Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử: Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý nước cấp công suất 1000 l/h

Chia sẻ: Acacia2510 _Acacia2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

64
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu các hệ thống xử lý nước với công nghệ lọc màng để thiết kế mô hình 3D. Sử dụng kiến thức về thiết kế hệ thống bằng phần mềm Inventor và AutoCad 6 Tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức để dung phần mềm GX Designer để lập trình điều khiển hệ thống bằng PLC Mistubishi FX2N. Sử dụng phần mềm VT Designer để lập trình HMI.g xử lý nước cấp công suất 1000 l/h.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử: Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý nước cấp công suất 1000 l/h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT VÀ NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP Chuyên ngành: Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: ThS. Trần Thái Sơn Sinh viên thực hiện: Dương Chí Tuấn - 16032377 Trịnh Minh Hiếu - 16031416 Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 4 năm 2020
MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................................i DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG BÁO CÁO ...................................................................... v DANH MỤC BẢNG TRONG BÁO CÁO ........................................................................... viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DÙNG TRONG BÁO CÁO ....................................................ix LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................... x NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ..................................................................xi LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................xii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................................... 1 1.1. Tổng quan tình hình cấp nước sinh hoạt ở Việt Nam .................................................... 1 1.2. Tổng quan về ngành xử lý nước ở Việt Nam ................................................................. 2 1.2. Mục đích chọn đề tài ...................................................................................................... 5 1.3. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................... 5 1.4. Giới hạn của đề tài .......................................................................................................... 6 1.5. Các ứng dụng của đề tài ................................................................................................. 6 1.6. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................................... 6 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................ 8 2.1. Đề xuất sơ đồ nguyên lý ................................................................................................. 8 2.2. Đề xuất sơ đồ khối điều khiển ........................................................................................ 9 2.3. Phương án thiết kế ........................................................................................................ 10 CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................... 12 3.1. Bộ lọc đĩa ...................................................................................................................... 12 3.1.1. Cấu tạo bộ lọc đĩa................................................................................................... 12 3.1.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 13 i
3.1.3. Thông số kỹ thuật ................................................................................................... 15 3.1.4. Ưu điểm .................................................................................................................. 15 3.2. Quá trình siêu lọc.......................................................................................................... 16 3.2.1. Cấu tạo màng siêu lọc ............................................................................................ 16 3.2.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 17 3.3.3. Các chế độ lọc ........................................................................................................ 19 3.2.4. Ưu điểm .................................................................................................................. 24 3.3. Quá trình lọc thẩm thấu ngược ..................................................................................... 26 3.3.1. Cấu tạo màng lọc thẩm thấu ngược........................................................................ 26 3.3.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 27 3.3.3. Ưu điểm của lọc thẩm thấu ngược ......................................................................... 