Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trong quá trình giám sát và điều khiển hệ thống xử lý nước bằng bình lọc cao áp và khử trung clo tại trạm sản xuất nước sạch phục vụ cho sinh hoạt

2



BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP PHÚC YÊN





BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI





Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG
QUÁ TRÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC, BẰNG BÌNH LỌC CAO ÁP VÀ KHỬ TRÙNG BẰNG CLO
TẠI TRẠM SẢN XUẤT NƯỚC SẠCH PHỤC VỤ CHO SINH HOẠT


Thực hiện theo hợp đồng: Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên
cứu khoa học và phát triển công nghệ số 81.12RD/HĐ-KHCN Ngày 19 tháng 3 năm 2012
giữa Bộ Công Thương và trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên

CHỦ TRÌ: THS. NGUYỄN VĂN QUÝ
Các thành viên tham gia: TS. Nguyễn Chí Tình
THS. Trần Quốc Hoàn
THS. Phạm Sơn Phúc
THS. Nguyễn Minh Tú
THS. Đặng Ngọc Thơm
THS. Lưu Quang Vũ










HÀ NỘI - 2012


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Mục lục
Danh mục các hình
Danh mục các biểu bảng
Trang
Mở đầu 1
Chương 1
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT VÀ XU
HƯỚNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN NAY

3
1.1. Các phương pháp xử lý nước 3
1.1.1. Phương pháp cơ học 3
1.1.2. Phương pháp hóa học 4
1.1.3. Phương pháp lý học 8
1.2. Các phương pháp xử lý nước trên thế giới và Việt Nam 8
1.2.1. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt trên thế giới 8
1.2.2. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt tại Việt Nam 13
1.3. Lựa chọn phương pháp xử lý nước 20
1.2.1. Nguyên tắc lựa chọn phương pháp xử lý nước 20
1.2.2. So sánh lựa chọn phương pháp xử lý nước sinh hoạt hợp lý
22
Chương 2
NGHIÊN CỨU VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ
THỐNG BẰNG PLC ĐỂ ĐO KIỂM TRA VÀ ĐIỀU CHỈNH NỒNG ĐỘ CLO
CHO PHÉP CÓ TRONG NƯỚC TRƯỚC KHI SỬ DỤNG

25
2.1. Các yêu cầu điều khiển 25
2.2. Công nghệ xử lý và lựa chọn thiết bị điều khiển 26
2.3. Ứng dụng công nghệ PLC điều khiển hệ thống bơm chìm
36
2.4. Ứng dụng công nghệ PLC điều khiển bình lọc và khử trùng 38
2.5. Ứng dụng công nghệ PLC điều khiển hệ thống bơm cấp nước sạch 42
Chương 3
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GIÁM SÁT
NỒNG ĐỘ CLO CÓ TRONG NƯỚC TRƯỚC KHI SỬ DỤNG
45
3.1. Xây dựng chương trình mô phỏng giám sát nồng độ Clo có trong nước trước

khi sử dụng
45


3.2. Chương trình mô phỏng giám sát nồng độ Clo mức thấp. 52
3.3. Chương trình mô phỏng giám sát nồng độ Clo mức cao. 53
3.4. Chương trình mô phỏng sự cố Clo. 54
Chương 4
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GIÁM SÁT
VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT
TẠI CÔNG TY CẤP THOÁT NƯỚC TUYÊN QUANG
58
4.1. Tổng quan về công ty cấp thoát nước tuyên quang 58
4.1.1. Sơ đồ công nghệ và công nghệ xử lý nước 58
4.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng nước sinh hoạt hiện nay của Công ty 60
4.1.3. Đánh giá về hệ thống xử lý nước hiện nay 62
4.2. Ứng dụng chương trình mô phỏng giám sát và điều khiển hệ thống xử lý
nước sinh hoạt tại công ty cấp thoát nước Tuyên Quang
64
4.2.1. Xây dựng chương trình mô phỏng giám sát và điều khiển hệ thống xử lý
nước
64
4.2.2. Ứng dụng chương trình mô phỏng giám sát và điều khiển hệ thống xử lý
nước sinh hoạt tại công ty cấp thoát nước Tuyên Quang
65
Chương 5
XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ỨNG DỤNG PLC TRONG GIÁM SÁT
VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG XỬ LÝ NƯỚC
69
5.1. Chỉ tiêu nguồn nước 69

5.1.1. Nguồn nước 69
5.1.2. Các chỉ tiêu của nước 70
5.2. Các phương pháp xử lý nước và khử trùng bằng Clo 74
5.3. Giới thiệu tổng quan về PLC 74
5.3.1. PLC S7-200 74
5.3.2. PLC S7-300 74
5.4. Ứng dụng PLC trong giám sát và điều khiển hệ thống tự động xử lý nước 80
Kết luận và kiến nghị 107
Tài liệu tham khảo 108
Phụ lục 1 109
Phụ lục 2 110




DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng Nội dung Trang
Bảng 1.1. Nhiệt độ và độ hoà tan của ôzôn 8
Bảng 1.2. Lựa chon công nghệ xử lý nước 11
Bảng 1.3. Chỉ tiêu nước sạch 19
Bảng 1.4. Lựa chọn công nghệ xử lý nước 21
Bảng 1.5. Hiệu suất xử lý nước 22
Bảng 2.1. Thông số lọc của giếng khoan 27
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu của bình lọc cao áp 28
Bảng 3.1 Các thông số mô phỏng thiết bị 47
Bảng 3.2 Các phần tử mô phỏng 47
Bảng 3.3 Thiết bị trong hệ thống cấp nước sạch 49
Bảng 4.1. So sánh kết quả xử lý của Công ty với tiêu chuẩn VN 59
Bảng 4.2. Kết quả chỉ tiêu vi sinh 61
Bảng 4.3 So sánh một số chỉ tiêu trước và sau khi ứng dụng mô hình giám sát

và điều khiển hệ thống xử lý nước tại Công ty
67
Bảng 5.1. Quan hệ giữa PLC – I – H 86
Bảng 5.2. Quan hệ giữa PLC – I – P 86
Bảng 5.3. Quan hệ giữa PLC – I – N 86

DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên hình Nội dung Trang
Hình 1.1. Các khả năng xử lý nước ngầm 9
Hình 1.2. Sơ đồ xử lý nước cấp của thành phố Essen (CHLB Đức) 10
Hình 1.3. Sơ đồ xử lý nước hồ Zevenbergen (Hà Lan) 10
Hình 1.4. Sơ đồ xử lý nước ngầm tại thành phố Bergen op zoom (Hà Lan) 11
Hình 1.5.
Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước ngầm Thành phố Bergen op Zoom
(Hà Lan).
14
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm 14
Hình 1.7. Mô hình đơn giản xử lý nước ngầm 15
Hình 1.8. Các sơ đồ xử lý nước ngầm có làm thoáng và lọc. 17


Hình 1.9. Bể xử lý nước mặt 18
Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ xử lý nguồn nước có hàm lượng cặn <2500mg/l 19
Hình 1.11. Sơ đồ công nghệ xử lý nguồn nước có hàm lượng cặn >2500mg/l 23
Hình 1.12 Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước sạch bằng khí Clo dư 24
Hình 2.1 Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước sạch 27
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước 30
Hình 2.3
Sơ đồ khối một vòng điều khiển thiết bị điều chỉnh nồng độ Clo dư
trong nước sạch sinh hoạt

