3-12-2007 VEJRET SPILD AF REGNVAND Nicolai Lissau, Morten Hedetoft & Theis Hansen 1.3
Indholdsfortegnelse Problem:... 2 Løsning:... 3 Produktion:... 5 PCA måling af bakterieværdier:... 5 Konklusion:... 6 Bilag 1:... 8 Bilag 2:... 11 Bilag 3:... 12 Bilag 5:... 14 Bilag 6:... 15 Bilag 6:... 16 Problem: Vi valgte at udvikle et produkt indenfor projektoplæg 2, udnyttelse af vejret. Problem: Hvert år løber der over 229 millioner m 3 regnvand fra de danske hustage direkte i kloakken. Regnvand som nemt og billigt kan renses og bruges i toiletter og til at vaske tøj med. Vi mener det er for dårligt at vi i toiletter og tøjvask skal bruge helt rent drikkevand. Vi håber på at kunne skabe et vandrensningsprodukt der kan rense regnvandet i Danmark, så vi alle har mulighed for at spare penge og skåne miljøet. Vores produkt er ikke produceret til kun at virke national men international. I Danmark har vi overflod af rent drikkevand, men det har de desværre ikke i Asien og andre steder rundt om i verdenen. Det er derfor vigtigt at de i disse egne specielt skal tænke på hvad de bruger vandet til. I disse steder af verdenen, genbruger de deres vand til at gå i bad i. Dette kan skabe alvorlige hygiejne problemer. Vi håber derfor også at vi med vores produkt kan sørge for at menneskerne her kan få et rent bad hver eneste dag. Dette betyder ikke at vi ikke kan bruge vores filter nationalt. Vi håber også på at vi kan få folk til at tænke mere på hvad de bruger deres rene drikkevand til, og blot begynder at overveje hvad et rensningsanlæg kan gøre for dem. Vi har vedlagt vores problemtræ som Bilag 2. Vores problemtræ er udformet som et klassisk problemtræ med vores hovedproblem centreret i midten. Punkterne over vores hovedproblem er årsager der har en indflydelse på vores problem, og under vores problem er virkningerne placeret. Vi har valgt at vores produkt ligger under Manglende teknikker. Vi synes nemlig at vores filter, er en nytænkende teknik, der kan gøre at vi ikke skal bruge så drikkevand til wc-skyld og tøjvask.
Løsning: Processen: Til at starte med havde vi tænkt os at fremstille en vindmølle der kunne producere strøm ved hjælp af en generator. Idéen var god nok, men vi syntes den var for banal og utilstrækkelig og valgte derfor at skrotte idéen. Dernæst tænkte vi på at lave en solcelle der kunne sættes på bagsiden af en bærbar computer, og drive strøm til computeren. Vores teori gik på at man kunne sidde ude i haven, uden at skulle bekymre sig om strøm til sin computer. Vi arbejdede på idéen, men kom fra den efter at have snakket med vores fysiklærer Morten og fandt ud af vi skulle bruge mange kvadratmeter for at kunne udvinde nok strøm til en computer. Efter vi havde arbejdet en del på solcelle idéen, faldt det hele lidt til jorden og vi gik lidt tilbage til idéen med vindmøllen(se bilag 7). Den var simpel og tilstrækkelig, men den fangede ikke rigtigt vores store flid og vi gik lidt i stå. Vi sad i grupperummet og diskuterede frem og tilbage, som vi har gjort under hele processen, og tankerne løb frem og tilbage. Vi kom til at snakke noget om hvad der var meget af i Danmark og vi sagde straks: Regnvand! Vi fandt på en idé med at lave et nedløbsrør, med små propeller inde i, så når regnvandet løb ned igennem nedløbsrøret drev det propellerne og skabte strøm via en generator. Idéen var god nok, men det ville blive besværligt og ikke pålideligt. Vi snakkede videre om regnvand og kom til at snakke om Lifestraw tm, som er et sugerør indeholdende aktivt kul. Man stikker sugerøret ned i beskidt vand og det aktive kul renser vandet, så at det vand der kommer ind i munden er rent nok til at drikke. Idéen mente vi var genial og tænkte videre om det var noget vi kunne bruge i vores projekt. Det, kombineret med snak om at vi brugte for meget rent regnvand på at skylle direkte ud i kloakken, skabte vores idé om at rense regnvand til brug i hjemmet. Derefter gik vi straks med at diskutere idéen. Vi udarbejdede de første skitser til vores projekt, som ligger som bilag 3. Her startede vores grund idé og den udviklede sig hen ad det som står under del 1 og herefter del 2 på bilag 3. På bilag 4 tænkte vi over hvorledes vi kunne lave filteret. På del 1 ser man hvordan vi