BTL ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Tự Động Hóa hệ thống xử lý Nước thải trong tòa Nhà

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
ĐỀ TÀI : TỰ ĐỘNG HÓA
TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA MỘT NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP

Lớp: Đại học công nghệ kỹ thuật điện 4.
Khóa:10
Khoa: Điện.
Giáo viên hướng dẫn : Mai Thế Thắng
Đề tài Sinh viên thực hiện về: Tự động hóa trong hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
sản xuất Bia.
Sinh viên thực hiện: Nhóm 7
Nguyễn Văn Quang
Phùng Danh Quang
Bùi Hồng Sơn
Nguyễn Hồng Sơn
Nguyễn Xuân Sơn
Phạm Công Sơn
Nguyễn Đức Sỹ

MỤC LỤC

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA

1.1.Giới thiệu sơ lược................................................................................3
1.2 Quy trình sản xuất nhà máy bia...........................................................4
1.3 Các dạng chất thải trong sản xuất bia..................................................7
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải trên thế giới..........................8
2.2 Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải.................9
2.3 Khả năng áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia............12
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

3.1. Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải................................13
3.2. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá............................13
3.3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải.........15
3.4. Lưu đồ hoạt động của hệ thống tựđộng hoá xử lý nước thải............18
3.5. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá ......25
3.6. Giới thiệu các thiết bị chính trong hệ thống tự động hoá.................30
3.7. Thiết kế phần mềm SCADA (Superviser Control And Data Aquisision)
cho hệ thống TĐH...........................................................................................................35
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÁP DỤNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

4.1. Tính ưu việt của tự động hoá về mặt kinh tế - kỹ thuật............................................39
4.2. Các chỉ số về hiệu quả kinh tế của tự động hoá.................................40
4.3. Tính toán hiệu quả kinh tế.................................................................41
Phụ lục
Từ viết
Viết đầy đủ
Từ
tắt

viết
tắt
XLNT
Xử lý nước thải
M
Motor
HTXLNT Hệ thống xử lý nước thải
B
Blower (máy thổi khí)
HTTĐH Hệ thống tự động hoá
FL
Flow (lưu lượng)
ĐK
Điều khiển
LV
Level (mức nước)
CB
Cảnh báo
FI
Frequency Inverter (Biến tần)
BĐ
Báo động
SC
Sự cố
P
Pump (bơm)
DP
Dosing Pump (bơm định lượng)
SP
Sludge Pump (bơm bùn)

D
Decanter (máy ép bùn)

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nền công nghiệp thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng
phát triển không ngừng. Kinh tế phát triển, thu nhập được nâng cao, đời sống người dân
2


được cải thiện… Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu đạt được thì chúng ta đang phải đối
mặt với một vấn đề mang tính toàn cầu và đe dọa đến sự sống,đó là vấn đề ô nhiễm môi
trường. Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên rất bức xúc không những cho
mỗi quốc gia mà còn cho toàn nhân loại, trong đó hoạt động sản xuất công nghiệp được
xác định là một trong những nguyên nhân ô nhiễm chính. Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường
là vấn đề toàn cầu, là quốc sách của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Trong giai đoạn
hiện nay, sự toàn cầu hóa và hợp tác quốc tế để cùng nhau phát triển là rất cần thiết cho
mỗi quốc gia và Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó.
Trong xu thế phát triển chung đó, ngành công nghiệp Rượu- Bia- Nước giải khát,
không những vừa mang lại lợi nhuận cao mà còn đóng góp đáng kể cho ngân sách của nhà
nước. Vì thế đã có nhiều nhà máy bia được xây dựng. Những nhà máy sẽ góp phần giải
quyết việc làm cho các lao động, không chỉ lao động trực tiếp trong nhà máy mà còn các
lao động ở các mạng lưới phân phối và tiêu thụ sản phẩm; đồng thời đóng góp một phần
không nhỏ cho ngân sách nhà nước. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn, các loại chất
thải (đặc biệt là nước thải) phát sinh từ hoạt động sản xuất tại nhà máy có tác động tiêu
cực tới hệ sinh thái và môi trường xung quanh. Do đó, vấn đề quan tâm nhất là nguồn
nước thải từ quá trình sản xuất bia cần phải được xử lý một cách hiệu quả.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH BIA
1.1.Giới thiệu sơ lược
- Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất
là từ thiên niên kỷ 5 TCN

- Bia là thức uống phù hợp với mọi người, có độ cồn thấp, bọt mịn xốp, có hương vị
đặc trưng. Có thể dễ dàng nhận ra một sản phẩm bia bởi màu sắc, hương vị (được tạo
ra từ các chất chiết trong nguyên liệu cồn, CO2 và các sản phẩm lên men khác). Đặc
biệt là tác dụng giảm nhanh cơn khát cuả người uống do bia đã bão hòa CO2.
- Ngày nay, bia đã trở nên phổ biến trong cuộc sống. Bất kì lúc nào, ở mọi nơi ta đều
bắt gặp bia với các dạng thành phần khác nhau, hoặc các biểu tượng, chương trình
quảng cáo về bia. Bia được sản xuất ra ngày càng nhiều, đa dạng và rất nhiều biện
pháp công nghệ sản xuất bia đã ra đời mang đặc trưng của từng hãng, từng quốc gia.
- Xét riêng ở Việt Nam sản lượng bia mỗi năm một tăng, hàng năm lại có các nhà máy
bia mới ra đời với công nghệ mới, đó là chưa kể tới các phân xưởng bia cỡ nhỏ hàng
năm cũng góp phần cung cấp bia cho thị trường. Tuy vậy, bình quân lượng bia cho
một người dân mỗi năm của nước ta chỉ đạt khoảng 2-4 lít, một con số khá nhỏ bé so
với bình quân đầu người ở các nước khác : Đức (khoảng 150 lít/người/năm)...
- Nhưng sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất bia thì các loại chất thải ra trong
qui trình sản xuất bia cũng không ngừng tăng lên gây ô nhiềm nặng nề đối với môi
3


