2
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP PHÚC YÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG
QUÁ TRÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC, BẰNG BÌNH LỌC CAO ÁP VÀ KHỬ TRÙNG BẰNG CLO
TẠI TRẠM SẢN XUẤT NƯỚC SẠCH PHỤC VỤ CHO SINH HOẠTThực hiện theo hợp đồng: Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên
cứu khoa học và phát triển công nghệ số 81.12RD/HĐ-KHCN Ngày 19 tháng 3 năm 2012
giữa Bộ Công Thương và trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên
3
1.1. Các phương pháp xử lý nước 3
1.1.1. Phương pháp cơ học 3
1.1.2. Phương pháp hóa học 4
1.1.3. Phương pháp lý học 8
1.2. Các phương pháp xử lý nước trên thế giới và Việt Nam 8
1.2.1. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt trên thế giới 8
1.2.2. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt tại Việt Nam 13
1.3. Lựa chọn phương pháp xử lý nước 20
1.2.1. Nguyên tắc lựa chọn phương pháp xử lý nước 20
1.2.2. So sánh lựa chọn phương pháp xử lý nước sinh hoạt hợp lý
22
Chương 2
NGHIÊN CỨU VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ
THỐNG BẰNG PLC ĐỂ ĐO KIỂM TRA VÀ ĐIỀU CHỈNH NỒNG ĐỘ CLO
CHO PHÉP CÓ TRONG NƯỚC TRƯỚC KHI SỬ DỤNG
25
2.1. Các yêu cầu điều khiển 25
2.2. Công nghệ xử lý và lựa chọn thiết bị điều khiển 26
2.3. Ứng dụng công nghệ PLC điều khiển hệ thống bơm chìm
36
2.4. Ứng dụng công nghệ PLC điều khiển bình lọc và khử trùng 38
2.5. Ứng dụng công nghệ PLC điều khiển hệ thống bơm cấp nước sạch 42
Chương 3
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GIÁM SÁT
NỒNG ĐỘ CLO CÓ TRONG NƯỚC TRƯỚC KHI SỬ DỤNG
45
3.1. Xây dựng chương trình mô phỏng giám sát nồng độ Clo có trong nước trước
5.1.1. Nguồn nước 69
5.1.2. Các chỉ tiêu của nước 70
5.2. Các phương pháp xử lý nước và khử trùng bằng Clo 74
5.3. Giới thiệu tổng quan về PLC 74
5.3.1. PLC S7-200 74
5.3.2. PLC S7-300 74
5.4. Ứng dụng PLC trong giám sát và điều khiển hệ thống tự động xử lý nước 80
Kết luận và kiến nghị 107
Tài liệu tham khảo 108
Phụ lục 1 109
Phụ lục 2 110
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng Nội dung Trang
Bảng 1.1. Nhiệt độ và độ hoà tan của ôzôn 8
Bảng 1.2. Lựa chon công nghệ xử lý nước 11
Bảng 1.3. Chỉ tiêu nước sạch 19
Bảng 1.4. Lựa chọn công nghệ xử lý nước 21
Bảng 1.5. Hiệu suất xử lý nước 22
Bảng 2.1. Thông số lọc của giếng khoan 27
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu của bình lọc cao áp 28
Bảng 3.1 Các thông số mô phỏng thiết bị 47
Bảng 3.2 Các phần tử mô phỏng 47
Bảng 3.3 Thiết bị trong hệ thống cấp nước sạch 49
Bảng 4.1. So sánh kết quả xử lý của Công ty với tiêu chuẩn VN 59
Bảng 4.2. Kết quả chỉ tiêu vi sinh 61
Bảng 4.3 So sánh một số chỉ tiêu trước và sau khi ứng dụng mô hình giám sát
31
Hình 2.4 Van điện 31
Hình 2.5. Van khí điều khiển bằng điện 32
Hình 2.6. Van điều khiển cấp khí Clo 32
Hình 2.7. Cảm biến đo mức PL Sensys 33
Hình 2.8.
Biểu đồ tương quan giữa mức nước và dòng của cảm biến PL
Sensys
33
Hình 2.9. Cảm biến đo nồng độ Clo 9184sc 34
Hình 2.10.
