Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước sạch từ một số sợi tự nhiên

Tại các vùng núi cao phía Bắc nước ta luôn có sương mù dày đặc bao phủ quanh năm. Nước ta cũng có rất nhiều loại sợi tự nhiên có khả năng hút ẩm, giữ nước tốt như sợi gai, sợi đay, sợi dừa,... Việc nghiên cứu khả năng thu sương làm nước sạch từ các loại sợi tự nhiên cho đồng bào dân tộc miền núi là rất cần thiết, khi mà lượng nước sạch ở vùng núi ngày càng cạn kiệt.

ISSN: 1859-2171 e-ISSN: 2615-9562 TNU Journal of Science and Technology 225(06): 265- 270 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU SƯƠNG LÀM NƯỚC SẠCH TỪ MỘT SỐ SỢI TỰ NHIÊN Trần Hải Đăng*, Dương Hồng Việt, Vũ Thị Hồng Hạnh, Nguyễn Thế Hưng Trường Đại học Nông Lâm – ĐH Thái Nguyên TĨM TẮT Tại vùng núi cao phía Bắc nước ta ln có sương mù dày đặc bao phủ quanh năm Nước ta có nhiều loại sợi tự nhiên có khả hút ẩm, giữ nước tốt sợi gai, sợi đay, sợi dừa, Việc nghiên cứu khả thu sương làm nước từ loại sợi tự nhiên cho đồng bào dân tộc miền núi cần thiết, mà lượng nước vùng núi ngày cạn kiệt Kết thử nghiệm thu sương phịng thí nghiệm từ sợi gai, sợi đay, sợi dừa cho thấy ba loại, sợi gai có khả thu nhiều nước 238,6 mL/24h nhiệt độ 20 oC, độ ẩm từ 90 - 98% với kích thước mắt lưới 1,5x1,5 cm, diện tích lưới 0,033 m Kết phân tích chất lượng nước thu cho thấy nước thu sương phịng thí nghiệm sau ngày hồn tồn sử dụng cho nước sinh hoạt theo QCVN 02:2009/BYT sử dụng cho nước ăn uống theo QCVN 01:2009/BYT, nước thu sương sau ba ngày bảy ngày chất lượng nước có hàm lượng coliform vượt quy chuẩn cho phép không sử dụng cho nước sinh hoạt Từ khóa: Mơi trường; thu sương; nước sạch; sợi tự nhiên; sợi gai; chất lượng nước Ngày nhận bài: 02/8/2019; Ngày hoàn thiện: 20/5/2020; Ngày đăng: 21/5/2020 RESEARCH THE ABILITY OF FOG HARVESTING INTO CLEAN WATER FROM SOME NATURAL YARNS Tran Hai Dang*, Duong Hong Viet, Vu Thi Hong Hanh, Nguyen The Hung TNU - University of Agriculture and Forestry ABSTRACT The Nouthern mountainous areas of Vietnam have been covered by thick fog-water all year round Vietnam also has many types of natural yarns that are capable of absorbing moisture, keeping water such as hemp yarn, jute yarn, coconut yarn, etc This research on ability of fog harvesting into clean water from natural yarns is neccessary due to the limintaion of clearnind water for the ethnic minority group The results of laboratory fog harvesting from hemp yarn, jute yarn, coconut yarn show that in three types, hemp yarns are capable of obtaining the most water is 238.6 mL/24h at a temperature of 20oC, humidity from 90 - 98% with 1.5x1.5 cm mesh size, net area is 0.033 m The results of water quality analysis showed that the mist collection water in the laboratory after a day is completely usable for domestic water according to QCVN 02:2009/BYT but cannot be used for water Eating according to QCVN 01:2009/BYT, water collected in mist after three days and seven days of water quality with coliform content exceeds the permitted standard and cannot be used for drinking water Keywords: Enviroment; fog harvesting; clean water; natural yarns; hemp yarn; water quality Received: 02/8/2019; Revised: 20/5/2020; Published: 21/5/2020 * Corresponding author Email: tranhaidang@tuaf.