sẽ bị ô nhiễm do ảnh hưởng củanham thạch, khoáng sản

c Ô nhiễm do nước thải:

-Nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như sinh hoạt, dịch vụ, tướitiêu thuỷ lợi, chế biến nông nghiệp, chăn nuôi Thông thường nước thải được phântheo nguồn gốc phát sinh ra chúng

-Nước thải sinh hoạt hay nước thải từ khu dân cư bao gồm nước sau khi sử dụng từcác hộ gia đình, bệnh viện, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí

Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng lớn các chất hữu cơ dễ

bị phân huỷ (hydratcacbon, protein, chất béo), các chất vô cơ sinh dưỡng (phospho,nitơ) cùng với các vi khuẩn (có thể vi sinh vật gây bệnh), trứng giun, sán…

-Hàm lượng các chất gây ô nhiểm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiệnsống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước thải Đểđánh giá chính xác, cần khảo sát đặt điểm nước thải từng vùng dân cư như ở đô thị,nông thôn, miền núi, đồng bằng, khu du lịch…Để có thể dễ tính toán người ta tính

số lượng nước dùng cho một người trong một ngày là 100-150 lít và kể cả trại chănnuôi là 250 lít/nguời/ngày

-Nước thải công nghiệp:

-Nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp, giao thông vậntải gọi chung là nước thải công nghiệp Nước thải loại này không có đặc điểmchung mà phụ thuộcvào quy trình công nghệ của từng loại sản phẩm Nước thải từcác cơ sở sản xuất nông sản, thực phẩm và thủy sản (đường, sữa, bột , tôm, cá,rượu bia…) có nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ, nước thải từ các nhà máy thuộc dachứa nhiều kim loại nặng, sulfua: nước thải của các xí nghiệp làm acquy có nồng độaxit và chì cao

-Nói chung nước thải của các ngành công nghiệp hoặc các xí nghiệp khác nhau cóthành phần hoá học và hoá sinh là rất khác nhau

-Nước thấm qua: Đó là nước mưa thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khácnhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay hố xí.

-Nước thải tự nhiên:Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở những thành phốhiện đại, chúng được thu gom theo một lối thoát riêng

-Nước thải đô thị:Nước thải đô thị là một thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệthống ống thoát của một thành phố, đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên

3.Hiện tượng nước bị ô nhiễm:

-Nước bị ô nhiễm hay nước nhiễm bẩn có thể quan sát bằng cảm quan qua các hiệntượng khác thường như sau: thay đổi màu sắc (nước”nở hoa”), có mùi lạ, đục…

-Màu sắc:Nước tự nhiên sạch không màu Nhìn sau vào bề sau nước sạch ta có

cảm giác màu xanh nhẹ do sự hấp thụ chọn lọc các bước sóng nhất định của ánhsáng Nước có rong tảo phát triển có màu xanh đậm hơn Nước có màu vàng donhiễm sắc, màu vàng bẩm sinh do nhiễm axit humic có trong mùn Nước thải làmcho nước có nâu đen hoặc đen Mỗi loại nước thải đều có những màu sắc khá đặctrưng, nhưng số các trường hợp nước nhiễm bẩn đều có màu nâu hoặc đen

-Mùi vị: Nước sạch không có mùi vị, khi nhiễm bẩn có mùi lạ Thí dụ: mùi thối, vị

tanh, chát …Trong nước bẩn chứa nhiều tạp chất hoá học và làm cho nước có mùi

vị lạ đặc trưng Quá trình phân giải các chất hữu cơ có trong nước cứng làm chonước có mùi vị khác thường

-Độ trong: Nước tự nhiên sach không có tạp chất thường rất trong Khi bị nhiễm

bẩn, các loại nước thải thường bị đục: độ trong giảm và độ đục tăng Độ đục do cácchất lơ lửng gây ra Các chất lơ lửng có kích thước rát khác nhau ở dạng keo hoặcphân tán thô

Nước đục do:

+Lẫn bụi và các hóa chất công nghiệp

+Các chất hoà tan vào nước, rồi sau đó kết tủa thành các hạt rắn

+Đất hoà vào nước ở dạng hạt phân tán

-Các dạng hạt vật chất lơ lửng thường hấp thụ các ion kim loại độc hại và các visinh vật (trong đó có loài gây bệnh) Nếu lọc nước không kĩ sẽ ảnh hưởng xấu đếnngười và động vật sử dụng

-Độ đục càng lớn thì khả năng của ánh sáng qua nước bị giảm dẫn đến quá trìnhquang hợp trong nước bị yếu, nồng độ ôxi hoà tan trong nước nhỏ và môi trườngtrong nước trở nên kị khí ảnh hưởng đến đời sống của nhiều động, thực vật thuỷsinh, trong đó có vi sinh vật

-Một số hiện tượng khác thường:”Nước nở hoa”: Nước vẫn bình thường nhưngquan sát thấy nước như có cánh hổ ăn trong nước,là do nước giàu chất dinh dưỡng,đặc biệt là hàm lượng photpho cao làm cho tảo “bùng nổ” sinh trưởng và phát triển.Nhiều trường hợp khác nước vẫn bình thuờng nhnưng thấy cá tôm đờ đẫn, thở ngáptrên mặt nước, thậm chí chết hàng loạt, có khi cả các loại bèo, đặc biệt là bèo tấm,

bị chết một số hoặc toàn bộ…Những trường hợp này có thể là do nước bị nhiễmđộc các khí hoà tan, các ion kim loại nặng, các hợp chất phenol, các chất bảo vệthực vật, phân hoá học, hoặc cũng có thể là do hàm lượng quá cao các chất hữu cơ

(kể cả chất dễ bị phân huỷ có giá trị dinh dưỡng), oxi hoà tan nhỏ hoặc không cótrong môi trường nước.

