3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.4.2. Các nghiên cứu liên quan tại Việt Nam
- Trước thực trạng khan hiếm nước trong mùa khô của nhiều thôn vùng cao thuộc tỉnh Hà Giang, đoàn từ thiện của Mạng nghe nhìn Việt Nam (VNAV) đã có sáng kiến ứng dụng lưới để thu sương nhằm cung cấp bổ sung nước sinh hoạt cho bà con nơi đây. Đoàn từ thiện đã đặt mua 100 m lưới từ Chi-lê cùng các thiết bị phục vụ nghiên cứu khác để tiến hành thử nghiệm tại các điểm như xã Thượng Phùng, Lùng Tám, Mỏ Nhà Cao.
- Mô hình công nghệ lọc nước của nhóm nhà khoa học do PGS.TS Trần Hồng Côn
Công nghệ lọc nước dựa trên nguyên lý hấp phụ chọn lọc, loại bỏ các chất có hại trong nước như các kim loại nặng, asen, amoni, nitrit, các chất hữu cơ độc hại, các virus, vi khuẩn…nhưng giữ lại được tất cả các khoáng chất và các chất vi lượng cần thiết cho sức khỏe con người”.
Các vật liệu hấp phụ được sử dụng trong thiết bị lọc là các khoáng chất tự nhiên có ở Việt Nam như: đá ong, đất sét, than gáo dừa ở Trà Vinh; công nghệ nano bạc kim loại được sắp xếp phù hợp thành một cột lọc với 4 tầng vật liệu. Đối với vật liệu hấp phụ kim loại nặng, sử dụng đá ong biến tính để có bề mặt mang hiệu ứng điện tích âm có khả năng bắt giữ các cation kim loại nặng trong nước. Đối với vật liệu hấp phụ asen, flo, nitrit và các anion độc hại, cũng sử dụng đá ong biến tính để tạo bề mặt mang hiệu ứng điện tích dương có khả năng thu hút mạnh các anion. Bên cạnh đó, sử dụng than gáo dừa Trà Vinh biến tính để vừa có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ như bản chất của nó, vừa có khả năng hấp phụ lưu giữ ion amoni trong nước. Sử dụng nano bạc kim loại với kích thước từ 6 đến 20 nanomet được mang trên các hạt đá ong biến tính nhiệt để tiêu diệt vi trùng, vi khuẩn. Nano bạc kim loại chế tạo theo kiểu này có thể diệt khuẩn gấp 200 lần so với bạc kim loại bình thường.
(http://dwrm.gov.vn/index.php?language=vi&nv=news&op=Khoa-hoc- Cong-nghe/Bi-quyet-bien-nuoc-thai-thanh-nuoc-sach-5665)
- Hệ lọc nước GFLife là sản phẩm kế thừa và phát triển từ đề tài khoa học cấp Nhà nước “Nghiên cứu sản xuất vật liệu và công nghệ xử lý nước cấp an toàn sinh học có sử dụng nano bạc”, năm 2010 của phòng Hóa Học Xanh, Viện Hóa học - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam. Đây là công nghệ (lần đầu tiên được sử dụng ở Việt Nam) có khả năng xử lý hoàn toàn màu, mùi, các chất hữu cơ, các chất cặn bẩn, độc tố, nước cứng. Đặc biệt xử lý hoàn toàn kim loại nặng và các loại vi khuẩn E.coli, Coliform, trực khuẩn mủ xanh,… Nước sau khi lọc đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT.
- Các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam nghiên cứu thu nước từ hơi sương để tạo nguồn nước sạch. Thiết bị thu sương về đêm và chuyển thành nước sạch có tên là E.free-WACO, hoạt động dựa trên nguyên lý của lá sen vàsự va chạm các hạt sương trong không khí. Bề mặt vật liệu của thiết bị được thiết kế là các tấm lưới bằng sợi Polypropylen (PP) được tết từ các sợi nhỏ cỡ 30 µm. Khi chạm vào bề mặt lưới, sương đượctích tụ và hình thành các giọt nước có thể tích lớn đủ sẽ chảy vào hệ thống kênh dẫn truyền của thiết bị.
Để đảm bảo nước đọng an toàn, nhóm nghiên cứu còn gắn trên bề mặt sợi PP các hạt nano bạc nhỏ cỡ 30 nm. Hạt nano bạc có tác dụng khử khuẩn, nâng cao hiệu quả thu nước và chống rêu, mốc. Vì vậy nước thu được có thể dùng làm nước ăn, uống, sinh hoạt hàng ngày. Với thiết kế ban đầu, lưới thu diện tích 1,5 m, đường kính 60 cm, chiều cao 80 cm, một đêm thiết bị có thể thu từ 25 - 30 lít nước sạch.Đặc biệt thiết bị đượcthiết kế dạng khí động học nên có thể tự quay quanh trụcmà không cần điện hay ắc quy. Với cấu hình này, nước có thể được thu từ nhiều hướng gió khác nhau. Còn ở nước ngoài chỉ thu được từ hai phương vuông góc với bề mặt lưới.
