Liệu nó có thể thay thế các loại máy lọc nước thông dụng khác trong thời gian sắp tới không?. Các loại sản phẩm công nghệ lọc nước trên thị trường thường có mức chi phí hơi cao so với mứ
Trang 1CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP THÀNH PHỐ
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC
NĂM HỌC 2020 – 2021
ĐƠN VỊ DỰ THI: TRƯỜNG THPT TRẦN VĂN GIÀU
DỰ ÁN
HỆ THỐNG LỌC NƯỚC THÔNG MINH SỬ DỤNG NHIỆT
LĨNH VỰC DỰ THI: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
TÁC GIẢ Trịnh Anh Tuấn - Lớp 11A1
Tô Đình Anh Tuấn - Lớp 11A11
Trang 2MỤC LỤC
A TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1
II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1
III VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1
1 Lịch sử đề tài 1
2 Mục tiêu đề tài 1
3 Câu hỏi nghiên cứu 2
IV TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 2
B THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM 2
I Khung cơ bản 2
II Hệ thống đế tiếp nhiệt 3
III Hệ thống ngắt nhiệt tự động 4
C KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 6
D KẾT LUẬN 6
E HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6
F TÀI LIỆU THAM KHẢO 7
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô trong trường THPT Trần Văn Giàu đã tận tình truyền đạt vốn kiến thức vô cùng bổ ích và quý báu trong thời gian chúng em học tập tại nhà trường Cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện cho em có thể tiếp cận và tiến hành nghiên cứu khoa học một cách tốt nhất
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Kiều Tân Khoa đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cũng như đóng góp ý kiến cho chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài của mình và người bạn cùng đồng hành trong suốt kì thi
Cảm ơn cha mẹ, anh chị và bạn bè đã luôn luôn là hậu phương vững chắc, luôn ủng hộ, giúp đỡ em khi cần, luôn bên cạnh lúc em gặp khó khăn trong học tập cũng như trong nghiên cứu
Với kiến thức và nền tảng kỹ thuật còn hạn chế nên sẽ còn nhiều thiếu sót trong sản phẩm cũng như trong báo cáo Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn Kính chúc ban giám hiệu nhà trường, cùng toàn thể quý thầy cô giáo trường THPT Trần Văn Giàu lời chúc sức khỏe, thành công và thịnh vượng trong cuộc
sống cũng như trong công tác
Bình Thạnh, ngày 22 tháng 11 năm 2020
Trịnh Anh Tuấn - Lớp 11A1
Tô Đình Anh Tuấn - Lớp 11A11
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng chúng tôi Các số liệu sử dụng phân tích trong báo cáo có nguồn gốc rõ ràng,
đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận án do chúng tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác
Bình Thạnh, ngày 22 tháng 11 năm 2020
Trịnh Anh Tuấn - Lớp 11A1
Tô Đình Anh Tuấn - Lớp 11A11
Trang 5A TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Viện Nghiên cứu Tài nguyên thế giới (WRI) của Mỹ vừa đưa ra cảnh báo, khoảng 25% dân số thế giới đứng trước nguy cơ thiếu nước sinh hoạt nghiêm trọng, trong đó chịu tác động lớn nhất là các quốc gia có đông dân Biến đổi khí hậu gây hạn hán, khan hiếm nguồn nước ngầm cũng đang khiến hàng triệu người trên thế giới “lao đao” Đây là lý do các đề tài về máy lọc nước ra đời Tùy trên thị trường mà có nhiều loại máy lọc nước sử dụng nhiều loại năng lượng khác nhau Mọi người đã từng nghe về máy lọc nước sử dụng nhiệt chưa? Liệu nó có thể thay thế các loại