Biểu đồ tương quan giữa nồng độ Clo dư và dòng của cảm biến
9184SC
35
Hình 2.11. PLC SIEMENS S7-300 CPU 314 36
Hình 2.12. Sơ đồ công nghệ điều khiển bơm chìm 36
Hình 2.13. Lưu đồ vòng quét điều khiển bình lọc và khử trùng 39
Hình 2.14. Sơ đồ vòng quét điều khiển bơm cấp nước sạch bằng PLC 43
Hình 3.1. Thư viện chứa các thiết bị máy bơm 46
Hình 3.2. Cụm thiết bị bơm chìm 46
Hình 3.3. Mô phỏng thiết bị lọc khử trùng 48
Hình 3.4. Công cụ Slide mô phỏng sự thay đổi nồng độ Clo trong nước sạch 48
Hình 3.5. Bình Xử lý Clo 49
Hình 3.6. Bảng thông báo sự cố nồng độ Clo 49
Hình 3.7. Mô phỏng thiết bị cấp nước sạch 50
Hình 3.8. Màn hình điều khiển, giám sát hệ thống xử lý nước bằng Clo dư 50
Hình 3.9. Hệ thống xử lý nước hoạt động ở chế độ bình thường 51
Hình 3.10. Hệ thống xử lý nước hoạt động khi nồng độ Clo xuống thấp 52
Hình 5.5. Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 PL2
Hình 5.6. PLC S7-300 74
Hình 5.7. CPU315-2DP nối mạng profibus 75
Hình 5.8. Đặt thời gian chu kỳ bus cho mạng Profibus cấp dưới 75
Hình 5.9. Bắt đầu quy trình cài đặt 76
Hình 5.10. Chọn các mục cần cài đặt 76
Hình 5.11. Chương trình cài đặt tuần tự 77
Hình 5.12. Cài đặt số xác minh 77
Hình 5.13. Cài đặt bản quyền 77
Hình 5.14. Hộp thoại Manager 77
Hình 5.15. Khai báo một Project mới 78
Hình 5-16. Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước sạch sinh hoạt 79 Hình 5.17. Các thiết bị trong hệ thống xử lý nước 80
Hình 5.18. Sơ đồ tổng quát điều khiển các nhóm thiết bị 81
Hình 5.19. Sơ đồ điều khiển các máy bơm chìm 89
Hình 5.20. Sơ đồ điều khiển máy bơm chìm G1 hoạt động 90
Hình 5.21.
Sơ đồ điều khiển bình lọc cao áp BL1và thực hiện khử trùng bằng
Clo
91
Hình 5.22 . Sơ đồ điều khiển hệ thống khử trùng hoạt động 92
Hình 5.23.
Sơ đồ khối một vòng điều khiển thiết bị điều chỉnh nồng độ Clo dư
trong nước sạch sinh hoạt
93
Hình 5.24. Sơ đồ thực hiện quá trình rửa lọc BL1 94
Hình 5.25. Sơ đồ điều khiển các máy bơm cấp nước sạch 95
Hình 5.26. Sơ đồ điều khiển máy bơm M1 hoạt động 96
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Phúc Yên, ngày 10 tháng 6 năm 2012 BÁO CÁO TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
I. Thông tin chung:
1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hoá trong quá trình giám sát
và điều khiển hệ thống xử lý nước, bằng bình lọc cao áp và khử trùng bằng Clo tại
