Tài liệu Nghiên cứu thiếu kế bộ điều khiển cho bể khử trùng trong hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt bằng plc s7 1200

Đồ án  điều khiển logic Tên đề tài: Nghiên cứu thiếu kế bộ điều khiển cho bể khử trùng  trong hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt bằng PLC S7 1200 Mở đầu 1.Đặt vấn đề Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều khu đô thị, khu công  nghiệp, khu nhà cao tầng đã làm ảnh hưởng không nhỏ đến nguồn nước mặt  bởi những chất thải do nhu cầu sinh hoạt của con người thải ra ngoài môi  trường. Cũng giống như bao nhiêu vấn đề về môi trường khác, việc xử lý nước  thải sinh hoạt ở các thành phố, các khu vui chơi giải trí... luôn là một vấn đề  hết sức nan giải. Hầu hết nước thải của các thành phố, khu du lịch, khu vui  chơi giải trí đều không có hệ thống xử lý nước thải hoặc hệ thống xử lý  nước thải bằng công nghệ cũ không đáp ứng nổi yêu cầu nên nước sau xử lý  không đạt chất lượng nên sau khi thải ra ngoài môi trường đã gây ra hậu quả  nghiêm trọng. Trong quá trình hội nhập hiện nay, nếu các vấn đề về môi  trường không xử lý triệt để nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới đời sông sinh hoạt  của con người.  Trên thế giới, việc ứng dụng thành tựu khoa học kĩ thuật vào kĩ thuật môi  trường ngày càng phổ biến. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao  như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt đã được  nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hoá  cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to  lớn.  Những công nghệ  tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như  SIEMENS, AB, YOKOGAWA,... được sử dụng rộng rãi trong các công trình  xử lý nước thải. Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nước thải đã đạt mức  cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện được tại  một trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ bởi những công cụ đơn  giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích  chuột,... góp phần nâng cao năng suất làm việc, hạn chế sự ảnh hưởng đến  người làm việc. 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 thểđiều khiển từ cách xa hàng ngàn km với chỉ một  máy tính PC hoặc nhận được thông tin về hệ thống thông qua SMS. Xuất phát từ các vấn đề trên, cùng với việc thực hiện nhiệm vụ học tập  của nhà trường, em đã tìm hiểu nghiên cứu việc ứng dụng công nghệ tự động  VNUA­A.ĐỨC­ TĐH56 hóa cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ sinh học truyền  thống. Vì vậy em thực hiện tiến hành đề tài: “Nghiên cứu thiếu kế bộ điều  khiển cho bể khử trùng trong hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt bằng  PLC S7­1200”. 2.Mục đích đề tài Nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý nước thải trong đó tập trung nghiên  cứu hệ thống bể khử trùng, tìm hiểu các quá trình làm việc, các thiết bị tự  động hóa được sử dụng trong hệ thống thực để tiến tới thiết kế, mô phỏng  việc điều khiển, vận hành của hệ thống. Nghiên cứu thiết bị khả lập trình PLC, làm quen với việc sử dụng PLC S7­ 1200 của Siemens và ngôn ngữ lập trình cho PLC. 3.Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa: kế thừa từ các tài liệu, công trình nghiên cứu trước  đó về hai mảng chính của đề tài: môi trường (công nghệ xử lý nước thải) và  tự động hóa (sử dụng, lập trình PLC và các thiết bị tự động hóa khác có liên  quan).  Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: sau khi đã xây dựng xong cơ sở lý  thuyết của đề tài sẽ tiến hành thử nghiệm sự hoạt động trên các thiết bị hiện  có. Các bước tiến hành nghiên cứu là tìm hiểu cơ sở lý thuyết về vấn đề  nghiên cứu, tiến hành thiết kế chương trình điều khiển, sau đó thử nghiệm  trên các chương trình mô phỏng để đưa ra kết luận.  4.Nội dung nghiên cứu Chương 1: Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ  sinh học truyền thống. Chương 2: Phân tích bài toán và lập lưu đồ điều khiển bể khử trùng. Chương 3:Thiết kế bộ điều khiển hoạt động bể khử trùng 5.Giới hạn đề tài Do thời gian làm đồ án hạn hẹp và đồ án ở cấp độ môn học nên trong hệ  thống xử lý nước thải, em chỉ nghiên cứu thiết kế bể khử trùng VNUA­A.ĐỨC­ TĐH56 CHƯƠNG 1 Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ sinh  học truyền thống 1.Tổng quan về bước thải sinh hoạt 1.1 Khái niệm ­Nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng bởi con người và trong đó  chứa tất cả các chất bẩn sau khi sử dụng. Nó được sinh ra bởi các nhu cầu  hàng ngày, như tắm rửa, vệ sinh, và từ các cống thoát nước đó là loại nước  tắm rửa của con người, giặt giũ,chế biến thực phẩm, nấu ăn, vệ sinh nhà  bếp,… ­Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là: hàm lượng chất hữu cơ cao (55­65%  tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi  khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn  trong nước thải.  1.2 Các thông số ô nhiễm đăc trưng của chất thải ­Hàm lượng chất rắn trong nước thải Nước thải là hệ đa phân tán bao gồm nước và các chất bẩn. Các nguyên tố  chủ yếu có trong thành phần của nước thải sinh hoạt là C, H, O, N với công  thức trung bình C12H26O6N. Các chất bẩn trong nước thải gồm cả vô cơ và hữu  cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không lắng được là các chất hòa  tan và dạng keo. Bảng khối lượng chất rắn có trong nước thải sinh hoạt (g/người.ngày) Thành  Cặn không  Chất hòa  Cặn lắng Tổng cộng phần lắng tan Hữu cơ 30 10 50 90 Vô cơ 10 5 75 90 Tổng cộng 40 15 125 180 Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng của nước thải. Các chất rắn  không hoà tan có hai dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng. Chất rắn lơ lửng  (SS) được giữ lại trên giấy lọc kích thước lỗ 1,2 micromet (bao gồm chất rắn  VNUA­A.