I. Yêu cầu bài toán thực tế:
Hội thảo bàn giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường sông Thị Vải do Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức tại TP.HCM chiều 12-12 kết thúc sau khi các đơn vị liên quan bắt tay cam kết hành động quyết liệt để cứu con sông này. Cũng trong ngày đã công bố danh sách Ủy ban bảo vệ môi trường lưu vực hệ thống sông Đồng Nai. Theo Thứ trưởng Bộ Khoa học – công nghệ Nguyễn Văn Lạng, nếu hai tỉnh Đồng Nai và Bà Rịa – Vũng Tàu đã cam kết giám sát và ngăn chặn nguồn thải ô nhiễm thì việc xử lý ô nhiễm của sông Thị Vải bằng giải pháp công nghệ là trong tầm tay. PGS.TS Phùng Chí Sỹ – Viện Kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường TP.HCM – cho biết những giải pháp xử lý ô nhiễm con sông này được nhóm nghiên cứu của ông đưa ra từ năm 1999. Theo đó, nên kiểm soát nguồn thải của các doanh nghiệp và giám sát việc xả thải bằng hệ thống quan trắc tự động để chất thải ô nhiễm không được bơm tiếp ra sông. Kế đó sẽ tập trung xử lý ô nhiễm tồn đọng. (Trích báo Tuổi trẻ ngày 13/12/2008).
Như vậy, nhu cầu lắp đặt hệ thống giám sát/quan trắc tự động chất lượng nước thải ra từ các nhà máy, xí nghiệp dọc lưu vực sông Đồng Nai sau vụ Vedan là một trong những bước đi cần tiến hành song song với nhiệm vụ xử lý ô nhiễm. Qua đó, chúng tôi muốn đề nghị một giải pháp tự động giám sát chất lượng nước thải tối ưu nhất, sử dụng mạng không dây GPRS/GSM.
Vấn đề sử dụng giải pháp không dây dựa trên thực tế là các trạm giám sát tự động không ở gần nhau, phân bố trong một khoảng không gian rộng (cả một lưu vực sông Đồng Nai) với nhiều điểm giám sát cách xa nhau cần phải thu thập về một trung tâm (hoặc về nhiều nơi cần quản lý, giám sát cùng lúc). Hiện nay, giải pháp này hoàn toàn có thể thực hiện tại Việt Nam được với giá thành hợp lý mà hiệu quả cao.
Bài viết sau đây xin giới thiệu với các bạn một hệ thống thu thập dữ liệu gần như hoàn chỉnh nhất.
II. Tổng quan về hệ thống tự động giám sát chất lượng nước thải:
Một hệ thống tự động giám sát chất lượng nước thải bao gồm các thành phần chính sau:
- Hệ thống đo và thu thập dữ liệu chất lượng nước thải tại hiện trường.
- Hệ thống truyền-nhận dữ liệu qua mạng không dây GPRS/GSM.
- Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu tại trung tâm.
H1. Sơ đồ kết nối tổng quát của mạng giám sát chất lượng nước thải
a. Hệ thống đo và thu thập dữ liệu chất lượng nước thải tại hiện trường
Mỗi trạm gồm các đầu đo (sensor) và bộ truyền tín hiệu, hiển thị (transmitter) để phân tích liên tục (online) các chỉ tiêu nước thải như: pH, tổng chất rắn lơ lửng TSS, oxy hòa tan DO, COD online, BOD online, Nito tổng, Phosphate tổng, tổng cacbon hữu cơ TOC, ammonia, lưu lượng thải ra …. Tất cả các tín hiệu được tập hợp về bộ datalogger (bộ thu thập dữ liệu) truyền thông về trạm trung tâm qua mạng không dây GPRS/GSM.
H2. Panel gắn các đầu đo chất lượng nước thải
H3. Máy phân tích COD online và BOD online
b. Hệ thống truyền nhận dữ liệu qua mạng không dây GPRS/GSM:
Việc truyền thông dữ liệu từ các trạm giám sát về Phòng Giám sát/Điều khiển trung tâm được thực hiện hoàn toàn tự động thông qua hạ tầng mạng không dây GPRS/GSM sẵn có của các mạng di động tại nước ta như Mobifone, Vinaphone và Viettel.
GPRS (General Packet Radio Service – Dịch vụ vô truyến gói tổng hợp) là một dịch vụ dữ liệu di động dạng gói dành cho những người dùng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM. GPRS cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56~114 kbps (theo Wikipedia).
H4. Mô tả chi tiết hệ thống giám sát tự động chất lượng nước thải
GPRS/GSM được xem là giải pháp truyền nhận dữ liệu tối ưu nhất (kể cả về kỹ thuật và kinh tế) cho mạng giám sát tự động chất lượng nước thải khi so sánh với các giải pháp truyền thông khác như hữu tuyến (qua line điện thoại, cáp quang, ADSL) và vô tuyến (tin nhắn SMS-GSM, sóng radio, vệ tinh).
Điều này có thể chứng minh qua một vài ưu điểm chính của giải pháp truyền thông GPRS/GSM khi so sánh với truyền thông qua line điện thoại và tin nhắn SMS như sau:
- Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấp nhất vì truyền theo dạng gói dữ liệu nên chi phí vận hành hằng tháng thấp (tối đa 150,000đ/1 tháng) tùy theo nhu cầu sử dụng.
- Truyền nhận dữ liệu dạng đóng gói với độ tin cậy và bảo mật cao hơn loại datalogger truyền dạng tin nhắn SMS.
- Không bị sét lan truyền và lỗi kết nối như truyền thông qua line điện thoại.
- Khả năng mở rộng số lượng trạm giám sát chất lượng nước thải lên đến 65526 trạm. Còn đối với truyền thông qua line điện thoại thì tối đa chỉ kết nối tuần tự không quá 05 trạm vì phải làm việc theo cơ chế polling (có gọi điện thoại kết nối thì mới lấy được dữ liệu).
- Khả năng tự động truyền dữ liệu về trung tâm với thời gian truyền dưới 30 giây/1 lần.
- Được lập trình để cảnh báo ngay lập tức cho người vận hành hệ thống nước thải và cán bộ giám sát môi trường qua tin nhắn (SMS) khi một trong các chỉ tiêu nước thải vượt quá tiêu chuẩn môi trường. Đồng thời, hệ thống được lập trình để bơm lấy mẫu nước thải lưu vào trong các bình chứa để đối chiếu khi cần. Điều này giúp nhanh chóng phát hiện sai phạm trong việc xả nước thải ra môi trường của các nhà máy/xí nghiệp và tìm cách khắc phục hệ thống nước thải ra môi trường.
- Khả năng lưu trữ dữ liệu tại chỗ và từ xa, kết hợp làm việc với hệ thống thông tin địa lý GIS có sẵn của các Trung Tâm Quan Trắc Môi Trường tỉnh/thành phố.
- Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu tại trung tâm:
Tại trung tâm lắp đặt máy tính chủ được cài phần mềm thu thập và lưu trữ dữ liệu từ các bộ thu thập dữ liệu GPRS/GSM ở trên gởi về theo thời gian cài đặt dữ liệu gởi về; được tính theo từng giây, từng phút, từng giờ trong ngày… sau đó được cập nhật vào cơ sở dữ liệu tại trung tâm.
H5. Hiển thị dạng đồ thị vị trí lắp đặt các trạm
Dữ liệu có thể được phân bố trên các bản đồ, ngay tại điểm đo.
- Dữ liệu được xem dưới dạng bảng giá trị hoặc xem dưới dạng đồ thị.
- Dữ liệu có thể xuất ra file excel làm báo cáo (report).
- Các thông báo cảnh báo sẽ xuất hiện ngay lúc có cảnh báo và được lưu lại trong cơ sở dữ liệu và có thể truy xuất để xem lại hoặc làm báo cáo.
- Có thể phân cấp người dùng, hạn chế quyền người vận hành …
- Có thể phân bố theo các lớp bản đồ từ tổng quát tới các điểm đo cụ thể.
- Kết nối với hệ thống thông tin địa lý GIS có sẵn của các Trung Tâm Quan Trắc Môi Trường tỉnh/thành phố.
- Được lập trình để có thể cùng lúc thu thập dữ liệu tại trạm trung tâm (các Trung Tâm Quan Trắc Môi Trường tỉnh/thành phố) và tại nhà máy/xí nghiệp có lắp đặt trạm giám sát chất lượng nước thải khi có nhu cầu cùng giám sát.
H6. Hiển thị dạng đồ thị tại một điểm đo
III. Kết luận:
Với kinh nghiệm tích hợp hệ thống lâu năm và đội ngũ kỹ sư có tay nghề cao, chúng tôi, Công ty Cổ Phần Công Nghệ Tự Động Tân Tiến (ITD Automation Corp) tin tưởng có thể đáp ứng được hầu hết các nhu cầu xây dựng hệ thống giám sát/quan trắc tự động chất lượng nước thải nói riêng và môi trường nói chung của khách hàng hiện nay.