Trước yêu cầu cấp bách về vấn đề tăng cường kiểm soát ô nhiễm môi trường do hoạt động của các khu kinh tế, khu công nghệ cao, khu công nghiệp và cụm công nghiệp (KCNC, KCN và CCN) trên cả nước, ngày 15 tháng 7 năm 2009, Bộ tài nguyên và môi trường đã ban hành thông tư số 08/2009/TT-BTNMT, quy định quản lý và bảo vệ môi trường KCNC, KCN và CCN. Trong đó ngoài việc quy định KCNC, KCN và CCN phải có nhà máy xử lý nước thải tập trung. đảm bảo công suất đủ để xử lý toàn bộ lượng nước thải phát sinh đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường khi các khu này được lấp đầy thì các nhà máy xử lý nước thải tập trung phải thiết kế lắp đặt hệ thống quan trắc tự động, liên tục đối với các thông số: pH, DO, COD, TSS và một số thông số đặc trưng khác trong nước thải của KCNC, KCN, CCN theo yêu cầu nêu trong Quyết định phê duyệt báo cáo đánh giá tác động môi trường. Thông tư này đã có hiệu lực thi hành kể từ ngày 01 tháng 9 năm 2009, tuy nhiên đến nay, việc tuân thủ quy định này vẫn còn nhiều bất cập về tính đồng bộ và pháp lý của nó trong việc ứng dụng công nghệ đo đạc và truyền dữ liệu cũng như khả năng kiểm soát mức độ tin cậy của thông tin được thu thập từ các trạm quan trắc.
Là một KCN mới, nằm trong tổng thể qui hoạch Khu đô thị Cảng Hiệp Phước có diện tích 3.900 ha, KCN Long Hậu đã được đầu tư xây dựng máy xử lý chất thải lỏng với công suất 5.000m3/ngày và là KCN duy nhất của Tỉnh Long An được cấp phép xả thải ra môi trường với tiêu chuẩn nước thải sau xử lý đạt loại A, nước sau xử lý được bán lại cho các doanh nghiệp trong KCN để tái sử dụng. Với mục tiêu xây dựng KCN xanh, quản lý môi trường theo tiêu chuẩn ISO 14001: 2004 (do Rheinland TUV chứng nhận) và dựa theo các quy định trong thông tư 08/2009/TT-BTNMT, ban quản lý KCN Long Hậu đã đặt ra một yêu cầu riêng về hệ thống quan trắc tự động nước thải tại trạm xử lý nước thải. Ngoài việc đo đạc liên tục, tự động các thông số cần thiết như DO, pH, COD và TSS thì hệ thống phải có chức năng thu thập và quản lý dữ liệu để ban quản lý và người vận hành nhà máy có thể kiểm soát dễ dàng, nhanh chóng một lượng lớn dữ liệu được tập hợp và phân tích. Các dữ liệu phải được thu thập tại máy tính chủ dạng số và hiển thị được theo dạng đồ thị để theo dõi diễn biến chất lượng nước sau khi xử lý. Các dữ liệu này không chỉ nhằm phục vụ mục đích báo cáo định kì cho cơ quan quản lý môi trường mà còn là công cụ để BQL KCN Long Hậu kiểm soát và đảm bảo chất lượng nước thải được duy trì ở đạt loại A. Với nhu cầu kiểm soát từ xa, hệ thống cũng phải đáp ứng được việc truy cập mọi lúc mọi nơi của cơ quan quản lý các cấp.
Qua quá trình tìm hiểu, đánh giá khả năng đáp ứng các yêu cầu trên, BQL KCN Long Hậu đã lựa chọn thiết bị đo lường của Hach với giải pháp trọn gói cho việc lắp đặt một hệ thống quan trắc tại nhà máy xử lý nước thải do công ty CP Thiết Bị Thi Việt, nhà phân phối sản phẩm của Hach tại Việt Nam, thực hiện.
Giải pháp trọn gói này đưa ra bao gồm các đầu đo với công nghệ tiên tiến, hiện đại nhất để đo liên tục các chỉ tiêu DO, pH, COD và TSS. Các sensor này được gắn vào bộ điều khiển thông minh, đa năng, đa thông số model sc1000. Bộ điều khiển này có thể giao tiếp với máy chủ đặt tại phòng điều khiển trung tâm để truyền dữ liệu liên tục và có thể kiểm soát hệ thống khi có bất thường xảy ra. Hệ thống bao gồm các phụ kiện lắp đặt tại trạm như tủ điện, bể chứa sensor, hệ thống bơm dẫn vào tủ thiết bị và phần mềm để thu thập và truy xuất dữ liệu với giao diện thân thiện, dễ sử dụng.
