BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT đề tài NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG hạt CHÙM NGÂY (MORINGA OLEIFERA) để xử lý nước lũ THÀNH nước SINH HOẠT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ QUÝ ĐÔN  Cuộc thi khoa học kỹ thuật quốc gia dành cho học sinh trung học năm học 2014-2015 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HẠT CHÙM NGÂY (MORINGA OLEIFERA) ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC LŨ THÀNH NƯỚC SINH HOẠT TẠI BÌNH ĐỊNH Lĩnh vực: KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Bình Định, MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I TÓM TẮT 1 Mục đích: .1 Dữ liệu kết luận: .1 II GIỚI THIỆU Lý chọn đề tài 2 Mục đích nghiên cứu đề tài .2 Giả thuyết khoa học Đối tượng nghiên cứu Thời gian nghiên cứu Những điểm đề tài Chương 1: TỔNG QUAN .5 1.1.Tổng quan chùm ngây 1.1.1.Nguồn gốc 1.1.2.Tên gọi 1.2.Tổng quan chùm ngây 1.2.1 Đặc điểm .7 1.2.1.1.Đặc điểm hình thái 1.2.1.2.Thành phần hóa học 1.2.2.Công dụng hạt chùm ngây .9 1.2.2.1.Ép dầu 1.2.2.2.Chất lọc nước 1.2.3.Ứng dụng hạt chùm ngây xử lí mơi trường 1.3.Tổng quan số quy trình xử lí nước 10 1.3.1.Các phương pháp xử lí nước 10 1.3.2 Quá trình keo tụ 11 Chương PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU .12 2.1.1 Nhóm phương pháp lý luận 12 2.2 Thiết bị nghiên cứu hóa chất: 12 2.3 Quy trình chế tạo vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây hệ thiết bị xử lý 13 2.3.1.Quy trình chế tạo vật liệu tự nhiên từ hạt chùm ngây 13 2.3.2.Quy trình xử lý mẫu nước lũ 14 2.3.3 Thiết kế hệ thống thiết bị xử lý nước lũ 14 2.4.Phương pháp phân tích 16 2.4.1.Phương pháp keo tụ: Xác định điều kiện tối ưu mẫu nước lũ khác 16 2.4.2.Phương pháp complexon: Xác định hàm lượng Ca2+, Mg2+ mẫu nước lũ trước sau xử lí hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời gian tối ưu) 17 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU V À THẢO LUẬN 20 3.1.Xác định độ đục mẫu nước lũ .20 3.2 Xác định nồng độ hạt chùm ngây tối ưu mẫu nước lũ khác nhau20 3.2.1.Mẫu nước lũ có độ đục 150 NTU (kí hiêu mẫu: NL1 – 150 NTU) .21 3.2.2.Mẫu nước lũ có độ đục 225 NTU (kí hiêu mẫu: NL2 – 225 NTU) .22 3.2.3.Mẫu nước lũ có độ đục 300 NTU (kí hiêu mẫu: NL3 – 300 NTU) .24 3.3.Nghiên cứu điều kiện tối ưu thời gian lắng tạo trình xử lý nước lũ 29 3.4.Nghiên cứu giá trị pH trước sau xử lý mẫu nước lũ 29 3.5.Nghiên cứu khả ức chế kháng vi khuẩn Ecoli Colifom trước sau xử lý mẫu nước lũ 30 3.6.Nghiên cứu mùi mẫu nước lũ trước sau xử lý 31 3.7 Xác định hàm lượng tổng chất lơ lững 31 3.8 Xác định hàm lượng sắt, mangan oxi hòa tan 32 3.9 Xác định hàm lượng Ca2+, Mg2+ mẫu nước lũ trước sau xử lí hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời gian tối ưu giờ) .33 3.10 So sánh hiệu xử lý khả kháng khuẩn giá trị pH mẫu nước lũ xử dụng vật liệu tự nhiên ( vật liệu hạt chùm ngây) vật liệu nhân tạo ( phèn nhôm) 36 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 PHỤ LỤC PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cây chùm ngây Hình 1.2 Các phận chùm ngây