Duy trì áp suất đường ống sử dụng biến tần bằng PID

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
THEO GIÁ TRỊ ĐẶT ÁP SUẤT TRONG CÁC NHÀ MÁY
CÔNG NGHIỆP

Giáo viên hưỡng dẫn

: TH.S NGHIÊM XUÂN THƯỚC

Nhóm sinh viên thực hiện: ĐÀO QUANG LINH
LÊ DUY THÁI
DƯƠNG XUÂN QUÂN
LÊ NGỌC DUY

HÀ NỘI- 2020


LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là một phần quan trọng nhất trong quá trình học tập của
mỗi sinh viên. Qua đó, đồ án tốt nghiệp thể hiện sự hiểu biết tích lũy kiến
thức của mỗi sinh viên khi học trên ghế nhà trường cũng như kiến thức thực
tế học được trong quá trình tìm tòi, nghiên cứu thực hiện đồ án.
Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này chúng em sẽ rời ghế của giảng đường
đại học đã gắn bó với 4 năm sinh viên để bước ra ngoài cuộc sống và làm việc
tại các nhà máy với công việc ứng với kiến thức chúng em được học khi còn

trên ghế nhà trường để góp phần vào việc đưa đất nước ta trở thành một đất
nước có nền công nghiệp hóa và hiện đại hóa phát triển.
Để hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp, đầu tiên cho phép chúng em xin được
bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Điện - Trường Đại Học
Công Nghiệp Hà Nội nói chung và bộ môn tự động hóa nói riêng đã truyền
đạt những kiến thức quý báu, bố ích trong thời gian học tập tại nhà trường. Để
giúp chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp và nền tảng kiến thức
chuyên môn vững chắc sau khi ra trường.
Nhóm sinh viên thực hiện xin được trân trọng gửi lời cảm ơn đến thầy giáo
Th.s Nghiêm Xuân Thước đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, cung cấp tài liệu và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt quá trình nghiên cứu, tìm
hiểu và xây dựng đồ án tốt nghiệp này.
Nhóm sinh viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy cô và các bạn!
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN
Đào Quang Linh
Lê Duy Thái
Dương Xuân Quân
Lê Ngọc Duy


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỠNG DẪN

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
451256+
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Hà Nội, ngày...... tháng........ năm 2020
Giáo viên


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Hà Nội, ngày...... tháng........ năm 2020
Giáo viên


1
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng......................................................................18

Bảng 2.1 Bảng dữ liệu về CPU họ 22x...........................................................................29
Bảng 2.2 Chức năng các nút ấn trên màn hình BOP – 2 của biến tần.............................38
Bảng 2.3 Trình tự truy cập thông số bằng màn hình BOP – 2 của biến tần....................39
Bảng 2.4 Các tham số cơ bản khi cài đặt biến tần..........................................................41
Bảng 2.5 Các lỗi người vận hành có thể reset được........................................................43
Bảng 2.6 Các lỗi người vận hành không thể reset được..................................................43
Bảng 2.7 Các cảnh thường bắt đầu bằng chữ “A”...........................................................44


2

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Nguồn nước mặt...............................................................................................10
Hình 1.2 Nguồn nước ngầm............................................................................................11
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cấp nước dùng nguồn nước ngầm...........................................22
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống cấp nước dùng nguồn nước mặt..............................................23
Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm...................................................................24
Hình 2.4 Hình ảnh về giàn mưa của hệ thống nhà máy..................................................25
Hình 2.5 Bể lọc nhanh.....................................................................................................25
Hình 2.6 Bể chứa nước sạch............................................................................................26
Hình 2.7 Máy xác định clo dư.........................................................................................27
Hình 2.8 Máy bơm khí clo...............................................................................................27
Hình 2.9 Trạm bơm cấp II...............................................................................................27
Hình 2.10 Bộ điều khiển lập trình CPU 224...................................................................28
Hình 2.11 Khả năng truyền thông tin của PLC S7-200...................................................31
Hình 2.12 Hình dáng bên ngoài của biến tần MM430....................................................34
Hình 2.13 Sơ đồ đấu nối các chân MM430.....................................................................36
Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của MM430........................................................................37
Hình 2.15 Cảm biến áp suất............................................................................................45
Hình 2.16 Cảm biến mức nước........................................................................................46

