Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay ô nhiễm môi trường trở thành một vấn đề trọng tâm của toàn xã hội và được con người hết sức quan tâm. Đặc biệt là vấn đề ô nhiễm nguồn nước và vấn nạn của rác thải nhựa. Vì vậy việc tạo ra nguồn nước sạch để đảm bảo chất lượng cuộc sống cho người dân và hạn chế tối đa việc thải rác thải nhựa ra ngoài môi trường là điều vô cùng cấp thiết. Bởi đây là một trong những giải pháp quan trọng để đảm bảo cuộc sống của con người và bảo vệ môi trường. Theo tài liệu địa chất và khảo sát của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam, vùng đất hẹp nằm trên dải địa hình đặc thù trải dài từ Đắk Song ở phía bắc đến ranh giới tỉnh Bình Phước ở phía nam nằm hoàn toàn trên các mỏ kim loại nặng, nhiều nhất là quặng bôxít với trữ lượng khoảng 5,4 tỉ tấn. Mỏ bôxít phân bố đều khắp, độ sâu từ 1 – 7 mét, độ dày vỉa quặng hàng chục mét. Vì vậy nó sẽ có ảnh hưởng ít nhiều đến chất lượng nguồn nước ngầm ở dải đất này nói chung và thành phố Gia Ngĩa nói riêng. Ở trên địa bàn thành phố Gia Nghĩa em thấy nguồn nước giếng khoan bị ô nhiễm khá nặng,độ cứng của nước rất cao (thể hiện là các ấm nước sau khi nấu 1 thời gian thì bị một lớp chất màu trắng bám vào bề mặt của ấm như một lớp bột bám vào), còn nguồn nước mặt thì bị ô nhiễm từ thuốc bảo vệ thực vật do người dân làm lương làm rẫy thải ra, rồi nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình thải trực tiếp ra sông hồ,nước thải từ các nhà máy . ….nguồn nước mưa thì bị ô nhiễm bởi khói bụi do các nhà máy ,khí thải của xe cộ . Từ những hoạt động của con người và đặc điểm địa lí làm cho những nguồn nước tự nhiên trên địa bàn ngày càng bị ô nhiễm . Và vì vậy mà người dân muốn sử dụng nguồn nước sạch thì đa sô đều mua máy lọc nước bán trên thị trường về để sử dụng, nhưng rất ít người để ý rằng cứ sau 6 tháng sử dụng thì phải thay lõi lọc nhưng những lõi lọc bỏ đi ấy thì xử lí thế nào và gây ô nhiễm môi trường ra sao thì không mấy ai để ý,
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐẮK NÔNG CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC, NĂM HỌC 2022 - 2023 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ ÁN “Bể lọc nước tiết kiệm thân thiện với môi trường dùng cho nước giếng khoan địa bàn thành phố Gia Nghĩa” LĨNH VỰC DỰ THI: KỸ THUẬT VẬT LÍ Học sinh thực hiện: Lại Quyết Thắng Lưu Duy Hưng Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Khuyên Đắk Nông, tháng 12 năm 2022 MỤC LỤC I Lý chọn đề tài ……………………………….1 II Giả thuyết khoa học III Tổng quan vấn đề nghiên cứu Phân tích .4 Phạm vi đề tài phương hướng mở rộng IV Thiết kế phương pháp nghiên cứu Tiến trình Phương pháp nghiên cứu .5 Rủi ro an toàn V Phân tích liệu .6 Xây dựng phương án Sơ đồ bể lọc 10 Cách tính số liệu phù hợp cho bể lọc 11 Các khái niệm vật liệu học 11 Hoạt động bể lọc…………………………………………………… 19 Giá thành làm bể lọc đơn giản ……………………………………… 21 VI Kết luận .21 V Tài liệu tham khảo 22 I Lý chọn đề tài: Ngày ô nhiễm môi trường trở thành vấn đề trọng tâm toàn xã hội người quan tâm Đặc biệt vấn đề ô nhiễm nguồn nước vấn nạn rác thải nhựa Vì việc tạo nguồn nước để đảm bảo chất lượng sống cho người dân hạn chế tối đa việc thải rác thải nhựa ngồi mơi trường điều vơ cấp