Hình 1.3 Quả chùm ngây tách vỏ Hình 2.1 Nhân bột hạt chùm ngây .13 Hình 2.2 Sơ đồ mặt cắt mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt 15 Hình 2.3 Mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt .16 Hình 3.1 Mẫu nước lũ NL-1: 150NTU trước sau xử lý .21 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn kết xử lý keo tụ nước lũ 150 NTU hạt chùm ngây thời gian lắng khác 22 Hình 3.3 Mẫu nước lũ NL-2: 225NTU trước sau xử lý .23 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn kết xử lý keo tụ nước lũ 225 NTU 24 Hình 3.5 Mẫu nước lũ NL-3: 300NTU trước sau xử lý .25 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn kết xử lý keo tụ nước lũ 300 NTU 26 hạt chùm ngây thời gian lắng khác 26 Hình 3.7 Q trình keo tụ/tạo bơng với chiết xuất protein từ MO 28 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn kết xử lí Ca 2+, Mg2+ hạt chùm ngây mẫu nước lũ 150 NTU 33 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn kết xử lí Ca 2+, Mg2+ hạt chùm ngây mẫu nước lũ 225 NTU 34 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn kết xử lí Ca 2+, Mg2+ hạt chùm ngây mẫu nước lũ 300 NTU 35 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Kết đo độ đục mẫu sông khác 20 Bảng 3.2 Kết xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 150 NTU hạt chùm ngây nồng độ khác 21 Bảng 3.3 Kết xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 225 NTU hạt chùm ngây nồng độ khác 23 Bảng 3.4 Kết xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 300 NTU hạt chùm ngây nồng độ khác 25 Bảng 3.5 Thời gian lắng tạo tối ưu 29 Bảng 3.7 Kết xác định vi khuẩn Ecoli Colifom mẫu NL1 31 Bảng 3.8 Kết xác định vi khuẩn Ecoli Colifom mẫu NL2 31 Bảng 3.9 Kết phân tích hàm lượng chất lơ lững thời gian lắng 32 Bảng 3.10 kết phân tích hàm lượng sắt, mangan oxi hịa tan 32 Bảng 3.11 Kết xử lí Ca 2+, Mg2+ nước lũ 150 NTU trước sau keo tụ hạt chùm ngây 33 Bảng 3.12 Kết xử lí Ca 2+, Mg2+ nước lũ 225 NTU trước sau keo tụ hạt chùm ngây 34 LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường THPH Chuyên Lê Q Đơn- Bình Định, tạo điều kiện thời gian kinh phí để chúng em thực hoàn thành đề tài Chúng em xin gửi lời tri ân đến Thầy giáo hướng dẫn Hà Huy Giáp theo sát dẫn chúng em suốt thời gian thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn đến q Thầy, Cơ Khoa Hóa học, trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện nơi làm thí nghiệm, trang thiết bị thí nghiệm giúp đỡ chúng em q trình thí nghiệm thực đề tài Chúng em xin gửi lời biết ơn đến Q Cơ, Chú phịng thí nghiệm Khoa sinh học phân tử Viện Sốt rét- Ký sinh trùng- Cơn trùng Quy Nhơn Trung tâm phân tích kiểm nghiệm thuộc sở Khoa học Cơng nghệ Bình Định phân tích kiểm tra kết thí nghiệm mà chúng em thực Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban tổ chức thi Khoa học Kỹ thuật dành cho học sinh trung học phổ thông tạo sân chơi tri thức sáng tạo đầy ý nghĩa Cuối chúng em xin gửi lời biết ơn đến Bố Mẹ Bạn bè lớp 12H tận tình hỗ trợ giúp đỡ công tác lấy mẫu thiết kế mơ hình thí nghiệm thực đề tài Tập thể học sinh nghiên cứu khoa