báo cáo thực tập ứng dụng Gốm lọc nước

Ưu điểmNhược điểm+ Loại bỏ được vi khuẩn và các sinh vật gây bệnh nên giảm được bệnh tiêu chảy do dùng nước bẩn lên tới 70%+ Giảm độ đục và cải thiện được mùi+ Tận dụng được các nguyên liệu sẵn có ở địa phương+ Sử dụng dễ dàng và có thể tái sử dụng nhiều lần sau khi đã vệ sinh+ Sản xuất rẻ tiềnKhông loại được virus, kim loại nặng và thuốc trừ sâuTuổi thọ của bộ lọc chưa xác định đượcTốc độ lọc chậmMất nhiều thời gian rửa lõi lọcKhó giám sát chất lượng

MỤC LỤC

2.1 Giới thiệu chung 10

2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng gốm lọc nước trên thế giới 12

2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng gốm sứ tại Việt Nam 14

2.4 Nhận xét chung 16

2.5 Thành phần, tính chất nguyên liệu 18

2.5.1 Đất sét và cao lanh 18

Ứng dụng của cao lanh (kaolin): 19

Diatomite 20

Vỏ trấu 22

Tinh bột 22

Chương 4 THỰC NGHIỆM 25

4.1 Gia công và chuẩn bị phối liệu 25

Chuẩn bị dụng cụ: 25

4.2 Thực nghiệm 26

4.2.1 Phương pháp đổ rót: 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

Nhật ký thực tập 30

Mở đầu

Hiện nay, 80% bệnh tật ở các quốc gia đang phát triển có liên quan đếnnước bị nhiễm bẩn và ô nhiễm môi trường Việt Nam là một trong những quốc giađang phải đối mặt với tình trạng này với hơn 20.000 người chết mỗi năm do dùngnước bị ô nhiễm, mất vệ sinh (WHO, 2008) Nguyên nhân dẫn đến những con sốdịch bệnh đáng ngạc nhiên trên và liên quan đến các nước đang phát triển đặc biệtngười dân nghèo phải gánh chịu đầu tiên đó là do việc sử dụng nước uống không

an toàn

Việc cải thiện được tình trạng sử dụng nước uống an toàn đã đượcnhận được nhiều sự quan tâm như là một trong những chủ đề về sức khỏe được ưutiên Đã có hơn 37 cách xử lý nước uống nhưng gốm lọc nước là một trong bốncách xử lý nước tốt nhất có thể giảm độ đục và hơn 99% vi khuẩn Mặt khác gốmlọc nước có giá rẻ vì được tạo ra bởi các nguyên liệu sẵn có như cao lanh, đất sét,diatomite, mùn cưa, vỏ trấu Tại Việt Nam đã có những nghiên cứu và sản xuất ragốm lọc nước nhưng tốc độ lọc chậm, thành phần mẫu vẫn còn chứa các kim loại

và chưa cạnh tranh được về chất lượng lẫn giá thành với các loại vật liệu lọc kháctrên thế giới Vì vậy, để sản xuất được gốm lọc nước mà đảm bảo an toàn sử dụngcho người dân Viêt Nam, thì đầu tiên cần có nghiên cứu kỹ về nguồn nguyên liệu

có sẵn trong nước để đánh giá được tình hình , tính khả thi của việc sản xuất gốmlọc nước với giá thành rẻ để phục vụ cho đông đảo người dân Nên trong bài báocáo này, chúng tôi tập trung vào nghiên cứu và lựa chọn nguồn nguyên liệu thíchhợp cho gốm lọc nước tại Việt Nam

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ GỐM LỌC NƯỚC

2.1 Giới thiệu chung

Trên thế giới có hơn 1,1 tỷ người không được tiếp xúc với hệ thống cấpnước an toàn, khoảng 1,2 tỷ người không đủ nước sạch để dùng Theo số liệuthống kê năm 2008 của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cho biết:

- 80% bệnh tật ở các quốc gia đang phát triển có liên quan đến nước và vệsinh môi trường bị nhiễm bẩn

- Tỉ lệ hộ gia đình sử dụng nước sạch và nước hợp vệ sinh khu vực nông thôn

- Khử trùng bằng clo

- Khử trùng bằng năng lượng mặt trời (SODIS)