(Báo điện tử tin nhanh Việt Nam, 2018, Thiết bị thu sương dùng làm nước sinh hoạt của người Việt, https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/trong-nuoc/thiet- bi-thu-suong-dung-lam-nuoc-sinh-hoat-cua-nguoi-viet-3820750.html, ngày 16/10/2018)
Tình trạng thiếu hụt nguồn nước sạch để uống và sinh hoạt đang là vấn đề nan giải của toàn nhân loại. Theo các nghiên cứu khoa học trên thế giới và Việt Nam thì thu hoạch sương mù làm nước sạch là giải pháp trong thời điểm khan hiểm nước sạch. Nước từ sương mù khá an toàn và tinh khiết. Điểm đặc biệt của phương pháp này là không tốn quá nhiều công sức; Các lưới thu hoạch sương mù này không cần người điều khiển hay giám sát hoạt động thường xuyên, chi phí lắp đặt thấp, đơn giản và không cần nguồn năng lượng. Nhờ những tấm lưới từ các chất liệu như polypropylene, lưới nilon hay từ các sợi tự nhiên, người ta có thể làm ra nước ở những vùng sa mạc, vùng sâu, vùng xa nơi nước rất khan hiếm.
Tuy nhiên, nguồn cung cấp không ổn định do có nơi sương mù được duy trì đều đặn nhưng có nơi không được như vậy, ngoài ra còn phụ thuộc vào hướng gió. Bên cạnh đó, mặc dù nói chung nguồn nước thu được từ sương mù khá sạch nhưng nếu ở nơi ô nhiễm không khí nặng thì có thể sẽ bị lẫn các tạp chất trong không khí.Vì vậy, để áp dụng được mô hình tại các địa phương, thì điều quan trọng là chọn vị trí thích hợp, bảo trì thường xuyên hệ thống lưới do hiệu suất của hệ thống vẫn có tính thất thường, phụ thuộc vào “chuyện mưa nắng của trời” và nên đặt lưới tại vùng không khí ít bị ô nhiễm.
Chương 2
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu khả năng hút ẩm thu sương của các loại sợi tự nhiên: đay, gai, dừa để xây dựng mô hình thu sương làm nước sạch.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi về không gian: Phòng thí nghiệm - khoa Môi Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên
- Phạm vi về thời gian: Đề tài tiến hành nghiên cứu trong khoảng thời gian thực hiện luận văn từ tháng 4/2018 đến tháng 05/2019.
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá khả năng thu sương làm nước sạch của sợi tự nhiên
+ Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước của các loại sợi khác nhau (sợi gai, sợi đay, sợi dừa).
+ Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước của các loại lưới khác nhau ( mắt lưới có kích thước 2 x 2 cm; 1,5 x 1,5 cm; 1 x 1 cm).
+ Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước ở nhiệt độ khác nhau
(10oC; 15oC; 20oC).
- Đánh giá chất lượng nước sau khi thu sương. - Xây dựng mô hình thu sương làm nước sạch
- Đánh giá chất lượngnước sau khi thu sươngbằng mô hình
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
- Thu thập các số liệu tài liệu, văn bản pháp luật có liên quan đến quản lý môi trường nước, tiêu chuẩn môi trường nước hợp vệ sinh.
- Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ lưới thu sương.
- Việc thu thập và phân tích tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu là rất quan trọng nhằm giúp ta nhận biết vấn đề một cách nhanh chóng và tổng quát.
- Những tài liệu này là cơ sở ban đầu định hướng cho kế hoạch và triển khai các mục tiêu nghiên cứu. Thông tin thứ cấp có thể được thu thập từ:
- Trên báo trong và ngoài nước về công nghệ lưới thu sương đã và đang được sử dụng.
- Thu thập các thông tin liên quan đến đề tài qua thực địa sách báo, internet.
2.3.2. Phương pháp thiết kế thí nghiệm
2.3.2.1. Chuẩn bị thí nghiệm khả năng thu sương làm nước của các loại sợi khác nhau
a, Dụng cụ:
- Các loại sợi tự nhiên. - Dao, kéo, cốc.
- Máy phun sương tạo ẩm. - Máy đo nhiệt độ, độ ẩm. - Tủ BOD.
