ỨNG DỤNG KIẾN THỨC HÓA HỌC ĐỂ LOẠI BỎ SẮT VÀ LÀM MỀM
NƯỚC CỨNG NHẰM CUNG CẤP NƯỚC SINH HOẠT CHO NGƯỜI DÂN
MIỀN NÚI CÓ ĐIỀU KIỆN KINH TẾ KHÓ KHĂN
I. Tóm tắt nội dung dự án
1. Các căn cứ pháp lý
Thực hiện quy chế thi khoa học, kỹ thuật cấp quốc gia học sinh THCS và
THPT ban hành kèm theo thông tư số 38/2012/TT – BGDĐT ngày 2/11/2012 của
Bộ trưởng Bộ giáo dục và đào tạo.
Thực hiện công văn số 1290/BGDĐT - GDTH ngày 29/3/2016 của Bộ
GDĐT về việc hướng dẫn triển khai hoạt động nghiên cứu kế hoạch và tổ chức
cuộc thi KHKT cấp quốc gia dành cho học sinh trung học năm học 2016 – 2017.
Căn cứ công văn số 1048/Sở GDĐT – GDPT về việc hướng dẫn triển khai
hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức cuộc thi khoa học, kỹ thuật dành cho
học sinh trung học năm học 2016 – 2017.
Căn cứ hướng dẫn nghiên cứu KHKT của BGH trường THPT ....... tháng 9
năm 2016.
2. Tên dự án khoa học
- Lĩnh vực: Hóa học
- Tên dự án: ỨNG DỤNG KIẾN THỨC HÓA HỌC ĐỂ LOẠI BỎ SẮT
VÀ LÀM MỀM NƯỚC CỨNG NHẰM CUNG CẤP NƯỚC SINH HOẠT
CHO NGƯỜI DÂN MIỀN NÚI CÓ ĐIỀU KIỆN KINH TẾ KHÓ KHĂN.
3. Nhóm học sinh nghiên cứu
1. .............................
Lớp 10B1
2. ...........................
Lớp 10B1
4. Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên Hóa học, Cử nhân – ...........
5. Mục tiêu của dự án
Làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học, vận dụng kiến thức Hóa
học vào giải quyết những vấn đề thực tiễn.
Sản phẩm nghiên cứu giúp bà con ở miền núi có điều kiện kinh tế khó khăn có

11. Thời gian thực hiện dự án: 03 tháng (từ 24/09/2016 đến 22/12/2016).

2


12. Nội dung các hoạt động của dự án
Thời gian
Thực hiện

Tên hoạt động

Nội dung

Hoạt động 1: Khảo sát thực
tế, đưa ra ý tưởng

Tìm hiểu sơ bộ về các bản, xã có nguồn nước là
nước cứng hoặc bị nhiễm sắt, cảm giác của
người dân khi sinh hoạt bằng nước cứng hoặc
nhiễm sắt, các phương pháp xử lý nước nhiễm
sắt của người dân.

Hoạt động 2:
Duyệt ý tưởng

Lĩnh vực hóa học
“Ứng dụng kiến thức hóa học để loại bỏ sắt
và làm mềm nước cứng nhằm cung cấp nước
sinh hoạt cho người dân miền núi có điều
kiện kinh tế khó khăn”

cho phép triển khai dự án

Báo cáo khảo sát, đánh giá

Thực hành cách loại bỏ sắt khỏi nước sinh hoạt
đã tìm hiểu và học hỏi được

Từ
01/10 đến
05/10/2016

Báo cáo thực hành

Phân tích so sánh ưu điểm, nhược điểm các của
các cách đối phó với nước nhiễm sắt của người
dân.

