Tự Động Hóa hệ thống xử lý Nước thải trong tòa Nhà. Xử lý hệ thống nước thải trong nhà máy sản xuất Bia. Tự Động Hóa hệ thống xử lý Nước thải trong tòa Nhà. Xử lý hệ thống nước thải trong nhà máy sản xuất Bia. Tự Động Hóa hệ thống xử lý Nước thải trong tòa Nhà. Xử lý hệ thống nước thải trong nhà máy sản xuất Bia.
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - 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 cơng nghệ kỹ thuật điện Khóa:10 Khoa: Điện Giáo viên hướng dẫn : Mai Thế Thắng Đề tài Sinh viên thực về: Tự động hóa hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất Bia Sinh viên thực hiện: Nhóm Nguyễn Văn Quang Phùng Danh Quang Bùi Hồng Sơn Nguyễn Hồng Sơn Nguyễn Xuân Sơn Phạm Công Sơn Nguyễn Đức Sỹ MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 1.1.Giới thiệu sơ lược 1.2 Quy trình sản xuất nhà máy bia 1.3 Các dạng chất thải sản xuất bia CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Tổng quan hệ thống xử lý nước thải giới 2.2 Khảo sát đánh giá trình độ cơng nghệ xử lý nước thải .9 2.3 Khả áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia 12 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HỐ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải 13 3.2 Yêu cầu sở xây dựng hệ thống tự động hoá 13 3.3 Thiết kế chức hệ thống tự động hoá xử lý nước thải .15 3.4 Lưu đồ hoạt động hệ thống tựđộng hoá xử lý nước thải 18 3.5 Lựa chọn cơng nghệ thiết kế mơ hình hệ thống tự động hoá 25 3.6 Giới thiệu thiết bị hệ thống tự động hố .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 HỐ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4.1 Tính ưu việt tự động hoá mặt kinh tế - kỹ thuật 39 4.2 Các số hiệu kinh tế tự động hoá .40 4.3 Tính tốn hiệu 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 năm gần công nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng phát triển khơng ngừng Kinh tế phát triển, thu nhập nâng cao, đời sống người dân cải thiện… Tuy nhiên, bên cạnh thành tựu đạt phải đối mặt với vấn đề mang tính tồn cầu đe dọa đến sống,đó vấn đề ô nhiễm môi trường Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường trở nên xúc cho quốc gia mà cho tồn nhân loại, hoạt động sản xuất cơng nghiệp xác định nguyên nhân ô nhiễm Vì vấn đề bảo vệ mơi trường vấn đề toàn cầu, quốc sách hầu hết quốc gia giới Trong giai đoạn nay, tồn cầu hóa hợp tác quốc tế để phát triển cần thiết cho quốc gia Việt Nam khơng nằm ngồi xu Trong xu phát triển chung đó, ngành công nghiệp Rượu- Bia- Nước giải khát, vừa mang lại lợi nhuận cao mà đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước Vì có nhiều nhà máy bia xây dựng Những nhà máy góp phần giải việc làm cho lao động, không lao động trực tiếp nhà máy mà lao động mạng lưới phân phối tiêu thụ sản phẩm; đồng thời đóng góp phần khơng nhỏ cho ngân sách nhà nước Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích to lớn, loại chất thải (đặc biệt nước thải) phát sinh từ hoạt động sản xuất nhà máy có tác động tiêu cực tới hệ sinh thái môi trường xung quanh Do đó, vấn đề quan tâm nguồn nước thải từ trình sản xuất bia cần phải xử lý cách hiệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH BIA 1.1.Giới thiệu sơ lược - Bia đồ uống lâu đời mà lồi người tạo ra, có niên đại từ thiên niên kỷ TCN - Bia thức uống phù hợp với người, có độ cồn thấp, bọt mịn xốp, có hương vị đặc trưng Có thể dễ dàng nhận sản phẩm bia màu sắc, hương vị (được tạo từ chất chiết nguyên liệu cồn, CO2 sản phẩm lên men khác) Đặc biệt tác dụng giảm nhanh khát cuả người uống bia bão hòa CO2 - Ngày nay, bia trở nên phổ biến sống Bất kì lúc nào, nơi ta bắt gặp bia với dạng thành phần khác nhau, biểu tượng, chương trình quảng cáo bia Bia sản xuất ngày nhiều, đa dạng nhiều biện pháp công nghệ sản xuất