Sử dụng năng lượng hỗn hợp khí cháy của giàn khoan dầu hỏa để đun nước biển thành nước tinh khiết và muối sinh học

SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO TỈNH TIỀN GIANG
PHÒNG GIÁO DỤC - ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ MỸ THO
TRƯỜNG THCS PHÚ THẠNH


TÊN DỰ ÁN

LĨNH VỰC DỰ THI: KỸ THUẬT: VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

1


Tác giả: Nguyễn Đồn Hữu Hịa

MỤC LỤC

1. Mục lục

Trang 1

2. Lời cảm ơn

Trang 2

3. Mở đầu

Trang 3

4. Tóm tắt nội dung đề tài

Trang 4

5. Giới thiệu tổng quan nghiên cứu

Trang 5

6. Giả thuyết khoa học và mục đích nghiên cứu

Trang 6

7. Phương pháp nghiên cứu

Trang 7

8. Kết quả nghiên cứu

Trang 8

9. Phân tích số liệu/Kết quả thảo luận

Trang 8

10. Kết luận

Trang 9

11.Tài liệu tham khảo

Trang 10

2

LỜI CẢM ƠN
Em tên Nguyễn Đồn Hữu Hịa - Học sinh lớp 9/5 Trường THCS Phú
Thạnh Thành phố Mỹ Tho- Tỉnh Tiền Giang.
Từ nhỏ em đã rất u thích tìm hiểu khám, nhất là tìm hiểu sự vận hành của
các thiết bị máy móc, các phản ứng hóa học…
Nhưng em được sinh ra trong một gia đình nơng dân ở nơng thơn khơng có
điều kiện tiếp cận với những phương tiện kỹ thuật hiện đại. May nhờ sự phát
triển của khoa học cùng với những phương tiện thông tin đại chúng, đã giúp em
có điều kiện phát huy sở thích của mình.
Em đã đọc tài liệu, tìm hiểu trên mạng, nghiên cứu thông tin, thu thập tin
tức dữ liệu…và thực hành ý tưởng.
Với điều kiện cơ sở vật chất hạn chế, kiến thức của bản thân chưa thể thực
hiện tốt ý tưởng.Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện sản phẩm, em đã được
sự động viên khích lệ của bạn bè, sự hỗ trợ nhiệt tình của ba mẹ, thầy cô…
Ba mẹ đã dành nhiều tâm huyết, tạo điều kiện về vật chất lẫn tinh thần, chia
sẻ suy nghĩ, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện.
Thầy Cơ ngồi việc cung cấp kiến thức, thơng tin đã dành nhiều thời gian
cùng em nghiên cứu và tạo ra sản phẩm có giá trị về nội dung, hình thức và cả
giá trị thẩm mỹ.
Em nghĩ rằng, mỗi người chúng ta đều có những ước mơ cho riêng mình.
Và niềm hạnh phúc sung sướng tột cùng là khi ước mơ của mình trở thành hiện
thực. Và em đang có được cảm giác đó, với em cảm giác đó cịn to lớn ấm áp
hơn bởi vì trong hành trình đi tới ước mơ của em có ba mẹ, thầy cơ, bạn bè cùng
đồng hành cổ vũ…
Xin mọi người nhận ở em lòng biết ơn và lời tri ân chân thành sâu sắc nhất.
Em cũng xin cám ơn Q Thầy Cơ trong ban tổ chức đã cho em điều kiện
thử sức mình qua cuộc thi.
Qua cuộc thi em sẽ rút ra bài học kinh nghiệm để nâng cao kiến thức cho

bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn./.

3


Tham gia cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia
Năm học: 2013-2014
BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Tên dự án:
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HỖN HỢP KHÍ CHÁY CỦA DÀN
KHOAN DẦU HỎA ĐỂ ĐUN NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC TINH KHIẾT
VÀ MUỐI SINH HỌC
MỞ ĐẦU
Nhu cầu về nước của con người không ngừng tăng. Hiện tại, nguồn nước
ngọt dùng cho các nhu cầu sinh hoạt của con người đang thiếu hụt, dự báo trong
tương lai sẽ ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn, đặc biệt ở các quốc gia đang
phát triển và các nước nghèo có dân số đơng thì vấn đề nước sinh hoạt lại chưa
được qua tâm đầy đủ. Việt Nam là quốc gia đang phát triển, nằm trong vùng
nhiệt đới gió mùa nên khơng thiếu nguồn nước sinh hoạt, nhưng khả năng trữ
nước khơng cao. Do đó, khơng thể phân bố đều theo thời gian trong năm.
Hơn nữa, Việt Nam có hơn 3269 km chiều dài bờ biển, vùng biển có
nhiều đảo và quần đảo, dồng bằng ven biển là những nơi tập trung dân cư đông
đông đúc nhất. Đồng thời, trên đà phát triển, các thành phố được quy hoạch tập
trung các vùng ven biển. Do đó, nhu cầu về nước sinh hoạt cho khu vực này cần
được quan tâm giải quyết vì nước biển và nước lợ không thể dùng trực tiếp cho
sinh hoạt.
Như vậy, việc biến nước biển thành nước ngọt sử dụng được là cần thiết
để thỏa mãn nhu cầu sử dụng nước sạch của con người.
Đã có nhiều cơng trình lọc nước biển, tuy nhiên nếu chỉ lọc nước biển thơi

