BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT THIẾT bị TÁCH lọc nước BIỂN THÀNH nước NGỌT BẰNG NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG THPT  TÊN DỰ ÁN THIẾT BỊ TÁCH LỌC NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC NGỌT BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Nhóm lĩnh vực của dự án: KỸ THUẬT: KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ... Với

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG THPT 

TÊN DỰ ÁN THIẾT BỊ TÁCH LỌC NƯỚC BIỂN

THÀNH NƯỚC NGỌT BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Nhóm lĩnh vực của dự án:

KỸ THUẬT: KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 2

Tóm tắt nội dung dự án 3

A Đặt vấn đề 4

I Lí do chọn đề tài 4

II Tổng quan về những vấn đề nghiên cứu 5

B Giải quyết vấn đề 12

I Phương pháp và kế hoạch nghiên cứu 12

II Xây dựng mô hình lí thuyết 12

III Quy trình nghiên cứu 12

C Kết luận, đề xuất và kiến nghị 19

I Những kết luận 19

II Đề xuất và kiến nghị 19

D Một số hình ảnh hoạt động 21

E Tài liệu tham khảo 23

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin cảm ơn thầy Lê Quang Soạn đã hướng dẫn, chỉ bảochúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện sản phẩm Cảm ơn cha mẹ đãluôn động viên ủng hộ, tạo điều kiện để con tham gia cuộc thi Đặc biệt, em cũng cảm

ơn ban tổ chức đã tạo ra sân chơi bổ ích này để giúp em có điều kiện tiếp xúc với lĩnhvực mà em yêu thích cũng như để thử sức bản thân

Xin chân thành cảm ơn.

TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay, nguồn nước ngọt ngày càng khanhiếm do bị xâm nhập mặn, những giải pháp chuyển nước mặn thành nước ngọt ngàycàng được đề cao Có rất nhiều giải pháp được đề xuất như: sử dụng màng thẩm thấu,đông thành nước đá, sử dụng năng lượng mặt trời

Với khí hậu nhiệt đới nắng nóng của Việt Nam, năng lượng mặt trời sẽ là nguồn

năng lượng miễn phí vô tận, vì vậy chúng em quyết định chọn đề tài “THIẾT BỊ TÁCH

LỌC NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC NGỌT BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Mục đích việc chế tạo thiết bị là tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên, sẳn có(năng lượng mặt trời) biến nước biển thành nước ngọt để phục vụ cho ngư dân đánh bắt

xa bờ phải lưu nhiều ngày trên biển; Đặc biệt là dân cư trên các đảo của Việt Nam vẫnchưa có đủ nước ngọt để sinh hoạt

Thiết bị tách lọc nước biển bằng năng lượng mặt trời ngoài nhiệm vụ tách lọcnước biển nó còn có khả năng lọc sạch nước mưa, những nguồn nước bị nhiễm phèn,nhiễm bẩn nhờ vào hệ thống lọc và chất lượng nước sau khi lọc cũng rất tốt

Khi chế tạo thiết bị, yêu cầu được đặt ra thiết bị được chếtạo phải đảm bảo tính

kinh tế, dễ chế tạo, dễ sữa chữa và đảm bảo an toàn khi vận hành vàđạt hiệu quả cao

Để thực hiện đề tài chúng em đã tham khảo rất nhiều tài liệu từsách giáo khoa đến tra cứu trên internet, trao đổi rất nhiều cùng thầy

cô và bạn bè, từ đó xây dựng nên mô hình, phân công mua vật liệu vàcùng nhau lắp ráp hình thành nên thiết bị

Kết quả thu được cuối cùng là thiết bị tách lọc nước biển thànhnước ngọt hoàn chỉnh, an toàn khi sử dụng và đạt hiệu quả cao

Từ những điều đó, một câu hỏi luôn hiển hiện trong tâm trí em là “ có thể tạo ranước sạch từ nước biển mà không cần tốn nguyên liệu chất đốt không?” Để trả lời câuhỏi đó em đã tiến hành đi tìm câu trả lời cho chính mình Với khí hậu nhiệt đới nắngnóng của Việt Nam, năng lượng mặt trời sẽ là nguồn năng lượng miễn phí vô tận, vì vậychúng em quyết định nghiên cứu “ THIẾT BỊ TÁCH NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚCNGỌT BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Nhưng nếu chỉ dùng thiết bị với mộtcông dụng thì thật lãng phí, lấy ý tưởng thêm từ mô hình lọc nước nhiễm phèn, nướcnhiễm bẩn nên nhóm chúng em đã quyết định chế tạo ra thiết bị đa năng “THIẾT BỊTÁCH VÀ LỌC NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC NGỌT BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶTTRỜI” Ngoài công dụng tách nước biển thành nước ngọt, thiết bị còn có khả năng xử línước bị nhiễm phèn, nhiễm bẩn thành nước sạch

