Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TỰĐỘNG HOÁ 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 vô cùng 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 th ế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp, các h ệ 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 tựđộng hoá c ũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn. Nhi ều 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 ngh ệ xử lý nước thải hiện đại. Những công nghệ tựđộng hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới nhưSIEMENS, AB, YOKOGAWA, được sử dụng rộng rãi trong các công trình x ử lý nước thải. Có thể nói trình độ tựđộng hoá xử lý nước th ải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện đượ c tại một Trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợbởi những công c ụđơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích chu ột, góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công ngh ệ. 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 th ểđiều 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), c ấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase) và trên cùng là c ấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nh ằm nâng cao hơn nữa mức tựđộng 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 đượ c 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 x ử lý nước thải để nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn x ử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được áp dụng mở ra khả năng tựđộng hoá hoàn toàn cho x ử lý nước thải[3]. I. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải Khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia H ệ thống xử lý nước thải nhà máy bia gồm nhiều công đoạn được thể hiện nhưtrên 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 ch ắn rác. Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình là khử tất cả các tạp vật có thể gây ra sựcố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước th ải 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 ch ứa bằng cách xối nước liên tục hoặc cào thủ công. Sau song ch ắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng. Bể này có tác dụng điều hoà l ưu lượng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công đoạn sau, kh ắc phục những vấn đềvận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hi ệu 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 s ẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà và ổn định lưu lượng.[5] N ước 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 th ải thực hiện bằng cách bổsung các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, m ột lượng bùn cặn được tạo thành. Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành ph ần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình [5] Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl. Khi pH v ượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH v ượt ngưỡng trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động. Máy khu ấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá ch ất 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 t ế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Nếu vi sinh v ật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí đểkhôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất [5] Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học. Người ta s ử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu c ơ 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 d ưỡng, 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 [4]. Trong công ngh ệ sử dụng hai phương pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể kỵ khí và hiếu khí (Hình 1). Ph ương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình x ử 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 lo ại 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: c ồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4. Trong công nghệcác chất khí (biogas) s ẽđược thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí[4]. Ph ương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. B ể hiếu khí luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí. Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao g ồm 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 tr ộn 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. Nhi ệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới 0 ch ức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa sốvi sinh vật, nhiệt độ nước th ải phải từ 6÷37 C[4]. Nói chung giá tr ị 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, t ắc 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 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 s ử dụng phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này chứa bùn ho ạt 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 g ồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động v ật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạkhuẩn, [4], 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 l ắng, 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. Đ ánh giá trình độ công nghệ tựđộng 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. Th ống kê các thiết bịđiện hiện có trong dây chuyền công nghệ XLNT Bảng 1 Danh mục thiết bịđiện hiện có TT Tên th i ết b ị T h ô n g s ố k ỹ th u ậ t chính 1 B ơ m n ư ớ c P1, P2, P3 Công s u ất 5.5 KW 2 B ơ m bùn SP Công s u ất 2.2 KW 3 Máy t h ổ i khí B Công s u ất 15 KW 4 Máy khu ấy M1 Công s u ất 2.2 KW; 60 5 Máy ép bùn D Công su ất 15 KW 6 Máy g ạt b ùn M 2 Công s u ất 5.5 KW; 7 B ơ m hoá c h ất DP Công s u ất 0.5 KW 8 Van đ i ện từ V1, V2 Ngu ồ n c ấp 220V AC D BÙN KHÔ MÁY ÉP BÙN Hình 1 Sơđồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia hiện tại . SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải Khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia H ệ thống xử lý nước thải nhà máy bia. nghệ tựđộng 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. 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