trường vì vậy việc thiết kế các hệ thống xử lý nước thải trong nghành sản xuất bia là
một trong những vấn đề tất yếu không thể thiếu cho việc bảo vệ môi trường cùng với
các hoạt động thiết thực đối với môi trường sẽ đảm bao sự phát triển bền vững cũa xã
hội loài người.
1.2.Quy trình sản xuất của nhà máy bia.
1.2.1 Nguyên liệu chính.
Bia được sản xuất từ : Matl ( đại mạch nảy mầm ) ,gạo tẻ, hoa houblon, nước,
nấm men. Hiện nay, nguyên liệu chính để sản xuất bia là matl đại mạch và houblon
đều phải nhập ngoại ( 60%-70%).
1.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia
1. Chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu được chuyển vào kho bảo quản của nhà máy theo số lượng mẻ nấu mỗi ca

về tập kết tại phân xưởng nấu. Malt và gạo được xay nghiền nhỏ đến kích thước tiêu
chuẩn.Thiết bị dùng để nghiền malt là máy nghiền trục hoặc nghiền búa.
2.Nấu .
Là quá trình phá vỡ các màng tinh bột, thực hiện quá trình thủy phân với điều kiện p =
2-3atm ,to=110oC-130oC.
3.Đường hóa .
Chuyển tinh bột về đường ( gống như trong sản xuất rượu, cho enzim để chuyển hóa tinh
bột. Trong sản xuất bia ,không cần cho enzim vì trong malt đã có sẵn enzim ) ở điều kiện:
toC = 60oC, t = 30phút ( 1 mẻ).
4. Lọc dịch đường, nấu hoa, lắng cặn, làm lạnh.
Dịch đường được bổ sung hoa houblon và nâng nhiệt độ lên 100oC. Bã lọc được rửa
bằng nước nóng ở nhiệt độ 75- 80oC. Sau nấu hoa, dịch đường được bơm sang thùng xoáy
lốc để tách bà hoa và cặn lắng. Sau đó được làm lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 8-10oC
và được bổ sung oxy với lượng 30 – 35 ml khí /lit dịch ( tạo điều kiện thuận lợi cho nấm
men phát triển ) rồi chuyển vào thiết bị len men.
5. Quá trình lên men .
Đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia, thực chất đây là quá
trình lên men rượu :
C6H12O6 2C2H5OH +2CO2
Điều kiện lên men :
+ ở nhiệt độ thấp :5-10oC
+ Thời gian dài: 2 ngày (bia ngắn ngày) – 60 ngày, thời gian lên men càng dài, chất
lượng bia càng cao.
Có hai phương pháp lên men : lên men nổi ( 10-14oC) và lên men chìm ( 5-10oC):
lên men chính: Thường 1– 2 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men chính từ 8
– 10oC. khi lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng lên cho phép lên đến
14-16oC với áp suất khống chế ở mức 1,3-1,5bar. Ở giai đoạn này, tận thu men chính
4

có chất lượng tốt đê cấp men giống.
Lên men phụ (tàng trữ): nhiệt độ 5 -10oC, thời gian:20 – 50 ngày để trong thùng, số
ngày tàng trữ càng lớn, chất lượng bia càng tốt. Chuyển hóa được triệt để đường thành
rượu. Hai giai đoạn có thê tiến hành 1 hoặc 2 thiết bị.
6. Lọc bia.
Mục đích của quá trình lọc bia là tách các hạt cặn, tạp chất còn sót lại trong bia, làm
tăng độ trong của bia và làm tăng thời gian bảo quản.Thiết bị lọc có thể là lọc khung
bản với chất trợ lọc là diatomit.
7.Bão hòa CO2 và chiết bia .
Từ thùng chứa bia trong, bia có thể được bão hòa thêm CO2 với lượng nhât định ( có
tác dung giải khát ) rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đóng lon.
Bao bì được rửa ,sau đó chiết, đóng nắp, thanh trùng, kiểm tra, dán nhãn, đóng két và
xuất xưởng.

5


Sơ đồ: hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia

6


1.3. Các dạng chất thải trong sản xuất bia.
1.3.1 Khí thải .
- CO2 từ các thùng lên men – khá sạch ( là CO2 thực phẩm )
thu hôi
- Các chất khí và bụi ô nhiễm phát sinh chủ yếu do đốt nhiên liệu than ,dầu ở lò hơi
gồm :SO2 , NOx ,CO2 ,CO, bụi than ...
xử lý bằng xyclon bụi sau đó hấp phụ .
- Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu có thể khắc phục bằng cách sử dụng phương

pháp xay ướt, lọc bằng túi vải hoặc bao che kín hệ thống nghiền và tải liệu.
- Ngoài ra các khí NH3, Freon ..có thể sinh ra khi hệ thống máy lạnh bị rò rỉ
Chất ô nhiễm
Nồng độ (mg/m3)

Bụi, khói
SO2
NOx
CO

Nồi hơi than
420 - 620
210.8 - 647.4
225 - 305

Nồi hơi dầu
10.9 - 11.4
925 - 2078
148 - 242
12 - 22.1
Bảng 1. Nồng dộ các chất ô nhiễm từ nồi hơi

1.3.2 Chất thải rắn.
Chất ô nhiễm
Bã hèm
Nấm men
Vỏ chai vỡ
Bùn hoạt tính
Nhãn,Giấy
Bột trợ lọc

Đơn vị
Lượng
Kg
21 - 27
Kg
3-4
Chai
0.9
Kg
0.3 - 0.4
Kg
1.5
Kg
0.2 - 0.5
Bảng 2. Lượng chất thải rắn phát sinh khi sản xuất 1 lit bia

- Xỉ than ( lò hơi): sản xuất vật liệu xây dựng, làm đường, xây dựng.
- Bã bia, bã men : làm thức ăn gia súc dưới dạng sinh khối.
Nếu men bia chất lượng tốt (chứa vitamin và đạm rất nhiều ): sử dụng 30% làm men
giống còn lại làm thức ăn gia súc
- Bã lọc bia: chủ yếu chứa chất trợ lọc
phân bón, chôn lấp .
- Chon, lon hỏng, vỏ đựng , hộp giấy
tận thu, tái chế.
1.3.3 Nước thải:
Vấn đề môi trường lớn nhất trong nhà máy bia là lượng nước thải rất lớn chứa nhiều chất
hữu cơ (tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất phốt pho, nitơ...), pH cao,
nhiệt độ cao.
Thành phần nước thải nhà máy bia vượt rất nhiều lần mức cho phép theo tiêu chuẩn Việt

Nam, cần phải qua xử lý.

