Sáng kiến kinh nghiệm Giếng nổi, dùng cho vùng ngập lụt - Ô nhiễm nước

PHÒNG GD&ĐT KRÔNG ANA
Trường THCS Lê Văn Tám
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Tên đề tài
GIẾNG NỔI, DÙNG CHO VÙNG 
NGẬP LỤT- Ô NHIỄM NƯỚC
 Gv thực hiện: Nguyễn Thành Vinh
Krông Ana, tháng 04 năm 2019
MỤC LỤC
Phần thứ nhất: MỞ ĐẦU
ĐẶT VẤN ĐỀ
Vai trò của nước sạch đối với con người
Nước sạch đóng vai trò rất quan trọng đối với sức khỏe và cuộc sống của con người. Nước sạch giúp cho con người duy trì cuộc sống hàng ngày bởi con người sử dụng nước sạch để phục vụ cho các nhu cầu ăn uống, hoặc sử dụng cho các hoạt động sinh hoạt như tắm rửa, giặt giũ, rửa rau, vo gạo... Để thỏa mãn các nhu cầu vệ sinh cá nhân và sinh hoạt, mỗi người cần tới khoảng 120 lít nước/ngày. 
Sử dụng nguồn nước ô nhiễm để sinh hoạt, kéo theo một số bệnh cấp và mãn tính như: Bệnh viêm màng kết, bệnh ung thư, bệnh truyền nhiễm, bệnh đường ruột, bệnh ngoài da và một số bệnh hiểm nghèo do độc tố trong nướccho người sử dụng. 
Tác hại của nguồn nước bị nhiễm bẩn
- Theo tổ chức Y tế thế giới, hiện nay đến 80% bệnh tật ở các quốc gia đang phát triển có liên quan đến nguồn nước và môi trường. Tại Việt Nam, mỗi năm có đến 9.000 trường hợp tử vong, 200.000 người mắc bệnh ung thư mà nguyên nhân chính bắt nguồn từ ô nhiễm nguồn nước [9].
Hình 1. Các bệnh liên quan đến nguồn nước bị nhiễm bẩn
Đặc điểm địa lý của xã Bình Hòa- Krông Ana ([2])
+ Địa hình:
Phía Bắc: Giáp thị trấn Buôn Trấp
Phía đông: Giáp Quảng Điền
Phía Tây, Phía Nam: Tiếp giáp với cánh đồng lớn, nằm trong lưu vực sông Krông Ana- sông Krông Nô.
Hình 2. Địa bàn xã Bình Hòa, huyện Krông Ana
+ Khí hậu
- Mùa mưa, từ đầu tháng 5 đến cuối tháng 10. Lượng mưa bình quân các xã như Bình Hòa, Quảng Điền, Dur Kmăl có lượng mưa từ 1.900 mm - 2.100 mm, cao hơn so với các xã khác trên địa bàn, tập trung 94% lượng mưa hàng năm. 
- Độ ẩm từ 81-83%.
+ Thủy văn
Sông Krông Ana chảy dọc theo hướng Đông Nam- Tây Bắc, dòng chảy bình quân 125 m3 /giây.
+ Sinh hoạt của người dân mùa lũ
Các hộ dân thuộc xã Bình Hòa nằm trong lưu vực sông Krông Ana- sông Krông Nô bị nước dâng cao, gây ngập lụt, có những đợt lũ kéo dài cả tháng. Hầu hết đường sá, nhà cửa, hoa màu đều chìm trong nước.
Hình 3. Người dân ven sông Krông Ana vào mùa lũ
 Hình 4. Sinh hoạt các hộ dân với nguồn nước bị ngập lụt- ô nhiễm nước.