bia đời mang đặc trưng hãng, quốc gia - Xét riêng Việt Nam sản lượng bia năm tăng, hàng năm lại có nhà máy bia đời với cơng nghệ mới, chưa kể tới phân xưởng bia cỡ nhỏ hàng năm góp phần cung cấp bia cho thị trường Tuy vậy, bình quân lượng bia cho người dân năm nước ta đạt khoảng 2-4 lít, số nhỏ bé so với bình quân đầu người nước khác : Đức (khoảng 150 lít/người/năm) - Nhưng xuất nhiều nhà máy sản xuất bia loại chất thải qui trình sản xuất bia không ngừng tăng lên gây ô nhiềm nặng nề mơi trường việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải nghành sản xuất bia vấn đề tất yếu thiếu cho việc bảo vệ môi trường với hoạt động thiết thực môi trường đảm bao phát triển bền vững cũa xã hội lồi người 1.2.Quy trình sản xuất nhà máy bia 1.2.1 Nguyên liệu Bia sản xuất từ : Matl ( đại mạch nảy mầm ) ,gạo tẻ, hoa houblon, nước, nấm men Hiện nay, nguyên liệu để sản xuất bia matl đại mạch houblon phải nhập ngoại ( 60%-70%) 1.2.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất bia Chuẩn bị ngun liệu Nguyên liệu chuyển vào kho bảo quản nhà máy theo số lượng mẻ nấu ca tập kết phân xưởng nấu Malt gạo xay nghiền nhỏ đến kích thước tiêu chuẩn.Thiết bị dùng để nghiền malt máy nghiền trục nghiền búa 2.Nấu Là trình phá vỡ màng tinh bột, thực trình thủy phân với điều kiện p = 2-3atm ,to=110oC-130oC 3.Đường hóa Chuyển tinh bột đường ( gống sản xuất rượu, cho enzim để chuyển hóa tinh bột Trong sản xuất bia ,khơng cần cho enzim malt có sẵn enzim ) điều kiện: toC = 60oC, t = 30phút ( mẻ) Lọc dịch đường, nấu hoa, lắng cặn, làm lạnh Dịch đường bổ sung hoa houblon nâng nhiệt độ lên 100oC Bã lọc rửa nước nóng nhiệt độ 75- 80oC Sau nấu hoa, dịch đường bơm sang thùng xoáy lốc để tách bà hoa cặn lắng Sau làm lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 8-10oC bổ sung oxy với lượng 30 – 35 ml khí /lit dịch ( tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển ) chuyển vào thiết bị len men Quá trình lên men Đây q trình quan trọng cơng nghệ sản xuất bia, thực chất trình lên men rượu : C6H12O6 2C2H5OH +2CO2 Điều kiện lên men : + nhiệt độ thấp :5-10oC + Thời gian dài: ngày (bia ngắn ngày) – 60 ngày, thời gian lên men dài, chất lượng bia cao Có hai phương pháp lên men : lên men ( 10-14oC) lên men chìm ( 5-10oC): lên men chính: Thường 1– ngày, nhiệt độ trì giai đoạn lên men từ – 10oC lên men, nhiệt độ dịch đường thùng tăng lên cho phép lên đến 14-16oC với áp suất khống chế mức 1,3-1,5bar Ở giai đoạn này, tận thu men có chất lượng tốt đê cấp men giống Lên men phụ (tàng trữ): nhiệt độ -10oC, thời gian:20 – 50 ngày để thùng, số ngày tàng trữ lớn, chất lượng bia tốt Chuyển hóa triệt để đường thành rượu Hai giai đoạn có thê tiến hành thiết bị Lọc bia Mục đích q trình lọc bia tách hạt cặn, tạp chất sót lại bia, làm tăng độ bia làm tăng thời gian bảo quản.Thiết bị lọc lọc khung với chất trợ lọc diatomit 7.Bão hòa CO2 chiết bia Từ thùng chứa bia trong, bia bão hòa thêm CO2 với lượng nhât định ( có tác dung giải khát ) đưa chiết chai, chiết bom đóng lon Bao bì rửa ,sau chiết, đóng nắp, trùng, kiểm tra, dán nhãn, đóng két xuất xưởng Sơ đồ: hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia 1.3 Các dạng chất thải sản xuất bia 1.3.1 Khí thải - CO2 từ thùng lên men – ( CO2 thực phẩm ) thu - Các chất khí bụi nhiễm phát sinh chủ yếu đốt nhiên liệu than ,dầu lò gồm :SO2 , NOx ,CO2 ,CO, bụi than xử lý xyclon bụi sau hấp phụ - Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu khắc phục cách sử dụng phương pháp xay ướt, lọc túi vải bao che kín hệ thống nghiền tải liệu - Ngồi khí NH3, Freon sinh hệ thống máy lạnh bị rò rỉ Chất nhiễm Nồng độ (mg/m3) Bụi, khói SO2 NOx CO Nồi than 420 - 620 210.8 - 647.4 225 - 305 Nồi dầu 10.9 - 11.4 925 - 2078 148 - 242 12 - 22.1 Bảng Nồng