THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH CHO NGƯỜI DÂN MIỀN BIỂN

Địa điểm thực hiện dự án Do đề tài của chúng tôi là một đề tài nghiên cứu thực tế nên nó sẽ phải trải qua nhiều giai đoạn và sẽ được thực hiện ở nhiều nơi khác nhau, c thể như sau: + G

CÔNG TY HOLCIM VIỆT NAM

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH CHO NGƯỜI

DÂN MIỀN BIỂN

ĐỀ TÀI

TÔN VINH TÀI NĂNG SÁNG TẠO SINH VIÊN

GIẢI THƯỞNG “HOLCIM PRIZE - 2011”

MỤC LỤC

Trang

I Tóm tắt nội dung đề tài 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu dự án 1

3 Địa điểm thực hiện dự án 2

4 Đối tượng thụ hưởng 3

5 Những lợi ích về mặt phát triển cộng đồng, xây dựng bền vững và bảo vệ môi trường 3

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Các đối tác hỗ trợ mặt kinh phí và triển khai 4

8 Sơ lược về chi phí/giá thành 5

9 Kết quả dự kiến 5

II Mục tiêu và lợi ích của đề tài: 6

1 Về mặt phát triển cộng đồng 6

2 Về mặt bảo vệ môi trường 6

3 Về mặt xây dựng bền vững 7

III Phương pháp nghiên cứu & nguồn thông tin tham khảo 7

1 Nghiên cứu thứ cấp 7

2 Nghiên cứu trực tiếp 12

IV Các giai đoạn thực hiện và thời gian dự kiến cho từng giai đoạn 12

1 Giai đoạn nghiên cứu 12

2 Các bước chuẩn bị 12

3 Kế hoạch triển khai 13

4 Kế hoạch duy trì 13

V Nội dung công việc cụ thể của từng giai đoạn 13

1 Giai đoạn nghiên cứu 13

2 Các bước chuẩn bị 17

3 Giai đoạn triển khai 19

4 Kế hoạch duy trì 21

VI Những chứng minh cho thấy khả năng ứng dụng và duy trì dự án 23

1 Các điều kiện để dự án có thể triển khai trong thực tế 23

2 Những việc đã làm và sẽ làm để đảm bảo thỏa các điều kiện này 25

VII Kết quả dự kiến, những hạn chế trong quá trình nghiên cứu đề tài và đề xuất khắc phục 26

1 Những kết quả dự kiến 26

2 Những hạn chế trong quá trình nghiên cứu, đề xuất cách khắc phục 27

VIII Phụ lục 28 Tài liệu tham khảo

Tên đề tài: “Thiết kế thiết bị chưng cất nước mặn thành nước ngọt quy mô hộ gia

đình cho người dân miền biển”

I Tóm tắt nội dung đề tài

1 Lý do chọn đề tài

Như chúng ta đã biết, hiện trạng thiếu nước ngọt sinh hoạt vào mùa khô trong những năm qua ở các khu vực ven biển, hải đảo, vùng bị xâm nhập mặn là rất đáng báo động Để có được nước ngọt sinh hoạt thì người dân phải đi rất xa nơi ở để mua nước và mua với giá rất cao, có nơi lên đến

116 ngàn đồng cho 1m3 vào mùa khô [1] Mặc dù cuộc sống của người dân khó khăn là vậy, nhưng với tình hình kinh tế bất ổn như hiện tại và điều kiện địa hình phức tạp như hiện nay của khu vực này thì bài toán về việc cấp nước sạch sinh hoạt cho các hộ dân sống trong các vùng kể trên là rất khó giải quyết Trước tình hình này, việc cần phải có một giải pháp hiệu quả trong việc cấp nước sạch cho người dân ở đây s d ng là rất cần thiết

Bên cạnh đó, trong nhóm của chúng tôi, có nhiều bạn có quê ở các khu vực kể trên, hơn ai hết, các bạn của tôi luôn có một ước muốn về một giải pháp cấp nước sạch với giá rẻ cho gia đình mình và các hộ dân đang sinh sống ở những khu vực này Ước muốn ngày càng trở nên thiết thực hơn bao giờ hết khi chúng tôi gặp nhau và cùng nhau thảo luận rất nhiều về vấn đề này Kết quả của các cuộc thảo luận này là chúng tôi đã quyết định cùng nhau nghiên cứu về mô hình cấp nước cho người

dân miền biển bằng năng lượng mặt trời Cùng lúc đó, chương trình giải thưởng “Holcim Prize 2011”

được triển khai ở trường và chúng tôi đã đăng ký ý tưởng về công trình nghiên cứu của mình tham gia

chương trình với tên là: “Thiết kế thiết bị chưng cất nước mặn thành nước ngọt quy mô hộ gia đình

cho người dân miền biển”

2 Mục tiêu dự án

Nghiên cứu, thiết kế ra thiết bị chưng cất nước mặn thành nước ngọt và phải đảm bảo được các yếu tố sau:

+ S d ng năng lượng của các bức xạ mặt trời (hay gọi là nắng)

Tên các thành viên nhóm: Nguyễn Ngọc Anh - Phạm Duy Linh

Tên trưởng nhóm: Nguyễn Ngọc Anh - Khoa: Môi Trường & TNTN - Trường Đại học Cần Thơ ĐT: 01684.968.607

Email: hondacodon2009@gmail.com

+ S d ng các vật liệu đơn giản (nhựa, kính, ván ép, ván v n,…) và tái s d ng một số các vật liệu có khả năng tái s d ng như: xơ dừa, ống nhôm cũ,…

+ Có cấu tạo và nhiều hình dạng khác nhau như: dạng hộp chữ nhật, dạng tháp,… + Thiết bị có nhiều quy mô khác nhau: để hiệu suất chưng cất nước được linh động + Giá thành thấp hơn nhiều so với các thiết bị chưng cất nước khác

=> Tạo ra nguồn nước ngọt sạch, giá rẻ để cung cấp cho các ghe - tàu đi biển, các hộ gia đình miền biển, hải đảo, các khu vực thường xuyên bị xâm nhập mặn và những nơi không có nước ngọt sạch để sinh hoạt

