Xây dựng hệ thống điện và điều khiển dây chuyền xử lý nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 3
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

ĐỀ TÀI:
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO
DÂY CHUYỀN
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN KIM ÁNH
TS. NGUYỄN VĂN TẤN
TS. VÕ QUANG SƠN

Đà Nẵng, tháng 3/2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT


KHOA
KHOA ĐIỆN
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA

NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------Δ--------------

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN LIÊN MÔN (PBL3)
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
1. Thơng tin nhóm Sinh viên:
STT Họ và tên

MSSV

Nhóm lớp

1

Ngơ Hồng

105190189

20.36A.3

2

Đậu Ngọc Hải Trung

105190368

20.36A.3

105190353

20.36A.3

105190414

20.36A.3

3

4

Hồng Xn Phát
(Nhóm trưởng)

Nguyễn Thị Anh Thư

Ghi chú, nếu SV nào được
phân là nhóm trưởng thì
điền ‘’NT’’ vào ơ này
- Tính chọn các thiết bị
điện.
- Sơ đồ mạch trung gian,
mạch động lực và mạch
cung cấp điện cho tồn bộ
hệ thống.
- Mơ phỏng ETAP.
- Mơ tả quy trình cơng
nghệ của hệ thống (bản vẽ
cơng nghệ trên đó có bố trí
các thiết bị, ngun lý làm
việc, các chế độ vận hành
bình thường, chế độ lỡi
(nếu có).
- Thiết kế lưu đồ thuật

tốn, viết chương trình
điều khiển.
- Tính toán phụ tải, lựa
chọn các thiết bị điện.
- Thiết kế tủ điện phân
phối tủ điện động lực.
- Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và
đi dây của tủ điện.
- Thiết kế hệ thống tiếp
địa, chống sét van và tụ
bù.
- Tính toán phụ tải, lựa
chọn các thiết bị điện.
- Viết báo cáo.

1


2. Tập thể hướng dẫn: TS. Nguyễn Kim Ánh; TS. Nguyễn Văn Tấn; TS. Võ Quang Sơn
3. Tên đề tài: Xây dựng hệ thống điện và điều khiển cho dây chuyền xử lý nước thải công
nghiệp – Nhà máy sản xuất bia.
4. Nội dung chính:
a) Mơ tả quy trình cơng nghệ của hệ thống (bản vẽ cơng nghệ trên đó có bố trí các thiết
bị, nguyên lý làm việc, các chế độ vận hành bình thường, các chế độ lỡi nếu có);
b) Nghiên cứu và lựa chọn bộ điều khiển; thiết bị vận hành, cảm biến, thiết bị chỉ thị và
cơ cấu chấp hành; phân chia kênh vào/ra; thiết kế sơ đồ mạch điện điều khiển;
c) Thiết kế sơ đồ mạch trung gian, mạch động lực có tích hợp thiết bị bảo vệ;
d) Thiết kế cung cấp điện cho toàn bộ dây chuyền (kể cả chống sét, tiếp địa,…);
e) Xây dựng thuật tốn (kèm theo giải thích); viết chương trình điều khiển (kèm theo
giải thích), mô phỏng và phân tích kết quả.

5. Bản vẽ: 02 bảng A0 (hoặc A1), cụ thể mỗi bản vẽ thể hiện:
a) Sơ đồ công nghệ của hệ thống, phân kênh, mạch điện điều khiển, thuật toán điều
khiển;
b) Sơ đồ mạch trung gian, mạch động lực và mạch cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống.
6. Thuyết minh và tài liệu tham khảo: Thuyết minh đúng theo mẫu và cung cấp danh mục
tài liệu tham khảo, link của trang web,…

Đà Nẵng, ngày …. tháng …. năm 2023

GV hướng dẫn 1

GV hướng dẫn 2

GV hướng dẫn 3

Nguyễn Kim Ánh

Nguyễn Văn Tấn

Võ Quang Sơn

2


Mục lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA...............10
1.1. Đặt vấn đề...............................................................................................................10
1.2. Nguồn gốc và thành phần nước thải trong quá trình sản xuất bia............................10
1.2.1.

Nguồn gốc nước thải........................................................................................10

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI......................................13
2.1

Sơ đồ công nghệ......................................................................................................13

2.2

Tổng quan về các chức năng..................................................................................13

2.2.1.

Bể thu gom và lắng cát.....................................................................................14

2.2.2.

Bể cân bằng (bể điều hồ)...............................................................................14

2.2.3.

Bể trung hịa.....................................................................................................15

2.2.4.

Bể lắng 1..........................................................................................................17

2.2.5.

Bể Aerotank......................................................................................................18

2.2.6.

Bể lắng 2..........................................................................................................20

2.2.7.

Bể khử trùng.....................................................................................................20

2.2.8.

Bể hồn thiện....................................................................................................22

2.3. u cầu thiết kế.......................................................................................................23
2.4. Tính toán mặt bằng..................................................................................................23
CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH......................................................31
3.1. Các loại cảm biến....................................................................................................31
3.1.1.

Cảm biến phao.................................................................................................31

3.1.2.

Cảm biến đo độ pH..........................................................................................32

3.1.3.

Cảm biến đo độ đục của nước:........................................................................34

3.1.4.

Cảm biến mức bùn...........................................................................................35

3.1.5.

