-1-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐỖ NGỌC MINH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM SOÁT HÀM LƯNG
SẢN PHẨM DẦU MỎ TRONG NƯỚC THẢI LACANH TÀU CÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT TẦU THỦY
Mã số: 60.52.32.04
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THẠCH Nha Trang - tháng 11 năm 2007


-3-
LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. NGUYỄN THẠCH đã tận tình giúp
đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.
Để hoàn thành luận văn này, trong thời gian nghiên cứu, tiến hành thực nghiệm,
tôi nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn PGS.TS. NGUYỄN
THẠCH. Ngoài ra tôi còn được sự ủng hộ, giúp đỡ rất nhiệt tình của các đồng nghiệp
thuộc khoa Kỹ thuật cơ sở Học viện Hải quân, trung tâm công nghệ sinh học và môi
trường, trung tâm tư liệu & thư viện – trường đại học Nha Trang.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả về sự hướng dẫn giúp đỡ có hiệu quả của quý
thầy, của các đơn vò, gia đình và bạn bè thân hữu.

-5-
3.5. Mạch nguồn 59
3.6. Mạch khuếch đại điện áp và lọc đầu vào 60
3.7. Phím thiết lập ngưỡng cảnh báo 63
3.8. Mạch hiển thò số 64
3.9. Mạch điều khiển và mạch biến đổi ADC 64
3.10. Cơ cấu chấp hành 66
3.11. Mạch tổng hợp 67
3.12. Mạch in của mạch tổng quát 68
3.13. Mô hình của hệ thống kiểm soát hàm lượng dầu mỏ trong nước thải lacanh tàu cá 68
Chương 4 Kết quả và thảo luận 67
4.1. Quy hoạch thực nghiệm 70
4.2. Xử lý kết quả thực nghiệm 73
4.3. Thảo luận và đề xuất ý kiến 82
Tài liệu tham khảo 80
Phụ lục 82
Một yêu cầu thiết thực hiện nay là phải tăng cường công tác quản lý và có các
biện pháp xử lý nước thải đáy tàu (nước lacanh) trước khi thải ra biển. Đây là lý do, là
động lực thôi thúc để tôi lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động kiểm soát hàm lượng sản phẩm dầu
mỏ trong nước thải lacanh tàu cá”
Bố cục của luận án gồm:
 Chương 1: Tổng quan về ô nhiễm môi trường nước.
 Chương 2: Cơ sở thiết kế hệ thống tự động kiểm soát nước thải
lacanh tàu cá.
 Chương 3: Chế tạo mẫu hệ thống tự động kiểm soát nước thải lacanh
tàu cá.
 Chương 4: Kết quả và thảo luận.
Luận văn được hoàn thành tại Khánh Hoà với 91 trang thuyết minh và 21 trang
phụ lục.
Tuy đã cố gắng trình bày những hiểu biết và suy nghó của mình một cách logic
song chắc chắn là không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự chỉ dẫn và đóng góp
xây dựng của quý thầy giáo cùng các đồng nghiệp để luận án được hoàn chỉnh và có
giá trò thực tế cao hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Nha trang, tháng 11 năm 2007
Tác giả; Đỗ Ngọc Minh -8-