1 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của việc chế tạo thiết bị là tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên, sẵn có(năng lượng mặt trời) biến nước biển thành nước ngọt và xử lí nước bị nhiễm phèn,nước nhiễm bẩn thành nước sạch để phục vụ cho người dân ở những vùng thiếu nước

sạch và ngư dân đánh bắt xa bờ phải lưu nhiều ngày trên biển Đặc biệt là dân cư trên

các đảo của Việt Nam vẫn chưa có đủ nước ngọt, nước sạch để sử dụng

2 Bản chất

2.1 Tách nước mặn thành nước ngọt bằng năng lượng mặt trời

Bản chất trong phương pháp này chính là việc tách được muối ra khỏi dung dịchnước biển

Phương pháp này bắt chước thiên nhiên, nước biển bốc hơi vì sức nóng của mặttrời, tạo thành mây (hơi nước), gặp lạnh, hơi nước trong mây kết tụ thành giọt mưa

2.2 Xử lý nước nhiễm phèn, nhiễm bẩn thành nước sạch qua bộ phận lọc

Bản chất trong cách xử lí này là dẫn nguồn nước bị nhiễm phèn, nhiễm bẩn qua

bộ phận lọc (gồm than hoạt tính, bông, cát thạch anh, sỏi, đá nhỏ, ) để tạo ra nguồnnước sạch

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu: Tính năng tách lọc nước biển và xử lí nước bị nhiễm phèn, nhiễmbẩn của thiết bị

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu quy trình hoạt động của thiết bị tách lọc nướcbiển thành nước ngọt bằng năng lượng mặt trời và xử lí nước bị nhiễm phèm, nhiễm bẩnthông qua bộ phận lọc nước

4 Mục tiêu

Nhóm chúng em luôn đặt giá cả và chất lượng lên hàng đầu trong quá trìnhnghiên cứu Vì vậy mục tiêu của chúng em là phải tạo ra thiết bị có giá thành phù hợpvới kinh tế của các hộ gia đình có mức thu nhập thấp, thiết kế phải đơn giản, dễ sửdụng, đảm bảo an toàn khi vận hành, tính hiệu quả cao và có sự thẩm mĩ

II TỔNG QUAN VỀ NHỮNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 Tình hình chung

1.1 Tách nước biển thành nước ngọt

Trên thế giới đã có nhiều nhà máy biến nước biển thành nước ngọt tại TrungĐông (Israel, Ảrập Xêút), Địa Trung Hải (Malta), châu Mỹ, Nam Âu, Caribbean, NhậtBản, quần đảo Channel, đảo Tenerife và Gran Canaria - nơi nguồn nước tự nhiên rấthiếm do lượng mưa thấp Israel và Ả-Rập Xê-út phải phụ thuộc nhiều vào những nhàmáy như vậy để cấp nước cho người dân trong khi các bang Florida và California của

Mỹ cũng bắt đầu xây dựng nhà máy lọc nước biển 18 nhà máy kiểu này đang được xemxét xây dựng tại California

Trong những thập kỷ 1960-1970, câu trả lời cho tình trạng thiếu nước là xây dựngnhiều hồ chứa hơn Tuy nhiên, giá đất gia tăng đã làm cho các công ty nước thương mạikhông thể lựa chọn giải pháp này Khử muối trong nước biển là một giải pháp tương đốimới Nó bắt nguồn từ Trung Đông vào những năm 1980 và 1990 Trong tổng số hơn7.500 nhà máy khử muối đang hoạt động trên toàn thế giới, 60% nằm tại Trung Đôngvới tổng công suất 16 tỷ lít nước mỗi ngày