- Tủ lạnh. - Các loại sợi:
Sợi đay Sợi dừa Sợi gai
b, Quy trình làm lưới
Hình 2.2. Quy trình đan lưới từ các sợi cây (Đay, gai, xơ dừa)
-Bước 1: Cây (Đay, gai, xơ dừa) sau khi thu về được rửa sạch. -Bước 2:Tước thành sợi rồi phơi khô.
-Bước 3: Đan thành các mảnh lưới nhỏ có kích thước bằng nhau sau đó đem tiến hành làm thí nghiệm.
* Diện tích lưới hình tam giác:
Chiều cao (h) = 22 cm Độ dài cạnh đáy (b) = 30 cm
Ta có S = ½(b.h) = ½(30 x 22) = 330 cm2 = 0,033 m2
* Các bước tiến hành trong phòng thí nghiệm:
Lắp tấm lưới đã đan được vào mô hình rồi đưa vào trong tủ lạnh. - Đặt cốc thủy tinh 400ml dưới mô hình để chứa nước thu được. - Điều chỉnh nút phun sương sao cho phù hợp.
- Đặt máy phun sương tạo độ ẩm bên dưới tấm lưới và cốc chứa nước rồi phun liên tục trong 24h, theo dõi và bổ sung nước thường xuyên cho máy phun sương để duy trì độ ẩm từ 90%-98% trong tủ BOD.
- Thu nước từ tấm lưới có kích thước tốt nhất trong điều kiện nhiệt độ 15oC trong tủ lạnh và 20oC trong tủ BOD.
-Tiến hành thí nghiệm và lấy mấu nước trong một ngày, ba ngày và bảy ngày để phân tích.
Cây (Đay,
gai, xơ dừa) Làm sạch Tước sợi
Phơi khô Đan thành
lưới Tiến hành thí
Hình 2.3. Thí nghiệm phun sương
* Nghiên cứu xử lý nước sau thu sương thành nước sạch từ mô hình
- Nước thu được từ thí nghiệm sau khi ngưng tụ thành sương có độ tinh khiết khá cao nên chỉ cần tiến hành đo một số chỉ tiêu bằng các máy đo nhanh và phương pháp thích hợp trong phòng thí nghiệm để so sánh với QCVN 01:2009/BYT và QCVN 02:2009/BYT.
- Các chỉ tiêu pH, Màu sắc, Mùi vị, Độ đục, TSS, Coliform.
- Sau khi tiến hành lần lượt với các loại sợi tự nhiên là sợi đay, sợi gai, sợi dừa từ đó lựa chọn loại sợi tối ưu nhất cho các thí nghiệm tiếp theo.
2.3.2.2. Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước của lưới làm từ các loại sợi đay, gai, dừa với các kích thước lưới khác nhau
- Đan tấm lưới hình tam giác đều cạnh 20 cm từ các loại sợi khác nhau với kích thước các mắt lưới 2x2 cm để cho vào tủ kín để làm thí nghiệm.
- Giữ nhiệt độ trong tủ kín là 20oC, sử dụng máy phun ẩm để độ ẩm luôn đạt 90-99%.
- Đặt cốc dưới tấm lưới để chứa nước thu được. - Lựa chọn loại sợi tối ưu nhất.
- Tiến hành thí nghiệm đối với loại sợi đã được lựa chọn là tối ưu nhất với các kích thước mắt lưới khác nhau lần lượt là: 2,0 x2,0 cm, 1,5 x 1,5 cm, 1.0 x1,0 cm theo các bước trong phòng thí nghiệm như trên.
2.3.2.3. Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước ở các nhiệt độ khác nhau
Tiến hành thí nghiệm đối với các tấm lưới cùng loại sợi có kích thước mắt lưới giống nhau; thu sương làm nước từ tấm lưới có kích thước tốt nhất trong điều kiện nhiệt độ lần lượt là 10oC, 15oC trong tủ lạnh 20oC trong tủ BOD.
- Độ ẩm tủ kín từ 90%-98%.
2.3.3.Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
- Phương pháp lấy mẫu: theo TCVN 5995 - 1995.
- Dụng cụ lấy mẫu: bình thủy tinh 400ml - Thời gian lấy mẫu:
Sau đóđem đi phân tíchnước, ta có các kết quả của mô hình xử lý.
- Các chỉ tiêu của nước được lấy mẫu và phân tích như pH, TSS, Độ đục, Coliform, và một số chỉ tiêu có thể nhìn bằng mắt thường như mầu, mùi vị.
