Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.1Mục đích luận văn:
Ngày nay trong các hệ thống tự động PLC là sự lựa chọn tối ưu nhất trong việc
điều khiển hệ thống. Hơn nữa, các hệ thống tự động vẫn thường có chế độ Manual-điều
khiển bằng tay khi người điều khiển muốn trực tiếp điều khiển từng thiết bị trong hệ
thống. Với đề tài “Mô hình hệ thống xử lý nước thải điều khiển bằng PLC Mitsubishi”
em có thể làm quen với việc sử dụng PLC Mitsubishi điều khiển hệ thống, thiết kế và
thi công tủ điện điều khiển (với hai chế độ Auto và Manual), đồng thời bước đầu tìm
hiểu việc giao tiếp giữa PLC Mitsubishi và máy tính (nạp thông số điều khiển và giám
sát trạng thái PLC từ máy tính) thông qua truyền thông nối tiếp sử dụng Visual Basic.
Dựa trên hệ thống xử lý nước thải thực tế đang hoạt động tại nhà máy đường Trị
An, em đã xây dựng một mô hình gần giống với thực tế, thay thế các máy bơm, máy
thổi khí ba pha công suất lớn bằng các máy bơm, máy oxy sử dụng trong các hồ cá
cảnh, thay các contactor đóng ngắt công suất lớn bằng các relay, sử dụng một công tắc
giả lập cho các sensor cảm biến đo nồng độ pH của nước thải,… Mô hình có thể hoạt
động ở hai chế độ tự động Auto và bằng tay Manual. Ở chế độ bằng tay, người vận
hành có thể trực tiếp điều khiển hoạt động của hệ thống. Ở chế độ Auto, hệ thống sẽ tự
động chạy theo đúng quy trình công nghệ bằng sự điều khiển của PLC Mtisubishi,với
thông số thời gian hoạt động của các thiết bị được nạp xuống PLC từ máy tính, đồng
thời máy tính cũng giám sát được trạng thái của các thiết bị (đang đóng hay mở).
1.2Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải:
1.2.1 Định nghĩa:
 Nước thải:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 67
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
Mục đích của quá trình xử lý nước thải là loại bỏ các chất ô nhiễm.Những chất
này có thể tồn tại ở các dạng khác nhau trong nước thải:chất hòa tan hay chất rắn lơ
lửng, có thể phân hủy được bằng phương pháp sinh học hay không thể phân hủy được
bằng phương pháp sinh học…
Thành phần chất hữu cơ trong nước thải được thể hiện đặc trưng qua các đại

1 Tổng chất rắn (TS) Phần chất rắn còn lại sau khi
mẩu nước thải được bay hơi và
làm khô tại nhiệt độ 103-105
0
C
2 Tổng chất rắn bay
hơi (TVS)
Là phần chất rắn bay hơi và đốt
cháy khi nung TS 500±50
0
C
3 Tổng chất rắn cố
định
Là lượng chất rắn còn lại sau
khi nung TS ở nhiệt độ
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 69
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
500±50
0
C
4 Tổng chất rắn lơ ửng Phấn chất rắn dược giữ lại trên
giấy lọc sợi thủy tinhWhatman
với độ lổ hổng 1,58 µm,được
xác định sau khi làm khộ mẩu
tại nhiệt độ 103-105
0
C
5 Chất rắn lơ lửng bay
hơi (VSS)
Là chất rắn có thể bay hơi hay

khi nung TDS ở nhiệt độ
500±50
0
C
10 Chất rắn lắng được Là lượng chất rắn lơ lửng lắng
xuống sau thời gian (1 giờ)
trong nón Imhoff,được thể hiện
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 70
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
dưới đơn vị ml/l
Bảng 1.1 : phân loại chất rắn
Giá trị tổng chất rắn lơ lửng TSS thường được xác định để làm cơ sở cho việc
điều chỉnh quá trình xử lý. Tuy nhiên cũng nên lưu ý rằng giá trị TSS xác định được
thường khó chính xác và thiếu ý nghĩa cơ sở.
 Độ đục:
Độ đục đo khả năng chiếu xuyên của ánh sang qua nước, là một thông số để
định tính chất lượng của nước sau xử lý và nước thiên nhiên về các thành phần các chất
keo và chất lơ lửng. Việc đo độ đục dựa trên sự so sánh mật độ ánh sang xuyên qua
mẩu và ánh sang xuyên qua một dung dich chuẩn trong cùng một điều kiện. Đơn vị đo
độ đục là NTU
 Độ màu:
Màu của nước được gây ra bởi các chất rắn lơ lửng, các chất keo và các hợp
chất hòa tan. Màu sinh ra bởi các chất lơ lủng được gọi là màu biểu kiến, trong khi màu
được sinh bởi các chất keo và các hợp chất hòa tan được gọi là màu thật. Màu thật vẫn
được giữ nguyên khi lọc mẩu nước. Màu của nước thải được xác định bằng cách so
sánh với màu của dung dich chuẩn K
2
PtCl
6
. Một đơn vị màu tương ứng với màu được

