Tủ điện xử lý nước thải là thành phần không thể thiếu trong hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở chăn nuôi hay các khu dân cư, tòa cao ốc… nhằm tối ưu hóa quy trình xử lý và đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đáp ứng được các tiêu chuẩn môi trường. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của tủ điện xử lý nước thải.
Tủ điện xử lý nước thải là gì?
Xử lý nước thải là quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải của hộ gia đình, nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp… thông qua các biện pháp vật lý, hóa học hoặc sinh học để đảm bảo nguồn nước đầu ra đáp ứng được các tiêu chuẩn an toàn cho môi trường, hạn chế ô nhiễm ở mức tối thiểu, cũng như tối ưu hóa năng lượng và chi phí vận hành.
Tủ điện xử lý nước thải là tủ điện điều khiển đóng vai trò then chốt trong việc giám sát, quản lý toàn bộ quy trình xử lý nước thải, đảm bảo các thiết bị quan trọng như máy bơm, máy định lượng, máy khuấy, máy thổi khí và van điều khiển hoạt động đúng trình tự và thời điểm.
Tủ điện loại này được tích hợp PLC, HMI, cảm biến và nhiều thiết bị điều khiển khác, cho khả năng vận hành thủ công hoặc tự động, đi kèm giám sát từ xa và cảnh báo sự cố để chuyển sang thiết bị dự phòng. Đây cũng là dòng tủ có tính bảo mật cao, hạn chế các tác nhân phá hoại hoạt động xử lý nước thải hoặc hoặc thay đổi thông số kỹ thuật.
Tủ điện xử lý nước thải được lắp đặt phổ biến trong các nhà máy xử lý nước thải tập trung trong khu dân cư, khu công nghiệp hay các công trình khác.
Chức năng của tủ điện hệ thống xử lý nước thải
Tủ điện được ví như “bộ não” của toàn bộ hệ thống xử lý nước thải, góp phần hỗ trợ việc điều khiển quá trình xử lý nước được chính xác, dễ dàng và thuận tiện hơn.
Quá trình này, thông thường sẽ bao gồm các hoạt động sau:
- Bơm nước thải: Chức năng cốt lõi của tủ điện xử lý nước thải. Tủ điện đảm bảo bơm nước hoạt động liên tục và ổn định, tốc độ bơm được điều chỉnh cho phù hợp với lưu lượng nước thải. Việc theo dõi mức nước và áp suất sẽ do các cảm biến phụ trách. Khi lượng nước trong bể vượt ngưỡng quy định, tủ sẽ kích hoạt bơm để bơm hết nước ra khỏi bể. Thông qua thuật toán điều khiển, tủ điện còn có khả năng kích hoạt bơm theo nhu cầu để tiết kiệm năng lượng.
- Điều khiển thiết bị sục khí và khuấy trộn: Trong hệ thống xử lý nước thải, thiết bị sục khí có nhiệm vụ hòa tan oxy vào nước để hỗ trợ quá trình phân hủy chất hữu cơ. Trong khi đó, khuấy trộn giúp nâng cao hiệu quả của các phản ứng hóa học diễn ra trong quá trình xử lý. Tủ điện chịu trách nhiệm điều khiển 2 thiết bị này để đảm bảo oxy được phân bổ đồng đều trong bể, cũng như việc khuấy trộn diễn ra liên tục.
- Điều khiển hệ thống xử lý bùn: Tủ điện chịu trách nhiệm điều chỉnh máy bơm bùn, máy ép bùn để bùn được xử lý đúng cách, tránh tình trạng tắc nghẽn.
Bên cạnh đó, tủ điện xử lý nước thải còn đảm nhận một số chức năng như:
- Giám sát và cảnh báo các thông số: Tủ điện cho phép người vận hành theo dõi các thông số quan trọng của hệ thống xử lý nước thải như mức nước, lưu lượng, nồng độ chất ô nhiễm, khối lượng bùn và các chỉ số khác thông qua màn hình HMI/SCADA. Khi có bất kỳ sự cố nào xảy ra, ví dụ xâm nhập trái phép hoặc tự động điều chỉnh các thông số, tủ điện ngay lập tức phát cảnh báo để người vận hành có thể kịp thời xử lý.
- Bảo vệ hệ thống: Tủ điện xử lý nước thải được trang bị các thiết bị đóng ngắt, có khả năng tự động ngắt mạch để bảo vệ hệ thống trước các sự cố như quá tải, ngắn mạch.
- Tối ưu hóa vận hành: Thông qua các thuật toán điều khiển, tủ điện góp phần giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành, tiết kiệm năng lượng và hạn chế sai sót trong hệ thống xử lý.
Cấu tạo và đặc điểm của tủ điện xử lý nước thải
Tủ điện xử lý nước thải có cấu tạo tương tự các loại tủ điện được thiết kế theo tiêu chuẩn công nghiệp, với 2 thành phần chính là vỏ tủ và các thiết bị bên trong.
Vỏ tủ được làm từ thép tấm hoặc inox sơn tĩnh điện. Bên trong tủ được chia thành các khoang, ngăn chức năng chuyên biệt như khoang điều khiển, khoang đóng cắt…
Các thiết bị bên trong tủ xử lý nước thải lại được chia thành thiết bị điều khiển, thiết bị đóng cắt, thiết bị ngoại vi và các phụ kiện đấu nối.
Thiết bị điều khiển:
- Bộ điều khiển PLC: “Bộ não” của toàn bộ hệ thống, cho khả năng lập trình và điều khiển toàn bộ chu trình xử lý nước thải.
- Màn hình HMI: Giao diện hiển thị trạng thái hoạt động, các chỉ số kỹ thuật quan trọng và hỗ trợ người vận hành thao tác.
- Timer: Cho khả năng điều khiển hoạt động theo thời gian cài đặt, có thể thay thế PLC ở hệ thống đơn giản.
Thiết bị đóng cắt, bảo vệ:
- Contactor: Có nhiệm vụ đóng ngắt việc cấp nguồn cho động cơ máy bơm.
- Aptomat (MCB/MCCB): Bảo vệ trước các sự cố quá tải, ngắn mạch.
- Ngoài ra, có thể trang bị thêm rơ le trung gian hoặc rơ le nhiệt.
Thiết bị ngoại vi:
- Biến tần: Hỗ trợ điều khiển tốc độ, mô men xoắn của động cơ (bơm, máy thổi khí, máy sục…).
- Cảm biến: Gồm cảm biến mức chất lỏng, pH, DO, lưu lượng, áp suất… cung cấp tín hiệu điều khiển cho nhóm thiết bị điều khiển.
- Các phụ kiện: Nút nhấn, đèn báo, busbar, dây dẫn điện.
Một số thông số kỹ thuật điển hình của tủ điện xử lý nước thải:
| Tiêu chí | Thông số cơ bản |
| Tiêu chuẩn | IEC 60439-1, IEC 60529 |
| Điện áp định mức | 220-230 / 380-415VAC |
| Dòng cắt ngắn mạch | 6kA – 50kA |
| Tần số | 50Hz - 60Hz |
| Dải dòng điện | 10A - 1600A |
| Công suất | 2kW - 500kW |
| Cấp bảo vệ (IP) | IP43 - IP55 |
| Chế độ vận hành | Tự động (Auto) - Bằng tay (Man) |
| Độ tăng nhiệt độ tối đa | 50०C |
| Vật liệu | Tôn, Inox sơn tĩnh điện |
| Kết cấu | Tủ được thiết kế dạng khung, vỏ dày 1.5 - 3.0mm. Các chi tiết được chế tạo chính xác bằng máy điều khiển CNC |
| Kích thước | Chiều cao: 450-2200mm
Chiều rộng: 400-1000mm Chiều sâu: 200-1000mm |
Nguyên lý hoạt động của tủ điện xử lý nước thải
Tủ điện xử lý nước thải hỗ trợ 2 cơ chế vận hành chính là bằng tay và tự động.