-Các chất gây ô nhiễm môi trưòng nước bao gồm: các chất hữu cơ bền vững khó bịphân huỷ, các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ, chủ yếu là do tác nhân sinh học; các kimloại nặng; các ion vô cơ;dầu mỡ và các chất hoạt động bề mặt; các chất có mùi hoặcmàu; các chất rắn; các chất phóng xạ; các vi sinh vật

4.Những thông số cở bản đánh giá chất lượng nước:

-Đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm cần dựa vào một số thông số

cơ bản so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hoá học và sinh học đối vớitừng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau Những thông số đó bao gồm

là:

a.Độ pH:

-Là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải Chỉ số này

cho thấy cần thiết phải trung hoà hay không và tính luợng hoá chất cần thiết trongquá trình xử lí đông keo tụ, khử khuẩn

-Sự thay đổi trị số pH làm thay đổi quá trình hoà tan hoặc keo tụ, làm tăng, giảm

vận tốc của các phản ứng hoá sinh xảy ra trong nước

c Độ cứng:

-Nước tự nhiên đựoc phân thành nước cứng và nuớc mềm

-Độ cứng của nước thường không được coi là ô nhiễm vì không gây hại cho sứckhoẻ con người Nhưng độ cứng lại gây ảnh hưởng lớn đến công nghệ, như cấu tạo

lò hơi, các thiết bị có gia nhiệt nước

d.Màu:

-Nước có thể có màu, đặc biệt là nước thải có màu đen hoặc đỏ nâu.

-Các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành

-Nước có sắt và mangan ở dạng keo hoặc hoà tan

-Nước có chất thải công nghiệp

-Màu của nước được phân thành hai dạng: màu thực do các chất hoà tan hoặc dạnghạt keo ; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên Trong thực

tế người ta xác định màu thực của nước, ngihã là sau khi lọc bỏ các chất không tan

e Độ đục:

-Độ đục của nước là do các hạt lơ lửng , cấc chất hữn cơ phân huỷ hoặc do giới thuỷsinh gây ra Độ đục làm giảm khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trongnước gây giảm thẩm mỹ và giảm chất lượng của nước khi sử dụng.Vi sinh vật cóthể bị hấp thụ bởi cá hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn

f Oxi hoà tan:

-Oxi hoà tan trong nước rất cần cho sinh vật hữu khí Bình thường oxi hoà tan trongnước khoảng 8-10 mg/l, chiếm 70-80% khi oxi bão hoà Nồng độ oxi hoà tan trongnước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạtđộng của thế giới thuỷ sinh,các hoạt động hoá sinh, hoá học và vật lý củanước.Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được dụng nhiều cho quá trình

hoá sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng

g.Ngoài ra còn có những thông số nhu cầu về oxi sinh hoá, nhu cầu về oxi hoá hoc,

chỉ số N, P, và các chỉ số khác như vệ sinh

5.Các phương pháp xử lí nước thải:

-Thường ta có các phương pháp xử lí nước thải sau:

-Trong nước thải thường có các loại tạp chất rắn cỡ khác nhau bị cuốn theo như rơm

cỏ, gỗ mẫu, bao bì, chất dẻo, giấy, dầu mỡ nỗ, cát sỏi, các vụn gạch ngói… Ngoài racòn có các loại hạt (lơ lửng ở dạng huyềnh phù) rất khó lắng Tuỳ theo kích cỡ, cáchạt huyền phù được chia thành hạt chất rắn lơ lửng có thể lắng được , hạt chất rắnkeo được khử bằng đông tụ

-Các loại tạp chất trên dùng các phương pháp xử lí cơ học là thích hợp (trừ các hạtdạng rắn keo)

-Trong phương pháp này ta dùng song chắn rác để giữu lại các vật thô, kích thướclớn Sau khi chắn rác ta dùng lưới lọc để loại bỏ các tạp chất nhỏ hơn, mịn hơn.-Ngoài ra dựa vào nguyên lí trọng lượng để chế tạo các “bẫy” lắng cát, sỏi hay đểtách dầu mỏ Đối với bể lắng cát, sỏi thì cát, sỏi nặng sẽ lắng xuống và kéo theo mộtphần chất đông tụ Còn bể lọc dầu mỡ, do dầu mỡ nhẹ hơn nước nên nổi lên trênnước

-Đối với những tạp chất phân tán nhỏ mà bể lắng không lắng được thì người ta dùngphương pháp lọc Trong các loại phin lọc thường có loại phin lọc dung vật liệu dạngtấm và loại hạt Ngoài tác dụng tách các phần tử tạp chất phân tán trong nước, cácmàng sinh học trên các vật liệu lọc cũng biến đổi các chất hoà tan trong nước thảinhờ quần thể vi sinh vật có trong màng sinh học

b Xử lí bằng phương pháp hoá lí và hoá học:

-Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hoá học, các quá trình hoá lí diễn

ra giữa các chất bẩn với hoá chất thêm vào là oxi hoá, trung hoà và đông keo tụ.Thông thường quá trình keo tụ thưòng kèm theo quá trình trung hoà các hiện tượngvật lí khác -

-Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hoà, phản ứng oxi hoá khử, phản ứngtạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân huỷ các chất độc hại

-Trung hoà: Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau Muốn nước thảiđược xử lí tốt bằng phương pháp hoá học phải tiến hành trung hoà và điều chỉnh pH

về vùng 6.6÷7.6.Trung hoà bằng cách dùng các dung dich axit hoặc muối axit, cácdung dich kiềm hoặc oxit kiềm để trung hoà nưứoc thải

-Keo tụ:Trong qua trình lắng cơ học chỉ tách đựoc các hạt chất rắn huyền phù cókích thước thước lớn hơn 10-2 mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắngđược ta có thể làm tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phântán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được Muốn vậy trước hết cần trunghoà điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hoàđiện tích các hạt gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành từ các bông lớn từcác hạt nhỏ- quá trình keo tụ

-Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc muối nhômhoặc hỗn hợp của chúng Các muối nhôm gồm có: Al(SO4)3.18H2O, NaAlO2,Al(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Trong số này phổ biến nhất là

Al2(SO4)3 vì chất này hoà tan tốt trong nước, giá rẻ và hiệu quả đông tụ cao ở 7.5

-Các muối sắt dùng làm chất keo tụ là Fe2(SO4)3.2H2O, Fe(SO4)3.3H2O,FeSO4.7H2O và FeCl3

-Hấp thụ:

