Sử dụng năng lượng hỗn hợp khí cháy của giàn khoan dầu hỏa để đun nước biển thành nước tinh khiết và muối sinh học

SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO TỈNH TIỀN GIANG PHÒNG GIÁO DỤC - ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ MỸ THO TRƯỜNG THCS PHÚ THẠNH  TÊN DỰ ÁN LĨNH VỰC DỰ THI: KỸ THUẬT: VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Tác giả: Nguyễn Đồn Hữu Hịa MỤC LỤC Mục lục Trang Lời cảm ơn Trang Mở đầu Trang Tóm tắt nội dung đề tài Trang Giới thiệu tổng quan nghiên cứu Trang Giả thuyết khoa học mục đích nghiên cứu Trang Phương pháp nghiên cứu Trang Kết nghiên cứu Trang Phân tích số liệu/Kết thảo luận Trang 10 Kết luận Trang 11.Tài liệu tham khảo Trang 10 LỜI CẢM ƠN Em tên Nguyễn Đồn Hữu Hịa - Học sinh lớp 9/5 Trường THCS Phú Thạnh Thành phố Mỹ Tho- Tỉnh Tiền Giang Từ nhỏ em u thích tìm hiểu khám, tìm hiểu vận hành thiết bị máy móc, phản ứng hóa học… Nhưng em sinh gia đình nơng dân nơng thơn khơng có điều kiện tiếp cận với phương tiện kỹ thuật đại May nhờ phát triển khoa học với phương tiện thông tin đại chúng, giúp em có điều kiện phát huy sở thích Em đọc tài liệu, tìm hiểu mạng, nghiên cứu thông tin, thu thập tin tức liệu…và thực hành ý tưởng Với điều kiện sở vật chất hạn chế, kiến thức thân chưa thể thực tốt ý tưởng.Trong trình nghiên cứu thực sản phẩm, em động viên khích lệ bạn bè, hỗ trợ nhiệt tình ba mẹ, thầy cô… Ba mẹ dành nhiều tâm huyết, tạo điều kiện vật chất lẫn tinh thần, chia sẻ suy nghĩ, giúp đỡ em suốt q trình nghiên cứu thực Thầy Cơ ngồi việc cung cấp kiến thức, thông tin dành nhiều thời gian em nghiên cứu tạo sản phẩm có giá trị nội dung, hình thức giá trị thẩm mỹ Em nghĩ rằng, người có ước mơ cho riêng Và niềm hạnh phúc sung sướng ước mơ trở thành thực Và em có cảm giác đó, với em cảm giác cịn to lớn ấm áp hành trình tới ước mơ em có ba mẹ, thầy cô, bạn bè đồng hành cổ vũ… Xin người nhận em lòng biết ơn lời tri ân chân thành sâu sắc Em xin cám ơn Q Thầy Cơ ban tổ chức cho em điều kiện thử sức qua thi Qua thi em rút học kinh nghiệm để nâng cao kiến thức cho thân Em xin chân thành cảm ơn./ Tham gia thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia Năm học: 2013-2014 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tên dự án: SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HỖN HỢP KHÍ CHÁY CỦA DÀN KHOAN DẦU HỎA ĐỂ ĐUN NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC TINH KHIẾT VÀ MUỐI SINH HỌC MỞ ĐẦU Nhu cầu nước người không ngừng tăng Hiện tại, nguồn nước dùng cho nhu cầu sinh hoạt người thiếu hụt, dự báo tương lai ngày trở nên nghiêm trọng hơn, đặc biệt quốc gia phát triển nước nghèo có dân số đơng vấn đề nước sinh hoạt lại chưa qua tâm đầy đủ Việt Nam quốc gia phát triển, nằm vùng nhiệt đới gió mùa nên khơng thiếu nguồn nước sinh hoạt, khả trữ nước khơng cao Do đó, khơng thể phân bố theo thời gian năm Hơn nữa, Việt Nam có 3269 km chiều dài bờ biển, vùng biển có nhiều đảo quần đảo, dồng ven biển