biện pháp hoặc công nghệ xử lý cũng như kiểm soát nước thải một cách tối thiểu.
Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:[7]
Nước thải sinh học: 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: (còn gọi là nước thải sản xuất) là nước thải từ các nhà
máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là
chủ yếu.
Nước thải đô thò: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của
thành phố. Đó là hỗn hợp các nước thải kể trên.
1.2.2. Các tính chất đặc trưng của nước thải
Bảng các tính chất đặc trưng của nước thải trình bày ở phụ lục 1-1.[7]
1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ Ô NHIỄM ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG BIỂN
Trước đây người ta thường nghó rằng, biển và đại dương rộng lớn bao la sẽ chẳng
bao giờ bò ô nhiễm. Nhưng ngày nay người ta đã nhận thức được rằng điều đó không
phải như vậy. Biển và đại dương cũng có thể bò ô nhiễm và có thể đánh giá những ảnh
hưởng có hại do những tác động có hại do con người gây ra.
Nước trong đại dương là một dung dòch rất phức tạp và có những bằng chứng cho
thấy thành phần của chúng thay đổi rất ít trong hàng triệu năm qua do sự ổn đònh này
mà các sinh vật biển được thuần hoá cao và không chòu được sự thay đổi của môi
trường. Như vậy, đại dương cũng là một hệ sinh thái dễ hỏng và dễ bò ô nhiễm.
Bản đồ đòa hình của đại dương cho thấy, có hai thành phần riêng biệt khi chúng ta
nghiên cứu về biển và đại dương: thềm lục đòa và các đại dương sâu. Thềm lục đòa, đặc
biệt các khu vực gần các cửa sông chính là nguồn cung cấp thức ăn, khai thác thuỷ sản.
Khu vực này đang tiếp nhận tải trọng ô nhiễm lớn nhất. Nhiều cửa sông chính gần ngư
thượng đã bò ô nhiễm đến mức tồi tệ. Một số vùng biển lớn như Bantic, Đòa Trung Hải
cũng đang bò đe doạ trở nên hư hại vónh viễn.
Mặc dù có nhiều quốc gia trên thế giới đã hạn chế một cách nghiêm ngặt việc
thải nước thải ra biển, nhưng ở Việt Nam vẫn còn nhiều thành phố thải nước thải chưa
qua xử lý vào môi trường này. Nước thải thường dẫn trong một hệ thống ống ra xa bờ
và thải qua các đầu khuếch tán để đạt mức pha loãng tối đa. Tuy vậy, các cuộc tranh

-11-
quy đònh an toàn sinh thái cho các trại cá giống, các khu vực nuôi trồng thủy sản… Sau
đây là hàm lượng một số chất ô nhiễm mà nước ta quy đònh giới hạn cho phép.
Bảng giá trò giới hạn nồng độ cho phép các chất ô nhiễm trong nươc biển ven bờ
(TCVN 5943 – 1995) trình bày ở phụ lục 1.3:[7].
1.5. ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC THẢI LACANH
1.5.1. Nước lacanh
Trong quá trình khai thác con tàu, khai thác hệ động lực, một lượng nước chứa
dầu thường xuyên được tạo ra, tích tụ lại ở dưới buồng máy, nước ấy gọi là mước la
canh. Vậy nước lacanh được tạo thành do kết quả của việc sử dụng dầu và các sản
phẩm dầu làm nhiên liệu, dầu bôi trơn cho các cho các thiết bò động lực, cho tất cả các
máy móc trên tàu. Mặt khác nước lacanh cũng được tạo thành do sự dò rỉ, thấm lót từ
các đường ống buồng bơm hoặc do quá trình vận chuyển đầu đốt, dầu nhờn. Cũng có
thể do việc sử dụng dầu để lau chùi, vệ sinh máy móc, vệ sinh trang thiết bò. Ngoài dầu
đốt, dầu nhờn, trong nước lacanh còn có chứa nhiều tạp chất khác như xà phòng, chất
tẩy rửa, các cặn bẩn.
Lượng hỗn hợp nước – dầu tạo thành trong đáy buồng máy phụ thuộc vào loại
tàu, cỡ tàu, công suất của máy chính, máy đèn, máy phụ, cách bố trí buồng máy mặt
khác còn phụ thuộc vào trình độ, kỹ thuật khai thác, ý thức của các sỹ quan, thợ máy và
những thuyền viên của tàu. Người ta có khả năng tính toán trong một ngày đêm phụ
thuộc vào lượng chiếm nước của tàu ở bảng dưới đây:
Bảng 1.1. Lượng nước lacanh sau một ngày đêm theo lượng chiếm nước tàu [8].
TT Lượng chiếm nước của tàu,
(tấn)
Lượng nước lacanh sau một ngày
đêm, (m
3

