مشاريع مدرسية على معالجة المياه

إذا كنت تشرب الماء الذي لم يخضع لعملية تنقية - "الماء الخام" - فإنك تخاطر بالإصابة بالأمراض المنقولة بالمياه الناتجة عن البكتيريا مثل الإشريكية القولونية (E. coli) والطفيليات مثل الجيارديا. هذا هو السبب في أن تنقية المياه ضرورية للجميع ، وهي تجعل أفكار مشاريع تنقية المياه اختيارًا جيدًا بشكل خاص لمعرض العلوم بالمدرسة أو العرض التقديمي. ولكن قبل الدخول في مشروع ما ، من الأفضل أن تتعلم أساسيات سبب الحاجة إلى تنقية المياه الطرق المختلفة التي يمكن من خلالها القيام بذلك وما هي خياراتك لـ "طريقة تنقية المياه" المشروع.

باختصار ، تحتاج إلى تنقية المياه حتى تتأكد من أنها آمنة للشرب. تتمثل المخاطر الرئيسية في المياه في الطفيليات والبكتيريا والفيروسات والملوثات الكيميائية ، وهي معادن طبيعية ولكنها سامة مثل الرصاص أو المواد الكيميائية التي يصنعها الإنسان. من المحتمل أن يكون طعم الماء غير المعالج مقززًا أيضًا.

تأتي أهم طفيليات موجودة في الماء من البراز. هذا صحيح - إذا كنت تشرب الماء من مصادر طبيعية دون معالجته ، فستشرب القليل من البراز أيضًا. هذا ليس فقط الإجمالي. إنها المصدر الرئيسي للمخاطر عندما يتعلق الأمر بالمياه غير المعالجة.

يعتبر الجيارديا أحد الأمثلة ، وهو موجود بشكل أساسي في كل مسطح مائي في الولايات المتحدة ، قادم من براز الإنسان والحيوان. إذا أصبت بالجيارديا ، فسوف يتسبب ذلك في الإسهال والغازات وتشنجات المعدة المؤلمة ، والتي تبدأ بعد حوالي يومين أو ثلاثة أيام من التعرض. بشكل عام ، لن يؤدي هذا إلى أي مشاكل طويلة المدى ، ولكن يمكن أن يحدث ذلك إذا كنت تعاني من كبت المناعة.

الطفيلي الرئيسي الآخر هو الكريبتوسبوريديوم ، الذي يصيب ما يقرب من 750 ألف أمريكي كل عام. يشبه هذا الجيارديا حيث يستغرق ظهور الأعراض حوالي يومين إلى ثلاثة أيام ، ويؤدي بشكل عام إلى الإسهال وتقلصات المعدة. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي مصطلح "التشفير" (كما يطلق عليه غالبًا) إلى مشكلات أكثر خطورة ، مثل أعراض البنكرياس ، أعراض شبيهة بالكوليرا لدى الأشخاص الذين يعانون من كبت المناعة وربما تؤدي إلى الوفاة للأشخاص الذين يعانون منها المعينات. يمكن إزالة الجيارديا بسهولة باستخدام الفلاتر أو المعالجة باليود ، ولكن لا يتم إيقاف التشفير بواسطة معظم المرشحات ويحتاج إلى معالجة ثاني أكسيد الكلور أو الغليان لإزالته من الماء.

قد توجد أنواع كثيرة من البكتيريا في المياه الخام ، لكن بكتيريا E. القولونية هي الأكثر شيوعًا. هذا يمكن أن يسبب الإسهال والتشنج والغثيان والقيء ، وكذلك البقاء رطبًا جيدًا ، قد تحتاج إلى مضادات حيوية في الحالات الخطيرة. تزيل معظم معالجات المياه الشائعة بكتيريا E. coli والبكتيريا الأخرى من الماء.

