Nước là một phần tất yếu của cuộc sống, nhu cầu sử dụng nước không chỉ trong đời sống sinh hoạt của con người mà là cả trong công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp… và đặc biệt hơn trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Một vấn đề đặt ra bây giờ là công nghiệp càng phát triển thì các chất th ải, nước thải thải ra càng nhiều làm ôi nhiễm nguồn nước, nguồn không khí, ôi nhiễm môi trường, ảnh hưởng sức khỏe con người, tài nguyên thiên nhiên, nguy hại đến sự tồn vong của loài người. Việc xử lý nguồn chất thải, nước thải, khí th ải của công nghiệp là một điều bức thiết song song với vấn đề đó là cần phải xử lý nước sạch cung cấp cho sinh hoạt cũng là một việc bức thiết không kém phần quan trọng vì nguồn nước hiện nay của chúng ta đã bị ôi nhiễm nặng nề. Trên cơ sở những yêu cầu thực tế, nhiệm vụ nghiên cứu làm đề tài luận văn cao học của GVHD PGS.TS Thái Duy Thức Trường Đại Học Mỏ địa chất và chuyến làm việc tại nhà máy Thủy điện Bản Vẽ huyện Tương Dương tỉnh Nghệ An, tôi xin được trình bày đề tài : “ Tự động hóa trạm xử lý nước sạch của Thủy điện Bản Vẽ”. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Nước phần tất yếu sống, nhu cầu sử dụng nước không đời sống sinh hoạt người mà công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp… đặc biệt trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước Một vấn đề đặt công nghiệp phát triển chất thải, nước thải thải nhiều làm ôi nhiễm nguồn nước, nguồn không khí, ôi nhiễm môi trường, ảnh hưởng sức khỏe người, tài nguyên thiên nhiên, nguy hại đến tồn vong loài người Việc xử lý nguồn chất thải, nước thải, khí thải công nghiệp điều thiết song song với vấn đề cần phải xử lý nước cung cấp cho sinh hoạt việc thiết không phần quan trọng nguồn nước bị ôi nhiễm nặng nề Trên sở yêu cầu thực tế, nhiệm vụ nghiên cứu làm đề tài luận văn cao học GVHD PGS.TS Thái Duy Thức - Trường Đại Học Mỏ địa chất chuyến làm việc nhà máy Thủy điện Bản Vẽ huyện Tương Dương tỉnh Nghệ An, xin trình bày đề tài : “ Tự động hóa trạm xử lý nước Thủy điện Bản Vẽ” 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 nước sinh hoạt mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật, phù hợp với điều kiện thực tế triển vọng tương lai góp phần vào việc bảo vệ môi trường nước sinh hoạt, nâng cao chất lượng sống cho người sử dụng - Ứng dụng mô hình giám sát điều khiển phục vụ công tác giảng dạy đào tạo nhằm nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành Điện công nghiệp trường Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc 2.2 Phạm vi nghiên cứu - Đánh giá trạng, mô giám sát hệ thống xử lý nước Thủy điện Bản Vẽ - Tương Dương – Nghệ An - Nghiên cứu xây dựng giảng phục vụ công tác giảng dạy, đào tạo trường Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc Phương pháp nghiên cứu - Thống kê, đo lường, 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 nước bình lọc cao áp khử trùng Clo trạm xử lý nước; xây dựng giảng phục vụ công tác đào tạo nhằm nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ công tác nghiên cứu khoa học Nội dung nghiên cứu - Giới thiệu sơ đồ công nghệ thông số kỹ thuật trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ - Thiết kế cải