 Một số tài liệu thí nghiệm cho thấy, trong nước lacanh có hàm lượng dầu trung
bình khoảng 2000mg/l
1.6. MỘT SỐ QUI ĐỊNH VỀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG BIỂN
1.6.1. Các công ước quốc tế
 Năm 1921 – Anh: hội nghò chủ tàu, đại diện ngành công nghiệp dầu mỏ, nghiên
cứu các vấn đề ô nhiễm biển do dầu gây ra và đề ra các biện pháp ngăn ngừa.
-13-
 Năm 1926 – Washington: hội nghò quốc tế qui đònh vùng biển và ven bờ không
được xả dầu và trang thiết bò phân ly lọc nước lacanh buồng máy cho tàu thủy.
 Năm 1954 – London: hội nghò quốc tế, đại diện các nước có đội tàu trên 100.000
tấn đăng ký, 33 nước tham gia, 10 nước quan sát viên. Công ước quốc tế về ô nhiễm
bởi dầu, 1954 (OILPOL), nội dung:
 Quy đònh vùng biển không được xả dầu tối thiểu cách bờ 50 hải lý.
 Quy đònh trên tàu phải có nhật ký các công việc có liên quan đến dầu.
 Năm 1962 – London: Hội nghò quốc tế bổ sung, sửa đổi OILPOL 54, có hiệu lực
từ ngày 19/1/1978.
 Tàu không phải là tàu dầu chỉ được xả xuống biển trong điều kiện sau:
1. Tàu đang chạy.
2. Cường độ xả tức thì không quá 60lít/hải lý.
3. Càng xa bờ càng tốt.
 Đối với tàu dầu:
1. Tàu đang chạy.
2. Cường độ xả tức thì không quá 60lít/hải lý.
4. Tổng lượng dầu xả ra biển trong chuyến đi không hàng không được
vượt quá 1/15.000 trọng lượng của tàu.
5. Tàu cách bờ trên 50 hải lý.
Các quy đònh về việc xả dầu nước lacanh buồng máy tàu dầu cũng tương tự đối
với tàu không phải là tàu dầu.
 MARPOL 73/78: Là chữ viết tắt của Marine Pollution, công ước hàng hải ta
thường gọi đầy đủ là:”công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra”.

Theo qui đònh 9.10 phụ lục I của công ước quốc tế MARPOL 73/78 đối với các
tàu nêu trong bảng được trình bày ở phụ lục 1.4: [4].
1.6.2. Các văn bản quốc gia về bảo vệ môi trường biển
Theo qui phạm các hệ thống ngăn ngừa ô nhiễm biển của tàu TCVN 6276 –
1997 ta có:
-15-
+ Đối với tàu có tổng dung tích từ 150 tấn đăng ký trở lên được phép xả dầu trong
các trường hợp sau:
 tốc độ xả dầu không quá 60 lít/giờ.
 Tàu đang chạy.
 Tổng lượng dầu xả trên biển không quá 1/15.000 tổng lượng hàng đối với tàu cũ
và 1/30.000 đối với tàu mới.
 Tàu phải cách bờ 50 hải lý.
 Tàu phải có hệ thống kiểm tra, điều khiển việc xả dầu, có két lắng và các thiết bò
phục vụ chống ô nhiễm biển.
+ Đối với tàu có tổng dung tích từ 400 tấn đăng ký trở lên:
 Tàu không ở vùng đặc biệt.
 Tàu đang chạy.
 Hàm lượng dầu trong nước nhỏ hơn 15ppm.
 Tàu phải có hệ thống kiểm tra, điều khiển việc xả dầu, có thiết bò phân ly dầu –
nước.
+ Các yêu cấu đối với hệ thống lọc dầu:
hệ thống lọc dầu phải thỏa mãn các yêu cầu sau, tùy theo kiểu và kích thước trọng
lượng của tàu.
 Phải có thiết kế đăng kiểm duyệt và phải đảm bảo sao cho bất kỳ hỗn hợp dầu
nào sau khi qua hệ thống lọc phải có hàm lượng dầu không qua 15ppm.
 Lắp đặt một báo hiệu ánh sáng và âm thanh có kiểu đã được duyệt, hoạt động
khi chức năng đo đạc bò sai sót, hư hỏng.
 Trang bò một thiết bò ngưng xả tự động sao cho đảm bảo ngừng hệ thống khi
hàm lượng dầu của nước thải vượt quá 15ppm.