3 Địa điểm thực hiện dự án

Do đề tài của chúng tôi là một đề tài nghiên cứu thực tế nên nó sẽ phải trải qua nhiều giai đoạn và sẽ được thực hiện ở nhiều nơi khác nhau, c thể như sau:

+ Giai đoạn nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu kiến thức thực tế và thiết kế mô hình mẫu;

- Thực hiện các thí nghiệm định hướng trên mô hình mẫu để xác định các thông số hoạt động chính của thiết bị chưng cất nước hoàn chỉnh;

- Tổng hợp và x lý số liệu

=> Những việc làm trên được thực hiện tại khuôn viên khoa, thư viện khoa và các phòng thí nghiệm của bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường và Tài nguyên Thiên nhiên - Đại học Cần Thơ

+ Giai đoạn tiền triển khai:

- Vận chuyển thiết bị mẫu ra thực tế là một khu vực thường xuyên bị xâm nhập mặn;

- Thực hiện các thí nghiệm kiểm chứng trên các thiết bị mẫu ngay tại địa phương;

- Tổng hợp và x lý số liệu rồi so sánh với các thí nghiệm ở giai đoạn nghiên cứu

=> Những việc làm trên được thực hiện tại nhà của một hộ dân ở xã Mỹ An - huyện Thạnh Phú - tỉnh Bến Tre và các phòng thí nghiệm của bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường và Tài nguyên Thiên nhiên - Đại học Cần Thơ

+ Giai đoạn triển khai (dự kiến): khi triển khai đề tài ra thực tế, chúng tôi sẽ được triển

khai đến các đối tượng sau:

- Các tàu ghe đi biển;

- Những hộ dân sống ven biển;

- Những hộ dân sống trong khu vực thường xuyên bị xâm nhập mặn

=> Do đó, chúng tôi sẽ ưu tiên thực hiện tại tỉnh Kiên Giang Bởi vì, tỉnh này có tất cả các đối tượng mà chúng tôi hướng đến ở trên

4 Đối tượng thụ hưởng

Đối tượng th hưởng mà đề tài này hướng tới là bao gồm tất cả các hộ gia đình hay các cá nhân, tập thể, tổ chức chưa có hoặc có nguồn nước ngọt, sạch sinh hoạt nhưng với giá đắt mà có nhu cầu s d ng và sống trong các khu vực sau:

+ Các ghe, tàu đi biển đánh bắt cá;

+ Những khu vực ven biển và hải đảo;

+ Và các địa phương trong đất liền thường xuyên bị xâm nhập mặn

Bên cạnh đó, tất cả những ai có nhu cầu chưng cất nước biển thành nước ngọt bằng năng lượng mặt trời để ph c v cho nhu cầu sinh hoạt của mình đều có thể s d ng thiết bị này

5 Những lợi ích về mặt phát triển cộng đồng, xây dựng bền vững và bảo vệ môi trường

Đây là đề tài nghiên cứu và thiết kế ra những thiết bị s d ng năng lượng mặt trời để chưng cất nước mặn thành nước ngọt Thiết bị này sẽ có nhiều hiệu suất khác nhau và tất cả đều có quy mô ứng d ng cho hộ gia đình, áp d ng các nguyên lý hoạt động và lắp đặt rất đơn giản, không s d ng hóa chất, vận hành đơn giản và có giá thành thấp Bên cạnh đó, đối tượng s d ng mà đề tài này hướng đến là những hộ dân vùng biển - không có nước ngọt sinh hoạt (hoặc có nhưng phải mua với giá cao) Do đó, đề tài này sẽ có những lợi ích về các lĩnh vực phát triển cộng đồng, xây dựng bền vững và bảo vệ môi trường C thể như sau:

+ Phát triển cộng đồng: với lợi thế là chi phí thấp và đơn giản nên thiết bị này sẽ đáp

ứng được rộng rãi nhu cầu s d ng nước sạch của những người dân sống ở miền biển, hải đảo hay trong vùng thường xuyên bị xâm nhập mặn mà chưa có hoặc thường xuyên không có nước ngọt, sạch

để sinh hoạt Bên cạnh đó, khi s d ng thiết bị này, người dân sẽ tiết kiệm được số tiền đáng kể cho việc mua nước ngọt để sinh hoạt vào mùa khô Do đó, thiết bị chưng cất nước mặn thành nước ngọt này sẽ góp phần nâng cao chất lượng đời sống vật chất cũng như tinh thần cho người dân ở các khu vực này

+ Bảo vệ môi trường: thiết bị chỉ s d ng nguồn năng lượng duy nhất là các bức xạ mặt

trời và không s d ng hóa chất Hơn nữa, chúng tôi đã chú trọng s d ng nhiều vật liệu có sẵn trong tự nhiên, ưu tiên tái s d ng một số vật liệu có khả năng tái s d ng Vì vậy, đây sẽ là một thiết bị thân thiện với môi trường

+ Phát triển bền vững: thiết bị này vừa tạo ra được nguồn nước ngọt, sạch và rẻ mà vừa

không làm ô nhiễm môi trường Mặt khác, việc s d ng rộng rãi thiết bị này còn góp phần hạn chế được việc khai thác và s d ng quá mức nguồn nước ngầm như hiện nay Qua đó, có thể tránh được các nguy cơ về hạ thấp các mạch nước ngầm và những vấn đề môi trường đi kèm Bên cạnh đó, việc

s d ng rộng rãi thiết bị này vừa giúp nhà nước tiết kiệm được chi phí xây dựng các hệ thống cấp nước sạch sinh hoạt cho người dân mà còn giúp nhân dân miền biển tiết kiệm được số tiền đáng kể cho việc mua nước sạch sinh hoạt với giá cao Số tiền mà nhà nước tiết kiệm được sẽ được đầu tư vào các lĩnh vực khác cho xã hội như: y tế, giáo d c, điện, đường,… còn số tiền người dân tiết kiệm được sẽ được dùng vào các m c đích sinh hoạt khác như: cho con em đi học, làm kinh tế,…Và cuối cùng là việc s d ng thiết bị này sẽ góp phần nâng cao đời sống của nhân dân và làm cho xã hội phát triển ngày càng bền vững hơn