ĐỨC­ TĐH56 lơ lửng lắng được và chất rắn lơ lửng không lắng được), làm giảm lượng hóa  chất cần sử dụng trong quá trình xử lý. ­Độ pH của nước pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ H+ có trong dung dịch, thường dùng để  biểu hiện tính kiềm hay tính axit của nước. Độ pH có liên quan đến dạng tồn của kim loại và khí hòa tan trong nước,  ảnh hưởng tới hiệu quả của các quá trình xử lý nước. Ngoài ra độ pH còn ảnh  hưởng tới quá trình trao đổi chất trong cơ thể sinh vật tồn tại trong nước. Do  vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường. ­Hàm lượng oxy hòa tan(Dissolved oxygen ­ DO) DO là lượng oxy hòa tan cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật sống  trong nước, thường được tạo ra do sự hòa tan từ khí quyển hay sự quang hợp  của tảo. Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8­10 ppm, và dao động  mạnh vào nhiệt độ, sự phân hủy hóa chất, sự quang hợp của tảo.Các quá trình  oxy hóa của các chất thải sẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong các nguồn  nước, đe dọa sự sống các loài sinh vật sống trong nước. Do vậy, DO là chỉ số  quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước. ­Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand ­ BOD) BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ theo  phản ứng: Chất hữu cơ + O2   CO2 + H2O + tế bào mới + Sản phẩm cố định  Do đó, nó là thước đo nồng độ chất hữu cơ trong chất thải có thể bị oxy  hóa bởi vi sinh vật. ­Nhu cầu oxy hóa học(Chemical Oxygen Demand ­ COD) COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước  bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từ oxy hoà tan  trong nước (DO). Do vậy nhu cầu oxy hoá học và oxy sinh học cao sẽ làm  giảm nồng độ DO của nước, có hại cho sinh vật nước và hệ sinh thái nước  nói chung. Nước thải hữu cơ, nước thải sinh hoạt và nước thải hoá chất là các  tác nhân tạo ra các giá trị BOD và COD cao của môi trường nước. VNUA­A.ĐỨC­ TĐH56 2.Các phương pháp xử lý nước thải  2.1Phương pháp hóa học­hóa lý Các phương pháp hóa học dùng trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt  gồm có: trung hòa, oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản  ứng phân hủy các  hợp chất độc hại. Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa học diễn  ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào, do đó, ưu điểm của phương pháp  là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý  nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm là chi phí vận  hành cao, không thích hợp cho các HTXLNT sinh hoạt với quy mô lớn. Bản chất của phương pháp hoá lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt  là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản  ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất  bẩn,  biến  đổi  hoá  học,  tạo  thành  các  chất  khác  dưới  dạng  cặn  hoặc  chất  hoà  tan  nhưng không độc  hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Những phương pháp hoá lý thường được  áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi  ion, thấm lọc ngược và siêu lọc… Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn  xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học  trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh. 2.2Phương pháp sinh học Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh  hoạt là sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để  phân huỷ các chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải. Các quá  trình xử lý sinh học chủ yếu có năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình  trung gian anoxic, quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian  anoxic – kị khí các quá trình hồ. Đối với việc xử lý nước thải sinh hoạt có  yêu cầu đầu ra không quá khắt khe đối với chỉ tiêu N và P, quá trình xử lý  hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quá trình xử lý sinh học thường được ứng  dụng nhất. 3.Sơ đồ công nghệ xử lý của HTXLNT sinh hoạt. Tuy nhiên, trong thiết kế không áp dụng một sơ đồ mẫu cụ thể nào mà tùy  vào từng yêu cầu và mục đích, người ta xây dựng dây chuyền xử lý nước thải  cụ thể. Đối với trường hợp trạm xử lý quy mô lớn và yêu cầu vệ sinh cao thì  mới sử dụng sơ đồ xử lý như trên. Đối với trường hợp cho phép giảm mức độ  xử lý hoặc đối với những trạm có công suất nhỏ, sơ đồ có thể đơn giản hơn.