trạm sản xuất nước sạch ph
ục vụ cho sinh hoạt
2. Mã số:
81.12 RD/HĐ-KHCN
3. Chủ nhiệm: Nguyễn Văn Quý
4. Thời gian thực hiện: từ tháng 01 năm 2012 đến ngày 31 tháng 12 năm 2012.
5. Tổng kinh phí: 140.000.000 đồng (bằng chữ: Một trăm bốn mươi triệu đồng chẵn).
II. Đánh giá tình hình thực hiện đề tài:
1. Nội dung nghiên cứu:
STT
Nội dung nghiên cứu
theo Thuyết minh đề tài
Nội dung nghiên cứu đã thực
hiện
Tự đánh giá
1
Tổng quan các phương pháp
xử lý nước sinh hoạt và xu
hướng ứng dụng công nghệ
hiện nay
Nghiên cứu, xây dựng
chương trình mô phỏng
giám sát nồng độ Clo có
trong nước trước khi sử
dụng
- Chương trình mô phỏng
giám sát nồng độ Clo mức
thấp
- Chương trình mô phỏng
giám sát nồng độ Clo mức cao
- Chương trình mô phỏng sự
cố Clo
Đạt
4
Nghiên cứu ứng dụng
chương trình mô phỏng
giám sát và điều khiển hệ
thống xử lý nước sinh hoạt
tại công ty cấp thoát nước
Tuyên Quang
- Tổng quan hệ thống xử lý
nước sinh hoạt tại nhà máy cấp
thoát nước Tuyên Quang
- Ứng dụng mô phỏng giám
sát và điều khiển hệ thống
bằng phần mềm WinCC
Đạt
2. Sản phẩm:
STT Sản phẩm theo Thuyết minh
thống xử lý nước sinh hoạt
tại công ty cấp thoát nước
Tuyên Quang
- Thử nghiệm và đánh giá hiệu
quả kinh tế - kỹ thuật
Đúng tiến độ và
đạt kết quả tốt
2 Nghiên cứu xây dựng bài
giảng trên cơ sở ứng dụng
- Bài giảng dựa trên ứng dụng
PLC trong giám sát và điều
Đúng tiến độ và
đạt kết quả tốt
PLC trong giám sát và điều
khiển hệ thống tự động xử lý
nước phục vụ công tác đào
tạo của trường Cao đẳng
Công nghiệp Phúc Yên
khiển hệ thống tự động xử lý
nước sinh hoạt
IV. Kiến nghị:
- Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài nhóm nghiên cứu nhận thấy để đạt
kết quả cao, phù hợp hơn với sự phát triển của công nghệ và thuận lợi cho việc triển khai
ứng dụng đề tài vào thực tiễn nhóm tác giả viết chương trình trên PLC S7 – 300 (thay thế
cho PLC S7 – 200) và mô phỏng bằng phần mềm chuyên thiết kế giám sát WinCC 7.0
(thay thế cho phần mềm TD200).
Kính đề nghị Vụ Khoa học Công nghệ
- Bộ Công Thương (Bên đặt hàng) và
Trường Cao đẳng Công Nghiệp Phúc Yên (Bên cung cấp dịch vụ) cho phép.
2.1. Mục đích của 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 hiện tại và triển vọng
tương lai góp phần vào việ
c bảo vệ môi trường nước sinh hoạt, nâng cao chất lượng cuộc
sống cho người sử dụng.
- Ứng dụng mô hình giám sát và điều khiển phục vụ công tác giảng dạy và đào tạo
nhằm nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành cấp thoát nước tại trường Cao đẳng
Công nghiệp Phúc Yên.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng, mô phỏng giám sát hệ thống xử lý nước của Công ty cấp
thoát nướ
c Tuyên Quang.
- Nghiên cứu xây dựng bài giảng phục vụ công tác giảng dạy, đào tạo tại trường
Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên
3. Phương pháp nghiên cứu
2
- Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu.
- Ứng dụng công nghệ tự động hoá trong quá trình giám sát, điều khiển hệ thống xử
lý nước bằng bình lọc cao áp và khử trùng bằng Clo tại trạm sản xuất nước; xây dựng bài
giảng phục vụ công tác đào tạo nhằm nâng cao chất lượng đào tạo và phục vụ công tác
nghiên cứu khoa học.
4. Nội dung nghiên cứu
- T
ổng quan các phương pháp xử lý nước sinh hoạt và xu hướng ứng dụng công
nghệ hiện nay
- Nghiên cứu và lập trình điều khiển các thiết bị trong hệ thống bằng PLC để đo
kiểm tra và điều chỉnh nồng độ Clo cho phép có trong nước trước khi sử dụng
- Nghiên cứu, xây dựng chương trình mô phỏng giám sát nồng độ Clo có trong nước
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT VÀ XU
HƯỚNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN NAY
1.1. Các phương pháp xử lý nước
1.1.1. Phương pháp cơ học
1.Bể lắng
Chức năng của bể lắng tiếp xúc là tạo điều kiện tiếp xúc lỏng H
2
0/không khí (O
2
hòa tan) và chất rắn (Fe
3
) hyđrôxit mới tạo thành do kết quả của phản ứng ôxy hóa sắt Fe
2
+ O
2
FeOOH nhằm thúc đẩy quá trình O
2
hóa Fe
2
. Ngoài ra, bề lắng tiếp xúc phải thực
hiện chức năng thứ hai cũng rất quan trọng là lắng cặn để giảm tải cho bể lọc tiếp theo.