فيما يتعلق بالفيروسات ، فإن التهاب الكبد أ هو الخطر الرئيسي من المياه الملوثة. قد يستغرق ظهور الأعراض ، التي تشبه تلك التي تمت مناقشتها أعلاه ، أسابيع ، باستثناء آلام المفاصل والتشنجات والحمى واصفرار الجلد بالإضافة إلى الإسهال والقيء المعتاد. يمكنك الحصول على لقاح إذا كنت مسافرًا إلى مكان لا يعالج مياهه جيدًا ، ولكن إذا أصبت بالعدوى ، فإن النصيحة الرئيسية هي شرب الكثير من السوائل وستكون بخير في غضون أيام قليلة. عادة ما تحميك معالجة المياه باليود وثاني أكسيد الكلور أو ببساطة عن طريق غلي الماء من الفيروسات في الماء.

أخيرًا ، يمكن أن توجد مجموعة كبيرة من المواد الكيميائية في المياه غير المعالجة ، ويمكن أن تسبب نفس الشيء مجموعة واسعة من الأعراض ، على الرغم من أن الإسهال والغثيان والتشنجات والأعراض المماثلة هي الأكثر شيوعًا المحتمل أن. يمكنك ترشيحها باستخدام التبخر ، لكن العديد من الطرق الأخرى (أو حتى أفضل ، مجموعة من الطرق) يمكن أن تتخلص منها أيضًا.

لذلك ، ما لم تكن تعاني من ضعف المناعة ، فمن المحتمل ألا تعاني من أعراض حادة من شرب الماء غير المعالج ، ولكن ما لم تكن ترغب في أسبوع مزعج أو نحو ذلك من الإسهال والتشنجات ، دائما عالج الماء الخاص بك.

هناك طرق مختلفة يمكنك التحقق منها أو اختبارها لمشروع "طرق تنقية المياه". يمكن تقسيمها إلى مجموعات بسيطة إلى حد ما على الرغم من: الغليان أو التقطير والترشيح والمعالجات الكيميائية المختلفة.

الغليان هو بلا شك أبسط طريقة لتنقية المياه ، على الرغم من أنك تحتاج إلى مصدر حرارة للقيام بذلك ، ويستغرق الأمر بعض الوقت حتى يبرد الماء مرة أخرى حتى يمكن استخدامه بالفعل. ومع ذلك ، فإن الغليان طريقة فعالة للغاية للتنقية ، ولا يستغرق الأمر سوى ثلاث دقائق من الغليان القوي لإزالة مخاطر البكتيريا والطفيليات والفيروسات في الماء. التحدي الرئيسي ، بشرط أن يكون لديك المعدات المناسبة ، هو منع إعادة التلوث بعد تنقية المياه.

يشبه التقطير إلى حد بعيد الغليان ، لكنه يتطلب معدات أكثر قليلاً وهو أكثر فعالية بشكل عام في إزالة الملوثات. يمكنك ضبط الماء على درجة الغليان ، وتجميع البخار أثناء تكثيفه. هذا يترك وراءه معظم الملوثات ، على الرغم من أنه من الجدير بالذكر أن أي ملوثات ذات نقاط غليان أقل من الماء (عند 100 درجة مئوية / 212 درجة فهرنهايت عند مستوى سطح البحر) موجودة في المياه المكثفة ، وربما بتركيزات أكبر من قبل. الجوانب السلبية الأخرى هي الطبيعة المستهلكة للوقت للعملية وحقيقة أنها تتطلب عمومًا قدرًا كبيرًا من الطاقة لتكون مجدية اقتصاديًا في معالجة المياه على نطاق واسع.