- Các phương pháp phân tích:
Bảng 2.1. Chỉ tiêu vàphương pháp phân tích
STT Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp phân tích
1 pH - Đo bằng máy theo TCVN 6492:1999
2 TSS mg/l SMEWW 2540D:2012
3 Mầu Mắt thường
4 Độ Đục Đo bằng máy đo độ đục theo TCVN 6184:1996
5 Mùi vị Cảm quan
6 Coliform MPN/100ml TCVN 6187-2:2009
2.3.4. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu
- Sử dụng các phần mềm Microsoft như: Word, Excel để tổng hợp và phân tích các số liệu thu thập được.
- Sử dụng phần mềm SAS để xử lý số liệu. Đề tài sử dụng phần mềm EXCEL để tổng hợp
- Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong nước được so sánh với:. + QCVN 01:2009/BYT: chất lượng nước ăn uống.
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Đánh giá khả năng thu sương làm nước sạch của sợi tự nhiên
3.1.1. Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước của các loại sợi khác nhau
Bảng 3.1. Lượng nước thu được từ các loại sợi tự nhiên
(đơn vị: ml)
STT Loại sợi Thí nghiệm Trung
bình 1 2 3 1 Sợi gai 155,3 177,8 180 171,03 2 Sợi đay 110 115,6 97 107,53 3 Sợi dừa 82,9 80 76,2 79,7 4 P 0,0001 5 LSD05 20,718 6 CV% 8,63
Hình 3.1. Biểu đồ biểu thị lượng nước thu được từ các sợi
Sau khi tiến hành thí nghiệm 3 lần đối với từng loại sợi ở các điều kiện giống nhau: nhiệt độ là 20oC, độ ẩm 98%, diện tích lưới 0,033m2 và kích thước mắt lưới 2,0x 2,0 thì trung bình lượng nước thu được từ sợi gai là cao nhất 171,03 ml, gấp hơn 2 lần so với lượng nước trung bình thấp nhất từ sợi
dừa (79,7 ml) và gấp 1,6 lần so với lượng nước trung bình thu được từ sợi đay (107,53ml). Qua kết quả nghiêncứu ta thấy bản chất các sợi đay, gai, dừa đều là các sợi tự nhiên có khả năng hút ẩm cao nhưng sợi gai có nhiều lông tơ mềm bám trên bề mặt sợi, giúp hơi ẩm trong sương ngưng tụ thành nước trên bề mặt lạnh của lưới dễ dàng được rơi xuống cốc đựng dưới ảnh hưởng của trọng lực, ngoài ra theo cảm nhận sợi gai có độ bông hơn, xe sợi hơn nên khả năng hút ẩm là tốt nhất trong 3 sợi đay, gai, dừa. Do kinh phí hạn hẹp nên chưa tiến hành thực hiện thu sương với các loại lưới nhân tạo khác, tuy nhiên trên thực tế các loại sợi khác như sợi poly là các loại sợi rất nhỏ nên diện tích bề mặt tiếp xúc với hạt sương nhỏ nên khả năng thấm hút thấp và làm vỡ hạt sương chuyển thành nước lâu hơn. Vậy nên sợi gai là vật liệu phù hợp để tích sương trên các mắt lưới giúp thu được lượng nướcnhiều nhất.
3.1.2. Nghiên cứu khả năng thu sương làm nước của các loại lưới khác nhau
Tiến hành đan tấm lưới hình tam giác đều cạnh 20 cm từ loại sợi gai với kích thước các mắt lưới 2x2 cm, 1,5 x 1,5 cm, 1.0 x1,0 cm để cho vào tủ kín trong phòng thí nghiệm. Duy trì điều kiện thí nghiệm với Diện tích các lưới đều bằng 0,033m2; Độ ẩm: 90 - 98%; Nhiệt độ: 20oC
Mỗi thí nghiệm tiến hành 3 lần.
Từ đó tiến hành thí nghiệm, ta thu được kết quả như sau:
Bảng 3.2. Lượng nước thu được từ các kích thước lưới khác nhau
(đơn vị: ml) STT Loại mắt lưới (cm) Thí nghiệm Trung bình 1 2 3 1 2,0x2,0 155,3 177,8 180,0 171,0 2 1,5x1,5 250,5 245,0 220,2 238,6 3 1,0x1,0 210,2 202,0 217,5 209,9 4 P 0,0061 5 LSD05 2,57 6 CV% 5,329
Hình 3.2. Biểu đồ biểu thị kích thước mắt lưới khác nhau của sợi gai
Qua biểu đồ biểu thị lượng nước thu được từ lưới làm bằng sợi gai với các kích thước lưới 1,0 x 1,0 cm; 1,5 x 1,5 cm; 2,0 x 2,0 cm, ta thấy lượng nước thu được đối với mỗi kích thước lưới là khác nhau. Cụ thể như: