Ứng dụng IOT (Internet Of Things) trong xử lý nước thải

Thuật ngữ IOT (Internet Of Thing) dường như đã rất phổ biến với thế giới hiện đại ngày nay. Nhờ internet thế giới đã thay đổi rất nhanh chóng và trong tương lai sẽ có những bước tiến nhảy vọt nhờ internet. Internet được ứng dụng trong mọi ngành khoa học, kỹ thuật, rộng khắp trong từng gia đình, tòa nhà, văn phòng, công sở, nhà máy, khu công nghiệp, các thành phố, quốc gia… Hôm nay chúng ta sẽ xem xét IOT trong lĩnh vực môi trường và cụ thể ở đây là xử lý nước thải.

Mỗi năm có hàng triệu du khách trên thế giới đến khách sạn Belliagio (Lasvegas, Mỹ) để những đài phun nước mang tính biểu tượng, tọa lạc phía trước khách sạn. Nước được phun lên cao hàng trăm feet (1 feet = 0.3048 m) lên bầu trời từ 1200 đài phun nước, mang đến cảm giác thích thú và phấn khích cho người xem.

Đài phun nước phía trước khách sạn Belliagio, Lasvegas, Mỹ

Tuy nhiên, khác với vẻ đẹp hoa mỹ và lãn mạn của nó, phần lớn nước được sử dụng cho các buổi trình diễn tại đây là chính là nước đã qua xử lý từ nước thải. Chắc hẳn khi biết đến thông tin này quý vị sẽ giật mình với suy nghĩ: sử dụng nước được xử lý từ nước thải có đủ sạch, đảm bảo vệ sinh, an toàn? Các bạn sẽ hoang mang và đi tìm lời giải đáp cho thắc mắc của mình? Vâng. Tôi xin trả lời rằng các bạn hoàn toàn an tâm rằng, mặc dù nước được sử dụng ở đây là nước đã qua xử lý từ nước thải, nhưng chúng rất an toàn cho bạn. Bởi nước sau khi được xử lý triệt để các chất thải, vi khuẩn, vi trùng gây bệnh… có chứa trong nước thải. Nước được tiệt trùng và đưa đi phân tích, chỉ khi chất lượng nước đáp ứng được hơn 90 tiêu chuẩn an toàn do Cục Bảo vệ Môi trường (EPA) của Mỹ. Khi đó nước mới được đưa vào sử dụng. 

Bạn sẽ uống nước được xử lý từ nước thải?

Hàng triệu người yêu thích bia cũng được thưởng thức nước thải một cách thú vị và độc đáo. Vào năm 2018, những người ở Nhà máy bia Nya Carnegie, Viện nghiên cứu môi trường Thụy Điển IVL và Carlsberg Thụy Điển đã quyết định thách thức người tiêu dùng về những gì người hâm mộ có thể tiêu thụ bằng cách tạo ra bia từ nước thải đã được xử lý. Đoán xem nó thế nào? Nó có vị tuyệt vời! PU: REST, một loại bia làm từ nước thải được xử lý.

Viện nghiên cứu môi trường Thụy Điển IVL là một nhà nghiên cứu nổi tiếng trong công nghệ nước và đang làm cho nước thải sạch hơn nước máy có thể uống được. Đó là lý do tại sao họ quyết định sử dụng nước thải được xử lý để tạo ra một loại bia kinh tế thực sự, bền vững. Loại bia này đã thu hút hàng trăm đơn hàng từ các khách hàng khác nhau ở Thụy Điển và trên toàn thế giới. 

Sử dụng nước thải để duy trì sự sống

Chuyển từ các chương trình đài phun nước và bia thủ công, các thành phố bị tê liệt do sự gia tăng dân số và nguồn cung cấp nước đang cạn kiệt cũng đang sử dụng nước thải để tạo ra một tác động lớn – duy trì sự sống. Trong thập kỷ qua, Las Vegas đã thấm nhuần chương trình cải tạo nước đẳng cấp thế giới của khu vực cắt giảm mức sử dụng nước bình quân đầu người 37%, giúp tiết kiệm khoảng 5 triệu đô la hàng năm.

Vậy họ phải làm việc đó như thế nào?

Họ sử dụng nhiều cơ chế khác nhau, nhưng một khía cạnh quan trọng là giám sát sử dụng năng lượng, kiểm tra chất lượng nước và giám sát lượng nước tại một nhà máy xử lý nước thải trong khu vực. Hãy cùng xem xét kỹ hơn về cách thức Internet of Things giúp tạo ra nhà máy xử lý nước thải trong tương lai bằng cách tăng hiệu quả, tiết kiệm tiền và trở nên bền vững hơn.