Hình 2.17 Van 1 chiều.....................................................................................................47
Hình 2.18 Van điện..........................................................................................................48
Hình 3.1 Đặc tính cơ động cơ thang máy........................................................................50
Hình 3.2 Mạch phản hồi..................................................................................................50
Hình 3.3 Hệ thống điều khiển dùng một bơm công suất lớn...........................................51
Hình 3.4 Hệ thống điều khiển dùng 4 bơm công suất nhỏ..............................................52
Hình 3.5 Mô hình điều khiển hệ thống dùng PLC kết hợp biến tần................................53
Hình 3.6 Mô hình hệ thống chỉ dùng biến tần, không dùng PLC....................................54
Hình 3.7 Cấu trúc điều khiển PID...................................................................................62
Hình 3.8 Sơ đồ ghép nối staging.....................................................................................63


3
Hình 3.9: Cách nối động cơ bên ngoài vào hệ thống......................................................63
Hình 3.10: Cách ngắt các động cơ phụ khỏi hệ thống.....................................................64
Hình 3.11: Nguyên lý hoạt động gọi bơm.......................................................................66
Hình 3.12: Nguyên lý hoạt động gọi bơm.......................................................................66
Hình 3.15 Sơ đồ đấu nối biến tần....................................................................................68
Hình 3.16 Sơ đồ mạch điều khiển bơm vào bể lọc..........................................................73
Hình 3.17 Sơ đồ mạch lực bơm vào vào mạng tiêu dùng...............................................76
Hình 3.18 Sơ đồ mạch lực bơm vào bể lọc.....................................................................77
Hình 4.1: Sơ đồ mô hình điều khiển đấu nối hệ thống....................................................78
Hình 4.2 Mô hình thu nhỏ điều khiển áp suất.................................................................83
Hình 4.3 Điện trở công suất 470 Ω..................................................................................83


4

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, nhu cầu sử dụng

nước của người dân cho sinh hoạt, cho hoạt động công nghiệp dịch vụ là rất
lớn. Hiện nay, nguồn nước từ thiên nhiên là nguồn cung cấp nước chính, chủ
yếu là nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Tuy nhiên nguồn nước từ thiên
nhiên có chất lượng rất khác nhau và phần lớn bị ô nhiễm từ các hoạt động
sinh hoạt công nghiệp của con người. Vì vậy trước khi đưa vào sử dụng cần
phải tiến hành xử lý chúng.
Nhà máy nước Tiên Lãng là một trong những cơ sở của công ty cấp nước
Hải Phòng, chuyên xử lý và cung cấp các nguồn nước sạch cho thành phố.
Nhà máy hiện đang sử dụng nguồn nước ngầm ở dưới lòng đất để xử lý. Do
đặc trưng của nguồn nước này luôn thay đổi về thành phần, tính chất nên cần
phải giám sát chặt chẽ nguồn nước thô trước khi đưa vào xử lý, đồng thời dây
chuyền công nghệ luôn luôn phải thay đổi cho phù hợp.
Trên nền tảng những kiến thức đã học từ nhà trường và muốn vận dụng vào
thực tế chúng em xây dựng để tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển lưu lượng
theo giá trị đặt áp suất trong các nhà máy công nghiệp”. Nhằm mục đích
nắm bắt kiến thức, kinh nghiệm từ quá trình thực tập và góp phần cải tiến
nâng cao dây chuyển công nghệ xử lý nước cấp cho sinh hoạt của nhà máy
nước Tiên Lãng – Hải Phòng.
Đề tài nhóm thực hiện bao gồm 4 chương:
Chương 1 - Tìm hiểu các phương pháp xử lý nguồn nước cấp cho các khu
đô thị và khu công nghiệp.
Ở chương này nhóm thực hiện đã nêu ra những tổng quan về nước sạch và
tầm quan trọng của nước sạch. Bên cạnh đó cũng nêu ra các phương pháp xử
lý cơ bản và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của nước sạch.


5

Chương 2 - Công nghệ và các thiết bị xử lý nguồn nước cho các khu đô
thị và khu công nghiệp.

Ở chương này nhóm thực hiện đã nêu ra những công nghệ xử lý nước đang
được ứng dụng và đồng thời nhóm cũng thực hiện nêu sơ lược các thiết bị
dùng trong xử lý nguồn nước, cấp nước cho mạng tiêu dùng.
Chương 3 - Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cung cấp nguồn nước
cho khu đô thị.
Ở chương này nhóm thực hiện đã nêu ra sơ đồ công nghệ của hệ thống và
thiết kế mạch điều khiển tự động cung cấp nguồn nước cho khu đô thị. Qua
đó, lựa chọn phương pháp để tiến hành thiết kế một hệ thống điều khiển tự
động.
Chương 4- Xây dựng mô hình, đánh giá kết quả đạt được và kết luận.
Từ 3 chương, nhóm thực hiện đã áp dụng những gì tìm hiểu và đã làm ra
mô hình thực nghiệm của hệ thống, qua mô hình để đánh giá kết quả và nêu
phương hướng phát triển.
Dù đã cố gắng nhiều, tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Vậy nên, chúng em rất mong được sự chỉ bảo của
thầy, cô để chúng em có thể hoàn thiện thêm kiến thức của mình.