Máy bơm chìm..................................................................................................36

3.1.6.

Máy khuấy chìm...............................................................................................36

3.1.7.

Máy sục khí......................................................................................................37

3.1.8.

Van điện từ.......................................................................................................38

3.2. Tính chọn các thiết bị có trong quy trình XLNT.....................................................40
3.2.1.

Tính chọn các thiết bị Cảm biến......................................................................40

3.3. Tính chọn các thiết bị Chấp hành............................................................................44
3.4.Thống kê kết quả tính chọn.........................................................................................54
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN PHỤ TẢI..................................................................................57
4.1. Tởng quan về phương pháp tính................................................................................57
4.2. Xác định phụ tải tính toán.......................................................................................57
3

4.2.1.

Phụ tải tính toán cho từng vùng.......................................................................57

4.2.2.

Phụ tải chiếu sáng............................................................................................58

4.2.3.

Xác định phụ tải tính toán................................................................................59

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY...................60
5.1. Phương án cung cấp điện.........................................................................................60
5.2. Sơ đồ mạch nguyên lý cung cấp điện......................................................................60
5.3. Tính chọn trạm biến áp............................................................................................61
5.3.1.

Vị trí đặt máy biến áp.......................................................................................61

5.3.2.

Chọn công suất máy biến áp............................................................................61

5.4. Tính chọn thiết bị bảo vệ trung áp...........................................................................62
5.4.1.

Tính chọn Dao cách ly.....................................................................................62

5.4.2.

Tính chọn cầu chì.............................................................................................63

5.5. Tính chọn đường dây...............................................................................................63
5.5.1.

Tổng quan về phương pháp tính chọn đường dây...........................................63

5.5.2.

Tính chọn đường dây trên không 22kV đến trạm biến áp................................65

5.5.3.

Tính chọn tiết diện dây dẫn trạm biến áp tới tủ phân phối..............................66

5.5.4.

Tính chọn dây dẫn từ tủ điện tổng đến các tủ điện động lực...........................66

5.5.5.

Tính chọn dây dẫn từ tủ động lực I đến các phụ tải........................................66

5.5.6.

Tính chọn dây dẫn từ tủ động lực II đến các phụ tải.......................................66

5.5.7.

Tính chọn dây dẫn từ tủ động lực III đến các phụ tải......................................67

5.5.8.

Tính chọn dây dẫn từ tủ động lực IV đến các phụ tải......................................67

5.5.9.

Tính chọn dây dẫn từ tủ động lực V đến các phụ tải.......................................67

5.5.10.

Tính chọn dây dẫn từ tủ động lực VI đến các phụ tải......................................68

5.6. Tính chọn Aptomat..................................................................................................68
5.6.1.

Aptomat tổng....................................................................................................68

5.6.2.

Aptomat nhánh tủ động lực I............................................................................69

5.6.3.

Aptomat nhánh tủ động lực II..........................................................................69

5.6.4.

Aptomat nhánh tủ động lực III.........................................................................69

5.6.5.

Aptomat nhánh tủ động lực IV.........................................................................70

5.6.6.

Aptomat nhánh tủ động lực V...........................................................................70

5.6.7.

Aptomat nhánh tủ động lực VI.........................................................................70

5.6.8.

Tính chọn Aptomat cho từng tủ động lực.........................................................70

5.6.9.

Tính chọn Aptomat cho tủ động lực I...............................................................71

5.6.10.

Tính chọn Aptomat cho tủ động lực II.............................................................71

5.6.11.

Tính chọn Aptomat cho tủ động lực III............................................................72

5.6.12.

Tính chọn Aptomat cho tủ động lực IV............................................................72

5.6.13.

Tính chọn Aptomat cho tủ động lực V..............................................................72
4


5.6.14.

Tính chọn Aptomat cho tủ động lực VI............................................................73

5.7. Tính chọn Contactor................................................................................................73
5.7.1.

Tính chọn Contactor cho tủ động lực I............................................................73

5.7.2.

Tính chọn Contactor cho tủ động lực II...........................................................74

5.7.3.

Tính chọn Contactor cho tủ động lực III.........................................................74

5.7.4.

Tính chọn Contactor cho tủ động lực IV..........................................................75

5.7.5.

Tính chọn Contactor cho tủ động lực V...........................................................75

5.7.6.

Tính chọn Contactor cho tủ động lực VI..........................................................75

5.8. Tính chọn thanh cái.................................................................................................76
5.8.1.

Tởng quan về phương pháp tính chọn thanh cái.............................................76

5.8.2.

Tính chọn thanh cái cho tủ điện phân phối......................................................76

5.8.3.

Tính chọn thanh cái cho tủ động lực I.............................................................77

5.8.4.

Tính chọn thanh cái cho tủ động lực II............................................................77

5.8.5.

Tính chọn thanh cái cho tủ động lực III...........................................................77

5.8.6.

Tính chọn thanh cái cho tủ động lực IV...........................................................77

5.8.7.

Tính chọn thanh cái cho tủ động lực V............................................................78

5.8.8.

Tính chọn thanh cái cho tủ động lực VI...........................................................78

5.8.9.

Tính chọn máy biến dịng.................................................................................78

5.9. Tính chọn Relay......................................................................................................79
5.9.1.

Tính chọn Relay cho tủ động lực I...................................................................79

5.9.2.

