Nghiên cứu thu hồi nước mưa để tái sử dụng bằng mái che tiết kiệm nước mưa X.O

815 NGHIÊN CỨU THU HỒI NƯỚC MƯA ĐỂ TÁI SỬ DỤNG BẰNG MÁI CHE TIẾT KIỆM NƯỚC MƯA X.O Lê Trần Lan Anh, Nguyễn Hoàng Thiên Ân, Huỳnh Tấn Lộc, Đào Thị Tường Vy, Tô Thiên Phúc Viện Công nghệ Việt - Nhật, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Vũ Hải Yến TÓM TẮT Nước có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống. Tuy nhiên, khi xã hội càng phát triển thì kéo theo ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Người dân càng ngày càng khan hiếm nguồn nước sạch để sử dụng. Hiện nay trên thế giới có 2,5 tỷ người đang thiếu nước sạch. Thế nhưng có một nguồn nước sạch mà con người đang lãng quên. Đó chính là nước mưa. Nước mưa là nguồn nước tương đối sạch, chỉ nhiễm một lượng nhỏ bụi, các khí ô nhiễm trong khí quyển. Từ đó, nghiên cứu đã ra đời. Nghiên cứu thu hồi nước mưa bằng mái che X.O được thực hiện với mục tiêu thu nước mưa, kết hợp thiết bị thu mưa với mái che của nhà ở. Mái che thu được nước mưa, tiết kiệm diện tích, có thể tận dụng nước mưa làm nước cấp cho sinh hoạt, giảm ngập lụt cho thành phố. Từ khóa: Nước mưa, mái che, ô nhiễm nước, 1 MỤC TIÊU – Giảm thiểu sự khai thác đào mạch nước ngầm gây ảnh hưởng cơ sở hạ tầng của thành phố. – Tiết kiệm được nguồn nước sạch cho mọi người trên thế giới. – Tận dụng được nguồn nước mưa, cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường. 2 NỘI DUNG 2.1 Khảo sát thực trạng vấn đề Hình 1: Biểu đồ lượng mưa ở Tp. Hồ Chí Minh Hình 2: Quá trình hình thành hơi nước và mây 816 Ở Hình 1 Theo tài liệu quan trắc nhiều năm của trạm Tân Sơn Nhất, lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm. Năm cao nhất 2.718 mm (1908) và năm nhỏ nhất 1.392 mm (1958). Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày. Khoảng 90% lượng mưa hàng năm tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11; trong đó hai tháng 6 và 9 thường có lượng mưa cao nhất. Hình 2 mô tả quá trình khi mưa rơi xuống đã kéo theo rất nhiều tạp chất bẩn có lẫn trong không khí nên trong nước mưa chưa rất nhiều bụi bẩn, chất rắn hòa tan, Nước mưa có thể chứa thành phần chất độc hại như axit sunfuaric, axit nitric, oxit chì Hơn nữa, nước mưa thường được hứng từ mái nhà là nơi chứa rất nhiều chất bẩn, vi khuẩn có hại, hay dùng các tấm tôn proximang để hứng nước - trong đó có chất amiang gây ung thư. 2.2 Khảo sát nhu cầu giải quyết vấn đề Hình 3: Biểu đồ khảo sát người dân TP. HCM về tình trạng nước mưa nhiễm bẩn Ở Hình 3, cho ta thấy được việc người dân tại thành phố Hồ Chí Minh rất mong muốn giải quyết tình trạng nước mưa nhiễm bẩn. Sau khi khảo sát 50 người thì có khoảng 35 người mong muốn giải quyết, còn lại 15 người không muốn, nguyên nhân phần lớn là họ không muốn tốn thêm chi phí và một nguyên nhân khác là thói quen của họ. 2.3 Khảo sát các giải pháp hiện có 2.3.1 Giải