Tự động hóa hệ thống xử lý nước sạch của nhà máy nước thành phố Vinh Nghệ An

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Từ năm 1982 đến nay, nhờ chƣơng trình cấp nƣớc sinh hoạt và vệ sinh môi trƣờng của Chính phủ, tài trợ của các tổ chức quốc tế, của các nhà tài trợ trong và ngoài nƣớc, kinh phí huy động từ địa phƣơng… nhiều công trình cấp nƣớc sinh hoạt tập trung đã và đang đƣợc xây dựng nhằm phục vụ tốt hơn cho cuộc sống của nhân dân. Tuy nhiên, trong giai đoạn hiện nay, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã đặt ra yêu cầu ngày càng cao về cấp nƣớc sinh hoạt đặc biệt là yêu cầu về chất lƣợng nƣớc. Chất lƣợng nƣớc đảm bảo sẽ góp phần nâng cao đời sống, sức khoẻ cho công đồng và là một phần không thể thiếu của con ngƣời. Do vậy, việc nghiên cứu mô hình hóa hệ thống xử lý nƣớc sinh hoạt để điều khiển, giám sát nhằm khắc phục những hạn chế về công nghệ, nâng cao chất lƣợng nƣớc, giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngƣời tiêu dùng có ý nghĩa hết sức quan trọng. Vì vậy đề tài: Tự động hóa hệ thống xử lý nước sạch của nhà máy nước thành phố Vinh Nghệ An, mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát, điều khiển để xử lý nƣớc sinh hoạt mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật, phù hợp với điều kiện thực tế hiện tại và triển vọng tƣơng lai góp phần vào việc bảo vệ môi trƣờng nƣớc sinh hoạt, nâng cao chất lƣợng cuộc sống cho ngƣời sử dụng. - Ứng dụng mô hình giám sát và điều khiển phục vụ công tác giảng dạy và đào tạo nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo chuyên ngành cấp thoát nƣớc tại trƣờng Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc. 2.2. Phạm vi nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng, mô phỏng giám sát hệ thống xử lý nƣớc của Công ty cấp thoát nƣớc Thành phố Vinh – Nghệ An.

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ năm 1982 đến nay, nhờ chƣơng trình cấp nƣớc sinh hoạt vệ sinh môi trƣờng Chính phủ, tài trợ tổ chức quốc tế, nhà tài trợ nƣớc, kinh phí huy động từ địa phƣơng… nhiều công trình cấp nƣớc sinh hoạt tập trung đƣợc xây dựng nhằm phục vụ tốt cho sống nhân dân Tuy nhiên, giai đoạn nay, trình công nghiệp hóa, đại hóa đặt yêu cầu ngày cao cấp nƣớc sinh hoạt đặc biệt yêu cầu chất lƣợng nƣớc Chất lƣợng nƣớc đảm bảo góp phần nâng cao đời sống, sức khoẻ cho công đồng phần thiếu ngƣời Do vậy, việc nghiên cứu mô hình hóa hệ thống xử lý nƣớc sinh hoạt để điều khiển, giám sát nhằm khắc phục hạn chế công nghệ, nâng cao chất lƣợng nƣớc, giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngƣời tiêu dùng có ý nghĩa quan trọng Vì đề tài: Tự động hóa hệ thống xử lý nước nhà máy nước thành phố Vinh Nghệ An, mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài - Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát, điều khiển để xử lý nƣớc sinh hoạt mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật, phù hợp với điều kiện thực tế triển vọng tƣơng lai góp phần vào việc bảo vệ môi trƣờng nƣớc sinh hoạt, nâng cao chất lƣợng sống cho ngƣời sử dụng - Ứng dụng mô hình giám sát điều khiển phục vụ công tác giảng dạy đào tạo nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo chuyên ngành cấp thoát nƣớc trƣờng Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc 2.2 Phạm vi nghiên cứu - Đánh giá trạng, mô giám sát hệ thống xử lý nƣớc Công ty cấp thoát nƣớc Thành phố Vinh – Nghệ An - Nghiên cứu xây dựng giảng phục vụ công tác giảng dạy, đào tạo trƣờng Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc Phƣơng pháp nghiên cứu - Thống kê, đo lƣờng, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu - Ứng dụng công nghệ tự động hoá trình giám sát, điều khiển hệ thống xử lý nƣớc bình lọc cao áp khử trùng Clo trạm sản xuất nƣớc; xây dựng giảng phục vụ công tác đào tạo nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo phục vụ công tác nghiên cứu khoa học Nội dung nghiên cứu - Tổng quan phƣơng pháp xử lý nƣớc sinh hoạt xu hƣớng ứng dụng công nghệ - Nghiên cứu lập trình điều khiển thiết bị hệ thống PLC để đo kiểm tra điều chỉnh nồng độ Clo cho phép có nƣớc trƣớc sử dụng - Nghiên cứu, xây dựng chƣơng trình mô giám sát nồng độ Clo có nƣớc trƣớc sử dụng - Nghiên cứu ứng dụng chƣơng trình mô giám sát điều khiển hệ thống xử lý nƣớc sinh hoạt công ty cấp thoát nƣớc Thành phố Vinh – Nghệ An - Nghiên cứu xây dựng giảng sở ứng dụng PLC giám sát điều khiển hệ thống tự động xử lý nƣớc phục vụ công tác đào tạo trƣờng Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu phƣơng pháp mô hình hóa hệ thống xử lý nƣớc nhằm điều khiển thiết bị giám sát nồng độ Clo, sở xây dựng giảng nhằm nâng cao chất lƣợng phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Đánh giá trạng, mô giám sát hệ thống xử lý nƣớc Công ty cấp thoát nƣớc phục vụ công tác giảng dạy chuyên ngành cấp thoát nƣớc trƣờng Những đóng góp đề tài - Xây dựng đƣợc chƣơng trình mô giám sát nồng độ Clo có nƣớc trƣớc sử dụng - Ứng dụng chƣơng trình mô giám sát điều khiển hệ thống xử lý nƣớc sinh hoạt công ty cấp thoát nƣớc Thành phố Vinh – Nghệ An nhằm nâng cao chất lƣợng, giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngƣời tiêu dùng - Xây dựng giảng nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo trƣờng Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc Chƣơng TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC SINH HOẠT VÀ XU HƢỚNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN NAY 1.1 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc 1.1.1 Phƣơng pháp học 1.1.1.1 Bể lắng Chức bể lắng tiếp xúc tạo điều kiện tiếp xúc lỏng H 20/không khí (O2 hòa tan) chất rắn (Fe3) hyđrôxit tạo thành kết phản ứng ôxy hóa sắt Fe2 + O2 FeOOH nhằm thúc đẩy trình O2 hóa Fe2 Ngoài ra, bề lắng tiếp xúc phải thực chức thứ hai quan trọng lắng cặn để giảm tải cho bể lọc Áp dụng hai kỹ thuật lắng bể lắng tiếp xúc kiểu đổi dòng (nƣớc chảy theo chiều ngang phải đổi dòng nhiều lần nhờ hệ thống vách hƣớng dòng), lắng đứng với ống thu trung tâm Bể lắng thông dụng gồm có loại sau: - Bể lắng ngang : Nƣớc chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể dến cuối bể - Bể lắng đứng : Nƣớc chuyển động theo chiều đứng từ dƣới lên - Bể lắng ly tâm : Nƣớc chuyển động từ trung tâm bể phía -Bể lắng lớp mỏng : Có kiểu tùy theo hƣớng chuyển động