CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN - Chương 4: Thi công hệ thống. Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình. Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình cho hệ thống.
Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống. - Chương 5: Kết quả, Nhận xét, Đánh giá. Trình bày những kết quả đã đạt được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công. Từ đó đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm.
- Chương 6: Kết luận và Hướng phát triển. Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề còn tồn tại để đồ án hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC NƯỚC MẶN HIỆU QUẢ 2.1 Khái niệm nước nhiễm mặn Nước nhiễm mặn là nước chứa hàm lượng đáng kể các muối hòa tan vượt giới hạn nước ngọt.
Độ mặn là tổng nồng độ các ion hòa tan trong nước, đơn vị tính bằng ppm (mg/L), ppt (g/L, ⁰/₀₀) hay %. Ở Việt Nam, tiêu chuẩn nước ăn uống là độ mặn không vượt quá 0,25 ppt, tức là không tồn tại quá 0,25 g các chất rắn hòa tan trong 1 lít nước. Độ mặn trong nước thay đổi theo đặc thù từng năm, phụ thuộc vào lượng nước sông thượng nguồn đổ về, các yếu tố khí tượng thủy văn trên toàn vùng theo thời gian và tổng hàm lượng muối tan trong nước. Phân loại nguồn nước theo độ mặn Nguồn nước Độ mặn (⁰/₀₀) Nước ngọt < 0,5 Nước lợ 0,5 - 30 Nước mặn 30 - 50 Nước muối > 50 Bảng bên dưới thể hiện các thành phần chính và hàm lượng trung bình của chúng trong nước biển và nước sông trên toàn thế giới [2].
Hàm lượng các chất vô cơ hòa tan chính trong nước biển và sông Ion Biển (mg/L) Sông (mg/L) Bicarbonate (HCO3-) 142 58,0 Calcium (Ca2+) 400 15,0 Silicate (SiO2) 6,4 13,1 Sulfate (SO42-) 2.350 4,1 Potassium (K+) 380 2,3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dựa vào Bảng 2.2 có thể thấy nước sông có độ mặn khoảng 120 mg/l (0,12⁰/₀₀), rất thấp so với nước biển khoảng 34. Trong đó, Na+ và Cl- chỉ chiếm khoảng 0,1% trong nước sông, trong khi chiếm hơn 85% trong nước biển. Sự gia tăng đáng kể nồng độ Na+ và Cl- cũng chính là nguyên nhân gây ra tình trạng nhiễm mặn ở nguồn nước miền Tây Nam Bộ.2 Các phương pháp xử lý mặn hiệu quả Phương pháp chưng cất nhiệt Là phương pháp thủ công lâu đời nhất, sử dụng nhiệt để đun nóng nước mặn hóa hơi sau đó làm lạnh để nước hơi nước ngưng tụ thành nước tinh khiết.
Ưu điểm: thích hợp với mọi độ mặn khác nhau. Nhược điểm: Tốn nhiều điện năng, thời gian chưng cất lâu, qua nhiều công đoạn để lọc các chất độc hại dễ bay hơi. Phương pháp chưng cất Phương pháp trao đổi ion Là phương pháp lọc nước qua bể có chứa các hạt nhựa ion hoạt tính. Các cation (-) của muối hòa tan có trong nước trao đổi với các ion H+ của các hạt cationit biến thành các axit tương ứng.
RH + NaCl RNa + HCl. 2RH + Na2SO4 2RNa + H2SO4. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tiếp theo khử cation trong nước ở bể Cationit rồi đi tiếp đến bể lọc Anionit (OH -) để hấp thụ các gốc axit có trong nước được tạo ra ở công đoạn trước đó.
Ưu điểm của phương pháp này là ta có thể sục rửa và hoàn nguyên lại quy trình ban đầu, luôn đảm bảo nguồn nước đầu ra đạt tiêu chuẩn. Song điểm trừ của phương pháp là chi phí cao và khó vận hành. Phương pháp trao đổi ion Phương pháp lọc qua màng RO Phương pháp này sẽ đưa nước cần xử lý qua các màng siêu lọc để giữ lại các chất rắn và muối hòa tan có trong nước và cho nước tinh khiết đi qua màng. Đây là công nghệ tiên tiến và hiệu quả nhất tính tới thời điểm hiện tại, cho ra nguồn nước tinh khiết đạt 99%.
Vì vậy nhóm đề tài đã chọn phương pháp này cho đề tài lọc nước nhiễm mặn của mình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Sơ đồ tổng quát của phương pháp lọc RO 2.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LỌC RO 2.1 Khái niệm RO (Reverse Osmosis) là công nghệ lọc nước sử dụng nguyên lý thẩm thấu ngược.
Quá trình thẩm thấu được định nghĩa là sự dịch chuyển thụ động của các phân tử dung môi qua một màng bán thấm đến một khu vực có nồng độ cao hơn của chất tan theo khuynh hướng cân bằng nồng độ chất tan ở hai bên. Quá trình này diễn ra trong tự nhiên và không tốn năng lượng. Công nghệ RO hoạt động theo nguyên lý ngược lại với hiện tượng này nên được gọi là thẩm thấu ngược. Khi cấp một áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu, dung môi ở đây là nước di chuyển từ môi trường nồng độ chất tan cao sang môi trường có nồng độ thấp hơn được ngăn cách bởi màng bán thấm.
