Đồ án Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý nước cấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT VÀ NÔNG NGHIỆP

CÔNG NGHỆ CAO

ĐỒ ÁN TꢀT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

HỆ THꢀNG 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

M Ụ C L Ụ C .................................................................................................................................i

DANH M Ụ C H ꢀ NH ꢁ NH TRONG B ꢂ O C ꢂ O ......................................................................v

DANH M Ụ C B ꢁ NG TRONG B ꢂ O C ꢂ O........................................................................... viii

DANH M Ụ C T ꢃ VI ꢄ T T ꢅ T D ꢆ NG TRONG B ꢂ O C ꢂ O ....................................................ix

L Ờ I C ꢁM Ơ N ...........................................................................................................................x

NH Ậ N XÉT C Ủ A GI ꢁNG VIÊN HƯỚ NG D Ẫ N..................................................................xi

L Ờ I M Ở ĐẦ U.........................................................................................................................xii

CHƯƠNG 1. TỔ NG QUAN ....................................................................................................1

1.1. T ổ ng quan tình hình c ấp nướ c sinh ho ạ t ở Vi ệ t Nam ....................................................1

1.2. T ổ ng quan v ề ngành x ử lý nướ c ở Vi ệ t Na m .................................................................2

1.2. M ục đích chọn đề tài ......................................................................................................5

1.3. M ụ c tiêu c ủa đề tài .........................................................................................................5

1.4. Gi ớ i h ạ n c ủa đề tài..........................................................................................................6

1.5. Các ứ ng d ụ ng c ủa đề tài .................................................................................................6

1.6. Ý nghĩa của đề tà i ...........................................................................................................6

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG ꢂ N THI ꢄ T K ꢄ H ꢇ TH ꢈ NG ............................................................8

2.1. Đề xu ất sơ đồ nguyên l ý .................................................................................................8

2.2. Đề xu ất sơ đồ kh ối điề u khi ể n ........................................................................................9

2.3. Phương án thiế t k ế ........................................................................................................10

CHƯƠNG 3. CƠ SỞ L Ý THUY ꢄ T .......................................................................................12

3.1. B ộ l ọc đĩa ......................................................................................................................12

3.1.1. C ấ u t ạ o b ộ l ọc đĩa ...................................................................................................12

3.1.2. Nguyên lý ho ạt độ n g ..............................................................................................13

i

3.1.3. Thông s ố k ỹ thu ậ t...................................................................................................15

3.1.4. Ưu điể m..................................................................................................................15

3.2. Quá trình siêu l ọ c..........................................................................................................16

3.2.1. C ấ u t ạ o màng siêu l ọ c ............................................................................................16

3.2.2. Nguyên lý ho ạt độ n g ..............................................................................................17

3.3.3. Các ch ế độ l ọ c ........................................................................................................19

3.2.4. Ưu điể m..................................................................................................................24

3.3. Quá trình l ọ c th ẩ m th ấu ngượ c .....................................................................................26

3.3.1. C ấ u t ạ o màng l ọ c th ẩ m th ấu ngượ c........................................................................26

3.3.2. Nguyên lý ho ạt độ n g ..............................................................................................27

3.3.3. Ưu điể m c ủ a l ọ c th ẩ m th ấu ngượ c .........................................................................28

3.4. PLC Mitsubishi FX2N – 48MT....................................................................................29

3.4.1. T ổ ng quan v ề PLC .................................................................................................29

3.4.2. PLC FX_2N-48MT củ a hãng mitsubishi...................................................................32

3.5. Mô đun FX_2N– 4AD ....................................................................................................36

3.5.1. C ấ u t ạo mô đun FX_2N– 4AD .................................................................................36

3.5.2. K ế t n ố i v ớ i PLC .....................................................................................................37

3.6. HMI INVT....................................................................................................................39

3.6.1. T ổ ng quan v ề HM I .................................................................................................39

3.6.2. Nguyên lý ho ạt độ n g ..............................................................................................40

3.7. Van điệ n t ừ ...................................................................................................................41

