DATN Đồ án tốt nghiệp đại học về hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên
LỜI CÁM ƠN:

Đồ án tốt nghiệp là dự án quan trọng nhất mà mỗi sinh viên kỹ thuật cần
thực hiện trước khi bước ra từ cánh cổng đại học. Nó giúp chúng em củng cố các
kiến thức đã tiếp thu được trên ghế nhà trường và chuẩn bị hành trang vững vàng
cho quá trình đi ra cuộc sống và làm việc. Với ước mong có thể góp phần mình vào
cơng cuộc cơng nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nước. Để có thể hồn thành tốt đồ án
này nhóm chúng em được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa Điện
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã truyền thụ những kiến thức quý báu và bổ
ích trong thời gian trên ghế giảng đường để nhóm em có thể hồn thành đồ án này
và có nền tảng kiến thức chuyên môn vững chắc sau khi tốt nghiệp.
Đặc biệt nhóm chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến 2 thầy giáo
Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên trong suốt thời gian 2 tháng vừa qua đã
tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nhóm chúng em
giúp nhóm nghiên cứu, tìm hiểu và xây dựng đồ án này.
Nhóm sinh viên xin gửi xin gửi lời cám ơn tới các bạn trong lớp đã góp ý,
giúp đỡ, động viên nhóm mình trong suốt quá trình học tập cũng như trong q
trình làm đồ án này.
Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô và các bạn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2018.
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

Tự Động Hóa 3_K9

Page 1


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tự Động Hóa 3_K9

Page 2


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tự Động Hóa 3_K9

Page 3


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên
LỜI MỞ ĐẦU:

Ngành công nghiệp sản xuất bia có nguồn gốc từ Châu Âu như Đức, Anh,
Pháp…với nhu cầu tiêu thụ ngày càng lớn như hiện nay thì ngành sản xuất bia đang
chiếm một vị trí quan trọng trong các ngành cơng nghiệp trên thế giới. Giới phân
tích cho rằng có một sự tương quan mạnh mẽ giữa tiêu thụ rượu bia và tăng trưởng
sản lượng đầu ra của ngành này, báo trước một tương lai đầy triển vọng cho các tập
đoàn giải khát khi nền kinh tế đang hồi phục.
Trung Quốc là thị trường bia lớn nhất thế giới, trong khi thị trường này ở Ấn
Độ tăng trưởng từ 12 đến 15%/năm. Mức tiêu thụ bia rượu tính theo đầu người ở
Trung Quốc dự kiến sẽ tăng từ 37,8 lít năm 2008 lên hơn 53 lít vào năm 2013. Theo
tổng giám đốc tập đoàn nước giải khát Trung Quốc Kingway Brewery, thị trường
bia ở Trung Quốc sẽ tăng trưởng hai con số trong những năm tới và mức tăng
trưởng sẽ lớn hơn nhiều so với các loại rượu khác. Dự kiến với mức tăng trưởng
kinh tế như hiện nay, mức sống của người dân trên thế giới ngày càng cao thì cơng
nghiệp sản xuất bia sẽ phát triển mạnh trong những năm tới.
Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của nhà máy
Bia Sài Gòn và nhà máy Bia Hà Nội, như vậy Bia Việt Nam đã có lịch sử trên 120

năm. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản
xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các
nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc trung ương và địa
phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngồi. Cơng nghiệp
sản xuất bia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành khác như: vỏ lon nhôm,
két nhựa, vỏ chai thủy tinh, các loại nút chai và bao bì khác.
Bia là một loại nước giải khát khả phổ biến, được tiêu thụ rộng rãi khắp thế
gới và có lịch sử phát triển rất lâu đời. Là sản phẩm của quá trình lên men ethanol
từ dịch nha, không qua chưng cất, dịch nha được nấu từ malt đại mạch, các hạt giàu
tinh bột, protein…(như gạo, ngơ, đại mạch...) hoa houblon và nước.
Q trình sản xuất bia cũng thải ra môi trường một lượng lớn chất thải gây ơ
nhiễm mơi trường như: khí thải, chất thải rắn, đặc biệt là nước thải. Vì thế các nhà
đầu tư cần phải có biện pháp xử lý tại nguồn – Xây dựng hệ thống xử lý nước thải
để đảm bảo chất lượng nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định.
Tự Động Hóa 3_K9