Hình 5. Nguồn nước sử dụng cho sinh hoạt
Nhận xét về chất lượng nước: Trong năm, 6 tháng mùa mưa ở Tây nguyên nói chung, địa phương em nói riêng. Những hộ dân ven sông Krông Ana; sông Krông Nô vào mùa mưa lũ, nước sông dâng cao, giếng nước bị ngập, nguồn nước sinh hoạt bị nhiễm phù sa; chất thải động- thực vật,do vậy, phải sử dụng nước sinh hoạt bị ô nhiễm trong thời gian dài. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe người dân và sự phát triển của xã hội! 
 Kết quả xét nghiệm mức độ ô nhiễm trên sông Krông Ana [Phụ lục 1], cho thấy: Màu sắc, độ đục, chỉ số Pecmanganat, hàm lượng sắt, Escherichia coliquá cao so với QCVN 02:2009/ BYT.
Vấn đề đặt ra
Người dân vùng trũng, trong lưu vực sông Krông Ana; sông Krông Nô vào mùa mưa, có những đợt ngập- lụt kéo dài cả tháng trời. Người dân luôn phải tiếp cận với nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm. 
Sống trong nước, mà thiếu nước! Có cách nào để hạn chế nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm hay không? Muốn vậy, cần có một thiết bị lọc nước phù hợp, thỏa mãn các yêu cầu sau:
Chiết xuất nước sạch từ nguồn nước ô nhiễm sẵn có.
Nổi trên mặt nước, di chuyển dễ dàng.
Không sử dụng năng lượng điện (mùa lũ thường mất điện).
Tiện lợi, dễ sử dụng, dễ thay thế, phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh vùng lũ.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Ý tưởng nghiên cứu
	Để hình thành nên ý tưởng, bản thân đã đúc kết kinh nghiệm từ thực tế trong mùa mưa lũ và một số giải pháp mà chính quyền địa phương, cũng như các doanh nghiệp đã thực hiện như:
+ Ủng hộ nước sạch cho vùng lũ	
Nguồn nước ủng hộ: Số lượng hạn chế, chia sẻ không đều, vùng càng cần nước sạch thì càng khó tiếp cận.
Vận chuyển: Nhân lực tham gia, phương tiện vận chuyển, kinh phí hỗ trợ và một số hệ lụy khác đi kèm.
à Nguồn nước ủng hộ chỉ mang tính chất động viên, tương trợ, “Lá lành đùm lá rách” chỉ đáp ứng vấn đề tinh thần là chủ yếu. 
+ Thay thế phương pháp xử lí tình huống tại chỗ
Sử dụng phèn chua làm lắng động các chất cặn bã, lấy nước sạch để dùng.
Cloramin B giúp diệt khuẩn, tẩy trùng làm sạch nguồn nước.
à Các phương pháp này vẫn tốn kém, đôi khi không có sẵn các chất nói trên và không chủ động được nguồn nước sau xử lí.
+ Thay thế máy lọc nước, thông thường
 Có nhiều loại máy lọc nước trên thị trường, với nhiều tính năng hiện đại: Lọc được nước tinh khiết, vô trùng có thể uống trực tiếp, loại bỏ các độc tố có trong nước, có nhiều tính năng thông minh. Tuy nhiên đối với các loại máy lọc này, hoạt động cần có nguồn điện, nguồn cấp nước phải có áp lực nước, từ trên cao hoặc máy bơm cao áp, vị trí đặt cố định và chắc chắn, lượng nước xử lý không nhiều do thể tích quá bé, không phù hợp với vùng lũ lụt, ô nhiễm.
à Các loại máy trên thị trường không phù hợp với những vùng: Mùa nước nổi, vùng lũ lụt, vùng triều cường, vùng chiêm trũng
Từ những lý do trên, nhóm đã đưa ra ý tưởng thiết kế và chế tạo một thiết bị lọc nổi trên mặt nước với nguyên tắc hoạt động, giống các thiết bị lọc nước thông thường đã có mặt trên thị trường. Tích hợp tính năng mới, có thể nổi trên mặt nước, lọc được nước sạch trong nguồn nước bị ô nhiễm, ý tưởng “Giếng nổi, dùng cho vùng ngập lụt- ô nhiễm nước” được hình thành, thiết bị này có thể giải quyết được phần nào vấn đề nước sinh hoạt cho các hộ dân bị ngập lụt trên địa bàn xã Bình Hòa, huyện Krông Ana, tỉnh Đắk Lắk mùa mưa lũ.