- Chế độ thủ công: Người vận hành tiến hành bật/tắt trực tiếp bơm nước thải thông qua các nút nhấn trên bề mặt tủ điện.
- Chế độ tự động: Theo chế độ lập trình sẵn hoặc theo mạch điện logic đã được đấu nối chính xác, tủ điện sẽ tự động đóng mở các bơm nước thải và điều khiển các quy trình khác.
Tùy theo yêu cầu và mục đích sử dụng, tủ điện xử lý nước thải còn có thể tích hợp chế độ giám sát, điều khiển từ xa, báo động bằng đèn và còi…
Cách phân loại tủ điện xử lý nước thải
Có 2 cách phân loại tủ điện xử lý nước thải phổ biến là: theo cơ chế điều khiển và theo lĩnh vực ứng dụng.
Theo lĩnh vực ứng dụng
- Tủ xử lý nước thải sinh hoạt: Được lắp đặt chủ yếu trong các khu dân cư, khu đô thị, tòa cao ốc… Thiết kế của loại tủ này có thể đơn giản nhưng vẫn phải đáp ứng các chức năng cơ bản như điều khiển bơm, sục khí, xử lý bùn, giám sát thông số, đồng thời phải được tính toán để tối ưu chi phí cho phù hợp với nhu cầu của người dân.
- Tủ xử lý nước thải công nghiệp: Loại tủ này yêu cầu kỹ thuật đặc thù và phức tạp hơn nhiều nên có khả năng chịu tải lớn, đi kèm các nhóm thiết bị chuyên biệt. Ngoài các chức năng cơ bản, tủ điện xử lý nước thải cho môi trường công nghiệp còn yêu cầu thêm tính năng xử lý hóa chất, giám sát cảm biến công nghiệp… Do đó, tủ điện cần được tích hợp công nghệ loT và SCADA cho phép điều khiển giám sát từ xa.
- Tủ xử lý nước thải nông nghiệp: Yêu cầu quan trọng của tủ điện xử lý nước thải chăn nuôi và trồng trọt là phải nhanh chóng xử lý được nước thải có nồng độ ô nhiễm cao và quản lý bùn hiệu quả. Vì vậy, loại tủ điện này thường yêu cầu có độ bền cao và hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.
Theo cơ chế điều khiển
- Tủ điều khiển bằng tay: Người vận hành có thể trực tiếp thao tác các quy trình bơm, khuấy, sục… bằng tay thông qua hệ thống nút nhấn, công tắc. Tuy nhiên, loại điều khiển này yêu cầu người vận hành phải có kinh nghiệm, kỹ năng cao và thời gian giám sát chặt chẽ để đảm bảo nước thải đáp ứng được các tiêu chuẩn môi trường. Do vậy, loại tủ thuần thủ công hiện không còn xuất hiện nhiều trong các nhà máy xử lý nước thải.
- Tủ điều khiển bán tự động: Loại tủ này phù hợp với các trạm xử lý nước thải dưới 500m3, cho phép vận hành bằng tay hoặc tự động, trong đó, một số thiết bị sẽ được cài đặt định mức trước để vận hành tự động như dùng phao điện để ngắt máy bơm, rơ le thời gian để bật/tắt bơm… riêng máy bơm hóa chất, máy khuấy sẽ được điều khiển thủ công.
- Tủ điều khiển tự động: Với các trạm xử lý nước thải từ 1000m3 trở lên, ưu tiên sử dụng tủ điện xử lý tự động. Loại tủ này sẽ thu thập tín hiệu từ phao báo mức, cảm biến DO, pH hoặc đồng hồ lưu lượng và chuyển về bộ xử lý PLC để điều khiển quy trình xử lý theo chương trình, thông số đã cài đặt sẵn. Tủ điều khiển tự động có ưu điểm lớn là giúp tối ưu chi phí năng lượng, hóa chất thông qua việc sử dụng bơm định lượng axit/xút theo ngưỡng pH cài đặt; kiểm soát, điều khiển dễ dàng các thông số đo lường và lỗi theo thời gian thực; các sự cố như lỗi động cơ, đầy bể nước… cũng nhanh chóng được hiển thị cảnh báo trên màn hình HMI/SCADA.