+Phương pháp hấp thụ được dùng để loại hết các chất bẩn hoà tan vào nước màphương pháp xử lí sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được Với hàmlượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc cómùi, vị và màu rất khó chịu

+Các chất hấp thụ thường là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm,một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạt sắt

-Tuyển nổi:

Các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kếtdính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước Sau đó người ta tách các bọt khí cùngcác phần tử khí ra khỏi nước

-Phương pháp tuyển nổi được dung rộng rãi trong luyện kim , thu hồi khoáng sảnquý và cũng được dung trong xử lí nước thải

-Trao đổi ion:

-Thực chất của phương pháp trao đổi ion là một quá trình trong đócác ion trên bềmặt chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc vớinhau Các chất này gọi là các ionit Chúng hoàn toàn không tan trong nước

Phương pháp này làm sạch nước nói chung, phổ biến nhất là dùng để làm mềmnước, loại ion Ca2+ và Mg2+ Ra khỏi nước cứng.

-Khử khuẩn:

-Dùng các hoá chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun,sán để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vẹ sinh để đổ vào nguồn hoặc tái sửdụng Khử khuẩn hay sát khuẩn có thể dung hoá chất hoặc tác nhân vật lí như Ozon,tia tử ngoại…

-Hoá chất sử dụng để khử khuẩn phải đảm bảo tính độc đối với vi sinh vật trng mộtthời gian nhất định, sau đó phải đựoc phân huỷ hoặc bay hơi, không còn dư lượnggây độc cho người sử dụng hoặc vào các mục đích sử dụng khác

c.Xử lí nước thải bằng phuơng pháp sinh học:

-Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinhvật, chủ yếu là vi khuẩn di dưỡng hoại sinh, trong đó có nước thải Quá trình hoạtđộng của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hoá vàtrở thành những chất vô cơ trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnh huởng khác.-Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số kháng chấtlàm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Quá trính dinh dưỡng làm cho chúngsinh sản làm tăng số lượng tế bào (tăng sinh khối), đồng thời làm sạch (có thể là gầnhoàn toàn) các chất hữu cơ hoà tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ Do vậy, trong xử

lí sinh học, người ta phải loại bỏ các chất thô ra khỏi nước thải trong giai đoạn xử lí

sơ bộ Đối với các các tạp chất vô cơ có trong nước thải thì phương pháp xử lí sinhhọc có thể khử các muối sulfat muối amon, nitrat…các chất chưa bị oxi hoá hoàntoàn Sản phẩm của quá trình phân huỷ này là khí CO2, nước, khí N2, ion sulfat.-Các quá trình sinh học chủ yếu trong xử lí nước thải:

+Các quá trình sinh học dung trong xử lí nước thải đều xuất xứ trong tự nhiên Nhờthực hiện các biện pháp tăng cưòng hoạt động của vi sinh vật trong công trình nhântạo quá trình làm sạch chất bẩn diẽn ra nhanh hơn Trong thực tế hiện nay người tavẫn tiến hành xư lí nước thải bằng phương pháp sinh học ở điều kiện tự nhiên vàđiều kiện nhân tạo tuỳ thuộc khả năng kinh phí, yêu cầu công nghệ, địa lí cùng hangloạt các yếu tố khác Nói chung, các quá trình sinh học trong xử lí nước thải gồmnăm quá trình chủ yếu sau: quá tình hiếu khí, quá trình kị khí, quá tình trung gian-anoxic, quá trình tuỳ tiện và quá trình ở ao hồ Từ những quá trình chủ yếu này lạithêm các quá trình phụ như sinh trưởng lơ lửng, quá trình dính bám

d.Xử lí nước thải bằng phương pháp tổng hợp:

-Tuỳ theo từng loại nước thải với các thành phần khác nhầum ta có thể sử dụng 3phương pháp trên một cách riêng biệt Nhưng trong thục tế thì nước thải sau khiđược sử dụng, nhất là nước thải công nghiệp sẽ qua nhiều giai đoạn làm nguồn nước

bị ô nhiễm với nhiều thành phần rất phức tạp Việc xử lí các nguồn chất thải này cần

có một phương pháp tổng hợp để xử lí hầu hết các thành phần cặn, chất độc trongnước

PHẦN 2 HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY

I.Các nguồn nước thải của nhà máy:

-Nguồn nước thải của nhà máy sửa chữa tàu biển Hyundai VinaShin gồm từ hainguồn chính:

-Từ các tàu biển vào sữa chữa:nước trong các tank giằng tàu, nước vệ sinh trên tàu.Thành phần của nước này là dầu, cặn, vi sinh vật

-Từ các phân xưởng tẩy rửa hoá chất, từ các ụ tàu, các xưởng cơ khí , hàn… Loạinày nhiều cặn , các loại hoá chất, sắt,Ca2+, Mg2+,SO42-,OH-…

II.Quy trình công nghệ xử lí nước thải của nhà máy:

-Phương pháp xử lí chủ yếu được dùng là xử lí hoá chất kết hợp xử lí cơ học, khửmùi bằng cacbon

Xử lí hoá chất nhằm điều chỉnh độ pH, độ cứng nước, xử lí vi sinh vật

Xử lí cơ học dung để lọc dầu, lắng cặn, khử mùi

Sơ đồ xử lí như sau:

Bểchứanước thải

Lọc dầu

Xử lí pH, độcứng , khửkhuẩn

khử mùi

Bể chứa

Ép

Được khuấy bằng động cơ AG-212 :AGITATOR (200RPM x 0.75KW)

+2 Tank chuyên để xử lý dầu

OS-200 :OIL SEPARATOR -1800W x 3500L x 1800H

OS-201 :OIL SEPARATOR -5M3/HR

Được khuấy bằng động cơ AG-203:AGITATOR(150RPM x 1.5KW)

TK-206 : PH CONTROL TANK

Được khuấy bằng động cơ AG-204:AGITATOR(150RPM x 1.5KW)

TK-207: COAGULAYION TANK

Được khuấy bằng động cơ AG-205:AGITATOR(150RPM x 1.5KW)

+Hai bể chứa nước thải đầu vào

TK-201 : WASTEWATER TANK(A)