Từ
06/10 đến
10/10/2016

Ứng dụng kiến thức hóa học để
loại bỏ sắt và làm mềm nước
cứng nhằm cung cấp nước sinh

3

Nhân lực

Nhóm học

Hoạt động 8: Duyệt dự án
Hoạt động 9: Báo cáo dự án
chính thức

hoạt cho người dân miền núi có
điều kiện kinh tế khó khăn

dẫn

Từ
11/10 đến
24/11/2016

Báo cáo thực hành. Chỉ ra được
ưu điểm của việc lọc bỏ sắt và
làm mềm nước cứng bằng cát,
than tre, sỏi

Nhóm học
sinh

Từ
25/11 đến
10/12/2016

Đúng bố cục, hướng dẫn

Nhóm học
sinh


4


5


II. Giới thiệu tổng quan về vấn đề nghiên cứu
1. Lý do chọn dự án
....... là một huyện biên giới giáp Lào, giao thông đi lại chưa thuận tiện. Đời
sống kinh tế của người dân ....... còn rất khó khăn thiếu thốn (....... là một trong
những huyện nghèo của tỉnh, của đất nước).
Nước sinh hoạt là nhu cầu thiết yếu không thể thiếu đối với bà con. Trong
huyện ......., hệ thống nước sạch đã dẫn về xã ....... nhưng các xã khác chưa có nước
sạch để dùng. Không phải gia đình nào cũng có điều kiện để mắc nước sạch và trả
tiền dùng nước hàng tháng. Đa phần bà con nhân dân vẫn dùng nguồn nước sinh
hoạt từ nước giếng, nước suối... Mà chủ yếu là nước giếng, ở các xã Mường Lạn,
Mường Lèo, Dồm Cang, bản Huổi Khăng, ......., Pom Khăng...Thuộc huyện .......
dù bà con đã đào giếng để lấy nước sinh hoạt, tuy nhiên nước trong giếng có vị
tanh, màu vàng đục do nước có hàm lượng sắt cao, qua khảo sát 60 giếng tại các
bản, xã này có đến 40/60 giếng nước bị nhiễm sắt. 55/60 giếng khi đun nấu thấy
có cặn vôi cứng dưới đáy nồi (nước cứng), Trong 40 giếng có nước nhiễm sắt thì
đồng thời là nước cứng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống,
sinh hoạt và sản xuất, không những ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân mà nó
còn ảnh hưởng đến cả những vật dụng hàng ngày của bà con. Dùng để ăn uống thì
không an toàn, đối với nước nhiễm sắt giặt dũ lâu dài quần áo đổi màu, ố vàng,
nhanh mục, nhanh rách, tay tiếp xúc với nước nhiễm sắt thường xuyên bị đen
móng tay, dùng để đánh răng rửa mặt thì vị tanh gây buồn nôn, gây đau mắt...Với
nước cứng: Khi nước cứng tạm thời xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn, uống thì
những muối bicarbonat bị phân hủy tạo thành muối cacbonat kết tủa. Những kết
tủa này không thấm qua được thành ruột, động mạch và tích tụ trong những bộ

2.2. Mục đích nghiên cứu
Làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học, phát triển tư duy logic, vận
dụng kiến thức hóa học vào giải quyết những vấn đề thực tiễn và từ thực tiễn củng cố
lại kiến thức.
Vận dụng kiến thức môn hóa học để xử lý nước nhiễm sắt và nước cứng.
Sản phẩm nghiên cứu có tính ứng dụng thực tế cao, tuyên truyền cho các
học sinh biết yêu quê hương đất nước, biết vận dụng các kiến thức hóa học để giúp
cải thiện cuộc sống, tiết kiệm được chi phí sinh hoạt cho bà con nhân dân vốn còn
nhiều thiếu thốn vất vả.
Kết quả của dự án cũng góp phần quản lý và sử dụng nguồn tài nguyên nước
tự nhiên một cách hiệu quả, tránh lãng phí, góp phần hạn chế sự ô nhiễm môi
trường nước.
2.3. Kết quả mong đợi
Sắt, một số ion kim loại ( Cu 2+, Ca2+, Mg2+…) và tạp chất lơ lửng khác được
loại bỏ khỏi nước.


3. Các phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện dự án này nhóm nghiên cứu đã sử dụng một số phương pháp
sau đây:
- Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập thông tin.
- Phương pháp phân tích, tổng hợp.
- Phương pháp so sánh.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (thực hành).
4. Đối tượng, vật liệu, dụng cụ trong quá trình thực nghiệm
4.1. Đối tượng: Nước giếng (nước sinh hoạt) bị nhiễm sắt. Nước giếng vừa bị
nhiễm sắt vừa là nước cứng.