først havde tænkt os at vandet løb direkte fra tagrenden ned i vores filter og derefter ned i en beholder, hvor det rensede vand så lå. I del to kom vi til at tænke på at der måske skulle være et overløb, så hvis der kom for meget vand, løb det overskydende i kloakken. I stedet for at filteret lå først i systemet, valgte vi nu at ligge filteret til sidst i systemet, for at skåne filteret maksimalt. Regnvandet løb altså ned i en beholder og derefter videre i en buffer, der skulle sænke vandets hastighed, og så igennem filteret og ud i en endelig beholder med rent vand. Men så begyndte vi at tvivle. Vores grund idé var at vores projekt skulle være nemt, hvis det skulle kunne benyttes af den almindelige borger. Derfor gik vi hen til at placere filter i nedløbsrøret og placere et groft filter i starten til at fjerne eventuelle grene. (se bilag 2). Så et sted på nedløbsrøret skulle vi have et filter, der skulle ligge inde i nedløbsrøret for at holde projektet simpelt. Filteret inde i nedløbsrøret ville vi lave som en skål, der blev lagt ned i nedløbsrøret, sammen med et kaffefilter der indeholdt aktivt kul. På bilag 5 ses et tværsnit af vores idé. Måden man skiftede filteret på, var at nedløbsrøret var delt i 3. Den øverste del var fast og inden i den skulle der sidde en mindre del, man med håndkraft kunne hive op og skifte filteret. Den mindre del skulle så ramme ned i den nederste del af nedløbsrøret der mundede lidt ud, så der ikke plaskede vand ved siden af. På den måde var vandet tvunget til at løbe gennem filteret. Her opstod imidlertid en række problemer (se bilag 6). På et gennemsnitligt 200 m 2 tag falder store mængder regn. Når alt det vand skulle ned igennem filteret, der ville have en diameter på 6
centimeter, ville det for det første tage rigtig lang tid at sive igennem og for det andet var det ikke engang sikkert at filteret kunne bære disse mængder vand. Så idéen stod lidt stille. Vi blev enige om at vi var nødt til at have beholder til vandet, og at det ikke var muligt at vandet kom direkte i filteret. Derfor gik vi tilbage til vores originale idé med modifikationer og kom frem til følgende: Regnvandet starter med at løbe ned fra taget og i tagrenden. Imellem tagrenden og nedløbsrøret er der et grovfilter, der holder diverse blade og grene tilbage for at ryge ned i nedløbsrøret. Nedløbsrøret fører til en filterpack. I denne filterpack renses vandet. Først rammer vandet filterprotection, som gør at vandet mister farten og ikke ødelægger filteret pga. af tryk. Dette er den hullede metalplade, der ses øverst i vores filterpack (tegningen til højre). Herefter kommer vandet ned til 3-i-1 filtret, som holdes sammen af compack solution 1 (stålringen presser filtret ned) og compack solution 2(et grovfilter, der holder selve filtret oppe og sammen med compack solution 1 presser selve filtret sammen). Vandet løber først igennem et aktiv kulfilter, derefter et kalkfilter og til sidst igen et aktiv kulfilter. Det aktive kulfilter renser for bakterierne og kalkfiltret neutralisere ph-værdien ved syreregn(ikke så meget i Danmark, men i f.eks. Norge og Japan, hvor der er meget forurening og ikke så meget salt i undergrunden). Herefter løber vandet ned i en tank, hvor chloraminen befinder sig chloraminen renser for alger i tanken. Vand kan renses på mere end en måde. Her en nogle af de metoder vand kan renses på: 1) Demineralisering en proces hvorfor man udnytter harpiksagtige stoffer i som et filter til at binde metalionerne i vandet. På den måde kan der fremstilles store mængder drikkevand. 2) Destillation her koges vandet til det bliver damp og køles derefter ned igen så det bliver næsten 100 % rent. Nogle få stoffer vil følge med dampen og derfor vil der ikke være mulighed for at få vandet helt rent. 3) Filtrering med si vandet løber igennem en meget fin si. Denne metode renser dog ikke vandet, men den kan være med til at fjerne partikler, der kan være skyld i at rensningen ikke bliver optimal. 4) Filtrering med aktivt kul her løber vandet igennem et filter med aktivt kul, der renser vandet. Ikke tilstrækkeligt til at det kan blive brugt som drikkevand, men tilstrækkeligt til at det kan bruges som badevand, til toilettet og til vaskemaskiner.