7


Lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo quy
mô, sản lượng và mùa sản xuất. Tại Việt Nam, để sản xuất 1.000 lít bia, sẽ thải ra khoảng 2
kg chất rắn lơ lửng, 10 kg BOD5, pH dao động trong khoảng 5,8 -8. Cá biệt, tại một số
địa phương, hàm lượng chất ô nhiễm ở mức cao: BOD5 1700-2700mg/l; COD 35004000mg/l, SS 250-350mg/l, PO43- 20-40mg/l, N-NH312-15mg/l. Ngoài ra, trong bã bia
còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ, khi lẫn vào nước thải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức độ
cao.
Nước thải nhà máy bia bao gồm:
- Nước làm mát : cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia .
- Nước ngưng tụ trong nấu bia .
- Dung dịch tẩy rửa : xút, axit hữu cơ có tác dung tẩy .
- Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP
- Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng: đây là lượng lớn nhất .
- Nước thải là nguồn thải đáng luu ý trong nghành sản xuất bia. Công nghệ sản xuất bia sử
dụng một lượng nước lớn và thải ra một lượng nuớc thải đáng kể. Lượng nước thải thải ra
gấp 10 -20 lần lượng bia thành phẩm.

ST
T

Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

1
2
3
4
5
6
7

pH
COD
BOD5
TSS
N-NH4+
Tổng N
Tổng P

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

8-9
1900
1080
514
7-8
42
28

QCVN
24:2009/BTNM
T
Cột A
6-9
50
30
50
5
15
4

Bảng các thông số nước thải nhà máy Bia Việt nam (VBL).
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI
2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải trên thế giới.
Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là
vấn đề vôcùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp
phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước
có nền công nghiệp phát triểncao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải
công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên
tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế
xã hội vô cùng to lớn.
8


Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water
Corporation (HWC), Global Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước
thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới

nhưSIEMENS, AB, YOKOGAWA,...được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý
nước thải. Có thể nói trình độ tựđộng hoá xử lý nước thải đã đạt mức cao, tất cả các công
việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện được tại một Trung tâm, tại đây người vận
hành được hỗ trợbởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC,
điều khiển bằng kích chuột,... góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành
dây chuyền công nghệ. Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn
thông,khoảng cách về không gian và thời gian đã được rút ngắn, cho phép người vân hành
có thểđiều khiển từ cách xa hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hoặc nhận được thông
tin về hệ thống thông qua SMS. Hơn thế, hệ thống tựđộng hoá xử lý nước thải còn được
tích hợp với các hệ thống điều hành ở cấp độđiều khiển cao hơn như cấp điều hành sản
xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp
(enterprise:Production planning, orders, purchase) và trên cùng là cấp quản trị
(administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm nâng cao hơn nữa mức tự động hoá
và tối ưu hoá quá trình sản xuất.
Ngoài ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều các lý thuyết điều khiển hiện đại được
áp dụng nhưđiều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều
khiển lai ghép (hybrid control),... được ứng dụng trong xử lý nước thải để nâng cao chất
lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được
áp dụng mở ra khả năng tự động hoá hoàn toàn cho xử lý nước thải.
2.2 Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải.
2.2.1 Khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia.
Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia gồm nhiều công đoạn được thể hiện như trên Hình
1. Hoạt động của hệ thống như sau:
Nước thải từ nhà máy được thu gom vào hố bơm. Từ hố bơm P1 bơm nước qua song chắn
rác.Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình là khử tất cả các tạp vật có thể gây ra
sự cố trongquá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc máy bơm, đường ống
hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi
cho cả hệthống. Rác tựđộng vào thùng chứa bằng cách xối nước liên tục hoặc cào thủ
công.
Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng. Bể này có tác dụng điều hoà lưu lượng

để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công đoạn sau, khắc phục những vấn
đềvận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá
trình ởcuối dây chuyền xử lý. Nhiệt độ nước được đo thủ công theo chu kỳ hoặc thời điểm
tuỳ thuộc vào kỹ sư vận hành. Máy bơm P2 sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà
và ổn định lưu lượng.
Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 7±0.2
trước khi sử dụng cho công đoạn xử lý tiếp theo. Trung hoà nước thải thực hiện bằng cách
9


bổsung các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo
thành. Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại
và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình
Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl.
Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH vượt
ngưỡng trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động. Máy khuấy tạo điều
kiện thuận lợi cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá chất bổ sung với nước thải.
Điều khiển pH được thực hiện thủ công. Để bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận
hành thường xuyên phải đo tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí đểđảm bảo chắc chắn
rằng pH không vượt ngưỡng cho phép. Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận
hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý
sinh học tiếp sau vì các vi sinh vật rất nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng rất lớn đến quá
trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Nếu vi sinh
vật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí để khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn
sản xuất.
Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học. Người ta sử dụng
các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một
sốchất vô cơ như H2S, các chất sunfit, amoniac, nitơ…Phương pháp này dựa trên cơ sở sử
dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước
thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh

dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để
xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình
phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá. Trong công
nghệ sử dụng hai phương pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể kỵ khí và hiếu khí (Hình 1).
Phương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng
phương pháp sinh học hoặc nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao
(BOD=4÷5 g/l). Đây là phương pháp cổđiển nhất dùng đểổn định bùn cặn, trong đó các vi
khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ. Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta
phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, ...Những
sản phẩm cuối của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4 . Trong
công nghệcác chất khí (biogas) sẽđược thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí.
Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Bể hiếu khí
luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí. Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi
khí B và các ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong
quá trình phân giải chất hữu cơđồng thời xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu
cơ của vi sinh vật đảm bảo sự phân giải tối đa. Kết quả là hình thành các bông sinh học có
thể lắng trọng lực ởđầu ra của bể. Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là
6.5÷8.5. Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối
với đa sốvi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷37oC.Nói chung giá trị DO luôn được
bảo đảm trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của máy thổi khí theo thiết kế
trừ trường hợp có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí,...) và được giám sát thủ công.
Nhiệt độ nước trong bểđo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ hoặc theo thời điểm
10


do kỹ sư vận hành quyết định).
Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng. Tại đây sử dụng
phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này chứa bùn hoạt tính là sản
phẩm của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu khí. Bùn hoạt tính có dạng bông màu
vàng nâu, dễ lắng, kích thước từ 3 đến 5µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và

chất rắn (40%). Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm
mốc, xạkhuẩn,..., một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi
sinh cần thiết. Bể lắng có thể tích thiết kếđủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ, đủ thời
gian cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2,
bơm hút bùn SP và máy ép bùn D). Các van tay V4, V5 được mở trước ở các độ mở nhất
định, các mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức
ăn và vi khuẩn hiếu khí.

Hình 1 : Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia hiện tại
2.2.2 Đánh giá trình độ công nghệ tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia
Trên cơ sở khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia nói trên chúng tôi đưa ra đánh
giá như sau:
. Công nghệ có khả năng cho phép chất lượng nước đầu ra đạt TCVN theo đúng quy
định (TCVN 7221:2002, TCVN 5945:1995)
. Công nghệ chưa áp dụng tựđộng hoá, việc giám sát điều khiển được thực hiện thủcông
dẫn tới độổn định, tin cậy thấp
. Hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội chưa cao.
Thống kê các thiết bịđiện hiện có trong dây chuyền công nghệ XLNT

11


2.3 Khả năng áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia.
Tại Việt Nam đã có những nhà máy xử lý nước thải hiện đại, sử dụng hoàn toàn hoặc phần
lớn các công nghệ của nước ngoài do đó mức độ tự động hoá cao, tuy nhiên giá thành đắt,
nhiều công nghệ không mang tính mở nên khó làm chủ hoàn toàn, chi phí nâng cấp, bảo trì
rất lớn.
Qua khảo sát kết hợp nghiên cứu, tìm hiểu các hệ thống xử lý nước thải trong và ngoài
nước,chúng tôi khẳng định rằng chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế và xây dựng một hệ
thống tự động hoá hiện đại cho dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia. Bên cạnh đó,

chính nhờ phát huy tối đa nội lực trong nước chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống sẽ giảm
đáng kể.
Mức độ tựđộng hoá chủ yếu phụ thuộc vào khả năng đầu tư của nhà máy, song một thiết
kế hợp lý dựa trên các chuẩn quốc tế mở sẽ cho phép linh hoạt khi lựa chọn cấu hình hệ
thống cũng như nâng cấp mức độ tựđộng hoá và mở rộng hệ thống một cách dễ dàng trong
tương lai.
Hệ thống tựđộng hoá sẽ cho phép giám sát điều khiển tất cả các công đoạn xử lý nước thải
từ một Trung tâm điều khiển. Để làm được điều này cần trang bị thêm các thiết bị đo
lường, điều khiển và xây dựng thêm một số chức năng cần thiết đối với hệ thống tựđộng
hoá xử lý nước thải hiện đại. Các thiết bị đo lường, điều khiển nói chung rất sẵn có tại Việt
Nam với nhiều đại diện của các hãng lớn như Endress+Hauser, Yokogawa, Siemens,...Đây
là một thuận lợi khi xây dựng hệ thống tự động hoá.
Tóm lại:
Tự động hoá cho xử lý nước thải nhà máy bia là hoàn toàn khả thi về kỹ thuật và kinh tế
trong điều kiện Việt Nam hiện nay.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI
3.1. Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải

12


Tự động hoá xử lý nước thải là điều cần thiết nhưng cũng không cần phải chạy đua theo
mốt, mà phải phân tích rõ mục đích của tựđộng hoá và đặc biệt phải chú ý: vì sao phải
tựđộng hoá và cho ai?
Cải thiện điều kiện làm việc: Mục đích đầu tiên của tựđộng hoá là phải loại bỏ công việc
lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số
công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố,...Tựđộng hoá và giám sát
bằng máy tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế từ xa một số lượng lớn các thông tin,
đơn giản hoá nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý.

Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện chất lượng xử lý nước bằng
các thiết bị đo và điều chỉnh . Ví dụ như định lượng chất phản ứng, mức độ ôxy hoá, kiểm
tra nhiệt độ các bể phản ứng…Tự động hoá quá trình cho phép giải phóng con người và
làm tăng tốc độ tin cậy của hệ thống. Nhưng mục tiêu quan trọng là nâng cao độ chắc chắn
vận hành của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố
vận hành. Nghĩa là dự phòng các phương án để thiết bị có thể làm việc liên tục trong
trường hợp bị hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tựđộng các thiết bị dự phòng
vào làm việc và giải quyết hỏng hóc. Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các
dữ liệu đã thu được, mở ra con đường tối ưu của việc xử lý.
Tăng năng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm chi phí
vận hành.Ta cũng có thể tối ưu hoá giá thành năng lượng chi phí hàng giờ và chi phí vật
liệu. Giảm nhân côngvận hành và giảm công việc bảo dưỡng cũng cho phép giảm giá
thành.
Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các
phương tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính. Tự động
hoá không có mục đích riêng, mức độ phức tạp của thiết bị phải đáp ứng điều kiện của nhà
máy và đối tượng xử lý.Tự động hoá chỉ xem như một bộ trợ giúp, không ép buộc. Một
trong những hậu quả của một hệ thống tự động không chắc chắn là khi “mất nhớ” nó
không tiếp xúc trực tiếp được với quá trình công nghệ được nữa. Tuy nhiên những ưu điểm
của nó quá rõ ràng nếu thiết bị được một chuyên gia về xử lý nước thải thiết kế và vận
hành thực hiện.
3.2. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá
Hệ thống tựđộng hoá có thể chia làm hai phần: hệ thống thông tin và hệ thống điều khiển.
Hệ thống thông tin có nhiệm vụ thực hiện các chức năng thông tin. Các chức năng này cho
phép giám sát quá trình công nghệ: cụ thể là thu thập, bảo quản, thống kê và ghi lại các
thông tin đã diễn ra của quá trình điều khiển, cần cho dự báo trước các tình huống sự cố
hay thông tin về sự thay đổi yêu cầu đặt trước của quá trình.
Hệ thống điều khiển dùng để tạo ra và thực hiện các tác động điều khiển dựa trên các
nguyên lý điều khiển các đại lượng phụ thuộc của quá trình công nghệ; thực hiện điều
khiển tối ưu; bằng các phương tiện tựđộng thực hiện các thao tác logic và theo chương

trình đối với các phần tử phân tán (điều khiển phân tán các cơ cấu chấp hành , các liên
động sự cố, khởi động và dừng hệ thống máy ...).
13