TK-202 : WASTEWATER TANK(B)

-Nước được đổ vào bể qua lưới lọc thô để loại rác thô

-cả hai bể được sục khí bằng động cơ RB-201 A/B:

+1 bể chứa nước sau khi qua bể lắng bùn TN-201

TK-209 :FILLTERING WATER TANK

+1 Tank lọc nước bằng cát

SF-201:SANK FILTER

+1 Tank lọc bằng cácbon

AF-201 :ACT CACBON FILTER

+1 bể chứa nước sau khi qua lọc cát, sạn

a>Tại tank nước thải

-Nước thải từ các nguồn được đưa về bể chứa nước thải 201, TK202 Tank

TK-201 chứa nước thải của xưởng xử lí hoá chất Tank TK-202 chứa nước thải từ cáctàu, ụ tàu Tank TK-202 nước thải đươcl loc dầu sơ bộ ở bể phụ OS-200, Cả hai bểnày được sục hơi bằng động cơ RB-20A/B,sau đấy nước ở bể TK-202 cũng đượcbơm về TK-201,TK-202 được khống chế bằng các cảm biến mức LS-202 low vàLS-201 high Sau đấy nước thải qua giai đoạn lọc dầu tại tank 0S-201 nhờ bơm PU-201A/B,bơm này được giám sát bằng cảm biến mức nước LS-201 low

-Tại thùng lọc dầu, sử dụng sử dụng nguyên lí dầu nhẹ hơn nên nổi lên trên Qua haibình lọc dầu thì dầu sẽ được đưa ra ngoài, nước nặng hơn tiếp tục theo đường ốngqua các Tank xử lí pH, ORP, vi sinh vật

b>Khâu xử li hóa học

Tại các Tank TK-203÷TK-207 nước thải thường xuyên được thêm hoá chất để xử líhoá học Việc này được giám sát bởi các cảm biến PHIC, ORPIC

-Tank TK-203:ở đây nướcthải được chỉnh độ PH bằng dung dịch NaOH,

thay đổi độ cứng bằng NaOCl

-Tank TK-204:nước thải tiếp tục được chỉnh độ cứng bằng NaOCl

thay đổi độ PH bằngH2SO4

-Tank TK-205:nước thải được thay đổi độ cứng bằng NaHSO3

thay đổi độ PH bằng H2SO4

-Tank TK-206:nước thải được làm tăng độ PH nếu thấp bằng NaOH

-Tank TK-207:tiếp tục thay đổi độ PH bằng ALUM

Qua hết Tank TK-207 nước thải được thêm polime định lượng để tăng thêm độ kếttủa cho các chất lơ lửng trong nước.Nước được bơm PU-203A/B bơm qua thùng kếttủa TK-208, chất thải lúc này đã kết tủa dạng bong được đưa vào thùng lắng TN-201

c>Khâu lắng

Tại thùng lắng TN-201 nước thải được phân thành hai loại:

-Cặn nhỏ nhẹ hơn sẽ tràn vào Tank TK-209 sau đấy được bơm PU-204A/B bơmqua giai đoạn lọc cặn và khử mùi

rồi đi vào bể chứa , tại đây nước được kiểm tra lần cuối rồi thải ra biển

-Cặn bã lớn chìm dưới đáy sẽ được bơm hút PU-205A/B đưa vào bể lắng tiếp theoTN-202 để lắng tiếp Nước ở phía trên ít cặn sẽ được trả về tank TK-204 để tiếp tuc

xử lí,cặn bùn sẽ được bơm qua máy ép bùn

-để tăng chất lựong kết bùn động cơ khuấy gạt CR-201 được dùng ở bể lắng

TN-201 và động cơ CR-202 được dùng ở bể lắng TN-202

D>Khâu ép bùn

-Bùn lắng ở Tank TN-202 trước khi được bơm hút PU-206A/B hút dưa vào máy épDH-201 sẽ được bổ sung một lượng polyme cần thiết để bôi trơn và tăng khả năngđúc kết của bùn khi được ép.Sản phẩm của quá trình ép gồm nước và bánhbùn.nước được đưa lại bể TK-202 để tiếp tuc xử lí,còn bánh bùn sẽ được chuyển divứt ở hố rác

E>khâu lọc

-Nước ở Tank TK-209 sẽ được bơm PU-204A/B bơm qua Tank SF-201 lọc sạn đểloại bỏ các cặn lớn,nước qua khỏi Tank SF-201 được tiếp tục qua Tank AF-201 lọccácbon để khử mùi,ra khoi đấy nước được đưa vào bể chứa TK-210 để kiểm tra độ

PH lần cuối trước khi thải ra biển,hai bể lọc trên được rửa định kì,lượng nước rửanáy sẽ được đưa trở về Tank TK-202 để xử lí

đại lượng cần đo

m

đại lượng điện s

KHẢO SÁT CÁC CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG

I Các định nghĩa và dặc trưng chung:

1.Định nghĩa:

-Các đại lượng vật lý là đối tượng đo lường như nhiệt độ, áp suất…được gọi là các đại lượng cần đo m sau khi tiến hành các công đoạn thực nghiệm cần đo m (dùng các phương tiện điện tử để xử lý tín hiệu ) ta nhận được đại lượng điện tương ứng ở đầu ra Đại lượng điện này cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả cá thông tin cần thiết để nhận biết m.Việc đo đạc m thực hiện được là nhờ các cảm biến.-Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện (điện tích, điện áp, dòng điện, điện

áp, trở kháng ) ký hiệu là s đặc trưng điện của s là hàm của đại lượng cần đo m:

s = F( m )

s : đại lượng đầu ra

m : đại lượng đầu vào kích thích

-Đối với mọi loại cảm biến để khai thác biểu thức trên cần phải chuẩn cảm biến : với một loạt giá trị đã biết chính xác, đo giá trị tương ứng của s và dựng đường cong chuẩn:

CẢM BIẾN

s

misi

m

m S

 ; S: độ nhạy của cảm biến-Một vấn đề quan trọng của cảm biến là chúng phải được chế tạo sao cho độ nhạy của chúng không đổi nghĩa là S ít phụ thuộc vào các yếu tố sau:

-các giá trị của đại lượng cần đo m(độ tuyến tính ) và tần số thay đổi của nó ( dải thông )

-Thời gian sử dụng

-Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý không phải đại lượng cần đo

2.Phân loại:

a.cảm biến tích cực:

-Hoạt động như một máy phát trong đó s là điện áp hay dòng điện

Sau đây mô tả một cách tổng quát các dạng ứng dụng của hiệu ứng này:

*Hiệu ứng nhiệt điện:

-Giữa các đầu ra của hai dây dẫn có bản chất hoá học khác nhau được hàn lại với nhau thành một mạch điện có nhiệt độ ở hai mối hàn làT1,T2 sẽ xuất hiện một suất điện động eT1,T2

Hiệu ứng này để đo T1 khi biết T2

*Hiệu ứng hỏa điện:

-Một số tinh thể gọi là tinh thể hoả điện sunfat triglycine có tính phân cực điện tự phát phụ thuộc nhiệt trên các mặt đối diện của chúng tồn tại những điện tích trái dấu

có độ lớn tỷ lệ với độ phân cực điện

-Hiệu ứng này được dùng để đo thông lượng của bức xạ ánh sang Khi tinh thể hoả điện hấp thụ một số ánh sáng, nhiệt độ của nó tăng lên làm thay đổi phân cực điện

Sự thay đổi này có thể xác định bằng cách đo sự thay đổi sự biến thiên điện áp trên hai cực của tụ điện

*Hiệu ứng áp điện:

-Khi tác động một lực cơ học lên một vật làm bằng vật liệu áp điện sẽ gây nên biến dạng của vật đó và làm xuất hiện lượng điện tích bằng nhau nhưng trái dấu trên các mặt đối diện của vật đó, đó là hiệu ứng áp điện

-Hiệu ứng này được dùng để xác định lực hoặc các đại lượng gây nên lực tác dụng lên vật liệu áp điện (áp suất, gia tốc ) thông qua việc đo điện áp trên bản cực

*Hiệu ứng quang điện:

-Hiệu ứng quang điện có nhiều dạng biểu hiện khác nhau nhưng đều cùng chung một bản chất đó là hiện tượng giải phóng ra các hạt dẫn tự do trong vật liệu điện dưới tác dụng của bức xạ ánh sáng ( hoặcbức xạ điện từ )

-Hiệu ứng này được ứng dụng chế tạo các cảm biến quang

*Hiệu ứng quang phát xạ điện tử:

-Là hiện tượng các điện tử được giải phóng thoát ra khỏi vật liệu tạo thành dòng điện được thu lại dưới tác dụng của điện trường

*Hiệu ứng quang điện từ:

-Khi tác dụng một từ trường B vuông góc với bức xạ ánh sáng, trong vật liệu bán dẫn được chiếu sáng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế theo hướng vuông góc với từ trường B vời hướng bức xạ ánh sáng Hiệu ứng quang điện từ cho phép nhận được dòng hoặc thế phụ thuộc vào độ chiếu sáng dựa trên nguyên tắc này có thể đo đượccác đại lượng quang hoặc biến đổi thông tin chứa đựng trong ánh sáng thành các tínhiệu điện







v



Hiệu ứng quang điện tử trong chất bán dẫn :

-Khi một chuyển tiếp P – N được chiếu sáng sẽ phát sinh ra các cặp điện tử - lỗ trống chúng chuyển động dưới tác dụng của điện trường của chuyển tiếp làm thay đổi hiệu điện thế giữa hai đầu chuyển tiếp

*Hiệu ứng Hall:

-Trong vật liệu ( thường là bán dẫn ) dạng tấm mỏng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường B có phương tạo một góc  với dòng điện I, sẽ xuất hịên một hiệu điện thế V H theo hướng vuông góc với B và I Biểu thức của hiệu điện thế V H có dạng:



Sin B I K

V H  H

K H: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của mẫu

Hiệu ứng hall được ứng dụng để xác định vị trí của một vật chuyển động Vật này được ghép nối cơ học với một thanh nam châm ở mọi thới điểm vị trí của thanh

nam châm xác định vị trí của từ trường B và góc  tương ứng với tấm bán dẫn mỏng dung làm vật trung gian vì vậy hiệu điện thế V H đo được giũa hai cạnh của tấm bán dẫn trong trường hợp này ( một cách gián tiếp ) là hàm phj thuộc vào vị trí của vật trong không gian

b.Cảm biến thụ động:

-Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ những trở kháng có một trong những thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo Một mặt giá trị của trở kháng phụ thuộc vào kích thước hình học của mẫu nhưng mặt khác nó còn phụ thuộc vào tính chất điện của vật liệu như điện trở suất  , từ thẩm , hằng số điện môi  Vì vậy giá trị của trở kháng thay đổi dưới tác dụng của đại lượng đo ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước hình học, tính chất điện

-Thống số hình học hoặc kích thước trở kháng có thể thay đổi nếu cảm biến có các phần tử chuyển động hoặc phần tử biến dạng Trong trường hợp một cảm biến có phần tử động mỗi vị trí của phần tử động tương ứng với một giá trị của trở kháng cho nên đo trở kháng sẽ xác định được vị trí của đối tượng Trong trường hợp hai cảm biến có phần tử biến dạng sự biến dạng được gây ra bởi lực hoặc các đại lượng

II.Cảm biến đo lưu lượng và mức chất lỏng:

1.Lưu lượng kế:

-Có cấu tạo gồm một phao nhỏ đặt trong một ống thẳng đứng hính nón

Ở trạng thái cân bằng phao chịu tác động chủ yếu bởi lực Archimede, lực cản và trọng lượng Trạng thái cân bằng này được biẻu diễn bằng phương trình:

V g

Sv C V

2





S C

v g v

x

Đường kính D của ống dẫn thay đổi tuyến tính theo chiều cao z :

z a D

D 0  Cho nên biểu thức lưu lượng có dạng:

4

0 2

0

2 0







S C

v g D

z a D Q

x

Nếu sự thay đổi của đường kính ống rất nhỏ thì trên thực tế biểu thức của Q sẽ là :