6

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................1
DANH MỤC HÌNH ẢNH.........................................................................................2
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................4
MỤC LỤC................................................................................................................. 6
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC CẤP
CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP..............................................9
1.1. Tổng quan về nước sạch và tầm quan trọng của nước sạch
9

1.1.1. Tầm quan trọng của nước sạch và xứ lý nước sạch 9
1.1.2. Mục địch của các quá trình xử lý nước

10

1.1.3. Các loại nguồn nước dùng cho cấp nước

10

1.2. Các phương pháp xử lý cơ bản
1.2.1. Phương pháp cơ học

11

11

1.2.2. Phương pháp hóa học 12
1.2.3. Phương pháp lý học

12

1.2.4. Phương pháp vi sinh

12

1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước
1.3.1. Các chỉ tiêu hóa học

12

1.3.2. Các chỉ tiêu vật lý

14

1.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh

17

12

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ VÀ CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC CHO
CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP.....................................................19
2.1. Các công nghệ xử lý cấp nước
19
2.1.1. Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới

19

2.1.2. Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam

20

2.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ nhà máy nước Tiên Lãng - Hải Phòng 24
2.2.1. Công trình thu nước ngầm

24


7
2.2.2. Giàn mưa (làm thoáng tự nhiên)

2.2.3. Bể lọc nhanh

24

25

2.2.4. Bể chứa nước sạch

25

2.2.5. Nhà khử trùng 26
2.2.6. Trạm bơm cấp II

27

2.3. Tổng quan về các thiết bị được sử dụng trong hệ thống 28
2.3.1. Bộ điều khiển logic PLC S7-200

28

2.3.2. Biến tần MM430 của SIEMENS

34

2.3.3. Cảm biến áp suất

44

2.3.4. Cảm biến mức nước 3 que

45

2.3.5. Van 1 chiều công nghiệp

46

2.3.6. Van điện 47
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CUNG CẤP
NGUỒN NƯỚC CHO KHU ĐÔ THỊ.....................................................................49
3.1. Đặt vấn đề 49
3.1.1. Lưu lượng sử dụng nước thay đổi theo thời gian
3.1.2. Phụ tải thang máy thay đổi

49

49

3.1.3. Kết luận 51
3.1.4. Hệ thống điều khiển dùng một bơm công suất lớn 51
3.1.5. Hệ thống điều khiển dùng 4 bơm công suất nhỏ

51

3.1.6. Lựa chọn phương pháp53
3.2. Quy trình cài đặt biến tần 55
3.3. Thiết kế và phân tích sơ đồ mạch cho hệ thống 67
3.3.1. Mạch điều khiển bơm vào mạng tiêu dùng 67
3.3.2. Mạch điều khiển bơm vào bể lọc

72

3.3.3. Sơ đồ mạch lực 75
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ
KẾT LUẬN.............................................................................................................78


8
4.1. Xây dựng mô hình 78
4.1.1. Xây dựng sơ đồ mô hình

78

4.1.2. Cài đặt biến tần 79
4.2. Kết quả đạt được

82

4.3. Phương hướng phát triển của đề tài

84

KẾT LUẬN.............................................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................87


9
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN
NƯỚC CẤP CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP
1.1. Tổng quan về nước sạch và tầm quan trọng của nước sạch
Xứ lý nước sạch là quá trình loại bỏ các chất bẩn, các chất hòa tan trong