van vớt dầu
 Thể tích và hệ số sử dụng thể tích làm việc.
 Độ sai lệch về khối lượng riêng của nước và dầu.
 Thời gian của hỗn hợp qua thiết bò phân ly.
Các nhà nghiên cứu đã có những cải tiến như thay đổi dòng chảy, thay đổi số lượng
và cách bố trí vách ngăn hoặc đưa vào chế độ hoạt động chân không. Tuy vậy hiệu quả
đạt được chưa cao.
1.7.2. Máy phân ly kiểu tuyển nổi
Cấu tạo:
Hình 1.3: Máy phân ly kiểu tuyển nổi
Gồm một trục quay do động cơ ngoài dẫn động và được lắp đặt trong bình hình
trụ tròn, máy phân ly này làm việc ở hai giai đoạn:
 Giai đoạn 1: Giai đoạn lắng trọng lực.
 Giai đoạn 2: Giai đoạn bơm bọt khí vào hỗn hợp.
Nguyên lý hoạt động:
Máy phân ly nước lacanh kiểu tuyển nổi dựa trên nguyên lý làm tăng tốc độ nổi
của các hạt dầu bằng cách bơm bọt khí vào sẽ kết hợp với các hạt dầu tạo thành một hệ
-18-
nhờ lực liên kết giữa các phần tử, sau đó dưới tác dụng của lực đẩy trong nước sẽ làm
các hạt dầu nổi lên.
Hiệu suất của máy phụ thuộc vào số bọt khí đưa vào kích thước hạt dầu. Có thể
nói, loại máy phân ly nước lacanh kiểu tuyển nổi, không được dùng rộng rãi trên các
tàu biển vì nó khá phức tạp, mặt khác hiệu suất thấp. [20]
1.7.3. Máy phân ly kiểu tích tụ
cấu tạo:
Hình 1.2: Máy phân ly kiểu tích tụ COALESCER MITSUBISHI
Gồm những ống mao dẫn được chế tạo từ những vật liệu đặc biệt như: tơ sơi hoá
học, các cơ tính kỵ nước hút dầu, các ống có đường kính từ 4  6mm và được đặt trong
ống nằm ngang. Ngoài ra nó còn có các trang thiết bò để kiểm tra việc xả cặn, xả nước
sạch ra mạng tàu, xả dầu về két chứa. Các vật liệu dùng để chế tạo ống mao dẫn: 1.

1.8. Một số hệ thống xử lý nước thải lacanh trên thế giới
1.8.1.Thiết bò đo hàm lượng dầu mỏ trong nước thải lacanh tại trung tâm Sinh học
trường Đại học Nha Trang
Tên máy: OCMA – 310,
Hãng sản xuất: HORIBA,
Nước sản xuất: Nhật bản
Đo hàm lượng dầu trong nước bằng kỹ thuật hồng ngoại.
1
2
3
4
5
6
8
7
9
-20-
Hình 2.18. Sơ đồ hệ thống máy tách dầu của Nhật
1- Mẫu thử
2- Thùng đựng mẫu thử
3- Cánh khuấy
4- Van một ngả
5- ng dẫn
Nguyên lý làm việc: Mẫu nước sạch trước khi đưa vào máy để phân tích được
pha với dung môi sử dụng để chiết CCL
4
với tỉ lệ 2:1.
Dầu ở trong mẫu thu được chiết ra từ dung môi, sau đó được đo độ hấp thụ trên
đầu dò hồng ngoại ở khoảng bước sóng từ 3,4 – 3,5m.
Khoảng đo của máy: 0 – 200 mg/lít.