Phosphate: nồng độ PO
4
 Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demands):
COD đặc trưng cho lượng chất hữu cơ và một phần chất hữu cơ có thể oxy hóa
hoàn toàn bằng chất oxy hóa mạnh như bichromate kali, permanganate kali…chúng ta
phân biệt:
COD tổng :COD của mẩu đã được khuấy đều
COD tan :COD của mẩu đã được lọc qua giấy lọc 0,6µm
COD tồng – COD tan = COD rắn lơ lửng
 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biology Oxygen Demands):
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 72
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
BOD đặc trưng cho lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa hoàn toàn bằng các vi
sinh vật.
Tỉ số BOD/COD của nước thải cho chúng ta biết khả năng phân hủy sinh học
của nước thải.
BOD/COD > 0,5 : Nước thải dễ bị phân hủy sinh học
BOD/COD < 0,5 : Nước thải khó bị phân hủy sinh học
 Bùn hoạt tính:
Bùn hoạt tính là quần thể các vi sinh vật. Tùy theo chủng loại các vi sinh vật
trong bùn hoạt tính người ta phân thành bùn hoạt tính kỵ khí và bùn hoạt tính hiếu khí.
Quá trình bùn hoạt tính trong bể aerotank là quá trình sử dung bùn hoạt tính
hiếu khí để xử lý, chúng là quần thể các vi sinh vật như:
- Vi khuẩn hiếu khí bắt buộc
- Vi khuẩn hiếu khí không bắt buộc
- Vi khuẩn các loại dạng sợi
- Vi khuẩn nitro hóa và denitro hóa
- Vi khuẩn loại phosphate
- Protozoa
- Nấm

(kg/m
3
.ngđ) =
Thể tích bể phản ứng (m
3
)
BOD
XL
(kg/m
3
)×Lưu lượng (m
3
/ngày đêm)
V
BOD
(kg/m
3
.ngđ) =
Thể tích bể phản ứng (m
3
)
COD
XL
, BOD
XL
: lượng COD , BOD được xử lý
• Tải lượng bùn (F/M):
Tải lượng bùn là lượng COD, BOD, N, P được xử lý bằng 1kg bùn trong bể
phản ứng trong một ngày đêm.
V

GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 75
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
Vs là lượng nước chảy qua 1m
2
bề mặt bể lắng trong 1 giờ.
Lưu lượng (m
3
/h)
Vs =
Diện tích bề mặt lắng (m
2
)
• Thới gian lưu trung bình (ngày đêm) MCRT (Mean Ceel Residence
Time):
Thời gian lưu trung bình là tuổi của bùn trong hệ thống
MLSS × Thể tích
MCRT =
Lượng bùn lấy ra hằng ngày
Lượng bùn lấy ra hằng ngày là : lượng bùn dư, lượng chất rắn lơ lửng chảy theo
dòng nước ra ngoài.
1.2.2 Các phương pháp xử lý nước thải:
Công nghệ tổng quát để xử lý nước thải như sau:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 76
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
Sơ đồ công nghệ tổng quát hệ thống xử lý nước thải
 Xử lý cơ học:
Các quá trình xử lý cơ học nhằm gạn lọc, lắng để loại bỏ khỏi nước thải các hợp
chất không tan vô cơ nhu đất, cát cũng như các tạp chất hữu cơ có kích thước lớn ở
dạng tấm, dạng sợi… cũng như điều hòa nước thải về mặt lưu lượng, thành phần các
chất hữu cơ, hóa học…Các công trình xử lý cơ học tiêu biểu:

Là quá trình xử lý chất thải hữu cơ ở dạng hòa tan triệt để nhất. Đây là một quá
trình phân hủy các chất hữu cơ dưới sự tham gia của các vi sinh vật. Về cơ chế phân
hủy người ta phân biệt hai quá trình:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 78
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
• Quá trình phân hủy kỵ khí: là quá trình phân hủy các chất bẩn hữu
cơ dưới tác dụng của các vi sinh vật kỵ khí trong trong điều kiện không có oxy.
Phương trình cơ bản của quá trình phân hủy kỵ khí là:
-O
2
(CHO)
n
NS CO
2
+ H
2
O + Tế bào VSV + Sản phẩm trung gian
VKKK + CH
4
+ NH
4
+
+ H
2
S + Năng lượng
VKKK : vi khuẩn kỵ khí
• Quá trình phân hủy hiếu khí: là quá trình oxy hóa các hợp
chất hữu cơ dưới tác dụng của các vi sinh vật hiếu khí có sự tham gia
của oxy. Phương trình cơ bản của phân hủy hiếu khí là:
+O