31
Hình 2.4 Van điện 31
Hình 2.5. Van khí điều khiển bằng điện 32
Hình 2.6. Van điều khiển cấp khí Clo 32
Hình 2.7. Cảm biến đo mức PL Sensys 33
Hình 2.8.
Biểu đồ tương quan giữa mức nước và dòng của cảm biến PL
Sensys
33
Hình 2.9. Cảm biến đo nồng độ Clo 9184sc 34
Hình 2.10.
Biểu đồ tương quan giữa nồng độ Clo dư và dòng của cảm biến
9184SC
35
Hình 2.11. PLC SIEMENS S7-300 CPU 314 36
Hình 2.12. Sơ đồ công nghệ điều khiển bơm chìm 36
Hình 2.13. Lưu đồ vòng quét điều khiển bình lọc và khử trùng 39
Hình 2.14. Sơ đồ vòng quét điều khiển bơm cấp nước sạch bằng PLC 43
Hình 3.1. Thư viện chứa các thiết bị máy bơm 46
Hình 3.2. Cụm thiết bị bơm chìm 46
Hình 3.3. Mô phỏng thiết bị lọc khử trùng 48
Hình 3.4. Công cụ Slide mô phỏng sự thay đổi nồng độ Clo trong nước sạch 48
Hình 3.5. Bình Xử lý Clo 49
Hình 3.6. Bảng thông báo sự cố nồng độ Clo 49
Hình 3.7. Mô phỏng thiết bị cấp nước sạch 50
Hình 3.8. Màn hình điều khiển, giám sát hệ thống xử lý nước bằng Clo dư 50
Hình 3.9. Hệ thống xử lý nước hoạt động ở chế độ bình thường 51
Hình 3.10. Hệ thống xử lý nước hoạt động khi nồng độ Clo xuống thấp 52

Hình 3.11. Hệ thống xử lý nước hoạt động ở chế độ bình thường 52
Hình 3.12. Hệ thống xử lý nước hoạt động khi nồng độ Clo tăng cao 53
Hình 3.13. Sự cố nồng độ Clo trong nước tăng cao hơn mức cho phép 54
Hình 3.14.
Cụm thiết bị cấp nước sạch ngừng hoạt động khi có sự cố nồng độ
Clo trong nước tăng cao.
55
Hình 3.15. Sự cố nồng độ Clo giảm thấp hơn giá trị cho phép 55
Hình 3.16.
Cụm thiết bị cấp nước sạch ngừng hoạt động khi có sự cố nồng độ
Clo trong nước giảm thấp.
56
Hình 4.1.
Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước của Công ty cấp thoát nước Tuyên
Quang
57
Hình 4.2.
Chương trình giám sát và điều khiển hệ thống xử lý nước công ty
cấp thoát nước Tuyên Quang.
64
Hình 4.3. Bơm chìm hoạt động cấp nước cho bình lọc 65
Hình 4.4. Màn hình giám sát hệ thống xử lý nước khi đang vận hành 65
Hình 4.5.
Bơm cấp nước sạch của nhà máy dừng khi có sự cố nồng độ Clo
thấp.
66
Hình5.1. Một số mô đun họ S7-22x PL2
Hình 5.2. Các thành phần chức năng chính của một PLC PL2
Hình 5.3. Mô tả các phần tử trên CPU 214 PL2
Hình 5.4. Cách ghép nối mô đun CPU với mô đun mở rộng PL2

Hình 5.5. Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 PL2
Hình 5.6. PLC S7-300 74
Hình 5.7. CPU315-2DP nối mạng profibus 75
Hình 5.8. Đặt thời gian chu kỳ bus cho mạng Profibus cấp dưới 75
Hình 5.9. Bắt đầu quy trình cài đặt 76
Hình 5.10. Chọn các mục cần cài đặt 76
Hình 5.11. Chương trình cài đặt tuần tự 77
Hình 5.12. Cài đặt số xác minh 77
Hình 5.13. Cài đặt bản quyền 77
Hình 5.14. Hộp thoại Manager 77
Hình 5.15. Khai báo một Project mới 78
Hình 5-16. Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước sạch sinh hoạt 79


Hình 5.17. Các thiết bị trong hệ thống xử lý nước 80
Hình 5.18. Sơ đồ tổng quát điều khiển các nhóm thiết bị 81
Hình 5.19. Sơ đồ điều khiển các máy bơm chìm 89
Hình 5.20. Sơ đồ điều khiển máy bơm chìm G1 hoạt động 90
Hình 5.21.
Sơ đồ điều khiển bình lọc cao áp BL1và thực hiện khử trùng bằng
Clo
91
Hình 5.22 . Sơ đồ điều khiển hệ thống khử trùng hoạt động 92
Hình 5.23.
Sơ đồ khối một vòng điều khiển thiết bị điều chỉnh nồng độ Clo dư
trong nước sạch sinh hoạt
93
Hình 5.24. Sơ đồ thực hiện quá trình rửa lọc BL1 94
Hình 5.25. Sơ đồ điều khiển các máy bơm cấp nước sạch 95
Hình 5.26. Sơ đồ điều khiển máy bơm M1 hoạt động 96

Hình 5.27. Trạng thái khi nạp chương trình mô phỏng bơm giếng G1 97
Hình 5.28. Trạng thái khi chương trình mô phỏng bơm giếng G1 hoạt động 97
Hìmh 5.29.
Trạng thái chương trình mô phỏng bơm giếng G1 hoạt động và van
VG1 mở
98
Hình 5.30.
Trạng thái khi chương trình mô phỏng bơm giếng G1 dừng và van
VG1 đóng khi giếng G1 đạt mức thấp
98
Hình 5.31.
Trạng thái khi chương trình mô phỏng bơm giếng G1 dừng và van
VG1 đóng khi các bình lọc đầy
99
Hình 5.32. Trạng thái khi nạp chương trình 99
Hình 5.33. Trạng thái hoạt động của bình lọc BL1 100
Hình 5.34. Trạng thái dừng hoạt động của bình lọc BL1 100
Hình 5.35. Mô phỏng phần mềm PLC S7-200 101
Hình 5.36. Lựa chọn phần mềm PLC S7-200 101
Hình 5.37. Chọn chương trình đã lập trong Open-Program 102
Hình 5.38. Cài đặt chương trình điều khiển 102
Hình 5.39. Cài đặt chương trình giám sát TD200 103
Hình 5.40. Chọn SIMATIC TD 200 103
Hình 5.41. Mô phỏng giám sát nồng độ Clo mức thấp 104
Hình 5.42. Mô phỏng giám sát nồng độ Clo múc cao 104
Hình 5.43. Mô phỏng sự cố Clo 105

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHIỆP PHÚC YÊN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Phúc Yên, ngày 10 tháng 6 năm 2012