Nhà máy lọc nước biển lớn nhất Trái đất ở Ả-Rập Xê-út sản xuất 128 triệu galonmỗi ngày (tương đương 581 triệu lít) Ả-Rập Xê-út là nước sản xuất nước ngọt từ nướcbiển lớn nhất thế giới, đáp ứng 70% nhu cầu nước uống hiện nay của đất nước cũng nhưcung cấp cho các trung tâm đô thị và công nghiệp thông qua mạng lưới đường ống dàihơn 3.700km Nhiều nhà máy mới đang được triển khai và sẽ đưa tổng số nhà biến nướcbiển thành nước ngọt lên gần 30

Vì vậy, phương pháp loại bỏ muối trong nước biển là giải pháp tối ưu và dễ làmnhất

1.2 Xử lý nước bị nhiễm phèn, nhiễm bẩn

Ở Việt Nam không hiếm các danh từ như “làng ung thư”, “làng bệnh tật” vìnguồn nước của khu vực đó bị nhiễm phèn nghiêm trọng

Nội dung của một bài báo có đưa tin về việc hàng trăm người dân xóm Đào thuộc

xã Hải Thọ, huyện Hải Lăng, Quảng Trị phải sử dụng nước nhiễm phèn nặng suốt hàngchục năm trời Nguồn nước ở đây nhiễm phèn nặng đến nỗi chỉ cần bỏ ít lá chè tươi vào

là nước lập tức chuyển sang màu tím

Do phải sử dụng nguồn nước ô nhiễm trên thường xuyên nên trong xóm có hàngchục trường hợp mắc các bệnh như da liễu, sỏi thận, thậm chí, đã có 6 người qua đời vìmắc chứng ung thư

Đây cũng không phải là trường hợp hiếm có ở việt nam Năm 2010, báo chí cũngnói nhiều về vùng quê đầy người tâm thần ở xã Tam Nghĩa, huyện Núi Thành, QuảngNam Dù còn có nhiều nghi vấn, nhưng người dân trong làng quả quyết là do nguồnnước ở đây bị nhiễm phèn quá nặng

Nhưng chưa cần chứng minh là nước nhiễm phèn có gây nên bệnh tâm thần hàngloạt hay không, các tài liệu khoa học cũng đều khẳng định nước nhiễm phèn rất có hạicho cơ thể con người khi sử dụng nó để ăn uống, tắm giặt… Cụ thể, nước bị nhiễm phèn

là các loại có chứa nhiều chất mang tính kiềm Khi sử dụng nước này để tắm rửa dễ làmcho các tế bào da bị khô, phồng và tróc Khi dùng nước này để ăn uống thì dễ mắc cácchứng bệnh đường ruột, thậm chí là ung thư Do đó, trước khi sử dụng nguồn nước bịnhiễm phèn, nhiễm bẩn thì chúng ta cần xử lý trước khi đưa vào sử dụng

Trên thị trường hiện có nhiều loại máy lọc nước nhiễm phèn, nước nhiễm bẩnnhưng giá thành rất cao, không phù hợp với thu nhập của người dân ở nông thôn Vìvậy, việc lựa chọn thiết bị và phương pháp xử lí nước nhiễm phèn, nước nhiễm bẩn saocho phù hợp với kinh tế và hiệu quả cao là một điều rất quan trọng

2 Sự cần thiết của việc tách nước mặn thành nước ngọt và xử lý nước bị nhiễm phèn, nước nhiễm bẩn

Theo một báo cáo mới đây của Liên Hợp Quốc, việc khan hiếm nước sạch đangxảy ra ở mọi châu lục Trên khắp thế giới có khoảng 1,2 tỉ người đang sống tại nhữngnơi thiếu nguồn nước sạch và có khoảng hơn 500 triệu người đang đối mặt với nguy cơkhông có nước sạch để sinh hoạt Trong khi đó có 1,6 triệu người không có nước sạch

sử dụng vì cơ sở hạ tầng nơi họ sống chưa được đầu tư để lấy nguồn nước từ sông suốihay nước ngầm

Mặt khác, nguồn nước ngọt sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và nhu cầusinh hoạt cua con người đang hiếm dần và ngày càng trầm trọng hơn trong tương lai, vìnhiều lí do ảnh hưởng biến đổi khí hậu và nước biển dâng, cư dân trên các đảo của ViệtNam vẫn chưa đủ nước để sinh hoạt

3 Một số phương pháp tách lọc nước biển thành nước ngọt

Có nhiều phương pháp tách lọc nước biển thành nước ngọt Nguyên tắc chungtrong các phương pháp này là làm sao tách được muối ra khỏi dung dịch nước biển