lớp nƣớc cặn gồm dòng chảy ngang; dòng chảy nghiêng chiều; dòng chảy nghiêng ngƣợc chiều - Bể lắng có lớp cặn lơ lửng : Lắng qua môi trƣờng hạt, nƣớc chuyển động từ dƣới lên 1.1.1.2 Bể lọc Có chức loại bỏ cặn, làm nƣớc, phần nhỏ Fe2 chƣa O2 hóa tiếp Nếu pH đủ lớn, hệ thống lọc lọc đƣợc mangan Các nhà máy nƣớc áp dụng bể lọc nhanh đơn lớp tự chảy, nghĩa tốc độ lọc khoảng 120 ÷ 144 m3/m2 Để thực trình lọc ngƣời ta chia số loại bể lọc sau: - Theo tốc độ lọc : Bể lọc chậm(0,0003 ÷ 0,0013 m/s); Bể lọc nhanh (0,014 ÷ 0,04 m/s); Bể lọc cao tốc (0,1 ÷ 0,3 m/s) - Theo chế độ dòng chảy : Bể lọc trọng lực (hở không áp); Bể lọc áp lực (lọc kín) - Theo chiều dòng nước: Bể lọc xuôi; Bể lọc ngƣợc; Bể lọc hai chiều - Theo số lượng lớp vật liệu lọc: Bể lọc lớp, bể lọc hai lớp hay nhiều lớp vật liệu lọc 1.1.2 Phƣơng pháp hóa học 1.1.2.1 Keo tụ Để thực trình keo tụ, ngƣời ta cho vào nƣớc chất phản ứng thích hợp nhƣ: Phèn nhôm Al2(SO4)3 ; phèn sắt loại FeCl3 Các loại phèn đƣợc đƣa vào nƣớc dƣới dạng dung dịch hòa tan Khi cho phèn nhôm vào nƣớc, chúng phân ly thành ion Al3+ , sau ion bị thủy phân thành Al(OH)3 Al3 = 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ (1-1) Trong phản ứng thủy phân trên, Al(OH)3 nhân tố định đến hiệu keo tụ đƣợc tạo thành, giải phóng ion H+ Các ion H+ đƣợc khử độ kiềm tự nhiên nƣớc (đƣợc đánh giá HCO 3-) Trƣờng hợp độ kiềm tự nhiên nƣớc thấp , không đủ để trung hòa ion H+ cần phải kiểm hóa nƣớc Chất dùng để kiểm hóa thông dụng vôi (CAO) Một số trƣờng hợp khác dùng xô đa (Na2CO3); Hoặc xút (NaOH) 1.1.2.2 Khử trùng chất ôxy hóa mạnh Clo hóa: Có chức sát trùng bảo vệ nƣớc sau xử lý, chống nhiễm vi sinh thứ cấp trình chứa phân phối tới ngƣời sử dụng Các nhà máy nƣớc thƣờng áp dụng kỹ thuật sát trùng clo mức xung quanh mg/lít Một số nhà máy nƣớc sau lọc cấp đƣợc clo hóa lọc cấp cát phủ mangan nên xử lý tốt Bản chất Clo chất oxy hóa mạnh, dạng nào, nguyên chất hay hợp chất, clo tác dụng với nƣớc cho phân tử hypoclorit axit HOCl, hợp chất có lực khử trùng mạnh Quá trình hủy diệt vi sinh vật xảy qua hai giai đoạn Đầu tiên chất khử trùng khuyết tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật, sau phản ứng với men bên tế bào phá hoại trình trao đổi chất dẫn đến diệt vong tế bào Tốc độ phản ứng trình khử trùng đƣợc xác định động học trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào động học trình phân hủy men tế bào Tốc độ trình khử trùng tăng nồng độ chất khử trùng nhiệt độ nƣớc tăng, tốc độ khử trùng phụ thuộc vào dạng không phân ly chất khử trùng, trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy nhanh trình phân ly Tốc độ khử trùng phụ thuộc vào hàm lƣợng chất hữu cơ, cặn lơ lửng chất khử khác Khi nƣớc có hàm lƣợng cao chất tốc độ trình khử trùng giảm đáng kể Khi cho Clo tác dụng với nƣớc, phản ứng đặc trƣng xay trình thủy phân Clo, tạo thành axit hypoclorit axit clohydric: Cl2 + H2 O HOCl + HCl (1-2) H + + ClO - + Cl - (1-3) Và dạng phân ly ta có : Cl2 + H2 O Tƣợng tự, dùng Clorua vôi làm chất khử trùng, ta có phản ứng sau: Ca(OCl)2 + 2HOCl H2O CaO + 2HOCl (1-4) 2H+ + 2OCl- (1-5) Khi cho clo trực tiếp phản ứng với nƣớc theo