Ngành công nghiệp xử lý nước bao gồm bốn giai đoạn cốt lõi: "lấy nước thô - xử lý nước tinh khiết - xử lý nước thải - tái sử dụng nước đã xử lý". Việc giám sát mức ở mỗi giai đoạn tác động trực tiếp đến sự ổn định của quy trình, chất lượng nước thải và chi phí vận hành. Các thiết bị đo mức truyền thống (chẳng hạn như loại phao và loại nhúng) thường gặp sự cố trong các tình huống xử lý nước do các vấn đề như ô nhiễm môi trường (cặn, chất rắn lơ lửng), nhiễu môi trường (bọt, ăn mòn) và nhu cầu bảo trì thường xuyên. Tận dụng khả năng đo không tiếp xúc, khả năng chống nhiễu mạnh và yêu cầu bảo trì thấp, máy phát mức siêu âm đã trở thành thiết bị cốt lõi để giám sát mức trong toàn bộ quy trình xử lý nước. Việc ứng dụng chúng đòi hỏi thiết kế tùy chỉnh dựa trên các đặc điểm vận hành của từng giai đoạn.
Lấy nước thô đánh dấu điểm khởi đầu của quá trình xử lý nước, với các tình huống phổ biến bao gồm hồ chứa, sông và các điểm lấy nước ngầm. Yêu cầu giám sát cốt lõi là theo dõi lượng nước thô theo thời gian thực để tránh những biến động của quy trình do việc lấy nước không đủ hoặc quá mức. Dưới đây là những điểm khó khăn trong vận hành của giai đoạn này và các giải pháp thích ứng cho máy phát mức siêu âm:
- Môi trường đục: Nước thô chứa một lượng lớn cặn và tảo (ví dụ: độ đục của sông vượt quá 500 NTU trong mùa lũ). Đầu dò của máy phát mức nhúng truyền thống dễ bị bám bẩn, dẫn đến sai lệch đo lường đáng kể.
- Nhiễu thời tiết khắc nghiệt: Các hiện tượng thời tiết như mưa lớn và bão gây ra sự tăng và giảm đột ngột mực nước thô. Dòng nước chảy xiết cũng tạo ra sóng, ảnh hưởng đến độ ổn định của phép đo.
- Môi trường ngoài trời khắc nghiệt: Các điểm lấy nước chủ yếu nằm ở ngoài trời, đối mặt với sự thay đổi nhiệt độ từ -20℃ đến 40℃, độ ẩm cao và nguy cơ sét đánh. Thiết bị phải có khả năng bảo vệ cao và khả năng chống sét.
- Chọn các kiểu máy có phạm vi không tải cao hơn 30% so với độ sâu lấy nước thực tế (ví dụ: phạm vi 15 mét cho điểm lấy nước 10 mét) để dự trữ khả năng dự phòng cho sự suy giảm tín hiệu do sóng và cặn.
- Sử dụng đầu dò làm bằng thép không gỉ 316L (chống ăn mòn ngoài trời) với xếp hạng bảo vệ IP68. Một số kiểu máy được trang bị mô-đun chống sét (tuân thủ tiêu chuẩn GB/T 17626.5) để chống nhiễu sét.
- Áp dụng thiết kế nguồn điện áp rộng 24V DC để thích ứng với sự dao động điện áp từ máy phát điện ngoài trời hoặc hệ thống năng lượng mặt trời.
- Bật "thuật toán lọc sóng": Làm mịn các dao động mức do sóng gây ra bằng cách tính trung bình 10 bộ dữ liệu trong vòng 10 giây, giảm phạm vi dao động dữ liệu từ ±10cm xuống ±2cm.
- Điều chỉnh ngưỡng động: Điều chỉnh ngưỡng phát hiện tiếng vọng dựa trên độ đục của nước thô (liên kết với đồng hồ đo độ đục tại chỗ tại điểm lấy nước). Ngưỡng tự động tăng khi độ đục tăng để tránh phán đoán sai do tín hiệu phân tán cặn.
- Lắp đặt đầu dò ở vị trí của điểm lấy nước tránh xa tác động của dòng nước (ví dụ: bệ tháp lấy nước) và thêm tấm chắn sóng (bằng kim loại hoặc PVC) bên dưới để giảm tác động của sự nhiễu loạn dòng nước lên chùm sóng âm.