3.7.1. Gi ớ i thi ệ u................................................................................................................41

3.7.2. C ấ u t ạo van điệ n t ừ ................................................................................................42

3.7.3. Nguyên lý ho ạt độ n g ..............................................................................................42

ii

3.8. C ả m bi ế n áp su ấ t ..........................................................................................................43

3.8.1. Gi ớ i thi ệ u chung.....................................................................................................43

3.8.2. C ấ u t ạ o ...................................................................................................................43

3.9. Động cơ bướ c ...............................................................................................................45

3.9.1. Gi ớ i thi ệ u chung.....................................................................................................45

3.9.2. C ấ u t ạo động cơ bướ c ............................................................................................46

3.10. Công t ꢉc điện phao nướ c ............................................................................................46

3.10.1. Gi ớ i thi ệ u chung...................................................................................................46

3.10.2. C ấ u t ạ o công t ꢉc điện phao nướ c .........................................................................47

CHƯƠNG 4. THIꢄ T K ꢄ , CH ꢄ T Ạ O H ꢇ TH ꢈ NG................................................................48

4.1. Thi ế t k ế h ệ th ố ng l ọ c ....................................................................................................48

4.1.1. Tính toán và thi ế t k ế b ộ l ọ c th ẩ m th ấu ngượ c........................................................48

4.1.2. L ự a ch ọ n v à thi ế t k ế màng siêu l ọ c........................................................................51

4.1.3. Ki ể m nghi ệ m thi ế t k ế h ệ th ố ng b ꢊ ng ph ầ n m ề m WAVE c ủ a h ꢋ ng Dupont ..........53

4.1.4. Thi ế t k ế mô h ꢌ nh 3D h ệ th ố ng x ứ l ý nướ c c ấ p ......................................................57

4.1.5. B ả n v ꢍ 2D h ệ th ố ng x ử l ý nướ c c ấ p.......................................................................59

4.2. Thi ế t k ế h ệ th ống điệ n và l ậ p trình...............................................................................60

4.2.1. Thi ế t k ế h ệ th ống điệ n............................................................................................60

4.2.2. L ậ p tr ꢌnh điề u khi ể n h ệ th ố ng ................................................................................65

4.3. Thi ế t k ế b ộ van á p su ấ t .................................................................................................68

4.4. Th ự c hi ệ n mô hình, mô ph ỏ ng h ệ th ố ng ......................................................................69

4.5. Quy tr ꢌ nh v ậ n h à n h .......................................................................................................71

4.4.1. Điề u khi ể n t ự độ ng.................................................................................................72

4.4.2. Điề u khi ể n b ꢊ ng tay ...............................................................................................74

iii

CHƯƠNG 5. Kꢄ T QU ꢁ V À HƯỚ NG PH ꢂ T TRI ꢎ N C ỦA Đꢏ T À I ..................................77

5.1. K ế t qu ả đề tài................................................................................................................77

5.2. S ả n ph ẩ m c ủa đề tài......................................................................................................77

5.3. Tính hi ệ u qu ả c ủa đề tài................................................................................................78

5.4. Hướ ng phát tri ển đề tà i .................................................................................................78

T À I LI ꢇ U THAM KH ꢁ O ......................................................................................................79

1. T à i li ệ u truy ề n th ố ng .......................................................................................................79

2. T à i li ệu điệ n t ử .................................................................................................................79

PH Ụ L Ụ C 1. K ꢄ T QU ꢁ X ꢐ T NGHI ꢇ M M ẪU NƯỚ C SINH HO Ạ T Ở B ꢄ N TRE ............80

PH Ụ L ỤC 2. CHƯƠNG TRꢀNH PLC ĐIꢏ U KHI ꢎ N H ꢇ TH ꢈ NG T ꢑ Đꢒ N G ...................82

PH Ụ L Ụ C 3. B ꢁ N V ꢓ 2D B ꢈ TR ꢔ THI ꢄ T B Ị ......................................................................87

iv

DANH MỤC HꢁNH ꢂNH TRONG BꢃO CꢃO

Hꢌnh 1.1. Sơ đồ x ử lý nướ c Nhà máy x ử lý nướ c BOO Th ủ Đứ c ............................................4