phƣơng trình 1-2 nói trên, ngƣời ta nhận thấy rằng, trình thủy phân xảy theo hai chiều phụ thuộc vào giá trị pH môi trƣờng Thành phần Cl2, HOCL Cl- có nƣớc phụ thuộc vào pH nhƣ trình bày Kết thực nghiệm cho thấy, trình thủy phân Cl2 xảy hoàn toàn pH > Hằng số trình thủy phân clo nƣớc nhiệt độ 25 0C HOCl không phân ly thành phần khử trùng nƣớc, thành phần có giá trị cao pH thấp, điều nói lên trình dùng clo để khử nƣớc có đƣợc hiệu cao tiến hành pH thấp Xét hiệu theo thời gian, để tiêu diệt đƣợc 99% số vi trùng E.coli có nƣớc với liều lƣợng 0,1 mg/l Clo tự do, thời gian cần thiết tăng từ phút pH = đến 180 phút pH = 11 Trong hệ thống khử trùng có chứa amoniac hợp chất có chứa nhóm amon, lƣợng Clo tham gia phản ứng để tạo thành Cloramin đƣợc gọi Clo kết hợp, tổng hàm lƣợng clo tự dƣới dạng Cl , HOCl ClO- lƣợng Clo kết hợp khác mà lƣợng Clo kết hợp đƣợc gọi clo hoạt tính khử trùng Do khả diệt trùng Clo tự Clo kết hợp khác mà lƣợng Clo dƣ cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để đƣợc đánh giá mức khác Mức Clo dƣ cần thiết theo giá trị pH môi trƣờng Tổng lƣợng Clo cần thiết cho vào nƣớc để đảm bảo sau trình khử trùng có đƣợc lƣợng Clo dƣ mong muốn thƣờng đƣợc xác định trực tiếp thực nghiệm theo quy định sau: Cho mẫu nƣớc với lƣợng vào bình nghiệm, theo trình tự tăng dần cho Clo vào bình nghiệm, khuấy để yên 30 phút Phân tích mẫu để xác định lƣợng clo dƣ Kết trình bày biểu đồ theo lƣợng Clo cho vào lƣợng Clo dƣ thu đƣợc nhƣ Bằng cách xác định đƣợc lƣợng Clo cần cho vào định lƣợng Clo dƣ sau xử lý Ví dụ, lƣợng Clo dƣ 0,3 mg/h, cần có lƣợng cho cho vào 0,75 mg/l Ban đầu Clo phản ứng với hợp chất chứa nitơ để tạo thành Cloramin, tỷ số phân tử Cl2/NH4+ nhỏ 1,1 trình đồng thời tạo mono đicloramin, tỷ số nồng độ cloramin phụ thuộcvào giá trị pH môi trƣờng Nhƣ dƣ lƣợng Clo có nƣớc gia đoạn đầu dạng Cloramin Nếu tiếp tục cho clo vào, tỷ số phân tủ Cl2/NH4+ tăng lên 1,1; Lúc bắt đầu xảy trình oxy hóa mono đicloramin axít HOCl theoc phản ứng sau: NH2Cl + NHCl2 + HOCl 4HCl + N2O ( 1-6) NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O (1-7) NHCl2 + H2O NH(OH)Cl + HCl (1-8) NH(OH)Cl + 2HOCl HNO3 + 3HCl (1-9) Nhƣ hàm lƣợng Clo dƣ kết hợp bắt đầu giảm theo mức độ tăng Clo cho vào nƣớc Khi tỷ số phân tử cl2/NH4+ có nƣớc tăng đến 2, nghĩa có 10 mg Cl2/1 mg N dạng NH4+ toàn Cloramin bị ôxy hóa hàm lƣợng Clo dƣ kết hợp giảm xuống đến gần đến Nếu tiếp tục tăng lƣợng Clo vào nƣớc làm cho lƣợng Clo dƣ tăng dần lên, lúc lƣợng Clo dƣ hoàn toàn lƣợng clo tự do, chúng có độ hoạt tính cao lực khử trùng lớn Nhƣ vậy, nƣớc có chứa amoniac amon lƣợng Clo cần thiết cho vào nƣớc trƣớc hết phải đủ để oxy hóa hết Cloramin cần sử dụng nhiều đảm bảo đƣợc hiệu khử trùng, Phƣơng pháp tăng lƣợng Clo nhƣ đƣợc gọi phƣơng pháp Clo hóa điểm cực trị Nếu hàm lƣợng amoniac muối amoon lớn, chọn liều lƣợng Clo cho vào nƣớc Nghĩa chọn liều lƣợng Clo vừa đủ để đảm bảo sau phút tiếp xúc có đƣợc Clo dƣ hoạt tính dạng Cloramin Ví dụ pH = lƣợng cloramin hoạt tính không đƣợc nhỏ mg/l pH = không đƣợc nhỏ 1,5 mg/l Để khử trùng nƣớc nhiễm bẩn nặng, đặc biệt nƣớc có nhiều vi trùng có sức đề kháng cao vói