5) Kogning her bringes vandet i kog længe nok til at mikroorganismerne dræbes. En ulempe ved denne metode er at mineralet kalk udskilles. Dog er det kun kalk der bliver udskilt. Alle andre mineraler vil stadig være i vandet efter processen. 6) Omvendt osmose ved denne metode lader man vandet løbe gennem en membran. Vandet sættes under tryk og dermed løber det forurenede vand gennem hinden, der bruges som et filter. Ved normal osmose løber vandet fra den ende med svagest koncentration af opløste stoffer i vandet til den anden ende med det vand der har den højeste koncentration af stoffer. Produktion: PCA måling af bakterieværdier: PCA står for Plate Count Agar og er en metode inden for måling af bakterier. En lille mængde af produktet ligges på PCA, der gør at de enkelte bakterier formere sig til kolonier, og dermed kan tælles. Herved kan man få et overblik over antallet af bakterierne(kimtallet). PCA er altså en slags mad for bakterierne, der får bakterierne frem. Under vores forsøg med PCA har vi lavet prøver fra før regnvandet blev renset med vores filter, og fra efter regnvandet er blevet renset med vores aktiv kulfilter. Først skulle PCA en dog klargøres til at vi kunne bruge vores prøver på det. Dette foregik ved at 17,1 g PCA blev afmålt. Derefter opvarmede vi PCA sammen med 100 ml vand for at opløse det. Herefter autoklaverede vi opløsningen ved 1 bar(her er væsken 121 C). En autoklave steriliserer produkter, og for at sterilisere PCA skal det autoklaveres i 15 minutter. Til sidst hældes PCA en i petriskåle. Dette gøres sterilt for at undgå alle andre former for bakterier. Herefter lægges prøver af produkterne i petriskålene. Vi brugte 4 petriskåle 2 til regnvand før rensning og 2 til efter rensning. Dette pga. at det er vigtigt med dobbeltbestemmelse. Autoklave PCA efter Autoklavering Petriskåle med PCA Efter at vores prøver har stået i et varmeskab på ca. 37 C i et døgn var der tydelig forskel på vores resultater med før og efter rensning.
Til venstre på billedet ses prøven fra før og rensning og til højre på billedet ses prøven efter rensning. Under forsøgene for rensning af vand lavede vi et forsøg med hvor hurtigt kalket i vores filter fik ph-værdien i en sur væske til at stige. Forsøget foregik ved at et måleglas med en sur væske havde kalk i bunden. Derefter placerede vi måleglasset på en magnetomrører for at fremme processen. Imens satte vi et ph-meter til at måle ph-værdien løbende. Vi aflæste ph-meteret en gang i minuttet. Efter forsøget så vores resultater sådan ud: 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Som det kan ses gik der 31 minutter på dette forsøg, og så lang tid vil vandet højst sandsynligt ikke ligge i vores filter. Dog vil vandet ikke være så surt som væsken var i dette forsøg, så ud fra dette forsøg kan vi konkludere at kalket hjælper tilstrækkeligt på ph-værdien til at vandet kan bruges til toilettet og til at vaske tøj. Konklusion: I starten af vores projekt tænkte vi over at vi synes det regnede utroligt meget i Danmark. Vi fandt derfor frem til at der alene på de danske hustage falder lidt over 229 millioner m 3 regnvand. Vi synes det kunne være fedt at rense dette regnevand og udtænkte derfor op til flere rensningsfiltre som kunne gøre regnvandet så rent at det kunne bruges til wc-skyld og tøjvask. Vi fandt ud af at vi kunne rense vores drikkevand med aktivt kul, ligesom de har designet det i det velkendte danske produkt Lifestraw. Vi synes ikke det var tilstrækkeligt kun at rense vandet for bakterier, og snakkede derfor med op til flere teknologi- og kemilærer. Vi fandt derfor hurtigt ud af at når vores