Ứng dụng của tủ điện xử lý nước thải
Tủ điện xử lý nước thải là thiết bị không thể thiếu trong các trạm nước thải tập trung của các lĩnh vực như:
- Nhà máy xử lý nước thải công nghiệp: Quản lý, xử lý nước thải từ các nhà máy, kho bãi, xí nghiệp…
- Khu xử lý nước thải khu dân cư: Xử lý hiệu quả nước thải sinh hoạt trong các khu dân cư, tòa cao ốc.
- Khu xử lý nước thải cơ sở hạ tầng: Sử dụng để xử lý nước thải của bệnh viện, trường học, sân bay, bến cảng, trung tâm thương mại.
- Nhà máy xử lý nước thải nông nghiệp: Quản lý và xử lý nước thải từ các trang trại, cơ sở chăn nuôi, cơ sở chế biến thủy hải sản…
Câu hỏi về tủ điện xử lý nước thải
Câu hỏi 1: Tủ điện xử lý nước thải có bắt buộc lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng không?
Trả lời: Theo quy định của Pháp luật, các cơ sở xả thải lớn hoặc các trạm xử lý nước thải quy mô lớn bắt buộc phải lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng để theo dõi và kiểm tra chất lượng nước theo thời gian thực.
Câu hỏi 2: Tiêu chuẩn môi trường nào áp dụng cho các cơ sở xử lý nước thải tập trung?
Trả lời: Mỗi loại hình nước thải sẽ có các quy định về tiêu chuẩn môi trường nhất định. Bạn cần xác định được loại hình nước thải của doanh nghiệp để đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đáp ứng được QCVN. Ví dụ, nước thải công nghiệp cần đáp ứng các yêu cầu của QCVN 40:2011/BTNMT.
Câu hỏi 3: Làm gì khi máy bơm chìm trong hệ thống xử lý nước thải không hoạt động?
Trả lời: Khi máy bơm chìm không hoạt động, có thể rơ le bảo vệ quá tải trong tủ điện điều khiển đã bị lỗi hoặc bơm bị kẹt. Bạn cần kiểm tra lại rơ le hoặc ngắt điện và vệ sinh cánh quạt bơm.
Câu hỏi 4: Tần suất bảo trì cho tủ điện xử lý nước thải bao lâu là hợp lý?
Trả lời: Tần suất bảo trì tủ điện xử lý nước thải được khuyến cáo như sau:
- Bảo trì hàng ngày/hàng tuần: Kiểm tra ngoại quan tủ điều khiển, chú trọng các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, độ rung của máy thổi khí, các điểm rò rỉ trên đường ống nước thải.
- Bảo trì hàng tháng: Kiểm tra dầu mỡ, vệ sinh lưới chắn rác, hoạt động của bơm định lượng hóa chất hoặc dây đai truyền động của máy thổi khí.
- Bảo trì theo quý/ nửa năm: Toàn diện hệ thống, bao gồm các thiết bị điện quan trọng như rơ le, timer, thiết bị đóng ngắt,... cân chỉnh các loại van, đặc biệt là thay thiết bị lọc theo định kỳ 6 tháng/lần.
Đầu tư vào tủ điện xử lý nước thải là đầu tư cho sự phát triển bền vững, hướng tới việc giảm thiểu các tác nhân gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước. Vì vậy, việc vận hành tủ điện xử lý nước thải hiệu quả và an toàn không chỉ để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường mà còn thể hiện trách nhiệm của các doanh nghiệp trong việc chung tay thực hiện mục tiêu Netzero vào năm 2050 mà Việt Nam cam kết tại COP26.