S C

v g z a Q

x

.1

2

Để đo lưu lượng cách đơn giản nhất là chia độ trên ống thuỷ tinh để tiện xử lý kết quả đo có thể nối phao với chiếc cần nhỏ có liên hệ cơ với lõi biến thế vi sai để chuyển đổi tín hiệu cơ thành điện

2.Cảm biến đo mực nước:

-Mục đích là xác định được mức độ hoặc khối lượng chất lỏng trong bình chứa Trong trạm xử lý nứơc thải ở HyunDai sử dụng cách xác định theo ngưỡng cao và ngưỡng thấp Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không, khi phát hiện mức cao thì cảm biến phát tín hiệu cho bơm ra ngoài khỏi tank chứa khi phát hiện thấy ngưỡng thấp thì cảm biến sẽ đưa tín hiệu cho bơm ngừng hoạt động

-Cấu tạo của đầu dò gồm 3 điện cực hình que như hình vẽ:

3.Cảm biến đo độ cứng của nước:

b.Phương pháp chuyển đổi cực phổ:

-Chuyển đổi cực phổ dùng phân tích định tính và định lượng, nguyên lí hoạt động của nó dựa trên việc sử dụng hiện tượng phân cực của các phân tử điện phân khi điện phân mẫu thử

-Chuyển đổi cực phổ là phần tử điện phân chứa dung dịch phân tích, có 2 điện cực trên đó có đặt 1 điện áp ngoài

-Trên hình vẽ trình bày cấu tạo một điện cực p là phần tử điện phân chứa dung dịch chất phân tích, có hai điện cực trên đó có đặt một điện áp ngoài

-Dòng điện qua điện trở phân cực được xác định:

R

e e U

I  ( a  K)

 R-Điện trở của mạch

e a-điện thế anốt

e K-điện thế catốt

tán.Giả sử điện áp trên điện cực khá nhỏ (e a) còn điện áp rơi IR<< U (R~1000Ω, I=10-6 A) Khi đó ta coi e K~u, trên hình vẽ trình báy đặt tính cựcphổ, trong đó, khi ứng với 1 giá trị điện áp nhất định xảy ra hiện tượng tăng nhanh dòng điện, gọi là thế sóng (xem như hiện tượng sóng), tuy nhiên giá trị điện áp này thay đổi trong một dải bắt đầu quá trình tăng nhanh và kết thúc quá trình tăng nhanh của dòng điệnnên ta sử dụng điện áp tại điểm giữa ccủa quá trình tăng của dòng điện gọi là “ thế nửa sóng” Khi nồng độ của dung dịch thay đổi , với một nhiệt độ nhất định giá trị dònh điện thế nửa sóng I1/2 phụ thuộc nồng độ C của dung dịch, cụ thể khi nồng độ tăng thì điện thế nửa sóng I1/2 tăng, còn trị số điện áp nửa sóng U1/2 không đổi.Do

đó, căn cứ theo đặc tính này ta có thể xác định được cả nồng độ và định tính của dung dịch

-Trên hình bên trái trình bày quan hệ I(u) theo những Ci khácnhau, dI/dt theo Ci.-Nếu dung dịch có nhiều chat (ion) thì I(u) sẽ có nhiều bậc ứng với thế nửa sóng

U1/2 của loại ion

-Khi so sánh trị số thế nửa sóng U1/2 theo đồ thị thực và đồ thị chuẩn ta thu được loại ion

-Khi so sánh dòng điện của thế nử song của đồ thị thu được với đồ thị chuẩnta thu được giá trị nồng độ của dung dịch

-Chất gia phụ nền: Muốn cho IR không gây sai số trong việc xác định điện thế,dungdịch thử cần có độ dẫn điện lớn, để tăng độ dẫn điện cho dung dịch, ta thêmvào dung dịch chất điện phân trơ như Li2SO2, CaSO4, N(CH3)4OH nồng độ 0.1N…

c.Các loại điện cực dùng trong phương pháp chuyển đổi cực phổ:

*Chuyển đổi cực phổ thuỷ ngân nhỏ giọt:

-Điện cực này đảm bảo các yêu cầu để tạo đường cong cực phổ:

-Điện cực loại này là điện cực phân cực cầu có mặt ngoài đồng nhất

-Điện cực luôn được đổi mới để đảm bảo độ ổn định quá tình khuyếch tán ion đến điện cực

-Cấu tạo điện cực nhỏ giọt:

Bầu thuỷ ngân catốt

1-2-Ống mao dẫn, ø=0.1mm, dài 15 mm

3-Giọt thuỷ ngân ( thời gian tạo giọt: 1÷6 giây)

4-Anốt thuỷ ngân

5-Dung dịch thử

-Các giọt thuỷ ngân tạo thành như nhau nên bề mặt ngoài đồng nhất, các lóp điện phân được đổi mới, mặt ngoài mọi nhỏ giọt gây nên hiện tưọng phân cực dung dịchdòng không lớn, chỉ phân li một số lượng không đáng kể chất hoà tan nên không đưa đến sự thay đổi nồng độ dung dịch

-Hạn chế của loại điện cực này:

+Tính độc

+Không đo được muối nóng chảy

+eamax=0.4 nên nó không thể phân tích chất oxi hoá thuỷ ngân có điện thế dương lớn hơn 04V

*Chuyển đổi cực phổ điện cực cứng:

-Sử dụng trong môi trường điện cực thuỷ ngân không dùng được, điện cực thường

là Au, Ag, Pt, Ni hay điện cực có phủ hỗ hống Hg

12354-

+

-Dây Pt dài 0,5 mm và dài vài mm hàn vào ống thuỷ tinh để tránh chất bẩn và chất oxy hóa khí hoà tan bám vào dây Pt cần thay đổi cực tính của nó để có một lớp khuyếch tán mỏng ở điện cực đỗi mới lớp điện phân ở đó người ta quay hay vung điện cực, đồng thời khi độ nhạy của điện cực phổ cùng tăng do tăng khuyếch tán

-*Cực phổ vi sai:

+Để nâng cao độ nhạy người ta mắc điện cực theo kiểu vi sai gồm hai cực phổ giống nhau Một chuyển đổi chứa chất làm nền và chất phân tích,