Tối ưu hóa nhà máy xử lý nước thải bằng IOT
Tại sao một nhà máy xử lý nước thải muốn sử dụng IOT công nghiệp?

Một câu trả lời là các hệ thống IOT, như nền tảng IOT của Temboo, có thể cung cấp cho các nhà quản lý “con mắt” trong nhà máy của họ mà họ chưa từng có trước đây – có thể là từ thu thập dữ liệu cảm biến phụ hoặc đo lường môi trường. Nhiều nhà máy xử lý nước thải Hệ thống SCADA của SCADA đã cũ, với các hệ thống có từ tuổi trẻ của ông bà. Không cần phải nói, điều khá ấn tượng là các nhà máy này vẫn hoạt động tốt như họ.

Với Internet Of Things, các nhà máy xử lý nước thải có thể nhảy vọt từ những năm 1950 sang thời hiện đại. Các giải pháp giám sát giống như các giải pháp được minh họa dưới đây cho phép các nhà quản lý nhà máy thu thập và xem dữ liệu để tối ưu hóa các hệ thống họ làm việc hàng ngày. 

Kosmos có thể theo dõi tốc độ dòng chảy, sử dụng năng lượng bơm và chất lượng nước của nhà máy xử lý nước thải. Hãy lấy ví dụ về việc sử dụng năng lượng bơm. Thu thập dữ liệu về việc sử dụng năng lượng của máy bơm có thể cho người quản lý nhà máy biết nơi sử dụng năng lượng chính đang diễn ra.

Ví dụ, lưu vực sục khí là khía cạnh tiêu tốn nhiều năng lượng nhất của nhà máy xử lý nước thải và có thể là nơi đầu tiên các nhà quản lý nghĩ đến nếu họ đang cố gắng bù đắp mức sử dụng năng lượng và giảm lượng khí thải GHG.

Tuy nhiên, nếu người quản lý nhà máy sử dụng đo sáng phụ trên tất cả các máy, họ có thể thấy rằng máy tiêu tốn nhiều năng lượng nhất không phải là bể sục khí. Sau khi dữ liệu được thu thập, họ nhận ra rằng một trong những máy bơm nước thải thực sự gây ra nhiều năng lượng hơn bình thường, vì nó bị trục trặc.

Dữ liệu này trao quyền cho người quản lý giải quyết các máy móc gặp trục trặc, xác định mức sử dụng năng lượng đầu vào và đầu ra tối ưu để sử dụng năng lượng thấp hơn, cải thiện hiệu quả vận hành và kéo dài tuổi thọ của toàn bộ máy.

Ngoài ra, khi dữ liệu đo sáng phụ được thu thập, nó có thể được kết hợp giữa các máy để thông báo cho người quản lý về việc sử dụng năng lượng chung của nhà máy.

Ở quy mô lớn hơn, nếu có tám nhà máy khác nhau trong danh mục đầu tư của thành phố, người quản lý có thể bắt đầu đánh giá từng mức sử dụng năng lượng của nhà máy.

Nếu một nhà máy đang sử dụng nhiều năng lượng hơn phần còn lại, người quản lý có thể nhìn vào bên trong nó để xác định nơi sử dụng nhiều năng lượng nhất. Sau đó, họ có thể xác định máy nào đang gặp trục trặc và sửa chữa nó, cải thiện việc sử dụng năng lượng tổng thể nói chung.

Khai thác dữ liệu PLC với Kosmos

Nhiều nhà máy xử lý nước thải đã có một số cảm biến thời gian thực đã xảy ra, nhưng nó có thể không liên tục, đáng tin cậy hoặc hữu ích. Kosmos có thể giải quyết vấn đề này bằng cách chạm vào các PLC trong nhà máy đang sử dụng Modbus TCP.

Bằng cách thu thập dữ liệu từ các cảm biến đã là một phần của thiết lập PLC PLC của nhà máy, người quản lý có thể đạt được những hiểu biết có giá trị mà không cần phải mua thêm phần cứng.

Các nhà máy cũng có thể sử dụng Kosmos song song với các hệ thống SCADA của họ cho phép hiểu biết toàn diện về việc sử dụng năng lượng / nước trong khi không làm gián đoạn hoạt động hiện tại của họ. 

