TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT VÀ NÔNG NGHIỆP

CÔNG NGHỆ CAO

ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

HỆ THÔNG 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

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................................. i

DANH MỤC HINH ANH TRONG BAO CAO ...................................................................... v

DANH MỤC BANG TRONG BAO CAO ........................................................................... viii

DANH MỤC TƯ VIÊT TĂT DUNG TRONG BAO CAO .................................................... ix

LỜI CAM ƠN ........................................................................................................................... x

NHẬN XÉT CỦA GIANG VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................. xi

LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................xii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................................... 1

1.1. Tổng quan tình hình cấp nước sinh hoạt ở Việt Nam .................................................... 1

1.2. Tổng quan về ngành xử lý nước ở Việt Nam ................................................................. 2

1.2. Mục đích chọn đề tài ...................................................................................................... 5

1.3. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................... 5

1.4. Giới hạn của đề tài .......................................................................................................... 6

1.5. Các ứng dụng của đề tài ................................................................................................. 6

1.6. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................................... 6

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG AN THIÊT KÊ HÊ THÔNG ............................................................ 8

2.1. Đề xuất sơ đồ nguyên lý ................................................................................................. 8

2.2. Đề xuất sơ đồ khối điều khiển ........................................................................................ 9

2.3. Phương án thiết kế ........................................................................................................ 10

CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYÊT ....................................................................................... 12

3.1. Bộ lọc đĩa ...................................................................................................................... 12

3.1.1. Cấu tạo bộ lọc đĩa ................................................................................................... 12

3.1.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 13

ii

3.1.3. Thông số kỹ thuật ................................................................................................... 15

3.1.4. Ưu điểm .................................................................................................................. 15

3.2. Quá trình siêu lọc .......................................................................................................... 16

3.2.1. Cấu tạo màng siêu lọc ............................................................................................ 16

3.2.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 17

3.3.3. Các chế độ lọc ........................................................................................................ 19

3.2.4. Ưu điểm .................................................................................................................. 24

3.3. Quá trình lọc thẩm thấu ngược ..................................................................................... 26

3.3.1. Cấu tạo màng lọc thẩm thấu ngược ........................................................................ 26

3.3.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 27

3.3.3. Ưu điểm của lọc thẩm thấu ngược ......................................................................... 28

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

3.4.1. Tổng quan về PLC ................................................................................................. 29

3.4.2. PLC FX2N-48MT của hãng mitsubishi ................................................................... 32

3.5. Mô đun FX2N – 4AD .................................................................................................... 36

3.5.1. Cấu tạo mô đun FX2N – 4AD ................................................................................. 36

3.5.2. Kết nối với PLC ..................................................................................................... 37

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

3.6.1. Tổng quan về HMI ................................................................................................. 39

3.6.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 40

3.7. Van điện từ ................................................................................................................... 41

3.7.1. Giới thiệu ................................................................................................................ 41

3.7.2. Cấu tạo van điện từ ................................................................................................ 42

3.7.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 42

iii

3.8. Cảm biến áp suất .......................................................................................................... 43

3.8.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................... 43

3.8.2. Cấu tạo ................................................................................................................... 43

3.9. Động cơ bước ............................................................................................................... 45

3.9.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................... 45

3.9.2. Cấu tạo động cơ bước ............................................................................................ 46

3.10. Công tăc điện phao nước ............................................................................................ 46

3.10.1. Giới thiệu chung ................................................................................................... 46

3.10.2. Cấu tạo công tăc điện phao nước ......................................................................... 47

CHƯƠNG 4. THIÊT KÊ, CHÊ TẠO HÊ THÔNG ................................................................ 48

4.1. Thiết kế hệ thống lọc .................................................................................................... 48

4.1.1. Tính toán và thiết kế bộ lọc thẩm thấu ngược ........................................................ 48

4.1.2. Lựa chọn và thiết kế màng siêu lọc ........................................................................ 51

4.1.3. Kiểm nghiệm thiết kế hệ thống băng phần mềm WAVE của hang Dupont. ......... 53

4.1.4. Thiết kế mô hinh 3D hệ thống xứ lý nước cấp ...................................................... 57

4.1.5. Bản ve 2D hệ thống xử lý nước cấp ....................................................................... 59

4.2. Thiết kế hệ thống điện và lập trình ............................................................................... 60

4.2.1. Thiết kế hệ thống điện ............................................................................................ 60

4.2.2. Lập trinh điều khiển hệ thống ................................................................................ 65

4.3. Thiết kế bộ van áp suất ................................................................................................. 68

4.4. Thực hiện mô hình, mô phỏng hệ thống ...................................................................... 69

4.5. Quy trinh vận hành ....................................................................................................... 71

4.4.1. Điều khiển tự động ................................................................................................. 72

4.4.2. Điều khiển băng tay ............................................................................................... 74

iv

CHƯƠNG 5. KÊT QUA VÀ HƯỚNG PHAT TRIÊN CỦA ĐÊ TÀI .................................. 77

5.1. Kết quả đề tài ................................................................................................................ 77

5.2. Sản phẩm của đề tài ...................................................................................................... 77

5.3. Tính hiệu quả của đề tài................................................................................................ 78

5.4. Hướng phát triển đề tài ................................................................................................. 78

TÀI LIÊU THAM KHAO ...................................................................................................... 79

1. Tài liệu truyền thống ....................................................................................................... 79

2. Tài liệu điện tử ................................................................................................................. 79

PHỤ LỤC 1. KÊT QUA XET NGHIÊM MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở BÊN TRE ............ 80

PHỤ LỤC 2. CHƯƠNG TRINH PLC ĐIÊU KHIÊN HÊ THÔNG TƯ ĐÔNG ................... 82

PHỤ LỤC 3. BAN VE 2D BÔ TRI THIÊT BỊ ...................................................................... 87

v

DANH MỤC HINH ANH TRONG BAO CAO

Hinh 1.1. Sơ đồ xử lý nước Nhà máy xử lý nước BOO Thủ Đức ............................................ 4

Hinh 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước cấp ................................................................ 8

Hinh 2.2. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống ................................................................................ 9

Hinh 3.1. Bộ lọc đĩa ................................................................................................................ 12

Hinh 3. 2. Hoạt động của bộ lọc đĩa ....................................................................................... 13

Hinh 3. 3.Rửa ngược bộ lọc đĩa .............................................................................................. 14

Hinh 3. 4. Quy trình xử lý nước qua bộ lọc đĩa ...................................................................... 14

Hinh 3. 5. Kích thước bộ lọc đĩa ............................................................................................. 15

Hinh 3. 6. Màng siêu lọc là tập hợp các ống PVDF ............................................................... 16

Hinh 3. 7. Nguyên lý của màng siêu lọc ................................................................................. 17

Hinh 3. 8. Sơ đồ các chế độ lọc .............................................................................................. 19

Hinh 3. 9. Quá trình xử lý nước qua màng siêu lọc ............................................................... 19

Hinh 3. 10. Quá trình rửa khí .................................................................................................. 20

Hinh 3. 11. Quá trình xả áp suất sau khi rửa khí .................................................................... 21

Hinh 3. 12.Quá trình rửa ngược phía trên ............................................................................... 21

Hinh 3. 13.Quá trình rửa ngược phía dưới .............................................................................. 22

Hinh 3. 14. Quá trình rửa xuôi ................................................................................................ 22

Hinh 3. 15. Quá trình rửa CEB phía trên ................................................................................ 23

Hinh 3. 16. Quá trình rửa CEB phía dưới ............................................................................... 23

Hinh 3. 17. Chế độ rửa định kỳ tại chổ CIP ............................................................................ 24

Hinh 3. 18. Sidney Loeb và mô hình màng áp suất thẩm thấu chậm ..................................... 26

Hinh 3. 19. Cấu tạo màng lọc thẩm thấu ngược ..................................................................... 27

Hinh 3. 20. Thẩm thấu và thấm rthấu ngược .......................................................................... 27

Hinh 3. 21. Cấu trúc của PLC ................................................................................................. 31

Hinh 3. 22. PLC Mitsubishi FX2N - 48MT - 001 .................................................................. 32

Hinh 3. 23. Sơ đồ các chân của PLC FX2N – 48MT ............................................................. 33

Hinh 3. 24. Sơ đồ nối source dây thiết bị ngoại vi và PLC .................................................... 36

Hinh 3. 25. Mô đun FX2N – 4AD .......................................................................................... 36

vi

Hinh 3. 26. Màn hình HMI VT-070 ........................................................................................ 39

Hinh 3. 27. Van điện từ ........................................................................................................... 41

Hinh 3. 28. Cấu tạo van điện từ .............................................................................................. 42

Hinh 3. 29. Cảm biến áp suất .................................................................................................. 43

Hinh 3. 30. Cảm biến áp suất dạng áp điện trở (dạng màng) ................................................. 44

Hinh 3. 31. Cảm biến áp suất kiểu tụ ...................................................................................... 45

Hinh 3. 32. Động cơ bước ....................................................................................................... 46

Hinh 4. 1. Quy trinh xử lý nước cấp từ nguồn nước măt ........................................................ 48

Hinh 4. 2. Phần mềm WAVE ................................................................................................. 54

Hinh 4. 3. Cài đăt các thông số nguồn nước cấp .................................................................... 55

Hinh 4. 4. Cài đăt các thông số màng UF ............................................................................... 55

Hinh 4. 5. Cài đăt các thông số màng lọc RO ......................................................................... 56

Hinh 4. 6. Kết quả thiết kế UF băng phần mềm WAVE ........................................................ 56

Hinh 4. 7. Kết quả thiết kế RO từ phần mềm WAVE ............................................................ 57

Hinh 4. 8. Phần mềm INVENTOR thiết kế 3D ...................................................................... 58

Hinh 4. 9. Mô hinh 3D hệ thống nhin từ phía trước ............................................................... 58

Hinh 4. 10. Phần mềm ve 2D AutoCAD ................................................................................ 59

Hinh 4. 11. Phần mềm thiết kế tủ điện EPLAN ...................................................................... 61

Hinh 4. 12. Sơ đồ các khối của điều khiển và truyền động .................................................... 62

Hinh 4. 13. Mạch truyền động ................................................................................................ 63

Hinh 4. 14. Mạch điều khiển ................................................................................................... 64

Hinh 4. 15. Phần mềm GX Developer .................................................................................... 65

Hinh 4. 16. Lưu đồ chọn chế độ hoạt động ............................................................................. 65

Hinh 4. 17. Lưu đồ giải thuật điều khiển tự động ................................................................... 66

Hinh 4. 18. Phần mềm VT Designer ....................................................................................... 67

Hinh 4. 19. Thiết kế màn hinh khởi động HMI ...................................................................... 67

Hinh 4. 20. Sơ đồ truyền động van áp suất ............................................................................. 68

Hinh 4. 21. Bộ van áp suất ...................................................................................................... 68

vii

Hinh 4. 22. Hàn khung mô hinh .............................................................................................. 69

Hinh 4. 23. Lập trinh và nạp vào PLC .................................................................................... 69

Hinh 4. 24. Lăp đăt tủ điện ..................................................................................................... 70

Hinh 4. 25. Lập trinh và nạp cho màn hinh HMI.................................................................... 70

Hinh 4. 26. Màn hinh cài đăt hệ thống .................................................................................... 73

Hinh 4. 27. Màn hinh chế độ tự động - Automatic ................................................................. 73

Hinh 4. 28. Màn hinh chế độ điều khiển bàng tay – Manual .................................................. 74

Hinh 4. 29. Kết nối thiết bị để rửa hoa chất định kỳ ............................................................... 76

Hinh 5. 1. Mô hinh thử nghiệm hệ thống ................................................................................ 77

viii

DANH MỤC BANG TRONG BAO CAO

Bảng 1. 1. Tiêu chuẫn cấp nước theo đầu người theo TCXDVN 33:2006 ............................... 1

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

Bảng 3. 1. Ưu điểm của lọc đĩa ............................................................................................... 15

Bảng 3. 2. Ưu điểm của PLC .................................................................................................. 30

Bảng 3. 3. Đăc tính kỹ thuật của PLC FX2N ......................................................................... 33

Bảng 4. 1. Các thiết bị sử dụng ............................................................................................... 60

Bảng 4. 2. Trạng thái của các thiết bị trong từng quy trinh .................................................... 71

Bảng 4. 3. Thời gian hoạt động của các quá trinh .................................................................. 72

ix

DANH MỤC TƯ VIẾT TĂT DUNG TRONG BAO CAO

AC Alternating Current Dong điện xoay chiều

DC Direct Current Dong điện một chiều

UL UltraFiltation Siêu lọc

RO Reverse Osmosis Thẩm thấu ngược

TCXDVN Tiêu chuẫn xây dựng Việt Nam

QCVN Quy chuẫn Việt Nam

BYT Bộ Y Tế

PLC Programmable Logical Controller Chương trinh điều khiển tự động

co lập trinh

HMI Human Machine Interface thiết bị giao tiếp giữa người điều

hành và máy móc thiết bị

2D Two Dimension 2 chiều

3D Three Dimension 3 chiều

LAD Ladder Ngôn ngữ lập trinh kiểu đồ họa

A/D Analog/Digital Chuyển đối tín hiệu tương tự/tín

hiệu số

CPU Central Processing Unit Đơn vị điều khiển trung tâm

RAM Random Access Memory Bộ nhớ lưu trữ tạm thời

ROM Read Only Memory Bộ nhớ chi đọc

EPROM Erasable Programmable Read Bộ nhớ chi đọc chương trinh

Only Memory xoa được

I/O Input/Output Ngo vào/Ngo ra

TDS Total Dissolved Solids Tổng chất răn hoa tan

PVDF Poly Vinylidene Fluoride

CEB Chemically Enhanced Backwash Rửa ngược băng hoa chất

CIP Clean in place Chế độ rửa định kỳ

x

LỜI CAM ƠN

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

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

Nông Nghiệp Công Nghệ Cao, những người đa 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 đa 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 đa hô trợ, hướng dẫn nhiệt tinh, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong

suốt quá trinh thực hiện đề tài tại công ty.