Phương pháp nghiên cứu 
Phân tích thực tế: Theo dõi các hộ dân vùng ven sông Krông Ana, xã Bình Hòa, sử dụng nước sinh hoạt vào mùa mưa lũ. Phân tích mức độ ô nhiễm nguồn nước sông Krông Ana mùa lũ.
Phân tích nguyên lý: Từ các chất gây ô nhiễm có trong nguồn nước, tìm ra các vật liệu lọc phù hợp. Kết hợp với phương pháp đọc, nghiên cứu các tài liệu trên mạng Internet.
Thực hành, kiểm nghiệm: Các công đoạn thiết kế- chế tạo- vận hành, kiểm tra và đánh giá kết quả.
Phần thứ 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
CƠ SỞ LÍ LUẬN 
 Vật liệu lọc
Tên vật liệu
Hình ảnh
Công dụng
Cát thạch anh ([1])
 Thành phần chính là Si, còn chứa một số nguyên tố hóa học như: NaCl, CO2, H2O, CaCO3,.
 Cát thạch anh sử dụng để lọc nước, trong hệ thống bể lọc nước cát thạch anh còn có thể giữ lại các chất lơ lửng, không kết tủa trong nước rất tốt. Giá cát thạch anh có giá rất rẻ.
Than hoạt tính ([10])
 Than hoạt tính là từ dùng chung để chỉ các loại Than đã được hoạt hóa (Than được đốt trong môi trường không có Oxy ở nhiệt độ 800 – 900 độ C) 
- Lọc nước: Giếng khoan, giếng khơi, nước sông, dùng cho sinh hoạt.
- Công dụng: khử màu, mùi, khử độc, thuốc bảo vệ thực vật,  tạp chất hữu cơ, xử lý  Fe, mangan, Asen.
Vật liệu lọc đa năng ODM-2F ([3])
 Thành phần chính là diatomit, zeolit, bentonit) được hoạt hóa ở nhiệt độ cao, đưa vào ứng dụng từ những năm 1998 ở Liên Bang Nga
- Có khả năng khử arsen, khử Flo trong nước.
-  Giảm hàm lượng một số hợp chất hữu cơ có trong nước.
-  Khử các kim loại nặng như đồng, kẽm, crom, niken.
-   Khử các chất phóng xạ.
Sỏi đỡ lọc nước ([7])
 Sỏi là các hạt có dạng khối đa giác hoặc hình cầu, có đủ độ bền, độ cứng để không giảm lưu lượng của nước, không lẫn các tạp chất độc hại.
 Xử lý nước cấp, nước tinh khiết, nước sinh hoạt cho hộ gia đình và công nghiệp.
 Xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp, đô thị..
lõi lọc, sỏi đỡ luôn là lớp dưới cùng trong cột lọc hay bể lọc
Sỏi lọc nước ([8])
 Sỏi lọc nước hay còn gọi là sỏi đỡ hay sỏi thạch anh là vật liệu lọc nước rất phổ biến hiện nay.
Sỏi lọc nước có tác dụng lọc và ngăn chặn các thành phần lơ lửng có kích thước nhỏ không kết tủa tự nhiên được trong nguồn nước.
Hạt xốp là hạt EPS ([4])
 Thể tích m3 chứa từ 3,000,000 đến 6,000,000 hạt nhỏ và trong mỗi tế bào hạt nhỏ sau khi nở chứa bên trong 98 % là không khí
 Sản phẩm có ưu điểm về tính năng nhẹ nhàng và không bị xẹp.
Xô, chậu nhựa
 Có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác
 Làm vỏ ngoài, bình chứa nước sạch và là vách ngăn chứa vật liệu lọc.