tạo sơ đồ công nghệ theo hướng tự động hóa - Xây dựng chương trình điều khiển tự động - Thiết kế giao diện điều khiển giám sát hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa hệ thống xử lý nước nhằm điều khiển giám sát thu thập liệu, sở xây dựng giảng nhằm nâng cao chất lượng phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Đánh giá trạng, điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước Thủy điện Bản Vẽ phục vụ công tác giảng dạy chuyên ngành Điện CN trường Những đóng góp đề tài - Áp dụng thiết bị đo lường điều khiển đại - Ứng dụng chương trình mô giám sát điều khiển hệ thống xử lý nước sinh hoạt nhà máy Thủy điện Bản Vẽ - Tương Dương - Nghệ An nhằm nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng - Xây dựng giảng nhằm nâng cao chất lượng đào tạo trường Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc CHƯƠNG GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ HIỆN TẠI VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC SẠCH THỦY ĐIỆN BẢN VẼ 1.1 Giới thiệu sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ 1.1.1 Công nghệ xử lý trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ: Trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ nhằm mục đích phục vụ cán công nhân viên vận hành nhà máy thủy điện với công suất 100m3/ngày, nguồn nước lấy phần hồ chứa nước thủy điện, công nghệ xử lý công nghệ xử lý nước mặt Nước mặt thủy điện Bản vẽ có đặc điểm sau: - Chứa khí hòa tan đặc biệt oxy - Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng nước chứa ao đầm, hồ xảy trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng lại nước có nồng độ tương đối thấp chủ yếu dạng keo - Có hàm lượng chất hữu cao - Có diện nhiều loại tảo - Chứa nhiều vi sinh vật Quy trình công nghệ thực theo chu trình sau: Hình 1-1 Sơ đồ khối công nghệ trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ - Nước lấy từ hồ thủy điện thông qua bơm 3P-22KW, bơm vào bể lắng sơ Chức bể lắng sơ tạo điều kiện thuận lợi cho trình tự làm như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm bớt vi trùng tác động điều kiện môi trường, thực phản ứng Oxy hóa tác dụng Oxy hòa tan nước làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng dòng chảy từ nguồn vào lưu lượng tiêu thụ trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lý nước - Sau nước bơm vào bể lắng sơ bộ, có chênh lệch độ cao nên không cần phải sử dụng bơm nước mà tự chảy từ bể lắng sơ tới bể gom thông qua phao tự động Trong bể có song chắn rác lưới chắn, có nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng dòng nước để bảo vệ thiết bị nâng cao hiệu làm quy trình xử lý nước Vật vật lơ lửng nước có kích thước que tăm nhành qua máy bơm vào công trình xử lý bị tán nhỏ thối rữa làm tăng lượng cặn độ màu nước - Nước từ bể gom bơm qua bể hòa trộn, bể hòa trộn thực trộn hóa chất kiềm hóa (PAC) Polyme để thực trình keo tụ cặn, tạo tác nhân có khả kêt dính chất làm bẩn nước dạng hòa tan lơ lửng thành cặn có khả lắng bể lắng kết dính bề mặt hạt lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh kinh tế - Sau nước hòa trộn hóa chất đẩy sang bể lắng lamen, trình làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng nước Có ba loại cặn gắn liền với