nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động kiểm soát hàm lượng sản phẩm dầu mỏ trong nước thải lacanh tàu cá
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.36 MB, 102 trang )
-1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
-------------------------------
ĐỖ NGỌC MINH
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM SOÁT HÀM LƯNG
SẢN PHẨM DẦU MỎ TRONG NƯỚC THẢI LACANH TÀU CÁ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: KỸ THUẬT TẦU THỦY
Mã số: 60.52.32.04
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THẠCH
Nha Trang - tháng 11 năm 2007
-2-
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Nội dung đề tài này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học
của thầy PGS.TS. NGUYỄN THẠCH.
Kết quả nội dung công trình tôi nghiên cứu là hoàn toàn trung thực, các phương
pháp thực nghiệm là có cơ sở khoa học, các kết quả thực nghiệm là khách quan, chưa
từng được công bố.
-3LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. NGUYỄN THẠCH đã tận tình giúp
đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.
Để hoàn thành luận văn này, trong thời gian nghiên cứu, tiến hành thực nghiệm,
tôi nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn PGS.TS. NGUYỄN
THẠCH. Ngoài ra tôi còn được sự ủng hộ, giúp đỡ rất nhiệt tình của các đồng nghiệp
thuộc khoa Kỹ thuật cơ sở Học viện Hải quân, trung tâm công nghệ sinh học và môi
trường, trung tâm tư liệu & thư viện – trường đại học Nha Trang.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả về sự hướng dẫn giúp đỡ có hiệu quả của quý
thầy, của các đơn vị, gia đình và bạn bè thân hữu.
-4MỤC LỤC
ĐỀ MỤC
TRANG
Đặt vấn đề................................................................................................................................6
Chương 1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường....................................................................8
1.1. Khái niệm về ô nhiễm môi trường ..................................................................................8
1.2. Phân loại và đặc tính của nước thải.................................................................................4
1.3. nh hưởng của ô nhiễm đối với môi trường biển...........................................................5
1.4. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường biển....................................................................6
1.5. Đặc điểm của nước thải lacanh........................................................................................7
1.6. Một số qui định về bảo vệ môi trường biển....................................................................9
1.7. Các phương pháp xử lý nước thải ....................................................................................12
1.8. Một số hệ thống xử lý nước thải lacanh trên thế giớ .....................................................16
1.9. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................................21
Chương 2 Cơ sở lý thuyết .....................................................................................................24
2.1. Các phương pháp phát hiện sản phẩm dầu mỏ trong nước thải lacanh.........................25
2.2. Lý thuyết hệ thống tự động kiểm soát ............................................................................24
2.3. Cảm biến và các đặc trưng cơ bản ..................................................................................26
2.4. Cơ sở thiết kế bộ cảm biến hồng ngoại nhận biết dầu mỏ............................................32
2.5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cuả cảm biến ..............................................................38
2.6. Yêu cầu đầu vào của hệ thống........................................................................................39
2.7. Lựa chọn phương án đặt cảm biến hồng ngoại...............................................................40
Chương 3 Chế tạo mẫu hệ thống tự động kiểm soát hàm lượng dầu mỏ trong nước
thải lacanh tàu cá ..................................................................................................................45
3.1. Sơ đồ khối của hệ thống và nguyên lý hoạt động..........................................................47
3.2. Sơ đồ tổng thể của bộ phận cảnh báo trong hệ thống xả nước thải lacanh tàu
cá ..............................................................................................................................................48
3.3. Giới thiệu cấu trúc phần cứng họ mcs – 51 (89c51).......................................................48
3.4. Mạch chuyển đổi AD dùng ADC 0804 ...........................................................................55
-53.5. Mạch nguồn ......................................................................................................................59
3.6. Mạch khuếch đại điện áp và lọc đầu vào .......................................................................60
3.7. Phím thiết lập ngưỡng cảnh báo ......................................................................................63
3.8. Mạch hiển thị số ...............................................................................................................64
3.9. Mạch điều khiển và mạch biến đổi ADC.......................................................................64
3.10. Cơ cấu chấp hành ...........................................................................................................66
3.11. Mạch tổng hợp ................................................................................................................67
3.12. Mạch in của mạch tổng quát..........................................................................................68
3.13. Mô hình của hệ thống kiểm soát hàm lượng dầu mỏ trong nước thải lacanh tàu cá..68
Chương 4 Kết quả và thảo luận ..........................................................................................67
4.1. Quy hoạch thực nghiệm ...................................................................................................70
4.2. Xử lý kết quả thực nghiệm ..............................................................................................73
4.3. Thảo luận và đề xuất ý kiến............................................................................................82
Tài liệu tham khảo .................................................................................................................80
Phụ lục ....................................................................................................................................82
-6-
ĐẶT VẤN ĐỀ
Bảo vệ môi trường và phát triển bền vững đã trở thành chiến lược có tầm quan
trọng nhất trong đường lối phát triển kinh tế – xã hội của quốc gia nói chung, của mỗi
ngành kinh tế và mỗi địa phương nói riêng ở Việt Nam.
“tài nguyên biển, đặc biệt là tài nguyên sinh vật ở vùng biển ven bờ, đã bị suy giảm
đáng kể, môi trường biển bắt đầu bị ô nhiễm, trước hết do dầu mỏ”.(mục II chương 2:
những vấn đề môi trường cấp bách của việt nam), trích “ Báo cáo của Việt Nam về môi
trường, tại hội nghị thượng đỉnh của trái đất họp tại Rio de Janeirio, Brazil tháng 6 năm
1992”.