Page 4


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

Chất lượng sản phẩm được đánh giá ở nhiều mặt trong đó có vấn đề mơi
trường. Vấn đề mơi trường được đầu tư, có biện pháp xử lý hợp lý, khơng gây ơ
nhiễm mơi trường, thì khi đó sản phẩm cũng đạt chất lượng vấn đề vệ sinh….
Nhận thấy tầm quan trọng chiến lược và ý nghĩa kinh tế- xã hội sâu sắc của
vấn đề xử lý nước thải cùng với sự tư vấn của 2 thầy giáo Nguyễn Hữu Giang và
Hà Trung Kiên, nhóm chúng em quyết định xây dựng đề tài “Thiết kế hệ thống
điều khiển giám sát cho công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy bia Thanh

Hóa”. Nhằm mục đích nắm bắt, củng cố kiến thức, kinh nghiệm từ quá trình học
tập và mong muốn đóng góp một phần nhỏ và việc xử lý nước thải ở các nhà máy
bia.
Đề tài của nhóm chúng em được trình bày thành 4 chương với nội dung cơ bản
của từng chương được tóm tắt như sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải: giới thiệu một cách
tổng quan về nước thải và công nghệ xử lý nước thải hiện nay. Đồng thời trình bày
về quy trình cơng nghệ xử lý nước thải tại các nhà máy bia.
Chương 2: Thiết kế phần mềm điều khiển cho hệ thống: giới thiệu về phần
mềm TIA Portal và dịng PLC S7-1200. Xây dựng thuật tốn và viết chương trình
điều khiển cho hệ thống.
Chương 3: Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho hệ thống: giới thiệu
về phần mềm điều khiển giám sát WinCC và thiết kế giao diện giám sát cho hệ
thống xử lý nước thải của nhà máy bia.
Chương 4: Mơ hình thực nghiệm và kết quả đạt được: từ kết quả thiết kế
giao diện ở chương 3 nhóm đã làm ra mơ hình thực nghiệm của hệ thống. Từ đó,
đưa ra những đánh giá về kết quả và định hướng phát triển.
Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu để hồn thành nội dung yêu cầu đặt
ra, xong vì thời gian và kiến thức của các thành viên trong nhóm đang cịn nhiều
hạn chế nên đề tài này cũng không thể tranh được những sai sót. Vì vậy nhóm
chúng em mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cơ giáo
trong hội đồng bảo vệ để nhóm chúng em có thể hồn thiện đề tài này hơn. Chúng
em xin chân thành cảm ơn 2 thầy giáo Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên đã
tận tình hướng dẫn và giúp đỡ dể nhóm chúng em có thể hồn thành đồ án này.

Tự Động Hóa 3_K9

Page 5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

MỤC LỤ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI.................13
1.1.Khái niệm về nước thải và tầm quan trọng của việc xử lý nước thải.............13
1.1.1. Khái niệm về nước thải.........................................................................13
1.1.2. Thành phần lý hoá học của nước thải....................................................14
a, Tính chất vật lý...........................................................................................14
b,Tính chất hố học.........................................................................................15
1.1.3. Các phương pháp xử lí nước thải..........................................................17
a, Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học.................................................17
b, Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học...............................24
c, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học..............................................28
1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải:.....................................................34
1.3. Sơ đồ cơng nghệ xử lí nước thải trong nhà máy bia:.....................................36
1.3.1. Hồ thu nước thải:.....................................................................................37
1.3.2. Bể gom(bể điều hòa):...............................................................................37
1.3.3 Bể cân bằng và bể khuấy:.........................................................................38
1.3.4. Bể kị khí 1 và bể trung gian.....................................................................38
a, Bể kị khí 1...................................................................................................38
b, Bể trung gian...............................................................................................39
1.3.5. Bể kị khí 2................................................................................................39
1.3.6. Bể hiếu khí...............................................................................................40
1.3.7. Bể lắng.....................................................................................................41
1.4. Kết luận chương 1..........................................................................................42
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG............43
2.1. Giới thiệu PLC S7-1200................................................................................43

2.1.1. Giới thiệu chung:.....................................................................................43
2.1.2.Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200......................................................45