Tính chọn Relay cho tủ động lực II..................................................................79

5.9.3.

Tính chọn Relay cho tủ động lực III................................................................79

5.9.4.

Tính chọn Relay cho tủ động lực IV.................................................................80

5.9.5.

Tính chọn Relay cho tủ động lực V..................................................................80

5.9.6.

Tính chọn Relay cho tủ động lực VI.................................................................81

5.10.

Mô phỏng và kiểm tra bằng phần mềm ETAP:....................................................81

5.10.1.

Tính toán ngắn mạch........................................................................................81

5.10.2.

Kiểm tra ngắn mạch.........................................................................................83

5.10.3.

Kiểm tra độ sụt áp............................................................................................88

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ LƯU ĐỒ TḤT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
.............................................................................................................................................. 89

6.1. Phân kênh vào/ra.....................................................................................................89
6.1.1. Phân kênh cho Vùng 1, Vùng 2, Vùng 3................................................................89
6.1.2. Phân kênh vào ra cho Vùng 4 và Vùng 5...............................................................90
6.1.3.Phân kênh vào ra cho Vùng 6 và Vùng 7................................................................91
6.2. Lựa chọn bộ điều khiển...........................................................................................91
6.2.1. Giới thiệu bộ điều khiển.........................................................................................91
5


6.2.2. Lựa chọn bộ điều khiển.........................................................................................92
6.3. Lưu đồ thuật toán....................................................................................................93
6.3.1. Vùng 1 – Bể thu gom và lắng cát...........................................................................93
6.3.2.

Vùng 2 – Bể cân bằng......................................................................................93

6.3.3.

Vùng 3 – Bể trung hoà.....................................................................................94

6.3.4.

Vùng 4 – Bể lắng I............................................................................................94

6.3.5.

Vùng 5 – Bể Aerotank......................................................................................94

6.3.6.

Vùng 6 – Bể lắng II..........................................................................................95

6.3.7.

Vùng 7 – Bể khử trùng.....................................................................................95

6.4. Thiết kế chương trình điều khiển.............................................................................96
6.4.1.

PLC của tủ động lực 1 và 2..............................................................................96

6.4.2.

PLC của tủ động lực 3 và 4............................................................................101

6.4.3.

PLC của tủ động lực 5...................................................................................104

CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN BẢO VỆ NỐI ĐẤT VÀ CHỐNG SÉT, THIẾT KẾ TỦ BÙ..106
7.1. Tính toán chống sét, tiếp địa..................................................................................106
7.1.1.

Tiếp địa...........................................................................................................106

7.1.2.

Chống sét........................................................................................................108

7.1.3.

Tính toán tụ bù...............................................................................................109

CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN VÀ MẠCH ĐỘNG LỰC...........................................111
8.1. Thiết kế tủ điện......................................................................................................111
8.1.1.

Tủ phân phối..................................................................................................111

8.1.2.

Tủ động lực 1.................................................................................................112

8.1.3.

Tủ động lực 2.................................................................................................112

8.1.4.

Tủ động lực 3.................................................................................................113

8.1.5.

Tủ động lực 4.................................................................................................113

8.1.6.

Tủ chiếu sáng.................................................................................................114

8.2. Mạch trung gian....................................................................................................115

8.3. Mạch động lực.......................................................................................................116
CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.............................120
9.1. Những kết quả đạt được của đề tài........................................................................120
9.2. Kết luận................................................................................................................. 120
9.3. Tài liệu tham khảo.................................................................................................120

6


Mục lục hình ảnh và bảng
Hình 2. 2 Sơ đồ cơng nghệ của hệ thống xử lí nước thải khu cơng nghiệp.................13
Hình 2. 3 Bể thu gom và lắng cát................................................................................14
Hình 2. 4 Bể điều hịa..................................................................................................15
Hình 2. 5 Bể trung hịa.................................................................................................16
Hình 2. 6 Bể lắng I.......................................................................................................17
Hình 2. 7 Bể Aerotank.................................................................................................18
Hình 2. 8 Bể lắng II.....................................................................................................20
Hình 2. 9 Hình ảnh bể khử trùng.................................................................................21
Hình 2. 10 Hình ảnh bể hồn thiện..............................................................................22
Hình 2. 11 Bể chứa bùn...............................................................................................22
Hình 2. 12 Vị trí và mặt bằng các bể.............................................................................2
Hình 3. 1 Cảm biến phao.............................................................................................31
Hình 3. 2 Cấu tạo cơng tắc phao..................................................................................32
Hình 3. 3 Mặt cắt ngang màng thủy tinh.....................................................................33
Hình 3. 4 Điện cực tham chiếu....................................................................................33
Hình 3. 5 Điện cực pH kết hợp....................................................................................34
Hình 3. 6 Cấu tạo cảm biến đo độ đục.........................................................................34
Hình 3. 7 Cảm biến đo mức bùn Dinel – RFLS35......................................................35
Hình 3. 8 Cấu tạo cảm biến đo mức bùn RFLS-35......................................................35
Hình 3. 9 Cấu tạo của máy bơm chìm.........................................................................36

