Học sinh lớp 11 nghiên cứu mô hình “Hệ thống xử lý nước mưa khép kín”

Ý tưởng từ thực tiễn mà ra

Nói về đề tài nghiên cứu của nhóm mình, em Nguyễn Ngọc Thảo Quỳnh cho biết: “Trong thực tế hiện nay, nhiều nơi người dân tích trữ, sử dụng nước mưa phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt hàng ngày. Do thói quen và thiếu kiến thức về nước sạch, nên họ đã sử dụng nước mưa để uống trực tiếp hay dùng trong chế biến thức ăn mà không qua xử lý. Điều này đã làm gia tăng thêm số ca mắc bệnh về đường tiêu hóa, làm sức khỏe con người ngày càng giảm. Vì vậy, chúng em đã bắt tay nghiên cứu đề tài “Hệ thống xử lý nước mưa khép kín”.

Trước khi thực hiện đề tài, nhóm học sinh của trường đã có cuộc khảo sát ở nhiều hộ dân ở địa phương. Kết quả khảo sát cho thấy, theo phong tục của người dân thì nhà nào phía trước cũng phải có một lu đựng nước mưa. Nhiều người dân đã sử dụng nước mưa để uống trực tiếp không qua lọc hay đun nấu gì cả. Cách hứng nước mưa cũng rất đa dạng, có người dùng bẹ chuối làm máng xối để hứng nước mưa từ các mái nhà; sau này người dân thường sử dụng máng xối làm từ nhôm và cố định sẵn trên mái nhà để hứng nước mưa. Nhiều người chưa nhận thức được sự ô nhiễm có sẵn trong nước mưa nên vẫn sử dụng để uống trực tiếp không qua xử lý.

Trong quá trình rơi, nước mưa đã tiếp xúc với vô số vi khuẩn và bụi từ các lớp không khí và sau cùng là mái nhà trước khi đến nơi tích trữ. Đó là vi khuẩn E.coli, một trong những tác nhân gây nên bệnh đường ruột. Bên cạnh đó còn có hàng loạt những hợp chất vô cơ, hữu cơ nguy hiểm khác: NO2, NH3, H2S, do quá trình phân hủy tự nhiên Cl2, CO2, CH4, SO2,… từ các ống khói nhà máy, khói xe, khói tàu,… Ngoài ra, trong nước mưa vẫn chứa nhiều CO2 và O2 (theo một tài liệu khoa học, một lít nước mưa chứa khoảng 5,2 cm3 O2),… Vì vậy, sử dụng nước mưa trực tiếp không qua hệ thống lọc là rất nguy hiểm đến sức khỏe, đặc biệt là vào đầu mùa mưa.

Từ thực tế đó, nhóm học sinh đã nghiên cứu đề tài “Hệ thống xử lý nước mưa khép kín” với mong muốn giúp bà con sử dụng nước mưa hiệu quả, hợp vệ sinh.

Nội dung đề tài của nhóm học sinh này là xây dựng hệ thống xử lý nước mưa khép kín nhằm sử dụng tốt nguồn nước “trời cho” với các bước: Xử lý mùi và màu của nước mưa thông qua sỏi và than hoạt tính; Lọc thẩm thấu để loại bỏ các anion có trong nước mưa; Lọc ngược để loại bỏ các cation có trong nước mưa và xử lý vi sinh vật bằng ozôn hay phương pháp SODIS (sử dụng năng lượng để xử lý vi sinh vật). Với hệ thống trên đã loại bỏ đáng kể lượng SO42-, NO3- và Coliform nhằm đạt tiêu chuẩn nước uống.

Nước mưa sau xử lý đạt các tiêu chuẩn của Bộ Y tế

Theo giới thiệu của em Lê Võ Hoàng Yến, vật liệu các em sử dụng là sỏi lọc, than hoạt tính, nhựa Resin cation và anion, nguồn nước mưa; sử dụng phương tiện máy sục khí ozôn, thùng nhựa, lu kiệu chứa nước. Để có nước mưa sạch, các em sử dụng 2 hệ thống lọc, trong đó hệ thống lọc thứ nhất gồm bình chứa nước mưa có than hoạt tính và sỏi lọc bên dưới (nếu nước mưa có màu và mùi- thường nước mưa thu từ các mái nhà lá); Hệ thống chứa nước mưa này thông với bình lọc ở đáy bình chứa; hệ lọc gồm 2 bình thông với nhau bằng ống dẫn cách đáy 5cm, trong đó 1 bình chứa các hạt Resin cation, bình còn lại chứa các hạt Resin anion; hệ thống trữ nước và có hệ thống xử lý vi sinh vật bằng máy ôzôn. Hệ thống lọc thứ hai cũng giống như hệ thống lọc thứ nhất nhưng đổi lại ở bình thứ nhất chứa các hạt Resin anion, bình thứ hai chứa các hạt Resin cation