3.1 Sử dụng màng thẩm thấu

Trong phương pháp này, nước mặn được lọc qua màng bán thẩm thấu Màng nàycấu tạo bởi hàng triệu lỗ tí hon, có đường kính khoảng 1-50 nm Màng chỉ cho phépnhững phân tử nhỏ như nước đi qua các lỗ của màng và giữ lại các phân tử lớn như cácloại muối các loại tạp chất (cặn, vi khuẩn, virus) không qua được lỗ lọc, nhờ áp lực néncủa máy bơm cao áp tạo ra một dòng chảy mạnh (đây có thể gọi là quá trình phân lytrong chính dòng nước ở môi trường bình thường nhờ áp lực) đẩy các thành phần hóahọc, các kim loại, tạp chất có trong nước chuyển động mạnh, văng ra vùng có áp lựcthấp hay trôi trên bề mặt màng lọc theo dòng nước và thải ra ngoài

Với cách thức này, bề mặt của màng thẩm thấu liên tục được rửa sạch và có tuổithọ lên tới 5 năm

3.2 Đông thành nước đá

Đông đá nước mặn, nước đá ( nước ngọt) nổi lên trên nước mặn, tương tựnhư tảng băng trên biển ở hai cực trái đất Tuy nhiên, phương pháp này tốn quánhiều năng lượng nên ít được áp dụng

3.3 Sử dụng năng lượng mặt trời :

Phương pháp này bắt chước thiên nhiên Nước biển bốc hơi vì sức nóng của mặttrời, tạo thành mây (hơi nước), gặp lạnh hơi nước trong mây kết tụ thành giọt mưa

Việc chọn lựa phương pháp tách lọc nước mặn thành nước ngọt còn tùy thuộc vàonhiều yếu tố: nguồn năng lượng, kinh phí, điều kiện tiến hành công việc,

4 Một số phương pháp xử lý nước nhiễm phèn, bẩn

4.1 Mua máy lọc nước

Trước khi mua máy lọc nước, bạn nên mang mẫu nước của nhà mình đến cáctrung tâm y tế dự phòng hoặc viện Môi trường và Tài nguyên (TPHCM), Viện Hóa học(thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam – Hà Nội) để kiểm nghiệm loại nướcphèn, mức độ ô nhiễm… Từ đó, nhờ các chuyên viên kỹ thuật tư vấn mua loại máy lọcnước hợp lý

Hoặc bạn có thể mang kết quả kiểm nghiệm này đến các công ty chuyên xử lýnước, cung cấp thiết bị lọc nước để họ tư vấn mua máy phù hợp hoặc xây dựng hệ thốnglọc nước phù hợp nhu cầu sử dụng

Hiện trên thị trường có rất nhiều sản phẩm làm sạch nước của các hãng nổi tiếngnhư: máy lọc nước Nano của Nga, Ro Nagakawa của Nhật, Tuy nhiên giá thành rất caokhông phù hợp với thu nhập của nhiều người

4.2 Xử lý nước nhiễm phèn, nước nhiễm bản qua hệ thống lọc truyền thống.

Đây là phương pháp được nhiều hộ gia đình áp dụng, đặc biệt là ở những vùngnông thôn Ở phương pháp này, có thể xây hồ hoặc dùng thùng nhựa lớn để chứa các

lớp than hoạt tính, đá, cát thạch anh, được xếp chồng lên nhau tạo thành bể lọc.Phương pháp này tuy đơn giản nhưng hiệu quả Dĩ nhiên, về mặt chất lượng thì nướcsau khi lọc không bằng các loại máy lọc nước hiên đại trên thị trường nhưng giá cả đểlắp đặt một thiết bị lọc thì rất thấp, phù hợp với mọi người dân.

Do đó, việc lựa chọn thiết bị lọc phải dựa vào điều kiện kinh tế, mục đích sửdụng,

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Phương pháp và kế hoạch nghiên cứu

1 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tự thu thập tài liệu: Tự tìm hiểu, thu thập thông tin, tài liệu

có liên quan để làm cơ sở cho đề tài nghiên cứu

- Phương pháp chuyên gia: nhờ sự tư vấn, hỗ trợ của thầy cô và các anh chịcông tác trong các lĩnh vực liên quan.