thiết Bởi giải pháp quan trọng để đảm bảo sống người bảo vệ môi trường Theo tài liệu địa chất khảo sát Tập đồn Cơng nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam, vùng đất hẹp nằm dải địa hình đặc thù trải dài từ Đắk Song phía bắc đến ranh giới tỉnh Bình Phước phía nam nằm hoàn toàn mỏ kim loại nặng, nhiều quặng bơxít với trữ lượng khoảng 5,4 tỉ Mỏ bơxít phân bố khắp, độ sâu từ – mét, độ dày vỉa quặng hàng chục mét Vì có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nguồn nước ngầm dải đất nói chung thành phố Gia Ngĩa nói riêng Ở địa bàn thành phố Gia Nghĩa em thấy nguồn nước giếng khoan bị ô nhiễm nặng,độ cứng nước cao (thể ấm nước sau nấu thời gian bị lớp chất màu trắng bám vào bề mặt ấm lớp bột bám vào), cịn nguồn nước mặt bị ô nhiễm từ thuốc bảo vệ thực vật người dân làm lương làm rẫy thải ra, nước thải sinh hoạt từ hộ gia đình thải trực tiếp sông hồ,nước thải từ nhà máy ….nguồn nước mưa bị nhiễm khói bụi nhà máy ,khí thải xe cộ Từ hoạt động người đặc điểm địa lí làm cho nguồn nước tự nhiên địa bàn ngày bị nhiễm Và mà người dân muốn sử dụng nguồn nước đa sơ mua máy lọc nước bán thị trường để sử dụng, người để ý sau tháng sử dụng phải thay lõi lọc lõi lọc bỏ xử lí gây nhiễm mơi trường khơng để ý, ngồi chi phí để mua máy lọc nước cao nên nhiều hộ gia đình khơng mua máy để dùng mà cịn nhiều hộ gia đình phải dùng nước sinh hoạt chưa đảm bảo chất lượng nước dùng nước giếng khoan hay nước mặt trực tiếp Vì để người dân tiếp cận với nguồn nước mà tốn nhiều chi phí hạn chế việc thải lõi lọc qua sử dụng ngồi mơi trường nên chúng em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Bể lọc nước tiết kiệm thân thiện với môi trường dùng cho nước giếng khoan địa bàn thành phố Gia Nghĩa” II Giả thuyết khoa học: Dựa vào tượng dính ướt cặn bẩn,hóa chất, chất hữu cơ, kim loại, dầu nhớt khơng dính ướt nước vật liệu lọc nước than hoạt tính cát ,sỏi ,đá có lọc nước nhiễm để thành nước sinh hoạt không? Dưới tác dụng học nhiệt tái sử dụng vật liệu lọc không thời gian sử dụng bao lâu? III Tổng quan vấn đề nghiên cứu: Phân tích - Trước tiên phải xác định rõ mục đích u cầu tốn Mục đích: Bể lọc lọc cặn bẩn, tạp chất, bùn đất, giảm độ cứng, độc tố kim loại nặng, hóa chất, … gây hại Khử màu,khử mùi hôi nước nhiễm nhiễm phèn, nhiễm chì… Dễ dàng lắp đặt Tiết kiệm chi phí từ để nhiều hộ gia đình lắp đặt để sử dụng nước Không tạo rác thải nhựa gây ô nhiễm môi trường Thời gian sử dụng lâu Yêu cầu: - Bể lọc hoạt động tốt, nước lọc theo tiêu chuẩn nước Bộ y tế - Có khả đưa vào ứng dụng thực tế - Vật liệu lọc hết thời gian sử dụng biến thành phân bón để bón cho trồng, tránh trường hợp tạo rác thải gây ô nhiễm môi trường - Tái sử dụng vỏ bình nhựa bỏ để làm vỏ bể lọc (lựa chọn vỏ bình có kích thước phù hợp với u cầu lượng nước cần dùng) Với thực tế toán nên chúng em thiết kế thành phần bản: - Bể lọc - Hệ thống sục rửa để tái sử dụng vật liệu lọc Phạm vi đề tài phương hướng mở rộng: Vì kiến thức hạn hẹp nên chúng em sử dụng đa số vật liệu lọc có sẵn tự nhiên cát, đá ,sỏi số vật liệu mua thị trường than hoạt tính,cát mangan, hạt AC cho bể lọc nước giếng khoan địa bàn thành phố Gia Nghĩa Hướng mở rộng: Thiết kế bể lọc cho nhiều nguồn nước khác nước mưa, nước