Kết quả thu được là nước tinh khiết và hỗn hợp nước có độ mặn cao ở hai ngăn khác nhau. Quá trình thẩm thấu qua màng bán thấm lần đầu tiên được quan sát bới Jean Antoine Nollet vào năm 1748. Sau đó vào năm 1949, trường Đại học California tại Los Angeles (UCLA) lần đầu tiên kiểm tra khử muối trong nước biển sử dụng màng bán thấm và tiến hành sản xuất nước ngọt từ nước biển. Các nhà máy khử muối dần dần xuất hiện khắp nơi trên thế giới.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Lọc nước qua màng RO Ưu và nhược điểm của công nghệ lọc nước RO - Ưu điểm: Công nghệ RO rất phổ biến ở Việt Nam, dễ lắp đặt, có khả năng khử muối khoáng tốt, nguồn nước đầu ra sạch. Phù hợp xử lý các nguồn nước nhiễm mặn, nhiễm lợ.
- Nhược điểm: Làm mất đi các khoáng chất có lợi, phải thay lõi sau một thời gian sử dụng, chi phí thay lõi đắt, … Ứng dụng của công nghệ lọc nước RO Chính vì những ưu điểm vượt trội kể trên, hiện nay công nghệ RO được áp dụng trong rất nhiều các giải pháp xử lý nước khác nhau như: - Công nghệ lọc nước uống đóng chai: công nghệ RO được áp dụng rất nhiều trong tất cả các công nghệ lọc nước đóng chai thường thấy trên, thị trường. Loại bỏ hầu hết các tạp chất hữu cơ, kim loại nặng, khử cực tím loại bỏ vi khuẩn, vi-rút có trong nguồn nước thô. - Công nghệ rửa xe: Nguồn nước tinh khiết sau khi lọc có tác dụng làm sạch bề mặt sạch và sang bóng hơn là vì trong nước tinh khiết không có chưa các tạp bẩn, các kim loại cũng như các loại vi khuẩn ảnh hưởng đến màu sắc xe. - Công nghệ lọc nước biển: Công nghệ lọc nước RO là công nghệ tốt nhất để tách muối ra khỏi nước nhanh nhất với chi phí rẻ nhất để cho ra nước tinh khiết từ các nguồn nước mặn, nước lợ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Công nghệ thực phẩm: Ứng dụng thường thấy là tách nước ra khỏi sữa trong công nghiệp. Chi phí xử lý nhiệt trong ngành công nghiệp thực phẩm khá cao thì với công nghệ RO thẩm thấu ngược giúp giảm chi phí, thời gian sản xuất cũng được rút ngắn đáng kể.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Lõi lọc RO được cấu tạo từ nhiều tấm lọc cuộn tròn theo hình xoắn ốc xung quanh ống lọc trung tâm. Mỗi tấm lọc gồm một màng phẳng có ba lớp: lớp vải polyester, xốp polysulfone và lớp lọc polyamide dày chỉ 0,2 µm.
Lớp xốp polysulfone có chức năng gia cố cho lớp lọc mỏng, chính lớp lọc này sẽ thực hiện chức năng chính loại bỏ các tạp chất như: 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. Nguyên lý hoạt động của lõi RO Nước nhiễm mặn (mũi tên màu đỏ) được bơm vào và chảy dọc theo hướng hình trụ dọc theo bề mặt bên ngoài của màng. Dưới áp lực bơm, một phần nước thẩm thấu ngược qua màng (mũi tên màu xanh) chảy về phía ống lọc tạo thành nước tinh khiết, để lại muối và vi sinh vật tập trung trên bề mặt màng.
Điều này khiến các lỗ nhỏ của màng bán thấm bị lấp kín trừ khi nó được loại bỏ đủ nhanh bởi dòng chảy ngay bên trên, đây cũng chính là nguyên nhân phải thay lõi lọc sau một thời gian sử dụng. Phần nước còn lại không kịp thẩm thấu sẽ bị đẩy ra ngoài với độ mặn lớn hơn nhiều so với nước ban đầu. Mô hình xử lý nước nhiễm mặn trong thực tế ở nhà máy lọc nước Long Định tỉnh Bến Tre. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Dàn màng lọc RO Hình 2. Các thành phần khác của hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2.3 GOOGLE FIREBASE Google Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực hoạt động trên nền tảng đám mây được cung cấp bởi Google nhằm giúp các lập trình viên phát triển nhanh các ứng dụng bằng cách đơn giản hóa thao tác với cơ sở dữ liệu. Tổng quan về Google Firebase Firebase là sự kết hợp của nền tảng cloud với hệ thống máy chủ cực kì mạnh mẽ của Google, nó cung cấp các chức năng: - Lưu trữ dữ liệu thời gian thực - Realtime Database: Dữ liệu luôn được đồng bộ thực đến mọi kết nối client, các ứng dụng đa nền tảng sẽ luôn được tự động cập nhật dữ liệu mới nhất.
- Hệ thống xác thực người dùng – Firebase Authentication: Firebase xây dựng chức năng cho người dùng xác thực danh tính thông qua Email, Facebook, Google… - Tạo tên miền – Firebase Hosting: Firebase cung cấp các hosting giúp tiết kiệm thời gian trong việc xây dựng ứng dụng. Xác thực người dùng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11 do an CHƯƠNG 2.4 CHUẨN GIAO TIẾP I2C I2C là một chuẩn truyền theo mô hình chủ - tớ. Một thiết bị chủ có thể giao tiếp với nhiều thiết bị tớ. Muốn giao tiếp với thiết bị nào, thiết bị chủ phải gửi đúng địa chỉ để kích hoạt thiết bị đó rồi mới được phép ghi hoặc đọc dữ liệu.