Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là dự án thi KHKT dành cho học sinh phổ thông. Dự án Hệ thống bể lọc nước khử sắt, asen và các kim loại nặng hoàn toàn tự động dành cho vùng nông thôn, với chi phí rất thấp và chất lượng nước rất đảm bảo.
Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI B CÂU HỎI NGHIÊN CỨU; VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU; GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Câu hỏi nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học C THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu Quy trình nghiên cứu Xác định giải pháp Thiết kế Rủi ro cảnh báo an toàn D TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU Tiến trình nghiên cứu Xây dựng, lắp đặt vận hành hệ thống bể thực tế KẾT LUẬN E TÀI LIỆU THAM KHẢO 02 03 04 04 04 05 05 05 05 05 05 08 08 08 09 10 11 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Phòng Giáo dục Đào tạo Phú Lương tạo sân chơi bổ ích cho chúng em thỏa sức đam mê nghiên cứu, sáng tạo Bằng tình cảm chân thành lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo trường THCS Vô Tranh, người mang hết tâm huyết dạy cho chúng em suốt trình học tập rèn luyện, khuyến khích, động viên chúng em q trình học tập hoàn thành dự án khoa học kỹ thuật Trường THCS Vơ Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Dương Quang Nam người trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn bảo tận tình suốt trình nghiên cứu, giúp chúng em hoàn thành dự án Mặc dù cố gắng dự án khơng thể tránh khỏi thiếu sót, khuyết điểm Chúng em kính mong nhận bảo thầy, cô giáo ý kiến đóng góp bạn học sinh Xin chân thành cảm ơn! Phú Lương, ngày 10 tháng 10 năm 2017 Nhóm tác giả Tống Lệ Quyên – Trương Văn Giang BÁO CÁO TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - Đơn vị dự thi: Trường THCS Vô Tranh - Tên dự án: “ Hệ thống bể lọc nước khử sắt, Asen số kim loại nặng phù hợp cho vùng nông thôn” - Học sinh thực hiện: + Tống Lệ Quyên – Nhóm trưởng + Trương Văn Giang Trường THCS Vơ Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 - Người hướng dẫn: Dương Quang Nam – Giáo viên: Toán – Lý - Lĩnh vực nghiên cứu: 14 – Kĩ thuật môi trường A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Nước sinh hoạt ô nhiễm nỗi lo tồn nhân loại đặc biệt nơi chưa có nước Ta biết, sinh hoạt hàng ngày, nước nhu cầu cấp thiết sống, nguồn nước bị ô nhiễm ảnh hưởng xấu đến chất lượng sống phát triển nhiều bệnh nguy hiểm Qua tìm hiểu khảo sát thực tế khu vực đồng nông thơn nói chung xã Vơ Tranh chúng em sinh sống nói riêng, hàng năm người dân sử dụng lượng vơ lớn hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu phun vào đất, hóa chất lâu ngày ngấm sâu vào lòng đất mạch nước ngầm gây nhiễm nguồn nước Thêm vào đó, hàng năm nhà máy, xí nghiệp lớn thải chất độc hại vào nguồn nước Chính vậy, nơi đất nước Việt Nam có nguy bị nhiễm asen Theo số liệu công bố Viện hàn lâm khoa học Thụy Sỹ mức độ nhiễm Asen nước ngầm đồng sơng Hồng Việt nam có hàm lượng Asen cao vào nhóm nước có mức cao giới đa phần nguồn nước giếng khoan nhiễm sắt kim loại nặng cao mức cho phép Vậy để có nước để dùng? Hiện nay, khu đô thị thành phố lớn đa phần người dân cấp nước tập trung từ nhà máy nên tương đối đảm bảo chất lượng Đối với khu vực nông thôn đa phần sử dụng nước từ nguồn nước từ giếng khoan, giếng đào, sông suối mà chưa qua sử lý Ngày thị trường có nhiều công nghệ sử lý nước đảm bảo vệ sinh, nhiên giá thành lại cao, không