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp d ng trong đề tài này là “phương pháp nghiên cứu trực

tiếp” Trình tự các giai đoạn nghiên cứu như sau:

+ Tìm hiểu các cơ sở lý thuyết các kiến thức thực tế liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến của các chuyên gia => thiết kế ra mô hình mẫu

+ Thực hiện các thí nghiệm định hướng trên mô hình mẫu để xác định những thông số thiết kế và hoạt động chính của thiết bị hoàn chỉnh

+ Triển khai mô hình mẫu ra thực tế để đánh giá được chính xác hơn về hiệu suất hoạt động cũng như khả năng ứng d ng thực tế của đề tài

+ Tổng hợp và x lý số liệu rồi lựa chọn hình dạng của thiết bị để thực hiện các bước tiếp theo (dạng hộp chữ nhật hay dạng tháp)

+ Thiết kế ra các thiết bị chưng cất nước hoàn chỉnh với nhiều hình dạng và hiệu suất chưng cất khác nhau Sẽ có hai loại hình dạng của thiết bị là: dạng hộp chữ nhật và dạng tháp, ứng với

ba mức hiệu suất được thiết kế đó là 90, 120 và 150 lít/ngày cho mỗi loại (chúng tôi đang thực hiện

giai đoạn này)

+ Chuẩn bị vật liệu và tiến hành lắp ráp thiết bị hoàn chỉnh và kiểm tra lại khả năng hoạt

động của thiết bị trước khi triển khai ra thực tế để có những điều chỉnh, bổ sung kịp thời (nếu có điều

kiện)

7 Các đối tác hỗ trợ mặt kinh phí và triển khai

Trong quá trình thực hiện đề tài này, chúng tôi đã và sẽ nhận được những hỗ trợ như:

+ Kinh phí: công ty Holcim và gia đình

+ Cơ sở lý thuyết - kỹ thuật: các thầy (cô) là giảng viên của Khoa Môi trường và Tài

nguyên Thiên nhiên - Trường Đại học Cần Thơ

+ Triển khai: thầy cô, bạn bè và chính quyền địa phương và nhân dân ở những nơi triển

khai đề tài

8 Sơ lược về chi phí/giá thành

Chi phí cho một thiết bị hoàn chỉnh là bao gồm các loại chi phí sau [ph l c - giá thành]: + Chi phí để mua vật liệu, gia công, lắp ráp chúng thành thiết bị hoàn chỉnh

+ Chi phí để vận chuyển các vật liệu đến nơi triển khai

+ Tiền công cho những người tham gia trong quá trình lắp đặt thiết bị hoàn chỉnh + Các khoản tiền khác

=> Sau khi tính tổng các chi phí trên cho mô hình dạng hộp có diện tích mặt tiếp xúc là 0,5 m2

(1 x 0,5m) của mình, chúng tôi đã tính ra được chi phí cho việc lắp đặt một thiết bị ra thực tế có giá thành là 400.000 đồng/m2 Nghĩa là cứ ứng với 1m2

diện tích mặt tiếp xúc của thiết bị là 400.000 đồng

(giá thành cụ thể ở phụ lục 4 - bảng 2) Bên cạnh đó, tuy có hình dạng và cấu tạo tương đối khác nhau,

nhưng giá thành của hai loại thiết bị vẫn như nhau

9 Kết quả dự kiến

Chúng tôi sẽ chế tạo thành công thiết bị chưng cất nước mặn thành nước ngọt dùng năng lượng mặt trời quy mô hộ gia đình Thiết bị sẽ có một số đặc điểm như sau:

- Vật liệu: ván, kính thủy tinh (hay kính nhựa), giấy bạc, ván ép, đinh, sơ dừa, ống nhựa

PVC (hay ống nhôm cũ), cây gỗ (hay sắt), tone (hay thiết), thùng chứa nước (hay lu, khạp),…

- Hình dạng: dạng hộp chữ nhật có mặt tiếp xúc (tấm kính - hứng nước) có độ nghiêng

là 5% (dạng tháp là 300) so với độ dài của mặt đáy M c đích để việc thu nước ngưng t nhanh hơn và

chống lượng nước đã ngưng t bốc hơi ngược trở lại [phụ lục 3.3]

- Các mức hiệu suất thiết kế (tương ứng với diện tích đất sử dụng): 90lít/ngày (16m2); 120lít/ngày (24m2); 150lít/ngày (30m2)

- Tỉ lệ hiệu suất chưng cất nước trên diện tích bề mặt: từ 4,0 - 6,0 lít/m2.ngày (vì nước

ta là nước nhiệt đới)

- Thời gian chưng cất: mỗi ngày là từ 7h - 17h vào mùa khô

- Chất lượng nước đầu ra: lượng nước thu được không còn độ mặn, độ đ c < 1 NTU và

không còn tổng Coliform => nước thu được có thể tắm, giặt, nấu ăn và uống được

II Mục tiêu và lợi ích của đề tài

1 Về mặt phát triển cộng đồng

+ Mục tiêu: tạo điều kiện cho người dân sống ở vùng ven biển, hải đảo, các khu vực bị ảnh

hưởng bởi hiện tượng xâm nhập mặn mà chưa có nước ngọt sinh hoạt hoặc phải mua với giá rất cao có được nguồn nước ngọt, sạch, giá rẻ để ph c v cho nhu cầu sinh hoạt của họ Bên cạnh đó, đề tài này còn hướng đến việc ph c v cho các ghe, tàu đi biển đánh bắt hải sản, nhằm giúp họ tiết kiệm được chi

phí mua nước ngọt dự trữ cho quá trình đánh bắt

+ Lợi ích: góp phần cải thiện đời sống vật chất cũng như đời sống tinh thần cho người dân

ở những khu vực kể trên như:

- Tiết kiệm được tiền mua nước ngọt sạch nhưng giá thành lại quá đắt để s d ng cho các m c đích sinh hoạt hàng ngày