dộ chất ô nhiễm từ nồi 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 Lượng chất thải rắn phát sinh sản xuất 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 dạng sinh khối Nếu men bia chất lượng tốt (chứa vitamin đạm nhiều ): sử dụng 30% làm men giống lại làm thức ăn gia súc - Bã lọc bia: chủ yếu chứa chất trợ lọc phân bón, chơn lấp - Chon, lon hỏng, vỏ đựng , hộp giấy tận thu, tái chế 1.3.3 Nước thải: Vấn đề môi trường lớn nhà máy bia lượng nước thải lớn chứa nhiều chất hữu (tinh bột, xenluloza, loại đường, axít, hợp chất phốt pho, nitơ ), pH cao, nhiệt độ cao Thành phần nước thải nhà máy bia vượt nhiều lần mức cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải qua xử lý Lưu lượng đặc tính dòng nước thải cơng nghệ sản xuất bia biến đổi theo quy mô, sản lượng mùa sản xuất Tại Việt Nam, để sản xuất 1.000 lít bia, thải khoảng kg chất rắn lơ lửng, 10 kg BOD5, pH dao động khoảng 5,8 -8 Cá biệt, số địa phương, hàm lượng chất ô nhiễm mức cao: BOD5 1700-2700mg/l; COD 35004000mg/l, SS 250-350mg/l, PO43- 20-40mg/l, N-NH312-15mg/l Ngồi ra, bã bia chứa lượng lớn chất hữu cơ, lẫn vào nước thải gây ô nhiễm mức độ cao Nước thải nhà máy bia bao gồm: - Nước làm mát : cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia - Nước ngưng tụ nấu bia - Dung dịch tẩy rửa : xút, axit hữu có tác dung tẩy - Nước rửa thùng lên men, chai CIP - Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng: lượng lớn - Nước thải nguồn thải đáng luu ý nghành sản xuất bia Công nghệ sản xuất bia sử dụng lượng nước lớn thải lượng nuớc thải đáng kể Lượng nước thải thải gấp 10 -20 lần lượng bia thành phẩm ST T Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 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 15 Bảng 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 hệ thống xử lý nước thải giới Cùng với phát triển sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp vấn đề vôcùng quan trọng, bảo đảm cho môi trường sống đồng thời góp phần vào phát triển bền vững kinh tế quốc gia giới Tại nhiều nước có cơng nghiệp phát triểncao Nhật, Mỹ, Anh, Pháp, hệ thống xử lý nước thải công nghiệp nghiên cứu đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt thành tựu tiên tiến lĩnh vực tự động hoá áp dụng đem lại hiệu kỹ thuật, kinh tế xã hội vô to lớn Nhiều hãng đầu lĩnh vực USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc đưa giải pháp công nghệ xử lý nước thải đại Những cơng nghệ tự động hố công ty hàng đầu giới nhưSIEMENS, AB, YOKOGAWA, sử dụng rộng rãi công trình xử lý nước thải Có thể nói trình độ tựđộng hoá xử lý nước thải đạt mức cao, tất công việc giám sát, điều khiển thực Trung tâm, người vận hành hỗ trợbởi công cụ đơn giản, dễ sử dụng giao diện đồ hoạ PC, điều khiển kích chuột, góp phần nâng hiệu cho công việc quản lý điều hành dây chuyền cơng nghệ Ngồi với phát triển công nghệ thông tin viễn thông,khoảng cách không gian thời gian rút ngắn, cho phép người vân hành có thểđiều khiển từ cách xa hàng ngàn km với máy tính PC nhận thông tin hệ thống thông qua SMS Hơn thế, hệ thống tựđộng hoá xử lý nước thải tích hợp với hệ thống điều hành cấp độđiều khiển cao cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase) cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm nâng cao mức tự động hoá tối ưu hoá trình sản xuất Ngồi ra, lĩnh vực điều khiển có nhiều lý thuyết điều khiển đại áp dụng nhưđiều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều khiển lai ghép (hybrid control), ứng dụng xử lý nước thải để nâng cao chất lượng điều khiển hiệu suất công đoạn xử lý Lý thuyết hệ chuyên gia áp dụng mở khả tự động hố hồn tồn cho xử lý nước thải 2.2 Khảo sát đánh giá trình độ cơng 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 thể Hình Hoạt động hệ thống sau: Nước thải từ nhà máy thu gom vào hố bơm Từ hố bơm P1 bơm nước qua song chắn rác.