BÁO CÁO TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
I. Thông tin chung:
1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hoá trong quá trình giám sát
và điều khiển hệ thống xử lý nước, bằng bình lọc cao áp và khử trùng bằng Clo tại
trạm sản xuất nước sạch ph
ục vụ cho sinh hoạt
2. Mã số:
81.12 RD/HĐ-KHCN
3. Chủ nhiệm: Nguyễn Văn Quý
4. Thời gian thực hiện: từ tháng 01 năm 2012 đến ngày 31 tháng 12 năm 2012.
5. Tổng kinh phí: 140.000.000 đồng (bằng chữ: Một trăm bốn mươi triệu đồng chẵn).
II. Đánh giá tình hình thực hiện đề tài:
1. Nội dung nghiên cứu:
STT
Nội dung nghiên cứu
theo Thuyết minh đề tài
Nội dung nghiên cứu đã thực
hiện
Tự đánh giá
1
Tổng quan các phương pháp
xử lý nước sinh hoạt và xu
hướng ứng dụng công nghệ
hiện nay

- Các phương pháp xử lý nước
- Lựa chọn phương pháp xử lý
nước
- Xu hướng ứng dụng công
nghệ xử lý nước sạch hiện nay
Đạt
2 Nghiên cứu và lập trình điều
khiển các thiết bị trong hệ
thống bằng PLC để đo kiểm
tra và điều chỉnh nồng độ
Clo cho phép có trong nước
trước khi sử dụng
- Các yêu cầu điều khiển
- Sơ đồ công nghệ xử lý và lựa
chọn thiết bị điều khiển
- Công nghệ điều khiển hệ
thống bơm chìm bằng thi
ết bị
PLC
- Công nghệ điều khiển bình
lọc và khử trùng bằng thiết bị
PLC
- Điều khiển hệ thống bơm cấp
nước sạch bằng thiết bị PLC
- Chương trình điều khiển bơm
chìm bằng PLC
- Chương trình điều khiển bình
Đạt
lọc và khử trùng bằng PLC
3

Nghiên cứu, xây dựng
chương trình mô phỏng
giám sát nồng độ Clo có
trong nước trước khi sử
dụng
- Chương trình mô phỏng
giám sát nồng độ Clo mức
thấp
- Chương trình mô phỏng
giám sát nồng độ Clo mức cao
- Chương trình mô phỏng sự
cố Clo
Đạt
4
Nghiên cứu ứng dụng
chương trình mô phỏng
giám sát và điều khiển hệ
thống xử lý nước sinh hoạt
tại công ty cấp thoát nước
Tuyên Quang
- Tổng quan hệ thống xử lý
nước sinh hoạt tại nhà máy cấp
thoát nước Tuyên Quang
- Ứng dụng mô phỏng giám
sát và điều khiển hệ thống
bằng phần mềm WinCC
Đạt

2. Sản phẩm:
STT Sản phẩm theo Thuyết minh

đề tài
Sản phẩm đã đạt được Tự đánh giá
1
Chương trình giám sát và
điều khiển
- Xây dựng được chương trình
và mô hình để giám sát và điều
khiển đảm các yêu cầu kỹ thuật.
Khá tốt
3. Kinh phí đề tài: 140.000.000 đồng
3.1. Kinh phí được cấp:
140.000.000 đồng
3.2. Kinh phí đã chi (Giải trình các khoản chi): chưa chi (Đang làm thủ tục chi theo tiến
độ thực hiện).
3.3. Kinh phí đã quyết toán: Chưa quyết toán (Đang làm thủ tục để quyết toán theo tiến
độ thực hiện).
3.4. Tự đánh giá: Thực hiện đúng tiến độ đã đăng ký,
III. Kế hoạch triển khai tiếp theo:
1. Nội dung nghiên cứu:
STT
Nội dung nghiên cứu
theo Thuyết minh đề tài
Nội dung nghiên c
ứu sẽ thực
hiện
Dự kiến kết quả
1
Nghiên cứu ứng dụng
chương trình mô phỏng
giám sát và điều khiển hệ

thống xử lý nước sinh hoạt
tại công ty cấp thoát nước
Tuyên Quang
- Thử nghiệm và đánh giá hiệu
quả kinh tế - kỹ thuật
Đúng tiến độ và
đạt kết quả tốt
2 Nghiên cứu xây dựng bài
giảng trên cơ sở ứng dụng
- Bài giảng dựa trên ứng dụng
PLC trong giám sát và điều
Đúng tiến độ và
đạt kết quả tốt
PLC trong giám sát và điều
khiển hệ thống tự động xử lý
nước phục vụ công tác đào
tạo của trường Cao đẳng
Công nghiệp Phúc Yên
khiển hệ thống tự động xử lý
nước sinh hoạt

IV. Kiến nghị:
- Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài nhóm nghiên cứu nhận thấy để đạt
kết quả cao, phù hợp hơn với sự phát triển của công nghệ và thuận lợi cho việc triển khai
ứng dụng đề tài vào thực tiễn nhóm tác giả viết chương trình trên PLC S7 – 300 (thay thế
cho PLC S7 – 200) và mô phỏng bằng phần mềm chuyên thiết kế giám sát WinCC 7.0
(thay thế cho phần mềm TD200).
Kính đề nghị Vụ Khoa học Công nghệ
- Bộ Công Thương (Bên đặt hàng) và
Trường Cao đẳng Công Nghiệp Phúc Yên (Bên cung cấp dịch vụ) cho phép.

Xin trân thành cảm ơn!

Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên)



Nguyễn Văn Quý

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ năm 1982 đến nay, nhờ chương trình cấp nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường
của Chính phủ, tài trợ của các tổ chức quốc tế, của các nhà tài trợ trong và ngoài nước,
kinh phí huy động từ địa phương…, nhiều công trình cấp nước sinh hoạt tập trung đã và
đang được xây dựng nhằm phục vụ tốt hơn cho cuộc sống của nhân dân. Tuy nhiên, trong
giai đoạn hiện nay quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã đặt ra yêu cầu ngày càng
cao về cấp nước sinh hoạt đặc biệt là yêu cầu về chất lượng nước. Chất lượng nước đảm
bảo sẽ góp phần nâng cao đời sống, sức khoẻ cho cộng đồng và là một phần không thể
thiếu của con người.
Do vậy, việc nghiên cứu mô hình hóa hệ thống xử lý nước sinh hoạt để
điều khiển,
giám sát nhằm khắc phục những hạn chế về công nghệ, nâng cao chất lượng nước, giảm
giá thành sản phẩm, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng có ý nghĩa hết sức quan trọng.
Vì vậy đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hoá trong quá trình giám
sát và điều khiển hệ thống xử lý nước, bằng bình lọc cao áp và khử trùng bằng Clo tại
trạm sản xuấ
t nước sạch phục vụ cho sinh hoạt, mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học
và thực tiễn.
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu

2.1. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát, điều khiển để xử lý nước sinh hoạt
mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật, phù hợp với điều kiện thực tế hiện tại và triển vọng
tương lai góp phần vào việ
c bảo vệ môi trường nước sinh hoạt, nâng cao chất lượng cuộc
sống cho người sử dụng.
- Ứng dụng mô hình giám sát và điều khiển phục vụ công tác giảng dạy và đào tạo
nhằm nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành cấp thoát nước tại trường Cao đẳng
Công nghiệp Phúc Yên.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng, mô phỏng giám sát hệ thống xử lý nước của Công ty cấp
thoát nướ
c Tuyên Quang.
- Nghiên cứu xây dựng bài giảng phục vụ công tác giảng dạy, đào tạo tại trường
Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên
3. Phương pháp nghiên cứu