học Cao Tiến Trung Võ Thị Trúc Ly I TÓM TẮT Mục đích: - Nghiên cứu đánh giá khả keo tụ vật liệu tự nhiên làm từ hạt chùm ngây - Nghiên cứu khả ức chế vi khuẩn Ecoli Coliform vật liệu hạt chùm ngây - Nghiên cứu khả xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt vật liệu tính khả thi vật liệu áp dụng quy mơ hộ gia đình số vùng nơng thơn Bình Định Trình tự thực hiện: Sau thầy cô tập huấn hướng dẫn cách nghiên cứu khoa học Chúng em tiến hành nghiên cứu số nội dung chương trình hóa học sinh học lớp 10,11,12 chuyên: + Tìm hiểu thành phần nước lũ + Tìm hiểu đặt tính lý hóa nước lũ mùi, độ đục, pH + Tìm hiểu thành phần hợp chất có hạt chùm ngây + Tìm hiểu khả keo tụ hạt chùm ngây Tìm hiểu nhu cầu thực tiễn nguồn nước sinh hoạt phục vụ cho nhu cầu sống, tham khảo số mơ hình xử lý nước lũ có Được tài trợ kinh phí nhà trường gia đình chúng em bắt đầu tiến hành nghiên cứu quy trình xử lý nước lũ từ vật liệu hạt chùm ngây có tự nhiên thiết kế chế tạo thiết bị xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt Dữ liệu kết luận: Hệ thiết bị vật liệu xử lý chúng em có nhiều ưu điểm so với hệ thiết bị vật liệu khác như: vật liệu xử lý có sẵn tự nhiên, thao tác tiến hành đơn giản dễ dàng phổ biến cho người dân, rẽ tiền hiệu xử lý triệt để Vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây không xử lý triệt để thành phần chất bẩn độc hại mà cịn có khả kháng khuẩn không để lại tác hại phụ cho người sử dụng Vật liệu xử lý nước lũ chế tạo từ hạt chùm ngây góp phần bảo vệ mơi trường sức khỏe cho cộng đồng, ngăn ngừa đại dịch xảy mùa mưa lũ vùng nơng thơn khơng có nguồn nước để sinh hoạt -1- II GIỚI THIỆU Lý chọn đề tài Quê Nội em nằm hai sông Lại Giang sông Kim Sơn Mỗi mùa mưa đến xã lại chìm biển nước lũ Người dân nơi khơng có nước để sinh hoạt, họ phải sử dụng nước lũ làm nước sinh hoạt Tuy nhiên thành phần nước lũ có nhiều hợp chất độc hại loại vi khuẩn gây bệnh Do sử dụng nguồn nước lũ dễ dẫn đến bệnh đường ruột bệnh tiêu chảy, giun sán…Hằng năm có nhiều trẻ em người già hay mắc loại bệnh sử dụng nguồn nước lũ Từ thực tế thơi thúc em nghĩ ý tưởng tìm kiếm vật liệu có sẵn tự nhiên có khả xử lý nguồn nước lũ thành nước sinh hoạt, nhằm mục đích phục vụ cho vùng nơng thơn nghèo quê nội em Với kiến thức học từ mơn hóa học sinh học nội dung như: thành phần protein, kim loại, pH, phương pháp chuẩn độ, tế bào, loại vi khuẩn Chúng em mong muốn vận dụng vào thực tiễn sống Xuất phát từ thực tiễn lý thúc em nghĩ ý tưởng chế tạo hệ thiết bị vật liệu tự nhiên hạt chùm ngây dùng để xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt nhằm phục vụ cho người nông dân trời gian mưa lũ vùng nơng thơn Mục đích nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu đánh giá khả keo tụ vật liệu tự nhiên làm từ hạt chùm ngây - Nghiên cứu khả ức chế vi khuẩn Ecoli Coliform vật liệu hạt chùm ngây - Nghiên cứu khả xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt vật liệu tính khả thi vật liệu áp dụng quy mô hộ gia đình số vùng nơng thơn Bình Định Giả thuyết khoa học - Sự thành công đề tài có ý nghĩa to lớn việc cải