- Hạn chế sự lây lan các mầm bệnh hay phát sinh ra các loại bệnh khác do s d ng nguồn nước chưa x lý Bên cạnh đó, cũng hạn chế được các loại bệnh nguy hiểm khác do không có nước sạch s d ng như: bệnh ngoài da, bệnh đường tiêu hóa

- Cải thiện đời sống kinh tế cũng như tinh thần của người dân do có nước ngọt sạch sinh hoạt với giá rẻ nên các hoạt động thương mại - dịch v như: vui chơi, giải trí, ăn uống cũng phát triển theo,…

- Đối với người đi biển thì họ vừa tiết kiệm được chi phí trong quá trình đánh bắt mà

còn đề phòng trường hợp bị thiếu nước ngọt khi phải ở dài ngày trên biển ngoài ý muốn

2 Về mặt bảo vệ môi trường

+ Mục tiêu: về mặt bảo vệ môi trường, đề tài này chú trọng vào ba m c tiêu chính là:

- Thiết bị được vận hành bằng nguồn năng lượng duy nhất là năng lượng bức xạ mặt trời – không s d ng các nguồn năng lượng hóa thạch hay các nguồn năng lượng gây ô nhiễm môi trường

- Trong quá trình chế tạo và vận hành thiết bị không thải ra các chất thải làm ô nhiễm môi trường tiếp nhận

- Ưu tiên s d ng các vật liệu đơn giản, dễ tìm mua, giá rẻ và tái s d ng các vật liệu đã qua s d ng như xơ dừa, tone (các miếng thiết), nhựa, giấy cứng, ván ép,…

+ Lợi ích:

- Đề tài này không s d ng các nguồn năng lượng hóa thạch nên không gây ô nhiễm môi trường

- Chẳng những không thải ra các chất thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường mà đề tài này còn góp phần giảm lượng phát thải gây ô nhiễm môi trường do ưu tiên s d ng các vật liệu có khả năng tái chế

- Bên cạnh đó, việc chỉ s d ng các vật liệu đơn giản, dễ tìm mua, dễ gia công, dễ lắp ráp - chế tạo nên không cần phải s d ng đến các loại vật liệu đặc biệt được tạo ra do khai thác tài nguyên thiên nhiên => góp phần làm giảm sự ô nhiễm môi trường

3 Về mặt xây dựng bền vững

+ Mục tiêu => Lợi ích:

Đối với mặt xây dựng và phát triển bền vững thì đề tài này sẽ đặt ra các m c tiêu và hướng đến các lợi ích sau:

- Do không gây ô nhiễm môi trường và sản phẩm có giá thành thấp nên sẽ tạo ra được

sự ủng hộ của đông đảo người dân trong các khu vực nêu trên

=> Khi đó, sẽ tiết kiệm được số tiền khá lớn cho việc cấp nước sạch cho các hộ dân này Số tiền ấy sẽ được ph c v cho các nhu cầu khác của xã hội, và khi đó xã hội sẽ ngày càng phát triển và bền vững hơn

- Nếu thiết bị này được s d ng rộng rãi thì chắc chắn sẽ góp phần hạn chế một lượng đáng kể nguồn nước ngầm sẽ bị khai thác để ph c v cho việc cấp nước cho các hộ dân sống trong các khu vực này

=> Khi đó, sẽ góp phần giảm thiểu được việc khai thác quá mức nguồn nước ngầm như hiện

nay và gián tiếp đơn giản hóa nhiều vấn đề liên quan đến hiện tượng “ hạ thấp mực nước ngầm”

III Phương pháp nghiên cứu & nguồn thông tin tham khảo [phụ lục 2.1]

1 Nghiên cứu thứ cấp:

Chúng tôi đã nghiên cứu nhiều tài liệu trong nước cũng như ngoài nước về lĩnh vực nghiên cứu của đề tài:

+ Theo Viện Hóa học đã thiết kế được 06 loại máy chưng cất nước, từ đơn giản tới phức tạp,

phù hợp với từng điều kiện c thể, đáp ứng quy mô tập thể và hộ gia đình

- Ưu điểm: vật liệu chế tạo thiết bị rất thông d ng, dễ tìm mua trên thị trường như kính dày

3mm, nhôm lá, nhôm thanh, sắt không gỉ, gỗ, xi măng, ống nhựa Vật liệu chuyển pha trữ nhiệt cũng rất thông d ng có nguồn gốc Paraphin Theo đánh giá sơ bộ độ bền của thiết bị có thể đạt từ 5-10 năm

- Khuyết điểm: với đầu tư ban đầu là 1triệu đồng/m2 mặt tiếp xúc, giá thành này vẫn còn khá cao so với thu nhập của người dân tại các vùng khó khăn Bên cạnh đó, nghiên cứu này chưa đề cập đến vấn đề s d ng vật liệu cách nhiệt nào cho phù hợp với từng loại mô hình

+ Theo Muafag Suleiman K Tarawneh (2007): về các đặc tính của vật liệu như sau:

- Nhôm là một kim loại dẫn nhiệt, điện tốt Do đó, bộ phận hấp thu nhiệt bằng nhôm được sơn đen sẽ có khả năng hấp th nhiệt rất tốt

- Nắp kính với một độ nghiêng 400 Cả hai tấm được đặt trên các khung thép và dùng cao su

để ngăn ngừa sự rò rỉ không khí;

- Lớp cách nhiệt bên ngoài thùng, cách nhiệt có độ dày 8cm, được đặt trong hai hộp bằng

gỗ và bên ngoài được bao quanh bởi ironsheet mạ kẽm;

- Máng thu được làm bằng nhựa PVC và đặt dưới kính che phủ với một độ nghiêng của 50đối với đầu thu để tăng tốc độ tốc độ ngưng t và để tránh các xu hướng bốc hơi lại;

+ Theo Pinar Ilker Alkan, (2003): thì một số lưu ý về vật liệu máy chưng cất:

- Một trong những thành phần quan trọng nhất là nắp, vật liệu che phủ như nắp của thiết bị phải được lựa chọn phù hợp.Việc lựa chọn vật liệu của nắp là giữa thủy tinh và nhựa Thủy tinh được