- Keo tụ, sử dụng các bột khử trùng

- Gốm lọc nước

Nước được đổ vào phần

trên hoặc đổ trực tiếp

vào màng lọc, nơi mà lực

hấp dẫn kéo nó thông

qua các lỗ trong gốm lọc

và đi và phần dưới của bình

chứa Nước sau khi được

lọc sẽ được chứa ở một bình

bên dưới và được lấy ra sử

dụng thông qua vòi nước

Có hai loại chính của các bộ

lọc nến(hình bên trái) và bộ

lọc nồi (hình bên phải)

Hệ thống bộ lọc nến baogồm một

bộ lọc đặt ở trên, và đượcgắn vào đế Các yếu

tố nến,hìnhtrụ, màng gốm rỗng, đượcgắn vào Nước chảy quacác lỗ lọc nến

và đi vào các yếu

tố nến, đó là nơi quá trìnhlọc diễn ra

Hệ thống nồi lọc đơngiản, và bao gồm mộtmàng lõm duy

nhất, nằm bêntrong vành của bìnhđựng

Tìm hiểu về gốm lọc nước ta thấy được các ưu điểm, nhược điểm của nó là:

Bảng 1 Ưu nhược điểm của gốm lọc nước

+ Loại bỏ được vi khuẩn và các sinh vật

gây bệnh nên giảm được bệnh tiêu chảy

do dùng nước bẩn lên tới 70%

+ Giảm độ đục và cải thiện được mùi

- Không loại được virus, kim loại nặng và thuốc trừ sâu

- Tuổi thọ của bộ lọc chưa xác địnhđược

2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng gốm lọc nước trên thế giới

Với tác dụng giảm độ đục và vi khuần tới 99% đã có nhiều nghiên cứu về gốm lọc nước với nhiều loại nguyên liệu khác nhau

đất sét trắng silic vô định hìnhNgoài ra còn có:

Sử dụng 2 loại nến lọc:

– Loại gốm lọc chậm của

Ấn độ giá $1 lọc 3 lít/ngày– Loại lọc nhanh của Brazin giá $12 lọc 20lit/ngày (cóbạc và than hoạt tính)

Bình lọc Samsan (Hàn Quốc) dung tích 14 lit

Nghiên cứu của Daniele S Lantagne năm 2001:

microscope ): Kích thước lỗ lọc từ 0,6 –

3 µm (<1 µm thì loại

bỏ được E.coli không cần khủ trùng)

• Hiệu quả xử lý với vi khuẩn 98-100% (trong PTN), thực

tế ở hộ gia đình thì thấp hơn

• Sau sử dụng 2-7 năm vẫn còn khả năng loại bỏ Vi khuẩn

• 1 Bộ hoàn chỉnh: USD $6 (bán buôn),

$9 (bán lẻ)

• Tốc độ lọc 1-1,7lit/giờ

Đặc thù chung của những sản phẩm này là sử dụng vật liệu Diatomite và

Theo nghiên cứu của Vinka A, 2007 gốm lọc nước có thành phần là 40% đấtsét, 50% đất sét đã nung, còn lại là 10% của bột mỳ hoặc tro của trấu hoặc mùncưa với kích thước lỗ xốp từ 0.02-15µm có hiệu suất loại bỏ được 97.8-100% vikhuẩn Tại đây tro của trấu hoặc mùn cưa hoặc bột mỳ là thành phần chính tạo lỗxốp

2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng gốm sứ tại Việt Nam

Hiện nay làng gốm cổ Bát Tràng có từ lâu đời ở Việt Nam, các nghệ nhângốm đã nghiên cứu và sản xuất nến lọc gốm 100% Việt Nam Hiệu quả thực tế củalọc gốm Bộ Hương còn chưa ổn định, với độ dao động lớn Tuy nhiên, so sánh vớikết quả nghiên cứu khác thì lọc gốm Bộ Hương có kết quả khá tương đồng Bản

thân vật liệu gốm có thể loại bỏ vi khuẩn ra khỏi nước trên 99% Bước đầu thiết bịlọc gốm Bộ Hương đã nhận được sự chấp thuận của cộng đồng với mức giá phùhợp và hiệu quả trực quan Lọc gốm Bộ Hương hoàn toàn có thể áp dụng và pháttriển thành công như lựa chọn HWTS (xử lý và chứa nước an toàn cho hộ giađình) Tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục như