Áp dụng hai kỹ thuật lắng chính là bể lắng tiếp xúc kiểu đổi dòng (nước chảy theo chiều
ngang và phải đổi dòng nhiều lần nhờ hệ thống vách hướng dòng), hoặc lắng đứng với
ống thu trung tâm. Bể lắng thông dụng gồ
m có các loại sau:
- Bể lắng ngang : Nước chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể dến cuối bể.
- Bể lắng đứng : Nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên.
Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp
như: Phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3
; phèn sứt loại FeCl
3
. Các loại phèn này được đưa vào nước
dưới dạng dung dịch hòa tan.
Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành các ion Al
3+
, sau đó các ion
này bị thủy phân thành Al(OH)
3.
Al
3
= 3H
2
O = Al(OH)
3
+ 3H
+
(1-1)
Trong phản ứng thủy phân trên, ngoài Al(OH)
3
là nhân tố quyết định đến hiệu quả
keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H
vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào. Tốc độ quá trình khử trùng
tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, ngoài ra tốc độ khử trùng
còn phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ
tế bào xảy ra nhanh hơ
n cả quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng cũng còn phụ thuộc vào
cả hàm lượng các chất hữu cơ, các cặn lơ lửng và các chất khử khác. Khi trong nước có
hàm lượng cao của các chất này thì tốc độ quá trình khử trùng sẽ giảm đi đáng kể.
5
Khi cho Clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xay ra là quá trình thủy phân
Clo, tạo thành axit hypoclorit và axit clohydric:
Cl
2
+ H
2
O HOCl + HCl (1-2)
Và ở dạng phân ly ta có :
Cl
2
+ H
2
O H
+
+ CLO
-
+ Cl
-
(1-3)
Tượng tự, khi dùng Clorua vôi làm chất khử trùng, ta có phản ứng sau:
Ca(OCl)
c các hợp chất có chứa nhóm
amon, lượng Clo tham gia phản ứng để tạo thành Cloramin được gọi là Clo kết hợp, tổng
hàm lượng clo tự do dưới dạng Cl
2
, HOCl và ClO
-
và lượng Clo kết hợp khác nhau mà
lượng Clo kết hợp được gọi là clo hoạt tính khử trùng. Do khả năng diệt trùng của Clo tự
do và Clo kết hợp khác nhau mà lượng Clo dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để
cũng được đánh giá ở các mức khác nhau. Mức Clo dư cần thiết theo các giá trị pH của
môi trường. Tổng lượng Clo cần thiết cho vào nước để đảm bảo sau quá trình khử trùng
có được lượng Clo dư mong muốn thường được xác định trực tiếp bằng thực nghiệm theo
quy định sau:
Cho mẫu nước với lượng bằng nhau vào các bình nghiệm, theo trình tự tăng dần
cho Clo vào các bình nghiệm, khuấy đều rồi để yên trong 30 phút. Phân tích các mẫu để
xác định lượng clo dư. Kết quả trình bày trên biểu đồ theo lượng Clo cho vào và lượng
6
Clo dư thu được như trên. Bằng cách đó có thể xác định được lượng Clo cần cho vào khi
quyết định lượng Clo dư sau xử lý. Ví dụ, khi lượng Clo dư là 0,3mg/h, cần có lượng cho
cho vào là 0,75 mg/l.