MÔ TẢ HỆ THỐNG
Hệ thống quan trắc gồm: 1 bộ điều khiển Hach sc1000 digital controller liên kết với các sensor:
Hach pHD sensor
Hach LDO sensor
Hach UVAS sc sensor
Hach Solitax sc sensor
Có thể kết nối thêm sensor đo lưu lượng nước thải, hoặc một số thông số khác tùy theo công nghệ xử lý và mức độ kiểm soát sau này như: Clo, Ammoniac, Photphat, Nitrate, TDS...
Dữ liệu đo đạc sẽ được truyền đến máy tính chủ tại phòng điều khiển thông qua dây cáp mạng theo chuẩn truyền thông Modbus 485 và hiển thị truy xuất dữ liệu dạng số và đồ thị thông qua phần mềm Processlink OPC của Hach (software server) có tích hợp phần mềm giao diện của Advancetech.
1. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ COD BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ HẤP THU TIA CỰC TÍM TẠI BƯỚC SÓNG 254nm
1.1 Giới thiệu
Một số hợp chất hữu cơ thường tìm thấy trong nước thải như lignin, tannin, các chất humic và nhiều hợp chất thơm khác nhau, hấp thụ mạnh mẽ bức xạ tia cực tím (UV). Theo tiêu chuẩn của Đức DIN 38404 C3, hệ số hấp thụ quang tại bước sóng 254nm (SAC254) được dùng như phép đo chất hữu cơ hòa tan trong một mẫu nước. Độ hấp thu này thể hiện bằng đơn vị đo SAC (Spectro Absorption Coefficient) Đơn vị: 1/m hay m-1
Đầu đo chất hữu cơ Model UVSAC đo độ hấp thu bằng tia tử ngoại ở bước sóng 254 theo DIN38404 C3.
Độ hấp thụ này (SAC) quan hệ với COD, BOD theo một tỉ lệ nhất định. Sau khi cài đặt tỉ lệ này từ người sử dụng khi đối chiếu với giá trị đo của phòng thí nghiệm, màn hình sẽ hiển thị các đơn vị đo theo mg/l hoặc ppm.v.v
Máy gồm hai phần chính:
+Bộ phận hiển thị, kết nối sensor, Model SC1000
+Sensor cảm biến, Model UVAC sc, cáp sensor dài 10m có thể mở rộng tới 100m
1.2 Nguyên tắc hoạt động
Hoạt động bên trong phần cảm biến của sensor
Nguồn đèn (flash lamp) từ sensor phát ra hai chùm tia với bước sóng 254nm và 550nm.
Một cảm biến quang học sẽ đọc độ hấp thu từ hai chùm tia này.
Bước sóng (λ meβ) 254nm là tia UV sẽ được hấp thu từ các chất hữu cơ.
Bước sóng 550nm (λ ref) sẽ được hấp thu do độ đục của nước.
Sự bù trừ hai độ hấp thu này sẽ cho kết quả độ hấp thu các chất hữu cơ của nước và tính ra hệ số SAC.
Sau đây là bảng so sánh quan hệ giữa SAC và COD của nước sau khi xử lý.
1.3 Ưu điểm phương pháp đo
Xác định một cách trực tiếp trong dòng mẫu mà không tiến hành quá trình xử lý mẫu
Không dùng hóa chất: tiết kiệm chi phí, không thải chất độc hại ra môi trường
Nhanh, quan trắc liên tục sự thay đổi của chất hữu cơ
Bù trừ sai số do độ đục của nước gây ra
Sensor cảm biến có cần gạt tự làm sạch: chi phí bảo trì thấp nhất
Không yêu cầu điều kiện của mẫu (nhiệt độ, áp suất,..)
Lắp đặt dễ dàng: chỉ cần cắm sensor vào SC1000 là tự động chạy
1.4 Ứng dụng
Sử dụng đo mức độ COD hay BOD trong bể sau xử lý (effluent) để cảnh báo người vận hành khi vượt giới hạn cho phép đo, hoặc quan trắc môi trường nước mặt.
2. ĐO TỔNG RẮN LƠ LỬNG (TSS) LIÊN TỤC
2.1 Giới thiệu
Máy đo sử dụng phương pháp quang học để phân tích SS tự động trong nhiều ứng dụng khác nhau
Máy bao gồm hai phần chính:
+Bộ phận hiển thị, kết nối sensor, Model SC1000
+Sensor đo SS, Model Solitax, ts-line sc, cáp sensor dài 10m có thể mở rộng tới 100m
2.2 Nguyên tắc hoạt động
Cấu tạo bộ phận quang học của đầu dò
Từ sensor phát ra một tia sáng (nguồn đèn LED) bước sóng hồng ngoại 860nm
Tia sáng này bị phản xạ bởi những hạt trong nước, các tia phản xạ được cảm biến bằng đầu dò quang học. Khi đo độ đục của nước thì đầu dò (detector) nhận ánh sáng tán xạ góc 900 so với tia tới.