Hꢌnh 2.1. Sơ đồ nguyên lý h ệ th ố ng x ử lý nướ c c ấ p ................................................................8

Hꢌnh 2.2. Sơ đồ kh ối điề u khi ể n h ệ th ố ng ................................................................................9

H ꢌ nh 3.1. B ộ l ọc đĩ a ................................................................................................................12

H ꢌ nh 3. 2. Ho ạt độ ng c ủ a b ộ l ọc đĩa .......................................................................................13

H ꢌ nh 3. 3.R ửa ngượ c b ộ l ọc đĩ a ..............................................................................................14

H ꢌ nh 3. 4. Quy trình x ử lý nướ c qua b ộ l ọc đĩ a ......................................................................14

H ꢌnh 3. 5. Kích thướ c b ộ l ọc đĩa .............................................................................................15

H ꢌ nh 3. 6. Màng siêu l ọ c là t ậ p h ợ p các ố ng PVDF ...............................................................16

H ꢌ nh 3. 7. Nguyên lý c ủ a màng siêu l ọ c .................................................................................17

H ꢌnh 3. 8. Sơ đồ các ch ế độ l ọ c ..............................................................................................19

H ꢌ nh 3. 9. Quá trình x ử lý nướ c qua màng siêu l ọ c...............................................................19

H ꢌ nh 3. 10. Quá trình r ử a khí..................................................................................................20

H ꢌ nh 3. 11. Quá trình x ả áp su ấ t sau khi r ử a khí ....................................................................21

H ꢌ nh 3. 12.Quá trình r ửa ngượ c phía trên...............................................................................21

H ꢌ nh 3. 13.Quá trình r ửa ngược phía dướ i..............................................................................22

H ꢌ nh 3. 14. Quá trình r ử a xuôi................................................................................................22

H ꢌ nh 3. 15. Quá trình r ử a CEB phía trê n ................................................................................23

H ꢌ nh 3. 16. Quá trình r ửa CEB phía dướ i ...............................................................................23

H ꢌ nh 3. 17. Ch ế độ r ửa đị nh k ỳ t ạ i ch ổ CIP............................................................................24

H ꢌ nh 3. 18. Sidney Loeb và mô hình màng áp su ấ t th ẩ m th ấ u ch ậ m .....................................26

H ꢌ nh 3. 19. C ấ u t ạ o màng l ọ c th ẩ m th ấu ngượ c .....................................................................27

H ꢌ nh 3. 20. Th ẩ m th ấ u v à th ấ m rth ấu ngượ c ..........................................................................27

H ꢌ nh 3. 21. C ấ u trúc c ủ a PL C .................................................................................................31

H ꢌ nh 3. 22. PLC Mitsubishi FX2N - 48MT - 001 ..................................................................32

H ꢌnh 3. 23. Sơ đồ các chân c ủ a PLC FX2N – 48MT .............................................................33

H ꢌnh 3. 24. Sơ đồ n ố i source dây thi ế t b ị ngo ạ i vi và PLC ....................................................36

H ꢌnh 3. 25. Mô đun FX2N – 4AD ..........................................................................................36

v

H ꢌ nh 3. 26. Màn hình HMI VT-070........................................................................................39

H ꢌnh 3. 27. Van điệ n t ừ ...........................................................................................................41

H ꢌ nh 3. 28. C ấ u t ạo van điệ n t ừ ..............................................................................................42

H ꢌ nh 3. 29. C ả m bi ế n áp su ấ t..................................................................................................43

H ꢌ nh 3. 30. C ả m bi ế n áp su ấ t d ạng áp điệ n tr ở (d ạ ng màng) .................................................44

H ꢌ nh 3. 31. C ả m bi ế n áp su ấ t ki ể u t ụ ......................................................................................45

H ꢌnh 3. 32. Động cơ bướ c.......................................................................................................46