trình lắng: + Lắng hạt phân tán riêng rẽ, trình lắng hạt cặn không thay đổi hình dáng, độ lớn, tỷ trọng + Lắng hạt dạng keo phân tán, xử lý nước thiên nhiên gọi lắng cặn pha phèn Trong trình lắng hạt có khả dính kết với thành cặn lớn ngược lại cặn lớn bị vỡ thành mảnh nhỏ nên lắng thường thay đổi hình dạng, kích thước tỷ trọng + Lắng hạt đánh phèn có khả kết dính với cặn nên với nồng độ lớn, thường lớn 1000mg/l, với nồng độ cặn lớn tuần hoàn lại cặn, tạo lớp cặn lơ lửng bể lắng, cặn tạo thành đám mây lien kết với nhau, dính kết để lại hạt cặn nhỏ phân tán nước Trong trình lắng chất keo tụ ngưng tụ đáy bể lắng la men tạo thành lớp bùn, theo định kỳ bùn bơm khỏi bể lắng - Sau nước lắng chảy qua bể chứa trung gian, bể có tác dụng bể trung gian chứa nước - Nước từ bể trung gian bơm bơm vào bình lọc áp lực, trình không lại hạt cặn lơ lửng nước có kích thước lớn lỗ rỗng tạo hạt lọc mà giữ lại keo sắt, keo hữu gây độ đục độ màu, có kích thước bé nhiều lần so với kích thước lỗ rỗng có khả kết dính hấp thụ lên bề mặt hạt lớp vật liệu lọc Ngoài bình lọc áp lực có than hoạt tính để hấp thụ chất gây mùi, gây màu nước Cac bột than hoạt tính có bề mặt hoạt tính lớn, có khả hấp thụ phân tử khí phân tử chất dạng lỏng hòa tan nước làm cho nước có mùi vị màu lên bề mặt hạt than, sau hạt than khỏi nước, nước khử mùi vị màu - Nước sau lọc áp lực chảy trực tiếp vào bể chứa nước sạch, bể chứa nước để đảm bảo mặt vi trùng học, nước trước cấp cho người tiêu thụ khử trùng Clo Liều lượng Clo để khử trùng phải xác định cho sau thời gian tiếp xúc 30 phút lượng clo dư lại nước 0.3mg/l - Cuối nước bơm lên tank chứa nước đặt sườn núi với độ cao đủ lớn để tự chảy tới hộ tiêu thụ 1.1.2 Sơ đồ bố trí bể thiết bị: Sơ đồ bố trí bể thiết bị trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ hình 1-2 Trong đó: B00: Là bể lắng sơ Bể có dung tích 1.500m3, nước bơm từ hồ thủy điện lên động bơm M00 thông số 3P-380V/22KW, đặt cách xa trạm 2km, với độ cao so với trạm 5m Bể nằm độc lập không nằm hệ thống điều khiển giám sát trạm B01: Là bể gom Bể có song lưới chắn rác SCR, nước chảy tự nhiên chênh lệch độ cao so với bể lắng sơ bộ, tự động ngắt đầy nhờ phao P Trên bể bố trí bơm, M01 M02 thay làm việc luân phiên 6h lần Thông số bơm: Model: NGA 1A, 3P-380V/0.75KW/50Hz-6m3/h- cột áp 16m Bể gom có phao báo mức LS01 để báo đầy, LS02 để báo cạn B02: Bể hòa trộn Sử dụng để hòa trộn PAC Polyme, bể có động khấy, bơm định lượng PAC Polyme Thông số động khuấy: M03 Model: MU 50H80, 3P-380V/50Hz/0.75KW – tốc độ: 93v/p Thông số bơm định lượng Polyme PAC: M06 M07 Model: BL20, 1P-220V/50Hz/0.04KW – lưu lượng 18l/h B03: Bể lắng lamen Bể có bố trí bơm hút bùn M08, thông số bơm sau: Model: NGA 1B, 3P-380V/0.55KW/50Hz-6m3/h- cột áp 16m B04: Bể trung gian: Trên bể có bố trí bơm, làm việc luân phiên 6h lần M10 M11 Thông số bơm sau: Model: CP 25/160B, 3P-380V/1.1KW/50Hz-6m3/h- cột áp 30m Bể trung gian có phao báo mức LS03 để báo đầy, LS04 để báo cạn B05: Bể chứa nước sạch: Bể chứa nước dung để chứa nước qua xử lý, đồng thời bể để sục khí clo nhằm khử trùng trước đưa vào sử dụng Trên bể có bố trí bơm định lượng clo M12, có thông số sau: Model: BL20, 1P-220V/50Hz/0.04KW – lưu lượng 18l/h Có bơm để bơm nước