Các mô hình máy lọc nước, trên thị trường ([5]):
 Các mô hình lọc nước, hướng dẫn cụ thể cách thiết kế một máy lọc nước với các loạt vật liệu lọc ứng với các thành phần cần lọc có trong nước.
II. THỰC TRẠNG 
Mục tiêu và nhiệm vụ 
	+ Mục tiêu:
Chế tạo thiết bị lọc nước, nổi trên mặt nước.
Có nước cho một hộ dân, nấu cơm, canh, nước uống và rửa rau, bát đũa... hằng ngày. 
Lọc nước chứa phù sa, chất thải, xác động- thực vật có trong nước ở sông ngòi, ao, hồ...
Dễ làm, dễ sử dụng, kinh phí phù hợp với người dân. Đặc biệt dân nghèo vùng lũ.
	+ Nhiệm vụ của đề tài:
Tìm ra vật liệu nhẹ, nổi trên mặt nước.
Chọn vật liệu lọc có trên thị trường, phù hợp với nguồn nước nhiễm phù sa.
Sắp xếp các lớp lọc, lọc nước cho hiệu quả cao nhất.
Lọc liên tục, khi không có tác động của con người. 
Thiết kế
Mô hình thiết kế, nguyên lí hoạt động của thiết bị
Vật liệu mặt ngoài, mặt trong, mặt ngăn cách đều bằng nhựa. 
Các lớp lọc có độ dày (1,5-2cm): Cát hạt lớn (cao 5cm); Cát hạt mịn (cao 30cm); Hạt lọc đa năng (cao 35cm); Than hoạt tính (cao 30cm); Sỏi lọc lớn (cao 5cm). 
Phao, làm bằng vật liệu xốp nhẹ.
+ Bản vẽ chi tiết
Phao
Thân lọc
Các lớp chứa vật liệu ở thân lọc
 Mô hình sản phẩm:
III. CÁC GIẢI PHÁP ĐÃ TIẾN HÀNH ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 
1. Chuẩn bị 
- Vật liệu lọc: Than hoạt tính, hạt lọc đa năng, có sẵn trên thị trường, cát mịn, cát lớn, sỏi, có thể tìm kiếm ngoài tự nhiên. Các loại vật liệu lọc được rửa sạch.
Vật liệu chế tạo
 Vật liệu làm phao, vỏ ngoài, bình chứa làm từ xô nhựa, có sẵn trên thị trường. Xốp có thể tận dụng, từ các thùng xốp không sử dụng.
Dụng cụ gia công: Dụng cụ có thể mua, hoặc mượn
Bể thử nghiệm, cho dự án
2. Quá trình thi công
3. Kết quả thực hành, thử nghiệm
3.1. Mức độ nổi của thiết bị trên mặt nước
+ Thử nghiệm lần 1:
Phao
Thân lọc
Kết quả, trên bể thử
 (0,5 kg xốp)
(19,2 kg vật liệu lọc)
(Thiết bị chìm trong nước)
Kết luận: Kích thước của phao nhỏ (khối lượng 0,5kg), chưa đảm bảo nâng thiết bị nổi trên mặt nước. Nước vào đầy bể chứa cùng với vật liệu lọc, nhấn chìm toàn bộ thiết bị.
+ Thử nghiệm lần 2:
Phao
Thân lọc
Kết quả, trên bể thử
(0,7 kg xốp)
(19,2 kg vật liệu lọc)
(Mức nước bên ngoài, thấp hơn mức cho nước)
Kết luận: Chiều cao của phao lớn (18cm, K.lượng 0,7kg xốp), vật liệu lọc chưa đủ nặng thắng áp lực nước, làm mức nước bên ngoài thấp hơn mức cho nước. 
 Thiết bị không hoạt động.