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

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

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

nhiều kinh nghiệm và se hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.

………., ngày … tháng … năm 2020

Sinh viên thực hiện

Dương Chí Tuấn Trịnh Minh Hiếu

xi

NHẬN XÉT CỦA GIANG VIÊN HƯỚNG DẪN

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

………., ngày … tháng … năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên)

xii

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, việc gia tăng dân số, công nghiệp hoa diễn ra nhanh chong nên như cầu về

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

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

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

các doanh nghiệp trong quá trinh 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, đăc biệt là vùng đồng băng Sông Cửu Long thì vấn đề cấp nước sinh hoạt cho

người dân đang găp nhiều kho do việc nguồn nước măt hiện nay đang bị nhiễm măn trầm

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

thiếu nước vào mùa hạn do xâm nhập măn, đăc 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. Tinh trạng hạn măn hăng năm luôn diễn ra ở miền Tây tuy nhiên năm

nay no lại đến sớm và diễn biến phức tạp hơn khiến người dân ở đây thiếu nước sinh hoạt trầm

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

chung tôi đa thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiêt kê, chê tao hê thông xư ly nươc câp

công suât 1000 l/h”. Với công nghê lọc màng se giup hệ thống nhỏ gọn, dễ dàng lăp và ít

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

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

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

được chau chuốt rèn luyện ở trường.

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

dẫn nhiệt tình của thầy Trần Thái Sơn và thầy Nguyễn Văn Hoa. Thầy đa cho chung tôi nhiều

ý tưởng cũng như đong gop nhiều ý kiến vô cùng quan trong để tháo gỡ những nút thăt mà

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

xiii

Tôi rất mong muốn đề tài này được đon nhận một cách mạnh me, cũng như đong gop ý

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

là co 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

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan tình hình cấp nước sinh hoạt ở Việt Nam

Trước tình hinh đô thị hóa ngày càng nhanh chóng ở Việt Nam vì việc đưa nước sạch

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

vào chương trinh 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 tuc 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 đa co những

bước tiến triển mạnh me, về cơ bản đa 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 đoi 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 câp nươc theo đầu người theo TCXDVN 33:2006

Đối tượng dùng nước Tiêu chuẩn cấp nước tính theo đầu người

(ngày trung bình trong năm) 1/người.ngày

Thành phố lớn, thành phố du lịch,

nghi mát, khu công nghiệp lớn.

200-250

Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu

công nghiệp nhỏ

150-200

Thị trấn, trung tâm công - nông

nghiệp, công - ngư nghiệp.

80-120

Nông thôn 25 - 50

2

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

Sông Cửu Long găp nhiều khó khăn khi hăng năm đều bị hạn măn dẫn đến thiếu nguồn

nước sạch để cung cấp. Tình hình xâm nhập măn ở các tinh 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 kho khăn. Đo cũng chính là lý

do chúng tôi chọn đề tài “Thiêt kê, chê tao hê thông xư ly nươc câp công suât 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 măt (ao, hồ, sông, suối...) và nước ngầm (nước dưới đất). Bảng thống kê dưới đây

se cho thấy các đăc điểm thường thấy của các thông số của nguồn nước ngầm, nước măt

trước xử lý:

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

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

khi co 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 chung lại chứa các tạp chất

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

3

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

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

được khuyến khích khai thác với trữ lượng lớn.

Hiện này nguồn nước măt 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 trinh như hồ chứa và lăng sơ bộ, song chăn rác,

lưới chăn rác, bể lăng, bể lọc…

- Biện pháp hóa học: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hoa nước, sử dụng

chất oxy hóa mạnh, sử dụng clo để khử trùng…

- Biện pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu

âm, điện phân nước biển để khử muối, khử khí CO2 hoa tan trong nước băng phương

pháp làm thoáng.

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

và hiệu quả nhất phải thực hiện quá trình xử lý băng 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. Môi công đoạn được thực hiện băng các công trinh 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

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

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

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

nó se tự lăng xuống. Quá trình lọc nước sau đo được sử dụng để tách các hạt lơ lửng nhỏ

và các vi sinh vật không loại được trong quá trình lăng ra khỏi nước. Nước được cho đi qua

4

lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề măt hoăc giữa các khe hở

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

Hình 1.1. Sơ đồ xư ly nươc Nhà máy xư ly nươc BOO Thủ Đức

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

măn và nguồn nước bị nhiễm kim loại năng như chì, thủy ngân, cadimi, crom,

mangan…Bên cạnh đo, 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 đăc trưng khác

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

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 môi 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 măt hoăc 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 săp xếp tốt.

5

1.2. Mục đích chọn đề tài

Hiện nay, măc dù chương trinh cung cấp nước sạch đa được thực hiện mạnh me nhưng

vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch sinh hoạt của người dân, đăt 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 năng 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 truc đơn giản nên không tốn măt băng lăp đăt.

- 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 chi mới được áp dụng trong các máy lọc nước nhỏ gia đinh 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 băng phần mềm Inventor và AutoCad

6

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

khiển hệ thống băng 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 ngăn cùng với việc thi công thiết kế hệ thống xử lý nước cấp, cũng như trinh độ chuyên

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

tôi đa cố găng hoàn thành bài thuyết minh cũng như mô hinh này, nhưng chi giải quyết

được một số vấn đề chính đăt ra.

- Thiết kế kết cấu cơ khí.

+ Bản ve 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 trinh điều khiển hệ thống chạy với 2 chế độ:

+ Chế độ điều khiển băng 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 măn.

- 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 co ý nghĩa rất to lớn như củng cố và vận

dụng những lý thuyết đa 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, lăp 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 tim hiểu, nhìn

7

nhận và đuc rut kinh nghiệm từ các yêu cầu đề ra để co hướng phát mới nhăm nâng cao

hiểu quả.

Đồng thời chúng tối muốn học hỏi những khoa học tiên tiến nhất trên thế giới để có

thể góp phần xây dựng cho đất nước ngày càng phát triển hơn, sự phát triển của đất nước

không chi thể hiện trên con số thu nhập binh quân đầu người mà nó còn thể hiện trên các

chi số chăm sóc sức khỏe, giáo dục, đường xá,… Thời đại công nghệ 4.0 hiện nay vẫn chưa

có nhiều tác động sâu săc vào đời sống xã hội hiện nay, nên chung tôi cũng muốn góp một

phần vào việc ứng dụng những khoa học công nghệ đo vào đời sống con người, hô trợ con

người, đăc biệt là đối với người già và trẻ nhỏ.

Hơn thế nữa, việc chế tạo hệ thống xử lý nước cấp này mang lại một ý nghĩa nhân văn

sâu săc, một đề tài góp phần giup đỡ, hô trợ cho người người dân ở những vùng nông thôn,

hải đảo đang thiếu thốn nước sạch sinh hoạt, thể hiện tinh thần lá lành đùm lá rách bao đời

nay của dân tộc.

8

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG AN THIẾT KẾ HỆ THÔNG

Chương này, nhom chung tôi đề ra các đề xuất và lựa chọn phương án thiết kế phù

hợp với mục tiêu thiết kế đa đăt ra. Đề xuất gồm co: sơ đồ nguyên lý, cảm biến, cấu trúc

điều khiển, giải thuật điều khiển.

2.1. Đề xuất sơ đồ nguyên lý

Hệ thống xử lý nước cấp có hai chế độ hoạt động: điều khiển băng tay và chạy tự

động. Có khả năng đạt công suất đầu ra là 1000 l/h và có thể nâng cấp thêm công suất đầu

ra theo nhu cầu sử dụng và điều kiện nước cấp đầu vào. Hệ thống áp dụng phương pháp

hiện đại nhất hiện nay là công nghệ lọc màng.

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hê thông xư ly nươc câp

1. Bơm cấp

2. Cột lọc đĩa, lọc thô

3. Màng siêu lọc – Ultrafiltation

4. Máy nén khí

5. Van áp suất

6. Bồn chứa hóa chất rửa

7. Bể chứa nước lọc dùng sinh hoạt

8. Van điện từ

9. Bơm chính – bơm cao áp

10. Lọc thẩm thấu ngược – Reverse Osmosis

11. Bể chứa nước lọc dùng ăn uống

12. Bể chứa nước thải sau quá trình lọc

9

Hệ thống xử lý nước cấp áp dụng công nghệ lọc màng với ba quá trình lọc:

Quá trình lọc thô, nước cấp được bơm cho đi qua bộ lọc đĩa (Discfilter). Các hạt với

kích thước lớn hơn 0,1 μm se bị giữ lại. Vì vậy quá trình này giúp loại bỏ hầu hết các căn

bã, chất hữu cơ, chất răn không hoa tan,…

Sau đo nước se trải qua quá trình siêu lọc. Siêu lọc là một màng lọc trong đo các lực

như độ chênh lệch áp suất hoăc nồng độ dẫn đến sự phân tách thông qua một màng bán

định. Các chất răn lơ lửng và các chất hòa tan có trọng lượng phân tử cao được giữ lại,

trong khi nước và các chất tan có trọng lượng phân tử thấp đi qua màng. Siêu lọc không

khác biệt cơ bản với vi lọc. Các hạt với kích thước 0,1 đến 0,001micron (µm) se bị giữ lại

khi nước chảy qua màng siêu lọc. Nước sau khi qua siêu lọc đa đáp ứng được yêu cầu sử

dụng cho sinh hoạt theo QCVN 01-1:2018/BYT.

Quá trình lọc thẩm thẩu ngược được dùng để xử lý đối với nguồn nước bị nhiễm măn

cao hoăc muốn sử dụng nước để ăn uống trực tiếp. Các hạt co kích thước lớn hơn 0,0001

micromet đều bị giữ lại và hầu như chi phân tử nước có thể đi qua được. Nên nước sau khi

xử lý qua quá trình thẩm thấu ngược thì gần như là nước tinh khiết.

2.2. Đề xuất sơ đồ khối điều khiển

Hình 2.2. Sơ đồ khôi điều khiển hê thông

10

Khối điều khiển hệ thống sử dụng PLC Mitsubishi FX2N, là thiết bị điều khiển lập

trình cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập

trình LAD.

Khối nguồn sử dụng nguồn điện 24 VDC để làm nguồn nuôi của PLC, khối chuyển

đổi A/D và khối hiển thị và nhập. Để cấp nguồn cho các bơm và cảm biến hoạt động thì hệ

thống sử dụng nguồn 220 VAC.

Khối cảm biến sử dụng các cảm biến gồm:

- Cảm biến áp suất

- Cảm biến lưu lượng

- Cảm biến đo tổng chất răn hóa tan TDS

Khối chuyển đổi A/D sử dụng Modul FX2N-4AD với chức năng chuyển tín hiệu

tương tự (analog) nhận từ cảm biến sang tín hiệu số (digital).

Khối hiển thị và nhập sử dụng màn hình HMI. HMI là giao diện vận hành giữa người

và máy thông qua PLC, chung được kết nối với nhau băng cáp tín hiệu. Khi người vận hành

tác động nhấn nút trên màn hình hoăc cài đăt thông số, yêu cầu se được gửi đến PLC, PLC

điều khiển máy móc dây chuyền hoạt động. Ngược lại, hệ thống máy móc dây chuyền có

thể gửi trạng thái hoạt động hoăc thông số hiện tại lên màn hình HMI thông qua PLC giúp

ta thực hiện quá trinh giám sát và điều khiển.

Khối động lực bao gồm các bơm tạo áp suất cho quá trình lọc của các màng trong hệ

thống. Bơm cấp sử dụng động cơ điện một chiều 220V, công suất 1 HP. Bơm rửa cho màng

siêu lọc dùng động cơ điện một chiều 220V, công suất 1.5 HP. Bơm chính tạo áp cho màng

lọc thẩm thấu ngược sử dụng bơm cao áp 3 HP.

2.3. Phương án thiết kế

Với yêu cầu thiết kế hệ thống với công suất nước đầu ra cuối cùng là 1000 l/h, ta tiến

hành lựa chọn phương án thiết kế phù hợp:

- Quá trình lọc thô sử dụng 2 bộ lọc đĩa loại Discfilter 3” của hãng DUOLING.

