Đề tài xây dựng hệ thống scada cho quy trình xử lý nước thải công nghiệp (nhà máy bia)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN DỰ ÁN MÔN HỌC MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VÀ SCADA ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA CHO QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CƠNG NGHIỆP (NHÀ MÁY BIA) GV hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ KIM TRÚC Sinh viên thực hiện: NGUYỄN DUY PHÚC VĂN TỒN THẮNG NGƠ TIẾN VŨ Đà Nẵng, tháng 11/2022 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Ý nghĩa thực tiễn .3 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XLNT NHÀ MÁY BIA 2.1 Quy trình cơng nghệ .4 2.2 Quy trình cơng nghệ .4 2.2.1 Vùng – Bể thu gom lắng cát 2.2.2 Vùng – Bể cân 2.2.3 Vùng – Bể trung hòa .6 2.2.4 Vùng – Bể lắng I .8 2.2.5 Vùng – Aerotank .9 2.2.6 Vùng – Bể lắng II 10 2.2.7 Vùng – Bể khử trùng .11 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SCADA 12 3.1 Hệ thống SCADA 12 3.1.1 Các thành phần hệ thống SCADA 12 3.1.2 Lợi ích hệ SCADA 12 3.2 Xử lý nước thải công nghiệp 13 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 14 4.1 Tổng qua hệ thống 14 4.1.1 Cấu trúc phân tầng SCADA 14 4.2 Hệ thống tham chiếu theo mơ hình phân tầng SCADA 14 4.2.1 Thông số xây dựng hệ thống SCADA .15 4.3 Giải pháp truyền thông nhà cung cấp 16 4.3.1 Các thiết bị cấp trường 16 4.3.2 Thiết bị cấp điều khiển 18 4.3.3 Giao thức cấp điều khiển - giám sát 21 4.4 Phân tích giải pháp cho cấp 21 4.4.1 Cấp trường 21 4.4.2 Cấp điều khiển 24 4.4.3 Cấp điều khiển - giám sát 26 KẾT LUẬN 28 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trong thập niên gần đây, ô nhiễm môi trường nói chung nhiễm nước nói riêng trở thành mối lo chung nhân loại Vấn đề ô nhiễm môi trường bảo vệ cho thủy vực vấn đề cấp bách qua trình phát triển xã hội kinh tế khoa học kỹ thuật tiến lên bước dài Để phát triển bền vững cần có biện pháp kỹ thuật hạn chế, loại bỏ chất ô nhiễm hoạt động sống sản xuất thải môi trường Một biện pháp tích cực cơng tác bảo vệ mơi trường chống ô nhiễm nguồn nước tổ chức thoát nước xử lý nước thải trước xả vào nguồn tiếp nhận Loại nước thải chứa hàm lượng lớn chất lơ lửng, Cacbon, Nitơ, Photpho dễ gây nhiễm mơi trường Trong điều kiện khí hậu Việt Nam chúng nhanh chóng bị phân hủy gây nhiễm mơi trường đất, nước, khơng khí ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Vì vậy, cần phải xử lý trước xả vào nguồn tiếp nhận, không tác động đến môi trường xung quanh việc phát sinh chất thải có khả gây ô nhiễm môi trường 1.2 Mục tiêu đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia, cơng suất 3.000m 3/ngày đêm, từ nhân rộng ứng dụng cho trạm xử lý nước thải khu Công nghiệp khác 1.3 Ý nghĩa thực tiễn Xây dựng cơng nghệ xử lí nước thải khống chế lưu lượng chất lượng nước đầu vào Giải vấn đề trên, góp phần đem lại việc bảo vệ môi trường xanh đẹp CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XLNT NHÀ MÁY BIA 2.1 Quy trình cơng nghệ Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải 2.2 Quy trình cơng nghệ 2.2.1 Vùng – Bể thu gom lắng cát a Định nghĩa Tại bể gom nước thải có lắp đặt lưới chắn rác thô rác tinh giữ lại tạp chất có kích thước nhỏ theo vào bơm để tăng khả bảo vệ bơm Rác tin sau lọc lấy theo chu kì để tăng khả lọc rác tinh Nước thải sau qua