- Nhà sản xuất gốm Bộ Hương nên bổ sung chất tạo độ xốp để làm tăng độxốp, tăng tốc độ lọc, ổn định hiệu quả lọc

- Các mẫu còn chứa một lượng sắt đáng kể và một số kim loại nặng như Zn,

Mn … cần lựa chọn các nguyên liệu đầu vào như cao lanh, đất sét,diatomite… tinh sạch hơn

- Trong một số mẫu không phát hiện muối Bạc Vanadat, cần tráng thêm mộtlớp Muối Bạc để tăng khả năng diệt khuẩn của vật liệu

- Chuyển giao công nghệ, tuyên truyền về xử lí nước sạch đảm bảo chất lượngnước và sức khỏe người dân, đưa công nghệ xử lí nước đơn giản, hiệu quả,kinh tế phổ biến đến tay người dân

- Tiến hành khảo sát kỹ lưỡng thành phần hóa học, cấu trúc vật liệu, cũng nhưnghiên cứu khả năng lọc tránh bít tắc để nâng cao chất lượng sản phẩm

- Kết hợp với các đơn vị Y học vệ sinh môi trường thường xuyên kiểm trađánh giá chất lượng lọc để đảm bảo cung cấp vật liệu đáp ứng tiêu chuẩnnước ăn uống theo tiêu chẩn của Tổ chức y tế thế giới và Việt Nam

- Cải tiến mẫu mã thùng chứa và khay đỡ nến lọc được đồng bộ và chắc chắnhơn

Ngoài ra còn có gốm lọc do công ty Hồng Phúc sản xuất

Vật liệu từ đất có nhiều tảo cát

• Bình trên 10lít bình dưới 10lít

• Tốc độ lọc: 1,5 – 2,5 lít/h

Có độ bền cao, không độc hại, rẻ hơn nhập khẩu 10 lầnHiện có 3 dạng sản phẩm lọc nước từ gốm cao cấp:

Tấm lọc đơn phẳngQuả lọc đơn lớn Quả lọc đơn bé

Hình 1 Sản của Hàn Quốc (bên trái), Việt Nam (bên phải)

Nhận xét: sản phẩm của Việt Nam màu tối hơn, nặng hơn, chảy chậm hơn, dễ vỡ hơn

So sánh hiệu quả lọc nước của các mẫu gốm lọc ta thấy hiệu quả lọc của vậtliệu lọc của Việt Nam cũng không thua kém gì vật liệu lọc của các nước:

Bảng 2 adsfadsf

Than hoạt tính + phân

tử Bạc

hoạt tính

RO

Kim loại

nặng

Khảo sát thành phần hóa học của các vật liệu lọc có được kết quả như sau:

-( Báo cáo các thiết bị xử lý nước uống trên thế giới và Việt Nam – NIEOH)

Nhìn vào kết quả trên ta thấy thành phần chủ yếu của các vật liệu lọc là

SiO2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O

Nên ta có thể tận dụng nguồn diatomite sẵn có trong nước và làm nguyênliệu Tuy nhiên nghiên cứu quá trình lọc nước của các thiết bị lọc nước cần lưu ýtới các vấn đề đầu tiên và quan trọng là:

- Có chi phí xử lý đáp ứng về tính kinh tế, phù hợp với người dân, dễ vậnhành và thời gian sử dụng dài

- Phù hợp tiêu chuẩn về vệ sinh không có tính độc hại, thôi nhiễm của các vậtliệu trong quá trình lọc

2.5 Thành phần, tính chất nguyên liệu

Vậy việc tìm hiểu rõ tính chất, vai trò từng nguyên liệu để sản xuất gốm lọcnước là rất quan trọng để đưa ra loại nguyên liệu phù hợp cho gốm lọc nước Dựavào những dặc điểm kể trên ta chuẩn bị nguyên liệu:

2.5.1 Đất sét và cao lanh

Đất sét Trúc Thôn có độ dẻo cao, khó tan trong nước, hạt mịn, màu trắngxám, độ chịu lửa ở khoảng 1650°C Thành phần hoá học (tính trung bình theo %trọng lượng) của đất sét Trúc Thôn như sau: Al2O3: 27,07; SiO2: 55,87; Fe2O3 :1,2;