nước bằng dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý đạt
yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp theo tiêu chuẩn quy định.
1.1.1. Tầm quan trọng của nước sạch và xứ lý nước sạch
Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặc biệt trong việc
điều hòa khí hậu và duy trì sự sống trên trái đất. Hàng ngày cơ thể con người
cần 2 đến 10 lít nước cho các hoạt động sống, lượng nước này đi vào cơ thể
qua đường thức ăn. Nước cũng thực hiện các quá trình trao đổi chất và trao
đổi năng lượng sau đó thải ra ngoài theo con đường bài tiết. Ngoài ra, con
người còn sử dụng nước cho các hoạt động khác như tắm, rửa, nấu nướng . . .
Hiện nay, nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát triển dân số và
mức sống. Tùy thuộc vào mức sống của người dân và tùy từng vùng mà nhu
cầu sử dụng nước là khác nhau. Định mức cấp nước cho dân đô thị là 150
lít/người/ngày, cho khu vực nông thôn là 40 – 70 lít/người/ngày. Hiện nay, tổ
chức Liên Hợp Quốc đã thống kê có một phần ba các điểm dân cư trên thế
giới thiếu nước sạch sinh hoạt. Do đó, người dân phải dùng các nguồn nước
không sạch, điều này dẫn đến hàng năm có tới 500 triệu người mắc bệnh và
10 triệu người bị chết, 80% các trường hợp mắc bệnh tại các nước đang phát
triển có nguyên nhân từ việc dùng các nguồn nước bị ô nhiễm. Vấn để xử lý
nước và cung cấp nước sạch, chống ô nhiễm nguồn nước do tác động của
nước thải sinh hoạt và sản xuất đang là vấn để đáng quan tâm đặc biệt.
Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượng nước cấp, trong
đó các chỉ tiêu cao thấp khác nhau. Nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải
đảm bảo an toàn vệ sinh về số vi trùng có trong nước, không có chất độc hại
làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà các nguồn nước trong thiên nhiên
ít khi đảm bảo các tiểu chuẩn đó. Do tính chất có sẵn của nguồn nước hay bị


10
tác động ô nhiễm, tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về chất
lượng nước cấp mà cần phải có quá trình xử lý nước thích hợp đảm bảo cung

cấp nước có chất lượng tốt và ổn định cho các nhu cầu sử dụng.
1.1.2. Mục địch của các quá trình xử lý nước
- Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hóa học, vi trùng học
để thỏa mãn các nhu cầu về ăn uống, sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp
và phục vụ sinh hoạt công cộng.
- Cung cấp nước có chất lượng tốt, không chứa các chất gây vẩn đục, gây
ra màu, mùi và vị của nước.
- Cung cấp nước có đủ thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo vệ
sức khỏe của người tiêu dùng.
- Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng
nước cấp cho ăn uống sinh hoạt.
1.1.3. Các loại nguồn nước dùng cho cấp nước
1.1.3.1. Nguồn nước mặt
Nước mặt là nguồn nước được hình thành trên bề mặt trái đất bao gồm:
sông, suối, ao hồ, kênh mương... Do có sự kết hợp của các dòng chảy từ nơi
có địa hình cao đến nơi có địa hình thấp. Nước mặt có các đặc trưng: chứa các
khí hòa tan (O2, CO2 ...), có hàm lượng hữu cơ cao, có độ mặn, có sự xuất
hiện của các loài thực vật thủy sinh (tảo, rong).

Hình TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC CẤP
CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP.1 Nguồn nước mặt


11
1.1.3.2. Nguồn nước ngầm
Là nguồn nước được khai thác từ các tầng chứa nằm dưới mặt đất. Chất
lượng nước ngầm phụ thuộc vào cầu trúc địa tầng mà nước thấm qua. Nước
ngầm có các đặc trưng: độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hóa học ổn định,
nước thiếu khí O2, nhưng chứa nhiều khí H2S, CO2.... chứa nhiều chất khoáng
hòa tan, đặc biệt là sắt và mangan.

Hình TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC CẤP
CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP.2 Nguồn nước ngầm
1.1.3.3. Nguồn nước mưa
Là nguồn nước được hình thành do quá trình tự nhiên như: bay hơi, gió
bão, tạo thành mưa rơi xuống mặt đất ở một phạm vi nhất định. Đặc trưng của
nguồn mước mưa: có chất lượng tốt, bão hòa CO 2. Tuy nhiên, nước mưa hòa
tan các chất hữu cơ và vô cơ trong không khí và bể mặt trái đất, đồng thời lưu
lượng không ổn định nên ít được sử dụng và chỉ sử dụng trong một số nơi có
khó khăn về nước.
1.2. Các phương pháp xử lý cơ bản
Trong quá trình xử lý nước cấp cần phải áp dụng các biện pháp xử lý sau:
1.2.1. Phương pháp cơ học
Nước từ nguồn bơm cấp 1 phun qua giàn mưa thành những tia nhỏ để oxy
của không khí tác dụng với Fe2+ thành Fe3+. Nước sau khi qua giàn mưa được
dẫn đi đến bể lắng rồi đến bể lọc chứa các vật liệu lọc (than hoạt tính, cát,
đá...).