thì rất lãng phí chất đốt cũng như nhân lực..

4


Em đã tìm ý tưởng từ câu hỏi: Có thể lọc nước biển và tạo muối mà
không sử dụng năng lượng mặt trời hay chất đốt trong cùng một qui trình
hay khơng?.
Để trả lời câu hỏi này em đã tiến hành tìm hiểu và thực nghiệm với nhật
ký nghiên cứu cho dự án như sau:
- Tìm hiểu qui trình lọc nước biển bằng năng lượng mặt trời.
- Tìm hiểu qui trình sấy muối.
- Tìm hiểu và thực nghiệm qui trình sử dụng hỗn hợp khí cháy.
- Thực hành tạo dịng điện từ hơi nước.
- Trình bày ý tưởng.
- Xây dựng mơ hình.
4. Tóm tắt nội dung dự án:
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm
do bị xâm nhập mặn, những giải pháp chuyển nước biển thành nước ngày càng
được đề cao, có rất nhiều giải pháp được đề xuất như: chưng cất, thẩm thấu,
đông thành đá… Trong giải pháp này, em tận dụng nguồn năng lượng do hỗn
hợp khí thải cháy trên ống khói các mỏ dầu để chưng cất nước biển thành nước
ngọt, tận thu muối và phát điện nhờ sức đẩy của hơi nước cung cấp nguồn điện
lại cho hệ thống.
Điểm mới trong phương pháp chưng cất này là em tận dụng năng lượng
phế thải, nhờ sức đẩy của hơi nước trong ống dẫn hơi làm phát điện cung cấp
cho hệ thống bơm nước.
5. Tổng quan về quá trình tận dụng hỗn hợp khí cháy của dàn khoan
dầu hỏa để chưng cất nước biển thành nước ngọt và muối tinh khiết:
5.1. Tình hình khử mặn nước biển:

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nhà máy biến nước biển thành nước
ngọt tại Trung Đông (Israel, Ả Rập Xeut). Địa Trung Hải (Malta), châu Mỹ,

5


Nam Âu, Caribbean, Nhật Bản, quần đảo Chanel, đảo Tenerife và Qran Canaria
- nơi nguồn nước tự nhiên rất hiếm do lượng mưa thấp.
Ngày xưa, muốn trữ nước, người ta xây dựng nhiều hồ chứa với dung tích
cực lớn. Tuy nhiên, giá đất gia tăng đã làm cho các công ty bán nước không thể
lựa chọn cách này.
Ngày nay, người ta tìm cách loại bỏ muối trong nước biển, đó là giải pháp
tối ưu và dễ làm nhất.
5.2. Sự cần thiết phải khử nước biển thành nước ngọt:
Nguồn nước ngọt sử dụng trong nông nghiệp, công nghiệp và nhu cấu
sinh hoạt của con người đang hiếm dần, và càng trầm trọng trong tương lai, vì
nhiều lý do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng:
- Ở một vài nơi mưa sẽ giãm dẫn đến hạn hán trầm trọng xảy ra thường
xuyên hơn, đưa đến cạn nước trong các hồ chứa nước, sông, và nước ngầm.
- Nguồn nước ngọt ngày càng bị ô nhiễm.
- Nước mặn xâm nhập vào nội địa vì hiện tượng nước biển đang dâng cao.
Những con số thống kê gần đây đang thực sự làm chúng ta đáng lo ngại.
Cứ 6 người có 1 người khơng thường xun có được nguồn nước uống an tồn.
Hơn 1/3 dân số, tức khoảng 2,4 tỷ người khơng có các điều kiện vệ sinh đầy đủ.
Cứ mỗi 8 giây lại có 1 trẻ em chết vì các bệnh liên quan đến nước và các bệnh
này gây ra 80% bệnh tật và cái chết ở các nước đang phát triển.
Việt Nam không thiếu nước đến mức trầm trọng nhưng diện tích đất nước
trải dài theo 3260 km dọc theo bờ biển, ngư nghiệp ngày càng phát triển theo
hướng đánh bắt xa bờ phải lưu dài ngày ngoài biển; ngành vận tải biển đang trên
đà phát triển mạnh mẽ, những chiếc tàu chở hàng đi trên biển rất dài ngày. Đặc

biệt dân cư trên các đảo của Việt Nam vẫn chưa có đủ nước để sinh hoạt.
5.3. Tạo muối tinh khiết:
Qui trình đã tạo muối tinh khiết tiết kiệm được q trình sấy muối và cơng
lao động.
6


