Là một trong những vật dụng tiêu tốn nhiều nước sinh hoạt nhất trong gia đình, những chiếc bồn cầu xả nước tiện nghi đang đặt ra thách thức lớn trong bối cảnh tài nguyên nước trên toàn cầu dần cạn kiệt. Một chiếc bồn cầu thông thường sẽ sử dụng khoảng 3-6 lít nước cho mỗi lần xả. Nếu tính theo lượng người đang sử dụng bồn cầu xả nước hiện nay, đây là một con số khổng lồ. Để giải quyết bài toán này, một số đơn vị trên thế giới đã chế tạo các loại bồn cầu thế hệ mới tiết kiệm nước, thậm chí không dùng nước, song ứng dụng vẫn còn hạn chế và chưa phù hợp với điều kiện ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam.
Thực trạng này đã thôi thúc ông Nguyễn Văn Nam và cộng sự ở Công ty TNHH Sáng chế Xanh nghĩ đến việc “sáng chế lại bồn cầu” với mục tiêu khắc phục những hạn chế của bồn cầu thế hệ cũ. Quá trình này không chỉ giúp họ có được những sáng chế độc quyền mới mà còn tạo ra “một sản phẩm bồn cầu xả nước thế hệ mới khác biệt cả về hình thức lẫn nội dung so với bồn cầu truyền thống”, ông Nguyễn Văn Nam giới thiệu trong hội thảo “Giải pháp sáng chế hệ thống cơ - điện điều khiển bồn cầu xả nước” do Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN (CESTI) mới tổ chức. “Sản phẩm của chúng tôi sẽ góp phần tiết kiệm hơn 83,6% lượng nước dùng cho mỗi lần xả, có thể ứng dụng trên cả các phương tiện giao thông như máy bay, tàu hỏa, tàu biển…, nhà vệ sinh di động hoặc xe lăn cho người khuyết tật”.
Mô phỏng hệ thống tiêu hóaNhân loại đã trải qua một chặng đường dài để có được chiếc bồn cầu hiện đại ngày nay. Chiếc bồn cầu đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 16, nhưng thiết kế còn thô sơ, đôi lúc có hiện tượng trào ngược chất thải. Đến thế kỷ 18, sáng chế bồn cầu xả nước với hệ thống ống chữ S đã giải quyết vấn đề này, và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Cấu tạo chung của hầu hết các loại bồn cầu trên thị trường gồm thân bồn cầu dạng elip, ống xả thải hình chữ S và két đựng nước hình chữ nhật. Để xả chất thải, người dùng chỉ cần gạt chốt, nước từ két đựng sẽ đi xuống tạo áp lực đẩy chất thải, nước thải đi qua ống chữ S và xuống hầm chứa. Ở ống xả chữ S còn đọng lại một lượng nước vừa đủ để ngăn không cho mùi hôi từ dưới cống bốc lên lại qua đường ống xả.
Ngoài ưu điểm tiết kiệm nước, ngăn mùi và trào ngược, sản phẩm này còn hạn chế lây lan chéo dịch bệnh ở nhà vệ sinh công cộng nhờ được tích hợp thêm bộ điều khiển bằng điện, giúp điều khiển xả thải theo ba chế độ chạm tay, không chạm hoặc tự động.
|
Dưới con mắt quan sát của một kỹ sư hàng hải, ông Nguyễn Văn Nam nhận thấy loại bồn cầu này vẫn còn một số hạn chế. Loại bồn cầu này cần một khối lượng nước lớn để tạo lực đẩy nhằm đưa chất thải qua ống xả chữ S xuống hầm cầu, nên luôn phải có két chứa nước sẵn với lượng nước tối thiểu từ 3-6 lít nước, vì các dạng nước máy không đủ mạnh để xả trực tiếp cho bồn cầu. Két chứa nước vừa cồng kềnh, tốn nước, lại đòi hỏi kỹ thuật lắp đặt chuẩn để đảm bảo bồn cầu hoạt động hiệu quả.