12
1.2.2. Phương pháp hóa học
Là phương pháp dùng hóa chất, các phản ứng hóa học trong quá trình xử lý
nước:
- Nếu nước có độ đục cao chứng tỏ có nhiều tạp chất hữu cơ, vi sinh vật
phù du thì dùng phèn và chất tạo keo tụ.
- Nước có chứa nhiều ion kim loại (có độ cứng lớn) thì xứ lý bằng vôi, xô
đa hoặc dùng phương pháp trao đổi ion.
- Nước chứa nhiều khí hòa tan H2S thì xử lý bằng phương pháp oxy hóa,
clo hóa, phèn.
- Nước chứa nhiều sắt thì oxy hóa Fe2+ bằng oxy không khí (làm thoáng

giàn mưa, thùng gió) hoặc dùng các chất oxy hóa để khử...
- Nước chứa nhiều mangan tương tự như xử lý sắt, đó là khử mangan bằng
cách làm thoáng hay dùng các chất oxy hóa mạnh như clo, ozon, kali
penmangannat, để oxy hóa Mn2+ thành Mn4+.
- Nước có chứa nhiều vi khuẩn thi phải khử trùng bằng clo, ozon.
1.2.3. Phương pháp lý học
Là biện pháp 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 hòa tan trong nước...
1.2.4. Phương pháp vi sinh
Trên thế giới hiện nay phương pháp xứ lý bằng vi sinh đang được nghiên
cứu và có một số nơi đã áp dụng. Trong phương pháp này một số loại vi sinh
đã được nuôi cấy và đưa vào quá trình xử lý nước với liều lượng nhỏ nhưng
hiệu quả cao. Tuy nhiên cho đến nay những kết quả nghiên cứu của phương
pháp này vẫn chưa sử dụng rộng rãi.
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước
1.3.1. Các chỉ tiêu hóa học
Độ cứng của nước


13
Độ cứng của nước gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trong nước. Chúng
phản ứng với một số anion tạo thành kết tủa. Các ion hóa trị 1 không gây nên
độ cứng của nước. Trên thực tế vì các ion Ca 2+ và Mg2+ chiếm hàm lượng chủ
yếu trong các ion đa hóa trị nên độ cứng của nước xem như là tổng hàm lượng
của các ion Ca2+ và Mg2+. Người ta phân biệt các loại độ cứng khác nhau:
- Độ cứng carbonat (thường được ký hiệu CH: Carbonate Hardness): là độ
cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ tồn tại dưới dạng HCO3-. Độ cứng
carbonat còn được gọi là độ cứng tạm thời vì sẽ mất đi khi bị đun sôi.
- Độ cứng phi carbonat (thường được ký hiệu là NCH: Non-Carbonate
Hardness) là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca 2+ và Mg2+ liên kết với các

anion khác HCO3-, như SO42-, Cl- .. Độ cứng phi carbonat còn được gọi là độ
cứng thường trực hay độ cứng vĩnh cữu.
Độ pH của nước
PH có định nghĩa về mặt toán học: pH = - log [H+], pH là một chỉ tiêu cần
được xác định để đánh giá chất lượng nguồn nước. Sự thay đổi pH dẫn tới sự
thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kết tủa, sự hòa tan, cân bằng
carbonat), các quá trình sinh học trong nước. Giá trị pH của nguồn nước góp
phần quyết định phương pháp xử lý nước, pH được xác định bằng máy đo pH
hoặc bằng phương pháp chuẩn độ.
Độ oxi hóa (mg/I O2, hay KMnO4)
Là lượng oxi cần thiết để oxi hóa hết các hợp chất hữu cơ có trong nước.
Chỉ tiêu oxi hóa là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn
nước. Độ oxi hóa của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và
chứa nhiều vi trùng.
Hàm lượng sắt
Sắt chỉ tồn tại dạng hòa tan trong nước ngầm dưới dạng muối Fe 2+ của
HCO3- SO42-, Cl-. Còn trong nước bề mặt, Fe 2+ nhanh chóng bị oxy hóa thành
Fe3+ và bị kết tủa dưới dạng Fe(OH)3.