Ban đầu Clo phản ứng với các hợp chất chứa nitơ để tạo thành Cloramin, khi tỷ số
phân tử Cl
2
/NH
4+
nhỏ hơn 1,1 quá trình đồng thời tạo ra các mono và đicloramin, tỷ số
nồng độ của các cloramin này phụ thuộcvào giá trị pH của môi trường. Như vậy dư lượng
Clo có trong nước ở gia đoạn đầu đều ở dạng Cloramin. Nếu tiếp tục cho clo vào, tỷ số
nước. Khi tỷ số phân tử cl
2
/NH
4
+
có trong nước tăng đến 2, nghĩa là có 10 mg Cl
2
/1 mg N
ở dạng NH
4+
thì toàn bộ Cloramin đều bị ôxy hóa hàm lượng Clo dư kết hợp giảm xuống
đến gần đến 0. Nếu tiếp tục tăng lượng Clo vào nước sẽ làm cho lượng Clo dư tăng dần
lên, lúc này lượng Clo dư hoàn toàn là lượng clo tự do, chúng có độ hoạt tính cao và năng
lực khử trùng lớn. Như vậy, khi trong nước có chứa amoniac hoặc amon thì lượng Clo
cần thiết cho vào nước trước hết phải đủ để oxy hóa hết Cloramin và do vậ
y cần sử dụng
nhiều hơn mới đảm bảo được hiệu quả khử trùng, Phương pháp tăng lượng Clo như thế
được gọi là phương pháp Clo hóa điểm cực trị.
Nếu hàm lượng amoniac hoặc muối amon quá lớn, có thể chọn liều lượng Clo cho
vào nước. Nghĩa là chọn liều lượng Clo vừa đủ để đảm bảo sau 6 phút tiếp xúc vẫn có
được Clo dư hoạt tính ở
dạng Cloramin. Ví dụ khi pH = 6 lượng cloramin hoạt tính
không được nhỏ hơn 1 mg/l và khi pH = 7 không được nhỏ hơn 1,5 mg/l.
Để khử trùng nước nhiễm bẩn nặng, đặc biệt khi trong nước có nhiều vi trùng có
sức đề kháng cao vói các chất oxy hóa và trong trường hợp cần khử màu, mùi, vị của
nước, có thể sử dụng liều lượng Clo đến 10mg/l hoặc hơn để đảm bảo cả hiệu quả khử
trùng triệt để và cả
việc ôxy hóa các chất gây mùi vị. Tuy nhiên, khi lượng Clo dư sau
khử trùng quá lớn, nhất thiết phải tìm biện pháp khử bớt Clo dư xuống đến tiêu chuẩn cho
phép, từ 0,3 đến 0,5 mg/l.
Cl + H
2
O NH
4
+
+ ClO
-
(1-11)
Quá trình phân ly cloramin diễn ra chậm vì vậy trong thời gian đầu tác dụng khử
trùng có thấp hơn so với Clo, nhưng theo thời gian, tác dụng khử trùng kéo dài và vẫn có
hiệu quả. Nếu khử trùng bằng cách kết hợp Clo với amoniac một cách hợp lý sẽ giảm
được lượng Clo cần dùng và đạt được hiệu quả cả việc khử mùi vị. Tỷ lệ Clo và amoniac
thường chọn theo thực nghiệm tùy theo chất lượng nước nguồn, th
ường người ta lấy
lượng amoniac bằng 10 đến 25% lượng Clo. Thời gian tiếp xúc tính từ thời điểm quấy
trộn Clo và amoniac trong nước đến thời điểm sử dụng không ít hơn 1 giờ. So với dùng
Clo tự do, thời gian tiếp xúc cần thiết lớn hơn 2 lần.
Khử trùng bằng ôzôn : Là phương pháp tiên tiến và ngày càng được áp dụng rộng
rãi. Ôzôn trong nước không chỉ phá hủy men tế bào vi sinh vật mà còn có khả năng phá
hủy cả nguyên sinh chất của tế bào, trong khi Clo chỉ có thể phá hủy men tế bào. Với các
siêu vi trùng là là vi khuẩn không có men thì ôzôn có tác dụng hơn hẳn Clo. Với lượng
ôzôn dư bằng 0,45 mg/l chỉ sau 2 phút siêu vi trùng có thể bị tiêu diệt, trong khi đó phải
cần đến 1mg/l Clo và thời gian tiếp xúc đến 3 giờ. Với các vi khuẩn dạng bào tử, so với
Clo, ôzôn có tác dụng mạnh hơn 300 đến 600 lần. Ngoài ra, ôzôn còn ôxy hóa các hợp
chất hữu cơ gây ra màu, mùi vị, trong nước tốt hơ
n Clo.