Ngày 25 tháng 6 năm 1998 Bộ Chính Trị Trung Ương Đảng Cộng Sản Việt Nam
đã ra chỉ thị 36 CT/TW đã khẳng định: “Bảo vệ môi trường là một vấn đề sống còn của
đất nước, của nhân loại, là nhiệm vụ có tính xã hội sâu sắc, gắn liền với cuộc đấu tranh
xoá đói giảm nghèo ở mỗi nước, với cuộc đấu tranh vì hoà bình và tiến bộ xã hội trên
phạm vi toàn thế giới”.
Nền kinh tế biển nói chung và kinh tế nghề cá nói riêng ngày càng đóng vai trò
quan trọng trong đời sống con người, do vậy tàu thuyền nghề cá là phương tiện không
thể thiếu được trong ngành khai thác thuỷ sản.
Bên cạnh đó, có một tồn đọng không bao giờ tách khỏi các hoạt động ấy, chính
là con người – với nhiều lý do đã tự làm ngày càng xấu đi môi trường xung quanh
mình. Đó là hiện tượng dầu tràn trên biển và sự ô nhiễm môi trường biển. Mức độ ô
nhiễm môi trường sinh thái biển ngày một nghiêm trọng nguyên nhân chính là do các
chất thải từ tàu như nước thải lacanh, dầu mỏ, dầu bôi trơn, nhiên liệu… tất cả các chất
thải này ngày một nhiều do số lượng tàu thuyền tăng mạnh không chỉ tàu cá, tàu du
lịch mà còn các loại tàu vận tải biển. Mặt khác do trình độ của người sử dụng còn thấp
và họ không ý thức được hậu quả những việc họ đã và đang làm. Để cho môi trường
sinh thái biển ngày một sạch đẹp hơn đã đến lúc nếu không muốn nói là muộn cần phải
đặt ra vấn đề hạn chế chất thải gây ô nhiễm từ tàu thuỷ.
-7Một yêu cầu thiết thực hiện nay là phải tăng cường công tác quản lý và có các
biện pháp xử lý nước thải đáy tàu (nước lacanh) trước khi thải ra biển. Đây là lý do, là
động lực thôi thúc để tôi lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động kiểm soát hàm lượng sản phẩm dầu
mỏ trong nước thải lacanh tàu cá”
Bố cục của luận án gồm:
Chương 1:
Tổng quan về ô nhiễm môi trường nước.
Chương 2:
Cơ sở thiết kế hệ thống tự động kiểm soát nước thải
lacanh tàu cá.
Chương 3:
Chế tạo mẫu hệ thống tự động kiểm soát nước thải lacanh
tàu cá.
Chương 4:
Kết quả và thảo luận.
Luận văn được hoàn thành tại Khánh Hoà với 91 trang thuyết minh và 21 trang
phụ lục.
Tuy đã cố gắng trình bày những hiểu biết và suy nghó của mình một cách logic
song chắc chắn là không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự chỉ dẫn và đóng góp
xây dựng của quý thầy giáo cùng các đồng nghiệp để luận án được hoàn chỉnh và có
giá trị thực tế cao hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Nha trang, tháng 11 năm 2007
Tác giả; Đỗ Ngọc Minh
-8-
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
1.1. KHÁI NIỆM VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
1.1.1. Môi trường
Căn cư vào luật môi trường được quốc hội khóa IX kỳ họp thứ tư từ ngày 630/12/1994 thông qua, môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân
tạo quan hệ mật thiết với nhau bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản
xuất, sự tồn tại, sự phát triển của con người và thiên nhiên. Môi trường là tổ hợp các
thành phần của thế giới vật chất làm cơ sở cho sự tồn tại, phát triển của sinh vật và con
người. Hay nói một cách khác là tất cả gì xung quanh chúng ta. Ví dụ như: đất, nước,
không khí, cơ sở hạ tầng…..
1.1.2. Ô nhiễm môi trường
Theo TS Lê Trình [1]: Sự ô nhiễm là sự chuyển hóa các chất thải hoặc năng
lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây tác hại đến sức khỏe con người, đến sự
phát triển của sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường.
Theo Rabtikov, Ermakov: Ô nhiễm là sự tổng hợp các quá trình thải vật chất
vào sinh quyển dẫn đến thay đổi một cách không bình thường các trường trung bình có
giá trị trung bình của các chất trong hệ. Cũng có ý kiến cho rằng: ô nhiễm môi trường
là quá trình thải các chất ô nhiễm với một liều lượng lớn hơn giá trị trung bình trong tự
nhiên của chúng ta, hoặc thải vào môi trường những chất có nguồn gốc nhân tạo.
1.2. PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI
12.1. Phân loại nước thải
Người ta định nghóa nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của
con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Thông thường nước thải được
phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các
-9biện pháp hoặc công nghệ xử lý cũng như kiểm soát nước thải một cách tối thiểu.
Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:[7]
Nước thải sinh học: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại,
công sở, trường học, và các cơ sở tương tự khác.
Nước thải công nghiệp: (còn gọi là nước thải sản xuất) là nước thải từ các nhà
máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là
chủ yếu.
Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của
thành phố. Đó là hỗn hợp các nước thải kể trên.