Hình 3: Nước bị nhiễm sắt
4.2. Vật liệu, dụng cụ

Fe(HCO3)2, FeSO4…Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị III: Fe(OH) 3, FeCl3 …
Trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, bông cặn màu vàng, không tan trong nước, nên
dễ dàng được tách bỏ trong quá trình lọc bằng vật liệu lọc. Vì thế các hợp chất vô
cơ của sắt hoà tan trong nước hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp oxi hoá.
- Nước cứng là loại nước tự nhiên có chứa nhiều nguyên tố Canxi và Magie.
Nước cứng có thể được nhận biết dễ dàng nếu quan sát thấy sau một thời gian đun
nấu dưới đáy nồi xuất hiện lớp cặn cứng màu trắng, bong ra được từng mảng.
- Nước cứng được chia là làm hai loại: Nước cứng tạm thời và nước cứng
vĩnh cửu:
+ Nước cứng tạm thời là nước cứng mà có thể làm mềm bằng cách đun nóng.
Bởi nước cứng tạm thời chứa những muối bicacbonat canxi và magie. Những muối
này dưới tác dụng của nhiệt độ thì tạo thành muối cacbonat kết tủa, CO 2 và H2O.
Chính điều này làm giảm độ cứng của nước:
+ Nước cứng vĩnh cửu: Nước cứng vĩnh cửu được cấu tạo từ muối của ion
magie, canxi với các gốc anion của axit mạnh như Cl-, SO42-. Các muối này không
tạo ra những kết tủa khi ở nhiệt độ cao, do đó khi bị đun sôi nước cứng vĩnh cửu
không giảm được độ cứng của mình.
+Nước cứng toàn phần: Thông thường trong nước sẽ đồng thời tồn tại cả thành
phần nước cứng tạm thời và nước cứng vĩnh cửu. Gộp chung lại gọi là nước cứng
toàn phần
- Để loại bỏ sắt và làm mềm nước cứng ta thực hiện các bước sau:
Bước 1 đối với nước nhiễm sắt: Làm thoáng
Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là một muối không bền, nó dễ dàng
thuỷ phân thành sắt (II) hiđroxit theo phản ứng:
Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2+ 2H2CO3
Nếu trong nước có oxi hoà tan, sắt (II) hiđroxit sẽ bị oxi hoá thành sắt (III)
hđroxit theo phản ứng:
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 ↓
Sắt (III) hiđroxit trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng, không tan
trong nước.

luận trong các loại than củi thì than từ củi tre là nhiều lỗ nhỏ nhất vì cây tre có cấu
trúc sợi, do vậy than tre sẽ hấp phụ tốt nhất hút được mùi, chất bẩn, sắt, và một số
ion kim loại khác có trong nước. Thậm chí qua tìm hiểu sách báo chúng em thấy
rằng than tre đã được người dân nhật bản rất ưa chuộng từ xa xưa, trong trà đạo họ
cho than củi tre vào nước để làm nước dịu ngọt hơn. Than củi tre có rất nhiều ưu
điểm vượt trội như vậy nên chúng em quyết định để lớp than củi tre dưới lớp cát.
Lớp cuối cùng là lớp sỏi có tác dụng lọc nước, giữ cát, cố định vị trí của cát.


- Nhóm đã sử dụng xô nhựa là vật dụng hàng ngày để làm vật chứa cát, than
tre, sỏi.
- Trong quá trình nghiên cứu chúng em phát hiện ra rằng gạo nếp cẩm có
khả năng thử nước có nhiễm sắt hay không bằng hiện tượng màu, cụ thể nước
nhiễm sắt dùng để ngâm gạo cẩm khi cho gạo nếp cẩm vào lúc đầu sẽ có mầu xỉn
đen, ngâm lâu (3 đến 4 giờ trở lên) nước có nhiễm sắt cho ra màu nâu vàng xỉn.
Gạo nếp cẩm ngâm trong nước máy sạch không nhiễm sắt ngay từ khi cho gạo nếp
cẩm vào nước lúc đầu đã cho ra màu đỏ nâu tươi, khi ngâm lâu (3 đến 4 giờ trở
lên) mầu đỏ nâu tươi không đổi mà sẽ đậm hơn. Vậy chúng em sẽ lấy nước nhiễm
sắt đã lọc qua hệ thống của chúng em đem ngâm gạo cẩm nếu thu được hiện tượng
màu giống bên nước máy thì chứng tỏ nước đã được lọc sạch sắt và hoàn toàn an
toàn khi sử dụng.
- Ngoài sử dụng gạo nếp cẩm, chúng em còn sử dụng nhựa chuối để thử
nước nhiễm sắt đây là kết quả nghiên cứu của nhóm sinh viên tại trường đại học
Cần Thơ đã đạt giải 3 cuộc thi phát minh xanh sony (nước nhiễm sắt khi cho nhựa
chuối vào sẽ chuyển sang màu tím đậm). Sử dụng kiến thức hóa học dùng NaOH
để thử nước nếu tạo kết tủa chứng tỏ nước nhiễm sắt (kết tủa có thể là Fe(OH) 2,
hoặc Fe(OH)3)
- Ngoài ra chúng em còn thực hành sử dụng phèn chua để làm trong nước,
phèn chua là muối sunfat kép của nhôm và kali ở dạng tinh thể ngậm nước 24 phân
tử nước nên có công thức hóa học là K 2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. Phèn chua không


0,1g ≤ T ≤ 0,2g: Nước cứng

mNa2CO3 cho vào nước = (a+b)*106

T > 0,2g: Nước rất cứng

2. Khảo sát thực tế: Tìm hiểu các phương pháp đối phó với nước sinh hoạt
nhiễm sắt và nước cứng.
Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu thực tế khi nước sinh hoạt của gia đình mình
bị nhiễm sắt hoặc là nước cứng bà con ở một số bản vùng sâu vùng xa đã làm gì?
Kết quả đối với nước sinh hoạt là nước cứng bà con không có cách xử lý, với nước
nhiễm sắt bà Lò Thị Dịch ở bản Mường Lạn – Mường Lạn – ....... cho biết sau khi
đào giếng nước vàng và tanh không dùng được nên đã bỏ giếng dùng nước suối,
bên cạnh nhà bà Lò Thị Dịch là trường Trung Học Cơ Sở Mường Lạn, nước cũng
bị nhiễm sắt rất nặng, trường xây bể lọc bằng xi măng, trong bể có lớp cát phía
trên, phía bên dưới có lớp sỏi, bể lọc này to, nên chi phí xây bể tốn kém từ 4 đến 5
triệu, hộ dân chưa có gia đình nào xây bể lọc do điều kiện kinh tế hạn chế, mặt
khác khi lớp cát sỏi bị bẩn việc rửa bể lọc, thau rửa cát sỏi rất vất vả và khá khó
khăn. Bà Hà Thị May ở bản Nậm Pừn – Mường Lèo – ....... cho biết nước bị nhiễm
sắt dùng rất khó chịu, đánh răng thì buồn nôn, rửa mặt thì hay đau mắt, giặt quần
áo thì ố vàng nhanh mục … Nên mỗi lần xuống chợ huyện bà thường mua phèn
chua về cất gác bếp dùng dần, bà dùng phèn chua thả vào nước, đợi nước trong,
lắng cặn, chắt lấy nước phía trên để dùng, cách này bà con rất hay dùng, Tuy nhiên
bà cho biết phèn chua ở đây rất đắt 200.000 đ/kg, mà nước sinh hoạt hàng ngày
dùng rất nhiều nên dùng phèn chua tốn kém, đối với bà con vùng sâu vùng xa giao
thông đi lại khó khăn việc ra chợ huyện để mua phèn cũng vất vả.