pháp “Thu gom và sử dụng nước mưa” Nhà sản xuất giải pháp “Leggett Brown”. Ưu điểm: Dùng bơm trực tiếp là nước được cấp đến trực tiếp bằng máy bơm nên áp lực là lý tưởng cho các thiết bị dùng nước như vòi tưới cây, máy giặt, và không cần phải có két nước mưa trên mái. 817 Nhược điểm: Nếu bơm không hoạt động (hỏng hóc hoặc mất điện) thì không cấp được nước đến các thiết bị dùng nước. Khi đó bệ xí phải dội nước thủ công, máy giặt không hoạt động được. Hình 4: Giải pháp” thu gom và sử dụng nước mưa”. 2.3.2 Giải pháp “Thu gom, xử lý nước mưa và bổ sung nhân tạo nước dưới đất” Nhà sản xuất giải pháp: Sinh viên trường ĐH Bách khoa TP.Hồ Chí Minh. Ưu điểm: – Tiết kiệm chi phí nước sinh hoạt, thời gian sử dụng sản phẩm dài, các lõi lọc thông dụng, dễ kiếm. – Hệ thống tiện lợi, dễ sử dụng, đã cho ra mẫu nước đạt tiêu chuẩn tốt. Nhược điểm: – Tình trạng gây ngập lụt do lượng lớn nước mưa đổ trực tiếp ra đường, tăng lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Hình 5: Hệ thống hứng và lọc nước mưa tự động Xác định nguyên nhân cụ thể gây ra vấn đề lãng phí nước mưa: Sau khi tìm ra các nguyên nhân gây ra tình trạng lãng phí nước mưa chúng tôi đã chọn nguyên nhân “Nước mưa bị nhiễm bẩn”. Chúng tôi đã tiến hành đưa ra giải pháp để giải quyết vấn đề này. 818 Hình 6: Biểu đồ xương cá xác định nguyên nhân gây ra vấn đề Chỉ sổ mục tiêu và điều kiện ràng buộc: Bảng 1: Chỉ số mục tiêu của vấn đề cụ thể Chỉ số 1 Chỉ số 2 Chỉ số 3 Tên chỉ số Giới hạn nồng độ pH Hàm lượng khóang chất (TDS) Chỉ số vi khuẩn E. Coli Phương pháp đo lường Phương pháp đo bằng máy đo pH Đo bằng máy đo chỉ số TDS Phương pháp xác định ion bằng điện cực có màng chọn lọc Phương pháp sắc ký ion Giá trị hiện tại Dao động trong khoảng 4 đến 8 tập trung vào khoảng 5.2 đến 6.4 độ pH Dưới 50 mg/l Khoảng 10/100 ml Giá trị mong muốn Đạt nồng độ PH vào khoảng từ 6 đến 8 độ pH Tăng hàm lượng khóang chất lên khoảng từ 50 - 150 mg/l Còn 0 vi khuẩn/100 ml Bảng 2: Điều kiện ràng buộc Điều kiện ràng buộc Đơn vị Thời điểm thu nước mưa Khi trận mưa đã kéo dài được khoảng 20 phút Tốc độ lọc Bể lọc chậm: Có tốc độ lọc 0,140,5 m/h Bể lọc nhanh: Có tốc độ lọc 5 -÷ 15 m/h Bể lọc cao tốc: Có tốc độ lọc 36 ÷- 100 m/h Chi phí Từ 1 triệu đến dưới 4 triệu Kích thước Ít nhất khoảng 25 cm, nhỏ hơn Điện năng tiêu thụ Dưới 3 Kw/tháng 819 2.4 Giải pháp đề xuất cá nhân Bảng 5: Các giải pháp đề xuất Tên giải pháp Ưu điểm Nhược điểm Mái nhà hứng nước mưa bằng tre: – Thiết kế đơn giản, thân thiện với môi trường. – Nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm. – Phải vệ sinh mái nhà nhiều lần. – Nhà ở phải có không gian đặt bể chứa. – Chỉ dùng được ở thôn quê hay những nơi ít bụi bẩn. Hệ thống thu gom và lọc nước mưa có hình nhân vật hoạt hình – Máy có thể tự động lọc sạch và thu được nước ngay lập tức. – Chi phí thấp, sử dụng được lâu dài. – Cần vị trí để chứa