Đây bước xử lý sơ Mục đích q trình khử tất tạp vật gây cố trongq trình vận hành hệ thống xử lý nước thải làm tắc máy bơm, đường ống kênh dẫn Đây bước quan trọng đảm bảo an toàn điều kiện làm việc thuận lợi cho hệthống Rác tựđộng vào thùng chứa cách xối nước liên tục cào thủ công Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân Bể có tác dụng điều hồ lưu lượng để trì dòng thải vào gần không đổi cho công đoạn sau, khắc phục vấn đềvận hành dao động lưu lượng nước thải gây nâng cao hiệu suất trình ởcuối dây chuyền xử lý Nhiệt độ nước đo thủ công theo chu kỳ thời điểm tuỳ thuộc vào kỹ sư vận hành Máy bơm P2 bơm nước từ bể cân vào bể trung hoà ổn định lưu lượng Nước thải chứa axít vơ kiềm cần trung hồ đưa pH khoảng 7±0.2 trước sử dụng cho công đoạn xử lý Trung hoà nước thải thực cách bổsung tác nhân hoá học Trong q trình trung hồ, lượng bùn cặn tạo thành Lượng bùn phụ thuộc vào nồng độ thành phần nước thải loại lượng tác nhân sử dụng cho trình Để trung hồ cơng nghệ người ta sử dụng tác nhân hoá học NaOH HCl Khi pH vượt ngưỡng bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, pH vượt ngưỡng DP bổ sung HCl cho máy khuấy M1 hoạt động Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hồ làm đồng hố chất bổ sung với nước thải Điều khiển pH thực 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 chắn pH không vượt ngưỡng cho phép Khi phát pH khơng đạt u cầu người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn nước không bảo đảm tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vi sinh vật nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng lớn đến trình tạo men tế bào trình hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào Nếu vi sinh vật chết cần nhiều thời gian kinh phí để khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất Sau trung hoà nước xử lý tiếp phương pháp sinh học Người ta sử dụng phương pháp sinh học để làm nước thải khỏi nhiều chất hữu hoà tan sốchất vô H2S, chất sunfit, amoniac, nitơ…Phương pháp dựa sở sử dụng hoạt động vi sinh vật để phân huỷ chất hữu gây nhiễm bẩn nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Trong trình dinh dưỡng, chúng nhận chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng sinh sản nên sinh khối chúng tăng lên Quá trình phân huỷ chất hữu nhờ vi sinh vật gọi q trình oxy hố sinh hố Trong cơng nghệ sử dụng hai phương pháp kỵ khí hiếu khí bể kỵ khí hiếu khí (Hình 1) Phương pháp kỵ khí dùng để lên men bùn cặn sinh trình xử lý phương pháp sinh học nước thải công nghiệp chứa hàm lượng chất hữu cao (BOD=4÷5 g/l) Đây phương pháp cổđiển dùng đểổn định bùn cặn, vi khuẩn kỵ khí phân huỷ chất hữu Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta phân loại trình thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, Những sản phẩm cuối trình lên men là: cồn, axit, axeton, khí CO2, H2, CH4 Trong cơng nghệcác chất khí (biogas) sẽđược thu hồi đốt nhờ hệ thống thu hồi xử lý khí Phương pháp hiếu khí phương pháp sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí Bể hiếu khí ln chứa vi khuẩn hiếu khí Trong cơng đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí B ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trình phân giải chất hữu cơđồng thời xáo trộn làm tăng khả hấp thụ chất hữu vi sinh vật đảm bảo phân giải tối đa Kết hình thành bơng sinh học lắng trọng lực ởđầu bể Đối với đa số vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu 6.5÷8.5 Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng lớn tới chức hoạt động vi sinh vật Đối với đa sốvi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷37oC.Nói chung giá trị DO ln bảo đảm khoảng cho phép nhờ công suất không