renset vand ligger i længere tid i vores opbevaringstank, kan der begynde at trives alger. Dette er vi selvfølgelig ikke interesseret i, og vi snakkede derfor med Bjarne, og han sagde at vi kunne bruge Chloramin. Vi har derfor taget chloramin i vores tank for at undgå algebestanddele. Til sidst tænkte vi på om vi kunne løse andre samfundsproblemer med vores filter. Vi fandt derfor ud af at der falder store mænger syreregn i store dele af verden. Steder hvor vores filter højst sandsynligt ikke ville kunne fungere optimalt. Vi måtte derfor udarbejde et ekstra filter sådan at det også kunne rense vandet hvis det var surt. Vi har derfor designet vores filterpack så der også er et kalklag som vandet ryger igennem. Dette kalklag sørger for at vandet ikke er surt efter det er blevet renset. Vores filter renser altså både for bakterier og andre mikroorganismer, det forhøjer ph-værdien hvis regnen der falder det pågældende sted skulle være surt, og til sidst undgår vi at der gror alger i vores rensede vand. Alt sammen noget som vi har gennemtænk og produceret under navnet HxO Filterpack. Vi er selv meget stolte over at vi har kunnet designe og producere et filter der er klar til direkte videreudvikling. Vi synes at det er en god betaversion vi har fået produceret, og som svarede til vores forventninger under ferniseringen. Under ferniseringen kunne vi videregive information og vise folk hvordan vores filter virkede. Både på tegninger og i praksis. Folk var meget positive overfor vores ide, da de alle kunne se at der var fremtid i vores produkt, og de godt kunne forestille sig at de havde et filter som vores integreret i deres hus.
Bilag 1: Logbog 29. oktober 2007: I dag har vi diskuteret om emnet og har været inde på en række forskellige emner fx vindmøller, solenergi, bærbar. Vi endte med at fokusere på regnvand og lave et rensningssystem til et nedløbsrør med aktivt kul vandet skal bruges til at skylle ud i toilettet eller evt. i badet. Logbog 5. november 2007: I dag har vi diskuteret og færdiggjort vores problemtræ, samt lavet vores analyse og problemformulering. Vi har snakket med Signe om vores emne og vores produkt, og vi er kommet frem til at vores produkt hovedsageligt kommer til at omhandle rensning af regnvand. Vi har snakket med Bodil om aktivt kul og fundet ud af, at vi har aktiv kul på skolen til brug af forsøget. Vi har fundet ud af at vi efter rensningen af vandet, skal lave målinger af ph-, og bakterieværdi i vandet. Substratet til forsøget angående bakterieværdien i vandet vil Bodil finde til os senere i denne uge. Vi har lavet en hurtig skitse af vores produkt. Til sidst har vi været på biblioteket, for at finde mere information om flere metoder at rense vand. Logbog 12. november 2007: Stikord: Rapport påbegyndt, måling af nedløbsrør, skitse igangsat. I dag har vi påbegyndt vores rapport og tegnet en skitse angående vores produkt. Derefter har vi snakket med bodil angående de substrater, hun ville undersøge. Dette havde hun desværre ikke nået, så det ville hun finde ud af til næste uge. Til sidst ville vi lave et hurtigt forsøg for at tjekke om filteret overhovedet virkede, men dette nåede vi dog ikke. Logbog 19. november 2007: I dag skulle vi arbejde i værksteder, men vi var blevet placeret i det forkerte værksted. Dette problem blev dog hurtigt løst, og vi kom i byg. I byg diskuterede vi produktet med vores lærere og fandt ud af, at vi skulle i ned i den nærmeste byggelast. Efter selv at have diskuteret vores produkt cyklede vi ned til stark for at finde en nedløbstud, en endestump og en vinkel. Alle disse materialer i galvaniseret stål. Derefter tog vi tilbage til skolen og begyndte at lave rapport. Logbog 20. november 2007: I dag fik vi lov til at lave teknologi i de sidste to lektioner. Vi besluttede os for at arbejde videre med vores rapport. Vi arbejde med vores rapport i de to timer og fik lavet et godt stykke arbejde. Logbog 28. november 2007: Vi startede i dag med at tage ned i Stark og hente de materialer, vi havde bestilt til vores nedløbsrørsystem. Da vi kom tilbage på skolen, gik vi ud i hallen, hvor den model vores nedløbsrørsystem skulle sidde på var og holdt hele systemet op får at se hvordan det kom til at fungere. Dog opdagede vi at vi var blevet vejledt forkert i forhold til målene på de enkelte dele. De passede ikke sammen med tagrenden. Stor krise. Nå, vi kunne ikke bare lave ingenting, så vi slog