Đối với mỗi hệ thống tựđộng điều khiển quá trình công nghệ không nhất thiết phải thực
hiện tất cả các chức năng kể trên. Một số các chức năng không thích hợp với đối tượng
công nghệ này lại có thể thích hợp với đối tượng công nghệ trong hệ thống điều khiển ở
mức cao hơn. Hệ thống tựđộng điều khiển quá trình công nghệ thực chất là điều khiển tập
trung quá trình đó nhờ các phương tiện kỹ thuật điều khiển tự động.
Vấn đề đo lường từ xa các thông số của hệ thống công nghệ là rất quan trọng. Các thông
số cần đo có thể kể đến như: mực nước trong các bể chứa, trong các buồng đầu vào công
trình, lưu lượng, các chỉ số chất lượng nước như pH, T, DO,.... Các thiết bị cho tín hiệu từ
xa giúp người điều khiển nhìn nhận được toàn cảnh về trạng thái làm việc của các thiết bị.
Các thiết bị hiện trường truyền về Trung tâm điều khiển các tín hiệu sau đây: tín hiệu về
tắt sự cố, về hỏng hóc các thiết bị điều khiển hay của các thiết bị phụ trợ (quạt, máy
bơm ...), giá trị sự cố của các thông số công nghệ, sự trục trặc điều tiết chất phản ứng ...
Các phòng trong Trung tâm điều khiển thường được sắp xếp liền kề nhau, phòng có diện
tích lớn là phòng điều khiển chính có đặt các tủ nhiều thiết bị có bàn ghế của người vận
hành. Đằng sau tủ là các bộ phận cung cấp nguồn, điều khiển xa và các đầu vào của cáp.
Trong Trung tâm điều khiển, các tủ, trạm đặt thiết bịđiều khiển cần được sắp xếp như thế
nào để người điều khiển từ chỗ ngồi làm việc có thể bao quát được tất cả các dụng cụđo
lường và các tín hiệu. Kết cấu các tủ và trạm điều khiển yêu cầu phải đơn giản nhưng cho
khả năng lắp ráp dụng cụ một cách dễ dàng hoặc có thể thực hiện đổi chỗ chúng khi cần
thiết. Trên sơ đồ bằng các ký hiệu tương ứng làm tái hiện lại các tín hiệu truyền từ xa,
đánh dấu trạng thái tác động của các máy bơm, của khoá van, của các cầu giao dầu và các
thiết bị khác. Bằng sự thay đổi màu sắc, ánh sáng và kim quay chỉ trạng thái của đối
tượng. Khi có các tín hiệu cảnh báo, báo động cần cho ánh sáng đèn nhấp nháy...
Với tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ tự động các phương tiện điều khiển
ngày một hiện đại hơn, có độ chắc chắn, tinh vi trong công tác lại có kích thước thu nhỏ.

Rất tiện ích về nhiều mặt. Điều đó đạt được khi các quá trình công nghệđược điều khiển
bằng các thiết bị vừa tính toán vừa điều khiển lại vừa có khả năng tựđộng lập trình gọi là
thiết bị tự động lập trình công nghiệp (máy tính PC và các thiết bị tựđộng khả trình PLC)
và chúng được lắp đặt làm việc trong mạng riêng gọi là mạng công nghiệp. Nhờ có mạng
truyền thông công nghiệp mà điều hành, quản lý giám sát một nhà máy, xí nghiệp nói
chung hay một quá trình công nghệ nói riêng thu được nhiều kết quả tốt hơn...
Chúng ta cũng biết rằng công nghệ làm sạch nước thải rất phức tạp, vì trong đó có nhiều
quá trình khác biệt nhau xảy ra… Mặt khác các quá trình đó về phương diện công nghệ
cũng còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu thấu đáo. Nước thải là một môi trường luôn
thay đổi về thành phần cấu tạo bởi các hợp chất và lưu lượng: lại có độ ẩm, độ kết dính, độ
ô xít hoá, nhiệt độ biến đổi nên gây nhiều khó khăn phức tạp cho việc áp dụng tựđộng hoá.
Cụ thể nhưta không thể sử dụng các thiết bị tự động đã sản xuất hàng loạt lưu hành trên thị
trường nhưcho tựđộng hoá các môi trường bình thường khác, mà phải chọn các thiết bị
tựđộng hoá chuyên sử dụng cho tựđộng hoá ở môi trường đặc biệt như nước thải. Các loại

14


cảm biến này phải chống chọi được những ảnh hưởng khắc nghịêt của môi trường ôxy hoá
cao, có độđậm đặc các loại rác bẩn vô cơ và hữu cơ, có thể có nhiệt độ cao...
Với một đối tượng luôn thay đổi là nước thải (lưu lượng, mức độ bẩn, nồng độ các chất
bẩn,lượng bùn hoạt tính…), lại có những hạn chế về phía công nghệ nên việc đưa công
trình vào làm việc ở chếđộ tối ưu về cả kỹ thuật lẫn kinh tế là một nhiệm vụ nan giải. Vì
vây, khi tự động hoá các quá trình xử lý nước thải, chếđộ công nghệ luôn cần được dịch
chỉnh sao cho theo sát gần với các điều kiện thay đổi của môi trường. Như vậy nhiệm vụ
của tựđộng hoá các công trình xử lý nước thải đã được hiện ra rõ nét là: tổ chức việc điều
khiển, kiểm tra, bảo vệ, cho tín hiệu tựđộng về sự làm việc của các công trình công nghệ
từ một Trung tâm điều khiển sao cho công trình xử lý nước thải có hiệu quả cao. Tuỳ thuộc
vào quy mô của trạm xử lý (công suất thiết kê, kết cấu của công trình) và đặc
tính của nước thải cần xử lý mà chọn khối lượng và mức độ tựđộng hoá cho phù hợp về

mặt kinh tế (tự động hoá từng phần hay toàn phần).
Trong các trạm điều khiển được trang bị nhiều sơđồ của quá trình công nghệ xử lý nước
thải. Các sơ đồ này phải chỉ rõ được trạng thái làm việc của tất cả các công trình, máy móc
mà nó điều khiển (trạng thái "làm việc", "dừng máy", hay "sự cố"). Ngoài ra các sơ đồ đó
phải cho khả năng theo dõi dễ dàng các tín hiệu; đơn giản hoá và giảm các sai sót trong
việc điều khiển. Để tiện cho việc theo dõi,kiểm tra công tác của các thiết bị máy móc, ở
các trạm điều khiển đặt cách xa công trình nên sử dụng thiết bị truyền hình công nghiệp...
Ngày nay khoa học công nghệ mỗi ngày một phát triển. Trong việc áp dụng tựđộng hoá
vào việc điều khiển, kiểm tra, bảo vệ các công trình công nghệđã gặt hái được những
thành quảđáng ca ngợi.Trong các hệ thống điều khiển người ta đã sử dụng các block logic
hay các máy tính điện tử có thiết bị đo lường từ xa các thông tin ở dạng tín hiệu tương tự
hoặc dạng số rất tiện ích, đã có các thiết bị gọi là thiết bị tựđộng lập trình công nghiệp ra
đời (API) hơn hẳn các bộ điều chỉnh trước đây, có khả năng tính toán và điều khiển; có thể
kết nối với đối tượng điều khiển qua các cảm biến điện tử có độ tin cậy cao với cơ cấu
chấp hành và các thiết bị ngoại vi khác (màn hình, phím lập trình, thẻđiện tử,mạng thông
tin…). Cũng đã có các API có khả năng điều khiển quá trình đồng thời với nhiều thông
sốđầu vào biến đổi với các qui luật khác nhau. Các API có khả năng làm việc trong điều
kiện khắc nghiệt về môi trường. Sự xuất hiện của thiết bị tựđộng lập trình công nghiệp đã
mở ra những triển vọng tốt đẹp trong việc áp dụng tựđộng hoá vào điều khiển các công
trình xử lý nước thải.
3.3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải
3.3.1 Điều chỉnh tự động
Điều chỉnh tự động là sử dụng các thiết bị tựđộng để tác động lên quá trình công nghệ cần
điều khiển theo một chếđộ làm việc đã định sẵn. Mỗi quá trình công nghệ xảy ra trong đối
tượng điều chỉnh được đặc trưng bởi một hay vài đại lượng. Một sốđại lượng được duy trì
không đổi, một sốđại lượng khác được thay đổi trong giới hạn cho trước nào đó.
3.3.2 Giám sát điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa

15

Điều khiển từ xa qua mạng LAN, WAN cũng là một chức năng không thể thiếu hiện nay
trong nhiều hệ thống tựđộng hoá nói chung và xử lý nước thải nói riêng. Giám sát, điều
khiển, trao đổi dữ liệu từ xa là nền tảng cho việc xây dựng hệ thống điều hành sản xuất
MES (Manufacturing Execution System) nhằm đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội
một cách toàn diện. MES tạo ra một cầu nối thông suốt hai chiều giữa khối quản lý và sản
xuất, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất từ khâu hoạch định kế hoạch đến khâu sản xuất ra
thành phẩm cuối cùng, cung cấp các chức năng lập kế hoạch; quản lý nhân lực, thiết bị,
nguyên vật liệu; theo dõi quá trình sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự cố máy móc,....
3.3.3 Hiển thị thông số công nghệ
Chức năng này giúp cho việc theo dõi, giám sát các thông số chất lượng nước, trạng thái
thiết bị,sự cố một cách thuận tiện, dễ hiểu đối với người vận hành. Việc hiển thịđược thiết
kế hợp lý về màu sắc, bố trí các cửa sổ, kiểu thể hiện. Màu sắc không quá loè loẹt, dùng
các gam màu dịu không gây mỏi mắt khi nhìn lâu. Cảnh báo, báo động bằng đổi màu và
nhấp nháy liên tục để gây sự chú ý. Kiểu thể hiện đa dạng : kiểu số riêng biệt, kiểu bảng
thống kê, kiểu đồ thị trực tuyến (online trend).
3.3.4 Cấu hình hệ thống
Chức năng này dùng đểđặt và thay đổi các tham số công nghệ cho hệ thống tựđộng hoá,
chủ yếu là các giá trị chủđạo (setpoint), ngưỡng cảnh báo sớm, ngưỡng báo động. Các
tham số đặt sẽ được truyền từ PC xuống thiết bịđiều khiển sau đó lại được truyền ngược
lại PC để so sánh, nếu thấy không trùng nhau thì báo động, trái lại chứng tỏ rằng việc
truyền và xử lý dữ liệu chính xác, đường truyền và thiết bịđiều khiển không có sự cố.
Chức năng này nâng cao độ an toàn (fail-safe) của hệ thống.
3.3.5 Bảo vệ tự động
Bảo vệ hệ thống máy móc, đường ống và các đối tượng khác khỏi các sự cốđược thực hiện
bởi các thiết bị chuyên dụng để ngắt các bộ phận bị sự cố. Ngoài ra các thiết bị tự động
còn thực hiện chức năng liên động tựđộng, cho phép bảo vệ các thiết bị máy móc khỏi
nguy hiểm do thao tác nhầm lẫn của người vận hành. Ta phân biệt hai loại liên động: liên
động sự cố và liên động cấm chỉ.Liên động sự cố dùng để điều khiển bảo vệ (ví dụ: điều
khiển dừng) một nhóm máy móc thiết bịcó liên quan khi sự cố xảy ra.Liên động cấm chỉ

loại trừ khả năng điều khiển sai, không đúng trình tự có khả năng gây sự cố.
3.3.6 Cảnh báo/Báo động
Chức năng được thực hiện bằng còi, đèn nhấp nháy trên bàn điều khiển hoặc biểu tượng
nhấp nháy trên PC, hiển thị thông báo dạng chữ trên PC, gửi tin nhắn tới điện thoại di
động của những người có trách nhiệm thông qua dịch vụ tin nhắn SMS. Hệ thống đưa ra
cảnh báo khi giá trị thông số vượt ngưỡng cảnh báo sớm hoặc thông số vượt ngưỡng báo
động trong giai đoạn quá độ của quá trình điều khiển. Báo động được đưa ra khi thông số
vượt ngưỡng báo động liên tục trong khoảng thời gian nhất định (lớn hơn thời gian điều
chỉnh ngầm định) hoặc báo động sự cốđường truyền, sự cố thiết bịđiều khiển, cơ cấu chấp
hành, báo động sựcố cảm biến. Sự khác biệt giữa cảnh báo và báo động ở chỗ: cảnh báo tự
mất đi khi thông sốhết vượt ngưỡng, trái lại báo động sẽ tồn tại cho đến khi người vận
hành xử lý xong sự cố và tự quyết định xoá bỏ trạng thái báo động. Như vậy mức độ cần
16


chú ý của người vận hành đối với báo động phải cao hơn cảnh báo.
3.3.7 Lưu trữ, báo cáo thống kê
Lưu trữ và lập báo cáo thống kê dữ liệu về thông số chất lượng nước, trạng thái hoạt động,
sự cố,thời gian hoạt động của máy móc thiết bị, tổng lượng nước đã xử lý, lượng hoá chất
đã dùng, danh sách người đã vận hành, bộ tham số công nghệđã thay đổi và nhiều thông
tin khác cần thiết cho các chuyên gia công nghệ, kỹ thuật và các nhà quản lý trong việc
điều chỉnh đểđạt chếđộ làm việc tối ưu; phát hiện, dự báo sự cố; bảo trì thay thế kịp thời
máy móc thiết bị; điều hành sản xuất và tính toán hiệu quả kinh tế.
Một số chức năng mở rộng trong tương lai
3.3.8 Điều khiển dự phòng
Sự cố của hệ thống tự động có thể gây ra những tổn thất vô cùng lớn (do chi phí khởi động
lại, do dẫn đến hỏng thiết bị, hỏng sản phẩm,..), thậm chí gây nguy hiểm tới tính mạng con
người. Trong dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia bằng phương pháp sinh học, vi
khuẩn nếu bị chết sẽ đòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí để phục hồi, mặt khác nếu thiết bị
điều khiển bị hỏng thì phải điều khiển tay, khó chính xác, do đó điều khiển dự phòng là

cần thiết để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển.
3.3.9 Hỗ trợ quyết định hoặc hệ chuyên gia
Số lượng thông số chất lượng nước cần đảm bảo đạt TCVN là vài chục (TCVN 5945:1995
có khoảng 30), tuy nhiên do trình độ công nghệ, do bản chất thông số, do điều kiện kinh tế
nhà máy không cho phép đo tức thời được tất cả các thông số cần cho hệ thống điều khiển.
Chỉ một vài thông số như pH, T, DO, Turbidity, NO 3 ,... được đo và điều khiển tự động,
các thông số khác phải dùng máy phân tích, có thông số đòi hỏi thời gian phân tích lâu như
BOD5 cần tới 5 ngày. Mặt khác chất lượng nước đầu vào nói chung là không ổn định, phụ
thuộc vào thời gian, thời tiết, vào hoạt động của nhà máy do đó cần hiệu chỉnh lại tham số
công nghệ là cần thiết.
Để điều chỉnh tham số công nghệ, sau khi phân tích chất lượng nước, chuyên gia công
nghệ sẽ căn cứ vào chỉ số chất lượng nước đầu vào và đầu ra đểđiều chỉnh lại các thiết bị
cho hợp lý (điều chỉnh bơm định lượng hoá chất, thời gian phản ứng, thời gian lắng,....).
Tuy vậy việc điều chỉnh này mang tính chủ quan và phụ thuộc nhiều vào trình độ và kinh
nghiệm của chuyên gia. Chính vì vậy chức năng hỗ trợ quyết định sẽ đưa ra các bộ tham
số có tính chất gợi ý cho người vận hành khi điều chỉnh (điều chỉnh xung quanh giá trị gợi
ý), đồng thời nếu bộ tham số điều chỉnh đem đến chất lượng nước đầu ra đạt yêu cầu thì
người vận hành có thể lưu lại trong cơ sở dữ liệu tạo ra kho kinh nghiệm cho các lần điều
chỉnh sau. Ở mức cao hơn, hệ chuyên gia sẽ thay cho một chuyên gia công nghệ để tự
động phát sinh ra bộ tham số điều chỉnh và tự học.

17


Hình 3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia sau khi áp dụng tự động hoá.

3.4. Lưu đồ hoạt động của hệ thống tự động hoá xử lý nước thải
Điều chỉnh pH trong Bể trung hoà
Lưu đồ điều chỉnh pH được hiển thị trên Hình 4. Để tiết kiệm chi phí mua thiết bị, chỉ
dùng một bơm định lượng. Khi pH

nếu còn NaOH thì mở van NaOH, tính lượng bơm để điều khiển bơm đạt lượng cần, bật
bơm NaOH và máy khuấy. Trái lại nếu pH>pH_Hi (ngưỡng điều khiển trên), đóng van
18


NaOH, nếu còn HCl thì mở van HCl, tính lượng bơm đểđiều khiển bơm đạt lượng cần, bật
bơm HCl và máy khuấy. Điều khiển theo luật PID sử dụng PID mềm kiểu điều khiển liên
tục hoặc điều khiển tạo xung.
Khi điều khiển tay, không cho phép mở cùng một lúc hai van NaOH và HCl (liên động
cấm chỉ).Khi muốn bơm NaOH bắt buộc phải mở van NaOH trước, trái lại nếu van đang
đóng thì không cho phép bơm. Tương tựđối với bơm HCl. Đây chính là điều kiện khoá
liên động để tránh hỏng bơm. Điều kiện liên động này được đặt trong PLC. Khi chế độ là
Manual thì người vận hành có thể tự quyết định bật bơm hoá chất bao lâu để pH đạt yêu
cầu (lượng hoá chất tỷ lệ với thời gian mở bơm).
Nếu bơm hoá chất dùng biến tần thì có thể thiết kế núm điều chỉnh mịn cho lượng hoá chất
trên bàn điều khiển hoặc HMI.
Điều khiển khoá liên động đối với pH
Lưu đồ điều khiển khoá liên động đối với pH thể hiện trên Hình 5. Đối với trường hợp giá
trị pH2 vượt ngưỡng, nếu đặt chế độ là Manual thì người vận hành sẽ quan sát biến động
pH trên màn hình.Khi pH2 vượt ngưỡng thì người vận hành sẽ tự quyết định đưa ra lệnh
điều khiển cho PLC để tắt các bơm P1, P2, P3. Nếu chếđộ là Auto thì PLC sẽ tựđộng tắt
các bơm P1, P2, P3 nếu các khoá liên động được khoá, trái lại bơm vẫn hoạt động bình
thường. Có nhiều khoá liên động phụ cho phép người vận hành lựa chọn bơm cần tắt khi
có sự cố. Việc cho phép bơm hoạt động trở lại và hết báo động chỉ khi đã bấm nút giải trừ
sự cố trên bàn điều khiển.
Trong lưu đồ biến SC (sự cố) chỉ được chương trình trên PLC cho =1 duy nhất 1 lần khi
pH2 vượt ngưỡng và chương trình chỉđưa biến này về 0 khi tín hiệu từ nút giải trừ sự
cốđưa về PLC là =1. Còn nếu không thì cho dù pH2 sau đó có không vượt ngưỡng nữa thì
biến SC vẫn duy trì =1 và đèn báo động nhấp nháy để người vận hành biết được đã có sự
cố nào đó trong công đoạn Bể trung hoà, từ đó kiểm tra xem khâu điều khiển pH có vấn đề