+ Thử nghiệm lần 3:
Phao
Thân lọc
Kết quả, trên bể thử
(0,75 kg xốp)
(22,5 kg Vật liệu lọc)
(Hoạt động tốt)
Kết luận: Tăng đường kính, tăng khối lượng xốp, giảm chiều cao của phao (đường kính vòng ngoài 52cm, cao 11cm, khối lượng 0,75kg xốp). Thiết bị hoạt động tốt.
3.2. Mức độ lọc nước của thiết bị
+ Thử nghiệm lần 1:
Bảng kích thước thiết bị
Cát lớn (dày/KL)
Cát mịn (dày/KL)
Than hoạt tính (dày/KL)
Hạt lọc đa năng(dày/KL)
Lớp sỏi lớn (dày/KL)
Tổng
(dày/KL)
5cm
(3,5kg)
15cm
(7kg)
5cm
(1,5kg)
10cm
(4kg)
5cm
(3,2kg)
40cm
(19,2kg)
Kết luận: 
 Nước sông Krông Ana chứa nhiều phù sa, độ dày các lớp chưa thể lọc triệt để tạp chất có trong nước. Sử dụng cát mịn phù sa lọc không sạch, nước còn đục.
+ Thử nghiệm lần 2:
 Bảng vật liệu sử dụng
Cát lớn (dày/KL)
Cát mịn (dày/KL)
Than hoạt tính (dày/KL)
Hạt lọc đa năng(dày/KL)
Lớp sỏi lớn (dày/KL)
Tổng
(dày/KL)
4cm
(2,8kg)
20cm
(9,2kg)
4cm
(1,0kg)
8cm
(3,5kg)
4cm
(2,7kg)
40cm
(19,2kg)
Kết luận: Nước trong hơn nhiều, so với thí nghiệm lần 1.
 Kết quả xét nghiệm, mức độ ô nhiễm sau lần thứ nghiệm thứ hai [Phụ lục 2], cho thấy: Màu sắc, độ đục, chỉ số Pecmanganat, hàm lượng sắt; Escherichia coligiảm rõ rệt.
+ Kết quả thí nghiệm lần 3:
Bảng vật liệu sử dụng
Vật liệu/ kích thước
Lớp vật liệu lọc 
ngoài cùng
Lớp vật liệu lọc 
giữa
Lớp vật liệu lọc 
trong cùng
Tổng
Cát lớn
Cát mịn
Hạt lọc đa năng 
Than hoạt tính
Lớp sỏi lớn
Tổng
Dày
1,85cm
1,85cm
1,85cm
1,85cm
1,85cm
1,85cm
Cao
5cm
30cm
35cm
30cm
5cm
105cm
K. Lượng
2,8kg
11kg
4,0kg
2,5kg
2,2kg
22,5kg
Kết luận: Chất lượng nước như nước giếng thông thường.
Sau khi thực hiện các thí nghiệm khác nhau để lựa chọn các thông số cấu tạo cũng như phân bố thành phần các cấp lọc, nhóm đã tiến hành thực nghiệm trên thực tế trên sông Krông Ana, thiết bị lọc tốt, cho 1,5 -2 lít nước/1giờ.
 Kết quả xét nghiệm, mức độ ô nhiễm sau lần thứ nghiệm thứ ba [Phụ lục 3], cho thấy: Các chỉ số Màu sắc, độ đục, chỉ số Pecmanganat, hàm lượng sắt, Escherichia colinằm trong giới hạn tối đa cho phép, theo QCVN 02:2009 của Bộ Y tế.
IV. TÍNH MỚI CỦA GIẢI PHÁP
 Sắp xếp hợp lí, bố trí các lớp vật liệu lọc, tăng độ dày của các lớp lọc, sử dụng một số lớp lọc thông minh (Hạt lọc đa năng, than hoạt tính gáo dừa...). Chất lượng nước sau khi lọc đạt chất lượng cao.
 Bộ phận Phao, làm nổi thiết bị nên phù hợp với vùng lũ lụt.
 Thiết bị không sử dụng điện để bơm nước, chỉ sử dụng chênh lệch áp suất trong thiết bị và ngoài môi trường.