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 265 Trần Hải Đăng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Giới thiệu Tại khu vực miền núi Việt Nam đối diện với tình trạng khan nguồn nước trầm trọng Trong bối cảnh nguồn nước mặt dần trở nên cạn kiện nguồn nước ngầm khơng phải nơi có Đặc biệt khu vực miền núi phía Bắc việc tìm nguồn nước ngầm khó khăn Ngồi ra, chất lượng nguồn nước không đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày Trong đó, vùng núi cao ln có lượng sương dày đặc quanh năm, cho thấy khả thu sương làm nước lớn [1]-[5] Nhưng Việt Nam chưa có nghiên cứu khả thu sương làm nước phục vụ cho đồng bào dân tộc vùng cao Vì cần tìm phương pháp, mơ hình hiệu thu sương tạo nước giải vấn đề thiếu nước vùng núi cao Bên cạnh đó, nước ta có nhiều loại sợi tự nhiên có khả hút ẩm, giữ nước tốt sợi gai, sợi đay, sợi dừa, Các loại sợi nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm phục vụ cho việc thu sương làm nước tốt Vì vậy, việc nghiên cứu khả thu sương làm nước từ loại sợi tự nhiên cho đồng bào dân tộc miền núi cần thiết Phương pháp nghiên cứu 225(06): 265 - 270 2.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành phịng thực hành khoa Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên * Dụng cụ: - Các loại sợi tự nhiên: sợi gai, sợi đay, sợi dừa; - Dao, kéo, cốc; - Máy phun sương tạo ẩm; nước (nước cất lần); - Máy đo nhiệt độ, độ ẩm; tủ BOD; tủ lạnh 2.2.1 Nghiên cứu khả thu sương làm nước loại sợi tự nhiên khác * Các bước tiến hành phịng thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí hình - Cho lưới đan với kích thước mắt lưới 2x2 cm vào tủ BOD, nhiệt độ 20oC - Đặt cốc thủy tinh 400 mL lưới để chứa nước thu - Điều chỉnh nút cho phù hợp - Đặt máy phun sương tạo độ ẩm bên lưới cốc chứa nước phun liên tục 24h để độ ẩm khoảng 9098%, theo dõi bổ sung nước thường xuyên cho máy phun sương - Tiến hành thí nghiệm với loại sợi tự nhiên sợi đay, sợi gai, sợi dừa Từ kết lựa chọn loại sợi tối ưu cho thí nghiệm 2.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp - Tham khảo tài liệu có sẵn liên quan đến vấn đề nghiên cứu - Thu thập số liệu tài liệu, văn pháp luật có liên quan đến quản lý môi trường nước, tiêu chuẩn môi trường nước hợp vệ sinh - Thu thập tài liệu, số liệu, thông tin cần thiết cho mục đích nghiên cứu sương mù, điều kiện ngưng đọng sương thành nước, vật liệu ngưng đọng sương thành nước, lưới thu sương - Thu thập thông tin liên quan đến nghiên cứu qua thực địa, sách báo internet 266 Hình Hình ảnh bố trí thí nghiệm Tủ BOD; Máy phun sương; Máy đo nhiệt đô độ ẩm; Lưới thu sương http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Trần Hải Đăng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 2.2.2 Nghiên cứu khả thu sương làm nước loại lưới có kích thước khác - Tiến hành thí nghiệm loại sợi lựa chọn tối ưu với kích thước mắt lưới khác là: 2,0 x 2,0 cm; 1,5 x 1,5 cm; 1,0 x 1,0 cm theo bước phịng thí nghiệm 2.2.3 Nghiên cứu khả thu sương làm nước nhiệt độ khác - Thu sương làm nước từ lưới có kích thước tốt điều kiện nhiệt độ 10oC, 15oC tủ lạnh 20oC tủ BOD - Độ ẩm: 90 - 98% * Các thí nghiệm thực với số lần nhắc lại lần 2.3 Phương pháp lấy mẫu phân tích mẫu nước - Nước thu sau thí nghiệm có độ cao nên tiến hành đo số tiêu máy đo nhanh phương pháp thích hợp phịng thí nghiệm để so sánh với QCVN 01:2009/BYT QCVN 02:2009/BYT - Phương pháp lấy mẫu: theo TCVN 5995 – 1995 - Dụng cụ lấy mẫu: bình thủy tinh 400 mL 225(06): 265 - 270 - Thời gian lấy mẫu: sau ngày, sau ngày, sau ngày 2.4 Phương pháp xử lý số liệu - Sử dụng phần mềm Microsoft Word, Excel để tổng hợp phân tích số liệu thu thập - Sử dụng phần mềm SAS để xử lý số liệu thống kê - Kết phân tích tiêu nước so sánh với: + QCVN 01:2009/BYT: chất lượng nước ăn uống + QCVN 02:2009/BYT: chất lượng nước sinh hoạt Kết thảo luận 3.1 Khả thu sương làm nước loại sợi có kích thước khác Tiến hành nghiên cứu thu sương làm nước từ loại sợi khác với điều kiện sau: - Kích thước mắt lưới: 2,0x2,0 