ưa thích so với những loại kính nhựa, nhưng lợi thế chính của đối với kính nhựa là rẻ hơn

- Các vật liệu keo hiệu quả nhất được s d ng cho đến nay là silicon khi khô chúng vẫn đàn hồi trong một thời gian dài Loại khác đã được s d ng như là hắc ín và băng Những vật liệu này xấu

đi trong thời gian và trở nên dễ vỡ để các vết nứt được hình thành và do đó có khả năng bị rò rỉ hơi

- Việc s d ng sắt mạ kẽm như một kênh chứa nước sau chưng cất không phải là một lựa chọn tốt vì nó ăn mòn trong tiếp xúc với nước mặn Nhôm có thể được s d ng như là một máng chứa, nhưng nó cũng bị ăn mòn ở nhiệt độ cao

Bên cạnh đó, hiện nay, tại Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường và Tài nguyên Thiên nhiên - Trường Đại học Cần Thơ có rất nhiều đề tài nghiên cứu về ứng d ng của năng

lượng mặt trời trong nhiều lĩnh vực của đời sống hằng ngày như: “Thiết kế mô hình sấy ứng dụng

năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức”(1), “Thiết kế máy nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng lớp cách nhiệt bằng vật liệu tự nhiên”(2),… trong đó, kết quả c thể như sau:

1.“Thiết kế mô hình sấy ứng dụng năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức”[phụ lục 3.1]:

+ Tổng quan về đề tài: đề tài này được thực hiện trên hai mô hình là máy sấy thông khí tự

nhiên và máy sấy thông khí cưỡng bức Đối tượng thí nghiệm của hai mô hình này là mít và hành (mít

đã loại bỏ hạt và hành đã loại bỏ củ) Vấn đề cần khảo sát là xác định và so sánh thời gian sấy hành và mít ở mỗi mô hình Đồng thời sẽ so sánh kết quả vừa đạt được với thời gian phơi hành và mít ngoài tự nhiên Thời gian thực hiện đề tài này là 14 tuần (vào mùa khô)

+ Kết quả: kết quả thu được là rất tốt, thời gian sấy ngắn và hiệu quả hơn khi phơi nắng tự

nhiên C thể là thời gian sấy từ 16 - 28 giờ đối với nguyên liệu là mít (phơi nắng tự nhiên là từ 36 -

48 giờ) và từ 6 - 8 giờ đối với hành lá (phơi tự nhiên là 7 - 12 giờ)

+ Ưu điểm: điều đáng lưu ý của đề tài này là cả hai mô hình đều đạt được nhiệt độ cao khi

bức xạ lớn hơn 800 W/m2 Nhiệt độ cao nhất của bộ thu nhiệt thông khí tự nhiên là 1040

C Trong khi

đó, nhiệt độ cao nhất của bộ thu nhiệt thông khí cưỡng bức là 1140

C

+ Khuyết điểm: thời gian sấy tốt nhất trong một ngày lại tương đối hẹp Thời gian sấy tốt

nhất trong ngày là từ 9 giờ sáng đến 15 giờ chiều (mùa khô)

2 “Thiết kế máy nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng lớp cách nhiệt bằng vật liệu tự nhiên”[phụ lục 3.2]:

+ Tổng quan về đề tài: có ba mô hình đã được thiết kế để ph c v cho quá trình nghiên cứu

của đề tài này:

- Mô hình A: s d ng xơ dừa làm vật liệu cách nhiệt, thể tích bình chứa là 18 lít;

- Mô hình B: s d ng sợi thủy tinh làm vật liệu cách nhiệt, thể tích bình chứa là 18 lít;

- Mô hình C: s d ng sợi thủy tinh làm vật liệu cách nhiệt, thể tích bình chứa đến 60 lít Đối tượng thí nghiệm của đề tài này là nguồn nước cấp ph c v cho việc tắm giặt Với m c đích là tạo ra nguồn nước nóng để ph c v cho nhu cầu tắm giặt của người dân Thời gian thực hiện là

14 tuần - vào mùa khô

+ Kết quả:

Đối với mô hình A và B :

- Mô hình A có khả năng cung cấp được 34 lít nước có nhiệt độ trung bình từ 51,75 - 56,25oC trong một ngày có bức xạ mặt trời trung bình dao động từ 727 – 884 W/m2

- Mô hình B cung cấp được 34 lít nước có nhiệt độ trung bình 59 – 60oC Với nhiệt độ trung bình của nước lạnh là 28oC, thì nước nóng sản xuất từ mô hình A có thể pha được 65 – 80 lít nước có nhiệt độ 40oC ph c v cho việc tắm giặt Còn đối với mô hình B thì lượng này là 87 – 90 lít

- Lượng nước nóng cung cấp được từ hai mô hình tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ mặt trời Khi bức xạ mặt trời cao thì lượng nước nóng thu được nhiều hơn

- Vật liệu cách nhiệt có ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống Ở đây vật liệu cách nhiệt sợi thủy tinh có hiệu quả hơn xơ dừa

Đối với mô hình C:

- Mô hình C cung cấp được 60 lít nước nóng trung bình từ 49,5 – 54,5oC trong ngày có bức xạ trung bình từ 633,63 – 962.69 W/m2

- Nhiệt độ trung bình trong bình chứa tổn thất không lớn, chỉ từ 6 – 7,5oC trong khoảng từ

18 giờ đến 6 giờ sáng hôm sau

- Các mô hình A và B thiết kế với kiểu ống hình zig zag nên không tận d ng được hết diện tích bề mặt hấp th bức xạ mặt trời

Những vấn đề đáng ghi nhận sau khi chúng tôi tham khảo các nguồn tài liệu trên là:

+ Ghi nhận và sử dụng kết quả nghiên cứu sau:

- Sợi thủy tinh cách nhiệt tốt hơn xơ dừa nhưng không đáng kể

=> S d ng xơ dừa làm vật liệu cách nhiệt cho đề tài của mình

- Mùa khô có lượng bức xạ lớn nên nhiệt độ ở bộ phận hấp th nhiệt cao

=> Chúng tôi sẽ cố gắng tiến hành đề tài của mình vào mùa khô

- Nguyên tắc hấp th năng lượng cao của vật bằng kim loại có màu đen và bề mặt sần sùi => Bề mặt của bộ phận hấp th năng lượng (mặt đáy) sẽ được làm bằng các miếng thiết (tone) được sơn đen

- Nguyên tắc cho ánh sáng truyền qua vật trong suốt như thủy tinh, kính nhựa

=> Chúng tôi sẽ s d ng hai loại vật liệu trên làm bề mặt của thiết bị Đồng thời, đây là mặt nghiêng để thu nước về các máng dẫn nước

+ Ghi nhận thiếu sót và bổ sung các vấn đề sau cho đề tài của mình:

- Một số nghiên cứu chưa áp d ng hiện tượng phản xạ ánh sáng của các vật có bề mặt nhẵn

và màu sáng

=> Chúng tôi sẽ áp d ng nguyên tắc này cho đề tài bằng cách thiết kế thêm bộ phận hứng ánh sáng Nhằm làm tăng sự bức xạ vào mặt tiếp xúc hay tăng nhiệt độ của mô hình

- Nhiều nghiên cứu chưa chú trong vào vật liệu cách nhiệt là vật liệu nào là tốt nhất

=> Chúng tôi sẽ s d ng xơ dừa để làm vật liệu cách nhiệt cho thiết bị

- Bên cạnh đó, độ dày của bộ phận cách nhiệt chưa thật sự đảm bảo được sự cách nhiệt là tốt nhất Bởi vì, bức xạ vào mùa khô rất cao nhưng nhiệt độ của bộ phận hấp th nhiệt của các mô hình của hai đề tài trên lại không quá cao Nguyên nhân là do lượng nhiệt thất thoát quá lớn

=> Chúng tôi sẽ tăng độ dày của bộ phân cách nhiệt để đảm bảo khả năng cách nhiệt là tốt hơn

- Một số công trình nghiên cứu chưa thiết kế bộ phận xả cặn Do đó, cần thiết kế thêm bộ phận xả cặn và sẽ tiến hành vệ sinh, r a đáy thiết bị theo định kỳ

=> Do hoạt động lâu ngày, nên lượng muối của nước sẽ bám trên bề mặt tấm hấp th nhiệt sẽ làm cho độ đen của tấm hấp th giảm đi Bởi vì, muối có màu trắng nên sẽ làm giảm khả năng hấp th nhiệt của bộ phận hấp th năng lượng dẫn đến giảm nhiệt độ khối không khí bên trong và giảm lượng nước bốc hơi

Các điểm mới và hay của “thiết bị chưng cất nước mặn thành nước ngọt quy mô hộ gia

đình cho người dân miền biển”:

+ Hoàn thiện được quá trình hội t , phản xạ và hấp th ánh sáng nên không cần người vận hành thường xuyên

+ Vật liệu hấp thu nhiệt là tấm thiết được sơn đen và làm cho bề mặt nhám để tăng khả năng hấp th nhiệt thay cho các tấm nhựa cao su dễ bị hỏng khi nhiệt độ cao

+ S d ng xơ dừa làm vật liệu cách nhiệt thay thế cho sợi thủy tinh của các công trình nghiên cứu trước Kết quả thu được là khả năng cách nhiệt tốt, giá rẻ và bền

+ S d ng các vật liệu đơn giản, dễ tìm mua và có giá rẻ

+ Nghiên cứu và thiết kế ra nhiều hình dạng mô hình để có thể áp d ng cho nhiều đối tượng khác nhau

+ Chúng tôi bổ xung thêm bình mariot để tự động điều tiết lượng nước đầu vào thiết bị, không cần người vận hành thường xuyên

=> Nhìn chung, điểm mới và hay của đề tài này là s d ng các vật liệu có giá rẻ nên chi phí

thấp, dễ lắp ráp, thiết bị vận hành tự động, hiệu suất được cải thiện đáng kể

2 Nghiên cứu trực tiếp:

Sau quá trình tham khảo tài liệu và tìm hiểu các kiến thức thực tế cũng như hiện trạng xã

hội của các khu vực khảo sát và đề ra hướng đi cho đề tài, chúng tôi đã đề ra được những công việc

cần thực hiện cho quá trình nghiên cứu trực tiếp của đề tài như sau:

+ Thiết kế mô hình chưng cất mẫu và thực hiện các thí nghiệm để hoàn chỉnh mô hình + Tham khảo ý kiến của người dân về hiện trạng s d ng nước và tìm hiểu nhu cầu,

nguyện vọng của họ ở thời điểm hiện tại và trong tương lai

+ Triển khai mô hình mẫu ra thực tế ở nhà của một hộ dân trong khu vực thường xuyên

bị xâm nhập mặn

+ Tổng hợp số liệu rồi tiến hành thiết kế các thiết bị hoàn chỉnh Sau đó sẽ cho thiết bị hoạt động th vài ngày rồi rút ra những kinh nghiệm, khắc ph c các thiếu sót

IV Các giai đoạn thực hiện và thời gian dự kiến cho từng giai đoạn [phụ lục 2.2]

1 Giai đoạn nghiên cứu: (giai đoạn này chúng tôi đã thực hiện xong và đang tiếp t c thực

hiện giai đoạn tiếp theo)

+ Phát sinh ý tưởng, tìm hiểu về đề tài và quyết định đăng ký đề tài tham dự cuộc thi

+ Tham khảo ý kiến của các chuyên gia và tìm hiểu kiến thức thực tế về đề tài

+ Lựa chọn địa điểm để tiến hành khảo sát các vấn đề liên quan đến đề tài

+ Thiết kế mô hình mẫu và thực hiện các thí nghiệm định hướng để có được các số liệu cần thiết cho việc thiết kế mô hình hoàn chỉnh

=> Các bước trong giai đoạn này chúng tôi thưc hiện trong khoảng thời gian: kể từ thời