 Thiết bị không cần cấp nước, chỉ lấy nước để sử dụng.
V. HIỆU QUẢ SỬ DỤNG 
Căn cứ kết quả xét nghiệm lần ba cho thấy, nước ô nhiễm sau khi qua các tầng lọc của thiết bị, đã bị loại bỏ một số chất gây ô nhiễm, đảm bảo nguồn nước sinh hoạt của người dân, theo quy định của Bộ Y tế ([6]).
Trọng lượng của phần chứa vật liệu, lớp lọc chìm trong nước gây chênh lệch áp lực nước ở ngoài lớn hơn, nên nước chảy vào trong cho đến khi mực nước trong và ngoài cân bằng với nhau.
Bộ phần phao làm bằng xốp nhẹ, bảo đảm “Giếng nổi” nổi ở mức cho phép.
“Giếng nổi” có thể sử dụng tốt, cho các hộ dân vùng ngập lụt, thuộc xã Bình Hòa, huyện Krông Ana, tỉnh Đắk Lắk vào mùa mưa lũ.
“Giếng nổi” có thể lọc được lượng nước từ 1,5- 2 lít/ 1giờ.
Phần thứ 3: KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ
Nước ta, nắng lắm, nhiều mưa, sông ngòi chằng chịt. Nhiều vùng bị ngập lụt, nguồn nước sinh hoạt ô nhiễm, với thiết bị“Giếng nổi - dùng cho vùng ngập lụt- ô nhiễm nước” có thể ứng dụng rộng rãi ở nhiều vùng trong cả nước với điều kiện: 
Thay đổi vật liệu lọc, tùy thuộc vào mức độ của các chất gây ô nhiễm.
Tùy theo nhu cầu sử dụng nước, có thể thay đổi kích thước của thiết bị.
Các lớp lọc được lắp ghép lồng nhau, nên rất dễ thay thế hay vệ sinh vật liệu lọc.
Vật liệu chế tạo sản phẩm, vật liệu lọc có sẵn trên thị trường, giá cả vừa phải. Một số vật liệu có thể tận dụng từ thiên nhiên.
Giá thành 26000đ của thiết bị nói trên, với một số tính năng vượt trội so với các thiết bị lọc tiền triệu trên thị trường. Thiết bị “Giếng nổi” là một lựa chọn hợp lí cho một số hộ dân.
Thiết bị dễ chế tạo, dễ lắp ráp, dễ vận hành, gần gũi với môi trường.
à Các hộ dân ven sông Krông Ana, thuộc xã Bình Hòa nói riêng, các hộ dân vùng lũ nói chung có thể tự chế tạo cho mình một thiết bị lọc nước như thiết bị “Giếng nổi - dùng cho vùng ngập lụt- ô nhiễm nước” để có nước sinh hoạt vào mùa mưa lũ.
---------------------------------
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Cát, sỏi lọc nước. Được truy lục từ Xuyên Việt: 
[2]. Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên. Opgehaald van 
[3]. Hạt ODM- 2F. Được truy lục từ TABICO: https://locphen.vn/hat-odm-2f.html
[4]. Hạt xốp 4. Được truy lục từ TÂN PHÚ QUÝ: 
[5]. Hệ thống xử lí nước nhiễm phèn đơn giản. Được truy lục từ TABICO Xử lí nước Tân Bình: https://locphen.vn/huong-dan-lam-he-thong-xu-ly-nuoc-phen-don-gian.html
[6]. Nước sinh hoạt gia đình. Được truy lục từ 
[7]. Sỏi đỡ lọc nước. Được truy lục từ XUYÊN VIỆT: 
[8]. Sỏi lọc nước. Được truy lục từ TẬP ĐOÀN SƠN HÀ: https://datrangtri.net.vn/soi-ung-dung-trong-loc-nuoc
------------------------
PHỤ LỤC
Phụ lục 1
Phụ lục 2
Phụ lục 3