14
2Fe(HCO3)2 + 0,5O2 + H2O  2Fe(OH)3 + 4CO2
Với hàm lượng sắt lớn hơn 0.5 mg/lít nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng
quần áo khi giặt... Các cặn kết tủa của sắt có thể gây tắc nghẽn ổng dẫn nước.
Trong quá trình xử lý nước, sắt được loại bằng phương pháp thông khí và keo
tụ.
Hàm lượng mangan (mg/lít)
Mangan thường được gặp trong nước ngầm ở dạng mangan (II), nhưng với
hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều. Tuy vậy với hàm lượng mangan > 0.05 mg/l
đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt. Công

nghệ khử mangan thường được kết hợp với khử sắt trong nước.
Iốt và Flo
Thường gặp trong nước dưới dạng ion và chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến
sức khỏe của con người. Hàm lượng flo có trong nước ăn uống nhỏ hơn
0.7mg/l dễ gây bệnh đau rằng, lớn hơn 1.5mg/l sinh hỏng men răng. Ở những
vùng thiếu iốt thường xuất hiện bệnh bướu cổ, ngược lại nếu lốt quá nhiều
cũng gây tác hại cho sức khỏe.
Các chất khí hòa tan (mg/lít)
Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn. Khí
CO2 hòa tan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên.
Trong kĩ thuật xử lý nước, sự ổn định của nước có vai trò rất quan trọng,
việc đánh giá độ ổn định trong sự ổn định nước được thực hiện bằng cách xác
định hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự do, lượng CO2 cân bằng là lượng
CO2 đúng bằng lượng ion HCO3- cùng tồn tại trong nước.
1.3.2. Các chỉ tiêu vật lý
Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy
ra trong nước. Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào
thời gian trong ngày, vào mùa trong năm... Nước mặt có nhiệt độ thay đổi


15
theo nhiệt độ môi trường. Ví dụ: ở miền bắc Việt Nam nhiệt độ nước thường
dao động từ 13°C đến 34°C, trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt
ở miền nam tương đối ổn định hơn (26 - 29°C).
Độ màu
Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: các hợp chất sắt,
mangan không hòa tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra
màu vàng, còn các loại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị
nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc

đen.
Nước nguyên chất không có màu. Màu sắc mạng tính chất cảm quan và gây
nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng.
Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu platin - coban. Nước
thiên nhiên thường có đo màu thấp hơn 200 độ (PtCo). Độ màu biểu kiến
trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng bị loại bỏ
bằng phương pháp lọc. Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước phải dùng
các biện pháp hóa lý kết hợp.
Độ đục
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục được xác định bằng chiều sâu
lớp nước thấy được (gọi là độ trong) mà ở độ sâu đó người ta vẫn đọc được
hàng chữ tiêu chuẩn. Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nước còn thấy được
càng lớn. Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1m (hay độ
đục nhỏ hơn 10 NTU).
Mùi vị
Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất
hữu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên. Nước
thiên nhiên có thế có mùi tanh hay hôi thối, mùi đất. Nước sau khi khử trùng
với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol.


16
Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể
có các vi mặn, ngọt, chát, đắng...
Độ nhớt
Độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch
chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau. Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất
áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng quá trình xử lý nước. Độ nhớt
tăng khi hàm lượng các muối hòa tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ
tăng.

Độ dẫn điện
Nước có tính dẫn điện kém. Nước tính khiết ở 20°C có độ dẫn điện là
4,2µS/m. Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoảng hòa tan
trong nước, và dao động theo nhiệt độ.
Thông số này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng
hòa tan trong nước.
Tính phóng xạ
Tính phóng xạ của nước là do sự phân hủy các chất phóng xạ có trong nước
tạo nên. Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các chất này
có thời gian bán phân hủy rất ngắn nên nước thường vô hại. Tuy nhiên khi bị
nhiễm bẩn phóng xạ từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có
thể vượt quá giới hạn cho phép.
Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường được dùng để xác định
tính phóng xạ của nước. Trong đó các hạt α bao gồm 2 proton và 2 nơtron có
năng lượng xuyên thấu nhỏ, nhưng có thể xuyên vào cơ thể sống qua đường
hô hấp hoặc tiêu hóa, gây tác hại cho cơ thể do tính ion hóa mạnh. Các hạt β
có khả năng xuyên thấu mạnh hơn, nhưng dễ bị ngăn lại bởi các lớp nước và
cũng gây tác hại cho cơ thể.