Na2O: 0,7; CaO : 2,57; MgO :0,78; K2O: 2,01; TiO2: 0,81

Cao lanh ( kaolin) là một khoáng sản phi kim được hình thành do quá trìnhphong hóa của phenpat chủ yếu là octodaz và anbit Quá trình phong hóa trên đượcgọi là quá trình cao lanh hóa Thành phần hóa học Cao lanh (Kaolin):

- Công thức hóa học: Al2O3.2SiO2.2H2O

tràng thạch thành cao lanh: dưới góc độ hóa học, phenpat phân giải thành caolanh theo phương trình phản ứng sau:

K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + H2O  Al2O3.2SiO2.2H2O + K2O3 + 4SiO2

CaO.Al2 O3.6SiO2 + CO2 + H2 O  Al2O3.2SiO2.2H2O + CaCO3 + 4SiO2 Trong quá trình phong hóa, do tác động của CO2 và H2O liên kết giữa Al2O3 và

kiềm thổ, ngoài SiO2 còn lẫn CaCO3 (nếu pH của môi trường phong hóa nhỏ

nhân tiếp tục phong hóa phenpat)

Ứng dụng của cao lanh (kaolin):

Được sử dụng trong các lĩnh vực sau:

- Công nghiệp dược, mỹ phẩm

- Công nghiệp giấy

- Sản xuất đồ gốm, sứ, gạch

- Công nghiệp gốm sứ, vật liệu chịu lửa

- Công nghiệp luyện kim

- Chất tẩy trắng dầu mỡ

- Sứ cách điện

- Tổng hợp Zeolit

- v.v

Đó là khả năng giữ nguyên hình dạng mới khi chịu tác dụng của lực bên ngoài mà không bị nứt, bởi:

Khả năng trượt lên nhau của các hạt sét, Hiện tượng kết dính các hạt sét với nhau thành một khốiThành phần, kích thước và hình dạng của hạt sét, cấu trúc của khoáng sét là những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ dẻo

Nói chung nếu hàm lượng nước khoảng 16% đất sét đã nắm được thànhnắm, từ 21-26% hỗn hợp đã rất dẻo, có khả năng tạo hình bằng phương pháp dẻo.

Độ dẻo đạt cực đại khi lượng nước vừa đủ để thực hiện quá trình hydrat hóa hoàntoàn, cho phép tạo hình dẻo Lượng nước đủ để thực hiện quá trình hydrat hóahoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc đơn khoáng của đất sét

Khi lượng nước đủ lớn (28%) thì hồ cao lanh, đất sét sẽ chảy thành dòngliên tục,cho phép ta tạo hình bằng phương pháp đổ rót

Diatomite

Diatomite là một khoáng sản phi kim loại dạng bột bao gồm xương hóathạch còn lại của vi sinh vật đơn bào nhà máy thuỷ sản được gọi là tảo cát Hơn10.000 loài các vi tảo này đã được công nhận, mỗi hình dạng riêng biệt của

nó khác nhau, kích thước từ dưới 5 micron để hơn 100 microns

Diatomite là đá trầm tích với thành phần chủ yếu là silic oxyt (SiO2.nH2O).

Nó còn có tên là kizengua hay đất tảo silic

Các tính chất độc đáo của diatomite bao gồm:

Diatomite có nhiều ứng dụng, cụ thể như:

- Dùng để lọc: nhờ có cơ cấu hạt xốp và có tính trơ nên diatomite được dùnglàm chất trợ lọc trong sản xuất bia, rượu, nước mía ép, nước quả ép hoặc làm trongdầu ăn

- Làm chất độn: diatomite có độ trong lên tới 90%, chiết suất vào khoảng 1,42

- 1,48, khá trơ, chịu được lửa, có khả năng hấp thụ lớn nên rất thích hợp để làm

chất độn trong sản xuất sơn, gia công chất dẻo, cao su, giấy, sản xuất thuốc đánhrăng và đúc răng giả.