+Nếu không có chất phân tích thì tín hiệu ra bằng 0 Nếu có chất phân tích thì

C1 C2 , khi đó tuỳ thuộc vào tỷ lệ thể tích và nồng độ ta xác định ra nồng độ thực.-Cực phổ có điều chế điện áp phân cực

+Dùng điện áp xoay chiều trộn với điện áp một chiều

+Khi ghi cực phổ, điện áp một chiều thay đổi từ 1 đến vài vôn, còn điện áp xoay chiều thay đổi 2 đén 5 mV và kông thay đổi trị số cực đại của dòng xoay chiều tương ứng với lúc điện áp bằng thế nữa song U1/2 của chất thải

Từ đường cong dòng điện ta tách thành phần xoay chiều rồi chỉnh lưu rồi lọc song hài, ta sẽ được thành phần dòng điện giống như đường cong cực phổ loại này có thể

sử dụng nồng độ liên tục

Cu

T

Pt

4.Cảm biến điện hoá:

-Các cảm biến điện hóa được chia thành 4 loại: cảm biến điện thế, cảm biến dòng điện, cảm biến chọn loại ion trên cơ sỏ tranzitor hiệu ứng trường (ISFET )

b.Cảm biến điện thế :

-Các cảm biến điện thế dựa trên nguyên tắc xác định sự khác nhau về điện thế giữa điện cực đo và điện cực so sánh ( là điện cực có điện thế không đổi và có tính lặp lạikhi nó được đặt trong môi trường nghiên cứu ) sự khác nhau về điện thế giữa hai điện cực là hàm của hoạt độ của của các ion trong chất điện phân nơi đặt các cảm biến Điều kiện hoạt động của các cảm biến điện thế là không có dòng điện trong mạch đo vì thế người ta còn gọi là cảm biến có dòng điền bằng 0

-Định luật Nernst:

-Giả sử C1 và P1 là nồng độ và áp suất thẫm thấu của chất oxy hoá, C2 và P2 là nồng

độ và áp suất thẫm thấu của chất khử Nếu P1 > P2 thì phản ứng chiếm ưu thế là phản ứng oxy hoá bởi vậy trên điện cực sẽ xuất hiện điện tích dương có giá trị giới hạn bởi vì công W do phản ứng này cung cấp sẽ bị bù trừ hoàn toàn với công cần phải sinh ra để lâys từ điện cực dương một điện tử mang điện tích âm

3,2

0

O F

n

T R E

E

R: Hằng số điện môi

E :Thế cân bằng

q : Hằng số Faraday ( F = 96493 )-nguyên lý chung:

-Đo điện thế là phương pháp dựa trên việc đo sự khác nhau vè điện thế giữa hai điện cực đặt trong một dung dịch thế của một điện cực là hàm của nồng độ ion có trong dung dịch cho nên đo điện thế của các điện cực xác định nồng độ dung dịch hoặc theo dõi sự thay đổi của các nồng độ trong quá trình diễn ra phản ứng hoá học

-Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng trao đổi điện tử theo phương trình :

(2)

-Trong đó OX là chất oxy hoá, Red là chất khử theo hướng (1) chất nhận điện tử đóng vai trò chất oxy hoá và nó bị khử Theo hướng (2) chất nhường điện ttử đóng vai trò chất khử và nó bị oxy hoá Khi nhúng một điện cực không bị ăn mòn vào dung dịch oxy hoá khử các điện tử được trao đổi giữa điện cực và dung dịch gây nên phản ứng ứng điên hoá sau một thời gian sẽ đạt trạng thái cân bằng, tốc độ của hai phản ứng (1) và (2) sẽ bằng nhau

-Vào thời điểm này thành phần dung dịch ở gần điện cực sẽ không đổi nữa và điện cực đạt đến thế cân bằng E

 Điện cực đo độ PH:

Độ PH ( logarit của hoạt độ của các ion H+ ) thể hiện tính axit của dung dịch Trên thực tế việc đo độ PH được tiến hành trên nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp hoá học, nông nghiệp, xử lý nước thải…

Năm 1904 Habel nhận thấy một số loại thuỷ tinh ( có thành phần xác định ) là chất dẫn địên yếu, điện thế phân cách của một màng thuỷ tinh dẫn điện dung nước phụ thuộc vào độ PH của dung dịch và tuân theo định luật Nernst:

H

a F

RT E

E : Điện thế chuẩn của điện cực ( với một điện cực so sánh trước)

aH+ : hoạt độ của ion H+

-Điện cực màng thuỷ tinh có thành phần là một màng mỏng hình cầu hình trụ hoặc hình côn làm từ thuỷ tinhcó thành phần đặc biệt , màng được hàn với một ống thuỷ tinh có điện trở cao, thể tích bên trong của điện cực ( màng hình cầu )chứa dung dịch có độ PH đã biết trước ( thường PH gần bằng 7 ) trong đó có đặt phần tử so sánh nội Để đo đọ PH chỉ cần đặt điện cực thuỷ tinh vào trong dung dịch và đo hiệu điện thế xuất hiện giữa phần tử so sành nội của nó với điện cực so sánh cùng nằm trong dung dịch này Điện cực thuỷ tinh và điện cực so sánh được nối với một PH- met, thực PH- met là một mili vôn kế có trở kháng đầu vào rất lớn ( Ze  1012

 ) kết hợp với một mạch chuyển đổi tín hiệu điện thế thành tín hiệu số theo đơn vịPH

Nếu tính đến các phần tử khác nhau có mặt trong cấu trúc đo thì hiệu điện thế giữa điện cực thuỷ tinh và điện cực so sánh được viết dưới dạng:

OX +ne

RT E

E E E

Ess1 : Điện thế của phần tử so sánh nội của điện cực thuỷ tinh

Ess2 : Điện thế của điện cực so sánh

Ej : Điện thế của chuyển tiếp lỏng tồn tại giữa dung dịch điền đầy điện cực so sánh và dung dịch nghiên cứu

Eas : Điện cực bất đối xứng của màng thuỷ tinh

Ess1 phần tử so sánh nộiDung dịch điền đầy (độ PH đã biết)