17
1.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh
Trong nước thiên nhiên có nhiểu loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo và các
loài thủy vi sinh khác. Tùy theo tính chất, các loại vi sinh trong nước có thể
vô hại hoặc có hại.
Nhóm có hại bao gồm các lại vi trùng gây bệnh, các loại rong rêu, tảo ...
Nhóm này cần phải loại bỏ khói nước trước khi sử dụng. Các vi trùng gây
bệnh như kiết lỵ, thương hàn, dịch tả ... thường khó xác định chủng loại.
Trong chất thải của người và động vật luôn có loại vi khuẩn E.Coli sinh sống
và phát triển. Sự có mặt của E.Coli trong nước chứng tỏ nguồn nước đã bị ô

nhiễm bởi phân rác, chất thải của người và động vật và như vậy cũng có khả
năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác.
Số lượng E.coli nhiều hay ít tùy thuộc mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước.
Đặc tính của khuẩn E.Coli là khả năng tồn tại cao hơn các loại vi khuẩn, vi
trùng gây bệnh khác nên nếu sau khi xử lý nước, nếu trong mước không còn
phát hiện thấy E.Coli thì điều đó chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã
bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định số lượng E.Coli thường đơn giản và
nhanh chóng nên loại vi khuẩn này thường được chọn làm vi khuẩn đặc trưng
trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước.
Người ta phân biệt trị số E.Coli và chỉ số E.Coli:
- Trị số E.Coli là đơn vị thể tích nước có chứa 1 vi khuẩn E.Coli.
- Chỉ số E.Coli là số lượng vi khuẩn E.Coli có trong 1 lít nước.
Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến quy định trị số
E.Coli không nhỏ hơn 100 ml, nghĩa là cho phép chỉ có 1 vi khuấn E.Coli
trong 100 ml nước (chỉ số E.Coli tương ứng là 10). TCVN quy định chỉ số
E.Coli của nước sinh hoạt phải nhỏ hơn 20.


18

Các chỉ tiêu chất lượng được giới hạn trong bảng 1.1:
Bảng TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC CẤP
CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP.1 Giới hạn các chỉ
tiêu chất lượng


19

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ VÀ CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ NGUỒN
NƯỚC CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP

2.1. Các công nghệ xử lý cấp nước
2.1.1. Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới
Theo lịch sử ghi nhận hệ thống cấp nước đô thị xuất hiện sớm nhất tại La
Mã vào năm 800 TCN. Điển hình là công trình dẫn nước vào thành phố bằng
kênh tự chảy, trong thành phố nước được đưa đến các bể tập trung từ đó theo
đường ống dẫn nước đến các nhà quyền quý và bể chứa công cộng cho người
dân sử dụng. Khoảng 300 năm TCN đã biết khai thác nước ngầm bằng cách
đào giếng. Người Babilon có phương pháp nâng nước lên độ cao khá lớn bằng
ròng rọc, guồng nước.
Thế kỷ thứ XII, các thành phố ở Châu Âu đã có hệ thống cấp nước. Thời đó
chưa có các loại hóa chất phục vụ cho việc keo tụ xử lý nước mặt, người ta
phải xây dựng các bể lắng có kích thước rất lớn (gần như lắng tĩnh) mới lắng
được các hạt cặn bé. Do đó công trình xử lý rất cồng kểnh, chiếm diện tích và
kinh phí xây dựng lớn. Năm 1600 việc dùng phèn nhôm để keo tụ nước được
các nhà truyền giáo Tây Ban Nha phổ biến tại Trung Quốc. Năm 1800 các
thành phố ở châu Âu, châu Mỹ đã có hệ thống cấp nước khá đầy đủ thành
phần như công trình thu, trạm xử lý, mạng lưới.
Năm 1810 hệ thống lọc nước cho thành phố được xây dựng tại PaisayScotlen. Năm 1908 việc khử trùng nước uống với quy mô lớn tại Niagara
Falls, phía Tây Nam New York. Thế kỷ XX, kỹ thuật cấp nước ngày càng đạt
tới trình độ và còn tiếp tục phát triển, các loại thiết bị cấp nước ngày càng đa
dạng phong phú và hoàn thiện. Thiết bị dùng nước trong hộ gia đình luôn
được cải tiến để phù hợp và thuận tiện cho người sử dụng. Kỹ thuật điện tử và
tự động hóa cũng được sử dụng rộng rãi trong cấp thoát mước. Có thế nói kỹ


20
thuật cấp nước đã đạt đến trình độ rất cao về công nghệ xử lý, máy móc trang
thiết bị và hệ thống cơ giới hóa, tự đông hóa trong vận hành, quản lý.
2.1.2. Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam
2.1.2.1. Cấp nước đô thị - Các loại mô hình cấp nước sinh hoạt đô thị