28 3.4. PLC Mitsubishi FX2N – 48MT.................................................................................... 29 3.4.1. Tổng quan về PLC ................................................................................................. 29 3.4.2. PLC FX2N-48MT của hãng mitsubishi ................................................................... 32 3.5. Mô đun FX2N – 4AD .................................................................................................... 36 3.5.1. Cấu tạo mô đun FX2N – 4AD ................................................................................. 36 3.5.2. Kết nối với PLC ..................................................................................................... 37 3.6. HMI INVT .................................................................................................................... 39 3.6.1. Tổng quan về HMI ................................................................................................. 39 3.6.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 40 3.7. Van điện từ ................................................................................................................... 41 3.7.1. Giới thiệu................................................................................................................ 41 3.7.2. Cấu tạo van điện từ ................................................................................................ 42 3.7.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 42 ii
3.8. Cảm biến áp suất .......................................................................................................... 43 3.8.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................... 43 3.8.2. Cấu tạo ................................................................................................................... 43 3.9. Động cơ bước ............................................................................................................... 45 3.9.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................... 45 3.9.2. Cấu tạo động cơ bước ............................................................................................ 46 3.10. Công tắc điện phao nước ............................................................................................ 46 3.10.1. Giới thiệu chung ................................................................................................... 46 3.10.2. Cấu tạo công tắc điện phao nước ......................................................................... 47 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG................................................................ 48 4.1. Thiết kế hệ thống lọc .................................................................................................... 48 4.1.1. Tính toán và thiết kế bộ lọc thẩm thấu ngược ........................................................ 48 4.1.2. Lựa chọn và thiết kế màng siêu lọc ........................................................................ 51 4.1.3. Kiểm nghiệm thiết kế hệ thống bằng phần mềm WAVE của hãng Dupont. ......... 53 4.1.4. Thiết kế mô hình 3D hệ thống xứ lý nước cấp ...................................................... 57 4.1.5. Bản vẽ 2D hệ thống xử lý nước cấp ....................................................................... 59 4.2. Thiết kế hệ thống điện và lập trình ............................................................................... 60 4.2.1. Thiết kế hệ thống điện ............................................................................................ 60 4.2.2. Lập trình điều khiển hệ thống ................................................................................ 65 4.3. Thiết kế bộ van áp suất ................................................................................................. 68 4.4. Thực hiện mô hình, mô phỏng hệ thống ...................................................................... 69 4.5. Quy trình vận hành ....................................................................................................... 71 4.4.1. Điều khiển tự động ................................................................................................. 72 4.4.2. Điều khiển bằng tay ............................................................................................... 74 iii