Nếu lắp đặt không đúng kỹ thuật, hoặc khi bồn cầu được lắp đặt trên các phương tiện chuyển động như máy bay, xe ô tô, tàu thủy…, lượng nước trong ống chữ S dễ bị hụt, tạo các khe hở cho mùi hôi bốc lên. Thậm chí, ở những khu vực thường xảy ra triều cường dẫn đến ngập lụt, người dân thường phải đối mặt với tình cảnh chất thải trào ngược lên bề mặt bồn cầu do hầm cầu bị ngập, và không có cơ cấu ngăn chất thải ở ống xả chữ S.
Không ít giải pháp hiệu quả bắt nguồn từ những ý tưởng đơn giản trong cuộc sống, kết hợp với sự sáng tạo của các nhà nghiên cứu. Đơn cử như thiết kế bồn cầu của nhà sáng chế Nguyễn Văn Nam và các cộng sự ở Công ty Sáng chế Xanh bắt nguồn từ chính những quan sát hằng ngày: “Khi bắt tay vào nghiên cứu giải quyết những vấn đề của bồn cầu hiện nay, tôi chợt nghĩ đến vì sao con chim bay trên trời, cá lặn dưới nước, hay phi công nhào lộn trên không lại không có hiện tượng trào ngược thực phẩm hay nước tràn vào ổ bụng? Từ đó, tôi tập trung nghiên cứu hệ thống tiêu hóa của động vật, chủ yếu là hoạt động của ruột, trực tràng con người để tạo ra sản phẩm hiện nay”, ông kể.
Nhìn bề ngoài, điểm khác biệt rõ nhất trong sản phẩm bồn cầu của các nhà sáng chế là không còn két nước xả. Vậy làm thế nào để xả thải hiệu quả được như bồn cầu truyền thống? Câu trả lời nằm ở phần kết cấu phía trong đế bồn cầu mà chúng ta không nhìn thấy. Bên trong đế bồn cầu có ống xả chất thải nối với thân bồn cầu được làm từ ống nhựa cao su mềm, có hình dạng thẳng và nếp gấp như ruột gà (ống xả ruột gà). Ống xả ruột gà được mô phỏng theo ruột trực tràng của hệ tiêu hóa ở người, hoạt động tương tự cơ vòng phía trong và cơ dọc phía ngoài của ruột trực tràng, có tác dụng co bóp đẩy chất thải ra xa khỏi ống xả ruột gà. Nhờ cấu tạo đặc biệt này, bồn cầu sẽ không tốn nhiều nước xả, không bị bốc mùi hoặc trào ngược chất thải. Ngoài ra, nếp gấp của ống xả ruột gà hoạt động như một ống nhún giúp cho các kẹp (gắn với ống xả) hoạt động êm, không gây tiếng ồn, ống xả không bị co giãn quá mức khi các kẹp trên và dưới hoạt động. Chất liệu cao su giúp ống xả có khả năng kín nước tốt và độ bền cơ học cao.
Đi sâu hơn vào nguyên lý hoạt động, chúng ta có thể thấy kẹp trên và kẹp dưới đóng vai trò như van trên và van dưới của ruột trực tràng. Cụ thể, kẹp trên mở ra bao nhiêu độ thì kẹp dưới đóng lại bấy nhiêu độ, tốc độ đóng mở của các kẹp đồng thời và bằng nhau. Khi xả thải, kẹp liên động sẽ hoạt động theo hai nửa chu kỳ. Nửa chu kỳ đầu, kẹp phía trên mở ra và kẹp phía dưới đóng lại nhằm vệ sinh bồn cầu và thu gom hỗn hợp chất thải. Lúc này, hỗn hợp chất thải trôi xuống phía dưới cùng của ống xả, tạo nên lực đàn hồi của ống xả theo chiều ngang và chiều dọc nhờ vào tính chất hóa lý của cao su và các nếp gấp của ống xả ruột gà. Lực này tỉ lệ thuận với trọng lượng chất thải, tức là chất thải càng nhiều thì lực đẩy chất thải ra khỏi ống xả càng lớn. Nửa chu kỳ sau là chu kỳ xả, kẹp trên đóng lại và kẹp dưới mở ra, đẩy toàn bộ chất thải xuống hầm cầu.