nơi tập trung dân cư đông đông đúc Đồng thời, đà phát triển, thành phố quy hoạch tập trung vùng ven biển Do đó, nhu cầu nước sinh hoạt cho khu vực cần quan tâm giải nước biển nước lợ khơng thể dùng trực tiếp cho sinh hoạt Như vậy, việc biến nước biển thành nước sử dụng cần thiết để thỏa mãn nhu cầu sử dụng nước người Đã có nhiều cơng trình lọc nước biển, nhiên lọc nước biển thơi lãng phí chất đốt nhân lực Em tìm ý tưởng từ câu hỏi: Có thể lọc nước biển tạo muối mà không sử dụng lượng mặt trời hay chất đốt qui trình hay không? Để trả lời câu hỏi em tiến hành tìm hiểu thực nghiệm với nhật ký nghiên cứu cho dự án sau: - Tìm hiểu qui trình lọc nước biển lượng mặt trời - Tìm hiểu qui trình sấy muối - Tìm hiểu thực nghiệm qui trình sử dụng hỗn hợp khí cháy - Thực hành tạo dòng điện từ nước - Trình bày ý tưởng - Xây dựng mơ hình Tóm tắt nội dung dự án: Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nguồn nước ngày khan bị xâm nhập mặn, giải pháp chuyển nước biển thành nước ngày đề cao, có nhiều giải pháp đề xuất như: chưng cất, thẩm thấu, đông thành đá… Trong giải pháp này, em tận dụng nguồn lượng hỗn hợp khí thải cháy ống khói mỏ dầu để chưng cất nước biển thành nước ngọt, tận thu muối phát điện nhờ sức đẩy nước cung cấp nguồn điện lại cho hệ thống Điểm phương pháp chưng cất em tận dụng lượng phế thải, nhờ sức đẩy nước ống dẫn làm phát điện cung cấp cho hệ thống bơm nước Tổng quan trình tận dụng hỗn hợp khí cháy dàn khoan dầu hỏa để chưng cất nước biển thành nước muối tinh khiết: 5.1 Tình hình khử mặn nước biển: Hiện nay, giới có nhiều nhà máy biến nước biển thành nước Trung Đông (Israel, Ả Rập Xeut) Địa Trung Hải (Malta), châu Mỹ, Nam Âu, Caribbean, Nhật Bản, quần đảo Chanel, đảo Tenerife Qran Canaria - nơi nguồn nước tự nhiên lượng mưa thấp Ngày xưa, muốn trữ nước, người ta xây dựng nhiều hồ chứa với dung tích cực lớn Tuy nhiên, giá đất gia tăng làm cho công ty bán nước lựa chọn cách Ngày nay, người ta tìm cách loại bỏ muối nước biển, giải pháp tối ưu dễ làm 5.2 Sự cần thiết phải khử nước biển thành nước ngọt: Nguồn nước sử dụng nông nghiệp, công nghiệp nhu cấu sinh hoạt người dần, trầm trọng tương lai, nhiều lý ảnh hưởng biến đổi khí hậu nước biển dâng: - Ở vài nơi mưa giãm dẫn đến hạn hán trầm trọng xảy thường xuyên hơn, đưa đến cạn nước hồ chứa nước, sông, nước ngầm - Nguồn nước ngày bị ô nhiễm - Nước mặn xâm nhập vào nội địa tượng nước biển dâng cao Những số thống kê gần thực làm đáng lo ngại Cứ người có người khơng thường xun có nguồn nước uống an toàn Hơn 1/3 dân số, tức khoảng 2,4 tỷ người khơng có điều kiện vệ sinh đầy đủ Cứ giây lại có trẻ em chết bệnh liên quan đến nước bệnh gây 80% bệnh tật chết nước phát triển Việt Nam không thiếu nước đến mức trầm trọng diện tích đất nước trải dài theo 3260 km dọc theo bờ biển, ngư nghiệp ngày phát triển theo hướng đánh bắt xa bờ phải lưu dài ngày biển; ngành vận tải biển đà phát triển mạnh mẽ, tàu chở hàng biển dài ngày Đặc biệt dân