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................................. 77 5.1. Kết quả đề tài ................................................................................................................ 77 5.2. Sản phẩm của đề tài ...................................................................................................... 77 5.3. Tính hiệu quả của đề tài................................................................................................ 78 5.4. Hướng phát triển đề tài ................................................................................................. 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 79 1. Tài liệu truyền thống ....................................................................................................... 79 2. Tài liệu điện tử ................................................................................................................. 79 PHỤ LỤC 1. KẾT QUẢ XÉT NGHIỆM MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở BẾN TRE ............ 80 PHỤ LỤC 2. CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ................... 82 PHỤ LỤC 3. BẢN VẼ 2D BỐ TRÍ THIẾT BỊ ...................................................................... 87 iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG BÁO CÁO Hình 1.1. Sơ đồ xử lý nước Nhà máy xử lý nước BOO Thủ Đức ............................................ 4 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước cấp ................................................................ 8 Hình 2.2. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống ................................................................................ 9 Hình 3.1. Bộ lọc đĩa ................................................................................................................ 12 Hình 3. 2. Hoạt động của bộ lọc đĩa ....................................................................................... 13 Hình 3. 3.Rửa ngược bộ lọc đĩa .............................................................................................. 14 Hình 3. 4. Quy trình xử lý nước qua bộ lọc đĩa ...................................................................... 14 Hình 3. 5. Kích thước bộ lọc đĩa ............................................................................................. 15 Hình 3. 6. Màng siêu lọc là tập hợp các ống PVDF ............................................................... 16 Hình 3. 7. Nguyên lý của màng siêu lọc ................................................................................. 17 Hình 3. 8. Sơ đồ các chế độ lọc .............................................................................................. 19 Hình 3. 9. Quá trình xử lý nước qua màng siêu lọc ............................................................... 19 Hình 3. 10. Quá trình rửa khí .................................................................................................. 20 Hình 3. 11. Quá trình xả áp suất sau khi rửa khí .................................................................... 21 Hình 3. 12.Quá trình rửa ngược phía trên ............................................................................... 21 Hình 3. 13.Quá trình rửa ngược phía dưới.............................................................................. 22 Hình 3. 14. Quá trình rửa xuôi ................................................................................................ 22 Hình 3. 15. Quá trình rửa CEB phía trên ................................................................................ 23 Hình 3. 16. Quá trình rửa CEB phía dưới ............................................................................... 23 Hình 3. 17. Chế độ rửa định kỳ tại chổ CIP............................................................................ 24 Hình 3. 18. Sidney Loeb và mô hình màng áp suất thẩm thấu chậm ..................................... 26 Hình 3. 19. Cấu tạo màng lọc thẩm thấu ngược ..................................................................... 27 Hình 3. 20. Thẩm thấu và thấm rthấu ngược .......................................................................... 27 Hình 3. 21. Cấu trúc của PLC ................................................................................................. 31 Hình 3. 22. PLC Mitsubishi FX2N - 48MT - 001 .................................................................. 32 Hình 3. 23. Sơ đồ các chân của PLC FX2N – 48MT ............................................................. 33 Hình 3. 24. Sơ đồ nối source dây thiết bị ngoại vi và PLC .................................................... 36 Hình 3. 25. Mô đun FX2N – 4AD .......................................................................................... 36 v