- Quá trình lọc màng sử dụng 2 màng siêu lọc SFD-2660 của hãng Filmtec

11

- Quá trình lọc thẩm thấu ngược sử dụng 4 màng DOW RO BW30-4040

- Bơm cấp dùng bơm điện một chiều 220V, công suất 1 HP

- Bơm rửa ngược cho màng siêu lọc dùng bơm điện một chiều 220V, công suất 1.5 HP

- Bơm cao áp cấp nước cho màng lọc thẩm thấu ngược dùng bơm điện một chiều

220V, công suất 3 HP.

- Cảm biến gồm: cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng.

- Điều khiển: dùng PLC Mitsubishi FX2N

- Giao tiếp người dùng: sử dụng HMI INVT

12

CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Bộ lọc đĩa

Bộ lọc đĩa ban đầu được phát triển vào năm 1936 để lọc chất lỏng thủy lực trong máy

bay ném bom B-17 . Trong các bộ lọc này, các đĩa được làm băng thép không gi và đồng

thau. Loại bộ lọc này băt đầu được sử dụng ở Israel để lọc nước tưới vào những năm 1960.

3.1.1. Cấu tạo bộ lọc đĩa

Hinh 3.1. Bộ lọc đĩa

Một bộ lọc đĩa là một loại máy lọc nước sử dụng chủ yếu trong thủy lợi, tương tự như

một bộ lọc màn hình. Tuy nhiên bên trong là các nhiều tấm vật liệu hay gọi là đĩa nhẵn có

ranh được xếp chồng lên nhau vừa khít. Các đĩa đều có một lô ở giữa, tạo thành một hình

trụ rông ở giữa ngăn xếp được giữ trên lõi trung tâm. Các ranh trên đĩa tạo ra một không

gian chảy giữa môi căp đĩa. Số lượng và kích thước của các đường ranh xác định mức độ

lọc. Tổ hợp đĩa hoàn chinh được kẹp lại với nhau bên trong tạo thành một màn hinh căng

hình trụ bên ngoài.

Vỏ

Vòng xoăn Các đĩa lọc

Lõi trung tâm

Cố định đĩa lọc

Bu lông chốt lõi lọc

13

3.1.2. Nguyên lý hoạt động

3.1.2.1. Quá trình lọc

Hinh 3. 2. Hoat động của bộ lọc đĩa

Nước cấp được đưa đến đầu vào và tiếp xúc với bề măt ngoài của cột đĩa. Dòng nước

chảy vào bộ lọc se phải chảy qua các đĩa lọc và băt buộc phải chảy qua các rãnh theo chiều

từ ngoài lõi lọc vào trong. Vì vậy các hạt căn hay chất bẩn, chất răn se bị giữ lại ở các rãnh,

chi co nước và các chất hòa tan qua các đĩa lọc và vào ống bên trong. Sau đo, nước sạch

chảy ra từ bên trong bộ lọc đến đầu ra.

Chất lượng lọc dựa trên số lượng và kích thước của các hạt mà phần tử lọc có thể giữ

lại. Lọc chất lượng cao hơn đơn giản co nghĩa là nước sạch hơn. Điều này phụ thuộc vào

hình dạng của các đĩa, bao gồm kích thước, chiều dài, góc và số lượng điểm giao nhau được

tạo. Chất lượng lọc thường được đo băng micron, dựa trên hạt kích thước nhỏ nhất được

lọc.

Bộ lọc đĩa thích hợp với các nguồn nước có chất căn lơ lửng ít, loại nguồn nước có sự

giảm áp ít cùng lượng nước thải xuc ngược nhỏ, ngăn chăn cát và các chất bẩn dạng thô.

3.1.2.2. Quá trình rửa ngược

Băng cách thực hiện đảo ngược dòng chảy từ trong lõi lọc hướng ra ngoài thì hệ thống

se được làm sạch. Khi đảo ngược, dong nước chảy ngược từ trong ra ngoài se nới lỏng các

đĩa lọc và với áp suất cao se đẩy các rác, chất căn đang măc kẹt trong các rãnh ra ngoài theo

dong nước.

14

Hinh 3. 4. Quy trình xư ly nươc qua bộ lọc đĩa

Với việc sử dụng 2 bộ lọc đĩa se giúp cho hệ thống chạy liên tục mà không cần dừng

lại để tiến hành rửa ngược. Khi đong đầu vào của bộ lọc đĩa 1 và mở van thải thi nước đa

lọc từ bộ lọc đĩa 2 se chảy một phần vào lõi bộ lộc đĩa 1 và đẩy các chất căn bã chảy ra

ngoài băng đường thải. Quá trình rửa ngược của bộ lọc đĩa 2 cũng xảy ra tương tự.

Hinh 3. 3.Rưa ngược bộ lọc đĩa

15

3.1.3. Thông số kỹ thuật

Hinh 3. 5. Kích thươc bộ lọc đĩa

- Tốc độ dòng lớn nhất: 30 m3/h trên một bộ lọc

- Áp suất làm việc: 0,3-1 Mpa (4,35psi-15psi)

- Áp suất rửa ngược (bar): ≧ 2.8bar (75psi)

- Nhiệt độ làm việc tối đa (℃): 70 ℃

- Độ chính xác (um): 20um, 55um, 70um, 100um, 130um, 200um, 400um

- Chất liệu: nylon gia cố, PP

- Thời gian rửa ngược: 10 - 20 giây

3.1.4. Ưu điểm

Bảng 3. 1. Ưu điểm của lọc đĩa

Ưu điểm Đăc trưng

Hiệu quả lọc ổn định Là thành phần cốt lõi của bộ lọc, độ đồng đều của đĩa đạt tiêu

chuẩn lớp từ. Bộ lọc có hiệu lực đối với tất cả các loại tạp chất

lơ lửng bao gồm tạp chất hữu cơ và tạp chất vô cơ.

16

Thiết kế mô-đun, tiết

kiệm không gian

Vì các thành phần của bộ lọc có thể thay đổi, khách hàng có

thể chọn phù hợp với nhu cầu thực tế. Hệ thống nhỏ gọn và tiết

kiệm không gian.

Rửa ngược hiệu quả

cao, tiết kiệm năng

lượng và nước

Chi mất 7 đến 20 giây để hoàn thành rửa ngược cho một đơn vị

bộ lọc. Nói chung, tiêu thụ nước rửa ngược ít hơn 0,5% nước

lọc. No cũng hiệu quả để lọc tạp chất dính.

Điều khiển tự động,

lưu lượng liên tục

Lọc và rửa ngược có thể được thực hiện đồng thời. Các bộ lọc

thực hiện rửa ngược từng cái một trong khi các bộ lọc khác

đang lọc. Hệ thống này co ưu điểm là áp suất thấp, mất dòng

chảy nhỏ và tuổi thọ cao.

3.2. Quá trình siêu lọc

3.2.1. Cấu tạo màng siêu lọc

Hinh 3. 6. Màng siêu lọc là tập hợp các ông PVDF

Siêu lọc (Ultrafiltration - UF) là loại màng lọc trong đo các lực như độ lệch áp suất

hoăc nồng độ dẫn đến sự phân tách thông qua một màng bán định. Môi sợi màng có dạng

hình ống, màu trăng, khi lọc cho phép nước đi từ ngoài vào trong lòng ống nhờ áp lực dòng

chảy của nước.

Các màng siêu lọc có cấu trúc mềm không đối xứng, kích thước lô rông từ 0,03 – 0,1

μm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 70 - 200 psi. Chúng tôi sử dụng các màng siêu

lọc DOW được làm từ các màng sợi rông, cường độ cao mang lại những điều sau đây đăc

trưng:

17

- Loại Màng : Dạng sợi rông

- Kích thước lô rông : 0,03 µm

- Vật liệu màng : PVDF

- Kích thước màng : D x H = 4 x 40 inch

- Lưu lượng trung bình xử lý nước thải : 2-6 m3/giờ (phụ thuộc độ đục của

nước đầu vào)

- Độ bền màng : 2 - 5 năm

- Nhiệt độ lọc: 0 – 35oC

3.2.2. Nguyên lý hoạt động

Siêu lọc (UF) liên quan đến việc tách vật liệu theo áp lực từ nước cấp. Công nghệ này

được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm hạt răn, lơ lửng, các chất hòa tan có trọng lượng

phân tử cao và các phần tử như vi khuẩn, vi rút, proteins có khối lượng mol nhỏ,

carbohydrates, enzymes...., nhưng no không loại bỏ các ion và các phân tử nhỏ. Áp lực thúc

đẩy quá trinh, thường hoạt động với áp suất nạp từ 4 đến 100 psi. Các nhà máy UF được tự

động hóa và có yêu cầu lao động hoạt động thấp. Những hệ thống này, tuy nhiên, có thể

yêu cầu làm sạch thường xuyên. Màng UF có tuổi thọ từ ba đến năm năm hoăc lâu hơn,

tương đương với màng thẩm thấu ngược. Đây quá trinh tách được sử dụng trong ngành

công nghiệp và nghiên cứu để làm sạch và tập trung phân tử các giải pháp, đăc biệt giải

pháp protein.

Hinh 3. 7. Nguyên lý của màng siêu lọc

18

Lưu lượng trong quá trình lọc diễn ra ở màng UF phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất

keo bởi sự phân cực và sự bịt kín lô rông, các chất keo là nguyên nhân chính làm giảm lưu

lượng và tạo lên áp lực truyền qua màng tăng cao. Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình

thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng. Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc

đơn giản nên không tốn măt băng lăp đăt. Về cơ bản màng siêu lọc không cho hiệu quả cao

như màng Nano nhưng lại không đoi hỏi nhiều năng lượng như màng Nano.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của siêu lọc sử dụng sự phân tách do áp suất của các chất

hòa tan từ dung môi thông qua màng bán thấm. Mối quan hệ giữa áp suất tác dụng lên dung

dịch cần tách và lưu lượng qua màng được mô tả phổ biến nhất theo phương trinh Darcy:

𝐽 =𝑇𝑀𝑃

𝜇𝑅𝑡

Trong đo:

- J là lưu lượng (tốc độ dòng trên diện tích màng),

- TMP là áp suất màng (chênh lệch áp suất giữa dòng cấp và dòng thấm),

- μ là độ nhớt dung môi,

- 𝑅𝑡 là tổng điện trở (tổng của màng và điện trở chống bẩn).

Nước qua màng theo nguyên lý phân cực tập trung, khi quá trình lọc xảy ra, nồng độ

cục bộ của vật liệu bị loại bỏ ở bề măt màng tăng lên và co thể trở nên bão hòa. Trong UF,

nồng độ ion tăng co thể tạo ra áp suất thẩm thấuvề phía thức ăn của màng. Điều này làm

giảm áp suất hiệu quả của hệ thống, do đo làm giảm tốc độ thẩm thấu. Sự gia tăng của lớp

cô đăc tại thành màng làm giảm thông lượng thẩm thấu, do tăng sức cản làm giảm lực

truyền động cho dung môi vận chuyển qua bề măt màng. Các chất hoa tan được giữ lại ở

lớp màng dẫn đến áp suất thẩm thấu cao hơn so với nồng độ dòng lớn. Vì vậy, cần áp lực

cao hơn để vượt qua áp suất thẩm thấu này. Phân cực tập trung đong vai tro chủ đạo trong

siêu lọc vi màng kích thước lô nhỏ. Phân cực tập trung khác với sự tăc nghen vì nó không

có tác dụng lâu dài đối với bản thân màng và có thể được đảo ngược băng cách làm giảm

áp suất màng.

19

3.3.3. Các chế độ lọc

Hinh 3. 8. Sơ đồ các chê độ lọc

3.3.3.1. Chế độ lọc

Hinh 3. 9. Quá trình xư ly nươc qua màng siêu lọc

Nước cấp cho hệ thống siêu lọc đa qua quá trinh lọc thô se được chuyển hoàn toàn

thành nước sạch mà không co nước thải ra ngoài vì hiệu suất của màng siêu lọc là 100% vì

• Tạo ra dong nước sạch sau quá trinh lọc: 20 -60 phút

Chế độ lọc

• Rửa băng khí: 20 - 40s

• Rửa ngược: 40 - 60s

• Rửa xuôi: 30 - 60s

Chế độ rửa thường

• Rửa ngược băng hoa chất (CEB): hăng ngày

• CIP: từ 1 - 3 thángChế độ rửa hoa chất

20

các chất gây bẩn bị loại giữ lại tại phía ngoài của màng lọc. Một chu kỳ lọc se hoạt động từ

20 đến 60 phút.

3.3.3.2. Chế độ rửa thông thường

a. Chê độ rưa khí

Đây là quá trinh chuẫn bị cho việc rửa ngược. Sau khi dừng chế độ lọc, các van bị

đong lại trừ van cấp khí vào màng lọc. Không khí được bơm vào để nới lỏng các hạt lăng

đọng ở bên ngoài bề măt màng lọc. Khí được xả từ phía dưới lên phía trên của màng lọc

trong 20 – 40s.

Hinh 3. 10. Quá trình rưa khí

21

Hinh 3. 11. Quá trình xả áp suât sau khi rưa khí

b. Chê độ rưa ngược

Sau khi thoát hết nước, quá trình rửa ngược được thực hiện. Dong nước được đảo

ngược từ bên trong lõi lọc chảy ra bên ngoài. Rửa ngược loại bỏ hầu hết các chất bám dính

phía ngoài của màng. Nước thải được xả ra ở phái đinh màng.