đổi máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp có cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí, ) giám sát thủ cơng Nhiệt độ nước bểđo thủ cơng theo quy trình vận hành (định kỳ theo thời điểm 10 Người vận hành điều khiển hệ thống thông qua IPC Bàn điều khiển Tủ điện cấp nguồn, Trạm điều khiển tựđộng PLC đặt phòng điều khiển cách hệ thống máy tính bàn điều khiển khoảng cách ngắn (theo thiết kế tính theo đường dây 50m) khơng cần phải theo dõi thường xuyên trình vận hành Tồn số liệu q trình trạng thái hệ thống cảnh báo, báo động sẽđược thể máy tính đèn báo, bàn điều khiển Tín hiệu từ tất nút điều khiển tay qua PLC, trừ nút dừng khẩn cấp ESTOP Trên bàn điều khiển có nút chuyển đổi hai chế độ: điều khiển tự động (Auto) điều khiển tay (Manual) Chế độ điều khiển người vận hành tay định Khi người vận hành chuyển khố sang Manual PLC khơng thực chức điều khiển tự động khâu sau: pH, DO,Flow người vận hành hoàn toàn chủ động điều khiển tay Cũng thiết kế chi tiết cách thêm 03 khoá phụ cho ba khâu điều khiển pH, DO, Flow, chuyển sang Manual khoá phụ mở bị chi phối điều khiển tự động (trong trường hợp Manual chếđộ bán tự động) Khi chế độ điều khiển Manual tất nút điều khiển ON/OFF giao diện người máy (HMI) IPC bị vơ hiệu hố Tuy nhiên PLC đưa liệu IPC thực cảnh báo/báo động cho phép đặt cấu hình Khi vận hành hệ thống chế độ tay lựa chọn số tất công đoạn hệ thống sẽđiều khiển tay (thông qua bàn điều khiển tay kích hoạt chuột máy tính) cơng đoạn lại chạy chế độ tự động Đối với công đoạn vận hành tay, người vận hành sẽtự định việc điều khiển thiết bị công đoạn PLC khơng tham gia trực tiếp vào trình điều khiển giám sát hoạt đảm bảo chức hiển thị giá trị đo, cảnh báo, báo động cố cho người vận hành Trái lại, người vận hành vặn khoá bàn điều khiển sang chếđộ Auto nút điều khiển ON/OFF động cơ, điều khiển lượng hoá chất, lưu lượng nước bàn điều khiển tay bị vô hiệu hoá trừ nút ESTOP nút giải trừ cố Khi chuyển chếđộ đèn bàn điều khiển HMI đồng thay đổi theo Khi vận hành chếđộ tựđộng, hệ thống tựđộng cập nhật số liệu từ đầu đo, nhận biết trạng thái làm việc thiết bị, máy móc hệ thống xử lý, tự động điều khiển thiết bị theo chu trình cơng nghệ định trước Chu trình dễ dàng thay đổi tham số làm việc, can thiệp, chuyển đổi sang chế độ vận hành tay dễ dàng sau có thểđưa trở lại chế độ tự động để hệ thống tiếp tục điều khiển chu trình cơng nghệ Việc điều khiển thiết bịcó thể đơn giản thơng qua chuột máy tính Tín hiệu từ tất sensor (đầu đo) điều khiển cấu chấp hành (bơm, van điện, máy sục, ) đặt khu vực dây chuyền đưa tập trung trung tâm giám sát điều hành Tại diễn biến hoạt động đối tượng theo dõi kiểm sốt chặt chẽ thơng qua bàn điều khiển trợ giúp máy tính Các thơng số lưu lượng nước thải, khống chế mực nước bể, chất lượng nước thải pH, nhiệt độ, ơxy hòa tan (DO) tình trạng hoạt động thiết bị cập 29 nhật phòng điều khiển trung tâm hiển thị lên hình máy tính Từđây, người vận hành hệ thống nhận biết số thơng số quan trọng tính chất nước thải hệ thống xử lý, hoạt động thiết bị điều khiển chúng theo mong muốn Các thông số hoạt động hệ thống ghi lưu lại đĩa cứng Báo cáo hàng ngày qua bảng biểu in máy in gắn với máy tính nhờ chức phần mềm SCADA cài đặt Một số trình điều khiển tự động đặc biệt dây chuyền công nghệ điều chỉnh pH, lưu lượng nước thực thông qua khối phần mềm chuyên dụng sử dụng thuật toán điều khiển kinh điển (PI, PID) kết hợp với phương pháp điều khiển đại khác điều khiển mờ, mạng nơron, 3.6 Giới thiệu thiết bị hệ thống tự động hoá a) Thiết bị Trạm điều khiển PLC Trạm máy tính IPC Bảng SIMATIC CPU 315-2DP Hình 14 SIMATIC CPU 315-2DP 30 Hình 15 SIMATIC SM 321-16DI Bảng SIMATIC SM 321- 16DI Bảng SIMATIC SM 331- 8AI Bảng SIMATIC SM322-16DO Bảng