Hình 3. 26. Màn hình HMI VT-070........................................................................................ 39 Hình 3. 27. Van điện từ ........................................................................................................... 41 Hình 3. 28. Cấu tạo van điện từ .............................................................................................. 42 Hình 3. 29. Cảm biến áp suất .................................................................................................. 43 Hình 3. 30. Cảm biến áp suất dạng áp điện trở (dạng màng) ................................................. 44 Hình 3. 31. Cảm biến áp suất kiểu tụ ...................................................................................... 45 Hình 3. 32. Động cơ bước ....................................................................................................... 46 Hình 4. 1. Quy trình xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt ........................................................ 48 Hình 4. 2. Phần mềm WAVE ................................................................................................. 54 Hình 4. 3. Cài đặt các thông số nguồn nước cấp .................................................................... 55 Hình 4. 4. Cài đặt các thông số màng UF ............................................................................... 55 Hình 4. 5. Cài đặt các thông số màng lọc RO ......................................................................... 56 Hình 4. 6. Kết quả thiết kế UF bằng phần mềm WAVE ........................................................ 56 Hình 4. 7. Kết quả thiết kế RO từ phần mềm WAVE ............................................................ 57 Hình 4. 8. Phần mềm INVENTOR thiết kế 3D ...................................................................... 58 Hình 4. 9. Mô hình 3D hệ thống nhìn từ phía trước ............................................................... 58 Hình 4. 10. Phần mềm vẽ 2D AutoCAD ................................................................................ 59 Hình 4. 11. Phần mềm thiết kế tủ điện EPLAN ...................................................................... 61 Hình 4. 12. Sơ đồ các khối của điều khiển và truyền động .................................................... 62 Hình 4. 13. Mạch truyền động ................................................................................................ 63 Hình 4. 14. Mạch điều khiển................................................................................................... 64 Hình 4. 15. Phần mềm GX Developer .................................................................................... 65 Hình 4. 16. Lưu đồ chọn chế độ hoạt động............................................................................. 65 Hình 4. 17. Lưu đồ giải thuật điều khiển tự động ................................................................... 66 Hình 4. 18. Phần mềm VT Designer ....................................................................................... 67 Hình 4. 19. Thiết kế màn hình khởi động HMI ...................................................................... 67 Hình 4. 20. Sơ đồ truyền động van áp suất ............................................................................. 68 Hình 4. 21. Bộ van áp suất ...................................................................................................... 68 vi
Hình 4. 22. Hàn khung mô hình.............................................................................................. 69 Hình 4. 23. Lập trình và nạp vào PLC .................................................................................... 69 Hình 4. 24. Lắp đặt tủ điện ..................................................................................................... 70 Hình 4. 25. Lập trình và nạp cho màn hình HMI.................................................................... 70 Hình 4. 26. Màn hình cài đặt hệ thống.................................................................................... 73 Hình 4. 27. Màn hình chế độ tự động - Automatic ................................................................. 73 Hình 4. 28. Màn hình chế độ điều khiển bàng tay – Manual .................................................. 74 Hình 4. 29. Kết nối thiết bị để rửa hóa chất định kỳ ............................................................... 76 Hình 5. 1. Mô hình thử nghiệm hệ thống................................................................................ 77 vii
DANH MỤC BẢNG TRONG BÁO CÁO Bảng 1. 1. Tiêu chuẫn cấp nước theo đầu người theo TCXDVN 33:2006 ............................... 1 Bảng 1. 2. So sánh các nguồn nước và QCVN 02:2009/BYT .................................................. 2 Bảng 3. 1. Ưu điểm của lọc đĩa............................................................................................... 15 Bảng 3. 2. Ưu điểm của PLC .................................................................................................. 30 Bảng 3. 3. Đặc tính kỹ thuật của PLC FX2N ......................................................................... 33 Bảng 4. 1. Các thiết bị sử dụng ............................................................................................... 60 Bảng 4. 2. Trạng thái của các thiết bị trong từng quy trình .................................................... 71 Bảng 4. 3. Thời gian hoạt động của các quá trình .................................................................. 72 viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DÙNG TRONG BÁO CÁO AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều DC Direct Current Dòng điện một chiều UL UltraFiltation Siêu lọc RO Reverse Osmosis Thẩm thấu ngược TCXDVN Tiêu chuẫn xây dựng Việt Nam QCVN Quy chuẫn Việt Nam BYT Bộ Y Tế PLC Programmable Logical Controller Chương trình điều khiển tự động có lập trình HMI Human Machine Interface thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị 2D Two Dimension 2 chiều 3D Three Dimension 3 chiều LAD Ladder Ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa A/D Analog/Digital Chuyển đối tín hiệu tương tự/tín hiệu số CPU Central Processing Unit Đơn vị điều khiển trung tâm RAM Random Access Memory Bộ nhớ lưu trữ tạm thời ROM Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc EPROM Erasable Programmable Read Bộ nhớ chỉ đọc chương trình Only Memory xóa được I/O Input/Output Ngõ vào/Ngõ ra TDS Total Dissolved Solids Tổng chất rắn hòa tan PVDF Poly Vinylidene Fluoride CEB Chemically Enhanced Backwash Rửa ngược bằng hóa chất CIP Clean in place Chế độ rửa định kỳ ix
LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Công Nghệ Kỹ Thuật và Nông Nghiệp Công Nghệ Cao, những người đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong 4 năm học vừa qua. Những kiến thức này là nền tảng cũng như những hành trang vô cùng quý báu để chúng em phát triển sau này. Sau quá trình học tập và rèn luyện nghiệm túc, cùng với sự hướng dẫn và đôn đốc tận tình của giảng viên Trần Thái Sơn, chúng em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Đại học. Và em cũng xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Hiệp Lực Và Phát Triển Việt cũng như toàn thể nhân viên đã hỗ trợ, hướng dẫn nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài tại công ty. Trong quá trình thiết kế, chế tạo, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo đề tài nghiên cứu do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên bài báo cáo không thể tránh khỏi có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp các thầy, để em học hỏi thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. ………., ngày … tháng … năm 2020 Sinh viên thực hiện Dương Chí Tuấn Trịnh Minh Hiếu x
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ………., ngày … tháng … năm 2020 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) xi
LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, việc gia tăng dân số, công nghiệp hóa diễn ra nhanh chóng nên như cầu về nước ngọt và vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm và đảm bảo sức khỏe con người đã và đang trở thành vấn đề nóng bỏng và cấp thiết. Chính vì vậy, việc cung cấp nguồn nước cấp sạch đã trở thành nhu cầu cấp thiết của người dân trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như của các doanh nghiệp trong quá trình lao động sản xuất. An nình nguồn nước đang trở nên ngày càng cấp thiết với mọi quốc gia và vấn đề bảo vệ nguồn nước sạch hiện là thách thức của cả nhân loại Ở nước ta, đặc biệt là vùng đồng bằng Sông Cửu Long thì vấn đề cấp nước sinh hoạt cho người dân đang gặp nhiều khó do việc nguồn nước mặt hiện nay đang bị nhiễm mặn trầm trọng. Tuy sinh sống trong vùng đồng bằng ngập nước vào mùa lũ nhưng người dân lại bị thiếu nước vào mùa hạn do xâm nhập mặn, đặc biệt là do tác động của quá trình biến đổi khí hậu và tác động của con người như việc ngăn đập thủy điện, lưu giữ nước ở vùng thượng nguồn sông Mê Công. Tình trạng hạn mặn hằng năm luôn diễn ra ở miền Tây tuy nhiên năm nay nó lại đến sớm và diễn biến phức tạp hơn khiến người dân ở đây thiếu nước sinh hoạt trầm trọng. Với mong muốn hỗ trợ, đáp ứng một phần nhu cầu nước sinh hoạt cho người dân ở đây, chúng tôi đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý nước cấp công suất 1000 l/h”. Với công nghê lọc màng sẽ giúp hệ thống nhỏ gọn, dễ dàng lắp và ít chiếm diện tích, đáp ứng nhu cầu cung cấp nguồn nước sạch một nhanh chóng, an toàn cho cho người dân. Một phần cũng là vì luân văn tốt nghiệp là một thứ rất có ý nghĩa đối với bất kỳ sinh viên nào. Nó là thành quả kết tinh từ tất cả những kiến thức mà sinh viên đã được học, được chau chuốt rèn luyện ở trường. Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm chúng tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Thái Sơn và thầy Nguyễn Văn Hòa. Thầy đã cho chúng tôi nhiều ý tưởng cũng như đóng góp nhiều ý kiến vô cùng quan trong để tháo gỡ những nút thắt mà chúng tôi gặp phải khi trong quá trình thực hiện đề tài này. xii