H ꢌ nh 4. 1. Quy tr ꢌ nh x ử l ý nướ c c ấ p t ừ ngu ồn nướ c m ꢕ t........................................................48

H ꢌ nh 4. 2. Ph ầ n m ề m WAVE .................................................................................................54

H ꢌ nh 4. 3. C ài đꢕ t c á c thông s ố ngu ồn nướ c c ấ p ....................................................................55

H ꢌ nh 4. 4. C ài đꢕ t c á c thông s ố m à ng U F ...............................................................................55

H ꢌ nh 4. 5. C ài đꢕ t c á c thông s ố m à ng l ọ c RO.........................................................................56

H ꢌ nh 4. 6. K ế t qu ả thi ế t k ế UF b ꢊ ng ph ầ n m ề m WAVE ........................................................56

H ꢌ nh 4. 7. K ế t qu ả thi ế t k ế RO t ừ ph ầ n m ề m WAVE ............................................................57

H ꢌ nh 4. 8. Ph ầ n m ề m INVENTOR thi ế t k ế 3D ......................................................................58

H ꢌ nh 4. 9. Mô h ꢌ nh 3D h ệ th ố ng nh ꢌ n t ừ ph ía trướ c ...............................................................58

H ꢌ nh 4. 10. Ph ầ n m ề m v ꢍ 2D AutoCAD ................................................................................59

H ꢌ nh 4. 11. Ph ầ n m ề m thi ế t k ế t ủ điệ n EPLAN......................................................................61

H ꢌnh 4. 12. Sơ đồ c á c kh ố i c ủa điề u khi ể n v à truy ền độ ng ....................................................62

H ꢌ nh 4. 13. M ạ ch truy ền độ ng ................................................................................................63

H ꢌ nh 4. 14. M ạch điề u khi ể n...................................................................................................64

H ꢌ nh 4. 15. Ph ầ n m ề m GX Develope r ....................................................................................65

H ꢌnh 4. 16. Lưu đồ ch ọ n ch ế độ ho ạt độ ng.............................................................................65

H ꢌnh 4. 17. Lưu đồ gi ả i thu ật điề u khi ể n t ự độ ng...................................................................66

H ꢌ nh 4. 18. Ph ầ n m ề m VT Designer.......................................................................................67

H ꢌ nh 4. 19. Thi ế t k ế m à n h ꢌ nh kh ởi độ ng HMI ......................................................................67

H ꢌnh 4. 20. Sơ đồ truy ền độ ng van á p su ấ t .............................................................................68

H ꢌ nh 4. 21. B ộ van á p su ấ t......................................................................................................68

vi

H ꢌ nh 4. 22. H à n khung mô h ꢌ nh..............................................................................................69

H ꢌ nh 4. 23. L ậ p tr ꢌ nh v à n ạ p v à o PL C ....................................................................................69

H ꢌ nh 4. 24. L ꢉp đꢕ t t ủ điệ n .....................................................................................................70

H ꢌ nh 4. 25. L ậ p tr ꢌ nh v à n ạ p cho m à n h ꢌ nh HMI....................................................................70

H ꢌ nh 4. 26. M à n h ꢌ nh c ài đꢕ t h ệ th ố ng....................................................................................73

H ꢌ nh 4. 27. M à n h ꢌ nh ch ế độ t ự độ ng - Automati c .................................................................73

H ꢌ nh 4. 28. M à n h ꢌ nh ch ế độ điề u khi ể n b à ng tay – Manual..................................................74

H ꢌ nh 4. 29. K ế t n ố i thi ế t b ị để r ử a h ꢖ a ch ất đị nh k ỳ ...............................................................76

H ꢌ nh 5. 1. Mô h ꢌ nh th ử nghi ệ m h ệ th ố ng................................................................................77

vii

DANH MỤC BꢂNG TRONG BꢃO CꢃO

B ả ng 1. 1. Tiêu chu ẫ n c ấp nước theo đầu ngườ i theo TCXDVN 33:2006...............................1