điểm phát sinh ý tưởng và đăng ký tham dự giải thưởng “Holcim Prize 2011” cho đến ngày

03/07/2011

2 Các bước chuẩn bị: (đã thực hiện)

+ Khảo sát hiện trạng và thăm dò ý kiến người dân Chọn lựa một số hộ dân ở các địa phương để điều tra nhu cầu s d ng nước của họ Bên cạnh đó, chúng tôi cũng khảo sát các vấn đề liên

quan đến việc triển khai đề tài

+ Triển khai mô hình mẫu ra thực tế ở nhà của một hộ dân trong các khu vực khảo sát

=> Các bước trong giai đoạn này chúng tôi dự kiến thực hiện trong vòng 7 ngày: kể từ ngày

3 Kế hoạch triển khai (được thực hiện khi có điều kiện)

+ Khảo sát tất cả các khu vực mà đề tài hướng đến như: các đảo, vùng ven biển, vùng

bị xâm nhập mặn, các tàu ghe đi biển,…

+ Triển khai các thiết bị hoàn chỉnh phù hợp cho từng khu vực ra thực tế

+ Đánh giá tình trạng hoạt động cũng như hiệu suất hoạt động của các thiết bị để có những điều chỉnh thích hợp khi sai sót hoặc cần hoàn thiện hơn

=> Các bước của giai đoạn này chúng tôi dự kiến thực hiện sau ngày 1/10/2010

4 Kế hoạch duy trì (dự kiến)

+ Tổng kết lại quá trình triển khai giai đoạn đầu, đánh giá lại kế hoạch m c tiêu của kế hoạch và đề ra các hướng đi tiếp theo

+ Tìm các nguồn tài trợ cho đề tài sau khi thời gian thực hiện chính thức của đề tài ở giai đoạn đầu đã hết

+ Tiến hành thiết kế và tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh rồi bán cho người dân có nhu cầu

s d ng để thu hồi vốn và tạo ra nguồn kinh phí cho các dự án triển khai tiếp theo của đề tài

+ Tiếp t c khảo sát các vùng khác để tiếp t c triển khai đề tài Ưu tiên duy trì và phát triển đề tài ở những vùng khó khăn nhất

=> Thời gian thực hiện các bước của giai đoạn này ph thuộc vào việc tìm nguồn tài trợ chính cho đề tài nhanh hay chậm

V Nội dung công việc cụ thể của từng giai đoạn

1 Giai đoạn nghiên cứu:

+ Phát sinh ý tưởng, tìm hiểu về đề tài và quyết định đăng ký đề tài:

- Từ thực tế và phát sinh ý tưởng: ý tưởng về đề tài được phát sinh khi chúng tôi quan

sát các mô hình s d ng năng lượng mặt trời ứng d ng cho các lĩnh vực của cuộc sống trong các đề tài Luận văn tốt nghiệp đại học của các anh (chị) sinh viên khóa trước Tuy nhiên, tất cả các đề tài trên chỉ dừng lại ở mức độ là nghiên cứu sơ bộ và không có đề tài nghiên cứu c thể về việc chưng cất nước biển thành nước ngọt sinh hoạt Do đó, chúng tôi đã quyết định ứng d ng các cơ sở lý thuyết và những kết quả sơ bộ có liên quan ở trên vào đề tài nghiên cứu của mình

- Tìm hiểu các kiến thức, cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài: đề tài của chúng tôi bao

gồm nhiều mảng kiến thức về mặt trời, năng lượng và một số kiến thức về địa lý, thời tiết, khí hậu và kinh tế Các mảng kiến thức về năng lượng bao gồm: các dạng năng lượng của bức xạ mặt trời, khả năng hấp th năng lượng các bức xạ mặt trời sẽ cao hơn đối với các vật màu đen và sần sùi, hiện tượng

bay hơi của nước, hiện tượng ngưng t của hơi nước, sự cách nhiệt của các vật liệu, sự dẫn nhiệt của các vật bằng kim loại Các mảng kiến thức khác như: địa lý thì nước ta có bờ biển dài 3260km trải dài

từ Bắc tới Nam, hí hậu thì nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nên một năm có năm mùa mưa, khô rõ rệt Về kinh tế - xã hội: phần lớn những người dân sống khu vực ven biển, hải đảo, vùng bị ngập mặn hoặc vị xâm nhập mặn thường có đời sống kinh tế khó khăn

- Quyết định đăng ký đề tài tham dự giải thưởng “Holcim Prize 2011”: Từ các kiến

thức ở trên, chúng tôi đã quyết định đăng ký đề tài “Thiết kế thiết bị chưng cất nước mặn thành

nước ngọt quy mô hộ gia đình cho người dân miền biển”

+ Tham khảo ý kiến của các chuyên gia và tìm hểu kiến thức thực tế về đề tài

- Tham khảo ý kiến và ghi nhận sự đóng góp ý kiến của các chuyên gia trong bộ môn:

Sau khi đăng ký đề tài này, chúng tôi đã nhờ sự tư vấn của thầy Lê Hoàng Việt, Trưởng Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên -Trường Đại học Cần Thơ

về đề tài của mình và được thầy truyền đạt nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu về việc thiết kế thiết bị chưng cất nước s d ng năng lượng mặt trời Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đã nhờ sự tư vấn của cô Nguyễn Thị Thu Vân, Trưởng phòng thí nghiệm Vi Sinh Vật Kỹ Thuật Môi Trường về đề tài của mình và đã được cô truyền đạt những kiến thức về các vi sinh vật trong nước biển cũng như trong hơi nước, nước ngưng t và nhiệt độ, thời gian chết của chúng trong nước

- Tìm hiểu các kiến thức thực tế về đề tài trên những mô hình thật: Sau khi chuẩn bị

kiến thức kỹ càng cùng với sự tư vấn của các thầy cô, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu kiến thức thực tế

về đề tài bằng cách cùng vận hành các mô hình ứng d ng năng lượng mặt trời của các anh chị khóa trước đang làm luận văn tốt nghiệp Từ đó, chúng tôi đã rút ra những kinh nghiệm trong quá trình vận hành, chú ý những mặt được và chưa được của các mô hình này Đồng thời, chúng tôi cũng quan sát các hiện tượng xảy ra trong quá trình vận hành các mô hình để về sau thực hiện đề tài cho tốt hơn