sten saks papir om det og Theis måtte ned i Stark og hente delene, der passede. Imens gik Morten og Nicolai i gang med at designe filtersystemet. Da Theis kom tilbage passede enkelte dele stadig ikke sammen pga. forkert etikette på en enkelt del og Nicolai gik i gang med at tilpasse endestudsen. Theis og Morten gik i gang med at finde ud hvordan vi skulle få filtersystemet til at fungere. Mens Nicolai stadig prøvede med nedløbsrørsystemet der ikke passede sammen kørte Morten og Theis ned i malerbutikken for at få fat i to malerspande til filtersystemet. Logbog 29. november 2007: I dag startede vi med at udtænke en plan, om hvordan vi skulle lave vores filter. Da den plan var lavet, gik Theis for at finde Bodil. Imens satte Nicolai og Morten tagrende på vores prøvetag, der skal bruges til ferniseringen. Theis kunne dog ikke finde Bodil, men i stedet fik han fat i Annette. Hun hjalp med at lave et forsøg om hvor mange bakterier, der var i vandet før og efter rensning. Imens snakkede vi også med Bill, der hjalp os med at rette op på nogle af de fejl det var, som fx at ph-værdien af vandet ikke passede helt samt at vandet var grumset. Bill gav os bl.a. os navnet på vores produkt hvis vi skulle tage patent på det i USA. Logbog teknologi den 30. November Planen for i dag var at få lavet filteret. I dag lavede vi filteret og lavede om på det grundlæggende design, bl.a. pga. tekniske problemer og funktionsproblemer. Vi besluttede at lave filteret så det ikke var direkte nede i spanden men en rund plastic ring med filtrene indeni, så man ligesom havde en del af det store filter. Det aktive kul og kalken lå så i lag i plastikringen, som en enhed. Vi tilføjede oven over filteret en metalplade med huller i, så vandet der havde fart på ned gennem nedløbsrøret ikke smadrede filteret. Vi lavede et låg til vores filterspand med hul i så nedløbsrøret kunne passe i. Vi prøvede alle delene sammen og til sidst lykkedes det hele. Det tog faktisk det meste af dagen til klokken var ca. 1. Sidst på dagen tjekkede vi vores bakteriekultur og fandt ud af at vores aktive kul havde renset vandet for de fleste bakterier. Helt til slut skrev vi dagbog. Mandag d. 3. december: Vi har i dag gjort os klar til ferniseringen. Vi har snakket om hvordan vi ville fremføre vores produkt overfor forældre og potentielle kunder, hvis det havde været i virkeligheden. Vi besluttede os derfor for at gøre os rigtig nøjagtige med at få lavet en ordentlig præsentation. Det betød at vi endte med at lave 2 plancher, 1 folder og 1 diasshow. Oven i det blev vi enige om at vi hele tiden skulle være 2 ved produktet til at fortælle og forklare om vores produkt og produktudvikling. Vi synes generelt at det er gået rigtig godt med ferniseringen. Vi er overbevist om, at vi har lavet et af RTGs bedste projekter i år. Det bedømmer vi på det grundlag, at der hele tiden har været mellem 3 og 7 yderst interessante forældre ved vores projekt. De har rost os meget for projektet, og de tror, at der er fremtid i dette. Vi mener selv at de måder vi har valgt at komme ud med vores budskab til kunden på er lykkedes. Vi fik uddelt lidt over 45 foldere og vores tværsnit af filteret blev nøje gennemset af forældrene. Oven i alt dette havde vi også 2 prøver at fremvise. De 2 prøver viste bakterieindholdet før og efter rensningen af vandet her var det tydeligt for alle at
vores produkt virkede. Vi har under ferniseringen afprøvet vores filter til forældrenes store begejstring. Alt efter denne fernisering er vi rigtig glade og tilfredse for at det er gået så godt, og forældrene har taget godt i mod vores OPNÅELIGE projekt. Til sidst er vi dog lidt skuffede over at enkelte troede at vi kun havde lavet en tagrende.
Bilag 2:
Bilag 3:
Bilag 4:
Bilag 5:
Bilag 6:
Bilag 6:
Materialeliste: Tagudsnit fra et 3. års projekt 11 ståltagrende m. 120/75 nedløbstud og endestykke 11 stålrendebeslag 75 mm stålnedløbsrør m. endestykke 15 liter akvarium Grovfilter lavet af finflettet plast 1 malerspand m. hønsenet, plastrør, filterpapir og jernstykke med huller 1 plexiglas låg til spand og akvarium