Ở Việt Nam, hệ thống cấp nước đô thị được bắt đầu bằng khoan giếng
mạch nông tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh vào năm 1894 và nhiều đô thị
khác như Hải Phòng, Đà Nẵng ... Hệ thống cấp nước đã xuất hiện, trên cơ sở
khai thác cả nước ngầm và nước mặt. Hiện nay hầu hết các khu đô thị đã có
hệ thống cấp nước. Nhiều trạm cấp nước đã áp dụng công nghệ tiên tiến của
các nước phát triển như Pháp, Phần Lan, Australia... Những trạm cấp nước
cho các thành phố lớn đã áp dụng công nghệ tiền tiến và tự động hóa. Hiện
nay, Đảng và nhà nước đang quan tâm đến vấn đề cấp nước cho nông thôn,
đòi hỏi các chuyên gia trong lĩnh vực cấp nước cần phải đóng góp sức mình
và sáng tạo nhiều hơn để đáp ứng yêu cầu thực tế.
Hiện nay ở đô thị sử dụng nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Ngoài ra,
một số hộ vùng ven đô và nông thôn có sử dụng cả nước mưa. Trong toàn
quốc, tỷ lệ sử dụng nguồn nước mặt khoảng 60%, nước ngầm khoảng 40%. Ở
các thành phố lớn, các nhà máy nước (NMN) có công suất khoảng từ vài chục
ngàn m3/ngày.đêm tới vài trăm ngàn m3/ngày.đêm. Tiêu biểu như: NMN Thủ
Đức (TP HCM) có tổng công suất 1.200.000 m 3/ngày đêm, các NMN xứ lý
nước ngầm ở Hà Nội có công suất từ

30.000 - 60.000 m 3/ngày.đêm (thường

chia thành đơn nguyên 30.000 m3/ngày.đêm, xây dựng thành từng đợt, NMN
Sông Đà 600.000 m3/ngày.đêm, giai đoạn 1 đã xây dựng 1 đơn nguyên
300.000m3/ngày.đêm đã hoạt động). Tại các thành phố, thị xã trực thuộc tỉnh,
các nhà máy nước có công suất phổ biến từ 10.000m3/ngày.đêm tới
30.000m3/ngày.đêm. Các trạm cấp nước của các thị trấn thường có công suất
từ 1000m3/ngày.đêm tới 5.000m3/ngày.đêm, phổ biến nhất xung quanh
2.000m3/ngày.đêm.
Công nghệ và công trình xử lý nước

21
+ Công nghệ xử lý nước mặt phố biến là:
Keo tụ + lắng + lọc nhanh trọng lực + khử trùng
+ Công nghệ xử lý nước ngầm chủ yếu là khử sắt (hoặc khử mangan) bằng
phương pháp:
Làm thoáng + lắng tiếp xúc + lọc nhanh trọng lực + khử trùng
- Công trình đơn vị trong trạm xứ lý đa dạng: Các công trình keo tụ (đa số
dùng phèn nhôm, PAC) với bể trộn đứng, trộn cơ khí, bể tạo bông có vách
ngăn ziczac, tạo bông có tầng cặn lơ lửng, tạo bông kiểu cơ khí.
- Các công trình làm thoáng; Phổ biến dùng tháp làm thoáng tự nhiên (giàn
mưa), một số ít dùng thùng quạt gió (làm thoáng cưỡng bức), một số trạm
khác dùng tháp làm thoáng tải trọng cao theo nguyên lý làm việc của Ejector.
- Các công trình lắng: bể lắng đứng (cho trạm công suất nhỏ), bể lắng ngang
thu nước cuối bể - thu nước bề mặt được sử dụng khá rộng rãi ở các dự án cho
thành phố, thị xã, bể lắng ngang lamen được sử dụng tại 6 tỉnh miền núi phía
Bắc: Lào Cai, Yên Bái, Phủ Thọ, Hòa Bình, Hưng Yên và sân bay Đà Nẵng.
Loại bể đang được phố biến ở một số địa phương khác như bể lắng Pulsator
(công nghệ Pháp) được dùng ở Nam Định, Cần Thơ và bể lắng ly tâm (Thái
Bình) là 2 loại bể lắng ít được sử dụng.
- Các công trình lọc: Bể lọc nhanh trọng lực (lọc hở với vật liệu lọc và cát)
được dùng rộng rãi, được dùng khá nhiều ở các dự án cấp tỉnh, thành phố.
- Khử trùng: phổ biến dùng clo, một số trạm nhỏ dùng nước giaven hoặc
ôzôn.
- Trạm bơm đợt 2: một số trạm dùng máy biến tần để điều khiển chế độ hoạt
động của máy bơm, một vài nới có dùng đài nước trong trường hợp địa hình
thuận lợi, một số nơi tần dụng đài nước đã có trước.
Chất lượng nước sau xử lý hầu hết đạt tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn
của tổ chức y tế thế giới.