Thạc Sĩ Thiết kế mạng Profibus DP cho hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy Thụy Vân khu công nghiệp thành ph

LỜI NÓI ĐẦU
Một trong nhưng nội dung quan trọng của cuộc cách mạng trên toàn cầu nói chung và với việc công nghiệp hoá hiện đại hoá nước ta nói riêng đó chính là tự động hoá trong quá trình sản xuất.Nó nhằn tăng năng suất lao động,sản xuất ra nhiếu sản phẩm hơn,cải thiện và nâng cao đời sống con người,giảm sức lao động cho con người một cách đáng kể.Hiện nay nước ta đang ứng dụng tự động hoá vào rất nhiều ngành,một trong những ngành cần thiết đó chính là ngành xử lý nước thải công nghiệp.Với việc ứng dụng tự động hoá vào ngành xử lý nước thải đã làm cho môi trường Việt Nam cũng như môi trường thế giới ngày càng được cải thiện nhiều hơn.Trong đồ án này en nghiên cứu và thiết kế mạng Profibus DP cho hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy xử lý nước thải Thụy Vân khu công nghiệp thành phố Việt Trì.

Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Phan Cung, cô giáo Phan Thị Huyền Châu và các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa của trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp em hoàn thành đúng tiến độ đồ án.Trong quá trình làm đồ án nếu em có gì sai sót mong thầy cũng như cô thông cảm và bỏ qua cho em.Em xin chân thành cảm ơn thầy cô.

Hà nội ngày 28 tháng 5 năm 2008

Sinh viên
Nguyễn Đức Cường
Chương 1 : Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp


1.1. Sự ô nhiễm môi trường nước
1.1.1. Tìm hiểu về sự ô nhiễm nước
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới ảnh hưởng của các quá trình tự nhiên,không có tác động của nhân sinh.Do tác động của nhân sinh nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến kết quả là làm ảnh hưởng đến chất lượng của nó.
Các khuynh hướng thay đổi chất lượng của nước dưới nảh hưởng các hoạt động của con người bao gồm:
-Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB],HNO[SUB]3 [/SUB]từ khí quyển và nước thải công nghiệp,tăng hàm lượng SO[SUB]3 [/SUB][SUP]2-[/SUP] và NO[SUB]3[/SUB][SUP]- [/SUP] trong nước.
-Tăng hàm lượng các ion Ca,Mg,Si .trong nước ngầm và nước sông do nước mưa hoà tan,phong hoá các quặng cacbonat.
-Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên,trước hết là Pb,Cd,Hg,As,Zn và cả các anion PO[SUB]4[/SUB][SUP]3-[/SUP],NO[SUB]3[/SUB][SUP]-[/SUP]
-Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi vào môi trường nước cùng nước thải,từ khí quyển và từ các chất thải rắn.
-Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ,trước hết là các chất khó bị phân huỷ sinh học.
-Giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hoá liên quan tới quá trình phì dưỡng các nguồn chứa nước và các khoáng hoá các hợp chất hữu cơ .
-Giảm độ trong nước.Tăng khả năng nguy hiểm của ô nhiễm nước tự nhiên do các nguyên tố phóng xạ.
Các chỉ tiêu quan trọng của nước cần được xem xét trong cấp nước là độ pH,độ trong,độ cứng,hàm lượng sắt,mângn và các chỉ số coli.
Các tính chất đặc trưng của nước thải gồm:pH,hàm lượng chất rắn,nhu cầu õy sinh hoá BOD(Biochemical Oxygen Demand)hoặc nhu cầu oxy hoá học COD(Chemical Oxygen Demand),các dạng nitơ,photpho,dầu mỡ,mùi,màu,các kim loại nặng trong nước thải công nghiệp .
Việc nước thải chỉ qua xử lý bằng phương pháp thông thường đã đẩy nhanh quá trình phì dưỡng do sự phát triển bùng nổ của tảo và các thực vật khác,làm giảm chất lượng nước,cản trở việc sử dụng lại nước và các hoạt động nghỉ ngơi giải trí.Do đó ngày nay đã phát triển và ứng dụng thêm các phương pháp xử lý cấp ba vào các dây chuyền xử lý nước thải.
1.1.2. Một số thông số quan trọng của nước thải:
1.1.2.1. Hàm lượng chất rắn :
Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng quan trọng nhất của nước thải.Nó bao gồm các chất rắn nổi,lơ lửng keo và tan.Do đó khi phân tích,tổng chất ranứ được xác định là phần còn lại sau khi cho bay hơi mẫu nước hoặc nước thải trên bếp cách thủy,tiếp đó sấy khô ở nhiệt độ 103[SUP]0[/SUP]C cho tới khi trọng lượng không đổi.Hàm lượng các chất rắn lắng được là những hạt rắn sẽ lắng xuống đáy bình hình côn trong 60phút,được tính bằng ml/l.Chỉ tiêu này cho phép đo gần đúng lượng bùn sẽ được khử trong lắng sơ cấp.Theo kích thước của hạt rắn,tổng chất rắn được phân thành các loại:chất rắn lơ lửng,chất rắn keo và chất rắn tan.
1.1.2.2.Hàm lượng oxy hoà tan DO(Dissolved oxy gen) :
Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước là hàm lượng oxy hoà tan,vì oxy không thể thiếu được đối với tất cả các sinh vật sống trên cạn cũng như dưới nước.Oxy duy trì quá trình trao đổi chất,sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng,sinh sản và tái xuất.
Oxy là chất khó hoà tan trong nước,không tác dụng với nước về mặt hoá học.Độ hoà tan của nó phụ thuộc vào các yếu tố như áp suất,nhiệt độ và các đặc tính của nước.Nồng độ bão hoà của oxy trong nước ở nhiệt độ cho trước có thể tính theo định luật Henry.Nồng độ này thường nằm trong khoảng 8-15mg/l ở nhiệt độ thường.
Khi thải các chất thải sử dụng oxy vào các nguồn nước,quá trình oxy hoá chúng sẽ làm giảm nồng độ oxy hoà tan trong các nguồn nước này,thậm chí có thể đe doạ được sự sống của các loài cá cũng như sinh vật sống trong nước.
1.1.2.3. Nhu cầu oxy sinh hoá BOD (Biochemical Oxygen Demand) :
Nhu cầu oxy sinh hóa là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị và chất thải trong nước thải của công nghiệp.
BOD được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxy hoá các chất hữu cơ.
1.1.2.4.Nhu cầu hoá học COD(Chemical Oxygen Demand) :
Chỉ số này được sử dụng rộng rãi để biểu thị hoá hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên.COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO[SUB]2[/SUB] và nước.Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hoá được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường axit.
1.1.2.5.Chỉ thị chất thải về lượng vi sinh của nước :
Nước là một phương tiện lan truyền các nguồn bệnh và trong thực tế các bệnh lây lan qua môi trường nước là nguyên nhân chính gây ra bệnh tật và tử vong,nhất là ở các nước đang phát triển.Các tác nhân gây bệnh thường được bài tiết trong phân của người bệnh,bao gồm các nhóm chính sau : các vi khuẩn,virut,động vật đơn bào,giun ký sinh.Ba bệnh do các vi khuẩn của nguồn nước thường gặp nhất là sốt thương hàn,bệnh tả châu Á,ly khuẩn que.Các bệnh này thường có ở những nơi thải phân người tuỳ tiện.
Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được biểu thị bằng nồng độ của vi khuẩn chỉ thị - đó là những vi khuẩn không gây bệnh và về nguyên tắc đó là nhóm trực khuẩn.Thông số được sử dụng rộng rãi nhất đó là chỉ số coli.Nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý thường chứa trên 3 triệu coli/100 ml.Các tiêu chuẩn nước uống thường định rõ sự an toàn vệ sinh bằng một phương pháp xét nghiệm xác định mà không phát hiện ra ở mức trung bình và không vượt quá 1 coliform/100 ml.
1.1.3. Nước thải sinh hoạt :
Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn,tuỳ thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân,có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp.Ở Mỹ và Canada là nơi có nhu cầu cấp nước nên lượng nước thải thường tới 200 – 400 l/người.ngày(số liệu 1979).Giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các chất lắng hoặc BOD[SUB]5 [/SUB] có một mối tương quan nhất định.Đặc trưng củ nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạo chất với nhau,trong đó khoảng 52% là chất hữu cơ,48% là chất vô cơ và vi sinh vật.Phần lớ các vi sinh vật trong nước thải thường ở dạng các virut và vi khuẩn lây bệnh như tả.lỵ,thương hàn .Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩ không có hại có tác dụng phân huỷ các chất thải.
1.1.4.Nước thải công nghiệp :
Trong công nghiệp, nước được sử dụng như là một loại nguyên liệu thô,phương tiện sản xuất và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt.Nước cấp cho sản xuất có thể lấy từ mạng cấp nước sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn nước ngầm hay nước mặt nếu xí nghiệp có hệ thống xử lý nước riêng.Nhu cầ về cấp nước và lượng nước thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Lưu lượng nước thải của các xí nghiệp công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất.
Ngoài ra trình độ công nghệ sản xuất và khối lượng sản xuất của xí nghiệp cũng có ý nghĩa quan trọng.Lưu lượng tính cho một đơn vị sản phẩm có thể khác nhau.Lưu lượng nước thải sản xuất lại dao động rảt lớn.Bởi vậy các số liệu nêu trong tài liệu thường không ổn định và ở nhiều xí nghiệp lại có khả năng tiết kiệm lượng nước cấp do sử dụng hệ thống tuần hoàn trong sản xuất.
Thành phần nước thải rất đa dạng,thậm chí ngay trong một ngành công nghiệp,số liệu cũng thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản xuất hoặc điều kiênk môi trường.Trong trường hợp cụ thể cần sử dụng nguồn tài liệu thích hợp.