Hinh 3. 12.Quá trình rưa ngược phía trên

22

Bước rửa ngược thử hai được tiến hành để loại bỏ hoàn toàn các chất gây ô nhiễm

thông qua phần dưới của vỏ màng. Nước thải được xả ra ngoài ở cổng ra phía dưới.

Hinh 3. 13.Quá trình rưa ngược phía dươi

c. Rưa xuôi

Để đảm bảo đa làm sạch hoàn toàn màng siêu lọc, cần tiến hành rửa xuôi lại cho màng.

Nước cấp được đưa vào đầu vào và cho ra ở đầu thải phía trên.

Hinh 3. 14. Quá trình rưa xuôi

23

3.3.3.3. Quá trình rửa hóa chất

a. Chê độ rưa ngược bằng hóa chât (Chemically Enhanced Backwash – CEB)

Hinh 3. 15. Quá trình rưa CEB phía trên

Quá trình rửa hóa chất co hướng đi của nước tương tự như quá trinh rửa ngược, tuy

nhiên có sự tham gia của hóa chất trong quá trình rửa này để đảm bảo rửa sạch hoàn toàn

màng siêu lọc. Hóa chất sử dụng trong quá trình này là HCl 0,1%.

Hinh 3. 16. Quá trình rưa CEB phía dươi

24

b. Chê độ rưa định kỳ (Clean in place – CIP)

Hinh 3. 17. Chê độ rưa định kỳ tai chổ CIP

Quá trình này chi thực hiện từ 1 - 3 tháng/ lần nên có thể thao tác băng tay với quá

trình riêng biệt. Sử dụng axit HCl 0,2% để bơm vào màng từ đầu thải dưới và cho đi lên

phía trên, thoát ra ngoài từ cổng nước sạch và cổng thải trên.

3.2.4. Ưu điểm

Siêu lọc có thể được sử dụng để loại bỏ các hạt và đại phân tử từ nước thô để tạo ra

nước uống. No đa được sử dụng để thay thế các hệ thống thứ cấp (đông tụ, keo tụ, lăng

đọng) và hệ thống lọc cấp ba (lọc cát và clo hoa) được sử dụng trong các nhà máy xử lý

nước hoăc làm hệ thống độc lập ở các khu vực biệt lập với dân số đang phát triển. Khi xử

lý nước có chất răn lơ lửng cao, UF thường được tích hợp vào quy trình, sử dụng sơ cấp

(sàng lọc, tuyển nổi, lọc) và một số phương pháp xử lý thứ cấp làm giai đoạn tiền xử lý.

Dòng chảy cuối cung cấp khả năng phục hồi và tiết kiệm năng lượng cao hơn. Thiết

kế vỏ và ống thẳng đứng được điều áp giúp loại bỏ sự cần thiết của các bình áp lực riêng

biệt và cho phép dễ dàng loại bỏ không khí khỏi các bước kiểm tra toàn vẹn và kiểm tra

tính toàn vẹn.

25

Các quy trình UF hiện đang được ưa thích hơn các phương pháp lọc truyền thống vì

những lý do sau:

- Không có hóa chất cần thiết (ngoài việc làm sạch).

- Chất lượng sản phẩm không đổi bất kể chất lượng thức ăn.

- Kích thước hệ thống nhỏ gọn, cấu truc đơn giản nên không tốn măt băng lăp đăt.

- Có khả năng vượt quá tiêu chuẩn quy định về chất lượng nước.

- Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công .

- Trong nhiều trường hợp, UF được sử dụng để lọc trước trong các nhà máy thẩm

thấu ngược (RO) để bảo vệ màng RO.

- Không co nước thải lang phí như RO tiếp kiệm lớn cho người sử dụng.

- Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất 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.

26

3.3. Quá trình lọc thẩm thấu ngược

Một quá trình thẩm thấu qua màng bán dẫn được quan sát lần đầu tiên vào năm 1748

bởi Jean-Antoine Nollet. Trong 200 năm sau đo, thẩm thấu chi là một hiện tượng quan sát

được trong phòng thí nghiệm. Năm 1950, lần đầu tiên việc thí nghiệm khử măn nước biển

băng cách sử dụng màng bán dẫn đa thành công tại Đại học California, Los Angeles. Các

nhà nghiên cứu đa sản xuất thành công nước ngọt từ nước biển vào giữa những năm 1950,

nhưng lưu lượng quá thấp để có thể thương mại hóa.

Hinh 3. 18. Sidney Loeb và mô hình màng áp suât thẩm thâu chậm

Sidney Loeb và đồng sự đa nghiên cứu ra kỹ thuật tạo màng không đối xứng được đăc

trưng bởi lớp ngoài mỏng hiệu quả được hô trợ trên một lớp nền dày và các màng trở nên

dày hơn. Ông con đề xuất quy trình Áp suất thẩm thấu chậm (Presure-retarded Osmosis) để

đưa nước qua màng nhiều hơn và ít muối qua được hơn. Sau đo John Cadotte, thuộc

FilmTec Corporation, đa phát minh ra các màng có lưu lượng cao hơn và lượng muối thấp

băng cách trùng hợp interacial của m -phenylene diamine và trimesoyl clorua. Hầu như tất

cả các màng thẩm thấu ngược thương mại hiện được thực hiện băng phương pháp này.

3.3.1. Cấu tạo màng lọc thẩm thấu ngược

Màng RO được cấu tạo từ nhiều tấm lọc RO được cuộn tròn xung quanh ống lọc lại

trung tâm. Tấm lọc RO được cấu tạo từ 1 tấm màng phẳng bao gồm 3 lớp: lớp vải polyester,

xốp polysulfone và lớp lọc polyamide dày chi 0,2 micromet. Lớp xốp polysulfone có chức

27

năng gia cố cho lớp lọc mỏng, chính lớp lọc này se thực hiện chức năng chính loại bỏ các

tạp chất: hóa chất, vi khuẩn và vi rút ra khỏi nước. Giữa các tấm lọc đều có tấm đệm tạo

khoảng trống cho nước chảy qua.

Hinh 3. 19. Câu tao màng lọc thẩm thâu ngược

3.3.2. Nguyên lý hoạt động

Hinh 3. 20. Thẩm thâu và thâm rthâu ngược

Thẩm thấu là cơ chế vật lý rất phổ biến trong tự nhiên. Đo là quá trinh dịch chuyển

một chiều của nồng độ chất tan thấp, sang dung dịch nồng độ cao hơn thông qua một màng

thẩm thấu (loại màng bán thấm, chi cho dung môi đi qua, không cho chất hoa tan đi qua)

28

cho đến khi nồng độ từ hai nới này cân băng. Động lực cho sự chuyển động của dung môi

là sự giảm năng lượng tự do của hệ thống khi sự chênh lệch nồng độ dung môi ở hai bên

của màng bị giảm, tạo ra áp suất thẩm thấu do dung môi di chuyển vào dung dịch đậm đăc

hơn. Trong cơ thể sống, hiện tượng thẩm thấu giúp tế bào trao đổi chất, màng thẩm thấu

chính là màng tế bào. Với cơ thể thực vật, hiện tượng thẩm thấu cho phép vận chuyển nước

từ rễ lên thân cây.

Theo một cơ chế ngược lại với các cơ chế lọc thẩm thấu thông thường, tạo ra sự thẩm

thấu của các phân tử nước qua các mao mạch của lõi lọc, thẩm thấu ngược là một quá trình

lọc nước sử dụng màng thấm một phần để loại bỏ các ion, các phân tử không mong muốn

và các hạt lớn hơn khỏi nước uống. Trong thẩm thấu ngược, một áp suất được sử dụng để

vượt qua áp suất thẩm thấu, một tính chất chung được điều khiển bởi sự khác biệt tiềm năng

hóa học của dung môi, một thông số nhiệt động. Thẩm thấu ngược có thể loại bỏ nhiều loại

hóa chất hoa tan và lơ lửng cũng như các loại sinh học (chủ yếu là vi khuẩn) khỏi nước.

Kết quả là chất tan được giữ lại ở phía áp suất của màng và nước tinh khiết được phép

truyền sang phía bên kia.

Cơ chế loại bỏ chất thải trong quá trình xửa lý nước chủ yếu là từ sự khác biệt về độ

hòa tan hoăc độ khuếch tán, và quá trình này phụ thuộc vào áp suất, nồng độ chất tan và

các điều kiện khác. Thẩm thấu ngược được biết đến nhiều nhất vì được sử dụng trong

lọc nước uống từ nước biển, loại bỏ muối và các vật liệu thải khác từ các phân tử nước.

Nước cấp sau khi quá trình lọc thẩm thấu ngược thì se thu được một nửa là nước sạch,

nữa còn lại se đẩy các chất căn ba ra ngoài theo đường thải. Do vậy nên quá trình lọc thẩm

thấu ngược không yêu cầu các quá trình rửa tương tự như siêu lọc.

3.3.3. Ưu điểm của lọc thẩm thấu ngược

Với khả năng lọc gần như tinh khiết, lọc thẩm thấu ngược ngày nay được ứng dụng

trong nhiều lĩnh vực như lọc nước uống, làm sạch nước sử dụng trong các ngành công

nghiệp đăc thù, ứng dụng trong công nghiêp thực phẩm,…

các hệ thống lọc nước uống hộ gia đinh, bao gồm cả bước thẩm thấu ngược, thường

được sử dụng để cải thiện nước để uống và nấu ăn. Bộ xử lý nước thẩm thấu ngược di động

29

có thể được sử dụng cho người dân sống ở khu vực nông thôn, vùng ven biển và hải đảo

không co nước sạch, cách xa đường ống nước của thành phố. Người dân nông thôn tự lọc

nước sông hoăc đại dương, vi thiết bị rất dễ sử dụng (nước măn có thể cần màng đăc biệt).

Trong sản xuất nước khoáng đong chai, nước đi qua bộ xử lý nước thẩm thấu ngược để loại

bỏ các chất ô nhiễm và vi sinh vật. Tuy nhiên, các hệ thống thẩm thấu ngược cần bao gồm

các giai đoạn xử lý nước bổ sung sử dụng ánh sáng cực tím hoăc ozone để ngăn ngừa ô

nhiễm vi sinh.

Thẩm thấu ngược là quy trình có thể áp dụng để cô đăc chất lỏng thực phẩm (như

nước ép trái cây) so với các quy trình xử lý nhiệt thông thường. Các nghiên cứu đa được

thực hiện về nồng độ của nước cam và nước ép cà chua. Ưu điểm của nó bao gồm chi phí

vận hành thấp hơn và khả năng tránh các quá trinh xử lý nhiệt, khiến nó phù hợp với các

chất nhạy cảm với nhiệt như protein và enzyme co trong hầu hết các sản phẩm thực phẩm.

3.4. PLC Mitsubishi FX2N – 48MT

3.4.1. Tổng quan về PLC

Sự xuất hiện máy tính vào những năm đầu thập niên 60, đa hô trợ con người làm việc

tốt hơn trong nhiều lĩnh vực từ kinh tế, y tế, giáo dục, quốc phong đến nhiều lĩnh vực khác

như hàng không, vũ trụ. Với sự đoi hỏi của con người, những nhà nghiên cứu không dừng

lại ở đo, nhiều thiết bị, phần mềm ra đời chuyên phục vụ cho ngành công nghiệp, tính năng

ưu biệt luôn được nâng cao. Một trong những thiết bị phải kể đến đo là bộ PLC. PLC là từ

viết tăt của Programmable Logical Controller (chương trinh điều khiển tự động có lập

trình), chương trinh này được lưu trữ trong bộ nhớ ROM và được nạp vào thông qua máy

vi tính. Trong PLC chức năng bộ điều khiển cần thực hiện se được xác định bởi một chương

trinh, chương trinh này được nạp vào bộ nhớ PLC. Khi đo PLC se thực hiệnquá trinh điều

khiển dựa vào chương trinh đa được nạp sẵn. Cấu truc và sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển

không phụ thuộc vào chức năng hay quá trinh hoạt động. Tất cả các linh kiện cần thiết cho

việc thiết kế mạch đều được lập trình sẵn trong bộ PLC như: cảm biến, công tăc, nút nhấn,

tế bào quang điện, và các cơ cấu chấp hành như cuộn dây, đèn tín hiệu, bộ định thì, role

trung gian, … đều được nối vào PLC. Nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy

trình công nghệ ta chi cần thay đổi chương trinh bên trong bộ PLC. Điều này rất tiện ích

30

cho các kỹ sư thiết kế. Với khả năng ứng dụng và nhiều ưu điểm nổi bậc, PLC ngày càng

thâm nhập sâu rộng trong nền sản xuất.

Khái niệm bộ điều khiển lập trinh PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hang General

Motors vào năm 1968, và họ đa đề ra các chi tiêu kỹ thuật nhăm đáp ứng những yêu cầu

điều khiển như sau:

- Dễ lập trinh và thay đổi chương trinh điều khiển, sử dụng thích hợp trong các

nhà máy công nghiệp.

- Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.

- Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp.

- Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải co kích thước nhỏ gọn hơn mạch role

mà chức năng vẫn tương đương.

- Giá cả cạnh tranh.

Bảng 3. 2. Ưu điểm của PLC

Chỉ tiêu

so sánh Role Mạch số Máy tính PLC

Giá thành Khá thấp Thấp Cao Thấp

Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn

Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh

Khả năng chống

nhiễu Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt

Lăp đăt Mất thời gian thiết

kế và lăp đăt.

Mất thời gian

để thiết kế.

Lập trình phức tạp

và tốn thời gian.

Lập trình và lăp

đăt đơn giản.

Có thể điều khiển

các tác vụ phức tạp. Không có Có Có Có

Thay đổi, nâng cấp

và điều khiển. Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản

Công tác bảo trì Kém Kém Kém Tốt

Theo bảng so sánh ta nhận thấy được bộ điều khiển lập trình PLC với những ưu

điểm về phần cứng và phần mềm có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu chi tiêu.

31

Hinh 3. 21. Câu trúc của PLC

Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau: CPU, bộ nhớ và khối

xuất/nhập. CPU (Central Processing Unit) hay đơn vị điều khiển trung tâm là bộ vi xử lý

thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trinh. Nhập dữ liệu ở ngõ vào, xử lý chương trinh,

nhớ chương trinh, xử lý các kết quả trung gian và các kết quả này được truyền trực tiếp đến

cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trinh xuất dữliệu ra các ngõ ra.

Bộ nhớ (Memory) của PLC dùng để chứa chương trinh số liệu, đơn vị nhỏ nhất là

bit. Bộ nhớ là vùng năm giữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng. Có nhiều loại

bộ nhớ khác nhau. Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải có bộ nhớ để lưu trữ

chương trinh. Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như vùng đệm

tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất - nhập được gọi là RAM xuất -nhập, lưu trữ

tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong: các bộ định thì(Timer), các bộ đếm

(Counter), các Rơle. Bộ nhớ gồm có các loại sau đây:

- Bộ nhớ chi đọc (ROM: Read Only Memory) ROM không phải là bộ nhớ khả

biến, nó có thể lập trình chi được một lần. Do đo no không thích hợp cho việc điều

khiển “mềm” của PLC, và nó ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.

- Bộ nhớ ghi đọc (RAM: Random Access Memory) Bộ nhớ của PLC là

CMOSRAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, và được cấp pin dự phòng khi mất nguồn. Nhờ

đo dữ liệu se không bị mất.

32

- Bộ nhớ chi đọc chương trinh xoa được (EPROM: Erasable Programmable Read

Only Memory) lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của có thể đượcxóa

đi nếu bị ảnh hưởng của tia tử ngoại. Khi đo phải viết lại chương trinh cho bộ nhớ.

- Bộ nhớ chi đọc chương trinh xoa được băng điện (EEPROM: Electric Erasable

Programmable Read Only Memory) Nội dung trên EEPROM có thể bị xóa và lập trình

băng điện, tuy nhiên chi giới hạn một số lần nhất định.

Khối xuất – nhập đong vai tro là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong PLC

với mạch ngoài. Module nhập nhận tín hiệu từ cảm biến và đưa vào CPU, module xuất đưa

tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành. Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong

PLC có mức điện áp từ 5 ÷ 15 VDC, trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn nhiều. Ta

có nhiều loại ngo ra như: ngo ra dùng role, ngo ra dùng transistor, ngo ra dùng triac. Ngoài

ra còn có hệ thống tập hợp các dây dẫn kết nối các module trong PLC gọi là BUS, đây là

tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song.

3.4.2. PLC FX2N-48MT của hãng mitsubishi

Hinh 3. 22. PLC Mitsubishi FX2N - 48MT - 001

33

FX2N là một trong những dong PLC co tính năng mạnh nhất trong dòng FX. Nó được

trang bị tất cả các tính năng của dòng FX1N, nhưng tốc độ xử lý được tăng cường, thời gian

thi hành các lệnh cơ bản giảm xuống cỡ 0.08us. FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển

với số lượng đầu vào ra trong khoảng 16 - 128 đầu vào ra, trong trường hợp cần thiết FX2N

có thể mở rộng đến 256 đầu vào ra. Tuy nhiên, trong trường hợp mở rộng số lượng I/O lên

256, FX2N se làm mất lợi thế về giá cả và không gian lăp đăt của FX2N. Bộ nhớ của FX2N là

8Kstep, bộ nhớ RAM có thể mở rộng đến 16Kstep cho phép thực hiện các bài toán điều

khiển phức tạp. Ngoài ra, nó con được trang bị các hàm xử lý PID với tính năng tự chinh,

các hàm xử lý số thực cùng đồng hồ thời gian thực tích hợp sẵn bên trong.

Bảng 3. 3. Đặc tính kỹ thuật của PLC FX2N

MỤC ĐẶC ĐIỂM GHI CHÚ

Xử lý chương trinh Thực hiện quét chương trinh tuần hoàn

Phương pháp xử lý

vào/ra (I/O)

Cập nhật ở đầu và cuối chu ki

quét (khi lệnh END thi hành) Co lệnh làm tươi ngo ra

Thời gian xử lý lệnh Đối với các lệnh cơ bản: 0,08µs

Đối với các lệnh ứng dụng: 1,52 ¸ khoảng 100 µs

Ngôn ngữ lập trinh Ngôn ngữ Ladder và Instruction Co thể tạo chương trinh

loại SFC băng Stepladder

Dung lượng chương

trình

8000 bước RAM

Tối đa 16000 bước

Co thể chọn bộ nhớ

RAM/EPROM/EEPROM

Số lệnh

Số lệnh cơ bản: 27

Số lệnh Ladder: 2

Số lệnh ứng dụng: 128

Co tối đa 298 lệnh ứng

dụng được thi hành

FX2N – 48MT

Hinh 3. 23. Sơ đồ các chân của PLC FX2N – 48MT

34

Cấu hinh Vào/Ra (I/O) Phần cứng co tối đa 256 ngo Vào/Ra, tùy thuộc vào người sử dụng

Rơ le

phụ trợ

(M)

Thông thường Số lượng: 500 Từ M0 M499

Chốt Số lượng: 2572 Từ M500 M3071

Đăc biệt Số lượng: 256 Từ M8000 M8255

Rơ le

trạng thái

(S)

Thông thường Số lượng: 490 Từ S10 S499

Chốt Số lượng: 400 TS500 S899

Khởi tạo Số lượng: 10 (tập con) Từ S0 S9

Khai báo Số lượng: 100 Từ S900 S999

Bộ định

thì Timer

(T)

100 mili giây Khoảng định thi: 0 ÷ 3276,7 giây

Số lượng: 200 Từ T0 T199

10 mili giây Khoảng định thi: 0 ÷ 327,67 giây

Số lượng: 46 Từ T200 T245

1 mili giây duy

trì

Khoảng định thi: 0 ÷ 32,767 giây

Số lượng: 4 T246 T249

100 mili giây

duy trì

Khoảng định thi: 0 ÷ 3276,7 giây

Số lượng: 6 T250 T255

Bộ đếm

(C)

Thông thường

16 bit

Khoảng đếm: 1 đến 32767

Số lượng: 100

Từ C0 C99

Loại: bộ đếm lên 16 bit

Chốt 16 bit Khoảng đếm: 1 đến 32767

Số lượng: 100

Từ C100 C199

Loại: bộ đếm lên 16 bit

Thông thường

32 bit

Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến

2.147.483.647

Số lượng: 35

Từ C200 C219

Loại: bộ đếm lên/xuống

32 bit

Chốt 32 bit

Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến

2.147.483.647

Số lượng: 15

Từ C220 C234

Loại: bộ đếm lên/xuống

32 bit

Bộ

đếm tốc

độ cao

(HSC)

1 pha Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến

2.147.483.647

1 pha: - Tối đa 60kHz cho phần

cứng của HSC (C235, C236, C246)

- Tối đa 10kHz cho phần

mềm của HSC (C237 C245,

C247 C250)

Từ C235 C240

1 pha hoạt

động băng ngo

vào

Từ C241 C245

Pha A/B Từ C251 C255

35

2 pha: - Tối đa 30kHz cho phần

cứng của HSC (C251)

- Tối đa 5kHz cho phần

mềm của HSC (C252 C255)

Thanh

ghi dữ

liệu (D)

Thông thường Số lượng: 200

Từ D0 D199

Loại: căp thanh ghi lưu trữ

dữ liệu 16 bit dùng cho thiết

bị 32 bit

Chốt Số lượng: 7800

Từ D200 D7999

Loại: căp thanh ghi lưu trữ

dữ liệu 16 bit dùng cho thiết

bị 32 bit

Tập tin Số lượng: 7000

Từ D1000 D7999

Loại: thanh ghi lưu trữ dữ

liệu 16 bit

Đăc biệt Số lượng: 256 (kể cả D8030,

D8031)

Từ D8000 D8255

Loại: thanh ghi lưu trữ dữ

liệu 16 bit

Chi mục Số lượng: 16 Từ V0 V7 và Z0 Z7

Loại: thanh ghi dữ liệu 16 bit

Con trỏ

(P)

Dùng với lệnh

CALL Số lượng: 128 Từ P0 P127

Dùng với các

ngăt

Co 6 ngo vào, 3 bộ định thi, 6 bộ

đếm

Số

mức lồng

nhau (N)

Dùng với lệnh

MC/MCR Số lượng: 8 Từ N0 N7

Hăng số

Thập phân

(K)

16 bit: -32768 đến 32767

32 bit: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647

Thập lục phân

(H)

16 bit: 0000 đến FFFF

32 bit: 00000000 đến FFFFFFFF

Điểm nổi 32 bit: 0. ±1,175 × 1038, ±3,403 × 1038

(dữ liệu không thể nhập vào trực tiếp)

36

Hinh 3. 24. Sơ đồ nôi source dây thiêt bị ngoai vi và PLC

3.5. Mô đun FX2N – 4AD

3.5.1. Cấu tạo mô đun FX2N – 4AD

Hinh 3. 25. Mô đun FX2N – 4AD

37

Khối chức năng đăc biệt tín hiệu tương tự FX2N - 4AD có bốn kênh đầu vào và các

kênh đầu vào này chi nhận tín hiệu tương tự sau đo chuyển đổi chúng thành một giá trị tín

hiệu kỹ thuật số. Quá trình chuyển đối tín hiệu này được gọi là chuyển đổi A/D. FX2N-

4AD có độ phân giải tối đa 12 bit. Ngõ vào của mô đun co thể nhận tín hiệu dong 4 đến

20mA (độ phân giải: 20 𝜇A) hoăc tín hiệu áp -10 đến 10V DC (độ phân giải: 5mV).

FX2N-4AD có thể được kết nối với Bộ điều khiển lập trinh PLC để truyển dữ liệu

từ cảm biến về PLC để xử lý. FX2N-4AD truyền dữ liệu về PLC băng cách trao đổi bộ nhớ

đệm. Mô đun FX2N – 4AD có 32 bộ nhớ đệm (môi 16 bit) và nó chiếm 8 điểm I / O trên

bus mở rộng FX2N có thể được phân bổ từ một trong hai đầu vào hoăc đầu ra.

Tín hiệu tương tự được nhận thông qua một dây cáp được bảo vệ bởi căp xoăn. Cáp

này được nối riêng với đường dây điện hoăc bất kỳ đường dây nào khác để tránh việc bị

nhiễu điện từ những đường dây khác. Để sử dụng đo đầu vào hiện tại, phải kết nối các đầu

nối V + và I + với nhau.

3.5.2. Kết nối với PLC

Mô đun chuyển tín hiệu tương tự thành tín hiệu số có thể tự động kết nối với PLC

và tự động nhận địa chi theo vị trí mô đun so với PLC. Đô đun FX2N-4AD gần PLC nhất

se được ghi nhận là K0, các mô đun tiếp theo se lấy lần lượt là 1,2,3,4,5,6,…

Để lựa chọn kênh của môn đun ta thao tác qua các thanh ghi. Quá trinh được thực

hiện bởiviệc thiết lập 4 ký tự theo giá trị hexa HOOOO trong bộ nhớ đệm BFM # 0. Các

ký tự có thể được cài đăt theo mẫu sau:

- O = 0: preset range (-10 V tới 10V)

- O = 1: preset range (4mA tới 20mA)

- O = 2: preset range (-20mA tới 20mA)

- O = 3: tăt kênh

Ví dụ: H3310

CH1: Phạm vi đăt trước (-10V đến + 10V)

CH2: Phạm vi đăt trước (+ 4mA đến + 20mA)

CH3, CH4: TĂT kênh

38

Các lệnh làm việc với mô đun FX2N-4AD:

Lệnh viết dữ liệu TO:

| TO | m1 | m2 | n

Gõ trực tiếp câu lệnh theo cấu truc trên, trong đo:

+ TO là tên lệnh

+ m1 là địa chi của Module theo thứ tự như mục số 5 đa nêu trên.

+ m2 là địa chi của thanh ghi cần kết nối tới, là các thanh ghi ở mục 4

đa nêu trên.