Hình 3. 10 Cấu tạo máy khuấy chìm...........................................................................37
Hình 3. 11 Cấu tạp máy sục khí GMEK......................................................................38
Hình 3. 12 Cấu tạo van điện từ....................................................................................39
Hình 3. 13 Cảm biến phao Finetek cùng thơng số kỹ thuật.........................................41
Hình 3. 14 Cảm biến Hach DPD1R1...........................................................................42
Hình 3. 15 Cảm biến đo độ đục Global Water TB0504-WL.......................................43
Hình 3. 16 Cảm biến đo mức bùn RFLS-35................................................................44
Hình 3. 17 Van điện từ.................................................................................................44
Hình 3. 18 Máy bơm chìm Mastra MAF 437 cùng thơng số kỹ thuật.........................46
Hình 3 19 Máy sục khí Aerator Tsurumi 80TRN47.5 cùng thơng số kỹ thuật...........47
Hình 3. 20 Máy khuấy chìm FAGGIOLATI GM40B3T cùng thơng số kỹ thuật.......47
Hình 3. 21 Máy khuấy chìm FAGGIOLATI GM17A1T cùng thơng số kỹ thuật.......48
Hình 3. 22 Máy khuấy chìm FAGGIOLATI GM17A1T cùng thơng số kỹ thuật.......49
Hình 3. 23 Máy khuấy chìm FAGGIOLATI XM60B5TC cùng thơng số kỹ thuật....49
Hình 3. 24 Máy bơm chìm SHOWFOW MAD 422 cùng thơng số kỹ thuật..............50
Hình 3. 25 Máy sục khí Aerator Tsurumi 50TRN45.5 cùng thơng số kỹ thuật..........51
Hình 3. 26 Máy bơm chìm Mastra MAF 437 cùng thông số kỹ thuật.........................51
7


Hình 3. 27 Máy khuấy chìm FAGGIOLATI XM60B5TC cùng thơng số kỹ thuật....52
Hình 3. 28 Máy bơm chìm SHOWFOW MAD 422 cùng thơng số kỹ thuật..............53
Hình 3. 29 Máy bơm chìm SHM1500F/SH1500 cùng thơng số kỹ thuật...................53
Hình 3. 30 Máy khuấy Tunglee-Taiwan PF28-0750-25S3 cùng thơng số kỹ thuật....54
Y

Hình 4. 1 Bản vẽ chia khu vực chiếu sáng...................................................................58
Hình 5. 1 Mơ hình tham khảo của trạm biến áp 22/0.4kV..........................................60
Hình 5. 2 Máy biến áp cùng thơng số kỹ thuật............................................................62
Hình 5. 3 Cơng thức tính momen chống uốn...............................................................76

Hình 5. 4 Tác động của Aptomat khi ngắn mạch ở Thanh cáp tởng...........................83
Hình 5. 5 Tác động của Aptomat khi ngắn mạch ở Thanh cáp 1................................84
Hình 5. 6 Phối hợp đặc tính bảo vệ của CB I và CB tởng...........................................84
Hình 5. 7 Tác động của Aptomat khi ngắn mạch ở Thanh cáp 2................................85
Hình 5. 8 Phối hợp đặc tính bảo vệ của CB II và CB tởng..........................................85
Hình 5. 9 Tác động của ATM khi ngắn mạch ở Thanh cáp 3.....................................86
Hình 5. 10 Phối hợp đặc tính bảo vệ của CB III và CB tởng......................................86
Hình 5. 11 Tác động của ATM khi ngắn mạch ở Thanh cáp 4...................................87
Hình 5. 12 Phối hợp đặc tính bảo vệ của CB IV và CB tởng......................................87
Hình 5. 13 Tác động của ATM khi ngắn mạch ở Thanh cáp 5...................................88
Hình 5. 14 Phối hợp đặc tính bảo vệ của CB V và CB tởng........................................88
Hình 6. 1 Lưu đồ thuật toán Bể thu gom và lắng cát...................................................93
Hình 6. 2 Lưu đồ thuật toán Bể cân bằng....................................................................93
Hình 6. 3 Lưu đồ thuật toán Bể trung hồ...................................................................94
Hình 6. 4 Lưu đồ thuật toán Bể lắng I.........................................................................94
Hình 6. 5 Lưu đồ thuật toán Bể Aerotank....................................................................95
Hình 6. 6 Lưu đồ thuật toán Bể lắng II........................................................................95
Hình 6. 7 Lưu đồ thuật toán Bể khử trùng...................................................................96
Hình 7. 1 Cọc tiếp đất................................................................................................107
Hình 7. 2 Hệ thống nối đất an tồn............................................................................107
Hình 7. 3 Tụ bù cơng suất cos 𝜑................................................................................110
Hình 8. 1 Tủ phân phối..............................................................................................111
Hình 8. 2 Tủ động lực 1.............................................................................................112
Hình 8. 3 Tủ động lực 2.............................................................................................112
Hình 8. 4 Tủ động lực 3.............................................................................................113
Hình 8. 5 Tủ động lực 4.............................................................................................113
Hình 8. 6 Tủ động lực 5.............................................................................................114
8