1.1.5.Nước thải đô thị :
Nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt,14% là các loại nước thấm và 36% là nước thải sản xuất.cũng cần lưu ý rằng,nhu cầu cấp nước và nước thải đô thị ở các ở các nước công nghiệp phát triển cao hơn rất nhiều so với các nước đang phát triển.
Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rấ nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trưng của thành phố.Khoảng 65 đến 85% lượng nước cấp cho một người trở thành nước thải.Lưu lượng và hàm lượng các chất thải của nước thải đô thị thường dao động trong phạm vi rất lớn.Lưu lượng nước thải lớn nhất trong ngày vào lúc 10 – 12 giờ trưa và thấp nhất vào khoảng 5 giờ sáng.
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải :
1.2.1. Phân loại các quá trình và các phương pháp xử lý nước thải :
Nước thải thường chứa rất nhiều tạp chất có bản chất khác nhau.Vì vậy,mục đích của xử lý nước thải là khử các tạp chất đó sao cho nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu đặt ra.Các tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu đặt ra.Các tiêu chuẩn chất lượng đó phụ thuộc vào mục đích và cách thức sử dụng:nước sẽ được tái sử dụng hay thải thẳng vào các nguồn tiếp nhận nước.
Theo chất lượng nước đạt được, các quá trình xử lý được nhóm lại thành các công đoạn: xử lý cấp I, xử lý cấp II và xử lý cấp III.
- Xử lý cấp I gồm các quá trình xử lý ơ bộ và lắng, bắt đầu từ song chắn và kết thúc sau lắng cấp I.Công đoạn này có nhiệm vụ khử các vạt rắn nổi có kích thước lớn và các tạp chất có thể lắng ra khỏi bể nước thải để bảo vệ bơm và đường ống.Hầu hết các chất rắn lơ lửng lắng ở bể cấp I.Ở đây thường gồm các quá trình lọc qua song chắn, lắng, tuyển nổi, tách dầu mỡ và trung hoà.
- Xử lý cấp II gồm các quá trình sinh học(đôi khi cả quá trình hoá học) có tác dụng khử hầu hết các tạp chất hữu cơ hoà tan có thể phân huỷ bằng con đường sinh học,nghĩa là khử BOD.Đó là các quá trình :hoạt hoá bùn,lọc sinh học hay oxy hoá sinh học trong các hồ và phân huỷ yếm khí.Tất cả các quá trình này đều sử dụng khả năng của các sinh vật chuyển hoá chất thải hữu cơ về dạng ổn định và năng lượng thấp.
- Xử lý cấp III thường gồm các quá trình : vi lọc,kết tủa hoá học và đông tụ,hấp thụ bằng than hoạt tính,trao đổi ion,thẩm thấu ngược,điện thấm tích,các quá trình khử chất dinh dưỡng,clo hoá và ozon hoá.
Nhìn chung tất cả các phương pháp và quá trình xử lý nước thải đều dựa trên cơ sở các quá trình vật lý,hoá học và sinh học.Các hệ thống xử lý chất thải được thiết lập thường bao gồm hàng loạt các quá trình trên kết hợp theo trật tự công nghệ tuỳ thuộc vào đặc tính nước thải,tiêu chuẩn dòng ra và các điều kiện cụ thể khác.