tạo nguồn nước sinh hoạt nông thôn mùa mưa lũ Mang lại nguồn nước an toàn, đảm bảo sức khỏe cho người dân nông thôn mùa mưa lũ - Vật liệu chế tạo từ hạt chùm ngây sẵn có nhiều địa phương nên giá -2- thành thấp, người dân tiếp cận dễ dàng khả phổ biến rộng rải cộng đồng khu dân cư nhiều địa phương khác - phương pháp xử lý đơn giản dễ áp dụng tính khả thi cao vùng nơng thơn khơng có điều kiện tiếp cận với nguồn nước - Nếu đầu tư nghiên cứu để hoàn thiện đề tài, chúng em nghĩ đóng góp phần nhỏ phát triển kinh tế địa phương, bảo vệ sức khỏe cho người dân phịng ngừa bệnh dịch tả mùa mưa lũ Đối tượng nghiên cứu - Thành phần nước lũ vùng nơng thơn tỉnh Bình Định - Thành phần vật liệu tự nhiên tạo từ hạt chùm ngây Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2014 đến 12/2014 Những điểm đề tài So với nghiên cứu trước đây, đề tài có điểm sau đây: 1- Lần sử dụng vật liệu tự nhiên chế tạo từ hạt chùm ngây để xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt 2- Lần đề xuất thiết kế mô hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt Bình Định hồn tồn khơng dùng hóa chất nhân tạo độc hại 3- Lần đầu tiên, đề tài nghiên cứu cách hệ thống từ phân tích thành phần nước lũ trước sau xử lý độ đục, mùi, pH, hàm lượng COD, hàm lượng sắt, việc thực phép phân tích so sánh với vật liệu xử lý truyền thống hóa học phèn nhơm cho thấy vật liệu chùm ngây có khả xử lý vượt trội so với vật liệu truyền thống hóa học điểm sau: + Nếu sử dụng chất hóa học để xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt thời gian dài có nguy gây tác hại cho sức khỏe người thần kinh rối loạn hệ thống tự trị, ức chế khống hóa xương hay bệnh Alzheimer Trong sử dụng vật liệu tự nhiên làm từ hạt chùm ngây không gây tác dụng phụ người + Để khử trùng nước sau xử lý phương pháp truyền thống thường sử dụng hóa chất clo (Cl2), ozon(O3), cloramin clodioxit(ClO2) chất có khả tạo sản phẩm phụ DBPs Chính sản phẩm phụ có khả gia tăng nguy gây ung thư vấn đề sức khỏe liên quan Còn sử -3- dụng vật liệu tự nhiên tự vật liệu chứa hoạt chất có khả khử trùng mà không gây hại đến sức khỏe 4- Giải pháp mà chúng em đưa tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có tự nhiên, nên giúp tiết kiệm chi phí đáng kể cho người dân 5- Giải pháp mà chúng em thực luôn thân thiện với mơi trường đảm bảo an tồn sức khỏe cho người sử dụng, nhằm phát triển bền vững nguồn nước cho sinh hoạt Đặc biệt vùng nông thôn -4- ... Quả chùm ngây tách vỏ Hình 2.1 Nhân bột hạt chùm ngây .13 Hình 2.2 Sơ đồ mặt cắt mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt 15 Hình 2.3 Mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt. .. đề tài So với nghiên cứu trước đây, đề tài có điểm sau đây: 1- Lần sử dụng vật liệu tự nhiên chế tạo từ hạt chùm ngây để xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt 2- Lần đề xuất thiết kế mơ hình xử lý. .. đích nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu đánh giá khả keo tụ vật liệu tự nhiên làm từ hạt chùm ngây - Nghiên cứu khả ức chế vi khuẩn Ecoli Coliform vật liệu hạt chùm ngây - Nghiên cứu khả xử lý nước lũ