+ S là dữ liệu để viết vào thanh ghi. S có thể là hăng số hoăc dữ liệu

dạng thanh ghi data trong PLC.

+ n là số thanh ghi được viết trong lệnh, tính từ địa chi m2.

Lệnh đọc dữ liệu FROM:

FROM | m1 | m2 | D | n |

Trong đo:

+ FROM là tên lệnh

+ m1 là địa chi của Module theo thứ tự như mục số 5 đa nêu trên.

+ m2 là địa chi của thanh ghi cần kết nối tới, hay chính là chi số thanh ghi ở mục

4 đa nêu trên.

+ D là dữ liệu lưu kết quả giá trị sau khi đọc từ Module lên. D là các dạng dữ liệu

kiểu thanh ghi trong PLC.

+ n là số thanh ghi se đọc lên trong lệnh, tính từ địa chi m2.

39

3.6. HMI INVT

3.6.1. Tổng quan về HMI

Hinh 3. 26. Màn hình HMI VT-070

HMI là từ viết tăt của Human Machine Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người

điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người

“giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện đều được gọi là HMI. Màn hình

HMI hiện nay đa quá quen thuộc với con người. Đăc biệt trong ngành công nghiệp. Nó

đong vai tro vô cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy.

Phần cứng HMI bao gồm thân vỏ, khung, các thiết bị vi mạch điện tử… Những chi

tiết phần cứng cụ thể và chức năng của chúng bao gồm:

- Màn hình: Có chức năng cảm ứng để người vận hành có thể chạm tay vào để

điều khiển các thao tác trên đo như 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng ta hay

dùng hàng ngày. Ngoài ra màn hinh con dùng để hiển thị các trạng thái cũng như các

tín hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu người dung và do người

lập trình Code lên.

- Các phím bấm

- Chip: chính là CPU của màn hình

- Bộ nhớ chương trinh: ROM, RAM, EPROM/Flash…

40

3.6.2. Nguyên lý hoạt động

Việc năm được nguyên lý hoạt động của HMI rất co ý nghĩa đối với lập trình và ứng

dụng nó trong quá trình tự động hóa. HMI là giao diện là giao diện vận hành của máy và

người thông qua PLC (Programmable Logic Controller). Các thiết bị này được kết nối với

nhau băng các cáp tín hiệu. Người dùng se thao tác nhấn nút trên màn hình hoăc thực hiện

việc cài đăt thông số thì các tín hiệu se được gửi về PLC. Lúc này PLC se điều khiển dây

chuyền, máy móc hoạt động. Và quá trinh ngược lại nghĩa là các máy moc, dây chuyền se

gửi tín hiệu phản hồi, trạng thái hoạt động hoăc những thông số có liên quan se hiển thị lên

màn hinh HMI.Thông qua các PLC. Luc này, người dùng có thể điều khiển và giám sát

toàn bộ quá trình. Nếu sai sót hoăc sự cố xảy ra, người ta có thể kịp thời điều chinh để tránh

tổn thất.

Truyền thông se bao gồm cả 2 phần đo là các cổng truyền thông, giao thức truyền

thông:

- Giao thức truyền thông phổ biến gồm: CANbus, MPI, PPI, PROFIBUS,

Modbus…

- Cổng truyền thông gồm: USB, RS232, Ethernet, RS485.

Tùy thuộc vào model cũng như thiết kế của từng hãng sản xuất mà HMI se có

những đăc điểm riêng.

41

3.7. Van điện từ

3.7.1. Giới thiệu

Hinh 3. 27. Van điên từ

Van điện từ con được gọi với cái tên solenoid valve. Đây là một thiết bị cơ điện, dùng

để kiểm soát dòng chảy chất khí hoăc lỏng dựa vào nguyên lí chăn đong mở do lực tác động

của cuộn dây điện từ.

Thiết kế van điện từ khí nén co cơ chế đong mở nhanh, độ bền cao, hoạt động ổn định,

tốn ít năng lượng, thiết kế nhỏ gọn, cấu tạo lại vô cùng đơn giản. Nhiệm vụ hết sức quan

trọng và cần thiết của chúng là mở, đong, trộn, phân chia dầu thủy lực từ bơm thủy lực |

hoăc khí nén của máy nén khí. Chính vì vậy, đây là thiết bị thiết bị thừa hành được ứng

dụng rất nhiều trong các thiết kế liên quan đến những hệ thống khí nén, gas lạnh, đăc biệt

ứng dụng nhiều nhất trong các hệ thống nước.

Dựa vào cấu tạo và hệ thống mà nó áp dụng người ta se đăt những tên phù hợp như:

van điện từ hệ thống khí nén, van điện từ khí nén, van điện từ nước, van điện từ hệ thống

điều hòa, v...còn nếu trường hợp van có thể tự động đong mở, se được gọi là van điện từ tự

động.

42

3.7.2. Cấu tạo van điện từ

Hinh 3. 28. Câu tao van điên từ

3.7.3. Nguyên lý hoạt động

Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của van điện từ hoạt động theo 1 nguyên lý chung.

Có 1 cuộn điện, trong đo co 1 loi săt và 1 lò xo nén vào lõi săt, trong khi đo, loi săt lại tỷ

lên đầu 1 giăng băng cao su. Binh thường nếu không co điện thì lò so ép vào lõi săt, van se

ở trạng thái đong.

Nếu chúng ta tiếp điện, tức là cho dong điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường se tác

động làm hút lõi săt ra, từ trường này có lực đủ mạnh để thăng được lò so, lúc này vẫn mở

ra. Hầu hết các loại van điện từ thường đong van điện từ phổ biến nhất được hoạt động dựa

vào nguyên lí này. Nguyên lý hoạt động của các van điện từ thường mở cũng hoạt động

trên nguyên lí tương tự như thế.

1. Thân van: Làm băng đồng hoăc inox,

nhựa...

2. Môi chất: khí (khí nén, gas,…) hay chất

lỏng (nước, dầu)

3. Ông rông (lưu chất chưa qua)

4. Vỏ ngoài cuộn hít (để bảo vệ cuộn điện)

5. Cuộn từ (Cuộn dây từ)

6. Dây điện được nôi kết với nguồn

điện bên ngoài

7. Trục van làm kín binh thường lò xo

ở số 8 se tác động ép kín, làm cho van

ở trạng thái đong)

8. Lò xo

9. Khe hở để lưu chất đi qua

43

3.8. Cảm biến áp suất

3.8.1. Giới thiệu chung

Hinh 3. 29. Cảm biên áp suât

Cảm biến áp suất hiện nay đang được sử dụng và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác

nhau như lo hơi, thủy lực, nước uống đong chai, các loại máy hút chân không...với các

thang đo thường dùng như 2,5bar, 4bar, 6bar, 10bar, 16bar, 25bar, 40bar, 250bar, 400bar

mã hàng loại thường là PA-21%, loại màng là PR-25Y, loại đo mức nước là PR26Y...

Cảm biến áp suất là một thiết bị dùng để đo áp lực trong đường ống, bồn...từ đo người

ta lấy tín hiệu để điều khiển các thiết bị khác. Cấu tạo cảm biến bao gồm một màng băng

inox, ceramic...tùy thuộc vào từng hãng và một board mạch để chuyển đổi áp suất sang tín

hiệu điện. Một khái niệm khác nữa đo là thiết bị đo kiểm tra áp suất cho không gian lăp đăt

nó với độ nhạy cao bởi nó không sử dụng nguyên lý hoạt động Cơ mà theo cơ chế tín hiệu

điện.

3.8.2. Cấu tạo

Một cảm biến áp suất thường có hai phần chính cảm biến và khối xử lý. Cảm biến là

bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý. Tùy thuộc vào loại cảm

biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện

cảm, dong điện … về khối xử lý. Khối xử lý có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm

44

biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đo sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong

lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngo ra điện áp 4 ~ 20 mA (tín hiệu thường được sử dụng

nhất) , 0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC.

Tùy vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau, co loại hoạt động

dựa trên sự biến dạng vật liệu để làm sự thay đổi điện trở, loại thi thay đổi điện dung, loại

thì sử dụng vật liệu áp điện, trong đo dạng áp điện trở và kiểu điện dung là được sử dụng

nhiều nhất.

Có hai kiểu cảm biến hiện được sử dụng là cảm biến áp suất dạng áp điện trở và Cảm

biến áp suất kiểu tụ.

Hinh 3. 30. Cảm biên áp suât dang áp điên trở (dang màng)

Cảm biến áp suất dạng áp điện trở có cấu tạo gồm 1 lớp màn rất nhạy với áp suất, dc

cấy trên các phần tử áp điện trở. Hoạt động với nguyên tăc khi co tác động của lực áp suất

lên màn, màn se bị biến dạng, các áp điện trở cũng se thay đổi tùy theo sự biến cong của

màn. cụ thể giá trị các áp điện trở song song với cạnh màng giảm thì giá trị các áp điện trở

vuông góc với cạnh màng tăng và ngược lại khi đo se tạo điện áp ngõ ra khác 0. Sự thay

đổi áp điện trở đo chuyển tín hiệu đến bộ sử lý và ra được tín hiệu cần đo.

Cảm biến áp suất liểu tụ có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn dựa vào giá trị của điện

dung để xác định áp suất. Điện dung của tụ được thay đổi băng cách thay đổi khoảng cách

45

của cực tụ. Nguyên lý áp kế điện dung được áp dụng, khi có áp suất tác động vào lớp màng

làm lớp màng bị biến dạng đẩy bản cực lại gần với nhau hoăc kéo bản cực ra xa làm giá trị

của tụ thay đổi, dựa vào sự thay đổi điện dung này qua hệ thống xử lý người ta có thể xác

định được áp suất cần đo.

Hinh 3. 31. Cảm biên áp suât kiểu tụ

3.9. Động cơ bước

3.9.1. Giới thiệu chung

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy băng điện có

nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất

là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện

rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoăc các chuyển động của rô to có

khả năng cố định rô to vào các vị trí cần thiết.

Động cơ bước là một loại động cơ mà chung có thể quy định được góc quay của nó.

Ví dụ một động cơ bước 1,8 độ/bước quay hết 1 vong 360 độ thì mất 200 bước (gọi là

FULL STEP). Các chế độ quay nhiều xung thi động cơ quay se êm hơn.

46

3.9.2. Cấu tạo động cơ bước

Hinh 3. 32. Động cơ bươc

Tương tự các loại động cơ điện khác, động cơ bước co cấu tạo 2 phần gồn Rotor và

Stator.

Rotor là một day các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn

thận. Trên các lá nam châm này lại chia thành các căp cực xếp đối xứng nhau.

Stato được tạo băng săt từ được chia thành các ranh để đăt cuộn dây.

3.10. Công tăc điện phao nước

3.10.1. Giới thiệu chung

Phao điện hay còn gọi với nhiều tên khác là van phao điện, phao bồn nước, phao điện

máy bơm, phao bơm nước tự động, phao điện chống tràn, phao điện chống cạn, phao bể

nước, công tăc điện phao nước, công tăc mực nước, phao chống cạn..., là một thiết bị sử

dụng phổ biến để thực hiện việc điều khiển máy bơm nước tự động theo nhu cầu của người

sử dụng.

47

Hinh 3. 33. Công tăc điên phao nươc

3.10.2. Cấu tạo công tăc điện phao nước

Hinh 3. 34. Câu tao công tăc điên phao nươc

48

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THÔNG

4.1. Thiết kế hệ thống lọc

Các thông số thiết kế hệ thống:

− Lưu lượng nước đầu ra: Qp= 1 m3/h

− Loại nước cấp: sử dụng nước măt (nước lợ) co hàm lượng muối từ 1 đến

10000 ppm.

− Nhiệt độ: 25oC = 298oF

Hinh 4. 1. Quy trinh xư ly nươc câp từ nguồn nươc mặt

4.1.1. Tính toán và thiết kế bộ lọc thẩm thấu ngược

Quá trình lọc màng thẩm thấu ngược có thể tách 1 dòng thành 2 dòng riêng biệt: dòng

thấm và dòng đậm đăc. Dòng thấm là phần chất lỏng đi qua màng chi chứa nước sạch tinh

khiết, trong khi dong đậm đăc là dòng chứa những phân tử bị giữ lại ở màng.