chất oxy hóa trƣờng hợp cần khử màu, mùi, vị nƣớc, sử dụng liều lƣợng Clo đến 10mg/l để đảm bảo hiệu khử trùng triệt để việc ôxy hóa chất gây mùi vị Tuy nhiên, lƣợng Clo dƣ sau khử trùng lớn, thiết phải tìm biện pháp khử bớt Clo dƣ xuống đến tiêu chuẩn cho phép, từ 0,3 đến 0,5 mg/l Khi nƣớc có chứa phenol, cho Clo vào tạo clophenol gây mùi vị khó chịu, trƣờng hợp thiết phải tiến hành amoniac hóa trƣớc khử trùng, Quá trình amoniac hóa đƣợc thực cách đƣa vào nƣớc lƣợng amoniac muối amon với liều lƣợng 0,5 đến 1,0 g tính theo NH + cho 1g Clo Kế cho Clo vào nƣớc để chúng kết hợp tạo thành Cloramin clo khả kết hợp với phenol để tạo clophenol Nếu pH thấp, phản ứng tạo cloramin xảy chậm Nên tiến hành amoniac hóa pH > để tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng ngăn ngừa phản ứng phụ tạo Clopheol Nếu nƣớc sau khử trùng có dƣ lƣợng NH3, trình sinh thành Cloramin cần tiếp tục nhƣng sau cloramin lại thủy phân thành NH + CLOtheo phản ứng sau: HOCl + NH3 NH2Cl + H2O (1-10) NH2Cl + H2O NH4+ + ClO- (1-11) Quá trình phân ly cloramin diễn chậm thời gian đầu tác dụng khử trùng có thấp so với Clo, nhƣng theo thời gian, tác dụng khử trùng kéo dài có hiệu Nếu khử trùng cách kết hợp Clo với amoniac cách hợp lý giảm đƣợc lƣợng Clo cần dùng đạt đƣợc hiệu việc khử mùi vị Tỷ lệ Clo amoniac thƣờng chọn theo thực nghiệm tùy theo chất lƣợng nƣớc nguồn, thƣờng ngƣời ta lấy lƣợng amoniac 10 đến 25% lƣợng Clo Thời gian tiếp xúc tính từ thời điểm quấy trộn Clo amoniac nƣớc đến thời điểm sử dụng không So với dùng Clo tự do, thời gian tiếp xúc cần thiết lớn lần Trích phụ lục 1- Xử lý nƣớc cấp sinh hoạt công nghiệp – Nguyễn Thị Thu Thủy – NXB KH&KT – Năm 2000 Khử trùng ôzôn : Là phƣơng pháp tiên tiến ngày đƣợc áp dụng rộng rãi Ôzôn nƣớc không phá hủy men tế bào vi sinh vật mà có khả phá hủy nguyên sinh chất tế bào, Clo phá hủy men tế bào Với siêu vi trùng là vi khuẩn men ôzôn có tác dụng hẳn Clo Với lƣợng ôzôn dƣ 0,45 mg/l sau phút siêu vi trùng bị tiêu diệt, phải cần đến 1mg/l Clo thời gian tiếp xúc đến Với vi khuẩn dạng bào tử, so với Clo, ôzôn có tác dụng mạnh 300 đến 600 lần Ngoài ra, ôzôn ôxy hóa hợp chất hữu gây màu, mùi vị, nƣớc tốt Clo Ôzôn chất khí có màu ánh tím, hóa lỏng nhiệt độ -112oC So với Clo, ôzôn hoàn tan nƣớc, độ hòa tan ôzôn phụ thuộc vào nhiệt độ Dƣới số liệu độ hòa tan ôzôn theo nhiệt độ 10 Bảng 1.1.- Nhiệt độ độ hoà tan ôzôn TT Nhiệt độ Độ hòa tan ôzôn 0oC 1,42 g/l 10oC 1,04 g/l 30oC 0,45 g/l Trong nƣớc ôzôn phân hủy nhanh thành oxy phân tử ôxy nguyên tử Tốc độ phân hủy ôzôn nƣớc tăng theo nồng độ muối, độ pH nhiệt độ Ôzôn có khả ôxy hóa phenol không để lại mùi Ôzôn có khả ôxy hóa nhanh ion Fe2+, Mn2+, S2-, NO2- nhƣng lại không ôxy hoá NH4+ Ngoài phƣơng pháp Clo hóa ôzôn ta sử dụng phƣơng pháp dùng nattri hydroclorit NaClO ion kim loại nặng…cho vào nƣớc theo tỷ lệ tính toán 1.1.3 Phƣơng pháp lý học 1.1.3.1 Khử khí CO2 phƣơng pháp làm thoáng “Nƣớc thô” từ giếng ngầm, lấy nƣớc độ sâu 60-150 mét theo đƣờng ống áp lực qua công đoạn “Làm thoáng” công đoạn mà nƣớc đƣợc hòa trộn tối đa với không khí nhằm giải phóng CO2 khí hòa tan, nâng pH, bão hòa ôxy Nếu thực tốt