phù hợp với điều kiện kinh tế vùng nơng thơn nói chung đại phận bà nhân dân xã Vô Tranh chúng em nói riêng Xuất phát từ thực tế trên, chúng em nhóm học sinh khối trường THCS Vơ Tranh tìm hiểu nghiên cứu dự án: “Hệ thống bể lọc nước khử sắt, Asen số kim loại nặng phù hợp cho vùng nông thơn” quy mơ hộ gia đình khu vực nơng thơn Trường THCS Vơ Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 Nguồn nước bị ô nhiễm xã Vô Tranh B CÂU HỎI NGHIÊN CỨU; VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU; GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Câu hỏi nghiên cứu: - Tại nước ngầm lại có nhiều sắt, asen kim loại nặng? - Làm để loại bỏ sắt, asen kim loại nặng lẫn vào nước? - Làm để xây dựng hệ thống lọc nước phù hợp với điều kiện kinh tế vùng nông thôn? Vấn đề nghiên cứu: Xuất phát từ thực trạng nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm nặng, từ nhu cầu nước người điều kiện kinh tế vùng nơng thơn Việt Nam nói chung địa phương chúng em nói riêng nhiều khó khăn Từ kiến thức chúng em học ghế nhà trường, sưu tầm Internet sáng tạo thành viên nhóm, chúng em tìm hiểu nghiên cứu hệ thống bể lọc nước khử sắt, asen kim loại nặng với giá thành rẻ, dễ dàng vận hành thay thiết bị phù hợp với điều kiện kinh tế vùng nơng thơn Bên cạnh đó, đề tài nhân rộng vùng nông thôn, bà nhân dân tự xây dựng, vận hành bảo dưỡng bể lọc nước góp phần bảo vệ sức khỏe nâng cao chất lượng sống Giả thuyết khoa học: Xây dựng hệ thống bể lọc gồm ngăn bể (bể lắng, bể lọc bể chứa) giàn mưa Nước chảy qua giàn mưa vào bể lắng, nước bể lắng sau lắng tự tràn sang bể lọc, bể lọc nước chảy qua lớp vật liệu lọc để loại bỏ tạp chất nước tự động chảy sang bể chứa chênh lệch mực nước bể lọc bể chứa C THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trường THCS Vô Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp khảo sát thực địa - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp sử lý thông tin Quy trình nghiên cứu: - Quan sát thực tế; - Nghiên cứu thu thập liệu; - Thảo luận thiết kế; - Chế tạo lắp ráp sản phẩm; - Thử nghiệm, hoàn thiện sản phẩm Xác định giải pháp: - Sử dụng kính để tạo mơ hình hệ thống bể, ống dẫn nước nhựa PVC vật liệu lọc như: Sỏi, cát vàng, than hoạt tính, MQ7… Thiết kế: a) Dụng cụ: Kính, dao cắt kính, nhơm, máy khoan kính, ống dẫn nước PVC, keo dán kích vật liệu lọc như: Sỏi, cát vàng, than hoạt tính, MQ7… Bể thiết bị vật liệu lọc Trường THCS Vô Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 lắp bể b) Quá trình thiết kế: Sơ đồ lắp đặt mơ hình - Dùng dao cắt kính cắt kính để ghép thành hệ thống bể gồm bể (Trước ghép khoan trước lỗ để lắp ống dẫn nước) - Lắp ống dẫn nước theo sơ đồ - Cho vật liệu lọc vào bể lọc theo sơ đồ c) Cấu tạo lắp đặt: - hệ thống bể kính có tổng kích thước: Dài 50cm, rộng 30cm, cao 40cm - Hệ thống gồm bể: + Bể lắng có kích thước: 12cm x 30cm x 40cm (thành bể bể lắng bể lọc khoan lỗ gắn ống PVC Ф21 dài 3cm độ cao cách đáy bể 25cm) + Bể lọc có kích thước: 14cm x 30cm x 40cm (thành bể bể lọc bể chứa khoan lỗ gắn ống PVC Ф21 nối với ống thu nước sát đáy bể) + Bể chứa có kích thước: 24cm x 30cm x 40cm - Vật liệu lọc đặt bể lọc với trình tự sau: + Ống thu nước lọc ống PVC Ф27 có khoan nhiều lỗ đặt đáy bể + Lớp vật liệu thứ nhất: Sỏi đỡ (kích thước 1-2 cm) độ dày 4cm + Lớp vật liệu thứ hai: Cát vàng loại to, độ dày 7cm Trường THCS Vô Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 + Lớp vật liệu thứ ba: Than hoạt tính loại