Hình 6: Bà Hà Thị May hướng dẫn cách làm trong nước bằng phèn chua
- Nhóm nghiên cứu cũng đã tìm hiểu khi nước sinh hoạt của gia đình mình bị

Hình 8: Chắt lấy nước trong và cho gạo nếp cẩm vào để thử màu
Kết quả: Hình 7 nước không còn chứa sắt, nước ngâm gạo nếp cẩm có màu
tím là do trong nước phèn chua có môi trường axit.


4. Phân tích và so sánh các kết quả đối phó với nước nhiễm sắt của bà con
* Ưu điểm:
Với cách xây bể lọc bằng xi măng và dùng phèn chua để xử lý nước nhiễm
sắt: Loại sạch được sắt và một số tạp chất khác, với cách dùng nước sạch, dùng
máy lọc nước, hay đi trở nước nơi khác không nhiễm sắt về để dùng sinh hoạt thì
đương nhiên bà con đã được dùng nguồn nước sạch, không bị nhiễm sắt.
* Nhược điểm:
Với tất cả các cách trên đều tốn kém khoản chi phí nhất định tùy từng cách
cụ thể, ngoài ra với cách xây bể lọc bằng xi măng khi thau rửa cát sỏi bị bẩn sau
khi sử dụng rất vất vả và khó khăn, với cách dùng phèn chua làm trong nước sản
phẩm nước thu được có môi trường axit.
⇒ Để khắc phục những nhược điểm trên nhóm nghiên cứu đã liên tưởng
đến trong tự nhiên chỗ nào nước chảy qua cát đều rất trong và sạch, chúng em sẽ
nghiên cứu tạo ra hệ thống lọc loại bỏ sắt khỏi nước hiệu quả, nguồn gốc từ thiên
nhiên, mà không cần tốn kém xây bể lọc bằng xi măng, ngoài lọc được sắt thực tế
hệ thống lọc này còn loại bỏ được một số tạp chất khác và thậm chí cả các ion kim
loại khác. Nhóm nghiên cứu đã suy nghĩ và thảo luận rồi thống nhất dùng xô nhựa
để chứa cát, than củi tre, sỏi, để lọc sắt và một số tạp chất khác để bà con có nguồn
nước phục vụ việc ăn uống, sinh hoạt đảm bảo, ổn định.
5. Thực nghiệm theo cách mà nhóm nghiên cứu đưa ra (dùng xô nhựa chứa cát,
than củi tre, sỏi để lọc nước sinh hoạt).

Hình 9: Nước nhiễm sắt cần được lọc
5.1. Các bước tiến hành:
a) Chuẩn bị vật liệu than củi tre

Hình 13: Lớp sỏi
- Lớp than tre dày khoảng 6 cm


Hình 14: Lớp than củi tre
- Lớp cát dày khoảng 20 cm

Hình 15: Lớp cát
e) Làm xô chứa nước sẽ được làm mềm và các hệ thống vòi hoa sen để làm tăng
diện tích tiếp xúc của nước với không khí

Hình 16: Xô chứa nước sẽ được làm mềm và các hệ thống vòi hoa sen
f) Hoàn thiện sản phẩm tiến hành lọc


Hình 17: Sản phẩm hoàn thiện và đang lọc nước
- Đối với hộ dân chỉ có nhu cầu loại bỏ sắt khỏi nước sinh hoạt thì tiến hành lọc
theo sơ đồ 1:
Nước giếng
Bơm lên
Vòi hoa sen (Mục đích tăng diện tích tiếp xúc của nước với oxi để tạo
Fe(OH)3↓)
Xuống hệ thống lọc
Cát (giữ lại Fe(OH)3, các tạp chất...)

Than củi tre (giữ lại Fe(OH)3, ion Cu 2+, các tạp chất...)