5 Nguồn điện AC100120V
6 Kích thước (W)350; (L)270; (H)80
7 Trọng lượng Khoảng 10kg
Chú thích:
1. Lối vào nước thải la canh 11. Miệng cống
2. Lối ra của dầu 12. Lỗ thông hơi
3. Lỗ thông hơi 13. Lỗ thông hơi
4. Máy dò hàm lượng dầu 14. Đồng hồ áp lực
5. Hệ thống đốt nóng 15. Còi báo động nước thải la canh
6. Đồng hồ áp lực 16. ng dẫn
7. Nhiệt kế 17. Nền móng, lớp gạch, bê tông
8. Bảng tên 18. Lối ra của dầu
9. Bảng điều khiển 19. Giá đỡ chỗ nhô lên
10. Cái phễu 20. Miếng đệm
-23-
1.9. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
1.9.1. Mục đích nghiên cứu
Trong thành phần của nước thải đáy tàu (nước lacanh) có một lượng không nhỏ
là sản phẩm của dầu mỏ: dầu DO, dầu bôi trơn, dầu bôi trơn có lẫn cặn, muội than sẽ
theo con đường bơm nước thải đổ ra biển. Đây chính là một trong những tác nhân gây ô
nhiễm môi trường biển.
Từ trước tới nay, các tàu cá và tàu du lòch cỡ nhỏ hoạt động vẫn còn mang nặng
tính tự phát, chưa từng và đã từng sử dụng các thiết bò lọc không đủ tiêu chuẩn và cũng
chưa có một cơ chế quản lý chú trọng đến vấn đề ô nhiễm biển cho phù hợp với loại
tàu này. Vấn đề đặt ra là:
 ng dụng thiết bò cảm biến để nhận biết hàm lượng dầu mỏ có trong nước thải
lacanh tàu cá so sánh với tiêu chuẩn theo MARPOL 73/78 – “công ước quốc tế về ngăn
ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra”.
 Có khả năng ứng dụng và lắp đặt hệ thống, thiết bò cho tàu cá, tàu du lòch, tàu
vận tải cỡ nhỏ và vừa.

Ngay từ năm 1909 Haber đã nhận thấy rằng một số loại thủy tinh (có thành phần xác
đònh) là chất dẫn điện yếu, điện thế trên mặt phân cách của một màng thủy tinh dẫn
điện với dung dòch nước phụ thuộc vào độ pH của dung dòch và tuân theo đònh luật
Nernst:


H
a
F
RT
EE ln
'
0

Trong đó:
E’ là điện thế chuẩn của điện cực (với một điện cức so sánh cho trước);
a
H
là hoạt độ theo ion H
+
của dung dòch nghiên cứu (nước thải lacanh).
Điện cực màng thủy tinh có thành phần chính là một màng mỏng dạng hình
cầu làm từ thủy tinh có thành phần đặc biệt. Màng được hàn với một ống thủy tinh có
Ej
Eas
E
điện cực
so sánh
Ess
2

Phương pháp bức xạ cho phép đo mà khơng cần tiếp xúc với nước thải lacanh ưu điểm
này rất thích hợp khi đo ở những điều iện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao và tính
ăn mòn mạnh…đây cũng là phương pháp mà tơi lựa chọn trong đề tài này. Để hiểu rõ hơn
về phương pháp này xin được trình bày ở phần tiếp theo của đề tài.
2.2. LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM SOÁT
Hệ thống tự động kiểm soát là hệ thống tập hợp các phần tử thực tế có mối quan
hệ với nhau một cách có mục đích để thực hiện nhiệm vụ đo lường, kiểm soát, điều
chỉnh quá trình, giữ các đặc tính chất lượng trong giới hạn cho phép hay ở mức danh
đònh, mong muốn mà không cần có sự điều khiển của con người thì gọi là hệ thống tự
động kiểm soát.
Trong phạm vi luận văn hệ thống kiểm soát là hệ thống kiểm tra hàm lượng dầu
có trong nước thải lacanh. Nếu như hàm lượng dầu trong nước thải lacanh nhỏ hơn
15ppm thì cho phép nước thải lacanh xả ra ngoài biển còn ngược lại nếu vượt quá giới
hạn cho phép 15ppm thì hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu chấp hành mở van tự động xả
lại két bẩn trên tàu và phát ra tín hiệu cảnh báo.
Việc đọc dữ liệu và xử lý nó được thực hiện nhờ bộ phận cảm biến hồng ngoại
rồi đưa tới mạch khuếch đại, tới mạch chuyển đổi AD, mạch vi xử lý sau đó đến mạch
hiển thò số.
Hệ thống tự động kiểm soát hàm lượng dầu mỏ trong nước thải lacanh đóng một
vai trò rất quan trọng trong quá trính bảo vệ sự ô nhiễm của biển cũng như bảo vệ sự
sống của sinh vật biển, bởi vì hệ thống như một cơ quan đăng kiểm và từ trước tới nay
cảm biến ADC xử lý hiển thò