SIMATIC SM332-4AO 31 Bảng SIMATIC SM323-8DI/8DO Bảng Cấu hình IPC SIMATIC PC Tower b) Thiết bị đo lường (cảm biến + transmitter) 32 Đo độ pH Transmitter CPM 223-PR0305: Cho phép nối với loại đầu đo CPF81/82 Hiện thị chỗ với hình LCD với loại ngôn ngữ khác Hiển thị giá trị đo nhiệt độ, độ pH thời điểm Ngồi cho phép báo động, cảnh báo điều khiển thiết bị ngoại vi Bảng 10 Các thông số kỹ thuật Transmitter CPM 223-PR0305 Đầu đo CPF81: Loại đầu đo có hai loại tích hợp sensor đo nhiệt độ khơng tích hợp sensor nhiệt độ thiết kế để đo môi trường nước thải công nghiệp Bảng 11 Các thông số kỹ thuật đầu đo CPF81 33 Đo Dissolved Oxygen Transmitter COM 223/253: Cho phép nối với loại đầu đo COS31/41/71 Hiện thị chỗ với hình LCD hai dòng text với loại ngơn ngữ khác Hiẻn thị giá trị đo nhiệt độ, độ pH thời điểm Ngồi cho phép báo động, cảnh báo điều khiển thiết bị ngoại vi Bảng 12 Các thông số kỹ thuật Transmitter COM 223/253 Đầu đo COS41: Loại đầu đo có hai loại tích hợp sensor đo nhiệt độ khơng tích hợp sensor nhiệt độ thiết kế để đo môi trường nước thải công nghiệp Bảng 13 Các thông số kỹ thuật đầu đo COS41 c) Thiết bị chấp hành Bảng 14 Thông số biến tần Commander SE hãng Control Techniques 34 3.7 Thiết kế phần mềm SCADA (Superviser Control And Data Aquisision) cho hệ thống TĐH a) Màn hình Màn hình hình hiển thị sau đăng nhập vào hệ thống Trên hình có sơ đồ tổng thể dây chuyền xử lý nước thải menu dạng nút bấmbutton (Hình 17) Khi bấm vào menu cửa sổ khác cho phép người vận hành khai thác chức khác hệ thơng có thơng tin chi tiết so với thơng tin có hình Hầu hết giá trị thời thông số hệ thống hiển thị hình Các giá trị thông số chất lượng nước dạng số nằm hình bình hành, thơng số vượt ngưỡng tương ứng nhấp nháy xanh/đỏ Trạng thái thiết bị chấp hành (động cơ, van) thể màu sắc: xanh hoạt động, xám dừng Khống chế mức thể hai màu: xanh chưa tới mức khống chế, trái lại màu đỏ b) Bảo mật hệ thống Để đảm bảo an toàn cho hệ thống tự động hoá, tránh xâm nhập bất hợp pháp lỗi vận hành trình độ người sử dụng, phần mềm SCADA có chức phân quyền bảo mật Mỗi người sử dụng tuỳ thuộc chức nhiệm vụ giao cấp số quyền định (ví dụ: xem mà khơng điều khiển; xem điều khiển số công đoạn; thay đổi cấu hình hệ thống; thêm-sửa-xố user; ), quyền cao thuộc người quản trị (Administrator) Mỗi người sử dụng cấp tên mật đăng nhập ( Hình 18) để truy cập hệ thống 35 c) Màn hình điều khiển Cơ cấu chấp hành (động cơ, van) điều khiển từ HMI cách kích chuột dùng bàn phím Trên hình Hình 19 cửa sổ điều khiển tắt/bật động máy bơm, máy thổi khí, máy khuấy, máy gạt bùn, máy ép bùn, biến tần Trên cửa sổ thể trạng thái thiết bị (ON/OFF) d) Các dạng hiển thị thơng số Ngồi cách thể hình chính, thơng số hiển thị dạng đồ thị (Hình 20) dạng bảng tập trung (Hình 21) nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho người vận hành việc theo dõi giám sát q trình cơng nghệ e) Cấu hình hệ thống Các cửa sổ cấu hình hệ thống cho phép đặt giá trị chủ đạo điều khiển ngưỡng cảnh báo/báo động cho thơng số (Hình 22, Hình 23, Hình 24, Hình 25) f) Cảnh báo/Báo động Ngoài phương pháp cảnh báo màu sắc, âm thanh, chức cho phép lưu trữ tất cảnh báo vào bảng chung để thuận tiện cho theo dõi tất hệ thống (Hình 26) Trên bảng có nhiều thơng tin chi tiết phương pháp thể khác, ví dụ:chỉ rõ địa điểm cố, hướng dẫn xử lý, gợi ý nguyên nhân, g) Lưu trữ, báo cáo thống kê Lưu trữ thông số công nghệ, trạng thái thiết bị, cố thực theo chu kỳ thời điểm tuỳ theo yêu cầu người vận hành Dữ liệu lưu trữ sau sử dụng làm báocáo thống kê theo nhiều tiêu chí khác phục vụ cho cơng việc quản lý bảo hành bảo trì thiết bị máy móc (Hình 27) h) Đồ thị trực tuyến Hình 28, Hình 29 hai ví dụ thể đồ thị trực tuyến thông số DO T giúp người vận hành dễ theo dõi giám