Xử lý nước thải từ quá trình khử bụi, rửa rãnh tro trong
ống khói, sau đây được gọi là nước thải ống khói. Nước thải
này bị bẩn vô cơ với hàm lượng chất thải rắn lơ lửng lên đến
2000mg/l và đã được xử lý sơ bộ, giảm một phần cặn trong
một hệ thống xử lý do Trung Quốc thiết kế và xây dựng. Quá
trình xử lý tiếp theo tại hệ thống xử lý mới này nhằm tăng
cường quá trình giữ cặn trong nước thải, giảm độ màu. Quá
trình xử lý được thực hiện trong bể lọc liên tục.
+ Cụm xử lý sinh học:
Xử lý nước thải tứ quá trình công nghệ bao gồm nước
thải từ quá trình làm lạnh bơm, rửa vải lọc, nước dung cho
phòng thí nghiệm, nước làm lạnh trục gián ép, nước thải sinh
hoạt…Sau đây được gọi là nước thải công nghệ. Đây là loại
nước thải có thành phần chất hữu cơ cao. Quá trình xử lý nước
thải công nghệ sử dụng quá rình sinh học sử dụng bùn hoạt
tính .
1.2.3 Kiểm soát quá trình xử lý:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 80
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
 Giới thiệu:
Việc đánh giá hoạt động của các hệ thống xử lý sinh học được thực hiện một
cách thường xuyên để hệ thống đạt được trạng thái ổn định và tối ưu.
Việc đánh giá chính xác chỉ có thể đạt được trên cơ sở:
• Hiểu biết về các thiết bị kỹ thuật
• Hiểu biết về quá trình xử lý sinh học
• Theo dõi và phân tích thường xuyên các đặc tính của nước thải, nước đã
xử lý và các thông số quá trình
• Ghi chép các thông tin để rút ra những kinh nghiệm
 Kiểm tra chất lượng nước thải:
Tính chất nước thải quyết định quá trình xử lý

Việc tăng lượng chất rắn lơ lửng vô cơ không thể phân hủy sinh học làm giảm
số lượng tế bào các vi sinh vật trong bùn hoạt tính.Trong một số trường hợp lượng chất
rắn lơ lửng rất cao có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng loại bỏ bùn của bể xử
lý.
 Chất dinh dưỡng:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 82
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
Nitơ và phosphor là các thành phần quan trọng nhất cho sự phát triển của bùn
hoạt tính. Nitơ và phosphor cần có với số lượng đủ để phát triển một hệ bùn hoạt tính
ổn định.
 Phosphor:
Tỉ lệ BOD/P khoảng 100/1 đủ cho nhu cầu của vi sinh. Có thể phân biệt
phosphor tổng cộng và phosphor – PO
4
3-
. Các vi sinh vật dễ hấp thụ PO
4
3-
hơn.
Phosphor hữu cơ có thể chuyển hóa thành PO
4
3-
. Một vài loại phosphor không
phân hủy sinh học và không hấp thụ được.
Tình trạng thiếu dinh dưỡng làm giảm hoạt tính của hệ thống xử lý sinh
học. Ảnh hưởng của tình trạng thiếu dinh dưỡng đôi khi chỉ được phát hiện sau
vài tuần.
 Nitơ:
Tỉ số BOD/N khoảng 100/5 là tương đối đủ cho nhu cầu của vi sinh vật.
Ở phần trên chúng ta đã phân biệt các dạng nitơ sau:

.
Đôi khi lượng nitơ trong nước thải không đủ cho sự phát triển của vi sinh
vật. Trong trường hợp đó cần cho thêm một lượng nitơ. Việc tính toán lượng
nitơ cho thêm vào cần dựa trên lượng nitơ có thể sử dụng chứ không phải lượng
nitơ tổng cộng.
NH
+
4
không độc và không ức chế các phản ứng sinh học. Tuy nhiên, NH
3
sinh ra trong môi trường kiềm thậm chí ở nồng độ thấp khá độc. Do đó nếu
nồng độ NH
3
trong nước thải cao cần giữ cho pH < 7.
 Các chất độc ức chế:
Các chất độc ức chế cản trở các phản ứng sinh hóa: nitro hóa, phản ứng giảm
BOD/COD.
Nếu có mặt của các chất độc hại trong nước sẽ có hại cho hệ thống xử lý, do đó
cần phân tích thường xuyên.Việc quan sát sự trúng độc của vi sinh trong hệ thống
không khó (hiện tượng tạo bọt, chất lượng nước sau xử lý giảm, cản trở quá trinh nitro
hóa). Thế nhưng khi phát hiện được những điều này thường là đã quá muộn.Việc tái
tạo lại bùn bị trúng độc thường mất vài tuần lễ, vì thế cần tránh việc bị trúng độc bằng
mọi giá. Các vi khuẩn nitro hóa thường rất nhạy cảm với các hợp chất độc hại hoặc ức
chế.
 Tải trọng hữu cơ:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 84
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
Một hệ thống xử lý sinh học được thiết kế xử lý một lượng BOD, COD.
Tải trọng hữu cơ được xác định qua lưu lượng và nồng độ BOD, COD trong
nước thải. Việc kiểm tra các chỉ tiêu này rất quan trọng để đạt được quá trình ổn

trưởng tiêu thụ oxy tính theo phương trình Arrhenius.
Ở nhiệt độ cao, sự cung cấp oxy trở nên yếu tố quyết định cho hiệu suất
của quá trình.
Độ hòa tan của oxy trong nước giảm, trong khi nhu cầu oxy tăng.
Ở nhiệt độ thấp hơn hoặc bằng 10
o
C, hoạt tính của bùn giảm và đặc biệt
khả năng nitro hóa hoàn toàn chấm dứt
 Kiểm tra nước sau xử lý:
Việc đạt tiêu chuẩn của nước thải sau xử lý là mục đích chính của quá trình xử
lý sinh học.
 pH:
pH của nước sau xử lý là một tiêu chuẩn đánh giá pH trong quá trình xử
lý và có thể làm cơ sở cho việc điều chỉnh pH nước thải
 BOD:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 86
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
BOD của nước thải sau xử lý sinh học phải rất thấp và là đại lượng đặc
trưng cho hiệu suất xử lý của quá trình.
Sự tăng BOD của nước sau xử lý có thể do những nguyên nhân sau:
- Quá tải
- Thiếu oxy
- pH không ổn định
- Thiếu dinh dưỡng
- Trúng độc
- Khuấy trộn kém
Vì thông thường người ta phân tích BOD mất 5 ngày nên khó kiểm tra
kịp thời quá trình dựa trên BOD. Do vậy ngày nay người ta thường dùng máy đo
nhanh để xác định BOD.
 COD:

Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
phần hữu cơ không thể phân hủy sinh học của nước thải đầu vào. Lượng nitơ
này vi sinh vật không sử dụng được.
Những loại nước thải chứa một lượng lớn nitơ phải được xử lý bằng quá
trình sinh học loại bỏ nitơ. Đó là quá trình denitro hóa.
 Nitơ-Kjeldahl:
Bước đầu tiên của việc loại trừ Nitơ-Kjeldahl là quá trình chuyển hóa
nitơ hữu cơ thành N-NH
4
+
(quá trình ammonia hóa). Phần nitơ hữu cơ liên kết
lớn hơn 10mg/l có thể những nguyên nhân sau:
- Điều kiện của quá trình không ổn định (khởi
động)
- Trúng độc
- Có những hợp chất nitơ không thể phân hủy
sinh học
- Nồng độ bùn cao trong nước thải sau xử lý
(bùn cũng chứa nitơ hữu cơ)
 Ammonia-Nitơ:
Trong quá trình nitro hóa, ammonia bị oxy hóa thành nitrate và nitrite.
Quá trình chỉ diễn ra trong điều kiện thích hợp (pH, nhiệt độ, tuổi bùn, oxy, …).
Nồng độ ammonia cao cho thấy:
- Điều kiện của quá trình không thích hợp
(khởi động)
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 89
Đồ án tốt nghiệp Chương 3:Sơ lược về VB và phương thức truyền thông
- Có mặt chất độc và chất ức chế
- pH không phù hợp (<6.5 hay >8.5)
- Bùn quá non

liên kết, phosphor hữu cơ đó là:
- Thành phần tế bào vi sinh vật từ bùn trôi theo nước
thải sau xử lý
- Những hợp chất phosphor không thể phân hủy sinh
học trong nước thải đầu vào
1.2.4 Quy trình công nghệ xử lý:
 Nước thải ống khói:
GVHD:Nguyễn Văn Huy Trang 91

Trích đoạn Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC: Phần mềm lập trình GX Developer:

---