bể lắng cát để loại bỏ cặn thô cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, nilon, vỏ trấu,… Sau nước thải chảy tràn qua đường dẫn vào bể điều hòa b Cấu tạo Vùng – Bể thu gom lắng cắt Bể gom nước lắng cát gồm có: (1) Tấm lọc rác thơ: giữ lại rác có kích thước lớn (2) Tấm lọc rác tinh: lọc vỏ trấu, huyền phù rác nhỏ để chất lượng nước tốt trước đưa vào bơm để bơm vào bể điều hòa (3) Phao cảm biến mực nước V1.P1: Đo mức nước có bể gom nước thải (4) Van tự động V1.V1: Đưa nước thải vào bể thu gom c Nguyên lý làm việc Khi bể chưa có nước mực nước thấp phao P1 chưa tác động, lúc đưa tín hiệu đến van V1 làm van V1 mở cho nước chảy vào bể Khi nước đầy, phao P1 tác động cho van V1 đóng lại khơng cho nước chảy vào bể 2.2.2 Vùng – Bể cân a Định nghĩa Bể cân nơi đảm bảo nồng độ lưu lượng nước thải trì mức ổn định, khắc phục vấn đề sinh biến động lưu lượng tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quy trình xử lý nước thải phía sau, giảm phí kích nước sau Tại đây, dàn ơng sục khí đặt đáy bể với mục đích xáo trộn thổi khí thường xun tránh tình trạng lắng cặn xảy b Cấu tạo Vùng – Bể cân Bể cân (hay bể điều hòa) thực trình khuấy trộn liên tục để điều hòa chất lượng nước thải, nước thải trộn lẫn làm đồng thành phần (1) Phao V2.P1 đo mức nước cao phao V2.P2 đo mức nước thấp (2) Hai máy bơm nước V2.B1 V2.B2: bơm nước từ bể điều hóa lên bể trung hịa (3) Máy sục khí V2.MSK1: Trộn lẫn nước thổi khí c Nguyên lý làm việc Hai phao đo mực nước có nhiệm vụ gửi tín hiệu điều khiển máy sục khí MSK1 hai máy bơm V2.B1, V2.B2 Nếu mực nước thấp thiết bị V2.MSK1, V2.B1, V2.B2 không làm việc Nếu mực nước trung bình cao V2.MSK1 ln hoạt động Cả hay máy bơm V2.B1, V2.B2 hoạt động lúc mực nước cao, cịn mực nước trung bình thay phiên hoạt động để đảm bảo tuổi thọ chúng 2.2.3 Vùng – Bể trung hòa a Định nghĩa Là nơi xử lý cân tính axit-bazo nước thải, đảm bảo độ pH nước ln trì mức cho phép Mục đích bể dùng để tránh tượng ăn mịn, phá hủy vật liệu hệ thống dẫn, cơng trình nước đảm bảo độ pH cho phép nguồn nước tiếp nhận sông, ao hồ, nước thải cơng nghiệp có tính axit b Cấu tạo Vùng – Bể trung hòa (1) Phao P1: đo mức nước cao phao P2 đo mức nước thấp bể (2) Một máy khuấy MK1 đặt bể trung hịa có tác dụng khuấy cho axit/bazo vào nước thải q trình trung hịa pH (3) Bồn chứa axit: có van tự động V3.V2, máy khuấy V3.MK2 (4) (5) Bồn chứa bazo: có van tự động V3.V3, máy khuấy V3.MK3 Cảm biến pH DPH (6) Van tự động V3.V1 có nhiệm vụ đưa nước thải trung hịa qua bể lắng c Nguyên lý làm việc Hai phao V3.P1 V3.P2 điều khiển máy khuấy V3.MK1, hai bơm V3.B1, V3.B2 (vùng 2) van tự động V3.V1 Khi mực nước thấp so với phao V3.P2 cảm biến V3.P2 khơng tác động, hai bơm V2.B1, V2.B2 bơm nước để cung cấp cho bể trung hòa, lúc van V3.V1 đóng Khi mực nước chạm vào phao V3.P1 cảm biến V3.P1 tác động hai bơm V2.B1, V2.B2 tạm ngừng hoạt động, lúc q trình trung hịa pH diễn Phao V3.P1 kết hợp với cảm biến đo pH DPH để điều khiển máy khuấy V3.MK1, V3.MK2, V3.MK3 van V3.V2, V3.V3 Khi pH nước nhỏ 6.5 van V3.V3 mở cho bazo từ bồn chứa bazo vào bể trung hòa, đồng thời để máy khuấy hoạt động độ pH nước đạt mức cho phép Khi pH nước lớn 7.5 van V3.V2 mở cho axit từ bồn chứa axit vào bể trung hòa, đồng thời để máy khuấy hoạt động độ pH nước đạt mức cho phép Khi nước trung hòa xả qua bể lắng