Tự Động Hóa 3_K9

Page 6


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

2.1.3.Giới thiệu về module mở rộng:.................................................................46
2.1.4.Giao tiếp....................................................................................................48
2.2.Giới thiệu về màn hình HMI:..........................................................................49
2.2.1 . Quy trình xây dựng hệ thống HMI:........................................................49
a, Lựa chọn phần cứng:...................................................................................49
b, Xây dựng giao diện:....................................................................................49
2.3. Tổng quan về phần mềm TIA-Portal:............................................................50
2.3.1. Giới thiệu chung:.....................................................................................50
2.3.2. Làm việc với phần mềm Tia Portal..........................................................51
a, Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic-tích hợp lập trình PLC và HMI.........51
b, Kết nối qua giao thức TCP/IP.....................................................................51
c, Cách tạo một Project:..................................................................................51
2.3.3. TAG của PLC / TAG local.......................................................................54
2.3.4. Làm việc với một trạm PLC....................................................................56
a, Quy định địa chỉ IP cho module CPU.........................................................56
b,Đổ chương trình xuống CPU.......................................................................56
c, Giám sát và thực hiện chương trình............................................................58
2.3.5.Kỹ thuật lập trình:.....................................................................................59

a, Vịng qt chương trình..............................................................................59
b, Cấu trúc lập trình.......................................................................................60
2.4. Các thiết bị khác được sử dụng trong hệ thống:............................................62
2.4.1. Contactor..................................................................................................62
2.4.2. Aptomat:...................................................................................................64
2.4.3. Cảm biến đo độ oxi hòa tan DO..............................................................66
2.4.4. Cảm biến đo nồng độ PH:........................................................................67
2.4.5. Cảm biến mức:.........................................................................................68
2.4.6. Các loại động cơ sử dụng trong hệ thống:...............................................69
a, Máy bơm:....................................................................................................69
b, Máy khuấy:.................................................................................................70
Tự Động Hóa 3_K9

Page 7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

c, Máy sục khí:................................................................................................70
d, Máy ép bùn:................................................................................................71
e, Van điện từ:.................................................................................................71
2.5.1. Thuật tốn điều khiển:.............................................................................72
2.5.2. Chương trình chính:.................................................................................73
2.5.3.Chương trình con điều khiển tự động:......................................................76
2.5.4.Chương trình vận hành bằng tay:..............................................................82
2.5.5.Chương trình con đọc giá trị analog đo độ PH:........................................90
2.5.6.Chương trình con đọc giá trị analog đo mức:...........................................91
2.5.7.Chương trình con đọc giá trị analog đo nồng độ oxy hịa tan:..................91

2.5.8.Chương trình điều khiển PID nồng độ oxy hòa tan bể hiếu khí:..............92
2.6. Kết luận chương 2:.........................................................................................93
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ
THỐNG....................................................................................................................94
3.1. Giới thiệu phần mềm Wincc..........................................................................94
3.1.1. Tổng quan về phần mềm Wincc...............................................................94
3.1.2. Cấu trúc của WinCC................................................................................95
a, Control Center.............................................................................................95
b, Những module chức năng...........................................................................95
3.1.3. Các thành phần của dự án........................................................................95
3.1.4 Cách tạo một dự án:..................................................................................96
3.1.5 Thiết kế giao diện....................................................................................100
3.2. Giao diện sau khi thiết kế:...........................................................................103
3.3. Kết luận chương 3........................................................................................103
CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC............104
4.1. Xây dựng mơ hình........................................................................................104
4.2.Các thiết bị dùng trong mơ hình:..................................................................104
4.2.1. PLC S7-1200..........................................................................................104
4.2.2. LED mơ phỏng cho các động cơ, bơm và van điện...............................105

Tự Động Hóa 3_K9

Page 8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

4.3. Kết quả đạt được:.........................................................................................106

4.4. Hướng phát triển của đề tài:.........................................................................107
4.5. Kết luận chương 4:.......................................................................................107
KẾT LUẬN:...........................................................................................................108