2
- Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu.
- Ứng dụng công nghệ tự động hoá trong quá trình giám sát, điều khiển hệ thống xử
lý nước bằng bình lọc cao áp và khử trùng bằng Clo tại trạm sản xuất nước; xây dựng bài
giảng phục vụ công tác đào tạo nhằm nâng cao chất lượng đào tạo và phục vụ công tác
nghiên cứu khoa học.
4. Nội dung nghiên cứu
- T
ổng quan các phương pháp xử lý nước sinh hoạt và xu hướng ứng dụng công
nghệ hiện nay
- Nghiên cứu và lập trình điều khiển các thiết bị trong hệ thống bằng PLC để đo
kiểm tra và điều chỉnh nồng độ Clo cho phép có trong nước trước khi sử dụng
- Nghiên cứu, xây dựng chương trình mô phỏng giám sát nồng độ Clo có trong nước

trước khi sử dụng
- Nghiên cứu ứng dụng chương trình mô phỏng giám sát và đ
iều khiển hệ thống xử
lý nước sinh hoạt tại công ty cấp thoát nước Tuyên Quang
- Nghiên cứu xây dựng bài giảng trên cơ sở ứng dụng PLC trong giám sát và điều
khiển hệ thống tự động xử lý nước phục vụ công tác đào tạo của trường Cao đẳng Công
nghiệp Phúc Yên.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa hệ thống xử lý nước nhằ
m điều khiển các
thiết bị và giám sát nồng độ Clo, trên cơ sở đó xây dựng bài giảng nhằm nâng cao chất
lượng phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đánh giá hiện trạng, mô phỏng giám sát hệ thống xử lý nước của Công ty cấp
thoát nước và phục vụ công tác giảng dạy chuyên ngành cấp thoát nước trong trường.
6. Những đóng góp mới c
ủa đề tài
- Xây dựng được chương trình mô phỏng giám sát nồng độ Clo có trong nước
trước khi sử dụng.
- Ứng dụng chương trình mô phỏng giám sát và điều khiển hệ thống xử lý nước
sinh hoạt tại công ty cấp thoát nước Tuyên Quang nhằm nâng cao chất lượng, giảm giá
thành sản phẩm, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng.
- Xây dựng bài giảng nhằm nâng cao chất lượng đào tạo trường Cao đẳng Công
nghiệ
p Phúc Yên.


3
Chương 1

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT VÀ XU
HƯỚNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN NAY

1.1. Các phương pháp xử lý nước
1.1.1. Phương pháp cơ học
1.Bể lắng
Chức năng của bể lắng tiếp xúc là tạo điều kiện tiếp xúc lỏng H
2
0/không khí (O
2

hòa tan) và chất rắn (Fe
3
) hyđrôxit mới tạo thành do kết quả của phản ứng ôxy hóa sắt Fe
2

+ O
2
FeOOH nhằm thúc đẩy quá trình O
2
hóa Fe
2
. Ngoài ra, bề lắng tiếp xúc phải thực
hiện chức năng thứ hai cũng rất quan trọng là lắng cặn để giảm tải cho bể lọc tiếp theo.
Áp dụng hai kỹ thuật lắng chính là bể lắng tiếp xúc kiểu đổi dòng (nước chảy theo chiều
ngang và phải đổi dòng nhiều lần nhờ hệ thống vách hướng dòng), hoặc lắng đứng với
ống thu trung tâm. Bể lắng thông dụng gồ
m có các loại sau:
- Bể lắng ngang : Nước chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể dến cuối bể.
- Bể lắng đứng : Nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên.

- Bể lắng ly tâm : Nước chuyển động từ trung tâm bể ra phía ngoài.
-Bể lắng lớp mỏng : Có 3 kiểu tùy theo hướng chuyển động của lớp nước và cặn
gồm dòng chả
y ngang; dòng chảy nghiêng cùng chiều; dòng chảy nghiêng ngược chiều.
- Bể lắng có lớp cặn lơ lửng : Lắng qua môi trường hạt, nước chuyển động từ
dưới lên.
2. Bể lọc.
Có chức năng loại bỏ cặn, làm trong nước, một phần nhỏ Fe
2
chưa O
2
hóa tiếp ở
đây. Nếu pH đủ lớn, những hệ thống lọc có thể lọc được cả mangan. Các nhà máy nước
đều áp dụng bể lọc nhanh hơn đơn lớp tự chảy, nghĩa là tốc độ lọc khoảng 120 ÷ 144
m
3
/m
2
. Để thực hiện quá trình lọc người ta có thể chia ra một số loại bể lọc sau:
- Theo tốc độ lọc : Bể lọc chậm(0,0003 ÷ 0,0013 m/s); Bể lọc nhanh (0,014 ÷ 0,04
m/s); Bể lọc cao tốc (0,1 ÷ 0,3 m/s).
- Theo chế độ dòng chảy : Bể lọc trọng lực (hở không áp); Bể lọc áp lực (lọc kín)
- Theo chiều dòng nước: Bể lọc xuôi; Bể lọc ngược; Bể lọc hai chiều.
-
Theo số lượng lớp vật liệu lọc: Bể lọc một lớp, bể lọc hai lớp hay nhiều lớp vật
liệu lọc.

4
1.1.2. Phương pháp hóa học
1. Keo tụ

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp
như: Phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3
; phèn sứt loại FeCl
3
. Các loại phèn này được đưa vào nước
dưới dạng dung dịch hòa tan.
Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành các ion Al
3+
, sau đó các ion
này bị thủy phân thành Al(OH)
3.

Al
3
= 3H
2
O = Al(OH)
3
+ 3H
+
(1-1)
Trong phản ứng thủy phân trên, ngoài Al(OH)
3
là nhân tố quyết định đến hiệu quả
keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H

+
. Các ion H
+
sẽ được khử bằng độ
kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO
3
-
). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của
nước thấp , không đủ để trung hòa ion H
+ thì
cần phải kiểm hóa nước. Chất dùng để kiểm
hóa thông dụng nhất là vôi (CAO). Một số trường hợp khác có thể dùng xô đa (Na
2
CO
3
);
Hoặc xút (NaOH).
2. Khử trùng bằng các chất ôxy hóa mạnh
Clo hóa: Có chức năng sát trùng và bảo vệ nước sau xử lý, chống nhiễm vi sinh
thứ cấp trong quá trình chứa và phân phối tới người sử dụng. Các nhà máy nước thường
áp dụng kỹ thuật sát trùng bằng clo ở mức xung quanh 1mg/lít. Một số nhà máy nước sau
lọc cấp 1 được clo hóa và lọc cấp 2 bằng cát phủ mangan nên xử lý rất tốt. Bản chất của
Clo là một ch
ất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất, khi clo tác
dụng với nước đều cho các phân tử hypoclorit axit HOCL, một hợp chất có năng lực khử
trùng rất mạnh. Quá trình hủy diệt vi sinh vật xảy ra qua hai giai đoạn. Đầu tiên chất khử
trùng khuyết tán xuyên qua vỏ tế bào của vi sinh vật, sau đó phản ứng với men bên trong
tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến diệt vong tế bào. Tố
c độ phản ứng quá
trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua

vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào. Tốc độ quá trình khử trùng
tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, ngoài ra tốc độ khử trùng
còn phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ
tế bào xảy ra nhanh hơ
n cả quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng cũng còn phụ thuộc vào
cả hàm lượng các chất hữu cơ, các cặn lơ lửng và các chất khử khác. Khi trong nước có
hàm lượng cao của các chất này thì tốc độ quá trình khử trùng sẽ giảm đi đáng kể.

5
Khi cho Clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xay ra là quá trình thủy phân
Clo, tạo thành axit hypoclorit và axit clohydric:
Cl
2
+ H
2
O HOCl + HCl (1-2)
Và ở dạng phân ly ta có :
Cl
2
+ H
2
O H
+
+ CLO
-
+ Cl
-
(1-3)
Tượng tự, khi dùng Clorua vôi làm chất khử trùng, ta có phản ứng sau:
Ca(OCl)

2
+ H
2
O CaO + 2HOCl (1-4)
2HOCl 2H
+
+ 2OCl
-
(1-5)
Khi cho clo trực tiếp phản ứng với nước theo phương trình 1-2 nói trên, người ta
cũng nhận thấy rằng, quá trình thủy phân xảy ra theo hai chiều phụ thuộc vào giá trị pH
của môi trường. Thành phần của Cl
2
, HOCL và Cl
-
có trong nước phụ thuộc vào pH như
trình bày ở trên.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, quá trình thủy phân Cl
2
chỉ xảy ra hoàn toàn khi
pH > 4. Hằng số của quá trình thủy phân clo trong nước ở nhiệt độ 25
0
C. HOCl không
phân ly là thành phần khử trùng chính trong nước, thành phần này chỉ có giá trị cao ở pH
thấp, điều đó cũng nói lên rằng quá trình dùng clo để khử nước chỉ có được hiệu quả cao
khi tiến hành ở pH thấp.
Xét về hiệu quả theo thời gian, để tiêu diệt được 99% số vi trùng E.coli có trong
nước với liều lượng 0,1mg/lClo tự do, thời gian cần thiết tăng từ 6 phút khi pH = 6 đến
180 phút khi pH = 11.
Trong hệ thống khử trùng có chứa amoniac hoặ

c các hợp chất có chứa nhóm
amon, lượng Clo tham gia phản ứng để tạo thành Cloramin được gọi là Clo kết hợp, tổng
hàm lượng clo tự do dưới dạng Cl
2
, HOCl và ClO
-
và lượng Clo kết hợp khác nhau mà
lượng Clo kết hợp được gọi là clo hoạt tính khử trùng. Do khả năng diệt trùng của Clo tự
do và Clo kết hợp khác nhau mà lượng Clo dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để
cũng được đánh giá ở các mức khác nhau. Mức Clo dư cần thiết theo các giá trị pH của
môi trường. Tổng lượng Clo cần thiết cho vào nước để đảm bảo sau quá trình khử trùng
có được lượng Clo dư mong muốn thường được xác định trực tiếp bằng thực nghiệm theo
quy định sau:
Cho mẫu nước với lượng bằng nhau vào các bình nghiệm, theo trình tự tăng dần
cho Clo vào các bình nghiệm, khuấy đều rồi để yên trong 30 phút. Phân tích các mẫu để
xác định lượng clo dư. Kết quả trình bày trên biểu đồ theo lượng Clo cho vào và lượng

6
Clo dư thu được như trên. Bằng cách đó có thể xác định được lượng Clo cần cho vào khi
quyết định lượng Clo dư sau xử lý. Ví dụ, khi lượng Clo dư là 0,3mg/h, cần có lượng cho
cho vào là 0,75 mg/l.
Ban đầu Clo phản ứng với các hợp chất chứa nitơ để tạo thành Cloramin, khi tỷ số
phân tử Cl
2
/NH
4+

nhỏ hơn 1,1 quá trình đồng thời tạo ra các mono và đicloramin, tỷ số
nồng độ của các cloramin này phụ thuộcvào giá trị pH của môi trường. Như vậy dư lượng
Clo có trong nước ở gia đoạn đầu đều ở dạng Cloramin. Nếu tiếp tục cho clo vào, tỷ số

phân tủ Cl
2
/NH
4+

sẽ tăng lên trên 1,1; Lúc này bắt đầu xảy ra quá trình oxy hóa mono và
đicloramin bằng axít HOCl theoc các phản ứng sau:
NH
2
Cl + NHCl
2
+ HOCl 4HCl + N
2
O ( 1-6)
NHCl
2
+ HOCl NCl
3
+ H
2
O (1-7)
NHCl
2
+ H
2
O NH(OH)Cl + HCl (1-8)
NH(OH)Cl + 2HOCl HNO
3
+ 3HCl (1-9)
Như vậy hàm lượng Clo dư kết hợp bắt đầu giảm theo mức độ tăng Clo cho vào

nước. Khi tỷ số phân tử cl
2
/NH
4
+
có trong nước tăng đến 2, nghĩa là có 10 mg Cl
2
/1 mg N
ở dạng NH
4+
thì toàn bộ Cloramin đều bị ôxy hóa hàm lượng Clo dư kết hợp giảm xuống
đến gần đến 0. Nếu tiếp tục tăng lượng Clo vào nước sẽ làm cho lượng Clo dư tăng dần
lên, lúc này lượng Clo dư hoàn toàn là lượng clo tự do, chúng có độ hoạt tính cao và năng
lực khử trùng lớn. Như vậy, khi trong nước có chứa amoniac hoặc amon thì lượng Clo
cần thiết cho vào nước trước hết phải đủ để oxy hóa hết Cloramin và do vậ
y cần sử dụng
nhiều hơn mới đảm bảo được hiệu quả khử trùng, Phương pháp tăng lượng Clo như thế
được gọi là phương pháp Clo hóa điểm cực trị.
Nếu hàm lượng amoniac hoặc muối amon quá lớn, có thể chọn liều lượng Clo cho
vào nước. Nghĩa là chọn liều lượng Clo vừa đủ để đảm bảo sau 6 phút tiếp xúc vẫn có
được Clo dư hoạt tính ở
dạng Cloramin. Ví dụ khi pH = 6 lượng cloramin hoạt tính
không được nhỏ hơn 1 mg/l và khi pH = 7 không được nhỏ hơn 1,5 mg/l.
Để khử trùng nước nhiễm bẩn nặng, đặc biệt khi trong nước có nhiều vi trùng có
sức đề kháng cao vói các chất oxy hóa và trong trường hợp cần khử màu, mùi, vị của
nước, có thể sử dụng liều lượng Clo đến 10mg/l hoặc hơn để đảm bảo cả hiệu quả khử
trùng triệt để và cả
việc ôxy hóa các chất gây mùi vị. Tuy nhiên, khi lượng Clo dư sau
khử trùng quá lớn, nhất thiết phải tìm biện pháp khử bớt Clo dư xuống đến tiêu chuẩn cho
phép, từ 0,3 đến 0,5 mg/l.