Nhà máy xử lý nước thải của tương lai

Vậy những hệ thống IOT công nghiệp này có thể được triển khai ở đâu và dữ liệu nào có thể được tạo ra? Dưới đây chỉ là một vài nơi để bắt đầu.

Nhà máy xử lý nước thải trong tương lai

Xử lý nước thải: Theo dõi tốc độ dòng chảy và sử dụng năng lượng tại Grit Chambers và Bơm với IOT

Buồng Grit là những bể hẹp dài được thiết kế để làm chậm dòng chảy của nước. Theo dõi tốc độ dòng chảy của bùn trong các hệ thống này là điều cần thiết bởi vì cần phải điều chỉnh thích hợp để cho phép các chất rắn như cát, bã cà phê và vỏ trứng lắng xuống trước khi chuyển sang giai đoạn xử lý tiếp theo.

Nếu bùn làm cho nó qua giai đoạn này, nó có thể làm căng máy móc xuống quá trình xử lý nước thải và cuối cùng phá hủy các máy bơm.

Một ứng dụng giám sát thiết yếu khác trong quá trình xử lý là thu thập thông tin về việc sử dụng năng lượng của máy bơm nước thải.

Biết bao nhiêu năng lượng được sử dụng để bơm hàng ngàn gallon qua máy bơm nước thải cung cấp thông tin chuyên sâu về việc máy nào đang sử dụng nhiều năng lượng nhất, cần bảo trì phòng ngừa và có thể được đặt thành cài đặt tối ưu thông qua đo sáng phụ.

Cảm biến rung và hiện tại cũng có thể được sử dụng để xác định xem có báo động không và gửi tin nhắn văn bản / email trực tiếp đến nhóm quản lý.

Xử lý sơ cấp nước thải: Theo dõi tốc độ dòng chảy, chất lượng nước và sử dụng năng lượng tại bể lọc

Theo dõi tốc độ dòng chảy và chất rắn lơ lửng (SS) của nước trong bể lắng là rất quan trọng bởi vì nếu tốc độ dòng chảy nhanh hơn tốc độ lắng, thì trầm tích sẽ không được lọc đầy đủ.

Giám sát SS cũng thông báo nếu tốc độ dòng chảy là chính xác, cho biết tình trạng chất lượng nước nói chung. Bằng cách thêm một cảm biến tốc độ dòng chảy công nghiệp vào bộ làm rõ cùng với Hệ thống IoT Kosmos, bạn sẽ có thể vẽ biểu đồ dòng chảy và được cảnh báo về bất kỳ sự bất thường nào.

Ngoài ra, việc sử dụng năng lượng tại các hệ thống khử nước bùn có thể được theo dõi để xác định xem có bất kỳ máy nào đang hoạt động quá mức không. Người quản lý nhà máy sau đó có thể đi vào và khắc phục mọi lỗi không chạy ở cài đặt tiết kiệm năng lượng tối ưu.

Lượng khí mêtan được tạo ra từ quá trình khử nước cũng có thể được theo dõi và tái sử dụng trong phạm vi phát thải GHG của nhà máy.

Xử lý thứ cấp nước thải: Theo dõi máy thổi và mức DO trong lưu vực sục khí

Theo dõi nồng độ oxy hòa tan (DO) và mức sử dụng năng lượng của máy thổi trong giai đoạn sục khí được cho là hai trong số các yếu tố quan trọng nhất cần kiểm soát.

Tại sao? Bởi vì giai đoạn này là tốn nhiều năng lượng nhất của toàn bộ quá trình.

Mục đích của bể sục khí là phá hủy hàm lượng sinh học của nước thải bằng cách thổi bọt khí và trả lại bùn hoạt tính (vi khuẩn ăn chất thải) vào nước thải. Cùng với nhau, một môi trường tiêu hóa hiếu khí được tạo ra để loại bỏ các vật liệu hữu cơ.

Bằng cách theo dõi sản lượng năng lượng của máy thổi và theo dõi DO, các nhà quản lý có thể chắc chắn rằng có đủ lượng oxy để thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật và ngăn chặn việc lạm dụng thiết bị sục khí tốn kém.

Theo dõi các thông số chất lượng nước khác như pH, amoni, nitrat, chất rắn và orthophosphate cũng là những yếu tố cần thiết trong bước này của quy trình xử lý.

Xử lý nước thải: Ứng dụng IOT ở giai đoạn Khử trùng

Quá trình Khử trùng có thể được thực hiện theo ba cách sử dụng phương pháp xử lý bằng: Clo, UV và ozone:

• Nếu nước được khử trùng bằng clo, các cảm biến có thể theo dõi mức độ hóa học trong nước.
• Nếu tia UV là cơ chế chính, cảm biến IOT có thể giám sát quá trình từ xa bằng cách chuyển đổi dữ liệu truyền và lưu lượng UV để tối ưu hóa đầu ra.
• Nếu xử lý ozone đang được sử dụng, các cảm biến IoT có thể giám sát từ xa dòng điện áp cao phá hủy vật liệu hữu cơ cho phép các nhà quản lý hiểu được sản lượng năng lượng của hệ thống và chất lượng nước nói chung.

Hiểu biết sâu sắc về Kosmos cho người quản lý nhà máy

Hãy tưởng tượng bạn có thể chạy một nhà máy từ xa bằng cách quan sát dữ liệu liên tục từ điện thoại hoặc máy tính để bàn của bạn. Với Kosmos điều này có thể trở thành hiện thực.

Hiểu dữ liệu của bạn với đồ thị rõ ràng

Ví dụ, khi theo dõi độ đục, người quản lý nhà máy có thể quan sát chất lượng nước bằng một biểu đồ thông tin chi tiết thông tin chính xác cần thiết.

Vẻ đẹp của biểu đồ này không chỉ là sự đơn giản của nó, mà còn cho thấy khi chất lượng nước tăng lên trên mức cho phép – chi tiết màu đỏ trong hình ảnh bên dưới.

Người dùng cuối cũng có thể xuất tất cả thông tin vào tệp csv cho mục đích chia sẻ / quản lý dữ liệu.

Đồ thị Kosmos hiển thị biểu đồ độ đục

Đặt cảnh báo của riêng bạn khi mọi thứ đi sai

Mỗi nhà máy xử lý nước thải đều có tốc độ dòng chảy nhất định, xả nước thải và giấy phép chất lượng nước được ủy quyền bởi EPA.

Để theo dõi bất kỳ sự bất thường nào, người quản lý có thể chỉ định một quy tắc để thông báo cho họ nếu một cài đặt nào đó vi phạm ngưỡng để họ có thể nhanh chóng thực hiện hành động để khắc phục.

Dự đoán được cung cấp bởi Machine Learning

Càng nhiều dữ liệu được tích lũy trong Kosmos, dữ liệu đó càng có giá trị.

Một khi có đủ thông tin ở Kosmos, nó sẽ trở thành dữ liệu lịch sử, tên lửa. Dữ liệu lịch sử sau đó có thể được sử dụng với thuật toán học máy để dự đoán và dự báo thời điểm xảy ra lỗi máy sẽ xảy ra tiếp theo.

Những hiểu biết dữ liệu như vậy cho phép các nhà quản lý khắc phục sự cố trước khi nó xảy ra để ngăn chặn thời gian chết, giảm chi phí vận hành và cải thiện hiệu quả chung của máy móc.

Như được hiển thị bên dưới, nếu mức độ đục giảm xuống dưới 100 NTU trong quá khứ, Kosmos có thể cho bạn biết khi nào chất lượng nước giảm dự kiến tiếp theo sẽ xảy ra lần nữa.

Tương lai của xử lý nước thải là Kosmos

Kosmos là một công cụ mạnh mẽ được thiết kế để cung cấp cho người quản lý hầu hết mọi dữ liệu bạn có thể mơ ước – có thể là đo lường một tài sản, sản lượng năng lượng ở quy mô nhà máy, xác định tốc độ dòng chảy, chất lượng nước, sử dụng metan và hơn thế nữa. Đối với các nhà máy xử lý nước thải, công việc không bao giờ được thực hiện và chúng tôi ở Temboo luôn ở đây cho bạn.

Tận dụng chuyên môn của chúng tôi trong không gian IOT công nghiệp với rủi ro thấp cho bạn với bản dùng thử miễn phí Hệ thống IOT Kosmos của chúng tôi. Đăng ký tại đây.

Để tìm hiểu thêm về cách Kosmos có thể tận dụng dữ liệu hiện có và nâng cấp hệ thống quản lý nước thải của bạn, vui lòng liên hệ với nhóm Temboo của chúng tôi.

Hãy để lại giới thiệu cách chúng ta sử dụng nguồn nước quý giá này với IOT công nghiệp!