trình oxy hóa sắt (II) xảy tốt công đoạn Hiện Việt Nam áp dụng kỹ thuật làm thoáng: Dàn mƣa cổ điển, dàn mƣa tải trọng cao tháp làm thoáng cƣỡng 1.1.3.2 Khử trùng phƣơng pháp tia tử ngoại Tia tử ngoại hay gọi tia cực tím, tia có bƣớc sóng ngắn có tác dụng diệt trùng mạnh Nguyên lý khử trùng tia tử ngoại dùng đèn xạ tử ngoại, đặt dòng chảy nƣớc Các tia cực tím phát tác dụng lên phần tử Protit tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc khả trao đổi chất, chúng bị tiêu diệt Hiệu khử trùng đạt đƣợc triệt để nƣớc chất hữu cặn lơ lửng 96  Màn hình điều khiển 97  Màn hình điều khiển mô hình 98  Bể pha trộn 99  Bể lắng Lamen 100  Bể lọc áp lực 101  Bể chứa bùn 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hoá trình giám sát điều khiển hệ thống xử lý nƣớc, bình lọc cao áp khử trùng Clo trạm sản xuất nƣớc phục vụ cho sinh hoạt đề tài cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài đánh giá tổng quan phƣơng pháp xử lý nƣớc sinh hoạt xu hƣớng ứng dụng công nghệ nay; lập trình điều khiển thiết bị hệ thống PLC để đo kiểm tra điều chỉnh nồng độ Clo cho phép có nƣớc trƣớc sử dụng; xây dựng chƣơng trình mô giám sát nồng độ Clo có nƣớc; ứng dụng chƣơng trình mô giám sát điều khiển hệ thống xử lý nƣớc sinh hoạt nhà máy nước thành phố Vinh Nghệ An; xây dựng giảng ứng dụng PLC giám sát điều khiển hệ thống tự động xử lý nƣớc phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu khoa học Chƣơng trình mô giám sát điều khiển đƣợc xây dựng đảm bảo tính linh hoạt, thích ứng với hầu hết hệ thống xử lý nƣớc sinh hoạt, mang lại tiện ích thiết thực, đƣa kết xác, giúp phân tích nhanh chóng tình trạng vận hành thực tế, đƣa giải pháp kỹ thuật hợp lý đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật Tuy nhiên nhiều vấn đề chƣa hoàn thiện, hy vọng hoàn thiện phát triển cho hệ thống phức tạp lần nghiên cứu II Kiến nghị Áp dụng kết nghiên cứu phục vụ công tác giảng dạy nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo nghiên cứu khoa học trƣờng 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO Công ty Cấp thoát nƣớc Nghệ An (2008), Thiết kế kỹ thuật Hệ thống xử lý nƣớc công suất vạn m³/ngày đêm Cục Y tế dự phòng Môi trƣờng (2009), “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước sinh hoạt”QCVN 02:2009/BYT đƣợc Bộ trƣởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tƣ số 05/2009/TT – BYT Nguyễn Ngọc Dung (2003), Xử lý nước câp, Nhà xuất Xây dựng Đinh Viết Đƣờng (1995), Hệ thống làm thoáng có tải trọng cao, Tập san Cấp thoát nƣớc Bộ Xây dựng Trịnh Xuân Lai (1998), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp,Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội Lê Long (2003), Cấp nước dân dụng công nghiệp, Nhà xuất Xây dựng Nguyễn Xuân Nguyên (2004), Phân tích tổng hợp cung cấp xử lý nước sản xuất công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hoàng Minh Sơn (2002), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động trình, NXB Khoa học kỹ thuật Đào Văn Tân ngƣời khác (2002), Cảm biến công nghiệp mỏ dầu khí, NXB Khoa học kỹ thuật 10 Nguyễn Ngọc Thống (2005), Cấp thoát nước,Nhà xuất Xây dựng 11 Thái Duy Thức (2001), Truyền động điện tự động công nghiệp mỏ dầu khí 12 Nguyễn Thị Thu Thuỷ (2000), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp,Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội 13 Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2012), Tự động hóa với Win CC, Nhà xuất Hồng Đức 14 Siemens AG: Simatic S7-200 Programmable Controller System Manual, 15 Siemens AG: Statement List for S7-300 and S7-400 Reference Manual 104 16 Siemens AG: SIMATIC STEP7 Program Design Programming Manual 17 Barker C and Davis (1987), Ground water 18 Driscoll.F (1986), Ground water and well 19 Water Distribution (1976), Operator Training Hand Book Copyright 20 Б.B KapaceB (1979), Hacocbl И HacocHble cTaHuИИ 105 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài 2.2 Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Những đóng góp đề tài Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC SINH HOẠT VÀ XU HƢỚNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN NAY 1.1 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc 1.1.1 Phƣơng pháp học 1.1.1.1 Bể lắng 1.1.1.2 Bể lọc 1.1.2 Phƣơng pháp hóa học 1.1.2.1 Keo tụ 1.1.2.2 Khử trùng chất ôxy hóa mạnh 1.1.3 Phƣơng pháp lý học 10 1.1.3.1 Khử khí CO2 phƣơng pháp làm thoáng 10 1.1.3.2 Khử trùng phƣơng pháp tia tử ngoại 10 1.2 Lựa chọn phƣơng pháp xử lý nƣớc 11 1.2.1 Nguyên tắc lựa chọn phƣơng pháp xử lý nƣớc 11 1.2.2 Các hình thức xử lý nƣớc 13 1.3 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc giới Việt Nam 14 1.3.1 Phƣơng pháp xử lý nƣớc sinh hoạt giới 14 106 1.3.2 Phƣơng pháp xử lý nƣớc sinh hoạt Việt Nam 20 Chƣơng 2: GIỚI THIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỀ NHÀ MÁY NƢỚC VINH 30 2.1 Giới thiệu nhà máy nƣớc Vinh 30 2.1.1 Vị trí địa lý 30 2.1.2 Sơ đồ công nghệ 31 2.1.3 Chi tiết trình, thiết bị dây chuyền công nghệ 32 2.1.3.1 Trạm bơm nƣớc thô (trạm bơm I – hình 2.3) 32 2.1.3.2 Nhà hoá chất 33 2.1.3.3 Bể phản ứng (tạo bóng) 34 2.1.3.4 Bể lắng 34 2.1.3.5 Bể lọc 35 2.1.3.6 Bể chứa 37 2.1.3.7 Giới thiệu Trạm bơm II (trạm bơm nƣớc sạch) 37 2.2 Những đánh giá tình trạng hệ thống điều khiển nhà máy nƣớc Vinh 38 2.3 Hƣớng dẫn vận hành thông số kỹ thuật 40 2.3.1 Vận hành Trạm bơm cấp I cầu mƣợu 40 2.3.1.1 Vận hành máy: 40 2.3.2 Vận hành trạm bơm nƣớc 42 2.3.2.1 Vận hành máy : 42 2.3.2.2 Trình tự dừng bơm tự động: 44 2.3.2.3 Thông số kỹ thuật bơm nƣớc 47 2.3.3 Vận hành hệ thống rửa lọc: 51 2.3.3.1 Nguyên tắc chung : 51 2.3.3.2 Các bƣớc tiến hành : 51 2.3.3.3 Thông số kỹ thuật bơm rửa lọc 52 2.3.4 vận hành máy khuấy hóa chất 55 2.3.4.1 Vận hành máy: 55 2.3.4.2 Thông số kỹ thuật máy khuấy phèn : 56 107 2.3.5 vận hành máy bơm phèn 57 2.3.5.1 Vận hành máy: 57 2.3.5.2 Ngừng máy: 57 2.3.5.3 Thông số kỹ thuật máy khuấy phèn : 58 2.3.6 Vận hành loại van nƣớc 58 2.3.6.1 Vận hành : 58 2.3.6.2 Thông số kỹ thuật van điện: 59 Chƣơng 3:XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO TRẠM XỬ LÝ NƢỚC SẠCH 62 3.1 Mục đích yêu cầu tự động hóa xử lý nƣớc 62 3.1.1 Mục đích 62 3.1.2 Các yêu cầu hệ thống xử lý nƣớc 63 3.2 Lƣu đồ thuật toán điều khiển 65 3.3 Chƣơng trình điều khiển 68 3.3.1 Chƣơng trình 69 3.3.2 Chƣơng trình Tự động 72 3.3.3 Chƣơng trình Bằng tay 76 3.3.4 chƣơng trình Trạng thái 79 3.4 Các tín hiệu vào – 81 3.5 Kết nối PC với PLC 83 3.6 Giám sát hệ thống 86 3.6.1 Khái quát chung 86 3.6.2 Mô WinCC flexible 86 3.6.3 Mô hoạt động mô hình WinCC flexible 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 I Kết luận 102 II Kiến nghị 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 108 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.