cư đảo Việt Nam chưa có đủ nước để sinh hoạt 5.3 Tạo muối tinh khiết: Qui trình tạo muối tinh khiết tiết kiệm q trình sấy muối cơng lao động 5.4 Tận dụngnăng lượng hỗn hợp khí cháy dàn khoan để chưng cất tạo dòng điện: - Hỗn hợp khí cháy dàn khoan mỏ đỗ biển gây ô nhiễm môi trường Tận dụng khí đồng hành, tiết kiệm nhiên liệu hạn chế nhi6e4m mơi trường - Tạo dịng điện từ nước, hạn chế tình trạng nhiễm sử dụng chất đốt tiết kiệm lượng Giả thuyết khoa học mục đích nghiên cứu: 6.1 Các giả thuyết khoa học việc tách muối khỏi dung dịch nước biển: Có nhiều phương pháp biến nước biển thành nước ngọt, nguyên tắc chung phương pháp tách muối khỏi dung dịch nước biển Việc chọn lựa phương pháp lọc nước tùy thuộc vào nguồn lượng rẽ tiền sẳn có, nguồn nước mặn nhiều hay ít, nhiểm nhiều hay Phương pháp chưng cất nước: Dùng nhiệt lượng làm nước bốc nước kết đọng thành nước khơng chứa khống chất Gồm phương pháp chính: Hơi nước cao áp: Phương pháp sử dụng nguồn nhiệt nước cao áp Khi bị ép, nước gia tăng nhiệt độ áp suất Vì vậy, nhiệt tiềm ẩn tái xử dụng để làm nước biển bốc thêm nước cao áp đọng thành nước áp suất bình thường hay bình thường Sử dụng màng thẩm thấu: Trong phương pháp này, nước mặn lọc qua màng bán thẩm thấu Màng cấu tạo vô số lổ nhỏ cực vi, có đường kính khoảng 1-50 nm Màng có đặc tính chọn lựa, cho phép phân tử nhỏ nước qua lổ màng giữ lại phân tử lớn loại muối, tương tự rây thật mịn áp dụng cho chất đặc Nước biển dung mơi gồm nước chất hịa tan nước, chất muối NaCl muối khống khác, có phân tử lượng lớn nước Đơng thành nước đá: Nước bắt đầu đông thành nước đá nhiệt độ 0ºC áp xuất atmosphere Tuy nhiên, với diện muối NaCl, cần phải nhiệt độ âm 0ºC, nước đông thành nước đá Nước đá nước mặn, tương tự tảng băng biển hai cực trái đất Tốn nhiều lượng Ít áp dụng Sử dụng lượng mặt trời : Phương pháp bắt chước thiên nhiên, nước biển bốc sức nóng mặt trời, tạo thành mây (hơi nước), gặp lạnh nước mây kết tụ thành giọt mưa 6.2 Mục đích nghiên cứu: Em muốn tận dụng nguồn lượng ống khói mỏ dầu có lửa cháy để biến nước biển thành nước tận thu muối nhờ chưng cất Phương pháp, kế hoạch tiến trình nghiên cứu: 7.1 Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: vận dụng kiến thức vật lý, hóa học sinh học, đồng thời tiếp cận kết nghiên cứu liên quan làm sở cho đề tài - Phương pháp chuyên gia: nhờ tham vấn thầy cô anh chị công tác lĩnh vực liên quan - Phương pháp thực nghiệm: thực theo phương pháp thử - sai để hoàn chỉnh mơ hình 7.2 Kế hoạch nghiên cứu: - Hình thành ý tưởng - Tìm đọc tài liệu liên quan, trao đổi ý tưởng với thầy cô hướng dẫn - Thực mơ hình - Đối chiếu với nguyên tắc vật lý, hóa học sinh học để hồn thiện mơ hình sát với thực tế nhằm ứng dụng dễ dàng 7.3 Tiến trình nghiên cứu: Bước 1: phát thảo mơ hình chi tiết giấy Bước 2: sử dụng vật liệu sẵn có để mơ hình hóa chi tiết hệ thống chưng cất Bước 3: bổ sung chi tiết liên quan để hồn thiện mơ hình Bước 4: hỏi ý kiến góp ý thầy cơ, ba mẹ anh chị để điều chỉnh mơ hình thật hợp lý với thực tế ứng dụng Kết nghiên cứu: Kết nghiên cứu mơ hình tận dụng hỗn hợp khí cháy dàn khoan mỏ dầu chưng cất nước biển thành nước ngọt, thu muối phát điện cung cấp lại cho hệ thống Phân tích số liệu, kết thảo luận: 9.1 Mô tả mơ hình: Mơ hình gồm phần sau: Bồn chưng cất nước biển Ống dẫn nước Bồn nước lạnh giúp ngưng tụ nước Bồn xử lý nước Bồn trữ nước Motor bơm nước biển vào bồn chưng cất Bồn lọc nước muối cô đặc Nồi sấy muối khang Đồng hồ đo nồng độ muối 10 Mơ hình ống khói mỏ dầu chi tiết khác 9.2 Nguyên tắc hoạt động: Để vận hành mơ hình, ta cung cấp nguồn điện giúp máy bơm nước vận hành bơm nước biển vào bồn chưng cất Nhờ lượng lửa cháy hỗn hợp khí thải mỏ dầu làm sôi lượng nước biển bồn gây bốc nước Hơi nước dẫn theo đường ống qua bồn lạnh giúp nước ngưng tụ thành dạng lỏng dẫn vào bồn xử lý Tại nước tiếp tục xử lý nhờ hoạt chất hấp thu muối, sau nước dẫn vào bồn trữ Trong ống dẫn nước, nhờ sức đẩy nước làm quay tua pin dinamo phát điện cung cấp trở lại nguồn điện cho motor bơm nước biển vào bồn chưng cất Trên bồn chưng cất có gắn đồng ho đo nồng độ muối để biết nồng độ muối tới hạn dung dịch muối cô đặc Khi đạt tới điểm tới hạn nồng độ muối, ta mở van phía bồn chưng cất, xả dung dịch nước biển cô đặc vào bồn lọc muối; sau dẫn dung dịch muối lọc qua nồi sấy muối khang đặt nhánh ống khói mỏ dầu 9.3 Kinh nghiệm: - Nghiên cứu tượng, cơng trình có để lấy ý tưởng - Đặt câu hỏi tìm giải pháp tối ưu - Xây dựng ý tưởng - Luyện tập thí nghiệm nhiều lần để rút kinh nghiệm - Tham khảo ý kiến thầy, cô 10 Kết luận: Phương pháp chưng cất nước biển thành nước giải pháp hữu ích góp phần giải nguồn nước ngày khan Giải pháp tận dụng nguồn lượng hỗn hợp khí thải mỏ dầu góp phần giảm áp lực sử dụng nguồn lượng, giảm tải ô nhiễm môi trường./ 10 Tài liệu tham khảo Đặng Kim Chi Hóa học mơi trường, 2005 NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Ngọc Tân Luận Văn Thạc Sĩ Công nghệ môi trường, 2005 Đại học bách khoa Hà Nội Gleick, P H, S.H Scheneide, 1996 Tài nguyên nước Bách khoa từ điển khí hậu thời tiết Quyển II, Nhà xuất Đại học OXford, New york http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Sea_salt-e_hg.svg http://vietnamnet.vn/khoahoc/hoso/2004/06/160869 11 ... Năm học: 2013-2014 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tên dự án: SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HỖN HỢP KHÍ CHÁY CỦA DÀN KHOAN DẦU HỎA ĐỂ ĐUN NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC TINH KHIẾT VÀ MUỐI SINH HỌC MỞ ĐẦU Nhu cầu nước. .. dụng lượng phế thải, nhờ sức đẩy nước ống dẫn làm phát điện cung cấp cho hệ thống bơm nước Tổng quan trình tận dụng hỗn hợp khí cháy dàn khoan dầu hỏa để chưng cất nước biển thành nước muối tinh. .. q trình sấy muối cơng lao động 5.4 Tận dụngnăng lượng hỗn hợp khí cháy dàn khoan để chưng cất tạo dòng điện: - Hỗn hợp khí cháy dàn khoan mỏ đỗ biển gây nhiễm mơi trường Tận dụng khí đồng hành,