5.4. Tận dụngnăng lượng hỗn hợp khí cháy của dàn khoan để chưng cất
và tạo dịng điện:
- Hỗn hợp khí cháy của dàn khoan mỏ dẫu đỗ ra biển gây ô nhiễm môi
trường. Tận dụng khí đồng hành, tiết kiệm được nhiên liệu và hạn chế ô
nhi6e4m môi trường.
- Tạo dịng điện từ hơi nước, hạn chế tình trạng ơ nhiễm do sử dụng chất
đốt và tiết kiệm năng lượng.

6. Giả thuyết khoa học và mục đích nghiên cứu:
6.1. Các giả thuyết khoa học về việc tách muối ra khỏi dung dịch nước
biển:
Có nhiều phương pháp biến nước biển thành nước ngọt, nhưng nguyên tắc
chung trong các phương pháp này là làm sao tách được muối ra khỏi dung dịch
nước biển. Việc chọn lựa phương pháp lọc nước tùy thuộc vào nguồn năng
lượng rẽ tiền sẳn có, nguồn nước mặn nhiều hay ít, ơ nhiểm nhiều hay ít.
Phương pháp chưng cất nước:
Dùng nhiệt lượng làm nước bốc hơi và hơi nước kết đọng thành nước
khơng chứa khống chất. Gồm 3 phương pháp chính:
Hơi nước cao áp:
Phương pháp này sử dụng nguồn nhiệt của hơi nước cao áp. Khi bị ép, hơi
nước gia tăng cả nhiệt độ và áp suất. Vì vậy, nhiệt tiềm ẩn được tái xử dụng để
làm nước biển bốc hơi thêm khi hơi nước cao áp được đọng thành nước ở áp
suất bình thường hay dưới bình thường.

Sử dụng màng thẩm thấu:
Trong phương pháp này, nước mặn được lọc qua màng bán thẩm thấu.
Màng này cấu tạo bởi vơ số lổ nhỏ cực vi, có đường kính khoảng 1-50 nm.
Màng có đặc tính chọn lựa, chỉ cho phép những phân tử nhỏ như nước đi qua
các lổ của màng và giữ lại các phân tử lớn như các loại muối, tương tự như một
7


cái rây thật mịn áp dụng cho chất đặc. Nước biển là một dung mơi gồm nước và
các chất hịa tan trong nước, chất chính là muối NaCl và ít muối khống khác,
đều có phân tử lượng lớn hơn nước.
Đơng thành nước đá:
Nước bắt đầu đông thành nước đá ở nhiệt độ 0ºC dưới áp xuất 1
atmosphere. Tuy nhiên, với sự hiện diện của muối NaCl, cần phải nhiệt độ âm
dưới 0ºC, nước mới đông thành nước đá. Nước đá nổi trên nước mặn, tương tự
như tảng băng trên biển ở hai cực trái đất. Tốn nhiều năng lượng. Ít áp dụng.
Sử dụng năng lượng mặt trời :
Phương pháp này bắt chước thiên nhiên, nước biển bốc hơi vì sức nóng
của mặt trời, tạo thành mây (hơi nước), gặp lạnh hơi nước trong mây kết tụ
thành giọt mưa.
6.2. Mục đích nghiên cứu:
Em muốn tận dụng nguồn năng lượng tại các ống khói mỏ dầu có lửa
cháy để biến nước biển thành nước ngọt và tận thu muối nhờ chưng cất.
7. Phương pháp, kế hoạch và tiến trình nghiên cứu:
7.1. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: vận dụng kiến thức vật lý, hóa học và
sinh học, đồng thời tiếp cận các kết quả nghiên cứu liên quan làm cơ sở cho đề
tài.
- Phương pháp chuyên gia: nhờ sự tham vấn của các thầy cô và các anh
chị công tác trong các lĩnh vực liên quan.