7
Khi trong nước có chứa phenol, nếu cho Clo vào sẽ tạo ra clophenol gây mùi vị
khó chịu, trong trường hợp này nhất thiết phải tiến hành amoniac hóa trước khi khử
trùng, Quá trình amoniac hóa được thực hiện bằng cách đưa vào nước một lượng
amoniac hoặc muối amon với liều lượng 0,5 đến 1,0 g tính theo NH
+
cho 1g Clo. Kế đó
cho Clo vào nước để chúng kết hợp tạo thành Cloramin và clo sẽ không có khả năng kết
hợp với phenol để tạo ra clophenol. Nếu pH thấp, phản ứng tạo cloramin xảy ra chậm.
Nên tiến hành amoniac hóa khi pH > 7 để tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng và ngăn
ngừa phản ứng phụ tạo ra Clopheol.
Nếu trong nước sau khử trùng có dư lượng NH
3
, quá trình sinh thành Cloramin
cần tiếp tục nhưng sau đó cloramin lại thủy phân thành NH
4
+ và CLO
-
theo phản ứng
sau:
HOCl + NH
3
NH
2
Cl + H
2
O (1-10)
NH
2

Cl + H
2
O NH
4
+
+ ClO
-
(1-11)
Quá trình phân ly cloramin diễn ra chậm vì vậy trong thời gian đầu tác dụng khử
trùng có thấp hơn so với Clo, nhưng theo thời gian, tác dụng khử trùng kéo dài và vẫn có
hiệu quả. Nếu khử trùng bằng cách kết hợp Clo với amoniac một cách hợp lý sẽ giảm
được lượng Clo cần dùng và đạt được hiệu quả cả việc khử mùi vị. Tỷ lệ Clo và amoniac
thường chọn theo thực nghiệm tùy theo chất lượng nước nguồn, th
ường người ta lấy
lượng amoniac bằng 10 đến 25% lượng Clo. Thời gian tiếp xúc tính từ thời điểm quấy
trộn Clo và amoniac trong nước đến thời điểm sử dụng không ít hơn 1 giờ. So với dùng
Clo tự do, thời gian tiếp xúc cần thiết lớn hơn 2 lần.
Khử trùng bằng ôzôn : Là phương pháp tiên tiến và ngày càng được áp dụng rộng
rãi. Ôzôn trong nước không chỉ phá hủy men tế bào vi sinh vật mà còn có khả năng phá
hủy cả nguyên sinh chất của tế bào, trong khi Clo chỉ có thể phá hủy men tế bào. Với các
siêu vi trùng là là vi khuẩn không có men thì ôzôn có tác dụng hơn hẳn Clo. Với lượng
ôzôn dư bằng 0,45 mg/l chỉ sau 2 phút siêu vi trùng có thể bị tiêu diệt, trong khi đó phải
cần đến 1mg/l Clo và thời gian tiếp xúc đến 3 giờ. Với các vi khuẩn dạng bào tử, so với
Clo, ôzôn có tác dụng mạnh hơn 300 đến 600 lần. Ngoài ra, ôzôn còn ôxy hóa các hợp
chất hữu cơ gây ra màu, mùi vị, trong nước tốt hơ
n Clo.
Ôzôn là chất khí có màu ánh tím, hóa lỏng ở nhiệt độ -112
o
C. So với Clo, ôzôn ít
hoàn tan trong nước, độ hòa tan của ôzôn phụ thuộc vào nhiệt độ. Dưới đây là các số liệu

về độ hòa tan của ôzôn theo nhiệt độ.

8
Bảng 1.1 Nhiệt độ và độ hoà tan của ôzôn

TT Nhiệt độ Độ hòa tan của ôzôn
1 0
o
C 1,42 g/l
2 10
o
C 1,04 g/l
3 30
o
C 0,45 g/l
Trong nước ôzôn phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và ôxy nguyên tử. Tốc độ
phân hủy của ôzôn trong nước tăng theo nồng độ muối, độ pH và nhiệt độ. Ôzôn có khả
năng ôxy hóa phenol và không để lại mùi gì. Ôzôn có khả năng ôxy hóa nhanh các ion
Fe
2+
, Mn
2+
, S
2-,
NO
2
-
nhưng lại không ôxy hoá NH
4
+

.
Ngoài phương pháp Clo hóa và ôzôn ta có thể sử dụng phương pháp dùng nattri
hydroclorit NaClO hoặc ion của các kim loại nặng…cho vào nước theo một tỷ lệ đã tính
toán.
1.1.3. Phương pháp lý học
1. Khử khí CO
2
bằng phương pháp làm thoáng
“Nước thô” từ các giếng ngầm, lấy nước ở độ sâu 60-150 mét theo đường ống áp
lực qua công đoạn “Làm thoáng” là công đoạn mà tại đó nước được hòa trộn tối đa với
không khí nhằm giải phóng CO
2
và các khí hòa tan, tăng pH, bão hòa ôxy. Nếu thực hiện
tốt thì quá trình oxy hóa sắt (II) sẽ xảy ra rất tốt trong công đoạn tiếp theo.
2. Khử trùng bằng phương pháp tia tử ngoại
Tia tử ngoại hay còn gọi là tia cực tím, là các tia có bước sóng ngắn có tác dụng
diệt trùng rất mạnh. Nguyên lý khử trùng của tia tử ngoại là dùng các đèn bức xạ tử
ngoại, đặt trong dòng chảy của nước. Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phần tử
Protit của t
ế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thế chúng
bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất
hữu cơ và cặn lơ lửng.
1.2. Các phương pháp xử lý nước trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt trên thế giới
Hiện nay trên thế giới ở các nước có nền kinh tế phát triển như M
ỹ, Nhật Bản, Hàn
Quốc, Trung Quốc, Đài Loan, Singapo, Các nước thuộc khối liên minh châu âu (EU) như
CHLB Đức, Hà Lan…đã xuất hiện một số công nghệ mới, trong công đoạn lắng lọc, khử
trùng của xử lý nước phục vụ sinh hoạt. Như công nghệ thẩm thấu ngược (Reverse

9
Osmosis-RO) hay công nghệ Nano…chất lượng nước khi áp dụng công nghệ này đạt tiêu
chuẩn nước uống tinh khiết, nhưng chi phí tốn kém, giá thành cao, năng suất thấp do đó
việc xử dụng các phương pháp này còn ít được áp dụng trong các nhà máy sản xuất nước
sinh hoạt có công suất lớn. Trên thực tế các nhà máy hiện đang áp dụng phương pháp
sau:
Các phương pháp xử lý nước mặt của một số thành phố ở châu Âu:
Trường hợp áp dụ
ng cho nguồn nước có hàm lượng cặn < 2500mg/l. Phương pháp
xử lý nước cấp của thành phố Essen CHLB Đức được sử dụng công nghệ dùng khí Ôzôn
kết hợp chất keo tụ thay cho phương pháp làm thoáng bằng tháp cao tải hoặc dàn mưa.
Sau đó nước được đưa đến bể lọc nhanh bằng lớp than hoạt tính có kích cỡ 3-5mm dày
0,5m và lớp than phía dưới có cỡ hạt 1,6-2,5mm, dày 0,7m rồi qua lớp cát hạt thô đến bể
lọc chậm, tại đ
ây nước được thu bằng các ống thu nước và được bơm Clo trước khi cấp
vào hệ thống sử dụng.
Đây là phương pháp đơn giản, phù hợp với nguồn nước thô có chất lượng tốt, hiệu
quả cao khi áp dụng cho những nhà máy xử lý nước.