A, độ dày 4cm + Lớp vật liệu thứ tư: Vật liệu MQ7, độ dày 3cm + Lớp vật liệu thứ năm: Cát vàng loại nhỏ, độ dày 5cm - Mơ hình dàn mưa lắp bể lắng Quá trình lắp đặt mơ hình bể d) Ngun lý hoạt động: - Bể lọc hoạt động theo ngun lý “bình thơng nhau” - Nước từ nguồn đưa vào bể lắng thông qua dàn mưa Dàn mưa có tác dụng tăng bề mặt tiếp xúc oxi với khơng khí để oxi hóa sắt II thành sắt III kết tủa oxi hóa số kim loại nặng khác Trong bể lắng nước lắng phần lớn cặn chất lơ lửng, phần sắt số kim loại nặng khác - Nước bể lắng sau lắng tự tràn sang bể lọc Tại bể lọc nước chảy qua lớp vật liệu lọc để lọc hết tạp chất lại nước chảy vào ống thu nước lọc đặt đáy ngăn lọc tự động chảy sang bể chứa đường ống dẫn nước chênh lệch mực nước bể lọc bể chứa trình sử dụng Rủi ro cảnh báo an tồn: - Do mơ hình làm kính dễ vỡ gây sát thương nên qua trình thiết kế vận hành cần cẩn thận tránh va đập mạnh gây hỏng mô hình gây sát thương D TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU Tiến trình nghiên cứu: a) Thu thập liệu: Trường THCS Vơ Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 - Thông qua nghiên cứu tài liệu, internet thực địa địa phương nhóm thu thập liệu: + Thực trạng ô nhiễm nguồn nước nay: Đa phần nguồn nước ngầm bị nhiễm sắt, asen số hóa chất kim loại nặng + Cách để loại bỏ sắt, asen kim loại năng: Dàn mưa, cát vàng cát thạch anh, than hoạt tính, vật liệu MQ7 + Khu vực nơng thôn nước ta hầu hết chưa cấp nước tập trung theo mơ hình cơng nghiệp thành phố + Điều kiện kinh tế khu vực nông thơn nhiều khó khăn nên có gia đình mua hệ thống lọc nước thị trường b) Phân tích giải thích liệu: - Hàng năm người dân sử dụng lượng vô lớn hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu phun vào đất, hóa chất lâu ngày ngấm sâu vào lòng đất mạch nước ngầm gây nhiễm nguồn nước Thêm vào đó, hàng năm nhà máy, xí nghiệp lớn thải chất độc hại vào nguồn nước Chính vậy, nơi đất nước Việt Nam có nguy bị nhiễm sắt, asen kim loại nặng - Tác dụng loại vật liệu lọc: + Dàn mưa: Có tác dụng cho nước tiếp xúc với oxy để khử phần sắt + Ống thu nước lọc: Dùng để thu nước lọc ngăn vật liệu lọc + Lớp vật liệu thứ 1: Sỏi đỡ, có tác dụng làm thoáng, chống tắc ống lọc + Lớp vật liệu thứ 2: Cát vàng hạt to cát thạch anh chuyên dùng cho bể lọc nước + Lớp vật liệu thứ 3:Than hoạt tính loại A nguyên liệu từ gáo dừa hoạt hóa nhiệt độ cao, cơng dụng khử độc tạp chất hữu Đặc biệt Than loại A có độ rỗng cao, để bể lọc với thời gian định tạo lớp màng vi sinh có khả xử lý Amoni với hiệu cao + Lớp vật liệu thứ 4: Vật liệu lọc MQ7 xử lý sắt, mangan, asen Trong công nghệ làm bể lọc nước vật liệu lọc MQ7 quan trọng, khả xử lý tốt sắt, mangan đặc biệt xử lý triệt để Asen Vật liệu MQ7 có độ bền tuổi thọ cao gấp lần hạt Filox, gấp lần cát mangan + Lớp vật liệu thứ 5: Cát vàng hạt to ( Cát vàng đổ bê tông) cát thạch anh chuyên dùng cho bể lọc nước Xây dựng, lắp đặt vận hành hệ thống bể thực tế: Qua việc nghiên cứu sách báo, internet vận hành mơ hình chúng em mạnh dạn đưa giải pháp xây dựng, lắp đặt vận hành hệ thống bể thực tế, sau: a) Cấu tạo: Trường THCS Vơ Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Qun Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 - Hệ thống đường nước vật liệu lọc lắp đặt theo sơ đồ sau: - Là hệ thống bể liền khối chia làm bể: Bể lắng, bể lọc, bể chứa - Kích thước thơng thường chiều dài 2,2 m; chiều rộng 1,2 m; chiều cao 1,4 m Với kích thước sử dụng cho hộ gia đình 05 người với