- Làm vật liệu mài bóng bạc, đánh bóng vỏ ôtô

- Làm chất hấp thụ: diatomite có thể hấp thụ một lượng chất lỏng lớn gấp balần khối lượng của nó Nó được dùng làm chất mang cho các loại thuốc trừ sinh vậthại, các chất xúc tác, làm chất chống đóng vón hay chất hấp thụ mùi hôi thối củaphân súc vật nuôi trong nhà

- Các ứng dụng khác: làm phụ gia trong sản xuất xi măng poóc- lăng, sản xuấttấm lợp, các chất bọc cách, sản xuất silic oxyt hoạt tính v v

Sản xuất rượu bia là thị trường tiêu thụ diatomite lớn nhất Mức tiêu thụ cácsản phẩm này ở các nước công nghiệp phát triển sẽ không tăng nhiều do sự cạnhtranh từ các loại đồ uống có cồn khác và một phần là do có những điều luật hạnchế tiêu thụ các sản phẩm có cồn, trong khi đó ở các nước đang phát triển tiêu thụrượu bia lại phụ thuộc vào đồng lương thực tế Diatomite mất dần thị phần tronglĩnh vực sản xuất bia rượu do sự cạnh tranh của các chất trợ lọc tổng hợp đi từpolyme gốm hay màng cacbon

Vỏ trấu

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát,trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy hết trong quá trìnhđốt và khoảng 25% còn lại sẽ chuyển thành tro (Theo Energy Efficiency Guide forIndustry in Asia- www.energyefficiencyasia.org) Chất hữu cơ chứa chủ yếucellulose,lignin và Hemi- cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác nhưhợp chất nitơ và các chất vô cơ Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếmkhoảng 35-40%

Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết cácloài vi sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất

dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt Sau khi đốt, tro trấu có chứa chủ yếu là silicoxyt (trên 80% ), đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực

Tinh bột

Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây Mộtlượng tinh bột đáng kể có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau trong đóxảy ra sự biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào quátrình chín và chuyển hóa sau thu hoạch Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn

vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucozơ là chất tạo nênnguồn calo chính của thực phẩm cho con người Tinh bột giữ vai trò quan trọngtrong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng Tinh bộtthường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhânlàm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và

độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm Sau khi cháy triệt để (nung) tinh bột sẽ hóa hơihết Lợi dụng tính chất này của nó ta phối trộn vơí các nguyên liệu làm gốm, đểsau khi nung nó sẽ tạo ra những lỗ trống và nước có thể chảy qua được

Chương 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nguyên liệu dẻo: cao lanh, đất sét

- Nguyên liệu gầy: diatomite

- Nguyên liệu hữu cơ: tinh bột, trấu, mùn cưa

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp đổ rót dựa trên sự hình thành lớp mộc trong khuôn thạch cao.Khi rót hồ vào khuôn thạch cao, do thạch cao có khả năng hút nước nên hồ chuyểnđộng theo hướng thành khuôn bám vào khuôn thành lớp mỏng đều đặn, theo thờigian chiều dày lớp mộc tăng dần

Có hai phương pháp đổ rót chính: rót phần hồ thừa và phương pháp đổ đầy Yêucầu cơ bản của hồ đổ rót:

- Lượng nước ít nhất để giảm thời gian đổ rót và thời gian sấy

- Độ linh động của hồ tốt có nghĩa là độ nhớt bé để đảm bảo vận chuyểntrong đường ống và đổ rót dễ

- Hồ phải bền: không có hiện tượng lắng, không keo tụ, không đóng sánh, độnhớt hồ ổn định

- Tốc độ bám khuôn lớn

- Lượng chất điện giải bé nhất

- Khả năng thoát khuôn dễ, ít khuyết tật như rỗ mặt

Trộn các nguyên liệu theo tỷ lệ gồm cao lanh, đất sét, diatomite, nước, và chấthữu cơ như tinh bột, trấu, mùn cưa,… và thêm 5%0 theo tổng khối lượng nguyênliệu + nước thủy tinh lỏng để tăng độ linh động và trợ chảy

Rót khuôn:

Sau khi trộn xong để yên hỗn hợp trong vòng 2 giờ rồi sau đó rót khuôn, đợi 2phút rồi sau đó rót phần thừa ra, để phần mộc khô tự nhiên rồi nhấc ra khỏi khuôn.Đem sản phẩm đó đi sấy khô rồi nung

Trộn các nguyên liệu theo tỷ lệ gồm cao lanh, đất sét, diatomite, và chất hữu

cơ như tinh bột, trấu, mùn cưa,… rồi trộn thêm một lượng nước vừa đủ để đượchỗn hợp không quá khô, rồi đem ép miếng nhng máy ép thủy lực Sau đó đem sâykhô và nung

Phương pháp này nhanh và ổn định hơn phương pháp đổ rót