.




Hình 1-1. Sơ đồ xử lý nước cấp của thành phố Essen (CHLB Đứ
c)
Trong trường hợp nguồn nước thô có hàm lượng cặn > 2500mg/l và nhiều tạp chất
thì quá trình xử lý sẽ phức tạp hơn vì nước xử lý phải qua nhiều công đoạn trước khi cấp
vào hệ thống sử dụng. Phương pháp xử lý nước hồ của Hà Lan (hình 1-2). Nước được xử

lý qua nhiều công đoạn trong đó có 3 công đoạn bể chứa; 2 công đoạn lọc; 2 công đoạn
khử
trùng…do đó nước sau khi được xử lí có chất lượng rất cao, đáp ứng được yêu cầu
khi sử dụng.
Bể trộn
Thoát
khí
Chất trợ
keo tụ
Chất keo tụ
Bể lọc
nhanh
Lọc
cát
chậm
Ozon
Từ trạm bơm
cấp I tới
Clo

10

Hình 1-2. Sơ đồ xử lý nước hồ Zevenbergen (Hà Lan)
Phương pháp xử lý nước ngầm tại thành phố Bergen op zoom Hà Lan (Hình1.3):
Nước ngầm được chia làm hai loại:
- Nước ngầm hiếm khí (có oxy): Xử dụng trực tiếp vì trong nước đã có oxy;
- Nước ngầm yếm khí (không có oxy): Trong quá trình nước thấm qua các tầng
đất, đá có khe nứt, oxy bị tiêu thụ. Khi lượng oxy bị tiêu thụ hết do đó các chất dễ
phản
ứng hòa tan với oxy sẽ hình thành như Fe
2+
, Mn
2+

Tóm lại trong nước ngầm có chứa các cation và các chủ yếu là Na
+
, Ca
2+
, Mg
2+
,
Fe
2+
, NH
4
+
và các canion chủ yếu là HCO
3
-

SO
4
2-
, Cl
-
trong đó tổng đương lượng của các
cation bằng tổng đương lượng của các anion.
Phương pháp xử lý nước ngầm tại thành phố Bergen op zoom (Hà Lan). Là một
trong những phương pháp xử lý nước không cần diệt vi khuẩn dưới mọi hình thức, bởi
ngay khi khai thác nước dưới ngầm tại các giếng khoan nước đã không có vi khuẩn. Do
đó chỉ cần xử lý theo sơ đồ trên là nước đã đảm bảo tiêu chuẩn nước s
ạch sinh hoạt.




Hình 1-3. Sơ đồ xử lý nước ngầm tại thành phố Bergen op zoom (Hà Lan)

Làm thoáng
bằng giàn mưa
Lọc cát
nhanh
Bể chứa
nước sạch
Từ trạm bơm
giếng tới
Chảy
tràn
Tuyển
nổi

Lọc
nhanh
NaOH; FeCl
3,

Bể chứa
trung
gian
Bể chứa
nước sạch
Khử trùng NaOCl
Keo
tụ
bông
Bể
nước
thô
Lọc
than
hoạt
tính
Khử trùng NaOCl
Bơm cấp nước sạch

11
Trong công nghệ xử lý nước ngầm (hình 1-4) tại thành phố Bergen op Zoom (Hà
Lan) người ta có thể sử dụng nguồn nước thô từ nhiều giếng khoan, nước thô được đưa
đến trạm xử lý tập trung hoặc có thể nước được xử lý từ các trạm khác nhau thu về bể
chứa nước sạch dung tích lớn để bơm lên tháp, cấp nước cho hệ thống.

Hình 1-4. Sơ
đồ khối công nghệ xử lý nước ngầm
Thành phố Bergen op Zoom (Hà Lan).
Cho đến nay, các nhà máy xử lý nước sinh hoạt thuộc các nước tiên tiến trên thế
giới, vẫn đang sử dụng công nghệ trên. Khi sử dụng công nghệ này chất lượng nước cấp
cho sinh hoạt luôn đảm bảo theo tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước sinh hoạt của Tổ
chức y tế thế giới WHO thể hiện trong bảng 1-2.
Bảng 1.2 - Ch
ỉ tiêu nước sạch
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức tối đa
1 Mầu độ coban < 40
21 giếng sâu 60m

Làm thoáng bằng
Lọc cát nhanh
Làm thoáng bằng
Bể chứa nước trong
2600
m
3
Làm thoáng bằng
Lọc cát nhanh
Làm thoáng bằng
Phân phối tiêu thụ
18 giếng sâu 110m
Bơm lên tháp nước
m
3
/h
Đài nước trong
thành
p
hố 300
m
3
-
Tách H
2
S, CO
2
-
Nhận O
2

- Ôxy hoá Fe
2+,
Mn
2+

- Tách Fe, Mn
- Ỗy hoá NH
4
+

NH
4
NO
2
-
NO
3
-
-
Nhận thêm O
2
-
(Tránh áp suất âm)

- Ổn định khối lượng nước tiêu thụ
- Tăng độ tin cậy của nước
- Ổn định lượng nước cấp
- Duy trì áp suất hệ thống
950 m
3

/h
900 m
3
/h

12
2 Mùi, vị
xác định bằng
cảm quan
Ở 20ºC Không có
o
Ở 60ºC Rất nhẹ
3 Độ trong Dienort cm > 80
4 Độ pH − 6 ÷ 8,5
5 Độ cứng toàn phần, mg canxi cacbonat mg/l < 600
6 Hàm lượng ôxy hòa tan, mg ôxy mg/l > 6
7 Cặn không tan (cặn lơ lửng) mg/l < 30
8 Tổng số colifom VK/100ml < 20
9 Hàm lượng asen mg/l < 0,05
10 Hàm lượng thuốc trừ sâu lân hữu cơ mg/l < 0,01
11 Hàm lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ mg/l < 0,1
12 Dầu mỏ và các hợp chất dầu mỏ mg/l < 0,1
13 Phênon và dẫn xuất phênon mg/l < 0,01
14 Chất hoạt động bề mặt mg/l < 0,5
15 Hàm lượng đihydro sunfua - Không được có
16 Hàm lượng xyanua mg/l < 0,05
17 Hàm lượng thủy ngân mg/l < 0,05
18 Hàm lượng crom mg/l < 0,1
19 Hàm lượng chì mg/l < 0,1
20 Hàm lượng sắt tổng số, (Fe² + Fe³ ) mg/l < 1,5

21
N
hu cầu ôxy hóa sau 5 ngày mg/l > 3
22 Hàm lượng clorua mg/l < 500
23 Hàm lượng nitrit mg/l < 1,0
24 Hàm lượng nitrat mg/l < 50,0
25 Hàm lượng amon mg/l < 10,0
26 16/ Hàm lượng nhôm mg/l < 0,5
27 Độ oxy hóa mg/l < 5
28 Cặn hòa tan (cặn qua lọc) mg/l < 1000
29 Cặn toàn phần sấy ở 110°C mg/l < 2000
30 Fecal colifom - Không được có