sạch, bơm làm việc luân phiên 6h lần, bơm nước vào tank chứa M15 M16 Có thông số sau: Model: CP 25/200B, 3P-380V/2.2KW/50Hz-6m3/h- cột áp 45m Bơm thứ để bơm nước cho tank chứa phụ M09, thiết kế bơm để bơm bùn từ bể chứa bùn lên sân phơi bùn, thi công thực người ta yêu cầu bỏ bể chứa bùn, bùn bơm trực tiếp từ bể lắng la men sân phơi bùn, bơm chuyển sang sử dụng làm bơm nước cho tank phụ Ngoài bể chứa nước bố trí phao báo mức LS05 báo mức cao LS06 báo mức thấp B06 B07: tank chứa nước chứa nước phụ Nó đặt sườn đồi, tạo độ cao để cung cấp nước đến người sử dụng, bể có phao nhằm tự động đóng mở bơm theo mức, đồng thời báo hình để giám sát BH01, BH02 BH03: Là bể trộn hóa chất Polyme, PAC Clo Trên bể bố trí động quấy M06, M07 M13, có thông số sau: Model: MU 50H80, 3P-380V/50Hz/0.75KW – tốc độ: 93v/p BL01 BL02: Bể lọc áp lực Nước từ bể trung gian bơm vào bể lọc áp lực, đầu bể lọc áp lực xả thẳng vào bể nước Đối với bể người ta bố trí bơm rửa lọc, nhằm làm bể theo định kỳ đặc điểm bể hay bị đóng cặn Thông số động rửa lọc sau: Model: CP 25/160B, 3P-380V/1.1KW/50Hz-6m3/hcột áp 30m Ta có sơ đồ mặt bố trí bể sau: Hình 1-2 Sơ đồ mặt bố trí bể 1.2 Các thông số kỹ thuật trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển hệ thống: Với trạm xử lý nước thủy điện Bản vẽ điều khiển với chế độ: - Chế độ tay: Sử dụng nút ấn đặt mặt tủ, bơm, động điều khiển nút on/off đơn lẻ, không khống chế phao Vì đặc điểm xa thành phố nên thiết kế chế độ nhằm tăng tính liên tục cung cấp nước trường hợp máy tính PLC bị lỗi, vận hành tay lúc chờ đợi kỹ thuật đến xử lý - Chế độ tự động: Ở chế độ hầu hết đề giám sát điều khiển thông qua máy tính Mô hệ thống hình vẽ 1-3 Hình 1-3 Hệ thống điều khiển giám sát trạm xử lý nước a Sơ đồ mạch động lực: Hình vẽ 1-4 Mạch động lực sử dụng MCCB tổng để đóng cắt toàn tủ điều khiển, tất bơm, động khuấy bơm định lượng trang bị CB, MC TH riêng Thông số tên gọi thiết bị mạch động lực liệt kê bảng thông số kỹ thuật 1.1 b Sơ đồ mạch điều khiển: Hình vẽ 1-5 Trong sơ đồ sử dụng phương pháp điều khiển, chọn điều khiển tự động – tức điều khiển giám sát hình điều khiển nhờ chương trình điều khiển PLC S7-200 Ngoài có chế độ tay, tức điều khiển bơm, động khuấy nút ấn đặt mặt tủ, phương pháp 10 phương pháp điều khiển đơn lẻ thiết bị, không liên quan tới PLC máy tính, không khống chế rơ le phao báo mức nước Để chuyển chế độ sử dụng chuyển mạch trạng thái Auto-Man Sau sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi hình vẽ 1-6: c Bố trí thiết bị mặt tủ: Như hình 1-7 Thiết bị bố trí tủ bố trí cách khoa học, đầu PLC kết nối thông qua hệ thống rơ le trung gian nhằm cách li mạch với PLC, làm nhằm đảm bảo an toàn cho PLC trường hợp đấu mạch điều khiển sai nguồn d Thông số kỹ thuật hệ thống điện điều khiển trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ: Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật thiết bị TT Tên thiết bị Động bơm bể gom Động bơm bùn Thông số kỹ thuật Đơn lượng vị M1, M2 02 Cái M8 01 Cái M10, M11 02 Cái M14 01 Cái M15, M16 02 Cái 03 Cái Model: NGA 1A 0.75KW/3P/380V 6m /h-18m Model: NGA 1B 0.55KW/3P/380V 6m /h-16m Động bơm Model: CP/160B đẩy lọc bể trung 1.1KW/3P/380V gian Số Ký hiệu 6m /h-30m Model: CP/160B Bơm rửa