cm - Diện tích lưới: 0,033 m2 - Độ ẩm: 90-98% - Nhiệt độ: 20oC - Thí nghiệm nhắc lại lần Các tiêu phương pháp phân tích bảng Kết ghi bảng Bảng Các tiêu phương pháp phân tích TT Chỉ tiêu pH Mùi vị Mầu sắc COD Độ đục Coliform Đơn vị mg/L NTU Vi khuẩn/100 mL Phương pháp phân tích Đo máy theo TCVN 6492:1999 Cảm quan Mắt thường SMEWW 5220C:2012 Đo máy đo độ đục theo TCVN 6184:1996 TCVN 6187-2:2009 Bảng Lượng nước thu từ loại sợi tự nhiên (đơn vị: mL) TT Loại sợi Sợi gai Sợi đay Sợi dừa Thí nghiệm 177,8 115,6 80,0 155,3 110,0 82,9 P LSD05 CV% Nhận xét: Kết thí nghiệm cho thấy, với điều kiện giống nhau: nhiệt độ 20oC, độ ẩm 98%, diện tích lưới 0,033 m2 kích thước mắt lưới 2,0 x 2,0 cm, lượng nước thu http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 180,0 97,0 76,2 Trung bình 171,0 107,5 79,7 0,0001 20,7 8,6 lưới từ sợi dừa thấp với giá trị trung bình 79,7 mL Còn lượng nước lưới từ sợi gai cao với lượng nước trung bình 177,03 mL 267 Trần Hải Đăng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 265 - 270 Lưới từ sợi gai cho khả thu sương làm nước cao nên nhóm tác giả dùng sợi gai thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm thu sương làm nước lưới sợi gai có mắt lưới 1,5 x1,5 cm nhiệt độ 10oC, 15oC, 20oC 3.2 Khả thu sương làm nước loại lưới có kích thước mắt lưới khác - Diện tích lưới: 0,033 m2 Tiến hành thí nghiệm thu sương làm nước với lưới từ sợi gai (sợi có khả thu sương cao nhất) với kích thước mắt lưới khác nhau: 1,0x1,0 cm; 1,5x1,5 cm; 2,0x2,0 cm - Thí nghiệm nhắc lại lần - Diện tích lưới: 0,033 m2 - Độ ẩm: 90 - 98% - Nhiệt độ: 20oC - Thí nghiệm nhắc lại lần - Độ ẩm: 90 - 98% Kết thí nghiệm thể cụ thể bảng Nhận xét: Qua bảng 4, ta thấy nhiệt độ 20oC, độ ẩm 90 - 98% lưới sợi gai có khả thu sương làm nước cao với giá trị trung bình 238,6 mL Cịn nhiệt độ 10oC có khả thu sương làm nước thấp với giá trị trung bình 39,93 mL 3.4 Đánh giá chất lượng nước sau thu sương Kết thí nghiệm thể bảng Nhận xét: Từ kết cho thấy, khả thu sương làm nước lưới sợi gai có kích thước mắt lưới 2,0x2,0 cm thấp cịn lưới sợi gai có kích thước mắt lưới 1,5x1,5 cm cao Vì vậy, ta lựa chọn lưới sợi gai có kích thước mắt lưới 1,5x1,5 cm hiệu cho việc thu sương làm nước 3.3 Khả thu sương làm nước nhiệt độ khác Tiến hành thí nghiệm thu sương lưới sợi gai với điều kiện: - Kích thước mắt lưới 1,5x1,5 cm - Nhiệt độ 20oC - Diện tích lưới: 0,033 m2 - Độ ẩm: 90 - 98% Do nước từ thu sương tương đối tinh khiết nên phân tích số tiêu pH, màu sắc, mùi vị, độ đục Coliform Bảng Lượng nước thu từ lưới sợi gai có kích thước mắt lưới khác (đơn vị: mL) STT Kích thước mắt lưới, cm 2,0x2,0 1,5x1,5 1,0x1,0 Thí nghiệm 177,8 245,0 202,0 155,3 250,5 210,2 180,0 220,2 217,5 P LSD05 CV% Trung bình 171,0 238,6 209,9 0,0061 2,6 5,3 Bảng Lượng nước thu nhiệt độ khác (đơn vị: mL) TT Nhiệt độ, C 10 15 20 o 41,2 210,0 250,5 P LSD05 CV% 268 Thí nghiệm 38,6 205,3 245,0 40,0 190,7 220,2 Trung bình 39,93 202,0 238,6 0,001 21,8 6,8 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Trần Hải Đăng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 265 - 270 Bảng Kết phân tích chất lượng nước thu sương TT Thơng số phân tích Kết phân tích mẫu nước Đơn vị pH - Màu Sắc - Mùi vị - COD Độ đục Coliform mg/l NTU Vi khuẩn /100 mL Sau ngày 7,050 Không màu Không mùi, vị lạ 1,2 1,4 Sau ngày 7,170 Không màu Không mùi, vị lạ 4,0 4,1 150 4100 Từ kết phân tích bảng cho thấy: + Mẫu nước thu sương sau ngày, thơng số phân tích đạt QCVN 02:2009/BYT có hàm lượng Coliform vượt giới hạn cho phép QCVN 01:2009/BYT + Mẫu nước thu sương sau ngày, hàm lượng COD, Coliform, tiêu Độ Đục vượt quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT Hàm lượng Coliform, vượt quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT + Mẫu nước thu sương sau ngày, tiêu COD, độ đục, Coliform vượt giới hạn cho phép quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT, so sánh với quy chuẩn QCVN 02:2009/ BYT tiêu Coliform, COD, độ đục vượt giới hạn cho phép Như vậy, nước thu sương sau ngày sử dụng cho sinh hoạt, nước thu sương sau ngày sau ngày không đạt quy chuẩn hàm lượng Coliform Các sợi tự nhiên sau thời gian sử dụng liên tục với ẩm độ cao môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển, cần có biện pháp để giảm hàm lượng Coliform nước thu sương để đảm bảo quy chuẩn Kết luận Thu sương làm nước phương pháp rẻ tiền phù hợp với điều kiện vùng núi cao Việt Nam Phương pháp cho phép nhận lượng nước tương đối mà tốn kém, mức độ kỹ thuật đơn giản nhờ lưới từ sợi tự nhiên http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Sau ngày 7,110 QCVN 02:2009/BYT QCVN 01:2009 /BYT I II Không mùi, vị lạ 9,4 6,7 6-8,5 Không màu Không mùi, vị lạ 6-8,5 Không màu Không mùi, vị lạ Không mùi, vị lạ 2 4600 50 150 Hơi vàng 6-8,5 Không màu Kết nghiên cứu phịng thí nghiệm cho thấy khả thu sương làm nước sợi tự nhiên: - Sợi gai có khả thu sương làm nước tốt so với sợi đay sợi dừa 238,6 mL/24 h nhiệt độ 20oC, độ ẩm từ 90 - 98% với kích thước mắt lưới 1,5 x 1,5 cm, diện tích lưới 0,033 m2 - Nước thu sương sau ngày hồn tồn sử dụng cho sinh hoạt (QCVN 02:2009/BYT) sử dụng cho nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT), nước thu sương sau ba ngày bảy ngày chất lượng nước vượt quy chuẩn cho phép không sử dụng cho sinh hoạt Đây kết nghiên cứu lưới thu sương nhân tạo phịng thí nghiệm Ta cần thiết kế mơ hình thu sương hồn chỉnh bổ sung cơng nghệ lọc để đảm bảo chất lượng nước dùng cho ăn uống sinh hoạt người dân vùng cao Cần có nghiên cứu áp dụng mơ hình thực tế để đánh giá cụ thể hiệu phương pháp TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1] R Li, Y Shi, L Shi, M Alsaedi, and P Wang, “Harvesting Water from Air: Using Anhydrous Salt with Sunlight,” Environmental Science & Technology, vol 52, no 9, pp 5398-5406, 2018 [2] W Shi, M J Anderson, J B Tulkoff, B S Kennedy, and J B Boreyko, “Fog Harvesting with Harps,” ACS Applied Materials & 269 Trần Hải Đăng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Interfaces, vol 10, no 14, pp 11979-11986, 2018 [3] M A K Azad, T Krause, L Danter, A Baars, K Koch, and W Barthlott, “Fog Collection on Polyethylene Terephthalate (PET) Fibers: Influence of Cross Section and Surface Structure,” Langmuir, vol 33, no 22, pp 5555-5564, 2017 270 225(06): 265 - 270 [4] B.-E Pinchasik, M Kappl, and H.-J Butt, “Small Structures, Big Droplets: The Role of Nanoscience in Fog Harvesting,” ACS Nano vol 10, no 12, pp 10627-10630, 2016 [5] X Heng and C Luo, “Bioinspired PlateBased Fog Collectors,” ACS Applied Materials & Interfaces, vol 6, no 18, pp 16257-16266, 2014 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn ... Không màu Kết nghiên cứu phịng thí nghiệm cho thấy khả thu sương làm nước sợi tự nhiên: - Sợi gai có khả thu sương làm nước tốt so với sợi đay sợi dừa 238,6 mL/24 h nhiệt độ 20oC, độ ẩm từ 90 - 98%... có khả hút ẩm, giữ nước tốt sợi gai, sợi đay, sợi dừa, Các loại sợi nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm phục vụ cho việc thu sương làm nước tốt Vì vậy, việc nghiên cứu khả thu sương làm nước từ. .. chất lượng nước ăn uống + QCVN 02:2009/BYT: chất lượng nước sinh hoạt Kết thảo luận 3.1 Khả thu sương làm nước loại sợi có kích thước khác Tiến hành nghiên cứu thu sương làm nước từ loại sợi khác