1.2.2. Các tính chất đặc trưng của nước thải
Bảng các tính chất đặc trưng của nước thải trình bày ở phụ lục 1-1.[7]
1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ Ô NHIỄM ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG BIỂN
Trước đây người ta thường nghó rằng, biển và đại dương rộng lớn bao la sẽ chẳng
bao giờ bị ô nhiễm. Nhưng ngày nay người ta đã nhận thức được rằng điều đó không
phải như vậy. Biển và đại dương cũng có thể bị ô nhiễm và có thể đánh giá những ảnh
hưởng có hại do những tác động có hại do con người gây ra.
Nước trong đại dương là một dung dịch rất phức tạp và có những bằng chứng cho
thấy thành phần của chúng thay đổi rất ít trong hàng triệu năm qua do sự ổn định này
mà các sinh vật biển được thuần hoá cao và không chịu được sự thay đổi của môi
trường. Như vậy, đại dương cũng là một hệ sinh thái dễ hỏng và dễ bị ô nhiễm.
Bản đồ địa hình của đại dương cho thấy, có hai thành phần riêng biệt khi chúng ta
nghiên cứu về biển và đại dương: thềm lục địa và các đại dương sâu. Thềm lục địa, đặc
biệt các khu vực gần các cửa sông chính là nguồn cung cấp thức ăn, khai thác thuỷ sản.
Khu vực này đang tiếp nhận tải trọng ô nhiễm lớn nhất. Nhiều cửa sông chính gần ngư
thượng đã bị ô nhiễm đến mức tồi tệ. Một số vùng biển lớn như Bantic, Địa Trung Hải
cũng đang bị đe doạ trở nên hư hại vónh viễn.
Mặc dù có nhiều quốc gia trên thế giới đã hạn chế một cách nghiêm ngặt việc
thải nước thải ra biển, nhưng ở Việt Nam vẫn còn nhiều thành phố thải nước thải chưa
qua xử lý vào môi trường này. Nước thải thường dẫn trong một hệ thống ống ra xa bờ
và thải qua các đầu khuếch tán để đạt mức pha loãng tối đa. Tuy vậy, các cuộc tranh
-10luận vẫn còn tiếp tục nếu sử dụng biển làm nơi thải thì những hậu quả lâu dài gì xảy
ra?
1.4. CÁC TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG BIỂN
1.4.1. Các chất hữu cơ
Loại này có cacbonhydrat, protein, chất béo, hóa chất, bảo vệ thực vật, hợp chất
phenol…. Đây là chất gây ô nhiễm phổ biến nhất có trong nước thải khu dân cư, khu
công nghiệp chế biến thực phẩm, vùng nông nghiệp, khu công nghiệp lọc dầu. Các chất
này gây tác hại lớn đến nguồn lợi thủy sản và chúng có khả năng gây thiếu ôxy trong
nước dẫn đến các sinh vật sống trong môi trường nước.
1.4.2. Các kim loại nặng
Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với con người và động vật có
vú, bò sát, tôm cá….
Các kim loại nặng thường có trong nước thải công nghiệp như: Chì, thủy ngân, crôm,
mangan…
1.4.3. Dầu mỡ
Dầu mỡ là chất lỏng có thành phần hóa học rất phức tạp, độc tính và tác động
sinh thái của dầu mở phụ thuộc vào từng loại. Dầu thô chứa hàng ngàn phân tử khác
nhau nhưng phần lớn là các hydrôcácbon và một số chất như: lưu huỳnh, nitơ, kim
loại…. Dầu mỡ có độc tính cao và tương đối bền trong nước.
Hầu hết môi trường sống của thực vật, động vật bị ảnh hưởng do dầu.
1.4.4. Hàm lượng sinh thái của các chất nhiễm bẩn trong vùng biển ven bờ
Mỗi quốc gia đều ban hành các tiêu chuẩn hàm lượng các chất ô nhiễm. Tuy
nhiên tính an toàn môi trường ở mỗi quốc gia khác nhau. Xác định giới hạn an toàn sinh
thái đó là công việc hết sức khó khăn. Nó không thể là các bản sao chép từ công trình
này sang công trình khác.
Trong điều kiện môi trường hiện nay của nước ta bắt đầu xuất hiện tình trạng ô
nhiễm do đó việc tìm giới hạn các chất ô nhiễm chưa nhiều. Tùy theo mỗi quốc gia mà
có những chất ô nhiễm mà nước này đặt tiêu chuẩn nhưng nước kia chưa cần và ngược
lại có những chất ô nhiễm các nước chưa cần nhưng đối với ta cần phải có. Ví dụ: các
-11quy định an toàn sinh thái cho các trại cá giống, các khu vực nuôi trồng thủy sản… Sau
đây là hàm lượng một số chất ô nhiễm mà nước ta quy định giới hạn cho phép.
Bảng giá trị giới hạn nồng độ cho phép các chất ô nhiễm trong nươc biển ven bờ
(TCVN 5943 – 1995) trình bày ở phụ lục 1.3:[7].
1.5. ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC THẢI LACANH
1.5.1. Nước lacanh
Trong quá trình khai thác con tàu, khai thác hệ động lực, một lượng nước chứa
dầu thường xuyên được tạo ra, tích tụ lại ở dưới buồng máy, nước ấy gọi là mước la
canh. Vậy nước lacanh được tạo thành do kết quả của việc sử dụng dầu và các sản
phẩm dầu làm nhiên liệu, dầu bôi trơn cho các cho các thiết bị động lực, cho tất cả các
máy móc trên tàu. Mặt khác nước lacanh cũng được tạo thành do sự dò rỉ, thấm lót từ
các đường ống buồng bơm hoặc do quá trình vận chuyển đầu đốt, dầu nhờn. Cũng có
thể do việc sử dụng dầu để lau chùi, vệ sinh máy móc, vệ sinh trang thiết bị. Ngoài dầu
đốt, dầu nhờn, trong nước lacanh còn có chứa nhiều tạp chất khác như xà phòng, chất
tẩy rửa, các cặn bẩn.
Lượng hỗn hợp nước – dầu tạo thành trong đáy buồng máy phụ thuộc vào loại
tàu, cỡ tàu, công suất của máy chính, máy đèn, máy phụ, cách bố trí buồng máy mặt
khác còn phụ thuộc vào trình độ, kỹ thuật khai thác, ý thức của các sỹ quan, thợ máy và
những thuyền viên của tàu. Người ta có khả năng tính toán trong một ngày đêm phụ
thuộc vào lượng chiếm nước của tàu ở bảng dưới đây:
Bảng 1.1. Lượng nước lacanh sau một ngày đêm theo lượng chiếm nước tàu [8].
TT
Lượng chiếm nước của tàu,
Lượng nước lacanh sau một ngày
(tấn)
đêm, (m3)
1
Tàu dưới 100 tấn
0,1 m3/ngày đêm
2
Tàu từ 101250
0,10,3
3
251500
0,30,6
-124
501750
0,60,9
5
7511.000
0,91,2
6
1.0011.250
1,21,8
7
1.2511.500
1,82,5
8
1.5014.000
2,56,0
9
4.00110.000
6,010
10
Tàu trên 10.000 tấn
1015
1.5.2. Đặc điểm của nước lacanh
Tính chất lý hóa của nước lacanh thay đổi thường xuyên theo thời gian và phụ
thuộc vào nguồn gốc của nó được tạo thành.
Hàm lượng dầu trong nước lacanh dao động trong một khoảng rộng, thường từ
3001000mg/l.
Khối lượng riêng của hỗn hợp không cố định, dao động và phụ thuộc vào hàng
loạt yếu tố.
Nước lacanh phân lớp rõ rệt có nghóa là hầu hết dầu bẩn nổi lên trên, phần dưới
chủ yếu là nước.
Không có dầu sạch cũng không có nước sạch, mà cả phần trên và phần dưới
chúng trộn lẫn với nhau, người ta thường gọi là “dầu ngâm nước” vì con tàu không lúc
nào đứng yên khi khai thác.
Trong nước lacanh bao giờ cũng có chất tẩy rửa, các cặn, các hạt với kích thước
khác nhau từ 1030micromet.
Mặc dù dầu không tan trong nước, song trong thực tế hàm lượng dầu hòa tan có
thể lên đến 510 phần triệu.
Một số tài liệu thí nghiệm cho thấy, trong nước lacanh có hàm lượng dầu trung
bình khoảng 2000mg/l
1.6. MỘT SỐ QUI ĐỊNH VỀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG BIỂN
1.6.1. Các công ước quốc tế
Năm 1921 – Anh: hội nghị chủ tàu, đại diện ngành công nghiệp dầu mỏ, nghiên
cứu các vấn đề ô nhiễm biển do dầu gây ra và đề ra các biện pháp ngăn ngừa.
-13 Năm 1926 – Washington: hội nghị quốc tế qui định vùng biển và ven bờ không
được xả dầu và trang thiết bị phân ly lọc nước lacanh buồng máy cho tàu thủy.
Năm 1954 – London: hội nghị quốc tế, đại diện các nước có đội tàu trên 100.000
tấn đăng ký, 33 nước tham gia, 10 nước quan sát viên. Công ước quốc tế về ô nhiễm
bởi dầu, 1954 (OILPOL), nội dung:
Quy định vùng biển không được xả dầu tối thiểu cách bờ 50 hải lý.
Quy định trên tàu phải có nhật ký các công việc có liên quan đến dầu.
Năm 1962 – London: Hội nghị quốc tế bổ sung, sửa đổi OILPOL 54, có hiệu lực
từ ngày 19/1/1978.
Tàu không phải là tàu dầu chỉ được xả xuống biển trong điều kiện sau:
1. Tàu đang chạy.
2. Cường độ xả tức thì không quá 60lít/hải lý.
3. Càng xa bờ càng tốt.
Đối với tàu dầu:
1. Tàu đang chạy.
2. Cường độ xả tức thì không quá 60lít/hải lý.
4. Tổng lượng dầu xả ra biển trong chuyến đi không hàng không được
vượt quá 1/15.000 trọng lượng của tàu.
5. Tàu cách bờ trên 50 hải lý.
Các quy định về việc xả dầu nước lacanh buồng máy tàu dầu cũng tương tự đối
với tàu không phải là tàu dầu.
MARPOL 73/78: Là chữ viết tắt của Marine Pollution, công ước hàng hải ta
thường gọi đầy đủ là:”công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra”.
Công ước này dựa trên cơ sở của công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do dầu,
được thông qua năm 1954, gọi tắt là OILPOP – 54 (oil pollution).
Tổ chức Hàng Hải Quốc Tế (IMO: International Maritime Organization, ra đời
ngày 25/5/1957) đã thông qua công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây
ra, vào ngày 2/11/1973 tại London và sau đó được bổ sung nghị định thư quan trọng vào
năm 1978. Chính ví thế công ước quốc tế mang số 73 và 78: MARPOP 73/78.
-14MARPOP 73/78 qui định một số nội dung cụ thể về khai thác tàu, về trang thiết bị của
tàu:
Ngăn ngừa ô nhiễm biển do dầu có hiệu lực từ 2/10/1983 đối với tàu cũ như tàu
mới, tàu dầu cũng như tàu chở hàng hóa khác.
Ngăn ngừa ô nhiễm biển do hóa chất, có hiệu lực từ ngày 6/4/1987.
Ngăn ngừa ô nhiễm biển do nước thải.
Ngăn ngừa ô nhiễm biển do rác.
Nước Cộng Hòa Xã Hộ Chủ Nghóa Việt Nam là nước thứ 126 tham gia vào tổ
chức hàng hải quốc tế IMO từ ngày 12/6/1984, cho nên chúng ta phải thực hiện nội
dung của MARPOP 73/78 được IMO thông qua và chỉ đạo thực hiện.
Bảo vệ môi trường biển không bị ô nhiễm các chất có hại, đặc biệt do dầu gây
nên, là trách nhiệm và nghóa vụ tất cả các tàu không phụ thuộc vào loại tàu nào, với tải
trọng bao nhiêu và hệ thống động lực như thế nào. Tuy vậy, MARPOP 73/78 có cân
nhắc đến điều kiện khai thác, mức độ và khả năng gây ô nhiễm, đi đến qui định sau
đây:
Tàu chở dầu bất kỳ có tổng dung tích từ 150 tấn đăng kiểm (t.đ.k) trở lên.
Tàu chở hàng bất kỳ không phải là tàu dầu, có tổng dung tích từ 400 t.đ.k trở
lên, bắt buộc phải thi hành các qui định quốc tế và quốc gia về ngăn ngừa ô nhiễm biển
do dầu từ ngày MARPOL 73/78 có hiệu lực (2/10/1983).
Những tàu thuộc hai đối tượng nêu trên phải trang bị:
Có giấy chứng nhận quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm do dầu.
Các trang thiết bị gây ngừa ô nhiễm do dầu, lắp trên tàu theo qui định.
Chịu sự kiểm tra việc thi hành các qui định về trang bị máy móc và khai thác.
Theo qui định 9.10 phụ lục I của công ước quốc tế MARPOL 73/78 đối với các
tàu nêu trong bảng được trình bày ở phụ lục 1.4: [4].
1.6.2. Các văn bản quốc gia về bảo vệ môi trường biển
Theo qui phạm các hệ thống ngăn ngừa ô nhiễm biển của tàu TCVN 6276 –
1997 ta coù:
-15+ Đối với tàu có tổng dung tích từ 150 tấn đăng ký trở lên được phép xả dầu trong
các trường hợp sau:
tốc độ xả dầu không quá 60 lít/giờ.
Tàu đang chạy.
Tổng lượng dầu xả trên biển không quá 1/15.000 tổng lượng hàng đối với tàu cũ
và 1/30.000 đối với tàu mới.
Tàu phải cách bờ 50 hải lý.
Tàu phải có hệ thống kiểm tra, điều khiển việc xả dầu, có két lắng và các thiết bị
phục vụ chống ô nhiễm biển.
+ Đối với tàu có tổng dung tích từ 400 tấn đăng ký trở lên:
Tàu không ở vùng đặc biệt.
Tàu đang chạy.
Hàm lượng dầu trong nước nhỏ hơn 15ppm.
Tàu phải có hệ thống kiểm tra, điều khiển việc xả dầu, có thiết bị phân ly dầu –
nước.
+ Các yêu cấu đối với hệ thống lọc dầu:
hệ thống lọc dầu phải thỏa mãn các yêu cầu sau, tùy theo kiểu và kích thước trọng
lượng của tàu.
Phải có thiết kế đăng kiểm duyệt và phải đảm bảo sao cho bất kỳ hỗn hợp dầu
nào sau khi qua hệ thống lọc phải có hàm lượng dầu không qua 15ppm.
Lắp đặt một báo hiệu ánh sáng và âm thanh có kiểu đã được duyệt, hoạt động
khi chức năng đo đạc bị sai sót, hư hỏng.
Trang bị một thiết bị ngưng xả tự động sao cho đảm bảo ngừng hệ thống khi
hàm lượng dầu của nước thải vượt quá 15ppm.
Khi hỗn hợp của dòng nước thải ra vượt quá 15ppm hoặc khi có sai sót hư hỏng của bộ
phận đo đạc thì tín hiệu báo động bằng ánh sáng và âm thanh phát ra cùng với tự động
việc ngừng xả hỗn hợp dầu – nước.
1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI LACANH TÀU THUỶ
1.7.1. Máy lắng trọng lực
-16Loại máy máy này sử dụng đầu tiên để phân ly các hỗn hợp dầu nước, nó hoạt
động trên nguyên lý phân lớp của hai chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau.