mặt… Xây dựng bể lọc đơn giản,tiện lợi, hiệu quả, tiết kiệm không gây ô nhiễm môi trường Việc hiểu hệ thống lọc nước giúp việc lắp đặt thay vật tư khắc phục cố dễ dàng Có nhiều lựa chọn vật liệu lọc, phù hợp với kinh tế gia đình Có thể dễ dàng sửa đổi, nâng cấp để bể đạt hiệu suất tốt IV Thiết kế phương pháp nghiên cứu: Tiến trình - Thu thập số liệu kết phân tích mẫu nước giếng khoan Gia Nghĩa - Xây dựng Sơ đồ khối bể lọc - Tìm hiểu vật liệu lọc phù hợp với nguồn nước cần lọc - Làm sản phẩm - Thử nghiệm - Kết luận - Viết báo cáo Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thu thập số liệu : thu thập số liệu nước địa bàn - Phương pháp lí luận : Nghiên cứu tài liệu định nghĩa, cấu tạo công dụng vật liệu lọc - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm lọc nước giêng khoan Phân tích kết thu được, đối chiếu với mục đích nghiên cứu rút kết luận đề tài Rủi ro an toàn: 3.1 Nước sau lọc phù hợp cho sinh hoạt, không dùng để uống trực tiếp 3.2 Hệ thống lọc dựa ứng dụng tượng dính ướt khơng dính ướt nước nên nước qua hệ thống lọc phải chảy chậm nên nhiều thời gian.( lọc khoảng lít nước bể thực nghiệm chúng em) 3.3 Để nước lọc ta phải giữ mức nước ổn định bể lọc độ tĩnh nước bể để nước có đủ thời gian tiếp xúc với vật liệu lọc trình làm nước vật liệu lọc 3.4 Hệ thống bể lọc cồng kềnh,hơi nặng nên gây khó khan cho việc di chuyển tốn diện tích đặt bể 3.5 Hệ thống bể lọc dùng vật liệu thân thiện an toàn nên hạn chế tối đa việc gây rủi ro tiến hành thực nghiệm V Phân tích liệu: Xây dựng phương án: Hầu hết nguồn nước giếng khoan, giếng ngầm Gia Nghĩa bị ô nhiễm Mức độ loại ô nhiễm phụ thuộc vào vùng khác Vì vậy, nước giếng cần phải xử lý trước sử dụng Để khắc phục nguồn nước giếng ngầm sinh hoạt cần trang bị toàn diện thiết bị lọc nước sinh hoạt gia đình Tuy nhiên, giá thành thiết bị đắt, phải tốn lượng lớn nước thải lọc nước , lõi lọc qua sử dụng thải vào mơi trường gây nhiễm mơi trường để khắc phục vấn đề nên chúng em đưa giải pháp thay thiết bị lọc cách xây bể lọc nước giếng khoan đơn giản nhà Bảng phân tích mẫu nước địa bàn Gia Nghĩa 10 Cách tính số liệu phù hợp cho bể lọc: - Lớp cát nhỏ có độ dày 15cm - Lớp cát lớn độ dày 15cm - Lớp sỏi có độ dày 15cm - Lớp than hoạt tính có độ dày 15cm - Lớp cát mangan có độ dày 15cm - Lớp hạt AC có độ dày 15cm Đây độ dày tối thiểu lớp vật liệu bể lọc - Cách tính thể tích vật liệu lọc tương ứng: V = S.h – S diện tích mặt bể – h độ cao ( độ dày) lớp vật liệu – m =V D ; D khối lượng riêng vật liệu – D sỏi ,cát 0,7 lít /1kg – D cát mangan 1lít/1kg – D than hoạt tính 1,5 lít /1kg – D hạt AC 1,4 lít /1kg Các khái niệm vật liệu lọc: 4.1 Khái niện vật liệu lọc nước là loại vật chất khác có tác dụng làm nguồn nước sinh hoạt, nước thải,… Trong nguồn nước sinh hoạt thường có chứa loại kim loại nặng,các chất hữu cơ, vi khuẩn, vi sinh vật có hại mà mắt thường khơng nhìn thấy Vì vậy, sử dụng vật liệu lọc giúp làm nguồn nước, loại bụi bẩn,giảm độ cứng nước,lọc kim loại nặng, chất hóa học cịn tồn dư… để bảo vệ sức khỏe 12 Các phương pháp làm nước thủ công lắng phèn, đun sôi sử dụng rộng rãi thực tế hiệu lọc lại khơng cao Vì vậy, để làm nguồn nước tối đa, nên sử dụng vật liệu lọc chun dụng, có tính làm cao, kiểm nghiệm có