Hình 8. 7 Tủ chiếu sáng.............................................................................................114
Hình 8. 8 Mạch trung gian đóng mở van Bể 1...........................................................115
Hình 8. 9 Mạch trung gian khởi động sao – tam giác................................................115
Hình 8. 10 Mạch trung gian điều khiển máy bơm bùn và dung dịch PAC Bể 4.......115
Hình 8. 11 Mạch trung gian điều khiển Bể 5.............................................................116
Hình 8. 12 Mạch trung gian khởi động động cơ bơm bùn Bể 6................................116
Hình 8. 13 Mạch động lực tủ điện 1..........................................................................117
Hình 8. 14 Mạch động lực tủ điện 2..........................................................................117
Hình 8. 15 Mạch động lực tủ điện 3..........................................................................118
Hình 8. 16 Mạch động lực tủ điện 4..........................................................................118
Hình 8. 17 Mạch động lực tủ điện 5..........................................................................119
Hình 8. 18 Mạch động lực tủ chiếu sáng...................................................................119
Bảng 1. 1 Thành phần nước thải so với quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải
Công nghiệp.................................................................................................................11
Bảng 2. 1 Bảng thống kê lưu lượng nước thải ra mỗi giờ trong ngày.........................23
Bảng 3. 1 Thống kê tính toán công suất các thiết bị Cảm biến...................................54
Bảng 3. 2 Bảng thống kê tính toán cơng suất các thiết bị Chấp hành..........................55
Bảng 5. 1 Các thông số của máy phát dự phòng.......................................................62
Bảng 6. 1 Bảng phân kênh INPUT/OUTPUT cho tủ động lực 1 và 2.........................90
Bảng 6. 2 Bảng phân kênh INPUT/OUTPUT cho tủ động lực 3 và 4.........................90
Bảng 6. 3 Bảng phân kênh INPUT/OUTPUT cho tủ động lực 5................................91
Bảng 7. 1 Điện trở suất của các loại đất....................................................................106

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY
BIA

1.1. Đặt vấn đề

-

Bia được sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy Bia Sài Gòn và
Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong trời gian ngắn, ngành sản
xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Mức tiêu thụ bia bình quân theo
đầu người vào năm 2011 dự kiến là 28 lít/người/năm. Bình qn lượng bia tăng
20% mỗi năm.

-

Tuy nhiên, sự tăng trưởng của ngành sản xuất bia lại kéo theo các vấn đề môi
trường như: vấn đề chất thải sản xuất, đặc biệt là nước thải có độ ơ nhiễm cao.
Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ơ nhiễm hữu cơ
rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận
thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất
nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3,
CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3… Những chất này cùng với các chất hữu cơ
trong nước thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thuỷ vực nếu không được xử
lý. Kết quả khảo sát chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất bia trong nước ở
Hà Nội, Hải Dương, Hà Tây, Hồ Bình cho thấy, nước thải từ các cơ sở sản xuất
bia nếu không được xử lý, có COD, nhu cầu oxy sinh hoá BOD, chất rắn lơ lửng
TSS đều rất cao.

-

Đề tài “Xây dựng hệ thống điện và điều khiển cho dây chuyền xử lý nước thải”
được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề đang tồn tại trong việc xử lý nước thải sản
xuất bia trước khi thải vào môi trường.

1.2. Nguồn gốc và thành phần nước thải trong quá trình sản xuất bia

1.2.1. Nguồn gốc nước thải
a) Tổng quan về nước thải trong các giai đoạn sản xuất bia
-

-

Giai đoạn Nấu – đường hóa: Nước thải của các công đoạn này giàu các chất
hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh
hạt và bột, các cục vón… cùng với xác hoa, một ít tanin, các chất đắng, chất
màu.
Giai đoạn lên men chính và lên men phụ: Nước thải của công đoạn này rất
giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn.
Giai đoạn thành phẩm: Đây là giai đoạn lọc, bão hịa CO2, đóng chai, hấp
10


chai. Nước thải ở giai đoạn này chứa bột trợ lọc lẫn xác men, bia chảy tràn,…
b) Chi tiết về nguồn gốc nước thải từ quá trình sản xuất bia
-

Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường. Để bã trên sàn lưới, nước
sẽ tách ra khỏi bã.
Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác.
Nước rửa chai và két chứa, nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ.
Nước thải từ nồi hơi. Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng
clorit cao (tới 500 mg/l), cacbonat thấp.
Nước vệ sinh sinh hoạt
Chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ

GCVN 40 : 2011
BTNMT cột B

pH

-

6→9

5.5 → 9

BOD5 (20°C)

mg/l

500 → 1400

50

COD

mg/l

900 → 1400

150

TSS

mg/l

200 → 400

100

Nhiệt độ

°C

25 → 35

40

Tổng Nito

mg/l

16 → 30

40

Tổng Photpho

mg/l

15 → 25

6

Độ màu

Pt/Co

~165

150

Coliform

MPN/100ml

~250000

5000

Mg/l
~13
10
NH4+
Bảng 1. 1 Thành phần nước thải so với quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải
Công nghiệp
Dựa vào bảng số liệu có thể thấy các chi tiêu như BOD, COD, TSS,
Coliform đều vượt rất cao so với QCVN 40:2011/BTNMT. Các chỉ tiêu khác
đều đạt quy chuẩn hoặc vượt rất ít, có thể xử lý trong các quy trình.
c) BOD – Biochemical oxygen Demand
BOD (Biochemical oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hoá) là lượng oxy cần
thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ theo phản ứng:

Vi khuẩn, Chất hữu cơ + O2  CO2 + H2O + Tế bào mới + sản phẩm trung
gian.
11


Trong mơi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh
vật sử dụng oxy hồ tan. Vì vậy, xác định tởng lượng oxy hồ tan cần thiết
cho quá trình phân huỷ sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng
của dòng nước thải đối với nguồn nước. BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các
chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật.
d) COD – Chemical Oxygen Demand
COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) là lượng oxy cần
thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ.
Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong
nước. Trong khi đó, BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá một phần các hợp
chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật.
e) TSS – Turbidity & Suspendid Solids
TSS (Turbidity & Suspendid Solids) là tổng chất rắn lơ lửng. Thường đo bằng máy
đo độ đục (Turbidimeter). Độ đục gây ra bởi hiện tượng tương tác giữa ánh sáng và
các chất lơ lửng trong nước như cát, sét, tảo và những vi sinh vật và chất hữu cơ có
trong nước. Các chất rắn lơ lửng phân tán ánh sáng hoặc hấp thụ chúng và phát xạ trở
lại với cách thức tùy thuộc vào kích thước, hình dạng và thành phần của các hạt lơ
lửng. Vì thế, cho phép các thiết bị đo độ đục ứng dụng để phản ánh sự thay đởi về
loại, kích thước và nồng độ của các hạt có trong mẫu…
f) Coliform
Coliform là vi khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram Âm kỵ khí, khơng có bào tử
và có hình que. Chúng có thể nằm bất động tại chỗ hoặc di chuyển được.
Trong vòng 24 – 48 tiếng, vi khuẩn coliform có khả năng lên men đường
lactose và sinh ra hơi, aldehyde và axit.
Vi khuẩn coliform có mặt trong nhiều môi trường khác nhau như: Đất, nước

(nước thải, nước sinh hoạt, nước ăn uống), thức ăn, hệ tiêu hóa hoặc phân của
động vật và con người,...
Có nhiều loại vi khuẩn coliform khác nhau, thường được chia thành 3 nhóm chính:
-

Tởng số vi khuẩn Coliform

-

Vi khuẩn Coliform phân

- E.coli
Một số Coliform vô hại cho con người. Nhưng cũng có một số loại, điển hình như vi
khuẩn E.coli là thủ phạm gây ra những căn bệnh về đường tiêu hóa nguy hiểm như:
Tiêu chảy, mất nước dẫn đến suy thận và có thể tử vong…
Khử trùng bằng Clo là phương pháp phổ biến, được các nhà máy xử lý nước và các
hồ bơi sử dụng thường xuyên để diệt khuẩn khối lượng nước lớn.

12


CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 Sơ đồ cơng nghệ

Hình 2. 1 Sơ đồ cơng nghệ của hệ thống xử lí nước thải khu công nghiệp
2.2 Tổng quan về các chức năng
- Các khu công nghiệp là nơi tập trung của nhiều các nhà máy sản xuất, ngành nghề,
dịch vụ công nghiệp, là nơi tập trung của một lượng rất lớn nhân công, nhân viên, công
nhân làm việc tại các nhà máy công nghiệp, do vậy lượng nước thải sản sinh ra từ các

khu công nghiệp có số lượng và thành phần rất phức tạp với số lượng lớn nên ảnh
hưởng của lượng nước thải này đối với môi trường xung quanh và sức khỏe con người
là cực kỳ nghiêm trọng. Để xử lý lượng nước thải này trước khi xả ra mơi trường bên
ngồi thì các khu công nghiệp bắt buộc phải đầu tư các hệ thống xử lí nước thải khu
cơng nghiệp đạt tiêu chuẩn nước thải ở đầu ra.
- Nước thải khu công nghiệp gồm có hai loại: Nước thải sinh hoạt và nước thải từ quá
trình sản xuất cơng nghiệp.

13


-

Xử lý nước thải công nghiệp là áp dụng các biện pháp bao gồm biện pháp vật lý, hoá
học, sinh học được kết hợp linh hoạt có thể điều chỉnh để phù hợp với nguồn thải. Các
quy trình xử lý nước thải công nghiệp cơ bản được thiết kế như sau:
2.2.1. Bể thu gom và lắng cát
a) Chức năng
Bể lắng thơ là một loại bể được xây dựng theo hình chữ nhật có hai hay nhiều ngăn
tùy vào quy mơ hệ thống, dùng để chứa nước thải trong giai đoạn lắng nhằm giúp
nước ổn định độ trong, loại bỏ các cặn bùn, cặn thô, nặng như: cát, sỏi, mảnh kim
loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng,… để đảm bảo các thiết bị cơ khí khó bị mài mịn,
giảm cân nặng ở các cơng đoạn xử lý phía sau.
Lượng rác lắng được vớt định kỳ để duy trì hiệu quả bể lắng thô.
b) Cấu tạo
- Tấm lọc rác thô: giữ những loại rác lớn từ bên ngoài vào để nước được mịn hơn.
- Tấm lọc rác tinh: dùng để lọc bùn và các rác thải nhỏ hơn, đảm bảo khi vào bể
lắng chỉ còn nước và các cặn.
- Phao đo mức nước V1.P1 và V2.P2: dùng để đo mức nước có trong bể.
- Van V1.V1: đóng, mở để nước đi vào bể.