máy lọc nước thông dụng khác trong thời gian sắp tới không? Giải quyết vấn đề về nguồn nước uống sạch ở những vùng quê xa xôi, hẻo lánh vẫn đang là vấn đề phức tạp hiện nay Các loại sản phẩm công nghệ lọc nước trên thị trường thường có mức chi phí hơi cao so với mức thu nhập của người dân ở các vùng quê, cho ra một lượng nước thải nhiều trong quá trình hoạt động Vì vậy cần có một sản phẩm vừa giá thành thấp, có giá trị sử dụng lâu dài cùng với lượng nước thải thấp hoặc gần như là không có Qua những vấn đề ở trên, chúng em đã cho ra đời một đề tài có thể đáp ứng nhu cầu về nước sạch ở nông thôn hiện nay,
đó là đề tài Hệ thống lọc nước thông minh sử dụng nhiệt
II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Xây dựng mô hình Hệ thống lọc nước thông minh sử dụng nhiệt đáp ứng
nhu cầu nước sạch ở những vùng khó khăn trên khắp đất nước với chi phí thấp, hiệu suất hoạt động cao
III VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1 Lịch sử đề tài
Kinh tế Việt Nam phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây nhưng
đi kèm với đó là tình trạng ô nhiễm môi trường trong đó ô nhiễm nguồn nước là vấn đề rất nghiêm trọng Vì vậy mà người dân bắt đầu chú trọng hơn trong việc lọc nước sạch để ăn uống, sinh hoạt Với những nguồn nước tương đối sạch thì con người chỉ cần lọc thô với cát, sỏi Nhưng với đa số nguồn nước hiện nay thì việc lọc thô chỉ hạn chế phần nào các chất cặn bẩn còn những chất độc hại vẫn chưa xử lý được Chính vì vậy có rất nhiều công nghệ lọc nước đã ra đời để giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nước tạo nên lịch sử ngành lọc và xử lý nước ngày nay
2 Mục tiêu đề tài
Góp phần giảm tình trạng thiếu nguồn nước sạch Xây dựng một hệ thống lọc nước nhanh và hiệu suất cao, chi phí thấp, tiện lợi và dễ sử dụng
Trang 63 Câu hỏi nghiên cứu
- Tại sao máy lọc nước đã phổ biến nhưng nhiều địa phương lại chưa tiếp cận được?
- Máy lọc nước đến tay của người sử dụng gặp những khó khăn nào?
- Tại sao giá thành của máy lọc nước lại cao (tùy vào nhu cầu sử dụng)?
- Loại máy lọc nào cho ra sản phẩm cao hơn mức năng lượng sử dụng gấp nhiều lần?
IV TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU
Sau khi nghiên cứu và thử nghiệm các mô hình máy lọc nước hiện nay trên thị trường thì chúng em rút ra được những nhược điểm của các máy lọc nước đang
có hiện nay như sau:
- Chi phí cho những loại máy lọc nước hiện nay là rất cao
- Những loại máy lọc nước giá thành rẻ thì chưa đến được nơi sử dụng của các khu dân cư thuộc vùng khó khăn
- Loại máy lọc nước sử dụng ít năng lượng là rất khó tìm và hiếm
Vì vậy em đã thiết kế hệ thống máy lọc nước mới với các tiêu chí sau:
- Dễ dàng tiếp cận với những nơi khó khăn như vùng núi cao hoặc vùng bị ngập mặn
- Một sản phẩm bền lâu để chống lại những hiện tượng thiên nhiên khắc nghiệt
- Hiệu suất sử dụng sản phẩm cao
- Có thể phát hiện các vấn đề thường gặp ở các loại máy lọc nước hiện nay như: nghẽn màng lọc, tràn nước, nhiệt độ lên quá cao… nhờ mạch Arduino MEGA 2560
- Tái chế nguồn nước thải vào nhiều việc khác nhau
- Màng lọc và các lõi tạo khoáng từ thiên nhiên
B THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM
I Khung cơ bản
− Tạo một bản vẽ bao gồm kích thước phần khung của mô hình
− Sử dụng khung ngoài theo dạng hình chữ nhật hộp không nắp bên trên
− Liên hệ xưởng gia công để tạo khung
− Thiết kế theo hình dạng hộp chứa nước cỡ nhỏ
− Vật liệu được sử dụng trong mô hình là inox
− Hàn kín bốn góc
− Số liệu: dài và rộng 20cm, cao 25cm
Trang 7Hộp hình chữ nhật
Ống đồng
Sau khi nước bay hơi đi qua ống đồng rồi ngưng tụ ở bể lọc nước và sẽ tới công đoạn lọc nước rồi cho ra nước sạch
II Hệ thống đế tiếp nhiệt
Sử dụng công nghệ làm nóng nước từ điện trở nhiệt
Lý do chọn điện trở nhiệt vì:
• Dễ sử dụng, dễ dàng làm bay hơi nhanh
• Giá thành rẻ, phù hợp điều kiện của người dân vùng khó khăn
• Công suất làm nóng nhanh
Trang 8Vật liệu em mua ở chợ điện tử Nhật Tảo
Cùng với một số vật liệu em thanh toán và mua hàng ở Shopee, Tiki, Nshop…
Lắp vào mô hình
− Không định dạng được vị trí cần gắn điện trở
− Không thể gắn trực tiếp nên cần hàn vào
(sau khi gắn hệ thống tiếp nhiệt vào mô hình)
III Hệ thống ngắt nhiệt tự động
− Nghiên cứu về lý thuyết Arduino, cách viết code cơ bản trên các trang
− Tiến hành vẽ mạch cho hệ thống ngắt nhiệt tự động
− Mua dụng cụ và lắp ráp, em đặt mua ở Hshop
Mạch Arduino
Dây cắm
Breadboard
Cảm biến nhiệt
độ hồng ngoại không tiếp xúc GY-906
MX90614
Trang 9Cảm biến mực
chất lỏng không
tiếp xúc Y26 NPN LCD 1602 kèm module I2C
Ở phần tự động, em cài đặt ở mức giữ nhiệt độ ở tầm 100oC, và dừng lại khi
ở trong bể đã bay hơi hết nước thông qua ống đồng để truyền vào bể lọc nước
d Hệ thống tầng lọc tự nhiên và lõi tạo khoáng
Bể lọc nước 5 tầng bao gồm:
– Tầng 1: Lớp bạc than hoạt tính: bạc có tác dụng sát khuẩn khá tốt, có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn có hại cho sức khỏe Than hoạt tính nổi tiếng về khả năng hấp thụ chất độc hại, nó được sử dụng trong các mặt nạ phòng độc
– Tầng 2: Cát silic: Cát đã được người dân Việt Nam ngày xưa dùng để lọc nước phèn, nước chứa bùn đất,… Nó có tác dụng làm sạch nguồn nước nhanh chóng, nước chảy qua cát silic sẽ trong vắt như nước tinh khiết
– Tầng 3: Khoáng sét Zeolite: Loại khoáng này có tác dụng hấp thu khá tốt các kim loại nặng, nó thường dùng để khử nguồn nước trong nuôi trồng thủy sản – Tầng 4: Đá khoáng: Các hạt đá khoáng sẽ cung cấp khoáng chất cần thiết, nước
có khoáng chất sẽ tốt hơn nhiều so với nước tinh khiết bởi vì chúng ta uống nước
để bổ sung khoáng chất cho cơ thể chứ không phải để giảm cơn khát
– Tầng 5: Hạt trao đổi ion: Chắc bạn cũng từng nghe nước cứng (nước chứa nhiều
chất không cần thiết), vì vậy tầng này chỉ có nhiệm vụ trao đổi ion khiến nước
mềm hơn, có lợi cho sức khỏe
Trang 10C KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Hình ảnh mô hình sau khi hoàn thành
D KẾT LUẬN
- Tạo ra được máy lọc nước thông minh sử dụng điện năng hiệu quả với chi
phí thấp
- Giải quyết được vấn đề thiếu nước sạch ở vùng sâu vùng xa, còn khó khăn
- Sử dụng thuận lợi trong các điều kiện khó khăn như ở vùng nước ven biển
hoặc vùng núi cao khó vận chuyển nước
E HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Chỉnh sửa phần mạch tự động Arduino
- Chỉnh sửa mô hình để có thể dễ vận chuyển
- Đơn giản hóa sản phẩm để tiện lợi trong việc vận hành hơn
Trang 11F TÀI LIỆU THAM KHẢO
http://arduino.vn/bai-viet/977-huong-dan-su-dung-cam-bien-nhiet-do-ds18b20-55degc-den-125degc-sai-so-05degc
https://dangcongsan.vn/nuoc-sach-va-ve-sinh-moi-truong-nong-thon/tin-
hoat-dong/nuoc-sach nhu-cau-thiet-yeu-cho-vung-nong-thon-222955.html
http://hubt.edu.vn/tin-tuc/20-04-2017/bien-doi-nuoc-bien-thanh-nuoc-ngot/126/3597/
nel