gì không (ví dụ: hỏng bơm định lượng, hỏng van điện, tắc ống dẫn hoá chất, hỏng cảm
biến pH1), và sau khi xử lý xong thì bấm giải trừ để xoá bỏ sự cố đi. Như vậy sau một
khâu điều khiển nào đó mà kiểm tra thấy thông số điều chỉnh vẫn không đạt yêu cầu thì
phải ngừng bắt buộc một số thiết bị để đảm bảo an toàn.
Điều chỉnh DO trong Bể hiếu khí
Lưu đồđiều chỉnh DO được hiển thị trên Hình 6. Thiết bịđo DO sẽ đưa giá trị phản hồi cho
vòng điều khiển kín trong chương trình PLC. PLC sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển (dòng hoặc
áp) cho biến tần cho động cơ của máy thổi khí để có DO như mong muốn. Sử dụng biến
tần sẽ tiết kiệm điện năng nhờ điều chỉnh DO vừa đủ yêu cầu, trái với trường hợp không
có điều chỉnh DO có thể quá lớn không cần thiết.
Nếu DO không đạt yêu cầu thì chứng tỏ khâu điều khiển có sự cố (ví dụ: hỏng biến tần, tắc
đường dẫn khí, hỏng động cơ) và cần báo động.

19


Hình 4: Lưu đồ chỉnh pH trong bể trung hòa

20


Hình 5 Lưu đồ điều khiển khoá liên động đối với pH

21


Hình 6 Lưu đồ điều chỉnh DO trong Bể hiếu khí

Hình 7 Lưu đồ điều chỉnh lưu lượng vào Bể kỵ khí

22


Hình 8 Lưu đồ điều khiển bơm P1
Điều chỉnh lưu lượng vào Bể kỵ khí
Đểđiều chỉnh lưu lượng (Hình 7) chỉ cần đặt trước giá trịđầu vào (dòng hoặc áp) cho biến
tần,trong biến tần tích hợp sẵn bộđiều khiển PID đểđiều chỉnh ổn định tốc độđộng cơ bơm,
nhờđó ổn định lưu lượng theo giá trị chủđạo (setpoint). Sử dụng biến tần sẽ tiết kiệm điện
vì biến tần có sẵn chức năng tựđộng điều chỉnh công suất động cơ theo phụ tải. Nếu lưu
lượng không đạt thì P1, P2 hoặc P3 có sự cố hoặc đường ống có sự cố và cần báo động
Điều khiển bơm P1 vào Bể cân bằng
Lưu đồđiều khiển bơm P1 vào bể cân bằng được hiển thị trên Hình 8. Ở chếđộ Auto bơm
P1 sẽđược điều khiển tựđộng tắt/bật theo mức nước trong bể cân bằng. Ở chếđộ Manual
việc tắt/bật P1 hoàn toàn do người vận hành quyết định
Cảnh báo sự cố
Lưu đồ cảnh báo sự cố được hiển thị trên Hình 9 và Hình 10. Các cảnh báo gồm hai loại:
cảnh báo vượt ngưỡng (phát hiện bằng cách so sánh giá trị thiết bị đo với ngưỡng đặt trước
trong chương trình) và cảnh báo theo thiết bị khống chế dạng tiếp điểm (ví dụ: van phao).
Trong dây chuyền công nghệ có các cảnh báo cho các thông số sau: T, pH, DO, lưu lượng,
mức nước, mức hoá chất.

23


Hình 9 Lưu đồ cảnh báo sự cố-1

Hình 10 Lưu đồ cảnh báo sự cố -2

Báo động sự cố
Lưu đồ báo động sự cố được hiển thị trên Hình 11. Việc Kiểm tra phát hiện sự cố được

thực hiện bằng các phương pháp sau:
. PP1 : Bằng thiết bị chuyên dụng như các thiết bị bảo vệ và báo động sự cố động cơ,
bơm,...
. PP2: Xây dựng mạch phụ trợ riêng phục vụ báo động và bảo vệ liên động
. PP3: Bằng chương trình kết hợp tín hiệu phản hồi
24


Trong đó PP3 là đơn giản nhất, được thực hiện theo nguyên tắc so sánh kết quả đầu ra thực
tế của quá trình điều khiển với giá trị yêu cầu. Ví dụ: nếu người vận hành hoặc chương
trình ra lệnh điều khiển bật động cơ nhưng tín hiệu phản hồi (từ mạch phụ trợ hoặc thiết
bịđo nhưđo tốc độ,...) báo động cơ tắt thì báo động sự cố. Tuy nhiên PP3 có nhược điểm là
nếu thiết bị điều khiển (PLC) hỏng thì không thể báo động được, do đó cần kết hợp cả 3
phương pháp và thậm chí cả điều khiển dự phòng để tăng độ tin cậy.

Hình 11 Báo động sự cố

Hình 12 Lưu đồ điều khiển bơm bùn

3.5. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá
a) Yêu cầu lựa chọn công nghệ
Công nghệ hệ thống tựđộng hoá được lựa chọn trên cơ sở sau:

25