Phần mở đầu - Phần nội dung gãm: + Ch°¡ng 1: Tßng quan về công nghã xử lý nhiám mặn āng dụng công nghã IoT + Ch°¡ng 2: C¡ sở lý thuyết và các công trình nghiên cāu liên quan + Ch°¡ng 3: Nghiên cāu hã tháng m¿ng cÁm biến IoT + Ch°¡ng 4: Xây dựng āng dụng giám sát các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn - Đánh giá hiãu quÁ cÿa hã tháng thiết kế và kết luận 2. Táng quan các đßi t°ÿng nghiên cāu Hã tháng xử lý n°ớc nhiám mặn: Đây là đái t°ợng chính cÿa đề tài, bao gãm các thiết bß, công nghã xử lý n°ớc nhiám mặn. Hã tháng xử lý n°ớc nhiám mặn cần đ°ợc nghiên cāu, thiết kế, chế t¿o và thử nghiãm đß đÁm bÁo hiãu quÁ xử lý n°ớc nhiám mặn đ¿t yêu cầu trong sinh ho¿t. Công nghã IoT: Đây là công nghã đ°ợc āng dụng đß giám sát các thông sá cÿa hã tháng xử lý n°ớc nhiám mặn.
Công nghã IoT cần đ°ợc nghiên cāu, thiết kế, trißn khai và thử nghiãm đß đÁm bÁo hã tháng giám sát ho¿t động hiãu quÁ. Māc đích nghiên cāu Mục tiêu cÿa đề tài là nghiên cāu, thiết kế và xây dựng hã tháng giám sát các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn cho một Hã tháng xử lý n°ớc nhiám mặn công suất 500 m3/ ngày t¿i Nhà máy n°ớc L°¡ng Quới, Xã Châu Hòa, Huyãn Giãng Trôm, Tỉnh Bến Tre, bao gãm các nội dung chính sau: 3 Nghiên cāu, lựa chán các thông sá cần giám sát trong quá trình xử lý n°ớc nhiám mặn. Nghiên cāu, tìm hißu các thiết bß IoT giám sát các thông sá này. Xây dựng m¿ng truyền thông không dây sử dụng công nghã IoT.
Tß chāc c¡ sở dữ liãu cho hã tháng giám sát các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn. Xây dựng webserver phục vụ giám sát các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn. Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cāu Đßi t°ÿng nghiên cāu Công nghã IoT: là công nghã đ°ợc āng dụng trong đề tài đß thu thập, truyền, l°u trữ, xử lý và giám sát dữ liãu cÿa nhà máy xử lý n°ớc nhiám mặn. Các thiết bß cÁm biến IoT: là các thiết bß đ°ợc sử dụng đß thu thập dữ liãu cÿa nhà máy xử lý n°ớc nhiám mặn.
Các thiết bß này th°ờng đ°ợc tích hợp các cÁm biến đß đo các thông sá nh° độ mặn, pH, nhiãt độ,. M¿ng cÁm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN) là một m¿ng gãm các nút cÁm biến đ°ợc phân tán trong không gian đß giám sát và ghi l¿i các điều kiãn vật lý cÿa môi tr°ờng và chuyßn tiếp dữ liãu đã thu thập đến một vß trí trung tâm. WSN có thß đo các điều kiãn môi tr°ờng nh° nhiãt độ, âm thanh, māc độ ô nhiám, độ ẩm và gió… Các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn: là các dữ liãu cần đ°ợc thu thập, giám sát đß đÁm bÁo hiãu quÁ vận hành cÿa nhà máy. Ph¿m vi nghiên cāu ✓ Nghiên cāu các thông sá cần đ°ợc thu thập, giám sát xử lý n°ớc nhiám mặn trong đó yêu cầu giám sát đái với tăng thông sá nh° sau: • Độ mặn: là thông sá quan tráng nhất cần đ°ợc giám sát, vì nó Ánh h°ởng trực tiếp đến chất l°ợng n°ớc sau xử lý.
• pH: là thông sá thß hiãn độ axit hoặc kiềm cÿa n°ớc. 4 • Nhiãt độ: là thông sá Ánh h°ởng đến hiãu quÁ ho¿t động cÿa các thiết bß xử lý n°ớc. • L°u l°ợng n°ớc: là thông sá thß hiãn l°ợng n°ớc chÁy qua nhà máy xử lý n°ớc. • Áp suất n°ớc: là thông sá thß hiãn lực tác động lên bề mặt cÿa n°ớc.