Ôzôn là chất khí có màu ánh tím, hóa lỏng ở nhiệt độ -112
o
C. So với Clo, ôzôn ít
hoàn tan trong nước, độ hòa tan của ôzôn phụ thuộc vào nhiệt độ. Dưới đây là các số liệu
.
Ngoài phương pháp Clo hóa và ôzôn ta có thể sử dụng phương pháp dùng nattri
hydroclorit NaClO hoặc ion của các kim loại nặng…cho vào nước theo một tỷ lệ đã tính
toán.
1.1.3. Phương pháp lý học
1. Khử khí CO
2
bằng phương pháp làm thoáng
“Nước thô” từ các giếng ngầm, lấy nước ở độ sâu 60-150 mét theo đường ống áp
lực qua công đoạn “Làm thoáng” là công đoạn mà tại đó nước được hòa trộn tối đa với
không khí nhằm giải phóng CO
2
và các khí hòa tan, tăng pH, bão hòa ôxy. Nếu thực hiện
tốt thì quá trình oxy hóa sắt (II) sẽ xảy ra rất tốt trong công đoạn tiếp theo.
2. Khử trùng bằng phương pháp tia tử ngoại
Tia tử ngoại hay còn gọi là tia cực tím, là các tia có bước sóng ngắn có tác dụng
diệt trùng rất mạnh. Nguyên lý khử trùng của tia tử ngoại là dùng các đèn bức xạ tử
ngoại, đặt trong dòng chảy của nước. Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phần tử
Protit của t
ế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thế chúng
bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất
hữu cơ và cặn lơ lửng.
1.2. Các phương pháp xử lý nước trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt trên thế giới
Hiện nay trên thế giới ở các nước có nền kinh tế phát triển như M
ỹ, Nhật Bản, Hàn
Quốc, Trung Quốc, Đài Loan, Singapo, Các nước thuộc khối liên minh châu âu (EU) như
CHLB Đức, Hà Lan…đã xuất hiện một số công nghệ mới, trong công đoạn lắng lọc, khử
trùng của xử lý nước phục vụ sinh hoạt. Như công nghệ thẩm thấu ngược (Reverse
lý qua nhiều công đoạn trong đó có 3 công đoạn bể chứa; 2 công đoạn lọc; 2 công đoạn
khử
trùng…do đó nước sau khi được xử lí có chất lượng rất cao, đáp ứng được yêu cầu
khi sử dụng.
Bể trộn
Thoát
khí
Chất trợ
keo tụ
Chất keo tụ
Bể lọc
nhanh
Lọc
cát
chậm
Ozon
Từ trạm bơm
cấp I tới
Clo
10
SO
4
2-
, Cl
-
trong đó tổng đương lượng của các
cation bằng tổng đương lượng của các anion.
Phương pháp xử lý nước ngầm tại thành phố Bergen op zoom (Hà Lan). Là một
trong những phương pháp xử lý nước không cần diệt vi khuẩn dưới mọi hình thức, bởi
ngay khi khai thác nước dưới ngầm tại các giếng khoan nước đã không có vi khuẩn. Do
đó chỉ cần xử lý theo sơ đồ trên là nước đã đảm bảo tiêu chuẩn nước s
ạch sinh hoạt.
Hình 1-3. Sơ đồ xử lý nước ngầm tại thành phố Bergen op zoom (Hà Lan)
Làm thoáng
bằng giàn mưa
Lọc cát
nhanh
Bể chứa
nước sạch
Từ trạm bơm
giếng tới
Chảy
tràn
Tuyển
nổi
Hình 1-4. Sơ
đồ khối công nghệ xử lý nước ngầm
Thành phố Bergen op Zoom (Hà Lan).
Cho đến nay, các nhà máy xử lý nước sinh hoạt thuộc các nước tiên tiến trên thế
giới, vẫn đang sử dụng công nghệ trên. Khi sử dụng công nghệ này chất lượng nước cấp
cho sinh hoạt luôn đảm bảo theo tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước sinh hoạt của Tổ
chức y tế thế giới WHO thể hiện trong bảng 1-2.