Hệ thống được thiết kế xử lý cấp từ nguồn sông hồ, đăc biệt là đáp ứng nhu cấp nước

cho người dân vùng Đồng băng Sông Cửu Long nên chọn lựa màn lọc RO dùng cho xử lý

nước lợ co ma DOW BW30LE-4040 co thông số kỹ thuật sau:

− Loại màng: Màng lọc vật liệu tổng hợp polyamide

− Nhiệt độ hoạt động tối đa: 113oF (45oC)

− Ap suất hoạt động tối đa: 600 psi (41 bar)

− Lưu lượng đầu vào tối đa: 16gpm (3,6 m3/h)

49

− Giảm áp suất tối đa: 15 psig (1 bar)

− Phạm vi pH hoạt động liên tục: 2 – 11

− Phạm vi pH làm sạch ngăn hạn: 1 – 12

− Chi số mật độ phù sa đầu vào tối đa: SDI 5

− Chi số gốc muối Clorua tự do: <0,1 ppm

− Hệ số thẩm thấu của màng: 0,135

− Lưu lượng dong thẩm thấu tối đa: 0,3625 m3/h

− Diện tích màng: 7,6 m2

− Tỷ lệ thu hồi: 15%

− Độ sụt áp qua màng*: 1 bar

− Lưu lượng dong đậm đăc tối thiểu*: 4 gpm (0,91 m3/h)

(* tham sô đôi chiêu thưc nghiêm từ màng CSM RE4040 – BLN)

4.1.1.1. Tính áp suất thẩm thấu của màng

Áp suất thẩm thấu 𝜋 của dung dịch có thể được xác định băng thực nghiệm băng cách

đo nồng độ muối hòa tan trong dung dịch:

𝜋 = 𝑅𝑇𝐶𝑛 = 0,082 × 298 × 0,17 × 2 = 7,8 (𝑏𝑎𝑟)

Trong đo:

− 𝜋 là áp suất thẩm thấu (bar)

− R = 0,082 bar/mol.oK là hăng số khí lý tưởng

− T là nhiệt độ tuyệt đối (K)

− 𝑛 là số ion chất tan trong dung dịch

− C là nồng độ mol của chất tan (mol/l)

50

4.1.1.2. Ap suất cấp cho hệ thống hoạt động

Ta co lưu lượng dong thẩm thấu thu được theo công thức:

𝑄 = 𝐴 × 𝑆 × (𝑃𝑓 −∆𝑃𝑓𝑐

2− 𝑃𝑃 − 𝜋)

Trong đo:

− Q: Lưu lượng dong thẩm thấu (m3/h)

− A: hệ số thẩm thấu của màng

− S: diện tích màng (m2)

− 𝑃𝑓: áp suất hoạt động của hệ thống (bar)

− ∆𝑃𝑓𝑐: độ sụt áp qua màng (bar)

− 𝑃𝑃: áp suất dong thẩm thấu (bar)

− 𝜋: áp suất thẩm thấu (bar)

Từ đo suy ra ta co công thức tính chọn áp suất hoạt động của hệ thống:

𝑃𝑓 =𝑄

𝐴 × 𝑆+

∆𝑃𝑓𝑐

2+ 𝑃𝑃 + 𝜋 =

1

0,135 × 7,6+

1

2+ 0 + 7,8 = 9,27 (𝑏𝑎𝑟)

4.1.1.3. Tính toán số màng cần sử dụng

Ta co công thức tính số màng sử dụng khi kết nối các màng song song:

𝑁 =𝑄

0,75 × 𝑄𝑒

=1

0,75 × 0,3625= 3,7 (𝑚��𝑛𝑔)

Chọn số màng là số nguyên ➔ N = 4 màng

Trong đo:

− N: số màng sử dụng

− Q: Lưu lượng dong thẩm thấu (m3/h)

− 𝑄𝑒: Lưu lượng dong thấm tối đa của từng màng (m3/h)

51

4.1.1.4. Lưu lượng cấp cho hệ thống

Lưu lượng cấp cần thiết cho hệ thống:

𝑄𝑓 = 𝑁 × 𝑄𝑐 + 𝑄 = 4 × 0.91 + 1 = 4,64 (m3/h)

Trong đo:

− 𝑄𝑓: Lưu lượng cấp (m3/h)

− N: số màng sử dụng

− Q: Lưu lượng dong thẩm thấu (m3/h)

− 𝑄𝑐: Lưu lượng dong đậm đăc tối đa của từng màng (m3/h)

Với lưu lượng cần thiết là Qf = 4,64 m3/h thi ta chọn loại bơm trục đứng BL4-12S co

thông số kỹ thuật như sau:

− Công suất: 2,2 kW

− Điện áp: 220V

− Lưu lượng: 1,5 – 6 m3/h

− Cột áp: 75 – 11 m

− Ap lực hoạt động tối đa: 30 bar

− Nhiệt độ tối đa: 70oC

4.1.2. Lựa chọn và thiết kế màng siêu lọc

Bộ màng siêu lọc được thiết kế để xử lý cho ra nước đạt tiêu chuẫn về nước sinh hoạt

theo Bộ y tế. Lựa chọn màng lọc UF co ma SFD-2660 co các thông số kỹ thuật sau:

− Loại màng: vật liệu tổng hợp PVDF

− Thông lượng: 40 – 120 l/m2/h

− Lưu lượng: 1,3 – 4 m3/h

− Nhiệt độ hoạt động 1 – 40 oC

− Ap suất tối đa trong mô đun: 6,25 bar

− Ap suất khí tối đa: 12 nm3/h

− Độ pH hoạt động: 2 – 11

− Diện tích màng: 33 m2

52

Nguyên lý hoạt động cơ bản của siêu lọc sử dụng sự phân tách do áp suất của các chất

hòa tan từ dung môi thông qua màng bán thấm. Mối quan hệ giữa áp suất tác dụng lên dung

dịch cần tách và lưu lượng qua màng được mô tả phổ biến nhất theo phương trinh Darcy:

𝑄𝑈𝐹 =𝑇𝑀𝑃

𝜇𝑅𝑡

Trong đo:

− 𝑄𝑈𝐹 là lưu lượng dong chảy qua màng

− TMP là áp suất xuyên màng (chênh lệch áp suất giữa dòng cấp và dòng thấm)

− μ là độ nhớt dung môi

− Rt là tổng trở của màng và chất bẩn.

Phương trinh tính TMP là

𝑇𝑀𝑃 =𝑝𝑓 + 𝑝𝑟

2− 𝑝𝑝

Trong đo

− 𝑝𝑓: áp suất tiền lọc

− 𝑝𝑟: áp suất trở lại

− 𝑝𝑝: áp lực nước thải

− TMP thường khoảng 100-150 mmHg.

Tuy nhiên, màng lọc UF của hang DOW được thiết kế với lưu lượng được bảo toàn

100% qua màng và được làm sạch bởi các quy trinh rửa màng theo khuyến cáo của nhà sản

xuất DOW. Vi vạy theo thông số kỹ thuật mạng ta lựa chọn bơm như sau:

Chọn bơm cấp UF là bơm JEXM 100 co thông số kỹ thuật:

− Nhiệt độ hoạt động tối đa: 75oC

− Công suất: 750W-220V/1P/50Hz

− Tốc độ: 2900 vòng/phút

− Lưu lượng: Max. 4.2 m3/h Min 2.4 m3/h

− Tổng cột áp: Max. 43 mH2O Min. 25 mH2O

53

Chọn bơm rửa ngược cho UF là bơm JEXM 150 co thông số kỹ thuật:

− Nhiệt độ hoạt động tối đa: 75oC

− Công suất: 1100W-220V/1P/50Hz

− Tốc độ: 2900 vòng/phút

− Lưu lượng: Max. 4.8 m3/h Min 2.4 m3/h

− Tổng cột áp: Max. 51 mH2O Min. 29,5 mH2O

4.1.3. Kiểm nghiệm thiết kế hệ thống băng phần mềm WAVE của hang Dupont.

4.1.3.1. Giới thiệu phần mềm WAVE

Thiết kế quá trinh xử lý nước thường đoi hỏi sử dụng nhiều hơn một công nghệ để đạt

được chất lượng mong muốn. Hầu hết các phần mềm cho thiết kế nhà máy xử lý nước

không cho phép chung ta tối ưu hoa các hệ thống đa công nghệ mà đoi hỏi các phần mềm

riêng biệt và nhiều thời gian hơn để thiết lập và quản lý.

Water Application Value Engine (WAVE) là chương trinh phần mềm mô hình hóa

tích hợp đầy đủ đầu tiên của ngành để tích hợp ba công nghệ hàng đầu - siêu lọc (UF), thẩm

thấu ngược (RO) và trao đổi ion (IX) - thành một công cụ toàn diện. Sử dụng một giao diện

chung, no đơn giản hóa quy trình thiết kế và cuối cùng giúp giảm thời gian cần thiết để

quản lý hệ thống xử lý nước.

Phần mềm WAVE là một công cụ tính toán mạnh me với các thiết kế từ đơn giản đến

phức tạp với độ chính xác cao. Chi cần nhập giá trị đầu vào cho hầu hết các tham số và

phần mềm se tự động tính toán, tạo ra một bản thiết kế tối ưu nhất cho hệ thống.

54

4.1.3.2. Kiểm nghiệm thiết kế hệ thống băng phần mềm WAVE

Hinh 4. 2. Phần mềm WAVE

Bước 1: Nhập thông số nguồn nước cấp vào “Water Type”

Bước 2: Chọn các công nghệ lọc sử dụng ở bảng “Technologies” và kéo ra giữa màn hinh

Bước 3: Nhập lưu lượng nước thu được vào ô “Product Water”

Bước 4: Cài đăt các thông số nguồn nước cấp trong mục “Water Sub-type” trong tab “Feed

Water”

Bước 5: Cài đăt các thông số màng lọc UF

Bước 6: Cài đăt các thông số màng lọc RO

Bước 7: Chọn tab “Summary Report” để nhận kết quả tính toán

55

Hinh 4. 3. Cài đặt các thông sô nguồn nươc câp

Hinh 4. 4. Cài đặt các thông sô màng UF

56

Hinh 4. 5. Cài đặt các thông sô màng lọc RO

Hinh 4. 6. Kêt quả thiêt kê UF bằng phần mềm WAVE

57

Hinh 4. 7. Kêt quả thiêt kê RO từ phần mềm WAVE

Một số kết quả đề xuất thiết kế từ phần mềm:

− Lưu lượng cấp: 4 m3/h

− Ap suất hệ thống RO: 11 bar

− Số lượng màng RO: 4

− Lưu lượng nước ra: 1 m3/h

− Số màng UF: 1

− Lưu lượng cấp cho UF: 2,1 m3/h

4.1.4. Thiết kế mô hình 3D hệ thống xứ ly nước cấp

Autodesk Inventor được phát triển bởi công ty phần mềm Autodesk _USA, là

phần mềm thiết kế 3D cơ khí dạng mô hình khối răn, phần mềm này dùng để tạo ra

nguyên mẫu kỹ thuật số 3D giúp hình dung, thiết kế và mô phỏng các sản phẩm trên

môi trường 3D. Phần mềm INVENTOR giup người dùng thiết kế trực tiếp trong môi

trường 3D, xuất ra bản ve 2D, 3D tự động. Phần mềm con hô trợ tạo chuyển động,

trình diễn tháo lăp các cơ cấu, cụm máy...

58

Hinh 4. 8. Phần mềm INVENTOR thiêt kê 3D

Hinh 4. 9. Mô hinh 3D hê thông nhin từ phía trươc

59

4.1.5. Bản ve 2D hệ thống xử ly nước cấp

AutoCAD là phần mềm ứng dụng CAD để ve bản ve kỹ thuật băng vectơ 2D hay bề

măt 3D, được phát triển bởi tập đoàn Autodesk. Với phiên bản đầu tiên được phát hành vào

cuối năm 1982, AutoCAD là một trong những chương trinh ve kĩ thuật đầu tiên chạy được

trên máy tính cá nhân, nhất là máy tính IBM.

Những phiên bản trước của AutoCAD sử dụng các đường thẳng, đường polyline,

đường tron, đường cong và văn bản – làm nền cho những vật thể phức tạp hơn. Tuy nhiên,

những phiên bản AutoCAD gần đây bao gồm những công cụ cơ bản về hình khối 3D, nhưng

nó thiếu một số tính năng cao cấp thường có trong những chương trinh chuyên về lập mô

hình khối.

Hinh 4. 10. Phần mềm ve 2D AutoCAD

60

4.2. Thiết kế hệ thống điện và lập trình

4.2.1. Thiết kế hệ thống điện

4.2.1.1. Các thiết bị điện sử dụng trong hệ thống

Hệ thống sử dụng các thiết bị truyền động và thiết bị điều khiển sau:

Bảng 4. 1. Các thiêt bị sư dụng

Thiết bị Số lượng Chức năng

Thiết bị

truyền

động

Bơm JEXM100 1 Bơm cấp cho UF

Bơm JEXM150 1 Bơm rửa cho UF

Bơm trục đứng BL2-18 1 Bơm cấp cho RO

Động cơ bước 5V 1.2A 1 Điều chinh van áp suất RO tự

động

Thiết bị

điều

khiển

PLC FX2N-48MT-001 1 Bộ xử lý trung tâm

HMI VT070-NOCX-N 1 Giao tiếp người dùng

Modul analog AX2N-4AD 1 Đọc tín hiểu cảm biến

Contactor 24V, 9A 2 Điều khiển bơm cấp và rửa UF

Contactor 220V, 18A 1 Điều khiển bơm cấp RO

Van điện từ thường đong

220V 9

Đong mở các đường ống theo

quy trinh lọc

Driver TB6560 1 Điều khiển động cơ bước

CB 1 Đong, ngăt nguồn hê thống

Nut khẩn cấp 1 Ngăt nguồn khẩn cấp

Relay 24V 9 Nhận tín hiệu điều khiển và

đong ngăt các van điện từ

Thiết bị

cảm biến Cảm biến áp suất 1 Đọc áp suất lọc RO

61

4.2.1.2. Thiết kế sơ đồ điện

EPLAN Electric P8 là một phần mềm mạnh me, toàn diện trong việc thiết kế Điện.