Hình 2. 2 Bể thu gom và lắng cát
c) Hoạt động
Khi mực nước trong bể ở mức thấp  Phao V1.P1 và V1.P2 chưa tác động 
Van V1.V1 mở ra để nước chảy vào Bể thu gom.
Khi mực nước trong bể ở mức cao  Phao V1.P1 và V1.P2 tác động  Van
V1.V1 đóng lại khơng để nước chảy vào Bể thu gom nữa.
2.2.2. Bể cân bằng (bể điều hoà)
a) Chức năng

14


Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống thu gom nước thải sản xuất của nhà máy
thường dao động theo giờ trong ngày. Để điều hoà giúp điều hoà lưu lượng, đồng thời
trộn đều nước thải trên bề mặt, tránh hiện tượng lắng cặn sinh ra mùi khó chịu.
Với hệ thống máy sục khí liên tục hoạt động để điều hồ chất lượng nước thải, bơm
chìm sau đó có nhiệm vụ đưa nước đến bể lắng.
b) Cấu tạo

Hình 2. 3 Bể điều hòa
-

Cảm biến mức nước V2.P1 và V2.P2: Đo mực nước hiện có trong bể.
Bơm V2.B1, V2.B2: Bơm nước từ bể điều hòa sang bể lắng.
Máy sục khí V2.MSK1: Sục khí để trộn đều nước, tránh sinh cặn.

c) Hoạt động
Khi mực nước ở trong bể ở mức thấp (Cả V2.P1 và V2.P2 chưa tác động)  Cả
máy sục khí V2.MSK1 và hai bơm V2.B1, V2.B2 đều sẽ không hoạt động, van

V2.V1 mở ra.
Khi mực nước ở trong bể ở mức trung bình (V2.P2 tác động và V2.P1 chưa tác
động)  Máy sục khí V2.MSK1 sẽ hoạt động và hai bơm V2.B1, V2.B2 sẽ hoạt
động.
Khi mực nước ở trong bể ở mức cao (Cả V2.P1 và V2.P2 đều tác động)  Cả máy
sục khí V2.MSK1 và hai bơm V2.B1, V2.B2 đều sẽ hoạt động.Van V2.V1 đóng.
Bên cạnh đó, việc đóng mở hai bơm V2.B1 và V2.B2 cũng sẽ phụ thuộc vào mực
nước trong Bể trung hòa.
2.2.3. Bể trung hòa
a) Chức năng
Nước thải sản xuất trong nhiều lĩnh vực tồn tại tính axit hoặc bazo. Bể trung hịa sẽ giúp
ởn định lại độ axit và bazơ có trong nước thải nhằm ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở các
công trình thoát nước và tránh cho các quá trình sinh hóa ở các cơng trình xử lý khơng bị
phá hoại.
15


Quá trình trung hịa cịn có vai trị tách một số muối kim loại nặng lắng xuống đáy bể,
giúp các khâu xử lý sau đó tiến hành dễ dàng, đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra.

b) Cấu tạo

Hình 2. 4 Bể trung hòa
- Cảm biến mức nước V3.P1 và V3.P2: Đo mức nước hiện có trong bể.
- Hai van V3.V3 và V3.V2: Đóng, mở cho Axit và Bazo đi vào bể.
- Van V3.V1: Đóng, mở để đưa nước sang bể lắng I
- Cảm biến đo độ pH V3.DPH: Đo độ pH của bể.
- Máy khuấy V3.MK1 : Khuấy đều hóa chất và nước.
c) Hoạt động
Khi mực nước ở trong bể ở mức thấp và trung bình (V3.P1 chưa tác động)  Hai

bơm V2.B1 và V2.B2 sẽ được mở ra để đưa nước vào Bể trung hịa. Đóng van
V3.V1.
Khi mực nước ở trong bể ở mức cao (Cả V3.P1 và V3.P2 tác động)  Hai bơm V2.B1 và
V2.B2 sẽ được đóng lại để khơng cho nước chảy vào Bể trung hịa nữa. Sau đó là quá
trình trung hồ độ pH có trong bể được diễn ra như sau:
-

Nếu cảm biến V3.DPH đo độ pH trong nước nhỏ hơn 6.5  Hai máy khuấy

-

V3.MK1 và V3.MK2 hoạt động. Đồng thời van V3.V2 hoạt động để
Bazơ chảy vào Bể trung hòa.
Nếu cảm biến V3.DPH đo độ pH trong nước lớn hơn 7.5  Hai máy khuấy

-

V3.MK1 và V3.MK3 hoạt động. Đồng thời van V3.V3 mở ra để Axit
chảy vào bể trung hoà.
Nếu cảm biến V3.DPH đo độ pH trong nước nằm trong khoảng (6.5; 7.5)
16