- Phương pháp thực nghiệm: thực hiện theo phương pháp thử - sai để hồn chỉnh
mơ hình.
7.2. Kế hoạch nghiên cứu:
- Hình thành ý tưởng
- Tìm và đọc các tài liệu liên quan, trao đổi ý tưởng với các thầy cô hướng
dẫn.
8


- Thực hiện mơ hình.
- Đối chiếu với các ngun tắc vật lý, hóa học và sinh học để hồn thiện
mơ hình sát với thực tế nhằm ứng dụng dễ dàng.
7.3. Tiến trình nghiên cứu:
Bước 1: phát thảo mơ hình chi tiết trên giấy.
Bước 2: sử dụng các vật liệu sẵn có để mơ hình hóa từng chi tiết của hệ
thống chưng cất.
Bước 3: bổ sung các chi tiết liên quan để hồn thiện mơ hình.
Bước 4: hỏi ý kiến góp ý của các thầy cơ, ba mẹ và các anh chị để điều
chỉnh mơ hình thật hợp lý với thực tế ứng dụng.
8. Kết quả nghiên cứu:
Kết quả nghiên cứu là mơ hình tận dụng hỗn hợp khí cháy của dàn khoan
mỏ dầu chưng cất nước biển thành nước ngọt, thu muối và phát điện cung cấp
lại cho hệ thống.
9. Phân tích số liệu, kết quả và thảo luận:
9.1. Mơ tả mơ hình:
Mơ hình gồm các phần chính như sau:
1. Bồn chưng cất nước biển.
2. Ống dẫn hơi nước.
3. Bồn nước lạnh giúp ngưng tụ hơi nước.
4. Bồn xử lý nước ngọt.

5. Bồn trữ nước ngọt.
6. Motor bơm nước biển vào bồn chưng cất.
7. Bồn lọc nước muối cô đặc.
8. Nồi sấy muối khang.
9. Đồng hồ đo nồng độ muối.
10. Mơ hình ống khói mỏ dầu và các chi tiết khác.
9


9.2. Ngun tắc hoạt động:
Để vận hành mơ hình, ta cung cấp một nguồn điện giúp máy bơm nước
vận hành bơm nước biển vào bồn chưng cất. Nhờ năng lượng của lửa cháy hỗn
hợp khí thải trong mỏ dầu làm sôi lượng nước biển trong bồn gây bốc hơi nước.
Hơi nước được dẫn theo đường ống qua bồn lạnh giúp hơi nước ngưng tụ thành
dạng lỏng và dẫn vào bồn xử lý. Tại đây nước được tiếp tục xử lý nhờ các hoạt
chất hấp thu muối, sau đó nước ngọt sẽ được dẫn vào bồn trữ.
Trong ống dẫn hơi nước, nhờ sức đẩy của hơi nước làm quay tua pin của
dinamo phát điện cung cấp trở lại nguồn điện cho motor bơm nước biển vào bồn
chưng cất.
Trên bồn chưng cất có gắn một đồng ho đo nồng độ muối để biết được
nồng độ muối tới hạn của dung dịch muối cô đặc. Khi đạt tới điểm tới hạn của
nồng độ muối, ta mở van phía dưới bồn chưng cất, xả dung dịch nước biển cô
đặc vào bồn lọc muối; sau đó dẫn dung dịch muối đã được lọc qua nồi sấy muối
khang đặt trên nhánh của ống khói mỏ dầu.
9.3. Kinh nghiệm:
- Nghiên cứu các hiện tượng, các cơng trình đã có để lấy ý tưởng.
- Đặt ra câu hỏi tìm giải pháp tối ưu hơn.
- Xây dựng ý tưởng.
- Luyện tập thí nghiệm nhiều lần để rút kinh nghiệm.
- Tham khảo ý kiến của thầy, cô

10. Kết luận:
Phương pháp chưng cất nước biển thành nước ngọt là một giải pháp hữu
ích góp phần giải quyết nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm. Giải pháp tận
dụng nguồn năng lượng là các hỗn hợp khí thải của mỏ dầu góp phần giảm áp
lực sử dụng các nguồn năng lượng, giảm tải ô nhiễm môi trường./.

10


Tài liệu tham khảo

1. Đặng Kim Chi. Hóa học mơi trường, 2005. NXB Khoa học kỹ thuật, Hà
Nội.
2. Trần Ngọc Tân. Luận Văn Thạc Sĩ Công nghệ môi trường, 2005. Đại học
bách khoa Hà Nội.
3. Gleick, P. H, S.H Scheneide, 1996. Tài nguyên nước. Bách khoa từ điển về
khí hậu và thời tiết. Quyển II, Nhà xuất bản Đại học OXford, New york.
4. />5. />
11