Khi đo SS của nước thì đầu dò (Backscatter detector) đặt góc 1400 so với tia sáng tới (Xem hình vẽ cho chi tiết)
2.3 Ưu điểm phương pháp đo
Bù trừ độ màu của hạt và kích thước hình dạng của hạt
Tự làm sạch, giảm tối thiểu chi phí bảo trì
Thân sensor làm bằng thép không gỉ, đảm bảo độ bền cao
Đáp ứng tiêu chuẩn đo theo ISO7027
Lắp đặt không cần điều kiện mẫu
3. ĐO PH / NHIỆT ĐỘ LIÊN TỤC
3.1 Giới thiệu
Đo pH để:
-Tính độ axít hay kiềm của nước
-Đo tốc độ ăn mòn
-Đo độ tinh khiết của nước
-Đo độ trung hóa của nước thải
-Đo hiệu quả của quá trình
Máy được cấu tạo thành 02 phần chính:
+Bộ phận hiển thị, kết nối sensor, Model SC1000
+Sensor đo, Model DPD1P1 , cáp sensor dài 10m có thể mở rộng tới 100m
3.2 Nguyên lý đo pH
Giá trị pH tính theo nồng độ ion H+ công thức như sau:
pH =-log[H+]
Hay theo cách tính khi đo điện thế của ion H+
Phương trình NERST:
E=E0 – 2,3RT/nf*log[H+] , tại nhiệt độ T=250C, giá trị : 2,3RT/nf=59,16 và phương trình Nerst có thể viết lại như sau:
E=E0+59,16*pH
Phần chính của sensor là bầu thủy tinh cảm biến pH, bầu thủy tinh này chỉ cho phép ion H+ sẽ di chuyển vào trong để tạo ra sự cân bằng bên trong và bên ngoài dung dịch. Sự di chuyển của các ion này tạo ra sự thay đổi điện thế và máy sẽ đọc điện thế này để chuyển thành giá trị pH. Theo phương trình Nerst ở trên thì nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến giá trị pH, do đó thiết bị sẽ có một sensor nhiệt độ đi kèm để đo nhiệt độ và lấy giá trị này để bù trừ sai số đó. Ngoài ra sau thời gian đo do ion đi vào bên trong sensor nên điện thế chuẩn ban đầu E0 sẽ thay đổi nên phải dùng dung dịch chuẩn để hiệu chuẩn lại. Khi bảo trì sensor chỉ cần rửa sạch bầu thủy tinh bằng nước sạch và hiệu chuẩn lại bằng các dung dịch đệm pH 4, pH 7 (hoặc pH 10). Các sensor pH này yêu cầu dòng chảy không quá 2m/s để tạo kết quả đọc ổn định.
3.3 Ưu điểm của phương pháp đo pH của Hach
Sensor gồm điện cực đo, điện cực tham chiếu và thêm điện cực nối đất thay vì chỉ hai hiện cực như các sensor pH thông thường.
Trở kháng của điện cực so sánh cao giúp giảm ảnh hưởng đóng bám chất bẩn, duy trì độ chính xác lâu dài.
Dễ thay cầu muối khi đầu nối bị tắc nghẽn
Đầu điện cực được niêm kín để tránh bị nhiễm bẩn
Dung dịch đệm có thể thay mới để kéo dài tuổi thọ điện cực
Thể tích dung dịch đệm lớn để tránh bị hao hụt nhanh chóng
Điện thế đất đi qua điện cực E3 thay vì E2 ngăn ngừa được sai số do vòng điện lặp sinh ra.
Khoảng cách tối đa đến controller có thể lên đến 1000m nhờ có bộ khuếch đại tín hiệu bên trong.
4. ĐO OXY HÒA TAN LIÊN TỤC
4.1 Giới thiệu
Đo oxy hòa tan được sử dụng trong các bể sục khí , bể đã xử lý , đơn vị đo là mg/l hay ppm Thành phần chính của máy gồm
+Bộ phận hiển thị, kết nối sensor, Model SC1000
+SENSOR Oxy hòa tan, model LDO, cáp sensor dài 10m có thể mở rộng tới 100m
4.2 Nguyên lý hoạt động
Các sensor Oxy truyền thống thường sử dụng màng cảm biến Oxy và dung dịch điện ly bên trong sensor như đo pH. Loại sesnor Oxy hòa tan thế hệ mới dùng phương pháp đo quang học của Hach hoạt động như sau:
Các bộ phận quang và hoạt động bên trong cảm biến
Đèn màu xanh như hình vẽ sẽ phát ánh sáng xanh tới màng sensor có phủ vật liệu phát quang để kích thích và làm phát ra ánh sáng màu đỏ. Khi có sự hiện diện oxy trong nước thời gian để phát ra ánh sáng sẽ ngắn và cường độ yếu hơn hơn so với khi không có oxy. Một diode quang học sẽ đo cường độ và thời gian này, một đèn LED màu đỏ khác sẽ phát ánh sáng màu đỏ đến lớp màng và cũng được đo bằng diode quang cường độ phản xạ để so sánh làm chuẩn với cường độ ánh sáng đỏ phát ra từ lớp vật liệu. Thời gian chênh lệch sẽ tỉ lệ với nồng độ oxy hòa tan.