Màng thuỷ tinh hình cầu

Ess2 điện cực so

sánh

E

PHẦN 3 : TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300

1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300

1.1 Lịch sử phát triển PLC

-Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo ra từ

ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968nhằm thay thế những mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều khiển rời rạc cồngkềnh

-Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC nổi bật nhất là điều khiển tuần tự theo chu

kỳ và theo bit trên nền tảng của CPU Thiết bị AMD 2901 và AMD 2903 trở nênngày càng phổ biến Lúc này phần cứng cũng phát triển: bộ nhớ lớn hơn, số lượngngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng hơn Vào năm 1976, PLC cókhả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông, khoảng 200mét

-Đến thập niên 80, bằng sự nỗ lực chuẩn hóa hệ giao tiếp với giao diện tự động hóa,hãng General Motors cho ra đời loại PLC có kích thước giảm, có thể lập trình bằngbiểu tượng trên máy tính cá nhân thay vì thiết bị lập trình đầu cuối chuyên dụng haylập trình bằng tay

-Đến thập niên 90, những giao diện phần mềm mới có cấu trúc lệnh giảm và cấutrúc của những giao diện được cung cấp từ thập niên 80 đã được đổi mới

-Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh (STL),

sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD)

-Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Allen-Bradley, GeneralMotors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon…

-PLC của Siemens gồm có các họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic S500/505 Mỗi

họ PLC có nhiều phiên bản khác nhau, chẳng hạn như: Simatic S7 có 200,

S7-300, S7-400… Trong đó mỗi loại S7 có nhiều loại CPU khác nhau như S7-300 cóCPU 312, CPU 314, CPU 316, CPU 315-2DP, CPU 614…

1.2 Vai trò của PLC

-Trong hệ thống điều khiển tự động hóa PLC được xem như một trái tim, vớichương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC Nó điều khiển trạng tháicủa hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của chươngtrình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các thiết bị đầu ra.PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính chủthông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp

1.3 Ưu thế của việc dùng PLC trong tự động hóa

Thời gian lắp đặt ngắn

Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không gây tổn thất

Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng

Độ tin cậy cao, chuẩn hóa được phần cứng điều khiển.Thích ứng trong các môitrường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện áp thay đổi,…

-Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle thì hệ thống điều khiển dùng PLC

có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo, và hiệu quả giải quyết bài toáncao

1.4 Phần cứng của PLC S7-300

-PLC S7-300 được thiết kế theo kiểu module Các module này sử dụng cho nhiềuứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện choviệc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống Số cácmodule được sử dụng nhiều hay ít tùy theo từng ứng dụng, song tối thiểu bao giờcũng có một module chính là module CPU Các module còn lại là những moduletruyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, các module chức năngchuyên dụng… Chúng được gọi chung là các module mở rộng

Các module mở rộng gồm có:

Module nguồn (PS)

Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO, AI, AO,AI/AO

Module ghép nối (IM)

Module chức năng điều khiển riêng (FM)

Module phục vụ truyền thông (CP)

M COIL VALE

PS CPU IM SM:DI SM:DO SM:AI SM:AO FM CP

1.4.1 Module nguồn PS307 của S7-300

-Module PS307 có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn xoay chiều 120/230V thành nguồnmột chiều 24V để cung cấp cho các module khác của PLC Ngoài ra còn có nhiệm

vụ cung cấp nguồn cho các cảm biến và các cơ cấu tác động có công suất nhỏ.-Module nguồn thường được lắp đặt bên trái hoặc phía dưới của CPU tùy theo cáchlắp đặt theo bề ngang hoặc theo chiều dọc

-Module nguồn PS307 có 3 loại: 2 A, 5A và 10 A

-Mặt trước của module nguồn gồm có:

Một đèn Led báo hiệu trạng thái điện áp ra 24 V

Một công tắc dùng để bật / tắt điện áp ra

Một nút dùng để chọn điện áp đầu vào là 120 VAC

hoặc 230VAC

-Mặt sau của module gồm có các lỗ dùng để nhận điện áp vào và

ra

1.4.2 Khối xử lí trung tâm (CPU)

-Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều

hành, bộ nhớ, các bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông

(RS485)… và có thể có một vài cổng vào/ra số Các cổng

vào ra số này được gọi là cổng vào ra onboard

Hình IV.1: Caáu truùc cuûa PLC S7-300

-Trong họ PLC S7-300 các module CPU được đặt tên theo bộ vi xử lí có trong nó,như : module CPU312, module CPU314, module CPU315,…

-Ngoài ra còn có các module được tích hợp sẵn cũng như các khối hàm đặt trongthư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào /ra onboard, đượcphân biệt bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ moduleCPU312 IFM, module CPU314 IFM… Bên cạnh đó còn có loại CPU với hai cổngtruyền thông, trong đó cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ nối mạng phântán và kèm theo phần mềm tiện dụng tích hợp sẵn trong hệ điều hành Các loạimodule CPU này được phân biệt bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed port)trong tên gọi Ví dụ: module CPU315-2DP, module CPU316-2DP

-Digital Output Module: Module mở rộng

các cổng ra số, có nhiệm vụ xuất các tín hiệu từ

vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi, một số loại

SM 331 AI2x12bit

SM 331 AI8x12bit

SM 331 AI8x16bit…

-Analog Output Module: Module mở rộng các cổng ra tương tự,

có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu số bên trong S7-300 thành các

tín hiệu tương tự để phục vụ cho quá trình hoạt động của các thiết

bị bên ngoài Gồm các loại module sau:

1.4.4 Module ghép nối (Interface module-IM):

-Là loại module chuyên dụng có nhiệm

vụ ghép nối từng nhóm module mở rộng

lại với nhau thành một khối và được quản

lý chung bởi một module CPU Một

module CPU S7-300 có thể làm việc trực

tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks

này phải được nối với nhau bằng module

IM Module IM gồm có các loại:

IM 360

IM 361

IM 365

1.5 Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S7-300

-Bộ nhớ của CPU bao gồm các vùng nhớ sau:

Vùng nhớ chứa các thanh ghi