13
Nhờ giám sát tốt các quá trình khai thác và bảo quản, việc giữ gìn nguồn nước thô
để cung cấp cho các nhà máy luôn ổn định. Do đó việc đổi mới công nghệ xử lý nước cấp
phục vụ sinh hoạt chỉ áp dụng khi thực sự cần thiết.
1.2.2. Phương pháp xử lý nước sinh hoạt tại Việt Nam
Xử lý nước ngầm:
- Các chất hoà tan trong nước ngầm: O
2
hòa tan trong nước ngầm, dựa vào nồng
độ của ôxy trong nước ngầm có thể chia nước ngầm thành hai nhóm:
* Nước yếm khí
Trong quá trình lọc qua các tầng đất đá. Ôxy trong nước bị tiêu thụ, khi lượng ôxy
bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe
2+
, Mn
2+
sẽ được tạo thành. Hơn nữa, cũng xảy ra

các quá trình khử sau: NO
3
NH
4
+
; SO
4
2-
H
2
S và CO
2
CH
4
* Nước dư lượng oxy hòa tan. Trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như
NH
4
+
, H
2
S, CH
4
… thường khi nước có dư lượng O
2
sẽ có chất lượng tốt.
Khí hydro sunfua (H
2
S) được tạo ra trong điều kiện yếm khí từ ion sunfua với sự
có mặt của vi khuẩn:
2SO

4
2-
+ 14 H
+
8e vi khuẩn 2H
2
S + 2 H
2
O + 6OH
-

Khí metan CH
4
và khí cacbonic CO
2
được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ
các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn:
4C
10
H
18
O
10
+ 2H
2
O 21CO
2
+ 19 CH
4

Có những nguồn nước ngầm chứa tới 40 mg CH
4/
/l nồng độ các tạp chất chứa trong
nước ngầm phụ thuộc vào vị trí địa lý của nguồn nước, thành phần các tầng đất đá trong
khu vực, độ hòa tan của các tạp chất trong nước, sự có mặt của các chất dễ bị phân hủy
bằng sinh hóa trong đất đá. Nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con
người như phân bón, chất thải hóa học, n
ước thải sinh hoạt và công nghiệp, hóa chất bảo
vệ thực vật Các nguồn nước thường chứa các hàm lượng lớn các chất hữu cơ NH
4
+,
PO
4
3-
cũng như các loài vi sinh vật gây bệnh. Xử lý nước ngầm nhiễm bẩn là công việc
khá klhos khăn để đạt các chỉ tiêu chât lượng nước cho sinh hoạt. Do vậy các khu vực
khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần được bảo vệ cẩn thận, tránh bị
nhiễm bẩn nguồn nước. Để bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh vùng khu vực bảo vệ và
quản lý tốt các nguồn th
ải ở khu vực xung quanh.Thành phần chất lượng của nước ngầm
phụ thuộc vào nguồn gốc (miền cấp nước) của nước ngầm, cấu trúc địa tầng và bề dày,
chiều sâu địa tầng (tầng chứa nước) nơi khai thác nước. Ở các khu vực được bảo vệ tốt, ít

14
bị nguồn thải gây ô nhiễm, nước ngầm nói chung được đảm bảo về mặt vệ sinh và có chất
lượng khá ổn định. Phương pháp xử lý nước ngầm khác so với nước mặt vì chất lượng
lượng nước thô có nhiều chất hòa tan trong nước ngầm. Nên trước khi làm sạch nước
ngầm các chất này phải được xác định để có phương pháp phù hợp.
Để xử lý nước sinh hoạt từ nguồn n
ước ngầm các nhà máy thường áp dụng một

trong những phương pháp xử lý nước theo sơ đồ (hình 1-5).




a, Sơ đồ hệ thống xử lý nước có bể lọc nhanh





b, Sơ đồ hệ thống xử lý nước không sử dụng bể lọc nhanh
Hình 1-5. Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm
- Trường hợp xử lý đơn giản : Trường hợp khi nước ngầm có đủ
oxy, có thể sử
dụng trực tiếp không cần xử lý. Tuy nhiên, vấn đề làm mềm nước, điều chỉnh độ PH và
khử trùng vẫn rất cần thiết. Mô hình đơn giản của quá trình xử lý nước ngầm được thể
hiện ở hình dưới đây






Hình 1-6. Mô hình đơn giản xử lý nước ngầm
- Phương pháp xử lý tổng hợp : Nếu nước ngầm không có đủ oxy hòa tan thì các
hợp chất sắt (II), mangan (II), amoon NH
4
và H
2

S có thể xuất hiện. Trong trường hợp đó
việc cần trao đổi khí và sau đó là quá trình lọc trở nên rất cần thiết.
Giàn mưa hay
thùng quạt gió
Bể lắng
tiếp xúc
Bể chứa
nước sạch
Từ trạm bơm
giếng tới
Bể lọc
nhanh
Chất khử trùng
Tháp làm
thoáng cao tải
Bể lọc
tiếp xúc
Bể chứa
nước sạch
Từ trạm bơm
giếng tới
Chất khử trùng

Chỉnh
PH

Clo
hóa
an
toàn

Bể
chứa
nước
sạch
Cl
2
Ca(OH)
2
Giếng


15
Trong quá trình trao đổi khí sẽ xảy ra sự chậm ôxy, tách CH
4,
H
2
S và khử CO
2
.
Trong quá trình lọc tiếp theo, cac ion sắt và mangan (II) sẽ bị oxy hóa tách ra, đồng thời
một lượng nhỏ amoniac (1,5mg/l) có thể được oxy hóa thành nitrat bằng quá trình sinh
học. Cần nhấn mạnh rằng, trong các trường hợp này, lọc được coi là một thiết bị phản
ứng trong đó quá trình hóa học và sinh học xảy ra Việc điều chỉnh độ pH sau lọc là
Ca(OH)
2
, NaOH hoặc Na
2
CO
3
, tùy thuộc vào từng loại nước ngầm để phù hợp với các

quá trình nói trên. Hình 1-7 mô tả xử lý nước ngầm phức tạp hơn. Trong một số trường
hợp, thời gian lưu của lọc không đủ để khử sắt (II) kết hợp với ô xy tạo thành sắt (III),
giải pháp đề ra là dùng dung dịch chất ôxy hóa khủ để O
2
hóa khử như Cl, K, O
3
.
















Hình 1-7. Các sơ đồ xử lý nước ngầm có làm thoáng và lọc.
1. Làm thoáng; 2. Lọc; 3. Điều chỉnh pH; 4. Clo hoá; 5. Bể chứa nước sạch
Tách mangan đôi khi cũng là một vấn đề, phương án tốt nhất là tăng pH lên 8,3
trước, tuỳ theo chất lượng khi lọc, vì ở điều kiện đó mangan có thể bị khử với oxy. Để
tách hàm lượng lớn amoniac (lớn hơn 1 mg/l), ng
ười ta sử dụng phương pháp lọc khô.
Amoniac cần được oxy hoá hoàn toàn hành nitrat nên cần một lượng oxy khá lớn và

lượng oxy đó không có đủ trong quá trình lọc cát nhanh kiểu lọc ướt. Lọc khô cũng có
1
1
1
2
2
2
1
1
3
3
3
5
5
5
Giếng
Giếng
Giếng
Ca(OH)
Ca(OH)
Ca(OH)
Cl
2
4