Sáng chế xanh cho cộng đồngKết quả thử nghiệm cho thấy, sáng chế bồn cầu của ông Nguyễn Văn Nam có thể tiết kiệm hơn 83,6% lượng nước xả so với bồn cầu truyền thống, đồng thời tiết kiệm hơn 50% nguyên liệu sản xuất, gọn nhẹ hơn do không còn két chứa nước. Những người tham gia hội thảo đã trực tiếp chứng kiến hiệu quả của sản phẩm này: “Chỉ cần 0,8 lít nước là đủ sức đẩy hơn 30 viên bi thủy tinh ra khỏi bồn cầu. Trong khi bồn cầu truyền thống thì chỉ một viên cũng khó có thể đẩy ra khỏi ống chữ S”, ông Nam giới thiệu trong màn trình diễn hoạt động của sản phẩm tại hội thảo. Ngoài ưu điểm tiết kiệm nước, ngăn mùi và trào ngược, sản phẩm này còn hạn chế lây lan chéo dịch bệnh ở nhà vệ sinh công cộng nhờ được tích hợp thêm bộ điều khiển bằng điện, giúp điều khiển xả thải theo ba chế độ chạm tay, không chạm hoặc tự động.
Việc cân nhắc kĩ càng các yếu tố, bao gồm kỹ thuật lẫn thị trường đã giúp sản phẩm đến gần hơn với thực tế. “Khi nghiên cứu sản phẩm, chúng tôi phải tính toán sao cho đáp ứng đủ tiêu chuẩn bồn cầu ở Việt Nam, đặc biệt là nếu muốn thay thế cho bồn cầu truyền thống, một yếu tố rất quan trọng là phần khoảng cách của ống xả so với bờ tường phía sau. Do vậy, chúng tôi đã thiết kế tương tự với khoảng cách của bồn cầu cũ, nếu muốn thay đổi chỉ cần nhấc lên, đặt sản phẩm mới vào, bắt vít hai bên là xong, không cần phải đập tường hay điều chỉnh ống”, ông Nam cho biết. Không chỉ dễ dàng thay thế ở các gia đình, những nhà máy sản xuất thiết bị vệ sinh cũng có thể sản xuất loại bồn cầu này mà không cần phải đầu tư thêm máy móc, thiết bị.
Bên cạnh các công trình vệ sinh truyền thống hoặc các phương tiện giao thông, các nhà sáng chế còn nghĩ đến việc tích hợp vào xe lăn dành cho người khuyết tật, hoặc người cao tuổi không có khả năng di chuyển. Họ đã thiết kế một két nước khoảng sáu lít và két đựng chất thải khoảng bảy lít nằm dưới chiếc xe lăn, đi kèm vòi xịt rửa. Người dùng có thể sử dụng trong ngày, đến cuối ngày đem xả ở nhà, hoàn toàn kín và không có mùi hôi, cho dù di chuyển rung lắc. “Những người khuyết tật như chúng tôi đi vệ sinh rất khó khăn, vì hầu như không có nhà vệ sinh dành riêng cho người khuyết tật, nếu có sản phẩm như thế này thì rất tiện cho chúng tôi”, anh Trí, một người bán vé số bị bại liệt từ nhỏ, bày tỏ trong hội thảo.
Với những ưu điểm trên, sản phẩm đã nhận được sự đánh giá cao của các chuyên gia, cũng như sự quan tâm của các nhà xây dựng và người dùng. “Sáng chế này có tính ứng dụng rất cao, vừa hiệu quả lại tiết kiệm nguyên liệu và năng lượng, dễ đi vào thực tế trong các công trình. Đây cũng là một sản phẩm đáp ứng các tiêu chí của sáng chế xanh, thân thiện với môi trường, đảm bảo phát triển bền vững. Và điều đặc biệt quan trọng là thị trường của sản phẩm này rất tiềm năng”, ông Trần Giang Khuê, Trưởng Văn phòng đại diện Cục Sở hữu trí tuệ tại TP.HCM nhận xét.