B ả ng 1. 2. So sánh các ngu ồn nướ c và QCVN 02:2009/BYT..................................................2

B ảng 3. 1. Ưu điể m c ủ a l ọc đĩa ...............................................................................................15

B ảng 3. 2. Ưu điể m c ủ a PL C ..................................................................................................30

B ả ng 3 . 3. Đꢕ c tính k ỹ thu ậ t c ủ a PLC FX2N .........................................................................33

B ả ng 4. 1. C á c thi ế t b ị s ử d ụ n g ...............................................................................................60

B ả ng 4. 2. Tr ạ ng th á i c ủ a c á c thi ế t b ị trong t ừ ng quy tr ꢌ n h ....................................................71

B ả ng 4. 3. Th ờ i gian ho ạt độ ng c ủ a c á c qu á tr ꢌ nh ..................................................................72

viii

DANH MỤC Tꢄ VIẾT TꢅT DꢆNG TRONG BꢃO CꢃO

AC

Alternating Current

Direct Current

Dꢗng điện xoay chiều

Dꢗng điện một chiều

Siêu lọc

DC

UL

UltraFiltation

RO

Reverse Osmosis

Thẩm thấu ngược

TCXDVN

QCVN

BYT

PLC

Tiêu chuẫn xây dựng Việt Nam

Quy chuẫn Việt Nam

Bộ Y Tế

Programmable Logical Controller

Human Machine Interface

Chương trꢌnh điều khiển tự động

cꢖ lập trꢌnh

HMI

thiết bị giao tiếp giữa người điều

hành và máy móc thiết bị

2 chiều

2D

Two Dimension

Three Dimension

Ladder

3D

3 chiều

LAD

A/D

Ngôn ngữ lập trꢌnh kiểu đồ họa

Chuyển đối tín hiệu tương tự/tín

hiệu số

Analog/Digital

CPU

Central Processing Unit

Random Access Memory

Read Only Memory

Đơn vị điều khiển trung tâm

Bộ nhớ lưu trữ tạm thời

Bộ nhớ chꢘ đọc

RAM

ROM

EPROM

Erasable Programmable Read

Only Memory

Bộ nhớ chꢘ đọc chương trꢌnh

xꢖa được

I/O

Input/Output

Ngꢙ vào/Ngꢙ ra

TDS

PVDF

CEB

CIP

Total Dissolved Solids

Poly Vinylidene Fluoride

Chemically Enhanced Backwash

Clean in place

Tổng chất rꢉn hꢗa tan

Rửa ngược bꢊng hꢖa chất

Chế độ rửa định kỳ

ix

LỜI CꢂM ƠN

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sꢉc đối với các thầy cô của

trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, đꢕc biệt là các thầy cô trong khoa Công Nghệ Kỹ Thuật và

Nông Nghiệp Công Nghệ Cao, những người đꢋ 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 đꢋ 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 đꢋ hꢚ trợ, hướng dẫn nhiệt tꢌnh, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong

suốt quá trꢌnh thực hiện đề tài tại công ty.

Trong quá trình thiết kế, chế tạo, cũng như là trong quá trꢌnh làm bài báo cáo đề tài

nghiên cứu do chưa cꢖ nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên bài báo cáo không thể tránh khỏi có

nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đꢖng gꢖp các thầy, để em học hỏi thêm được

nhiều kinh nghiệm và sꢍ 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 GIꢂNG 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 hꢖa diễn ra nhanh chꢖng nên như cầu về

nước ngọt và vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm và đảm bảo sức khỏe con người đꢋ và đang

trở thành vấn đề nóng bỏng và cấp thiết. Chính vì vậy, việc cung cấp nguồn nước cấp sạch đꢋ

trở thành nhu cầu cấp thiết của người dân trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như của

các doanh nghiệp trong quá trꢌnh 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, đꢕc biệt là vùng đồng bꢊng Sông Cửu Long thì vấn đề cấp nước sinh hoạt cho