Gồm nhiều lá thép mỏng đặt song song nhau, chiều dài của lá thép được đặt
cùng phương với dòng chảy một góc nào đó. Các lá thép được đặt trong một hình trụ
nằm ngang, ở hai đầu có cửa cho nước la canh vào, cửa cho dầu ra, cửa xả cặn, cửa hút
khô, cửa cho nước sạch ra mạng tàu, ngoài ra còn có các thiết bị kiểm tra
Cấu tạo:
nước+dầu
dầu
nước
van hút khô
Hình 1.1: Máy lắng trọng lực kiểu FRAM của Mỹ
Nguyên lý làm việc:
Nứơc lacanh sau khi vào máy sẽ bị chia nhỏ dòng chảy bằng các lá thép kim
loại, nhờ các lá thép này để làm tăng mặt thoáng giúp cho quá trình tự nổi của dầu
nhanh hơn và nhiều hơn. Dầu sau khi nổi lên mặt nước sẽ được tích tụ lại và xả vào két
dầu, còn nước sạch được xả ra mạng tàu.
Mặc dù đã được cải tiến rất nhiều, song máy phân ly kiểu này vẫn chưa đáp ứng
được yêu cầu, chất lượng phân ly rất kém, chỉ phân ly đến 100 phần triệu trong khi yêu
cầu là 15 phần triệu. Do chất lượng phân ly phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau:
Nồng độ dầu trong hỗn hợp trước khi đem vào máy phân ly.
Độ đồng thể của dầu qua bơm, qua thiết bị phaân ly.
-17
Thể tích và hệ số sử dụng thể tích làm việc.
Độ sai lệch về khối lượng riêng của nước và dầu.
Thời gian của hỗn hợp qua thiết bị phân ly.
Các nhà nghiên cứu đã có những cải tiến như thay đổi dòng chảy, thay đổi số lượng
và cách bố trí vách ngăn hoặc đưa vào chế độ hoạt động chân không. Tuy vậy hiệu quả
đạt được chưa cao.
1.7.2. Máy phân ly kiểu tuyển nổi
Cấu tạo:
van vớt dầu
dầu
Hình 1.3: Máy phân ly kiểu tuyển nổi
Gồm một trục quay do động cơ ngoài dẫn động và được lắp đặt trong bình hình
trụ tròn, máy phân ly này làm việc ở hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Giai đoạn lắng trọng lực.
Giai đoạn 2: Giai đoạn bơm bọt khí vào hỗn hợp.
Nguyên lý hoạt động:
Máy phân ly nước lacanh kiểu tuyển nổi dựa trên nguyên lý làm tăng tốc độ nổi
của các hạt dầu bằng cách bơm bọt khí vào sẽ kết hợp với các hạt dầu tạo thành một hệ
-18nhờ lực liên kết giữa các phần tử, sau đó dưới tác dụng của lực đẩy trong nước sẽ làm
các hạt dầu nổi lên.
Hiệu suất của máy phụ thuộc vào số bọt khí đưa vào kích thước hạt dầu. Có thể
nói, loại máy phân ly nước lacanh kiểu tuyển nổi, không được dùng rộng rãi trên các
tàu biển vì nó khá phức tạp, mặt khác hiệu suất thấp. [20]
1.7.3. Máy phân ly kiểu tích tụ
cấu tạo:
ống mao dẫn
dầu
dầu
nước la canh
nước
1
lắng
2
kết tụ
3
lắng
Hình 1.2: Máy phân ly kiểu tích tụ COALESCER MITSUBISHI
Gồm những ống mao dẫn được chế tạo từ những vật liệu đặc biệt như: tơ sơi hoá
học, các cơ tính kỵ nước hút dầu, các ống có đường kính từ 4 6mm và được đặt trong
ống nằm ngang. Ngoài ra nó còn có các trang thiết bị để kiểm tra việc xả cặn, xả nước
sạch ra mạng tàu, xả dầu về két chứa. Các vật liệu dùng để chế tạo ống mao dẫn: 1.
loại rắn: hạt polystyro; 2. loại sợi: polypropylen; 3. loại dẻo có lỗ nhỏ: hạt polyruretan.
Nguyên lý hoạt động:
Máy đặt nằm ngang, phần trước và phần sau là phần tónh (cố định), khoảng cách
giữa hai phần tónh (1 và 3) được điền đầy các ống làm bằng chất dẻo có đường kính 4 –
6mm. Khi dầu đi qua phần tónh (1) sẽ xẩy ra quá trình ổn định, các vẩn bẩn cơ học lắng
xuống dưới, dầu nổi lên mặt trên. Khi dòng chất lỏng tiếp tục đi qua các ống (2) vì do
-19các vật liệu kỵ nước, hút dầu, cho nên các hạt nhỏ của dầu kết lại thành những hạt lớn
đến mức mà dưới tác dụng của dòng chất lỏng chúng sẽ được đẩy ra và tách khỏi.
Qua các công trình nghiên cứu cho biết, tốc độ của hỗn hợp càng bé thì khả
năng làm sạch càng lớn, song nó ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Giá trị trung bình
của vận tốc hỗn hợp qua ống mao dẫn vào khoảng 0,002 m/s. chất lượng yêu cầu kỹ
thuật của máy phân ly kiểu kết tụ được đánh giá qua hai chỉ tiêu:
Thời gian làm việc của vật liệu làm ống mao dẫn.
Chất lượng lọc nước bẩn và khả năng sử dụng các vật liệu khác nhau để làm
ống mao dẫn.