Bảng 1.2 - Ch
ỉ tiêu nước sạch
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức tối đa
1 Mầu độ coban < 40
21 giếng sâu 60m
- Ôxy hoá Fe
2+,
Mn
2+
- Tách Fe, Mn
- Ỗy hoá NH
4
+
NH
4
NO
2
-
NO
3
-
-
Nhận thêm O
2
-
(Tránh áp suất âm)
- Ổn định khối lượng nước tiêu thụ
- Tăng độ tin cậy của nước
- Ổn định lượng nước cấp
- Duy trì áp suất hệ thống
950 m
3
21
N
hu cầu ôxy hóa sau 5 ngày mg/l > 3
22 Hàm lượng clorua mg/l < 500
23 Hàm lượng nitrit mg/l < 1,0
24 Hàm lượng nitrat mg/l < 50,0
25 Hàm lượng amon mg/l < 10,0
26 16/ Hàm lượng nhôm mg/l < 0,5
27 Độ oxy hóa mg/l < 5
28 Cặn hòa tan (cặn qua lọc) mg/l < 1000
29 Cặn toàn phần sấy ở 110°C mg/l < 2000
30 Fecal colifom - Không được có
13
Nhờ giám sát tốt các quá trình khai thác và bảo quản, việc giữ gìn nguồn nước thô
để cung cấp cho các nhà máy luôn ổn định. Do đó việc đổi mới công nghệ xử lý nước cấp
phục vụ sinh hoạt chỉ áp dụng khi thực sự cần thiết.
1.2.2. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt tại Việt Nam
Xử lý nước ngầm:
- Các chất hoà tan trong nước ngầm: O
2
hòa tan trong nước ngầm, dựa vào nồng
độ của ôxy trong nước ngầm có thể chia nước ngầm thành hai nhóm:
* Nước yếm khí
Trong quá trình lọc qua các tầng đất đá. Ôxy trong nước bị tiêu thụ, khi lượng ôxy
bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe
2+
, Mn
2+
sẽ được tạo thành. Hơn nữa, cũng xảy ra
4
2-
+ 14 H
+
8e vi khuẩn 2H
2
S + 2 H
2
O + 6OH
-
Khí metan CH
4
và khí cacbonic CO
2
được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ
các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn:
4C
10
H
18
O
10
+ 2H
2
O 21CO
2
+ 19 CH
4
trong những phương pháp xử lý nước theo sơ đồ (hình 1-5).
a, Sơ đồ hệ thống xử lý nước có bể lọc nhanh b, Sơ đồ hệ thống xử lý nước không sử dụng bể lọc nhanh
Hình 1-5. Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm
- Trường hợp xử lý đơn giản : Trường hợp khi nước ngầm có đủ
oxy, có thể sử
dụng trực tiếp không cần xử lý. Tuy nhiên, vấn đề làm mềm nước, điều chỉnh độ PH và
khử trùng vẫn rất cần thiết. Mô hình đơn giản của quá trình xử lý nước ngầm được thể
hiện ở hình dưới đây
Hình 1-6. Mô hình đơn giản xử lý nước ngầm
- Phương pháp xử lý tổng hợp : Nếu nước ngầm không có đủ oxy hòa tan thì các
hợp chất sắt (II), mangan (II), amoon NH
4
và H
2
Bể
chứa
nước
sạch
Cl
2
Ca(OH)
2
Giếng15
Trong quá trình trao đổi khí sẽ xảy ra sự chậm ôxy, tách CH
4,
H
2
S và khử CO
2
.
Trong quá trình lọc tiếp theo, cac ion sắt và mangan (II) sẽ bị oxy hóa tách ra, đồng thời
một lượng nhỏ amoniac (1,5mg/l) có thể được oxy hóa thành nitrat bằng quá trình sinh
học. Cần nhấn mạnh rằng, trong các trường hợp này, lọc được coi là một thiết bị phản
ứng trong đó quá trình hóa học và sinh học xảy ra Việc điều chỉnh độ pH sau lọc là
Ca(OH)
2
, NaOH hoặc Na
2
CO
3
, tùy thuộc vào từng loại nước ngầm để phù hợp với các
lượng oxy đó không có đủ trong quá trình lọc cát nhanh kiểu lọc ướt. Lọc khô cũng có
1
1
1
2
2
2
1
1
3
3
3
5
5
5
Giếng
Giếng
Giếng
Ca(OH)
Ca(OH)
Ca(OH)
Cl
2
4
Copyright: Tài liệu đại học ©