Sỏi (hỗ trợ lọc, giữ không cho cát trôi xuống cùng nước)

Xô chứa thể tích 50 lít hoặc bể chứa nước

cặn màu vàng lắng xuống đáy, có cả váng cặn nổi lên

Hình 19: Nước nhiễm sắt, đã cho phèn chua vào, đang đợi lắng
- Nước nhiễm sắt đã lọc qua hệ thống lọc: Nước trong, không còn mùi
tanh, không có cặn

Hình 20: Nước nhiễm sắt đã lọc qua hệ thống lọc
- Quan sát theo thứ tự: Nước nhiễm sắt đã cho phèn chua vào (1), nước
nhiễm sắt (2), nước nhiễm sắt đã được lọc (3)


Hình 21: Hình ảnh so sánh của nước xử lý phèn chưa gạn, nước nhiễm sắt,
nước xử lý lọc
* Cách 2: Thử nước bằng gạo nếp cẩm (cách do nhóm nghiên cứu phát hiện).
Hình ảnh cho gạo nếp cẩm vào 4 loại nước khác nhau: Nước nhiễm sắt,
nước đã xử lý phèn gạn lấy nước trong, nước đã lọc, nước máy.
- Cho gạo nếp cẩm vào nước nhiễm sắt: Hiện tượng sau 5 phút thấy xuất
hiện màu đen xỉn, ở các mẫu nước khác không có hiện tượng này, ngâm 7 đến 8
tiếng thấy xuất hiện màu nâu vàng xỉn

a) Sau 5 phút
b) Sau 7 đến 8 giờ
Hình 22: Ngâm gạo nếp cẩm trong nước nhiễm sắt
- Cho gạo nếp cẩm vào nước đã xử lý bằng phèn (Ngâm 7 đến 8 giờ): Hiện
tượng cho màu tím


Hình 23: Ngâm gạo nếp cẩm bằng nước đã xử lý phèn
- Cho gạo nếp cẩm vào nước nhiễm sắt đã lọc ngâm 7 đến 8 giờ: Hiện
tượng cho màu đỏ nâu tươi

* Cách 3: Thử bằng nhựa chuối


Hình 27: So sánh màu của các mẫu nước sau khi nhỏ 6 đến 7 giọt nhựa chuối:
Nước máy (1), nước nhiễm sắt đã lọc (2), nước nhiễm sắt (3)
Kết luận: Sau khi nhỏ nhựa chuối, nước nhiễm sắt chuyển sang màu tím đậm,
nước máy và nước sau khi lọc không chuyển sang màu tím, chứng tỏ đã không còn
sắt.
* Cách 4: Thử bằng NaOH rắn

Hình 28: Nước nhiễm sắt sau khi cho NaOH
Nước nhiễm sắt khi cho NaOH rắn vào tạo kết tủa của Fe(OH) 2 và Fe(OH)3
(phương pháp nhận biết ion sắt trong dung dịch). Nước đã lọc khi cho NaOH rắn
không xuất hiện kết tủa, chứng tỏ đã không còn sắt trong nước.
- Thử tính cứng của nước: Nước sau khi lọc theo sơ đồ 2 cho Na 2CO3 không còn
thấy cặn lắng màu trắng nữa chứng tỏ nước cứng đã được làm mềm
* Kết luận: Từ các cách thử trên kết quả đều cho thấy sắt đã được loại bỏ hoàn toàn
khỏi nước. Nước cứng đã được làm mềm phần lớn.
- Khi sử dụng hệ thống lọc cần lưu ý cần thau rửa cát, sỏi khi quan sát thấy
phía trên cát có các vết nâu đỏ của sắt đọng lại quá nhiều, thay than củi tre mới sau
3-4 tháng sử dụng.
5.2. Phân tích kết quả:
+ Ưu điểm: Dễ làm, chi phí thấp, loại bỏ được hoàn toàn sắt ra khỏi nước,
ngoài ra còn loại bỏ được một số ion kim loại và tạp chất khác, làm mềm nước
cứng, cung cấp cho bà con nguồn nước sinh hoạt trong lành chất lượng tốt. Kết quả
cho thấy cách lọc sắt khỏi nước bị nhiễm sắt và làm mềm nước cứng này rất tốt, rất
phù hợp với ý tưởng, mục đích mà nhóm đã đề xuất từ đầu.
+ Nhược điểm: Chưa hoàn toàn loại bỏ được các vi sinh vật nhỏ bé có trong
nước, tuy nhiên nhược điểm này hoàn toàn không ảnh gì khi nước được lọc dùng
để sinh hoạt, còn khi dùng để ăn uống thì đun sôi.