Tuy loại này cho phép lọc sạch dầu trong nước lacanh theo yêu cầu, song các ống
mao dẫn dễ bị bẩn và hư hỏng. Do đó phải thường xuyên kiểm tra, vệ sinh thay thế. Để
khắc phucï nhược điểm này các nhà chế tạo đã và đang tìm các biện pháp để chế tạo
các ống mao dẫn tốt hơn để hạn chế cho ống mao dẫn không bị bẩn. Một trong những
biện pháp đó là chia quá trình phân ly đó ra thành hai hay nhiều giai đoạn để dễ dàng
vệ sinh và thay thế ống mao dẫn. [20]
1.8. Một số hệ thống xử lý nước thải lacanh trên thế giới
1.8.1.Thiết bị đo hàm lượng dầu mỏ trong nước thải lacanh tại trung tâm Sinh học
trường Đại học Nha Trang
Tên máy: OCMA – 310,
Hãng sản xuất: HORIBA,
Nước sản xuất: Nhật bản
Đo hàm lượng dầu trong nước bằng kỹ thuật hồng ngoại.
1
2
9
3
8
7
6
4
5
-20Hình 2.18. Sơ đồ hệ thống máy tách dầu của Nhật
1- Mẫu thử
6 – Giấy lọc
2- Thùng đựng mẫu thử
7 – Đèn led hồng ngoại
3- Cánh khuấy
4- Van một ngả
8 – Bảng ghi nhận tín hiệu
9 – Chất thải ra ngoài
5- ng dẫn
Nguyên lý làm việc: Mẫu nước sạch trước khi đưa vào máy để phân tích được
pha với dung môi sử dụng để chiết CCL4 với tỉ lệ 2:1.
Dầu ở trong mẫu thu được chiết ra từ dung môi, sau đó được đo độ hấp thụ trên
đầu dò hồng ngoại ở khoảng bước sóng từ 3,4 – 3,5m.
Khoảng đo của máy: 0 – 200 mg/lít.
Sai số: trong khoảng 0 99,9 mg/lít có sai số đo là: 0,1 mg/L
Trong khoảng 100 200 mg/lít có sai số đo là: 1mg/L
Hình 2.19. Hình hệ thống máy tách dầu của Nhật
1.8.2. Hệ thống xử lý nước thải lacanh của Hàn Quốc
1.8.2.1. Sơ đồ hệ thống nước thải lacanh của Hàn Quốc
GRS – TYPE 15PPM máy tách nước thải lacanh đáy tàu tách dầu và nước do
chúng có sự khác nhau đặc trưng. Nước dầu bắt đầu bị phân ly khi đi qua 4 đường ống
của thiết bị, dầu nổi lên và được thu gom vào bình lúc này chỉ có nước đi qua hệ thống.
-21Trong suốt quá trình này, kích thước hạt dầu trở lên lớn nổi nhanh, tốc độ của
các hạt dầu là tăng lên, do đó dầu nổi lên dễ dàng. Khi hàm lượng dầu tập trung trong
bình đươc phát hiện bởi thiết bị nhận biết hàm lượng dầu phát liên tục đo, nếu hàm
lượng dầu trong bình cao hơn 15ppm thì bơm nước thải lúc này dừng lại và dầu thải qua
van về hệ thống lọc kết hợp với sự báo động tín
Hình 2.20. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải lacanh của Hàn Quốc
hiệu dầu vượt quá 15ppm và đóng van thông biển không cho nước thải ra ngoài mạn
tàu. Ngược lại nếu hàm lượng dầu nhỏ hơn 15ppm thì nước thải lacanh được thải ra
ngoài mạn tàu.
1.8.2.2. Các thiết bị của hệ thống
-22Hình 2.21. Hình hệ thống xử lý nước thải lacanh của Hàn Quốc
Bảng 2: Thông số kỹ thuật của hệ thống hình 2.4
TT
Tiết mục
Chú giải
1
Phạm vi đo
0 30ppm
2
Độ chính xác
15ppm
3
Thời gian báo tín hiệu
Chậm nhất dưới 5 giây
5
Nguồn điện
AC100120V
6
Kích thước
(W)350; (L)270; (H)80
7
Trọng lượng
Khoảng 10kg
Chú thích:
1. Lối vào nước thải la canh
11. Miệng cống
2. Lối ra của dầu
12. Lỗ thông hơi
3. Lỗ thông hơi
13. Lỗ thông hơi
4. Máy dò hàm lượng dầu
14. Đồng hồ áp lực
5. Hệ thống đốt nóng
15. Còi báo động nước thải la canh
6. Đồng hồ áp lực
16. ng dẫn
7. Nhiệt kế
17. Nền móng, lớp gạch, bê tông
8. Bảng tên
18. Lối ra của dầu
9. Bảng điều khiển
19. Giá đỡ chỗ nhô lên
10. Cái phễu
20. Miếng đệm
-231.9. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
1.9.1. Mục đích nghiên cứu
Trong thành phần của nước thải đáy tàu (nước lacanh) có một lượng không nhỏ
là sản phẩm của dầu mỏ: dầu DO, dầu bôi trơn, dầu bôi trơn có lẫn cặn, muội than sẽ
theo con đường bơm nước thải đổ ra biển. Đây chính là một trong những tác nhân gây ô
nhiễm môi trường biển.
Từ trước tới nay, các tàu cá và tàu du lịch cỡ nhỏ hoạt động vẫn còn mang nặng
tính tự phát, chưa từng và đã từng sử dụng các thiết bị lọc không đủ tiêu chuẩn và cũng
chưa có một cơ chế quản lý chú trọng đến vấn đề ô nhiễm biển cho phù hợp với loại
tàu này. Vấn đề đặt ra là:
ng dụng thiết bị cảm biến để nhận biết hàm lượng dầu mỏ có trong nước thải
lacanh tàu cá so sánh với tiêu chuẩn theo MARPOL 73/78 – “công ước quốc tế về ngăn
ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra”.