- Phương pháp tự đánh giá: Các thành viên trong nhóm tự đánh giá về môhình nghiên cứu để tìm ra ưu và khuyết điểm

- Phương pháp thực nghiệm: thực hiện theo phương pháp thử - sai, thựchiện thí nghiệm nhiều lần để kiểm chứng sự tự đánh giá và hoàn chỉnh mô hình

2 Kế hoạch nghiên cứu

- Hình thành ý tưởng

- Tìm và đọc các loại tài liệu, trao đổi ý tưởng với thầy cô hướng dẫn

- Thực hiện việc xây dựng mô hình mô hình

2 Sử dụng các vật liệu sẳn có để mô hình hóa từng chi tiết của thiết bị tách, lọc

3 Bổ sung các chi tiết liên quan để hoàn thiện mô hình

4 Tham khảo kiến góp ý của thầy cô, ba mẹ, bạn bè để điều chỉnh mô hình thậthợp lí với thực tế ứng dụng

III Quy trình nghiên cứu

1 Dụng cụ

- Bể chứa nước biển: được thiết kế dạng hình hộp kích thướt chiều dài40cm, chiều rộng 20cm, chiều cao 25cm với mặt trên nghiêng góc khoảng 400, vật liệubằng thủy tinh trong suốt

- Bể lọc nước bằng thủy tinh ( có thể thay thế bằng các loại hộp hay chai lọbằng nhựa), bông, cát, sỏi, than hoạt tính, đá

- Gương cầu lõm để hội tụ ánh sáng mặt trời, đường kính mặt tròn lớn nhấtkhoảng 60cm được làm bằng inox

- Ống nhựa, van khóa.

- Giá đỡ được thiết kế dạng xe di chuyển với vật liệu bằng sắt ( có thể dùng

Bộ lọc

3 Nguyên tắc hoạt động

3.1 Tách nước biển thành nước ngọt bằng năng lượng mặt trời

Nguyên lý hoạt động của thiết bị là khi cho nước biển vào bình chứa, ánh sángmặt trời sẽ chiếu trực tiếp xuống bề mặt gương cầu lõm và phản xạ hội tụ để tạo ra nhiệtnăng làm nước biển trong bình nóng lên rồi bay hơi Thể tích nước ngưng tụ trên bề mặtnghiêng sẽ tích tụ và được thu gom về đường ống dẫn xuống bình lọc nước Sau đó cácloại bụi bẩn, tạp chất có hại sẽ được giữ lại nhờ bộ lọc với bông gòn, cát, sỏi, đá, và thanhoạt tính Cuối cùng nước ngọt, sạch được chảy ra bình chứa nước và chúng ta sẽ lấynước này để sử dụng

Cung cấp nguồn năng lượng cần thiết

Hội tụ và chiếu trực tiếp năng lượng làm nóng nước chứa trong bể

Thu năng lượng mặt trời, nóng lên

và làm nước bốc hơi sau đó ngưng

Bể chứa nước biển

Hơi nước ngưng tụ

Bể lọc

Bể chứa nước sạch

Cho nước nhiễm phèn, nước nhiễm bẩn vào bể chứa nước, nước cần xử lí sẽ điqua bộ phận ống dẫn đến bể lọc chứa: cát, sỏi, đá, than hoạt tính, bông nước nhiễmbẩn sẽ được lọc thông qua bộ lọc này, chất bẩn sẽ được giữ lại, còn nước sạch sẽ đượclọc và cho ra bình chứa.

+ Đồng hồ đo thời gian

+ Giấy, viết, nhiệt kế

+ Dụng cụ đo Ph,

- Tiến hành:

* Tách nước biển thành nước ngọt bằng năng lượng mặt trời

Cho lượng nước biển vừa phải vào bể chứa nước biển, điều chỉnh thiết bịsao cho năng lượng mặt trời hướng vào gương cầu lõm và phản xạ hội tụ vào bể chứanước biển Cứ sau 60 phút tiến hành điều chỉnh lại thiết bị như trên và tiến hành ghichép kết quả và làm liên tục trong khoảng 8 - 10 giờ với điều kiện có trời nắng

* Xử lí nước bị nhiễm phèn, bẩn

Trước khi cho nước nhiễm phèn, bẩn vào bể chứa ta cần tiến hành đo độ

Ph của nước sau đó cho lượng nước nhiễm phèn, bẩn vào bể chứa, mở van 1, 2 và đóngvan 3 Dùng dụng cụ để chứa nước đã xử lí và đo lại độ Ph sau khi xử lí qua bộ phậnlọc Ghi chép lại kết quả