người dân đang gꢕp nhiều khꢖ do việc nguồn nước mꢕt hiện nay đang bị nhiễm mꢕn trầm

trọng. Tuy sinh sống trong vùng đồng bꢊng ngập nước vào mùa lũ nhưng người dân lại bị

thiếu nước vào mùa hạn do xâm nhập mꢕn, đꢕc 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. Tꢌnh trạng hạn mꢕn hꢊng năm luôn diễn ra ở miền Tây tuy nhiên năm

nay nꢖ lại đến sớm và diễn biến phức tạp hơn khiến người dân ở đây thiếu nước sinh hoạt trầm

trọng. Với mong muốn hꢚ trợ, đáp ứng một phần nhu cầu nước sinh hoạt cho người dân ở đây,

chꢛng tôi đꢋ thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiꢀt kꢀ, chꢀ tꢁo hꢂ thꢃng xꢄ lꢅ nưꢆc cꢇp

công suꢇt 1000 l/h”. Với công nghê lọc màng sꢍ giꢛp hệ thống nhỏ gọn, dễ dàng lꢉp và ít

chiếm diện tích, đáp ứng nhu cầu cung cấp nguồn nước sạch một nhanh chꢖng, an toàn cho

cho người dân. Một phần cũng là vꢌ luân văn tốt nghiệp là một thứ rất cꢖ ý nghĩa đối với bất

kỳ sinh viên nào. Nó là thành quả kết tinh từ tất cả những kiến thức mà sinh viên đꢋ được học,

được chau chuốt rèn luyện ở trường.

Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm chúng tôi đꢋ nhận được nhiều sự giꢛp đỡ và hướng

dẫn nhiệt tình của thầy Trần Thái Sơn và thầy Nguyễn Văn Hꢗa. Thầy đꢋ cho chꢛng tôi nhiều

ý tưởng cũng như đꢖng gꢖp nhiều ý kiến vô cùng quan trong để tháo gỡ những nút thꢉt mà

chúng tôi gꢕp phải khi trong quá trình thực hiện đề tài này.

xii

Tôi rất mong muốn đề tài này được đꢖn nhận một cách mạnh mꢍ, cũng như đꢖng gꢖp ý

kiến để đề tài ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn. Và chꢛng tôi có một ước mơ không xa

là cꢖ 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 hꢌnh đô thị hóa ngày càng nhanh chóng ở Việt Nam vì việc đưa nước sạch

đến từng hộ gia đꢌnh đang là vấn đề cấp thiết. Chương trꢌnh cung cấp nước sạch được đưa

vào chương trꢌnh 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 tꢛc 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 đꢋ cꢖ những

bước tiến triển mạnh mꢍ, về cơ bản đꢋ 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 đꢗi 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 cꢇp nưꢆc 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,

nghꢘ mát, khu công nghiệp lớn.

200-250

150-200

80-120

25 - 50

Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu

công nghiệp nhỏ

Thị trấn, trung tâm công - nông

nghiệp, công - ngư nghiệp.

Nông thôn

1

Tuy nhiên việc đảm bảo nước sinh hoạt cho người dân, đꢕc biệt là khu vực đồng bꢊng

Sông Cửu Long gꢕp nhiều khó khăn khi hꢊng năm đều bị hạn mꢕn dẫn đến thiếu nguồn

nước sạch để cung cấp. Tình hình xâm nhập mꢕn ở các tꢘnh 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 khꢖ khăn. Đꢖ cũng chính là lý

do chúng tôi chọn đề tài “Thiꢀt kꢀ, chꢀ tꢁo hꢂ thꢃng xꢄ lꢅ nưꢆc cꢇp công suꢇt 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 mꢕt (ao, hồ, sông, suối...) và nước ngầm (nước dưới đất). Bảng thống kê dưới đây

sꢍ cho thấy các đꢕc điểm thường thấy của các thông số của nguồn nước ngầm, nước mꢕt

trước xử lý:

Bảng 1. 2. So sánh các nguồn nưꢆc và QCVN 02:2009/BYT

Nước ngầm là nguồn nước có nhiều điểm thuận lợi cho việc cung cấp nước sinh hoạt

khi cꢖ 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 chꢛng lại chứa các tạp chất

hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, các quá trꢌnh phong hꢖa, sinh hꢖa. Nhưng

2

nhꢌn chung nước ngầm cꢖ các điều kiện thuận lợi cho vấn đề cấp nước nhưng đay lại là

nguồn nước không thể tái tạo hoꢕc khả năng tái tạo hạn chế nên nguồn nước này không

được khuyến khích khai thác với trữ lượng lớn.