• Độ đục: là thông sá thß hiãn māc độ trong suát cÿa n°ớc. • Clo d° trong n°ớc: bÁo vã màng lác RO. ✓ Nghiên cāu các công nghã IoT và m¿ng truyền thông không dây phù hợp đß thu thập, truyền, l°u trữ và giám sát dữ liãu xử lý n°ớc nhiám mặn. ✓ Phát trißn webserver phục vụ giám sát các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn.
Ph°¢ng pháp nghiên cāu Đề tài sẽ sử dụng các ph°¡ng pháp nghiên cāu: ✓ Nghiên cāu tßng hợp tài liãu: Nghiên cāu các tài liãu, công trình nghiên cāu về āng dụng công nghã IoT trong giám sát các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn. ✓ Nghiên cāu thực nghiãm: Xây dựng āng dụng giám sát các thông sá xử lý n°ớc nhiám mặn. 5 CH¯¡NG 1: TàNG QUAN VÀ CÔNG NGHâ XĀ LÝ NHIàM M¾N ĀNG DĀNG CÔNG NGHâ IOT 1. Mßt sß công nghã xā lý n°ác nhiám m¿n Lựa chán ph°¡ng pháp xử lý n°ớc mặn (n°ớc bißn) và n°ớc nhiám mặn (n°ớc lợ) phù hợp đóng vai trò quan tráng trong viãc đáp āng nhu cầu n°ớc ngát cho tăng khu vực và lãnh thß.
Quá trình lựa chán này phụ thuộc vào các yếu tá cụ thß nh° điều kiãn môi tr°ờng, và mục đích sử dụng. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cāu nhằm so sánh hiãu quÁ cÿa các ph°¡ng pháp xử lý n°ớc mặn và n°ớc nhiám mặn. Công nghã nhiãt và lác màng là hai ph°¡ng pháp chính đ°ợc tập trung nghiên cāu [1]. + Công nghã nhiãt trên c¡ sở cung cấp nng l°ợng nhiãt cho n°ớc bißn đß bay h¡i h¡i n°ớc và sau đó ng°ng tụ [2].
Công nghã này th°ờng đ°ợc sử dụng trong vùng có độ mặn cao. Đißn hình Caribbean và Trung Đông [1] sử dụng các quá trình nhiãt dựa trên đèn flash đa tầng (Multi-Stage Flash -MSF), ch°ng cất đa hiãu āng (Multiple Effect Distillation - MED), và ch°ng cất nén h¡i [1]. + Công nghã màng lác đang dần khẳng đßnh vß thế phß biến trong xử lý n°ớc mặn và n°ớc nhiám mặn bởi những °u đißm v°ợt trội so với các ph°¡ng pháp truyền tháng. Nhờ māc tiêu thụ nng l°ợng hợp lý, ít tác động đến môi tr°ờng và khÁ nng āng dụng linh ho¿t [3].
Một sá công nghã màng bao gãm siêu lác, màng điãn phân, và thẩm thấu ng°ợc [1], [4] góp phần nâng cao hiãu quÁ xử lý n°ớc, đÁm bÁo nguãn n°ớc ngát an toàn và bền vững cho con ng°ời.1: Các công nghã khā m¿n 6 1. Giái thiãu vÁ công nghã ch°ng c¿t Hã tháng xử lý n°ớc nhiám mặn bằng nng l°ợng mặt trời ho¿t động dựa trên nguyên lý bay h¡i và ng°ng tụ. N°ớc nhiám mặn đ°ợc đ°a vào bß chāa và phân tán đều trên diãn tích tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Nng l°ợng mặt trời đ°ợc hấp thụ sẽ làm nóng n°ớc, khiến n°ớc bay h¡i.
H¡i n°ớc sau đó ng°ng tụ l¿i trên bề mặt mát cÿa tấm panel bằng nhựa composite bao quanh. N°ớc ng°ng tụ đ°ợc thu gom vào phía d°ới thiết bß và chÁy ra ngoài qua áng dẫn. Kết quÁ thu đ°ợc là n°ớc tinh khiết, không chāa vi khuẩn và mầm bãnh. Lo¿i n°ớc này có thß đ°ợc sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nh°: sinh ho¿t, t°ới tiêu, chn nuôi,.
Hã tháng xử lý n°ớc nhiám mặn bằng nng l°ợng mặt trời là một giÁi pháp tiềm nng cho vấn đề thiếu n°ớc ngát trên thế giới. Nó có thß giúp cung cấp nguãn n°ớc s¿ch cho các khu vực thiếu n°ớc, đặc biãt là những khu vực ven bißn và đÁo.2: Công nghã ch°ng c¿t thu n°ác ngát tÿ n°ác nhiám m¿n 1. Giới thiệu về công nghệ thẩm thấu ngược – RO Thẩm thấu là một hiãn t°ợng tự nhiên xÁy ra khi n°ớc di chuyßn qua màng bán thẩm tă n¡i có nãng độ chất tan thấp (nh° n°ớc ngát) đến n¡i có nãng độ chất tan cao (nh° n°ớc muái). N°ớc di chuyßn nhằm mục đích cân bằng nãng độ chất tan ở hai bên màng.
Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi nãng độ chất tan ở hai bên bằng nhau, t¿o ra áp suất thẩm thấu. 7 Công nghã thẩm thấu ng°ợc ho¿t động dựa trên nguyên lý ng°ợc l¿i với thẩm thấu thông th°ờng. Áp lực cao h¡n áp suất thẩm thấu đ°ợc t¿o ra đß đẩy n°ớc tă n¡i có nãng độ muái/khoáng cao (n°ớc mặn) qua màng bán thẩm đến n¡i có nãng độ muái/khoáng thấp (n°ớc ngát). Nhờ vậy, các t¿p chất nh° muái, kim lo¿i nặng, vi khuẩn,.
đ°ợc giữ l¿i ở một bên màng, t¿o ra nguãn n°ớc tinh khiết ở bên còn l¿i.3: Hiãn t°ÿng th¿m th¿u và quá trình th¿m th¿u ng°ÿc 1. Giới thiệu về công nghệ màng Nano (NF) Công nghã lác màng Nano là một ph°¡ng pháp xử lý n°ớc tiên tiến sử dụng màng lác có kích th°ớc nano đß phân tách các phần tử trong n°ớc. Quá trình này dựa trên sự chênh lãch áp suất, điãn thế, nãng độ dung dßch hoặc nhiãt độ đß đẩy n°ớc và các phần tử nhß h¡n qua màng, giữ l¿i các t¿p chất có kích th°ớc lớn h¡n. Có bán thông sá c¡ bÁn Ánh h°ởng đến quá trình lác màng: ✓ Áp lực: Lực đẩy chính đß n°ớc và các phần tử nhß h¡n đi qua màng.
Áp lực càng cao, tác độ lác càng nhanh. Tuy nhiên, áp suất quá cao có thß làm giÁm tußi thá cÿa màng. 8 ✓ C¡ chế phân tách: Có hai c¡ chế chính: lác kích th°ớc và lác chán lác. Lác kích th°ớc dựa trên kích th°ớc cÿa các phần tử đß phân tách, trong khi lác chán lác dựa trên tính chất hóa hác.
✓ Cấu trúc màng: Màng lác có thß đ°ợc làm tă nhiều vật liãu khác nhau, bao gãm polymer, gám sā và kim lo¿i. Cấu trúc màng quyết đßnh kích th°ớc và tính chất cÿa các phần tử có thß đi qua. ✓ Pha dung dßch: Dung dßch đ°ợc lác có thß Ánh h°ởng đến hiãu quÁ lác. Ví dụ, độ nhớt và nãng độ dung dßch có thß Ánh h°ởng đến tác độ lác và chất l°ợng n°ớc đầu ra.4: Giái thiãu vÁ công nghã điãn th¿m tách – ED (Electro-Deionization) Công nghã điãn thẩm tách (ED) là một quy trình điãn hóa sử dụng màng bán thấm ion chán lác đß lo¿i bß muái và các chất ô nhiám khác khßi n°ớc.
Quá trình ho¿t động dựa trên nguyên lý di chuyßn cÿa các ion qua màng d°ới tác động cÿa lực hút tĩnh điãn giữa ion và hai điãn cực đ°ợc đặt ở hai đầu cÿa hã tháng. Điãn cực d°¡ng (anot) đ°ợc nái với nguãn điãn d°¡ng và điãn cực âm (catot) đ°ợc nái với nguãn điãn âm. Nguãn điãn cung cấp dòng điãn một chiều cho hã tháng. N°ớc muái đ°ợc đ°a vào buãng chāa và chÁy qua các khe giữa các màng.
D°ới tác động cÿa điãn tr°ờng, các ion trong n°ớc muái di chuyßn về phía điãn cực có điãn tích trái dấu. Các ion d°¡ng di chuyßn về phía catot và các ion âm di chuyßn về phía anot. Do sự di chuyßn cÿa các ion, n°ớc trong ngn chāa catot có hàm l°ợng ion giÁm đi, t¿o thành n°ớc mặn loãng. Trong khi đó, n°ớc trong ngn chāa anot có hàm l°ợng ion tng lên, t¿o thành n°ớc mặn đặc.5: Quá trình điãn th¿m tách 1.