lọc 1.1KW/3P/380V 6m /h-30m Model: CP/200B Bơm nước 2.2KW/3P/380V 6m /h-45m Bơm định lượng hóa chất Model: BL20 0.04KW/1P/220V 18l/h-5m M6, M7 M12 Ghi CTDK / DL_POLYME (SBR14) Network THUC HIEN ( Dmax - Dmin) va chuyen doi sang so thuc LD SM0.0 MOVW +32000, VW6 AENO -I 0, VW6 AENO ITD VW6, VD56 AENO DTR VD56, VD60 Network THUC HIEN {( Ain - Amin)/( Amax - Amin)} * ( Dmax - Dmin) va chuyen doi sang so nguyen LD SM0.0 MOVR VD52, VD64 AENO *R VD60, VD64 AENO ROUND VD64, VD68 AENO DTI VD68, VW8 Network THUC HIEN {( Ain - Amin)/( Amax - Amin)} * ( Dmax - Dmin) + Dmin LD SM0.0 MOVW VW8, VW10 +I 0, VW10 Network XUAT LUU LUONG RA DAU RA DIEU KHIEN BIEN TAN LD SM0.0 MOVW VW10, AQW4 63 / 65 CTDK / DL_CLO (SBR15) Block: Author: Created: Last Modified: DL_CLO 04/12/2013 10:39:25 pm 05/22/2013 01:47:56 pm Symbol Var Type Data Type Comment IN IN_OUT OUT TEMP CHUONG TRINH DINH LUONG POLYME Network XUAT TIN HIEU ANALOG LAP CONG THUC TINH TY LE CUA LUU LUONG POLYME SO VOI TY LE BAN TINH DAU VAO BE NUOC SACH ( Ain) LD SM0.0 MOVR Q_NUOC_BAN_TINH:VD230, VD72 AENO /R 100.0, VD72 AENO MOVR Tyle_CLO:VD208, VD76 AENO *R VD72, VD76 AENO MOVR VD76, Q_CLO:VD222 Symbol Address Q_CLO VD222 Q_NUOC_BAN VD230 _TINH Comment Luu luong thuc te cua CLO Luu luong nuoc sau loc ap luc Tyle_CLO Dat ty le luu luong CLO VD208 Network THUC HIEN ( Ain - Amin) ( Aout = dat luu luong xuat dieu khien bien tan, Amin = luu luong nho nhat = 1.8 l/p) LD SM0.0 MOVR VD76, VD80 -R 1.8, VD80 Network THUC HIEN ( Amax - Amin) ( Amax = dat luu luong lon nhat = 32 l/p, Amin = 1.8 l/p) LD SM0.0 MOVR 32.0, VD84 -R 1.8, VD84 Network THUC HIEN ( Ain - Amin)/( Amax - Amin) LD SM0.0 MOVR VD80, VD88 /R VD84, VD88 64 / 65 CTDK / DL_CLO (SBR15) Network THUC HIEN ( Dmax - Dmin) va chuyen doi sang so thuc LD SM0.0 MOVW +32000, VW12 AENO -I 0, VW12 AENO ITD VW12, VD92 AENO DTR VD92, VD96 Network THUC HIEN {( Ain - Amin)/( Amax - Amin)} * ( Dmax - Dmin) va chuyen doi sang so nguyen LD SM0.0 MOVR VD88, VD600 AENO *R VD96, VD600 AENO ROUND VD600, VD604 AENO DTI VD604, VW608 Network THUC HIEN {( Ain - Amin)/( Amax - Amin)} * ( Dmax - Dmin) + Dmin LD SM0.0 MOVW VW608, VW612 +I 0, VW612 Network XUAT LUU LUONG RA DAU RA DIEU KHIEN BIEN TAN LD SM0.0 MOVW VW612, AQW6 65 / 65 OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF OFF C 60 OFF OFF C 60 OFF OFF OFF OFF C 60 OFF OFF C 60 T OFF OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF OFF C 60 OFF OFF C 60 OFF OFF OFF OFF C 60 OFF OFF C 60 T OFF OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF OFF OFF C 60 OFF ... THUẬT CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC SẠCH THỦY ĐIỆN BẢN VẼ 1.1 Giới thiệu sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ 1.1.1 Công nghệ xử lý trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ: Trạm xử lý nước Thủy điện Bản. .. bố trí bể 1.2 Các thông số kỹ thuật trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển hệ thống: Với trạm xử lý nước thủy điện Bản vẽ điều khiển với chế độ: - Chế độ tay:... chọn thiết bị phương pháp điều khiển để tự động hóa hoàn toàn trạm xử lý nước Thủy điện Bản Vẽ Để đảm bảo yêu cầu điều khiển hệ thống xử lý nước thủy điện Bản Vẽ ta thiết kế hệ thống điều khiển giám