- Đối với các điểm lấy nước giếng sâu, hãy sử dụng kết hợp "đầu dò + ống dẫn sóng". Ống dẫn sóng có đường kính trong từ 100-150mm để tránh phản xạ thành giếng và nhiễu dòng nước, kiểm soát sai số trong phạm vi ±1cm đối với phạm vi 10 mét.
- Điều kiện vận hành: Độ sâu lấy nước của hồ chứa là 8 mét, độ đục đạt 800 NTU trong mùa lũ và nhiệt độ tối thiểu vào mùa đông là -15℃. Máy phát mức phao truyền thống cần được làm sạch hai lần một tháng do bị vướng cặn, với sai số đo là ±15cm trong mưa lớn.
- Giải pháp: Chọn máy phát mức siêu âm có phạm vi 12 mét, bảo vệ IP68 và mô-đun chống sét, kết hợp với tấm chắn sóng và thuật toán lọc sóng.
- Kết quả: Độ chính xác đo được duy trì ổn định ở mức ±2cm, với 18 tháng hoạt động không cần bảo trì. Không có hiện tượng nhảy dữ liệu nào xảy ra trong mưa lớn và thiết bị hoạt động bình thường ở nhiệt độ thấp vào mùa đông, giảm chi phí bảo trì 90%.
Xử lý nước tinh khiết là giai đoạn cốt lõi để làm sạch nước thô thành nước máy. Các tình huống giám sát chính bao gồm bể lắng, bể lọc và bể chứa nước trong. Yêu cầu cốt lõi là đảm bảo hiệu quả lắng ổn định, hiệu suất lọc và lưu trữ nước trong thông qua việc kiểm soát mức chính xác. Dưới đây là những điểm khó khăn trong vận hành và các giải pháp thích ứng cho giai đoạn này:
- Thích ứng kỹ thuật: Sử dụng đầu dò tần số thấp 25kHz (với khả năng xuyên thấu mạnh để đi qua các lớp xỉ nổi mỏng) và bật "thuật toán lọc xỉ nổi" — tự động loại bỏ nhiễu xỉ nổi bằng cách xác định sự khác biệt giữa tiếng vọng xỉ nổi (biên độ yếu, thời gian dài) và tiếng vọng bề mặt chất lỏng (biên độ mạnh, cạnh tăng dốc).
- Kết quả thực tế: Sau khi ứng dụng trong bể lắng 8 mét của nhà máy nước, sai số đo vẫn được kiểm soát trong phạm vi ±1cm ngay cả khi độ dày xỉ nổi đạt 10cm. Hiệu quả lắng ổn định và độ đục của nước thải giảm từ 0,5 NTU xuống 0,3 NTU.
- Thích ứng kỹ thuật: Áp dụng chế độ "kích hoạt mức hai điểm" — kích hoạt quá trình rửa ngược khi mức bể lọc giảm xuống 1 mét (tăng sức cản lọc); dừng rửa ngược khi mức tăng lên 3 mét sau khi hoàn thành rửa ngược. Toàn bộ quá trình được phản hồi theo thời gian thực bởi máy phát mức siêu âm.
- Kết quả thực tế: Sau khi ứng dụng trong các bể lọc của nhà máy lọc nước, thời gian phản hồi kích hoạt rửa ngược giảm từ 10 giây xuống 1 giây, lượng nước rửa ngược giảm 15% và tuổi thọ của vật liệu lọc được kéo dài thêm 2 năm.
- Thích ứng kỹ thuật: Chọn các kiểu máy có độ chính xác cao (độ chính xác ±0,2% FS) hỗ trợ giao tiếp Modbus-RTU để tích hợp vào hệ thống lập lịch cung cấp nước. Dữ liệu mức theo thời gian thực được truyền để liên kết với máy bơm nước, cho phép điều khiển tự động "bổ sung nước ở mức thấp và tắt máy bơm ở mức cao".
- Kết quả thực tế: Sau khi ứng dụng trong bể chứa nước trong phạm vi 15 mét của một quận, sự dao động áp suất cung cấp nước giảm từ ±0,2MPa xuống ±0,05MPa, cải thiện đáng kể trải nghiệm sử dụng nước của người dân và tỷ lệ tai nạn tràn giảm từ 3 lần mỗi năm xuống 0.
Xử lý nước thải là một giai đoạn quan trọng trong chu trình nước. Các tình huống giám sát cốt lõi bao gồm bể cân bằng, bể sục khí, bể lắng thứ cấp và bể làm đặc bùn. Các điều kiện vận hành phức tạp và khắc nghiệt, đòi hỏi khả năng chống ô nhiễm, chống ăn mòn và chống nhiễu cao của máy phát mức.