 Tất cả các động cơ V3.MK1, V3.MK2, V3.MK3, V3.V2, V3.V3 ngưng
hoạt động. Van V3.V1 mở ra để nước chảy vào Bể lắng I đến khi mực
nước ở trong bể trở về mức thấp thì van V3.V1 đóng lại và lặp lại quá
trình từ đầu.
2.2.4. Bể lắng 1
a) Chức năng
Bể lắng I (Bể lắng ly tâm) được dùng để lắng tách các tạp chất thô ra khỏi

nước dưới tác dụng của trọng lực. Các tạp chất dạng huyền phù thô và một
phần cặn lơ lửng có trong nước thải sẽ tách ra và lắng xuống đáy bể. Quá trình
lắng sẽ tạo ra một phần bùn, gọi là bùn tươi, phần bùn này sẽ được bơm ra bể
chứa bùn. Phần nước phía trên của bể lắng sẽ được cho chảy qua bể Aerotank.
Để hỗ trợ cho quá trình lắng cặn thành bùn tươi trong bể, hợp chất trợ lắng
PAC – Poly Aluminium Chloride sẽ được sử dụng trong giai đoạn này. Đây là
loại hóa chất keo tụ, chất trợ lắng trong xử lý nước cấp, nước thải, nước nuôi
trồng thủy sản, giúp kết lắng các hợp chất keo tụ và các chất lơ lửng, loại bỏ
chất hữu cơ, vi khuẩn, virus có trong nước.
b) Cấu tạo

Hình 2. 5 Bể lắng I
- V4.V1: Van tự động đưa PAC vào bể lắng I
- V4.MB1; V4.MB2: Phao cảm biến mức bùn đo mức bùn trong bể
- V4.MK4: Khuấy đều dung dịch trong bể PAC
- V4.MK5: Khuất đều nước thải trong bể
- V4.DDUC: Cảm biến đo độ đục trong bể
- V4.BB1: Bơm bùn ra khỏi bể
c) Hoạt động
Gọi 𝑑 là độ đục của nước trong bể mà cảm biến V4.DDUC đo được, quá
17


trình lắng đầu tiên này được diễn ra như sau:
-

Nếu 𝑑 > 150  Hai máy khuấy V4.MK4, V4.MK5 hoạt động. Van V4.V1 mở
ra để đưa PAC vào bể.

-

Nếu 𝑑 < 150  Hai máy khuấy V4.MK4, V4.MK5 ngưng hoạt động. Van
V4.V1 đóng lại để tiết kiệm chất PAC.
Song song với quá trình lắng cặn ở trên, quá trình bơm bùn tươi trong bể
ra ngoài được diễn ra như sau:

-

Khi mức bùn ở trong bể ở mức cao (Cả V4.MB1 và V4.MB2 tác động)  Máy
bơm bùn V4.BB1 hoạt động để bơm bùn ra khỏi bể.
Khi mực nước ở trong bể ở mức thấp (Cả V4.MB1 và V4.MB2 chưa tác động)
 Máy bơm bùn V4.BB1 ngưng hoạt động.
Bên cạnh đó, việc đưa nước sang bể tiếp theo sẽ phụ thuộc vào mực nước trong
bể Aerotank.
2.2.5. Bể Aerotank

a) Chức năng
Bể Aerotank là bể xử lý nồng nộ COD, BOD nhưng trong dòng thải bằng hoạt
động của các vi sinh vật hiếu khí. Bể Aerotank trong xử lý nước thải chứa hỗn
hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ
cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cung cấp đủ oxy cho vi sinh vật
oxy hóa chất hữu cơ có trong nước thải. Giai đoạn này dựa vào phương pháp
thởi khí vào bể kết hợp với khuấy bùn để tăng cường sự tiếp xúc của vi sinh
vật với chất hữu cơ, thúc đẩy quá trình phân hủy của các chất hữu cơ nhằm xử
lý nước thải.
b) Cấu tạo

18

Hình 2. 6 Bể Aerotank
-

V5.P1; V5.P2: Phao đo mức nước có trong bể

-

V5.V1: Van điện từ đưa nước thải vào bể Aerotank

-

V5.MK6: Khuấy đều nước thải trong bể

-

V5.MSK2: Sục khí vào bể

-

V5.BB2: Bơm bùn ra khỏi bể

-

V5.B3: Bơm nước sang bể lắng II

c) Hoạt động
Khi mực nước ở trong bể ở mức thấp (Cả V5.P1 và V5.P2 chưa tác động)  Van
V5.V1 mở ra để nước chảy vào bể. Máy khuấy V5.MK6, máy sục khí V5.MSK2
và máy bơm V5.B3 đều ngưng hoạt động.
Khi mực nước ở trong bể ở mức trung bình (V5.P2 tác động và V5.P1 chưa tác

động)  Van V5.V1 tiếp tục mở ra để nước chảy vào bể. Máy khuấy V5.MK6,
máy sục khí V5.MSK2 hoạt động để thúc đẩy quá trình phân hủy của các chất
hữu cơ.
Khi mục nước ở trong bể ở mức cao (Cả V5.P1 và V5.P2 đều tác động)  Van
V5.V1 đóng lại khơng cho nước chảy vào bể. Máy khuấy V5.MK6, máy sục khí
V5.MSK2 ngưng hoạt động  7 phút sau, khi bùn trong bể lắng xuống thì mở máy
bơm V5.BB2 để đưa lượng bùn lắng dưới đáy bể ra ngoài trong 20s và khởi
động máy bơm V5.B3 để bơm nước qua Bể lắng II. Đến khi mực nước trong bể
trở vể mức thấp, máy bơm V5.B3 ngưng hoạt động và lặp lại quá trình từ đầu.
Bên cạnh đó, các chất hữu cơ lắng xuống đáy bể sẽ được đưa ra ngoài qua đường
ống dẫn bùn khi cần thiết.
19