Tôi rất mong muốn đề tài này được đón nhận một cách mạnh mẽ, cũng như đóng góp ý kiến để đề tài ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn. Và chúng tôi có một ước mơ không xa là có thể đem nước sạch đến mọi nơi trên đất nước Việt Nam. Nội dung báo cáo đồ án tốt nghiệp gồm 5 chương: Chương 1. Tổng quan Chương 2. Phương án thiết kế hệ thống Chương 3. Cơ sở lý thuyết Chương 4. Thiết kế, chế tạo hệ thống Chương 5. Kết quả và hướng phát triển của đề tài xiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan tình hình cấp nước sinh hoạt ở Việt Nam Trước tình hình đô thị hóa ngày càng nhanh chóng ở Việt Nam vì việc đưa nước sạch đến từng hộ gia đình đang là vấn đề cấp thiết. Chương trình cung cấp nước sạch được đưa vào chương trình mục tiêu quốc gia của chính phủ [1], yêu cầu các địa phương phải có kế hoạch hành động cụ thể và thực thi nghiêm túc để đảm bảo cung cấp đủ nước sạch cho người dân. Tình hình cung cấp nước sạch cho cuộc sống sinh hoạt của người dân cũng như cho các hoạt động sản xuất kinh doanh tại Việt Nam trong những năm gần đây đã có những bước tiến triển mạnh mẽ, về cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu của đại bộ phận xã hội. Tuy nhiên, để có thể đáp ứng được nhu cầu nước sạch cho toàn xã hội, đồng thời đảm bảo quá trình tái tạo nguồn nước ngày càng khan hiếm trong quá trình Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa hiện nay đòi hỏi sự chung tay vào cuộc của các cấp, các ngành có liên quan và của toàn thể xã hội. Theo TCXDVN 33:2006 của Bộ Xây Dựng thì tiêu chuẫn dùng nước theo đầu người đươc quy định như sau: Bảng 1. 1. Tiêu chuẫn cấp nước theo đầu người theo TCXDVN 33:2006 Tiêu chuẩn cấp nước tính theo đầu người Đối tượng dùng nước (ngày trung bình trong năm) 1/người.ngày Thành phố lớn, thành phố du lịch, 200-250 nghỉ mát, khu công nghiệp lớn. Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu 150-200 công nghiệp nhỏ Thị trấn, trung tâm công - nông 80-120 nghiệp, công - ngư nghiệp. Nông thôn 25 - 50 1
Tuy nhiên việc đảm bảo nước sinh hoạt cho người dân, đặc biệt là khu vực đồng bằng Sông Cửu Long gặp nhiều khó khăn khi hằng năm đều bị hạn mặn dẫn đến thiếu nguồn nước sạch để cung cấp. Tình hình xâm nhập mặn ở các tỉnh ven biển miền Tây từ cuối năm 2019 đến nay diễn ra khốc liệt và sớm hơn so với những năm khác nên người dân đang bị thiếu nước sinh hoạt trầm trọng, phải đi mua nước từ xa rất khó khăn. Đó cũng chính là lý do chúng tôi chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý nước cấp công suất 1000 l/h”. 1.2. Tổng quan về ngành xử lý nước ở Việt Nam Nguồn nước trước xử lý để tạo ra nguồn nước sạch cấp cho sinh hoạt, sản xuất thường là nước mặt (ao, hồ, sông, suối...) và nước ngầm (nước dưới đất). Bảng thống kê dưới đây sẽ cho thấy các đặc điểm thường thấy của các thông số của nguồn nước ngầm, nước mặt trước xử lý: Bảng 1. 2. So sánh các nguồn nước và QCVN 02:2009/BYT Nước ngầm là nguồn nước có nhiều điểm thuận lợi cho việc cung cấp nước sinh hoạt khi có độ đục thấp, nhiệt độ và các thành phần hóa học ít thay đổi. Trong nước ngầm không chứa rong, tảo là các yếu tố dễ gây ô nhiễm nguồn nước nhưng chúng lại chứa các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, các quá trình phong hóa, sinh hóa. Nhưng 2
nhìn chung nước ngầm có các điều kiện thuận lợi cho vấn đề cấp nước nhưng đay lại là nguồn nước không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo hạn chế nên nguồn nước này không được khuyến khích khai thác với trữ lượng lớn. Hiện này nguồn nước mặt là tài nguyên chính để khai thác phục vụ nước cấp sinh hoạt. Phần lớn các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng cho các đối tượng dùng nước. Chính vì vậy, trước khi đưa nước vào sử dụng cần phải tiến hành xử lý chúng. Nhìn chung, quá trình xử lý nước cấp chủ yếu sử dụng các biện pháp sau: - Biện pháp cơ học: gồm các công trình như hồ chứa và lắng sơ bộ, song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc… - Biện pháp hóa học: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hóa nước, sử dụng chất oxy hóa mạnh, sử dụng clo để khử trùng… - Biện pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân nước biển để khử muối, khử khí CO2 hòa tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng. Trong thực tế, để đạt được mục đích xử lý một nguồn nước nào đó một cách kinh tế và hiệu quả nhất phải thực hiện quá trình xử lý bằng sự kết hợp của nhiều phương pháp. Sự kết hợp các biện pháp xử lý với nhau phải theo một quy trình, một công nghệ thích hợp với các công đoạn xử lý. Mỗi công đoạn được thực hiện bằng các công trình đơn vị khác nhau với các chức năng và cấu tạo khác nhau. Phương pháp được sử dụng phổ biến trong quá trình xử lý nước cấp hiện nay là lọc lắng. Nước cấp được bơm tuần tự qua các bể lọc và lắng để xử lý các chất bặn bã trong nước. Lắng là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước. Nước cần xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suốt quá trình làm việc. Nhờ diện tích tiết diện bể lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình xảy ra trong bể gần như ở trạng thái tĩnh. Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng của nước bao quanh nó sẽ tự lắng xuống. Quá trình lọc nước sau đó được sử dụng để tách các hạt lơ lửng nhỏ và các vi sinh vật không loại được trong quá trình lắng ra khỏi nước. Nước được cho đi qua 3
lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi sinh vật trong nước. Hình 1.1. Sơ đồ xử lý nước Nhà máy xử lý nước BOO Thủ Đức Phương pháp lọc lắng có một vài hạn chế như chưa phù hợp để xử lý nước bị nhiễm mặn và nguồn nước bị nhiễm kim loại nặng như chì, thủy ngân, cadimi, crom, mangan…Bên cạnh đó, để xây dựng một hệ thống xử lý nước như trên tốn rất nhiều chi phí, thời gian, diện tích trong quá trình xây dựng cũng như vận hành. Một phương pháp mới ngày càng được áp dụng rộng rãi chính là công nghệ lọc màng. Công nghệ màng là một thuật ngữ chung cho một số quy trình phân tách rất đặc trưng khác nhau. Bộ lọc màng hoạt động như một rào cản để tách các chất gây ô nhiễm khỏi nước hoặc chúng loại bỏ các hạt gây ô nhiễm nước. Thẩm thấu ngược, siêu lọc và lọc nano đều sử dụng màng trong các quá trình lọc khác nhau của chúng. Các quá trình này là cùng loại, bởi vì trong mỗi chúng, một màng được sử dụng. Màng được sử dụng ngày càng thường xuyên hơn để tạo ra nước xử lý từ nước ngầm, nước mặt hoặc nước thải. Lực lượng chính của công nghệ màng là thực tế là nó hoạt động mà không cần thêm hóa chất, với việc sử dụng năng lượng tương đối thấp và tiến hành quy trình dễ dàng và được sắp xếp tốt. 4
1.2. Mục đích chọn đề tài Hiện nay, mặc dù chương trình cung cấp nước sạch đã được thực hiện mạnh mẽ nhưng vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch sinh hoạt của người dân, đặt biệt là ở khu vực nông thôn, vùng ven biển và hải đảo. Chúng tôi chọn đề tài với mong muốn đem nước sạch đến cho tất cả mọi người. Hệ thống được thiết kế sử dụng công nghệ màng siêu lọc và thẩm thấu ngược với nhiều ưu điểm như: - Lọc gần như hoàn toàn muối, các kim loại nặng trong nước. - Nước sau khi xử lý qua hệ thống đảm bảo QCVN 01:2009/BYT về nước uống. - Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt. - Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công. - Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất và sử dụng phương pháp lọc cơ học nên không làm biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước. - Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quy trình xử lý. - Có thể thay thế được nhiều quá trình hóa lý truyền thống: lọc, chưng cất, trao đổi ion trong quy trình xử lý nước Do công nghệ màng lọc mang lại nhiều hiệu quả nhưng vẫn còn khá mới mẻ và chủ yếu chỉ mới được áp dụng trong các máy lọc nước nhỏ gia đình ở Việt Nam, chưa ứng dụng nhiều cho các hệ thống lớn, đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt cho các khu dân cư. Với mong muốn ứng dụng những công nghệ tiến tiến trên thế giới vào đề tài này nên tôi chọn đề tài này: - Tìm hiểu và mô hình hóa hệ thống xử lý nước - Kết cấu cơ khí - Giải thuật điều khiển hệ thống. 1.3. Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu các hệ thống xử lý nước với công nghệ lọc màng để thiết kế mô hình 3D. - Sử dụng kiến thức về thiết kế hệ thống bằng phần mềm Inventor và AutoCad 5
- Tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức để dung phần mềm GX Designer để lập trình điều khiển hệ thống bằng PLC Mistubishi FX2N - Sử dụng phần mềm VT Designer để lập trình HMI. 1.4. Giới hạn của đề tài Do ý tưởng thiết kế và thực hiện đề tài còn khá mới mẻ và thời gian thực đề tài tương đối ngắn cùng với việc thi công thiết kế hệ thống xử lý nước cấp, cũng như trình độ chuyên môn của nhóm thực hiện đề tài còn nhiều hạn chế và nhiều yếu tố khác quan khác. Chúng tôi đã cố gắng hoàn thành bài thuyết minh cũng như mô hình này, nhưng chỉ giải quyết được một số vấn đề chính đặt ra. - Thiết kế kết cấu cơ khí. + Bản vẽ chi tiết 2D của hệ thống xử lý nước cấp. + Mô hình 3D của hệ thống xử lý nước cấp. - Thiết kế kết nối mạch điều khiển. + Sơ đồ mạch điện điều khiển, vận hành hệ thống. - Viết chương trình điều khiển hệ thống chạy với 2 chế độ: + Chế độ điều khiển bằng tay: Manual + Chế độ điều khiển tự động: Automatics 1.5. Các ứng dụng của đề tài - Ứng dụng xử lý nước cho các vùng bị nhiễm mặn. - Ứng dụng xử lý nước cho các vùng hải đảo. - Ứng dụng xử lý nước cho các vùng miền núi. 1.6. Ý nghĩa của đề tài Đề tài luận văn hệ thống xử lý nước cấp này có ý nghĩa rất to lớn như củng cố và vận dụng những lý thuyết đã được học trên giảng đường và trong giáo trình áp dụng vào nghiên cứu chế tạo và lập trình hệ thống công nghiệp công nghệ cao. Nâng cao kiến thức thiết kế và lập trình. Trực tiếp tham gia chế tạo và lập trình nâng cao hiểu biết tay nghề trong thiết kế, lắp ráp và lập trình cho thiết bị. Hiểu biết các phương pháp áp dụng khoa học - kỹ thuật vào trong từng lĩnh vực cụ thể. Khả năng tìm hiểu, nhìn 6