sát dự báo chiều hướng biến thiên thông số Hình 19 Điều khiển động thiết bị chấp hành 36 Hình 17 Màn hình Hình 20 Hiển thị dạng đồ thị 37 Hình 21 Hiển thị dạng bảng 38 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÁP DỤNG TỰ ĐỘNG HỐ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4.1 Tính ưu việt tự động hoá mặt kinh tế - kỹ thuật Để thực cơng nghiệp hố đại hoá kinh tế nước nhà, hướng đắn thực tự động hoá tất ngành kỹ thuật nói chung nói riêng cơng trình xử lý nước thải công nghiệp với áp dụng khoa học công nghệ tự động hoá cao phương tiện kỹ thuật đại Thực tự động hố cơng trình xử lý nước thải công nghiệp làm tăng độ tin cậy tính liên tục hoạt động hệ thống mà đạt kết quan trọng hết nâng cao chất lượng xử lý nước làm cho chất lượng nước đạt yêu cầu mong muốn khách hàng cách mỹ mãn Để đạt điều phải liên tục kiểm tra tự động q trình cơng nghệ thiết bị có độ nhạy cao, phát sai lệch số chất lượng số lượng cách tức thời để tiến hành điều chỉnh chúng thay đổi giới hạn cho trước Tự động hoá làm tăng suất lao động cải thiện môi trường làm việc công nhân hệ thống xử lý nước thải Người công nhân thực thao tác lặp lặp lại vừa nhàm chán mà khó khăn, nặng nhọc Họ khơng phải làm việc phòng bụi, bẩn, độc hại Tự động hố làm giảm mát hao phí chất phản ứng, tiết kiệm lượng nguyên vật liệu, lượng điện nước Tự động hoá làm tăng khả tổ chức hiệu trình sản xuất Thứ tạo điều kiện tăng cường áp dụng phương pháp tiến khoa học công nghệ Điều tự tăng cường hố thân cơng trình công nghệ Thứ hai làm giảm số lượng công nhân phục vụ trình sản xuất Thứ ba, tăng khả tránh cố giảm độ lớn hay giảm hậu cố Tạo điều kiện nâng cao chất lượng giảm giá thành sản phẩm Tóm lại tự động hố khơng đem lại lợi ích mặt kinh tế, cơng nghệ mà cho thấy rõ tính ưu việt mặt xã hội giải phóng người khỏi cơng việc thủ công nặng nhọc Song vấn đề áp dụng tự động hố hay khơng phần lớn hiệu mặt kinh tế định 39 4.2 Các số hiệu kinh tế tự động hố Khi áp dụng tự động hóa, thao tác cần thực dây chuyền sản xuất thực máy móc chúng điều khiển tự động người ấn nút tự động hồn tồn khơng cần điều khiển Điều làm giảm số lượng lớn công nhân phục vụ dây chuyền khơng cần người tham gia Thực tế, tự động hoá xử lý nước thải giảm đến 2-3 lần số lượng công nhân so với chưa tự động hoá Tự động hoá làm tăng suất làm việc thiết bị bớt thời gian nghỉ để sửa chữa cố Trong trạm xử lý nước giảm hao tổn nguyên vật liệu, chất phản ứng, đồng thời tiết kiệm lượng điện nước Các chi phí để sửa chữa thường xuyên hệ thống máy giảm đến 20% làm tăng thời hạn phục vụ thiết bị tới 30%, bớt số lần cố độ lớn hậu cố.Đối với môi trường làm việc thiết bị cải thiện xác Một điều tiện ích tự động hố dùng hệ thống máy bơm thiết kế, ta tăng giảm cơng suất thiết bị cần giảm vốn đầu tư xây dựng cơng trình giảm khối lượng xây dựng, giảm khối tích nhà xưởng, giảm chiều cao giàn máy, giảm chiều rộng lối hệ thống máy bơm, giảm khối tích phòng phụ trợ điều khiển Mặt khác, áp dụng tự động hoá ta phải thêm khoản chi phí vào vốn đầu tư để mua sắm lắp ráp vận hành phương tiện tự động song chi phí hồn lại thời gian ngắn có lợi để giảm chi phí kể Để đánh giá hiệu kinh tế áp dụng tự động hố vào q trình sản xuất, người ta thường đưa vào số thời gian hoàn vốn ban đầu tự động hoá Thời gian tính theo biểu thức sau: T o= Trong đó: TO - thời gian hồn vốn ban đầu (tính năm): K - vốn đầu tư ban đầu; Q - đại lượng sản phẩm hàng năm; C1: giá thành đơn vị sản phẩm cơng trình chưa áp dụng tự động hoá; C2: giá thành đơn vị sản phẩm cơng trình áp dụng tự động hố; Cũng có số kinh tế tự động hố xác định theo số phần trăm chi phí vốn đầu tư hồn vốn sau năm áp dụng tự động hố: E=*100% Trong đó: E- phần trăm chi phí vốn đầu tư hồn vốn sau năm áp dụng tự động hoá; To - số năm