- Điểm khó khăn: Một lớp bọt ổn định dày 20-30cm hình thành trên bề mặt chất lỏng trong quá trình sục khí. Máy phát mức truyền thống xác định nhầm bề mặt bọt là bề mặt chất lỏng thực tế, dẫn đến sai số ±15cm.
- Giải pháp:
- Phần cứng: Sử dụng đầu dò phát công suất cao 15W (để tăng cường khả năng xuyên thấu sóng âm), với bề mặt đầu dò được phủ polytetrafluoroethylene (PTFE) để ngăn bọt dính.
- Thuật toán: Bật "chế độ lọc bọt nâng cao" — kéo dài thời gian phát hiện tiếng vọng lên 100ms để thu được tiếng vọng bề mặt chất lỏng thực tế bên dưới bọt và hiệu chỉnh tốc độ âm thanh thông qua bù nhiệt độ (nhiệt độ bể sục khí dao động từ 5-10℃).
- Kết quả: Sau khi ứng dụng trong bể sục khí 10 mét của nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp hóa chất, sai số đo giảm từ ±15cm xuống ±2cm, đáp ứng đầy đủ yêu cầu kiểm soát quy trình là ±5cm.
- Điểm khó khăn: Nước thải công nghiệp (ví dụ: nước thải mạ điện, nước thải tẩy rửa) chứa axit và kiềm mạnh (pH=1-13) và các ion kim loại nặng. Đầu dò kim loại truyền thống bị ăn mòn trong vòng 3-6 tháng.
- Giải pháp:
- Vật liệu đầu dò: Sử dụng đầu dò phủ hoàn toàn PTFE (bao gồm vỏ và giao diện cáp) với khả năng chống ăn mòn tuân thủ tiêu chuẩn ISO 10289, có khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt của pH=1-14.
- Thiết kế chống cháy nổ: Đối với các yêu cầu chống cháy nổ trong các khu công nghiệp hóa chất, hãy chọn máy phát mức siêu âm có xếp hạng chống cháy nổ Ex d IIC T6 để ngăn ngừa tai nạn an toàn do hỗn hợp dầu-khí.
- Kết quả: Sau khi ứng dụng trong bể chứa nước thải tẩy rửa 5 mét của nhà máy mạ điện, đầu dò hoạt động trong 24 tháng mà không bị hư hỏng do ăn mòn. Tuổi thọ của nó dài hơn 4 lần so với thiết bị truyền thống và chi phí bảo trì giảm 80%.
- Điểm khó khăn: Nồng độ bùn vượt quá 10.000mg/L và chất rắn lơ lửng dễ dàng tán xạ sóng âm, dẫn đến tín hiệu tiếng vọng yếu và lỗi đo.
- Giải pháp:
- Hỗ trợ ống dẫn sóng: Lắp đặt ống dẫn sóng bằng thép không gỉ 316L (đường kính trong 120mm) bên dưới đầu dò. Sóng âm truyền dọc theo ống dẫn sóng để tránh tán xạ bởi chất rắn lơ lửng.
- Điều chỉnh công suất động: Tự động tăng công suất phát dựa trên nồng độ bùn (liên kết với đồng hồ đo nồng độ tại chỗ). Nồng độ càng cao, công suất càng lớn (lên đến 20W) để đảm bảo cường độ tín hiệu tiếng vọng.
- Kết quả: Sau khi ứng dụng trong bể làm đặc bùn 8 mét của nhà máy xử lý nước thải đô thị, tỷ lệ đo hiệu quả tăng từ 60% lên 99,8%, sai số được kiểm soát trong phạm vi ±3cm và hiệu quả khử nước bùn được cải thiện 10%.
- Các tình huống được đề cập: Bể cân bằng 5 mét, bể sục khí 10 mét, bể lắng thứ cấp 8 mét, bể làm đặc bùn 6 mét.
- Giải pháp thống nhất: Sử dụng máy phát mức siêu âm cùng thương hiệu, được tích hợp vào hệ thống SCADA của khu công nghiệp thông qua giao thức Modbus-RTU để đạt được khả năng hiển thị dữ liệu mức toàn bộ quy trình và điều khiển liên kết.
- Kết quả toàn diện:
>
>