hiệu 4.2 Than hoạt tính Than hoạt tính (hay cịn gọi carbon hoạt tính, tên tiếng Anh là Activated Carbon) dạng carbon có độ xốp cao, nhiều vết nứt, lỗ rỗng nhỏ đến kích thước phân tử Và đặc biệt ống mao quản nhỏ than hoạt tính lại khơng dính ướt nước mà dính ướt kim loại nặng,dầu nhớt,cặn bẩn, chất hữu cơ… nước mà nước dễ dàng lọc qua ống mao quản nhỏ than hoạt tính Than hoạt tính tạo từ việc đốt nhiên liệu giàu cacbon như gỗ, than đá,than bùn, gáo dừa, tre, trấu, mùn cưa… nhiệt độ cao từ 600 đến 900 độ C điều kiện yếm khí 13 Bề mặt than hoạt tính 4.2.1 Cấu tạo than hoạt tính Về mặt hóa học gồm chủ yếu ngun tố carbon ở dạng vơ định hình (bột), phần có dạng tinh thể vụn grafit Ngồi carbon phần cịn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu các kim loại kiềm và vụn cát) Than hoạt tính có diện tích bề mặt lớn nên ứng dụng chất lý tưởng để lọc hút nhiều loại hóa chất Diện tích bề mặt than hoạt tính tính đơn vị khối lượng từ 500 đến 2500 m2/g (lấy ví dụ cụ thể để so sánh sân quần vợt có diện tích rộng khoảng chừng 260 m²). Bề mặt riêng rất lớn hệ của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu thừa hưởng từ nguyên liệu hữu cơ, qua q trình chưng khơ (sấy) nhiệt độ cao điều kiện yếm khí Phần lớn vết rỗng - nứt vi mạch, có tính hấp thụ rất mạnh chúng đóng vai trị rãnh chuyển tải (kẽ nối) Than hoạt tính thường tự nâng cấp (ví dụ, tự rửa tro hóa chất tráng mặt), để lưu giữ lại thuộc tính lọc hút, để thấm hút thành phần đặc biệt như kim loại nặng 14 Thuộc tính làm tăng ý nghĩa than hoạt tính cịn phương diện chất khơng độc (kể ăn phải nó) 4.2.2 Từ cấu tạo đặc tính dính ướt kim loại,chất hữu mà khơng dính ướt nước nên than hoạt tính có cơng dụng lợi ích mang lại sau: - Hấp phụ loại bỏ hầu hết chất ô nhiễm hữu cơ, đồng, chì, clo… dư nước - Loại bỏ chất ô nhiễm từ thuốc trừ sâu - Khử màu, mùi nước - Được sử dụng rộng rãi phổ biến, thân thiện với môi trường - Giá thành rẻ, phù hợp với hầu hết nguồn nước yêu cầu 4.3 Hạt lọc AC (hay hạt ODM ): 15 4.3.1 Cấu tạo hạt AC : ODM vật liệu lọc đa dùng hệ thống lọc nước đầu nguồn ODM có thành phần oxit silic với xấp xỉ 80%; sau tới sắt oxit (tối đa 5%), nhôm oxit (tối đa 4%), natri oxit & kali oxit (tối đa 3%), magie & canci oxit (tối đa 4%) hoạt hóa nhiệt độ cao lên tới 14000 C Tạo lỗ rỗng li ti giúp hạt lọc AC có khả hấp thụ đa dạng chất ô nhiễm sắt , asen , mangan thành phần chất hạt AC giúp ổn định pH; giảm hàm lượng nitrogen (nitrit, nitrat, amoni) Kích thước hạt lọc đa AC cỡ khoảng 0.8 – 2mm Cấu tạo vật liệu lọc đa ODM đồng từ Tỷ trọng hạt tương đối nhẹ so với vật liệu 16 lọc nước khác loại Cụ thể tỷ trọng hạt odm 450 – 480 (kg/m3) 4.3.2 Tính chất hạt AC: - Hạt ODM vốn chất hấp thụ, đóng vai trò chất xúc tác khử sắt, mangan, đồng, chì, kẽm, canci,… - Hạt khơng cần tái sinh với thời gian sử dụng tối thiểu năm - Hạt ODM khơng trực tiếp tham gia phản ứng hóa học nên đảm bảo chất lượng nước - Hạt gần khơng bị hao mịn q trình sử dụng Do đó, người dùng tiết kiệm chi phí nâng cao hiệu lọc - Thao tác sử dụng vật hành hạt lọc nước ODM đơn giản, dễ dàng - Hạt có khả kết hợp nhiều công đoạn xử lý thiết bị - Vật liệu lọc nước ODM cho vào bể lọc sử dụng mà không làm thay đổi kết cấu bể lọc 17 4.4 Cát mamgan: Cát mangan là loại vật liệu lọc nước thiếu dây chuyền lọc nước Nguồn gốc loại quặng có tỷ trọng nhẹ, kích thước nhỏ có lớp vỏ bọc bên ngồi Chúng tồn dạng hạt thơ, cứng, chịu ăn mịn khơng tan nước Chúng có màu vàng nâu, nâu đất màu nâu đen 4.4.1 Cấu tạo: Thành phần cát mangan Mn(OH)4 KmnO4, đóng vai trị chất xúc tác dùng để khử sắt, mangan hydrgen sunfit Với 55% MnO2, chúng có tác dụng tăng khả tiếp xúc oxy hóa kim loại Fe Với đặc trưng này, loại cát sử dụng nhiều trong xử lý nước sinh hoạt nhiễm sắt, mangan, flo hydrgen sunfit Thời gian sử dụng cát mangan thường – năm tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước Vì khơng tham gia trực tiếp vào phản ứng hóa học nên khơng làm suy giảm chất lượng nước trình xử lý 18 Cát mangan được khai thác cách: lộ thiên hầm lò tùy thuộc theo địa chất, địa hình mỏ quặng Sau khai thác, chúng tập kết xưởng, nhờ việc nghiền tuyển ướt nam châm cho nguồn cát thơ 4.4.2 Tính chất: Với đặc trưng tạo kết tủa bám vào máy lọc nước, bể lọc nước, cát mangan sử dụng rộng rãi nước nhiễm phèn hiệu cao Đặc biệt, loại bỏ nhiều kim loại nặng asen nước với ưu điểm quan trọng đây: Cát mangan thường dùng để lọc nước giếng khoan, khử mùi nước nhiễm sắt, mangan, hydrogen sunfit, asen, khử mùi cách oxy hóa bề mặt cát, kết tủa lọc tầng hạt Khả khử sắt khoảng pH rộng ổn định Giảm hàm lượng sắt, Nitrogen, photphat, asen flo Giúp giảm nhiều hợp chất hữu cơ, khử kim loại nặng Khử chất phóng xạ, hấp thụ giảm hàm lượng dầu đáng kể Có tuổi thọ sử dụng cao, sử dụng đơn giản giá thành hợp lý Có thể thay cho loại vật liệu lọc khác mà không cần thay đổi cấu trúc bể lọc Cát mangan dễ dàng cách rửa ngược 4.5 Sỏi đỡ: 19 Sỏi đỡ có thành phần chủ yếu oxit silic (SiO2): 99,4%, (Al2O3): 0,1%, (Fe2O3): < 0,1%, lại số tạp chất khác Sỏi lọc nước (sỏi đỡ, sỏi thạch anh) vật liệu lọc nước phổ biến Vật liệu có cơng dụng lọc ngăn chặn cặn bẩn lơ lửng có kích thước nhỏ, khơng thể kết tủa tự nhiên nguồn nước Nó thường sử dụng làm vật liệu đỡ vật liệu khác trình lọc, giúp nước hệ thống lọc lưu thơng dễ dàng Ưu điểm sỏi thạch anh Cát sỏi lọc nước vật liệu tồn sẵn tự nhiên phí khai thác sản xuất rẻ Sỏi thạch anh có độ cứng cao nên khơng bị bào mịn, tuổi thọ cao Sỏi thạch anh khơng làm ảnh hưởng, thay đổi tính chất lý hóa nước khơng tham gia phản ứng với tác nhân hóa học có nước Khơng bị hịa tan có độ cứng nên phù hợp để làm lớp lót đáy của hệ thống làm mềm nước Sỏi thạch anh dễ dàng kết hợp với số vật liệu lọc khác như: cát mangan, than hoạt tính, hạt cation,… để tăng hiệu xử lý hệ thống xử lý nước 4.6 Cát thạch anh: Cát thạch anh là vật liệu lọc thông dụng rất phổ biến,dễ kiếm hệ thống lọc nước Công thức hóa học cát thạch anh với thành phần hợp chất SiO2 ( silic dioxit). Loại vật liệu có kích thước nhỏ, góc cạnh phù hợp với công dụng giữ lại chất lơ lửng, phù du, phù sa Cát lọc cịn có đặc điểm quan trọng không tan nước, không sinh chất độc hại. Cát lọc nước thạch anh có thành phần tỷ lệ thành phần hạt cấu tạo không giống loại cát khác giống cát vàng hay dùng xây dựng tác dụng lọc nước ưu việt nhiều, giữ lại cặn bẩn tốt hơn, không bị tắc cát vàng Cát cịn có tác dụng làm giảm q trình thẩm thấu nước để nước có đủ thời gian thoát nước qua tầng vật liệu lọc 20