hoàn vốn đầu tư ban đầu Thời gian hoàn vốn lâu tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá sử dụng Sau số thời gian hoàn vốn tham khảo: + Khi tự động hoá phần thiết bị kỹ thuật Cụ thể To = 1-1,5 năm 40 +Khi tự động hố q trình có thay đổi phần thiết bị To = 2-3 năm +Khi tự động hố liên hợp q trình riêng rẽ khơng có thay đổi sơ đồ cơng nghệ To = 4-5 năm +Khi tự động hoá liên hợp đối tượng có thay đổi thiết bị biến đổi sơ đồ công nghệTo=6 năm Trong thời kỳ nay, công nghệ cao phát triển mạnh, việc áp dụng tin học vào tự động hố ngày nhiều cho thấy rõ hiệu kinh tế tiện ích khác hệ thống vận hành tự động nên thời gian hoàn vốn hoàn thành nhanh Mặt khác nhờ có tự động hố mà chất lượng sản phẩm ngày ý để tăng tính cạnh tranh thị trường đến ta khẳng định điều áp dụng tự động hố có sản phẩm chất lượng cao, số lượng nhiều, chi phí giá thành rẻ Do việc áp dụng tự động hố vào q trình sản xuất hướng đắn có theo hướng tiến tới hồ nhập APTA 4.3 Tính tốn hiệu kinh tế a) Dự tốn chi tiết chi phí đầu tư tự động hóa cho hai cơng đoạn trung hòa hiếu khí Tiền thiết bị/vật tư T Thiết bị/vật tư T pH,T sensor pH,T transmitter DO,T sensor DO,T transmitter Flowmeter (đo lưu lượng nước bơm từ bể khuấy vào bể kỵ khí), DIN 150 Flowmeter đo biogas Biến tần (điều chỉnh lưu lượng nước bơm từ bể khuấy vào bể kỵ khí) 5.5Kw Biến tần (điều chỉnh DO bể hiếu khí) 15Kw PC dùng làm HMI (Human Machine Interface) bao gồm CPU, 41 Nước/Hãng SX SL 02 02 01 01 01 Đơn giá (triệu đồng) 5.1 13.7 12.5 13.0 35.1 Giá thành (triệu đồng) 10.2 27.4 12.5 13.0 35.1 Endress+Hauser-Đức Endress+Hauser-Đức Endress+Hauser-Đức Endress+Hauser-Đức ARKON-Anh Endress+Hauser-Đức Control TechniqueAnh 01 01 15.7 10.2 15.7 10.2 Control TechniqueAnh Đông Nam Á 01 15.3 15.3 01 9.5 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 monitor 17", CD-ROM, Keyboard, Mouse SIMATIC PLC S7-300 SIEMENS-Đức SIMATIC SM322 - 16DO SIEMENS-Đức SIMATIC SM323 - 8DI/8DO SIEMENS-Đức SIMATIC SM321 - 16DI SIEMENS-Đức SIMATIC SM332 - 4AO SIEMENS-Đức SIMATIC SM331 - 8AI SIEMENS-Đức Nguồn cấp 24 V SIEMENS-Đức Tủ điều khiển VIELINA-Việt Nam Nút ấn, công tắc, rơle trung gian, Hàn Quốc đèn/còi báo cảnh, cáp động lực, dây tín hiệu phụ kiện Tổng chưa VAT VAT 10% Tổng có VAT 01 01 01 01 01 01 01 01 Tiền công ST Nội dung công việc T Khảo sát, nghiên cứu công nghệ phân tích khả ứng dụng TĐH cho trạm xử lý nước thải Phân tích, thiết kế chức phần cứng hệ thống TĐH Thiết kế sơ đồ điện hệ thống TĐH lựa chọn linh kiện/vật tư cần thiết cho sơ đồ Viết chương trình cho điều khiển PLC Kết nối, lắp ráp thiết bị phần cứng, kiểm tra , thử phòng thí nghiệm Thiết kế chức năng, giao diện phần mềm HMI Thiết kế sở liệu phần mềm HMI Viết chương trình phần mềm HMI Kết nối PC+ HMI tủ điều khiển, kiểm tra chức toàn hệ thống phòng thí nghiệm 10 Lắp đặt, kết nối hệ thống trường 11 Vận hành chạy thử, theo dõi hiệu chỉnh 12 Làm tài liệu hướng dẫn sử dụng 13 Đào tạo, hướng dẫn sử dụng chuyển giao 14 Bảo hành 12 tháng miễn phí Tổng chưa VAT 42 16.5 3.1 4.3 3.1 5.3 7.5 1.9 4.2 3.9 16.5 3.1 4.3 3.1 5.3 7.5 1.9 4.2 3.9 198.7 19.87 218.57 Giá thành (triệu đồng) 5 12 5 15 4 70 VAT 10% Tổng Tổng dự toán : 295.57 triệu đồng 43 77 ... độ cơng 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 đo n thể Hình Hoạt động hệ thống sau: Nước thải từ nhà máy... nghệ xử lý nước thải .9 2.3 Khả áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia 12 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HỐ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Mục đích áp dụng tự động hố xử lý nước. .. xử lý nước thải 13 3.2 Yêu cầu sở xây dựng hệ thống tự động hoá 13 3.3 Thiết kế chức hệ thống tự động hoá xử lý nước thải .15 3.4 Lưu đồ hoạt động hệ thống tự ộng hoá xử lý nước thải 18