tiêu chuẩn dùng nước 80 lít/người/ngày (Lưu ý: Bể lọc tích lớn chất lượng nước lọc tốt độ cao phải đạt tối thiểu từ 1m đến 1,2 m) - Đáy bể đổ bê tông cốt thép mác 200 dày 8-10 cm, thành bể vách ngăn xây gạch đặc vữa xi măng mác 75 dày 12 cm có trát trát ngồi, đánh màu tồn phần bên bể, vách ngăn xây gạch nghiêng dày cm nắp bể làm bê tông cốt thép b) Một vài lưu ý lắp đặt vận hành: - Đảm bảo độ dày tổng lớp vật liệu phải 70cm trở lên (Diện tích bề mặt ngăn lọc rộng, tốc độ lọc nhanh) - Mỗi ngăn bể lắp van xả cặn, để xả rửa cần thiết - Kĩ thuật làm thoáng, hệ thống xả rửa, lắp đường nước sạch, định chất lượng nước độ bền vật liệu lọc - Vật liệu lọc MQ7 : Tỉ trọng 1500kg/m - Than hoạt tính loại A : Tỉ trọng 700kg/m - Tỉ trọng cát lọc, sỏi đệm: 1300kg/m3 c) Chi phí xây dựng ngồi thực tế: Trường THCS Vơ Tranh Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 Với hệ thống bể với kích thước trên, chúng em tính tốn với giá vật liệu giá nhân cơng nhu có chi phí cho hệ thống bể khoảng triệu đồng, đó: + Giá xây dựng bể khoảng 2,5 triệu đồng + Giá đường ống nước vật liệu lọc khoảng 1,5 triệu đồng KẾT LUẬN: - Để xây dựng hệ thống lọc nước gia đình cơng nghiệp, thực tế chứng minh công nghệ làm bể lọc xử lý Asen, Sắt, Mangan, Amoni, tạp chất hữu tốt so với thiết bị lọc chế tạo vỏ Inox, công tác vệ sinh thay vật liệu dễ dàng thiết bị lọc Inox, chi phí làm bể rẻ nhiều lần so với thiết bị chế tạo Inox Nhược điểm thiết bị lọc chế tạo Inox giá thành cao, hiệu lọc thấp đặc biệt hay tắc tràn, không đủ công suất, vệ sinh xả rửa phức tạp - Trong thời gian tới mơ hình hệ thống chúng em chuyên gia nhà khoa học ghi nhận đạt hiệu quả, chúng em triển khai tới gia đình từ gia đình đến gia đình địa phương nhân rộng vùng nơng thơn tồn quốc - Chúng em mong dự án “ Hệ thống bể lọc nước khử sắt, asen số kim loại nặng phù hợp cho vùng nông thôn” giúp cho người dân có ý thức việc bảo vệ mơi trường nước góp phần giúp cho vùng nơng thơn Việt Nam nói chung bà nhân dân xã Vơ Tranh chúng em có nước để dùng sinh hoạt hàng ngày Phú Lương, ngày 10 tháng 10 năm 2017 Nhóm tác giả Tống Lệ Quyên – Trương Văn Giang E TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang web tìm hiểu thức trạng ô nhiễm nguồn nước nay: + http://suckhoedoisong.vn/o-nhiem-nguon-nuoc-thuc-trang-dang-bao-dongn123592.html Trang web tìm hiểu cơng nghệ lọc nước: + http://congngheloc.vn/ Trang web tìm hiểu vật liệu lọc nước: + http://congngheloc.vn/product/c-40/Vat-lieu-loc-nuoc-gieng-khoan.html Sách giáo khoa Vật lý 6; Chủ biên: Vũ Quang; Nhà xuất giáo dục năm 2016 Trường THCS Vô Tranh 10 Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang Cuộc thi nghiên cứu KHKT dành cho HS trung học năm học 2017 – 2018 Sách giáo khoa Vật lý 8; Chủ biên: Vũ Quang; Nhà xuất giáo dục năm 2016 Trường THCS Vơ Tranh 11 Nhóm tác giả: Tống Lệ Quyên Trương Văn Giang ... giàn mưa vào bể lắng, nước bể lắng sau lắng tự tràn sang bể lọc, bể lọc nước chảy qua lớp vật liệu lọc để loại bỏ tạp chất nước tự động chảy sang bể chứa chênh lệch mực nước bể lọc bể chứa C THIẾT... dân tự xây dựng, vận hành bảo dưỡng bể lọc nước góp phần bảo vệ sức khỏe nâng cao chất lượng sống Giả thuyết khoa học: Xây dựng hệ thống bể lọc gồm ngăn bể (bể lắng, bể lọc bể chứa) giàn mưa Nước. .. Trong bể lắng nước lắng phần lớn cặn chất lơ lửng, phần sắt số kim loại nặng khác - Nước bể lắng sau lắng tự tràn sang bể lọc Tại bể lọc nước chảy qua lớp vật liệu lọc để lọc hết tạp chất lại nước