Có khả năng ứng dụng và lắp đặt hệ thống, thiết bị cho tàu cá, tàu du lịch, tàu
vận tải cỡ nhỏ và vừa.
Chú ý: Hệ thống này chỉ áp dụng để kiểm soát hàm lượng dầu sau khi đã xử lý
trước khi thải ra biển.
1.9.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được những mục tiêu trên, đề tài cần giải quyết các nhiệm vụ sau:
Thiết kế và đề xuất mô hình mạch kiểm soát hàm lượng dầu mỏ trong nước thải
lacanh có khả năng ứng dụng trên tất cả các loại tàu cá, tàu du lịch cỡ nhỏ và vừa.
-24Chương 2
CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM SOÁT NƯỚC THẢI LACANH
TÀU CÁ
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN SẢN PHẨM DẦU MỎ TRONG NƯỚC
THẢI LACANH.
2.1.1. Phương pháp đo độ pH
Phương pháp đo độ pH (logarit của hoạt độ của các ion H+) thể hiện tính
axit của dung dịch. Trong thực tế, việc đo độ pH thường xuyên được tiến hành trong
nhiều lónh vực trong đó có ngành hóa dầu.
điện cực
so sánh
E
Ess1
phần tử
so sánh nội
Ess2
dung dịch điề n đầy
(độ pH đã biết )
H+
c
dung dịch bã o hò a
(độ pH đã biết)
+
Hinc
Ej
Eas
mà ng thủy tinh
hình cầu
Hình 2.1. Sơ đồ đo dùng điện cực thủy tinh
Ngay từ năm 1909 Haber đã nhận thấy rằng một số loại thủy tinh (có thành phần xác
định) là chất dẫn điện yếu, điện thế trên mặt phân cách của một màng thủy tinh dẫn
điện với dung dịch nước phụ thuộc vào độ pH của dung dịch và tuân theo định luật
Nernst:
E E0'
RT
ln a H
F
Trong đó:
E’ là điện thế chuẩn của điện cực (với một điện cức so sánh cho trước);
aH là hoạt độ theo ion H+ của dung dịch nghiên cứu (nước thải lacanh).
Điện cực màng thủy tinh có thành phần chính là một màng mỏng dạng hình
cầu làm từ thủy tinh có thành phần đặc biệt. Màng được hàn với một ống thủy tinh có
-25điện trở cao. Thể tích bên trong của điện cực chứa dung dịch có độ pH đã biết trước (
thường là 7) trong đó có đặt một phần tử so sánh nội.
Để đo độ pH của chất thải lacanh, chỉ cần đặt điện cực màng thủy tinh vào
trong chất thải lacanh và đo hiệu điện thế xuất hiện giữa phần tử so sánh nội của nó với
điện cực so sánh cùng nằm trong chất thải lacanh này. Muốn vậy, điện cực thủy tinh và
điện cực so sánh được nối với một pH – met. Thực chất pH – met là một milivon kế có
trở kháng đầu vào rất lớn (ze≥1012) kết hợp với một mạch điện chuyển đổi hiệu điện
chuyển đổi hiệu điện thế thành đại lượng số theo đơn vị pH.
2.1.2. Phương pháp dùng bức xạ (tia ,tia ,tia , tia cực tím, tia hồng ngoại)
Phương pháp bức xạ cho phép đo mà không cần tiếp xúc với nước thải lacanh ưu điểm
này rất thích hợp khi đo ở những điều iện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao và tính
ăn mịn mạnh…đây cũng là phương pháp mà tơi lựa chọn trong đề tài này. Để hiểu rõ hơn
về phương pháp này xin được trình bày ở phần tiếp theo của đề tài.
2.2. LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM SOÁT
Hệ thống tự động kiểm soát là hệ thống tập hợp các phần tử thực tế có mối quan
hệ với nhau một cách có mục đích để thực hiện nhiệm vụ đo lường, kiểm soát, điều
chỉnh quá trình, giữ các đặc tính chất lượng trong giới hạn cho phép hay ở mức danh
định, mong muốn mà không cần có sự điều khiển của con người thì gọi là hệ thống tự
động kiểm soát.
Trong phạm vi luận văn hệ thống kiểm soát là hệ thống kiểm tra hàm lượng dầu
có trong nước thải lacanh. Nếu như hàm lượng dầu trong nước thải lacanh nhỏ hơn
15ppm thì cho phép nước thải lacanh xả ra ngoài biển còn ngược lại nếu vượt quá giới
hạn cho phép 15ppm thì hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu chấp hành mở van tự động xả
lại két bẩn trên tàu và phát ra tín hiệu cảnh báo.
Việc đọc dữ liệu và xử lý nó được thực hiện nhờ bộ phận cảm biến hồng ngoại
rồi đưa tới mạch khuếch đại, tới mạch chuyển đổi AD, mạch vi xử lý sau đó đến mạch
hiển thị số.
Hệ thống tự động kiểm soát hàm lượng dầu mỏ trong nước thải lacanh đóng một
vai trò rất quan trọng trong quá trính bảo vệ sự ô nhiễm của biển cũng như bảo vệ sự
sống của sinh vật biển, bởi vì hệ thống như một cơ quan đăng kiểm và từ trước tới nay
cảm biến
ADC
xử lý
hiển thị