Nước mưa sau khi được thu hoạch và lọc sơ bằng vải nhằm loại bỏ các bụi, tạp chất có kích thước lớn (bì, lá cây,… ) từ các hệ thống thu gom nước mưa (mái nhà, máng xối,… ), sau đó được chứa trong bể lọc có chứa than hoạt tính. Nước mưa đi từ bể chứa qua hệ thống than hạt tính sẽ khử được mùi và màu. Nước từ bình chứa vào hệ thống bình lọc thứ nhất có van điều chỉnh theo ý muốn.

Ở hệ thống lọc thứ nhất, nước mưa từ bình chứa sẽ đi qua hệ thống sỏi và than hoạt tính vào bình lọc thứ nhất theo trọng lực. Do trong bình này có chứa các hạt Resin cation sẽ hấp thụ lại các anion (ion âm) có trong nước mưa và sau đó đi qua bình lọc thứ hai theo quy luật thẩm thấu và trọng lực. Nước mưa sau khi qua bình lọc thứ nhất được hấp thụ các anion sẽ vào bình lọc thứ hai, được lọc ngược qua các hạt Resin anion và các cation (ion dương) trong nước mưa được hấp thụ lại. Sau đó tiếp tục qua hệ thống ống vào hệ thống xử lý các vi sinh vật theo hướng trọng lực.

Nước mưa sau khi khử mùi, màu ở hệ thống chứa, qua bình lọc thứ nhất và thứ hai, các anion (ion âm) và các cation (ion dương) được giữ lại, sẽ vào hệ thống xử lý vi sinh vật có chứa máy sục ôzôn. Nếu ở những nơi không có điện thì sử dụng biện pháp SODIS để tiêu diệt vi sinh vật. Đến hệ thống lọc thứ hai, cũng giống như hệ thống lọc thứ nhất nhưng bình thứ nhất chứa các hạt Resin anion, còn bình thứ hai chứa các hạt Resin cation.

Kết quả kiểm định của Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng (Sở KH-CN TP.Cần Thơ) cho thấy, các mẫu nước mưa sau khi qua hệ thống lọc của các em đều đạt tiêu chuẩn nước uống của Bộ Y tế. Cụ thể, tổng số Coliform, MPN ở mẫu nước mưa thu trực tiếp và thu từ mái nhà tôn khá cao; còn nước mưa lọc qua hệ thống lọc của các em là không phát hiện; về độ pH, nước mưa qua hệ thống lọc có độ pH giảm hơn; hàm lượng Nitrat (N-NO3-) ở mẫu nước mưa qua hệ thống lọc giảm hơn nhiều; hàm lượng Photphat (SO42-), hàm lượng photphat qua hệ thống lọc giảm đáng kể, đặc biệt nước mưa qua hệ thống lọc II không còn có hàm lượng photphat.

Thầy Nguyễn Ngọc Hải (giáo viên hướng dẫn các em thực hiện mô hình) nhận xét: “Đề tài “Hệ thống xử lý nước mưa khép kín” ít tốn kém, chỉ khoảng 1,6 triệu đồng nếu mua thêm máy sục ozôn. Chúng tôi đã mời một số người dân ở địa phương uống thử nước mưa đã lọc qua hệ thống lọc của các em. Nhiều người nhận xét nước rất trong, uống có vị ngọt, rất dễ chịu, thấy rất an toàn”.

Em Thảo Quỳnh cho biết thêm: “Qua quá trình thực hiện đề tài, chúng em rất vui khi hệ thống xử lý nước mưa khép kín trên đã mang lại những thành công, loại bỏ được các chất nitrat, photphat đáng kể và không còn vi sinh vật trong nước uống, đạt tiêu chuẩn nước uống của Bộ Y tế. Hệ thống lọc gọn nhẹ, đơn giản, giá thành rẻ, hiệu quả kinh tế cao. Mô hình đơn giản, thân thiện với môi trường, dễ thực hiện, có thể áp dụng rộng rãi trong cộng đồng, nhất là các trường học, bệnh viện, hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, vùng ven biển, hải đảo đang có nguy cơ thiếu nước ngọt, sẽ cung cấp một lượng lớn nước sạch cho mọi người, tiết kiệm một lượng lớn chi phí cho việc mua nước sạch, nước lọc để uống và sinh hoạt hằng ngày, đồng thời giúp khai thác tốt nguồn nước “trời cho” này”.

Cao Xuân Lương