Hiện này nguồn nước mꢕt 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 trꢌnh như hồ chứa và lꢉng sơ bộ, song chꢉn rác,

lưới chꢉn rác, bể lꢉng, bể lọc…

- Biện pháp hóa học: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hꢖa 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 CO₂hꢗa tan trong nước bꢊng phương

pháp làm thoáng.

Trong thực tế, để đạt được mục đích xử lý một nguồn nước nào đꢖ một cách kinh tế

và hiệu quả nhất phải thực hiện quá trình xử lý bꢊng 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. Mꢚi công đoạn được thực hiện bꢊng các công trꢌnh 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

lꢉng. Nước cấp được bơm tuần tự qua các bể lọc và lꢉng để xử lý các chất bꢕn bã trong

nước. Lꢉng là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước. Nước cần xử lý được

đưa vào bể và giữ lại đꢖ 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 cꢕn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng của nước bao quanh

nó sꢍ tự lꢉng xuống. Quá trình lọc nước sau đꢖ được sử dụng để tách các hạt lơ lửng nhỏ

và các vi sinh vật không loại được trong quá trình lꢉng 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 mꢕt hoꢕc giữa các khe hở

của lớp vật liệu lọc các hạt cꢕn và vi sinh vật trong nước.

Hình 1.1. Sơ đồ xꢄ lꢅ nưꢆc Nhà máy xꢄ lꢅ nưꢆc BOO Thủ Đức

Phương pháp lọc lꢉng có một vài hạn chế như chưa phù hợp để xử lý nước bị nhiễm

mꢕn và nguồn nước bị nhiễm kim loại nꢕng như chì, thủy ngân, cadimi, crom,

mangan…Bên cạnh đꢖ, 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 đꢕc trưng khác

nhau. Bộ lọc màng hoạt động như một rào cản để tách các chất gây ô nhiễm khỏi nước hoꢕc

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 mꢚi 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 mꢕt hoꢕc 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 sꢉp xếp tốt.

4

1.2. Mục đích chọn đề tài

Hiện nay, mꢕc dù chương trꢌnh cung cấp nước sạch đꢋ được thực hiện mạnh mꢍ nhưng

vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch sinh hoạt của người dân, đꢕt 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 nꢕng 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 trꢛc đơn giản nên không tốn mꢕt bꢊng lꢉp đꢕt.

- 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 chꢘ mới được áp dụng trong các máy lọc nước nhỏ gia đꢌnh 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 bꢊng phần mềm Inventor và AutoCad

5

- Tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức để dung phần mềm GX Designer để lập trꢌnh điều

khiển hệ thống bꢊng 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 ngꢉn cùng với việc thi công thiết kế hệ thống xử lý nước cấp, cũng như trꢌnh độ chuyên

môn của nhóm thực hiện đề tài còn nhiều hạn chế và nhiều yếu tố khác quan khác. Chúng

tôi đꢋ cố gꢉng hoàn thành bài thuyết minh cũng như mô hꢌnh này, nhưng chꢘ giải quyết

được một số vấn đề chính đꢕt ra.

-

Thiết kế kết cấu cơ khí.

+ Bản vꢍ 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 trꢌnh điều khiển hệ thống chạy với 2 chế độ:

+ Chế độ điều khiển bꢊng 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 mꢕn.

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 cꢖ ý nghĩa rất to lớn như củng cố và vận

dụng những lý thuyết đꢋ 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, lꢉp 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 tꢌm hiểu, nhìn

6