Tự Động Hóa 3_K9

Page 9


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Bể lọc nhanh.............................................................................................22
Hình 1.2: Cấu tạo bể lọc áp lực................................................................................23
Hình 1.3: Phương pháp trao đổi ion.........................................................................27
Hình 1.4: Phương pháp kỵ khí nhân tạo...................................................................29
Hình 1.5: Kỵ khí tiếp xúc.........................................................................................30
Hình 1.6: Hồ sinh học hiếu khí tự nhiên..................................................................32
Hình 1.7: Phương pháp dùng bể hiếu khí aerotank..................................................33
Hình 1.8: Sơ đồ ngun lí và các mức độ xử lí nước thải........................................34
Hình 1.9: Sơ đồ cơng nghệ xử lí nước thải trong nhà máy bia................................36
Hình 1.10: Hồ thu nước thải.....................................................................................37
Hình 1.11: Cấu tạo bể UASB...................................................................................39
Hình 1.12 : Cơ chế hoạt động bể Aeroten................................................................41
Hình 1.13: Hình ảnh thực tế bể Aeroten..................................................................41
Hình 1.14: Bể lắng...................................................................................................42
Hình 2.1. Cấu tạo PLC S7-1200 – CPU 1214C.......................................................45
Hình 2.2: Sơ đồ đấu nối đầu vào/ra và nguồn trên S7-1200....................................45

Hình 2.3: Hình ảnh các module mở rộng S7-1200..................................................47
Hình 2.4: Các kết nối của PLC s7-1200...................................................................48
Hình 2.5: Màn hình HMI.........................................................................................49
Hình 2.6: Phần mềm TIA Portal...............................................................................50
Hình 2.7: Biểu tượng của phần mềm TIA PORTAL................................................51
Hình 2.8: Màn hình chính của phần mềm TIA PORTAL.........................................52
Hình 2.9: Tạo dự án mới trên phần mềm TIA PORTAL..........................................52
Hình 2.10: Chọn configure a device........................................................................52
Hình 2.11: Chọn add new device.............................................................................53
Hình 2.12: Chọn loại CPU PLC...............................................................................53
Hình 2.13: Loại CPU PLC đã chọn..........................................................................53

Tự Động Hóa 3_K9

Page 10


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

Hình 2.14: Bảng định địa chỉ...................................................................................54
Hình 2.15: Tạo bảng tag mới...................................................................................55
Hình 2.16: Tìm và thay thế tag PLC........................................................................55
Hình 2.17: biểu tượng download chương trình lên PLC..........................................57
Hình 2.18: Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface..........57
Hình 2.19: Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish..............................................58
Hình 2.20: Giám sát chương trình trên màn hình cách 1.........................................58
Hình 2.21: Giám sát chương trình trên màn hình cách 2.........................................59
Hình 2.22: Màn hình khi giám sát............................................................................59

Hình 2.23: Cấu trúc lập trình....................................................................................60
Hình 2.24: Contactor................................................................................................62
Hình 2.25: sơ đồ nguyên lý hoạt động của nam châm điện.....................................62
Hình 2.26: Cấu tạo của Contactor............................................................................63
Hình 2.27: Aptomat..................................................................................................64
Hình 2.28: sơ đồ nguyên lý của cảm biến đo đọ oxy hịa tan..................................66
Hình 2.29: Cảm biến Oxy hịa tan (DO) Sensorex DO1200/T ( 0~20 mg / L)........66
Hình 2.30: Cảm biến Hach DPD1R1.......................................................................67
Hình 2.31: Cảm biến siêu âm Carlo Gavazzi...........................................................68
Hình 2.32: Máy bơm................................................................................................69
Hình 2.33: Máy khuấy..............................................................................................70
Hình 2.34: Máy sục khí............................................................................................70
Hình 2.35: Máy ép bùn............................................................................................71
Hình 2.36: Van điện từ.............................................................................................71
Hình 2.37: Lưu đồ thuật tốn điều khiển................................................................72
Hình 3.1: Thêm màn hình cho dự án........................................................................97
Hình 3.2: Add máy tính trạm SIMATIC HMI..........................................................97
Hình 3.3: Thêm modul truyền thơng cho HMI........................................................98
Hình 3.4: Tạo kết nối giữa WINCC và HMI............................................................98
Hình 3.5: Kênh giao tiếp sau khi được thiết lập.......................................................99
Tự Động Hóa 3_K9

Page 11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

Hình 3.6: Kiểm tra kết nối sau khi thiết lập.............................................................99