- Nhiệt độ độ hoà tan ôzôn 10 Bảng 1.2 Lựa chon công nghệ xử lý nƣớc 12 Bảng 1.3 Hiệu suất xử lý nƣớc 13 Bảng 1.4 - Chỉ tiêu nƣớc 19 Bảng1.5 - Tiêu chuẩn nƣớc 28 Bảng 3.1: Các tín hiệu vào PLC 81 109 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các khả xử lý nƣớc ngầm 14 Hình 1-2 Sơ đồ xử lý nƣớc cấp thành phố Essen (CHLB Đức) 15 Hình 1-3 Sơ đồ xử lý nƣớc hồ Zevenbergen (Hà Lan) 16 Hình 1-4 Sơ đồ xử lý nƣớc ngầm thành phố Bergen op zoom (Hà Lan) 17 Hình 1.5 Sơ đồ khối công nghệ xử lý nƣớc ngầm 18 Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc ngầm 21 Hình 1.7: Mô hình đơn giản xử lý nƣớc ngầm 22 Hình 1.8: Các sơ đồ xử lý nƣớc ngầm có làm thoáng lọc 23 Hình 1.9: Bể xử lý nƣớc mặt 25 Hình 1-10 Sơ đồ công nghệ xử lý nguồn nƣớc có hàm lƣợng cặn 2500mg/l 27 Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền xử lý nƣớc nhà máy nƣớc Vinh 31 Hình 2.2 Mặt tổng thể trạm bơm I 32 Hình 2.3: Màn hình điều khiển trung tâm…………………………………… … 46 Hình 2.4: Trạm bơm cấp II trạm 40.00 M3/NGD………………………….…… 48 Hình 2.5: Trạm bơm cấp II trạm 20.00 M3NGD…………………… ………… 50 Hình 2.6 Máy bơm rửa lọc 53 Hình 2.7 Máy khuấy phèn……………………………………………….… 56 Hình 3.1: Lƣu đồ cảnh báo cố 66 Hình 3.2: Lƣu đồ thuật toán điều khiển bơm bùn 67 Hình 3.3: Lƣu đồ thuật toán điều khiển 68 Hình 3.4: Giao diện Set PG/PC 83 Hình 3.5: Giao diện PC/PPI 84 Hình 3.6: Giao diện Data Block 84 Hình 3.7: Giao diện down load chƣơng trình 85 Hình 3.8: Giao diện chƣơng trình trạng thái RUN 85 Hình 3.9: Giao diện hình WinCC flexible 86 Hình 3.10: Danh sách loại mà hình WinCC flexible 87 110 Hình 3.11: Giao diện hình PC-Acess 88 Hình 3.12: Một số tags sử dụng đề tài 88 Hình 3.13: Giao diện Conections WinCC flexible 89 Hình 3.14: Lựa chọn kết nối WinCC flexible 89 Hình 3.15: Giao diện Tags Wincc flexible 90 Hình 3.16: Lựa chọn tags OPC 91 Hình 3.17: I/O Field wincc flexible 92 Hình 3.18: Chức Button wincc flexible 93 Hình 3.19: Thƣ viện wincc flexible 93 Hình 3.20: Chức đồ thị wincc flexible 94 Hình 3.21: Trend tab đồ thị 94 Hình 3.22: Lựa chọn độ phân giải wincc flexible 95 ... sát điều khiển hệ thống xử lý nƣớc sinh hoạt công ty cấp thoát nƣớc Thành phố Vinh – Nghệ An - Nghiên cứu xây dựng giảng sở ứng dụng PLC giám sát điều khiển hệ thống tự động xử lý nƣớc phục vụ... Duy trì áp suất hệ thống Đài nƣớc thành phố 300 m3 Phân phối tiêu thụ Hình 1.5 Sơ đồ khối công nghệ xử lý nƣớc ngầm Thành phố Bergen op Zoom (Hà Lan) Cho đến nay, nhà máy xử lý nƣớc sinh hoạt... công nghệ hệ thống xử lý nước sử dụng hồ lắng Hình 1.11: Sơ đồ công nghệ xử lý nguồn nƣớc có hàm lƣợng cặn >2500mg/l Công nghệ xử lý nƣớc cấp phục vụ sinh hoạt Việt Nam nói chung xử lý tốt sắt