nước để lọc. – Dễ xảy ra hỏng hóc máy móc. – Lượng nước mưa lọc được chỉ chiếm một phần nhỏ. Mái che lọc nước mưa X.O – Giá thành rẻ, dễ dàng lắp đặt nhà dân và chung cư, dễ sử dụng, dễ thiết kế sản xuất. – Có thể chỉnh sửa nhiều kiểu dáng máy để phù hợp với kiến trúc nhà. – Khó lắp đặt với nhà đã xây dựng lâu năm hoặc với cấu trúc nhà nhỏ. 2.5 Giải pháp cuối cùng Hình 7: Mô hình giải pháp cuối cùng “Mái che tiết kiệm nước X.O” Kết cấu hệ thống: Kích thước máy lọc 1 - 1,2 m. Kích thước mái hứng nước mưa 50% sân thượng. Bình chứa 1,4×0,44 m, chứa 500 lít nước sau một trận mưa. Cơ chế hoạt động: Khi có mưa mái che sẽ làm nhiệm vụ là hứng lượng nước mưa đó, nước mưa sẽ được chảy xuống bồn chứa nước và chảy xuống bộ phận lọc. Nước mưa được lọc thành nước 820 sạch và chảy theo đường ống nước sinh hoạt, khi sử dụng bồn chứa sơn đen hấp thụ nhiệt mùa khô sẽ tạo nước ấm để tắm về đêm. Để đáp ứng mục tiêu giảm Coliform trong nước ta cần sử dụng bóng đèn UV được bao bọc bởi một ống thủy tinh thạch anh để tiêu diệt vi khuẩn và đảm bảo nguồn nước không sử dụng hóa chất để xử lý nước nhiễm Coliform. Cơ chế lọc nước: Nước được lọc qua máy lọc Nano Geyser. Trang bị bộ lọc sâu theo cách sử dụng khối vật chất dày đặc và xốp, nước đi qua buộc phải thông qua các khối hạt làm bẫy đó, ngoài ra bộ lọc sâu còn có yếu tố kim loại carbon giúp loại bỏ một số hóa chất kim loại nặng hay mùi hôi, tạo ra nước lọc tinh khiết bảo vệ sức khỏe con người. Điểm mạnh: Tận dụng được nguồn nước mưa. Khi mùa khô có thể có tận dụng bồn chứa thành bồn tạonước nóng. Tận dụng được cả mưa 20 phút đầu để tưới cây và rửa chân. Có mái che vừa che mát tạo sân chơi khu sân thượng và hứng nước mưa. Dễ dàng sử dụng gần gũi với người dân. Tạo sự tin tưởng hơn do nước tự mình lắp đặt lọc biết rõ quy trình và nguồn gốc nước sử dụng. Giúp giảm thiểu tình trạng ngập nước ở thành phố. Điểm yếu: Chi phí lắp đặt không ổn định. Lắp đặt được tùy thuộc kiểu nhà, không có sự linh hoạt cao lắm. Tốc độ lọc nước vẫn ở mức độ chưa cao. 3 KẾT LUẬN Việc thực hiện giải pháp Mái che tiết kiệm nước mưa X.O với mong muốn bảo vệ và tiết kiệm nguồn nước trong tình trạng thiếu nước sạch hiện nay. Với trình độ sinh viên năm 2 còn hạn chế nên hy vọng khi đã hiểu hơn về quy trình thực hiện dự án, và tiếp tục học tốt kiến thức chuyên ngành, sẽ giúp chúng tôi sẽ có thể tiếp tục hiện thực hóa ý tưởng này ở tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Văn Hữu Tập (2016). “Kỹ thuật thu gom nước mưa đơn giản mà hiệu quả cao”, xem 21/4/2020. [2] “Hệ thống hứng và lọc nước mưa đơn giản cho gia đình”, https://ews.com.vn/he-thong- hung-va-loc- nuoc-mua-don-gian-cho-cac-ho-gia-dinh/, xem 23/4/2020. [3] PGS. TS. Nguyễn Việt Anh, ThS. Đào Anh Dũng, ThS. Bùi Thị Thủy, ThS. Eva Huebner (2016). “Hướng dẫn thu gom và sử dụng nước mưa”, thu- gom-va-su-dung-nuoc-mua.html, xem 24/4/2020.