Hình 3.7: Add màn hình cho máy tính trạm...........................................................100
Hình 3.8: Màn hình HMI.......................................................................................100
Hình 3.9: Hộp cơng cụ (Toolbox)..........................................................................101
Hình 3.10: Các đối tượng cơ bản...........................................................................101
Hình 3.11: Các đối tượng trong Graphics..............................................................102
Hình 3.12: Các đối tượng trong Elements..............................................................102
Hình 3.13: Các đối tượng trong mục controls........................................................102
Hình 3.14: Giao diện chế độ điều khiển tự động...................................................103
Hình 4.1: Sơ đồ mơ hình điều khiển hệ thống.......................................................104
Hình 4.2:SIMATIC S7-1214 AC/DC/RLY.............................................................105
Hình 4.2: LED mơ phỏng.......................................................................................105
Hình 4.3: Hình ảnh thực tế của mơ hình................................................................106
Hình 4.4: Màn hình giám sát xử lý nước thải trên PC...........................................106

Tự Động Hóa 3_K9

Page 12


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.1.Khái niệm về nước thải và tầm quan trọng của việc xử lý nước thải
1.1.1. Khái niệm về nước thải
Nước thải là nước được thải ra ngồi mơi trường sau quá trình sinh hoạt hoặc
hoạt động sản xuất của con người. Đó là khi nguồn nước sạch đã lẫn tạp chất, các
chất hóa học và gây ra những tác động không tốt đến môi trường tự nhiên.
 Phân loại:

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng.
Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý. Theo cách
phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:
– Nước thải sinh hoạt: 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: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước
thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải cơng nghiệp là chủ yếu.
+Nước hình thành do phản ứng hố học (chúng bị ơ nhiễm bởi các tác chất
và các sản phẩm phản ứng).
+Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu được
tách ra trong quá trình chế biến.
+Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị.
+Nước hấp thụ, nước làm nguội
– Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên. Ở những thành
phố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thốt riêng.
– Nước thải đơ thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của
một thành phố. Nước thải đơ thị có thể bao gồm tất cả nước thải kể trên.

Tự Động Hóa 3_K9

Page 13


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

1.1.2. Thành phần lý hoá học của nước thải
Để đánh giá chất lượng môi trường nước người ta phải căn cứ vào một số chỉ
tiêu như chỉ tiêu vật lý, hóa học, sinh học. Qua các thơng số trong nước sẽ cho phép

ta đánh giá được mức độ ô nhiễm hoặc hiệu quả của phương pháp xử lý.
a, Tính chất vật lý.
 Nhiệt độ
Nhiệt độ của nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết hay môi
trường của khu vực. Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của nhà
máy nhiệt điện, nhà máy hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 25 oC so với nước
thường.
Nước nóng có thể gây ơ nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý. Vùng có
khí hậu ơn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các
quá trình phân hủy. Nhưng ở những vùng nhiệt đới nhiệt độ cao của nước sông hồ
sẽ làm thay đổi q trình sinh, hóa, lý học bình thường của hệ sinh thái nước, làm
giảm lượng ơxy hịa tan vào nước và tăng nhu cầu ôxy của cá lên 2 lần. Một số lồi
sinh vật khơng chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc di chuyển đi nơi khác, nhưng có
một số lồi khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp.
 Màu sắc
Nước có thể có màu, đặc biệt nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ nâu.
– Các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành.
– Nước có sắt và mangan ở dạng keo hoặc hịa tan.
– Nước có chất thải công nghiệp (crom, tanin, lignin).
Màu của nước thường được phân thành hai dạng; màu thực do các chất hòa tan
hoặc dạng hạt keo; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên.
Trong thực tế người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là sau khi lọc bỏ các chất
khơng tan. Có nhiều phương pháp xác định màu của nước, nhưng thường dùng ở
đây là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là Clorophantinat Coban.

Tự Động Hóa 3_K9

Page 14

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

 Độ đục
Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới
thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh
hưởng khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong nước, gây giảm thẩm
mỹ và làm giảm chất lượng của nước khi sử dụng. Vi sinh vật có thể bị hấp phụ bởi
các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ đục càng cao nước nhiễm
bẩn càng lớn.
 Mùi vị
Nước sạch là nước không mùi vị. Khi bắt đầu có mùi thì đó là biểu hiện của
hiện tượng ô nhiễm. Trong nước thải mùi rất đa dạng tùy thuộc vào lượng và đặc
điểm của chất gây ơ nhiễm.
b,Tính chất hố học
Các thơng số thể hiện tính chất hố học thuờng là: số lượng các chất hữu cơ,
vô cơ và khí. Hay để đơn giản hố người ta xác định các thông số như: độ kiềm,
BOD, COD, các chất khí hồ tan, các hợp chất N, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ,
huyền phù và không tan) và nước.
 Độ pH.
Giá trị pH của nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Giá trị
pH cho phép ta lựa chọn phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất
cần thiết trong q trình xử lý nước. Các cơng trình xử lý nước bằng phương pháp
sinh học thường hoạt động ở pH từ 6,5 – 9,0. Môi trường tối ưu nhất để vi khuẩn
phát triển thường là 7 – 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH khác nhau.
 Chỉ số DO (Disolved Oxygen)
DO là lượng oxi hịa tan để duy trì sự sống cho các sinh vật dưới nước. Bình
thường oxi hòa tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 80 % khí oxi bão
hịa. Mức oxi hịa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô

nhiễm chất hữu cơ, các hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh,
hóa học và vật lý của nước. Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được
dùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng.
Tự Động Hóa 3_K9

Page 15


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa – Biochemical Oxygen Denand).
Nhu cầu oxy sinh hóa hay là nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt là BOD, là
lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật (chủ
yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. Q trình này được gọi là q trình oxy hóa
sinh học.
Q trình này địi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của
chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước. Bình thường 70%
nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu nên thường phân tích là BOD5, 20%
trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21.
 Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical oxygen Demand)
Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho q trình oxy hóa hóa học các chất
hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O bởi một tác nhân oxi hóa mạnh.COD biểu thị
lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa bằng con đường hóa học. Chỉ số COD có giá trị
cao hơn BOD vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ khơng bị oxy hóa bằng vi sinh
vật.Có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp trắc quang với lượng dư
dung dịch K2Cr2O7 là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ trong mơi
trường axit với xúc tác là Ag2SO4 .
Hoặc có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ. Theo

phương pháp này lượng CrO2 dư được chuẩn bằng dung dịch Feroin.
 Chỉ số vệ sinh (E – Coli).
Trong nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước
thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi v.v… nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn trong
phân người và phân xúc vật. Trong đó có thể có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh đặc
biệt là bệnh về đường tiêu hóa, như tả, lị thương hàn, các vi khuẩn gây ngộ độc
thực phẩm.
E – coli là vi khuẩn phổ biến trong nước thải, nó có thể sống trong điều kiện
khắc nhiệt của mơi trường ngồi cũng như trong phịng thí nghiệm. Chính vì vậy
người ta đã chọn E – coli là chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải.
1.1.3.
Tự Động Hóa 3_K9

Page 16


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

1.1.4. Các phương pháp xử lí nước thải
a, Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của q trình là là khử tất cả các tạp vật
có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước như làm tắt bơm,
dùng ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm
việc thuận lợi cho cả hệ thống.
Trong xử lý nước thải đô thị, thường dùng các song chắn để lọc nước và
dùng máy nghiền nhỏ các vật bị giữ lại. Cịn trong xử lý nước thải cơng nghiệp
người ta đặt thêm lưới chắn. Song chắn rác hoặc lưới chắn rác đặt trước trạm bơm
trên đường tập trung nước thải chảy vào hầm bơm.

 Song chắn rác.
Nước thải đưa tới cơng trình làm sạch trước hết phải quan song chắn rác. Tại
song chắn, các tạp vật như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, các mẫu đá, các vật thải khác được
giữ lại.
Song chắn rác có thể đặt cố định hoặc di động, cũng có thể là tổ hợp cùng
với máy nghiền nhỏ. Thông dụng hơn là các song cố định, thường gồm các thanh
kim loại (thép không rỉ) tiết diện 5*20mm, đặt vng góc và nghiêng một góc 60 o –
75o so với dịng chảy. Thanh song chắn có thể có tiết diện trịn, vng hoặc hỗn
hợp. Thanh song chắn với tiết diện trịn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi
các vật bị giữ lại. Do đó thơng ụng hơn là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vng
góc ở phía sau và cạnh trịn ở phía trước hướng đối diện với dịng chảy.
Dựa vào khoảng cách giữa các thanh, người ta chia song chắn thành hai loại:
- Song chắn thơ có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm
- Song chắn mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm


Tự Động Hóa 3_K9

Page 17


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

 Lưới lọc rác.
Để khử các chất lơ kửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị,
thường sử dụng lưới lọc. Lưới có kích thước lỗ từ 0.5 – 1 mm. Khi tang trống quay,
thười với vận tốc 0.1 – 0.5 m/s, nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy
thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước thải vào. Các vật thải được cào ra khỏi mặt lưới

bằng hệ thống cào. Loại lưới lọc này hay được dùng trong các hệ thống xử lý nước
thải của công nghiệp dệt, giấy và da. Lưới chắn rác thường đặt nghiên 45 – 600 so
với phương thẳng đứng, vận tốc qua lưới vmax > 0.6 m/s. Khe rộng của mắt lưới
thường 10 – 20 mm. Làm sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công, hay bằng các
thiết bị cơ khí tự động hoặc bán tự động. Ở trên hoặc bên cạnh mương đặt song,
lưới chắn rác phải bố trí àn thao tác đủ chổ để thùng rác và đường vận chuyển.
Bảng 1: Một số giá trị điển hình dùng trong thiết kế tấm chắn loại song, cào
bã rắn bằng thủ công hoặc cơ giới.

Bảng 1: Một số giá trị điển hình dùng trong thiết kế tấm chắn loại
song
 Bể điều hịa (Air tanks)
Điều hồ lưu lượng dùng để duy trì dịng thải vào gần như không đổi, khắc
phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng
cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Các kỹ thuật điều hoà
được ứng dụng cho từng trường hợp phụ thuộc vào đặc tính của hệ thu gom nước

Tự Động Hóa 3_K9

Page 18


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

thải. Các phương án bố trí bể điều hố lưu lượng có thể là điều hồ trên dịng thải
hay ngồi dịng thải xử lý.
Phương án điều hịa trên dịng thải có thể làm giảm đánh kể dao động thành
phần nước thải đi vào các cơng đoạn phía sau, cịn phương án ngồi dịng thải chỉ

giảm được một phần nhỏ sự dao động đó.
Vị trí tốt nhất để bố trí điều hồ cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống
xử lý. Vì tính tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom
và đặc tính của nước thải
 Bể lắng (clarifier)
Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở
dạng huyền phù thô ra khỏi nước. Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của
trọng lực. Để tiến hành quá trình này người ta thường dùng các loại bể lắng khác
nhau. Trong công nghệ xử lý nước thải, theo chức năng, các bể lắng được phân
thành: bể lắng cát, bể lắng cấp 1 và bể lắng trong (cấp 2). Bể lắng 1 có nhiệm vụ
tách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác, còn bể lắng cấp 2 có nhiệm vụ
tách bùn sinh học ra khỏi nước thải. Các bể lắng điều phải thỗ mản u cầu: có
hiệu suất lắng cao và xả bùn dễ dàng.
Lắng là quá trình tách khỏi nước cặn lơ lửng hoặc bơng cặn hình thành trong
giai đoạn keo tụ tạo bơng hoặc các cặn bùn sau q trình xử lý sinh học.
Trong cơng nghệ xử lý nước thải quá trình lắng được ứng dụng :


Loại bỏ chất lơ lửng ở bể lắng đợt 1.



Lắng bùn Lắng cát, sạn, mảnh kim loại, thuỷ tinh, xương, hạt sét,… ở

bể lắng cát.


Hoạt tính hoặc màng vi sinh vật ở bể lắng đợt 2.

Tự Động Hóa 3_K9

Page 19


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

Hai đại lượng quan trọng trong việc thiết kế bể lắng chính là tốc độ lắng và
tốc độ chảy tràn. Để thiết kế một bể lắng lý tưởng, đầu tiên người ta xác định tốc độ
lắng của hạt cần được loại và khi đó đặt tốc độ chảy tràn nhỏ hơn tốc độ lắng.


Tự Động Hóa 3_K9

Page 20


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

 Các loại bể lắng
a.Bể lắng cát
Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặmg như: cát, sỏi, mảnh thủy
tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mịn,
giảm cặn nặng ở các cơng đoạn xử lý sau.
Bể lắng cát gồm những loại sau:
 Bể lắng cát ngang: Có dịng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều
dài của bể. Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể.

 Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể.
Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Chế độ dịng
chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến
đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy.
 Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải
được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu và máng tập trung rồi
dẫn ra ngồi.
 Bể lắng cát làm thống: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và
tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị
phun khí. Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét
đáy bể với một vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và
các phân tử nặng có thể lắng.
b.Bể lọc (filter-bed)
Lọc là quá trình tách các chất lắng lơ lửng ra khỏi nước khi hỗn hợp nước và
chất rắn lơ lửng đi qua lớp vật liệu lỗ ( lớp vật liệu lọc), chất rắn lơ lửng sẽ được
giữ lại và nước tiếp tục chảy qua. Đây là giai đoạn (cơng trình) cuối cùng để làm
trong nước

Tự Động Hóa 3_K9

Page 21


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

+Vật liệu lọc:
- Cát thạch anh nghiền.
- Than antraxit (than gầy)

- Sỏi, đá…
- Polime…
+ Để xác định vật liệu lọc phải dựa vào một số chỉ tiêu:
- Độ bền cơ học
- Độ bền hố học: tránh tính xâm thực.
- Kích thước hạt
- Hình dạng hạt.
- Hệ số khơng đồng nhất:K= d80/d10 (Trong đó: d80, d10 : kích thước cỡ hạt sang
để lọt qua 80%, 10% tổng số hạt).
 Các loại bể lọc:
+ Bể lọc chậm
- Nước từ máng phân phối đi vào bể, qua lọc (nhỏ hơn 0.1 –0.5 m/h). Lớp cát lọc
trên lớp sỏi đỡ, dưới lớp sỏi là hệ thống thu nước đã lọc.
Lớp cát lọc :
Thạch anh có chiều dày phụ thuộc vào cỡ hạt: 0.3 –1 mm => h = 800 mm, 1 –2 mm
=> h = 50 mm.
Sỏi hoặc đá dăm: 2 –20 mm => h = 100 mm, 20 – 40 mm => h = 150 mm.
- Lớp nước trên lớp cát : 1.5 m
Ưu điểm :
Tạo lớp màng giúp lọc tốt.
Dùng xử lý nước khơng phèn
Khơng dùng máy móc.
Quản lý đơn giản

Tự Động Hóa 3_K9

Page 22


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

Nhược điểm:
Diện tích lớn
Vận tốc lọc thấp
- Bể lọc châm sử dụng với công suất nhỏ hơn hoặc bằng 1000 m3/ngày đêm; SS
nhỏ hơn hoặc bằng 50 mg/l; M < 50o
Bể lọc chậm có dạng hình vng, n ≥ 2; i ≥ 5%
+ Bể lọc nhanh

Hình 1.1: Bể lọc nhanh
Nguyên tắc hoạt động:
Nước lọc từ bể lắng ngang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu
lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch

Tự Động Hóa 3_K9

Page 23


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

+ Bể lọc áp lực

Hình 1.2: Cấu tạo bể lọc áp lực
Bể lọc áp lực là một loại bể lọc khép kín, thường được chế tạo bằng thép có
dạng hình trụ đứng và hình trụ ngang.

Bể lọc áp lực được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước thải (cuối dây
chuyền công nghệ ). Do bể làm việc dưới áp lực, nên nước cần xử lí được đưa vào
trực tiếp từ trạm bơm vào bể, rồi đưa trực tiếp vào nguồn tiếp nhận.
Cấu tạo: giống bể lọc nhanh.
Nguyên tắc làm việc: Nước đưa vào bể qua 1 phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp
cát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nước trong, đi vào đáy bể và vào nguồn tiếp nhận.
Khi rửa bể, nước từ đường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên qua lớp
cát lọc và vào phễu thu, chảy theo ống thoát nước rửa xuống ống thu nước rửa lọc.

Tự Động Hóa 3_K9

Page 24


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

GVHD: Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên

b, Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học
 Phương pháp trung hịa
Trung hịa nước thải được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau
- Trộn lẫn nước thải với axit hoặc kiềm.
- Bổ sung các tác nhân hóa học.
- Lọc nước axit qua vật liệu lọc có tác dụng trung hịa.
- Hấp thụ khí axit bằng chất kiềm hoặc hấp thụ amoniăc bằng nước axit.
Trong q trình trung hịa 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 xử dụng cho quá trình.
 Phương pháp oxy hóa và khử
Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóa

lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat
kali, oxy khơng khí, ozon...
Trong q trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành
các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước thải. Q trình này tiêu tốn một lượng lớn tác
nhân hóa học, do đó q trình oxy hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi
các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp
khác.
 Oxy hóa bằng Clo
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thơng dụng nhất. Người ta
sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol,
xyanua ra khỏi nước thải.

Tự Động Hóa 3_K9

Page 25