+ Lựa chọn địa điểm để tiến hành khảo sát và triển khai đề tài sau này: Do trong nhóm có bạn quê ở xã Mỹ An, huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre - khu vực thường xuyên bị xâm nhập mặn vào mùa khô và đời sống của người dân rất khó khăn, thường xuyên không có nước ngọt sinh hoạt vào mùa khô Nguồn nước sinh hoạt chủ yếu của họ vào mùa mưa là nước mưa hứng được từ mái nhà Mùa khô thì họ vẫn s d ng nước mưa dự trữ để ph c v cho nấu ăn và uống, còn nước tắm giặt thì họ

s d ng nước giếng hoặc cả nước lợ ở dưới sông Tất cả các hiện trạng trên là đủ để chúng tôi chọn địa phương này làm địa điểm để tiến hành khảo sát và triển khai đề tài sau này

+ Thiết kế mô hình mẫu và thực hiện các thí nghiệm định hướng để hoàn chỉnh mô hình mẫu: Với kiến thức đã có cùng những kinh nghiệm thực tế, chúng tôi đã tiến hành thiết kế và lắp ráp

mô hình mẫu để thực hiện các thí nghiệm để hoàn chỉnh mô hình Chúng tôi thực hiện tất cả các thí nghiệm của mình là nhằm xác định các thông số sau: mối liên hệ giữa công suất và diện tích tiếp xúc của máy chưng cất nước, thời gian chưng cất hợp lý trong ngày, khả năng hấp th nhiệt của các vật liệu trong bộ phận hấp th năng lượng, khả năng cách nhiệt của xơ dừa ở thùng cách nhiệt, độ nghiêng của mặt hứng nước, chất lượng nước đầu ra

+ Các vấn đề kiến thức liên quan đến đề tài này thường rất thực tế và dễ tìm tài liệu nên việc tìm hiểu các kiến thức này để ứng d ng cho đề tài rất thuận lợi

+ Do có bạn có quê ở khu vực mà đề tài hướng đến nên cũng thuận tiện cho chúng tôi trong việc tìm hiểu thực trạng ở địa phương để lựa chọn địa điểm triển khai đề tài

+ Do đây là đề tài nghiên cứu thực tế và tự thiết kế nên chúng tôi gặp nhiều khó khăn trong việc thu mẫu và phân tích số liệu Bởi vì, vị trí lấy mẫu ở huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre Trong khi

đó, nơi phân tích mẫu lại ở các phòng thí nghiệm của Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường và Tài nguyên Thiên nhiên - Trường Đại học Cần Thơ

=> Nhóm chúng tôi có hai thành viên: một người chịu trách nhiệm thu mẫu và vận chuyển mẫu về Cần Thơ, người còn lại thì vận hành mô hình và phân tích mẫu Các hoạt động này được luân phiên với nhau một cách liên t c Tuy có vất vả nhưng chúng tôi đã hoàn thành tốt giai đoạn này

+ Do chúng tôi phải di chuyển qua lại giữa Cần Thơ và Bến Tre với tần suất là 3 lần/tuần trong thời gian là 1,5 tháng và tốn nhiều chi phí cho việc thiết kế và chỉnh s a mô hình cho phù hợp nên tình hình kinh tế của nhóm tương đối khó khăn trong giai đoạn này

=> Nhờ sự trợ giúp của công ty Holcim, gia đình và sự chi tiêu của chúng tôi rất tiết kiệm, mọi chi tiêu đều phải là thật sự cần thiết và đúng việc Do đó, chúng tôi đã hoàn thành giai đoạn này với kết quả tốt nhất có thể

Kết quả giai đoạn nghiên cứu:

Qua giai đoạn nghiên cứu, chúng tôi đã thiết kế và lắp ráp thành công mô hình thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời[phụ lục 3.3] Có các đặc điểm sau:

- Hình dạng: dạng hộp chữ nhật có mặt trên (tấm kính – hứng nước) nghiêng 5% so với

mặt đáy M c đích để việc thu nước ngưng t nhanh hơn và chống lượng nước đã ngưng t bốc hơi ngược trở lại

- Kích thước: diện tích mặt tiếp xúc là 0,5m2 (1m x 0,5m) và cao 0,25m [phụ lục 3.3].

- Thời gian chưng cất: mỗi ngày là từ 7h – 17h, nhưng thời gian chưng cất tốt nhất là từ

9h – 15h hằng ngày

- Nguyên lý hoạt động: Nước lợ hoặc nước mặn được đưa vào bình mariot ở phía trê cao

so với thiết bị Sau đó nước được chảy vào thiết bị với lưu lượng nhất định Lượng nước được chảy vào thiết bị sẽ được đun nóng bởi sự hấp th năng lượng mặt trời bởi bộ phận hấp th nhiệt bên dưới

Bộ phận này được làm từ kim loại (nhôm hay thiết) và được sơn đen để tăng quá trình hấp thu bức xạ mặt trời, nước có thể xem như trong suốt trong việc truyền bức xạ sóng ngắn từ mặt trời Bề mặt hấp

th nhận nhiệt bức xạ mặt trời và truyền nhiệt cho nước Khi nhiệt độ tăng, sự chuyển động của các phân t nước trở nên rất mạnh và chúng có thể tách ra khỏi bề mặt thoáng và số lượng tăng dần Đối lưu của không khí phía trên bề mặt mang theo hơi nước tạo nên quá trình bay hơi Sự bốc lên của dòng không khí chứa đầy hơi ẩm, sự làm mát mặt tiếp xúc bởi không khí đối lưu bên ngoài và lớp nước mỏng nước chảy tràn làm cho các phần t nước ngưng t lại và chảy xuống máng chứa ở góc dưới Không khí lạnh chuyển động xuống dưới tạo thành dòng khí đối lưu

- Bức xạ trung bình: trong ngày dao động từ 817 W/m2 – 1193 W/m2