Đồ thị tín hiệu của ánh sáng xanh và đỏ
4.3. Ưu điểm của phương pháp đo
Do nguyên lý đo trên nên so với các phương pháp khác có những ưu điểm sau:
Không cần dung dịch thay thế, giảm chi phí bảo trì thay thế màng, dung dịch điện phân
Thời gian đo nhanh khoảng 30s (nếu so với phương pháp truyền thống phải chờ ít nhất 90s cho đọc ổn định)
Không cần hiệu chuẩn thường xuyên, chỉ cần 1 hoặc 2 lần trong năm, so với phương pháp khác là hàng tháng.
Không bị nhiễu do các ion như ion kim loại nặng hoặc sulfide…
5. BỘ ĐIỀU KHIỂN, MODEL SC1000
Dùng hiển thị, điều khiển từ các sensor trên
Cấu tạo chính gồm hai phần:
+Phần Module Sensor để kết nối với các sensor
+Phần hiển thị và lưu trữ dữ liệu
Mỗi module sensor có thể kết nối 4, 6 hoặc 8 sensor, gồm đo các chỉ tiêu sau: pH/nhiệt độ ,Oxy hòa tan, độ dẫn điện, độ đục, chất rắn lơ lửng (SS), nitrate, chất hữu cơ (BOD/COD) , ammoniac, mức bùn,…
Module hiển thị: Các dữ liệu đo được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng, đây là màn hình cảm biến (touch screen). Màn hình có thể chia làm 04 màn hình nhỏ để hiển thị 04 giá trị khác nhau. Dữ liệu có thể hiển thị theo nhiều cách như giá trị - đơn vị đo – thời gian hay đồ thị theo thời gian
Các giá trị được lưu trữ trong bộ nhớ có thể lên tới từ 1 đến 6 tháng tùy theo cài đặt bao lâu thì lưu giá trị một lần. Dữ liệu được tải ra máy tính qua cổng service hay cổng GSM (truy cập dữ liệu từ xa, sử dụng chuẩn truyền thông GSM không cần phần mềm khác. Các dữ liệu này đưa vào máy tính theo dạng file như excel, dùng trong các mục đích theo dõi, báo cáo ,vẽ đồ thị,.. Ngoài ra bộ hiển thị sc1000 có thể xuất ra các tín hiệu analog tỉ lệ với giá trị đo, dùng kết nối, điều khiển các thiết bị bên ngoài khác.
Tủ thiết bị lắp đặt tại trạm xử lý nước thải tập trung KCN Long Hậu, Long An
MÃ ĐẶT HÀNG
Các thiết bị được giới thiệu trong hệ thống sẽ có mã đặt hàng tương ứng với cấu hình, chức năng như trên, cụ thể là:
DPD1P1:Digital pH Sensor, PEEK, Convertible
5790000: LDO PROBE, HACH
LXV423.99.00100: TS-LINE sc/IMMERSION 50g/l WIPER SS
LXV418.99.50002: UVAS sc PROBE, 5mm
LXV400.99.1R582: MODULE, PROBE (6 SENSOR) SC1000
YAB021: CARD, INTRNAL MODBUS (RS485), SC1000
LXV402.99.00002: MODULE, DISPLAY W/O GSM, SC1000
LZY520: SD CARD, 1G
Ngoài ra với lợi thế là nhà cung cấp hàng đầu thế giới về thiết bị và hóa chất phục vụ phân tích chất lượng nước tại phòng thí nghiệm, Hach có các thiết bị tương ứng để phân tích các chỉ tiêu đo liên tục. Các máy móc thiết bị có công nghệ đồng bộ với nhau (lab và online) và phương pháp phân tích của Hach tương đương với các phương pháp chuẩn của Việt Nam (TCVN), AOAC (Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống), SMEWW (Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải) hoặc của USEPA (Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) giúp các kĩ sư làm việc tại nhà máy có thể kiểm chứng các giá trị đo đạc liên tục từ trạm một cách thuận lợi.
Sau khi lắp đặt và đưa vào hoạt động đến nay, việc đo đạc chính xác và tính ổn định của hệ thống đã mang đến độ tin cậy cao cho khách hàng, chứng minh rằng giải pháp này là phù hợp và có thể là mô hình tham khảo cho các KCN khác.