van V3.V1 Khi xả qua bế lắng mực nước thấp phao V3.P2, van V3.V1 đóng lại 2.2.4 Vùng – Bể lắng I a Định nghĩa Bể lắng (Bể lắng ngang) dùng để lắng tách tạp chất thô khỏi nước tác dụng trọng lực Các tạp chất dạng huyền phù thô phần cặn lơ lửng có nước thải tách lắng xuống đáy bể Quá trình lắng tạo phần bùn, gọi bùn tươi, phần bùn bơm bể chứa bùn Phần nước phía bể lắng cho chảy qua bể Aerotank b Cấu tạo Vùng – Bể lắng I (1) Một cảm biến đo độ đục DDUC (2) Bồn chứa PAC: có van tự động V4.V1 máy khuấy V3.MK4 (3) Một máy khuấy V4.MK5: khuấy cho chất PAC vào để đẩy nhanh trình lắng (4) Hai cảm biến đo mức bùn: cảm biến mức thấp V4.MB1 cảm biến mức cao V4.MB2 (5) Một máy bơm bùn V4.BB1: bơm bùn vào bể chứa bùn c Nguyên lý làm việc Trong q trình lắng, hạt lơ lửng phân bố khơng đồng theo chiều cao lớp nước thải Qua thời gian định, phần bể lắng xuất mức nước Càng xuống đáy, nồng độ chất lơ lửng cao lúc này, lớp cặn hình thành Dần dần chiều cao lớp nước lớp cặn tăng lên Sau khoảng thời gian bể lắng lớp nước lớp nước cặn Lúc lớp cặn không đẩy ép chiều cao lớp cặn bị giảm Thiết bị đo độ đục DDUC tiến hành đo lượng tạp chất hạt lơ lửng nước để tiến hành điều khiển bơm chất PAC để cố định lắng bùn xuống đáy bể - Nếu < DDUC < 100: Không tác động - Nếu 100 < DDUC < 1000: Khởi động máy khuấy V4.MK4, V4.MK5 mở van V4.V1 cho PAC chảy vào bể lắng Hai cảm biến đo mức bùn có nhiệm vụ đo mức bùn bể Khi lượng bùn bể vượt mức cho phép (V4.MB2 tác động) tiến hành cho máy bơm bùn V4.BB1 hoạt động, hút bùn bể lắng sang bể chứa bùn Còn mức bùn giảm xuống mức cảm biến mức thấp V4.MB2 tác động máy bơm V4.BB1 ngừng hoạt động 2.2.5 Vùng – Aerotank a Định nghĩa Bể Aerobank bể xử lý nồng nộ COD, BOD dòng thải hoạt động vi sinh vật hiếu khí Bể Aerotank xử lý nước thải chứa hỗn hợp nước thải bùn hoạt tính, khí cấp liên tục vào bể để trộn giữ cho bùn trạng thái lơ lửng nước thải cung cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hóa chất hữu có nước thải b Cấu tạo Vùng – Bể Aerotank (1) Một máy sục khí V5.MSK2 đáy bể (2) Một máy khuấy chìm V5.MK6 10 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 4.1 Tổng qua hệ thống 4.1.1 Cấu trúc phân tầng SCADA Cấu trúc phân tầng SCADA 4.2 Hệ thống tham chiếu theo mơ hình phân tầng SCADA Dựa vào cấu trúc phân tầng SCADA từ đưa hệ thống tham chiếu theo mơ hình phân tầng SCADA cho hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia: 15 Cấu trúc phân tầng SCADA cho hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia 4.2.1 Thông số xây dựng hệ thống SCADA STT Thiết bị công đoạn Công đoạn Nhiệm vụ Bể thu Thu gom toàn nước thải nhà máy để sử lý sau loại bỏ rác thải bùn qua song chắn Van tự động Cảm biến phao Bể cân Dự trữ nước bể tràn Cung cấp nước bể thiếu hụt Lọc cây, bụi bẩn, dầu mỡ qu a hệ thống lọc, thoát tràn Skimmer Cảm biến phao Máy bơm Máy sục khí Chức thiết bị Mực nước Mực nước Thời điểm đóng mở bơm Mực nước Mực nước Mực nước Mực nước Thời gian mở Cảm biến van NaOH phao Thời gian mở Sục khí oxy cho bể Máy khuấy van HCl Bể trung hòa Trung hòa nước thải để đạt Van tự động Thời điểm giá trị PH tiêu chuẩn Cảm biến đo đóng mở bơm pH Thời gia khuấy Nồng độ DO Thời gan sục khí oxy Nồng độ pH Thời điểm Cảm biến đo đóng mở độ đục Thời gian hoạt Nước thải để lắng tự Van tự động động bơm Bể lắng nhiên để loại bỏ chất lắng Máy khuấy Mực nước lơ lửng bùn Cảm biến đo mức bùn Mực nước Máy bơm Thời gian lắng (0,5-1,5 giờ) Bể Aerotank Xử lý sinh học hiếu khí Máy khuấy Mực nước Cảm biến phao Mực nước Máy sục khí Thời gian sục Máy bơm khí Van tự động Nồng độ pH 16 Nồng độ DO Thời gian đóng mở bơm Bể lắng Nước thải lắng tự nhiên để loại bỏ chất rắn lơ lửng bùn 4.3 Bể khử trùng Dùng Clorua vôi (CaOCl2) để khử trùng vi khuẩn gây hại Mấy thổi sục khí giúp trình khử trùng đạt hiệu xuất cao Thời gian bơm Thời gian hoạt Cảm biến đo động máy mức bùn bơm chìm Máy bơm Mực nước Mực nước Mực nước Mực nước Cảm biến Thời gian sục phao khí Van tự động Nồng độ pH Máy khuấy Nồng độ DO Thời điểm đóng mở bơm Giải pháp truyền thơng nhà cung cấp Trong hình mục 4.2, vai trò thiết bị thể sau: 4.3.1 Các thiết bị cấp trường Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) kết nối với thiết bị : máy bơm, máy sục khí, máy khuấy, cảm biến…(cơ cấu chấp hành) chuẩn truyền dẫn RS485 thông qua giao thức cấp trường Profibus DP Các thiệt bị cấu chấp hành : Cảm biến đo độ đục nước Đầu vào: 3.3-5V (với mạch chống ngược) Đầu ra: tương tự mặc định (có thể thiết lập đầu cao thấp) Dải đo độ đục: 0-1000 NTU Analog Out : 0-4.5V Þ Nhà cung cấp : NShop Cảm biến Hach DPD1R1 đo pH Dải đo: -2 đến 14pH Độ nhạy: ±0,01pH Độ trôi: 0,03pH / 24h Có bù trừ nhiệt tự động NTC 300 Ohm Dịng nước điểm làm việc khơng q 3m/s Vỏ cảm biến nhựa Ryton có khả chống ăn mịn hóa chất 17 Đầu cảm biến chịu áp suất 6,9bar 70⁰C Þ Nhà cung cấp : NShop Cảm biến độ đục GLobal Water TB504-WL Dải đo:  - 1000 NTU Nguồn sáng: Đèn trắng Phương pháp: USEPA Tự động vệ sinh: Có Ngun lí đo:  Đo độ đục (90 độ) Độ xác:  2% giá trị đọc hoặ ± 0.02 40 NTU, 5% giá trị đọc 40 NTU Độ phân giải:  0.0001 lựa chọn Thời gian hồi báo:  Có thể điều chỉnh (5 đến 500 s) (0 - 1000 NTU) Áp suất đầu ra:  - 200 psi (tích hợp tring điều chỉnh 15 psi) Đầu tiêu chuẩn:  4-20 mA Galvanic bị tách li cổng RS-485 Þ Nhà cung cấp : NShop Cảm biến đo mức bùn RFLS-35 Nguồn cung cấp: 7-34V DC Vật liệu phần núm cảm biến: nhựa PEEK chống bám bẩn, chống dính Tín hiệu output: NPN PNP Nhiệt độ phần kết nối: -40 … 105 oC Nhiệt độ làm việc: -40 … 85 oC Tiêu chuẩn bảo vệ: IP67 Þ Nhà cung cấp : NShop Máy khuấy Faggiolati GM17A1T Điện áp:  380V Cấp độ bảo vệ:  IP68 Đường kính cánh khuấy (mm) 176 Tốc độ r.p.m 1380 Công suất (kW) 1.1 Þ Nhà cung cấp : Faggiolati Máy sục khí Model GB-11000S Cơng suất 11000 W Áp suất 7.5 KPa Lưu lượng khí 1050 m³/h Lực hút -40 KPa 18 Điện áp pha/380V/50Hz Kích thước 69x58x61 Trọng lượng 135kg Þ Nhà cung cấp : Trung Quốc Máy bơm nước ADELIO MODEL: CHT 400  Đường kính ống hút xả: 90-60 Điện áp: 380 V  Công suất: HP  Đẩy cao H : 31.8-12.3  M  Lưu lượng:  6-42 m3/h Van tự động Model Loại van Công suất Trọng lượng sản phẩm Þ Nhà cung cấp : OEM F63P3 Van tự động 4m3/giờ 2kg 4.3.2 Thiết bị cấp điều khiển PLC kết nối với PC thông qua giao thức cấp điều khiển CC-Link: 40 Cấu hình tổng thể CC-Link 19 PLC Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A – Bộ CPU với 64 I/O: 32 đầu vào và 32 đầu relay – Nguồn cấp: 100~240 VAC – Công suất: 45 W – Bộ nhớ chương trình: 64.000 Steps – Tích hợp đồng hồ thời gian thực – Bộ đếm: 235 – Timer: 512 Þ Nhà cung cấp : MITSUBISHI Sơ đồ chân PLC Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A : Chú thích: 20