Là một công cụ rất quan trọng đối với các kỹ sư cũng như các công ty chuyên về thiết kế,

thi công tủ Điện. Phần mềm giup tăng tối đa hiệu quả thiết kế, kiểm soát tài liệu và lưu trữ

dự án.

EPLAN Electric P8 là một phần mềm CAE (Computer-Aid Engineering) giúp giải

quyết các vấn đề thiết kế tủ bảng điện, tủ PLC, tủ động lực. Được trang bị các tính năng

thông minh như tạo Macros tự động, Cross-Reference (liên kết chéo), tự động đánh số…,

phần mềm giup tăng tốc độ thiết kế.

Hinh 4. 11. Phần mềm thiêt kê tủ điên EPLAN

62

Hinh 4. 12. Sơ đồ các khôi của điều khiển và truyền động

Tủ điện điều khiển hệ thống được thiết kế với hai khối chức năng là khối điều khiển

và hkôi truyền động.

Hệ thống được điều khiển bởi PLC FX2N – 48MT – 001, thông qua các các ngo ra

của PLC se đong ngăt các cuộn dây của rờ le và khởi động từ. Từ đo điều khiển các bơm

và các van điện từ theo từng chế độ thích hợp.

63

Hinh 4. 13. Mach truyền động

64

Hinh 4. 14. Mach điều khiển

65

4.2.2. Lập trình điều khiển hệ thống

4.2.2.1. Lập trình PLC FX2N-48MT

Hinh 4. 15. Phần mềm GX Developer

Hinh 4. 16. Lưu đồ chọn chê độ hoat động

66

Hinh 4. 17. Lưu đồ giải thuật điều khiển tư động

67

4.2.2.2. Lập trình HMI VT070

Hinh 4. 18. Phần mềm VT Designer

Hinh 4. 19. Thiêt kê màn hinh khởi động HMI

68

4.3. Thiết kế bộ van áp suất

Hinh 4. 20. Sơ đồ truyền động van áp suât

Hệ thống lọc RO yêu cầu áp suất hoạt động 10 bar và bơm không thể tạo ra đủ áp suất

để nước co thể thấm thấu ngược qua màng nên cần sử dụng van để tăng áp suất của hệ

thống.

Van áp suất được thiết kế hoạt động với hai chế độ tự động và băng tay (dùng để hiệu

chinh). Van điều khiển tự động được truyền động băng động cơ bước thông qua bộ truyền

đai thang co tỷ số truyền là 3.75. Tín hiệu điều khiển được lấy từ PLC cấp xung và cấp lệnh

chiều quay cho động cơ bước thông qua Drivẻ điều khiển TB6560.

Hinh 4. 21. Bộ van áp suât

69

4.4. Thực hiện mô hình, mô phỏng hệ thống

Hinh 4. 22. Hàn khung mô hinh

Hinh 4. 23. Lập trinh và nap vào PLC

70

Hinh 4. 25. Lập trinh và nap cho màn hinh HMI

Hinh 4. 24. Lăp đặt tủ điên

71

4.5. Quy trình vận hành

Hệ thống xử lý nước cấp được thiết kế điều khiển với hai chế độ: điều khiển tự động

và điều khiển băng tay.

Bảng 4. 2. Trang thái của các thiêt bị trong từng quy trinh

Lọc

đĩa*

Rửa

ngược

lọc

đĩa 1*

Rửa

ngược

lọc

đĩa 2*

Lọc

UF

Rửa

khí

UF

Xả

áp

UF

Rửa

ngược

trên

UF

Rửa

ngược

dưới

UF

Rửa

xuôi

UF

Lọc

RO

Bơm

cấp x x x x x

Bơm

rửa x x

Bơm

chính x

Van 1 x x x x

Van 2 x x x x

Van 3 x

Van 4 x

Van 5 x x x x

Van 6 x x

Van 7 x

Van 8 x x x x

Van 9 x x x

Van 10 x x

Van 11 x

(* quá trinh lọc đĩa, rưa ngược lọc đĩa phải chay đồng thời cung quá trinh lọc UF)

72

4.4.1. Điều khiển tự động

Để điều khiển tự động hệ thống, người dùng cần cài đăt các thông số của hệ thống

theo tính toán và khuyên dùng của nhà sản xuất như sau:

Bảng 4. 3. Thời gian hoat động của các quá trinh

Quy trình Thời gian

Chu trinh lọc UF Tối đa 60 phut

Rửa khí UF 10 – 40 s

Xả áp 10 – 40 s

Rửa ngược trên 20 – 60 s

Rửa ngược dưới 20 – 60 s

Rửa xuôi 30 – 60 s

Sau khi cài đăt xong các thông số của hệ thống, trở lại màn hinh chính và nhấn nut

“Automatic”.

Bấm “Start” để cho hệ thống băt đầu chu trinh xử lý nước cấp, bấm “Stop” để dừng

hệ thống. Trên màn hinh se co sẵn các đèn báo trạng thái để người dùng co thể theo doi các

trạng thái hiện tại của hệ thống.

Cần lưu ý áp suất hoạt động của quá triinh lọc RO tối đa là 15 Bar, vi vậy nếu thấy áp

suất đạt mức này cần dừng hệ thống để kiểm tra, tránh gây hư hỏng màng lọc RO.

73

Hinh 4. 26. Màn hinh cài đặt hê thông

Hinh 4. 27. Màn hinh chê độ tư động - Automatic

74

4.4.2. Điều khiển băng tay

Việc điều khiển băng tay yêu cầu người sử dụng phải co đầy đủ hiểu biết về hệ thống

và điều khiển theo đung quy trinh nếu không se gây hỏng hệ thống.

Hinh 4. 28. Màn hinh chê độ điều khiển bàng tay – Manual

Một chu trinh lọc UF phải đảm bảo theo đung thứ tự Lọc UF ➔ Rửa khí ➔ Rửa

ngược ➔ Rửa xuôi để màng hoạt động với công sức và độ bền tốt nhất.

4.4.2.1. Lọc UF

Tăt tất cả các thiết bị trong hệ thống, sau đo bật các thiết bị theo đung thứ tự sau:

Van 1 ➔ Van 2 ➔ Van 5 ➔ Van 9 ➔ Bơm cấp

4.4.2.2. Rửa khí UF

Tăt tất cả các thiết bị trong hệ thống, sau đo bật các thiết bị theo đung thứ tự sau:

− Bật van 8 ➔ Bật van 7

− Sau 10 – 40 s tăt van 7 ➔ Bật van 6

75

4.4.2.3. Rửa ngược UF

Tăt tất cả các thiết bị trong hệ thống, sau đo bật các thiết bị theo đung thứ tự sau:

− Bật van 8 ➔ Bật van 10 ➔ Bật bơm rửa

− Sau 20 – 60 s tăt van 8 ➔ Bật van 6

4.4.2.4. Rửa xuôi UF

Tăt tất cả các thiết bị trong hệ thống, sau đo bật các thiết bị theo đung thứ tự sau:

Van 1 ➔ Van 2 ➔ Van 5 ➔ Van 8 ➔ Bơm cấp

4.4.2.5. Rửa ngược bộ lọc đĩa

Hoạt động này chi thực hiện được khi hệ thống đang tiến hành bước lọc UF.

Để rửa ngược bộ đĩa lọc 1 ta mở Van 3 sau đo tăt Van 1.

Tương tự, để rửa ngược bộ đĩa lọc 2 ta mở Van 4 sau đo tăt Van 2.

4.4.2.6. Lọc RO

Quá trinh lọc RO được sử dụng để lọc ra nước uống được theo Quy chuẫn 01 của Bộ

Y tế. Để tiến hành lọc RO, cần mở hết cỡ van áp suất để xả bỏ hết áp lực trong đường ống.

Sau đo bấm bật bơm chính. Hệ thống se tự động điều chinh van áp suất đạt đung yêu cầu

của màng lọc RO.

Quá trinh lọc RO yêu cầu rất nghiêm ngăt về áp suất. Nếu áp cao hơn giới hạn chịu

đựng của màng lọc se gây biến dạng, hư hại màng lọc RO. Vậy nên cần theo doi áp suất và

co thể điều chinh băng tay nếu thấy áp suất vượt quá cao.

4.2.2.7. Rửa hoa chất định ky CIP

Vi quá trinh lọc băng màng UF thời gian dài se dễ bị các chất bẩn, vi sinh bám vào

màng gây tăt nghen màng nên cần vệ sinh màng định kỳ 3 – 6 tháng/lần băng hoa chất.

Sử dụng một bồn riêng để pha hoa chất vệ sinh và kết nối vào đầu thải dưới của

màng lọc UF băng một bơm riêng. Hoa chất co thể tuần hoàn lại vào bồn để tiết kiệm hoa

chất vệ sinh màng.

76

Hoa chất vệ sinh màng là Dung dịch HCl 0,02%

Hinh 4. 29. Kêt nôi thiêt bị để rưa hoa chât định kỳ

77

CHƯƠNG 5. KẾT QUA VA HƯỚNG PHAT TRIỂN CỦA ĐÊ TAI

5.1. Kết quả đề tài

Hinh 5. 1. Mô hinh thư nghiêm hê thông

Sau thời gian thực hiện đề tài, nhom chung tôi đa thu được những kết quả sau:

− Thực hiện được mô hinh để chạy thử nghiệm hệ thống xử lý nước với hai chế độ

điều khiển là điều khiển tự động và điều khiển băng tay.

− Chế tạo bộ van áp suất hoạt động được với hai chế độ tự động và băng tay.

5.2. Sản phẩm của đề tài

− 01 bộ bản ve thiết kế mô hinh hệ thống xử lý nước cấp

− 01 bộ bản ve thiết kế hệ thống điện

− 01 mô hinh thử nghiệm hệ thống xử lý nước cấp

− 01 báo cáo tổng kết đề tài

− 01 chương trinh điều khiển hệ thống hoạt động tự động

78

5.3. Tính hiệu quả của đề tài

− Hệ thống đạt được các yêu cầu đề ra

− Hệ thống xử lý nước cấp co thể áp dụng rộng rai cho người dân ở các vùng sâu,

vùng xa đang thiếu nước sạch sinh hoạt, đăc biệt là khu vực Đồng Băng Sông Cửu

Long đang găp kho khăn do tinh hinh xâm nhập măn.

5.4. Hướng phát triển đề tài

Hệ thống xử lý nước cấp sử dụng công nghệ lọc màng co thể dể dàng tăng công suất

hoạt động khi tăng thêm các mô đun màng lọc cho hệ thống.

Hệ thống co thể phát triển để xử lý cung cấp nước cho các vùng biển đảo băng cách

thay đổi màng lọc RO nước lợ băng màng lọc RO dùng cho nước măn.

79

TAI LIỆU THAM KHAO

1. Tài liệu truyền thống

1.1. Lê Hoàng Vinh, Đào Duy Khương, Vo Thị Ánh Tuyết, Trần Thi Thu Thủy, Giáo trình

môn học PLC Mitsubishi, NXB Trường địa học Công Nghiêp Tp HCM, 2006

1.2. Dow Ultrafiltation Product Manual, Lenntech, tháng 4 2011

1.3. FX beginer’s Manual, Mitsubishi Electric, tháng 7 2009

1.4. Clever, M.; Jordt, F.; Knauf, R.; Räbiger, N.; Rüdebusch, M.; Hilker-Scheibel, R.,

Process water production from river water by ultrafiltration and reverse

osmosis, Desalination, 131 (1–3): 325–336, 1 December 2000

1.5. Crittenden, John; Trussell, Rhodes; Hand, David; Howe, Kerry and Tchobanoglous,

George, Water Treatment Principles and Design, New Jersey, 2005

1.6. Weintraub; Bob, Sidney Loeb, Co-Inventor of Practical Reverse Osmosis, Bulletin of

the Israel Chemical Society (8): 8–9, December 2001.

1.7. Glater, The early history of reverse osmosis membrane development,

Desalination. 117 (1–3): 297–309, 1998

2. Tài liệu điện tử

2.1. Cổng thông tin chính phủ:

http://www.chinhphu.vn/portal/page/portal/chinhphu/noidungchuongtrinhmuctieuquocgia

?_piref135_18249_135_18248_18248.strutsAction=ViewDetailAction.do&_piref135_18

249_135_18248_18248.docid=345&_piref135_18249_135_18248_18248.substract=

2.2. Cổng thông tin điện tử công ty Dupont:

https://www.dupont.com/

2.3. Từ điển bách khoa điện tử:

https://en.wikipedia.org/wiki/Membrane_technology

80

PHỤ LỤC 1. KẾT QUA XÉT NGHIỆM MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở BẾN TRE

81

82

PHỤ LỤC 2. CHƯƠNG TRINH PLC ĐIÊU KHIỂN HỆ THÔNG TƯ ĐÔNG

83

84

85

86

87

PHỤ LỤC 3. BAN VE 2D BÔ TRI THIẾT BI