الترشيح هو نهج آخر بسيط من الناحية المفاهيمية لتنقية المياه ، ولكنه ليس مباشرًا تمامًا كما تعتقد. المفهوم الأساسي هو أنه من خلال دفع المياه عبر المساحات الصغيرة ، يتم ترك الملوثات التي لا يمكن ملاءمتها. إنه اقتصادي للغاية ، لأنه يتم إهدار القليل جدًا من المياه في العملية ، ولا يستخدم الكثير من الطاقة. تتوفر العديد من المرشحات المختلفة ، وتعتمد الملوثات التي يمكنهم إزالتها على حجم الشبكة. لا تستطيع الغالبية العظمى من المرشحات إزالة الفيروسات التي تنقلها المياه ، ومعظمها ضخم جدًا لذا يصعب حملها. يجب أن يكون المرشح نفسه نظيفًا أيضًا ، وكما هو الحال مع العديد من الطرق ، يمكن أن يتلوث الماء بسهولة مرة أخرى بعد اكتمال العملية.

تعتمد المعالجات الكيميائية على التفاعلات الكيميائية لإزالة الملوثات من الماء ، وتكون المواد الكيميائية المختلفة أكثر فاعلية مع الملوثات المختلفة. يعتبر اليود أحد أقدم الأساليب لتنقية المياه الكيميائية ، والأقراص أو المحاليل التي تحتوي عليه فعالة بشكل عام في تحييد البكتيريا والفيروسات الموجودة في الماء. ومع ذلك ، يتحول اليود إلى اللون الأصفر ويترك طعمًا ورائحة كريهة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو يعمل فقط على الماء النقي بالفعل (لذلك قد تكون هناك حاجة للترشيح أولاً). كما أن المياه المراد معالجتها لا يمكن أن تكون باردة ؛ على سبيل المثال ، يجب أن تكون درجة حرارة الماء 21 درجة مئوية / 68 فهرنهايت حتى تتم إزالة الجيارديا مع اليود.

الكلور هو أوسع معالجة كيميائية للمياه استخدامًا في العالم ، وهو متوفر في شكل أقراص وسوائل وحبيبات. على الرغم من فعاليته ، إلا أنه يجب التعامل معه بعناية ، ويترك طعمًا غير سار في الماء الناتج ، مثل اليود - ولكن كما قد تتوقع ، طعمه يشبه إلى حد ما شرب حمام السباحة ماء. بدائل مثل ثنائي كلورو إيزوسيانورات الصوديوم (NaDCC) تطلق الكلور الحر ، لكن الخليط الكيميائي أكثر أمانًا لا تترك طعمًا في الماء ، لذا فهذه هي الخيارات الأكثر شيوعًا لتنقية المياه أجهزة لوحية.

بشكل عام ، تتكون أنظمة تنقية المياه من مكونات متعددة لضمان أن المياه الناتجة آمنة للشرب ونقية في الذوق. غالبًا ما تكون التهوية هي المرحلة الأولى ، حيث تسمح لأي غازات محتجزة في الماء بالهروب ، يليها التخثر ، حيث تلتصق الأوساخ والمواد الصلبة الأخرى معًا لتسهيل إزالتها ، والترسيب ، حيث تغرق الجسيمات تدريجيًا وتنفصل عن الماء تحت تأثير الجاذبية. بعد ذلك ، يتم ترشيح المياه لفصل المواد المتخثرة (الكتل) ، وأخيرًا ، تضمن المعالجة الكيميائية السلامة من الكائنات الحية الدقيقة. إذا كنت تتطلع إلى إنشاء نموذج عمل لمحطة تنقية المياه ، فيجب دمج هذه المراحل في عمليتك.

تتمثل إحدى أفضل وأسهل أفكار مشاريع تنقية المياه في إنشاء نظام تنقية قائم على الرمال للمياه. من السهل القيام بذلك مع العناصر التي من المحتمل أن تكون لديك في جميع أنحاء المنزل. احصل على زجاجتين فارغتين سعة 2 لتر من الصودا - تقطع إحداهما إلى نصفين - مرشح قهوة أو ورق ترشيح ، وبعض الرمل الناعم والرمل الخشن ، وبعضها صغير حصى ، ملعقتان ، كوبان ، دورق سعة 1 لتر ، شريط مطاطي وعينة من الماء المتسخ (سواء تم جمعه أو صنعه باستخدام التراب والعادية ماء الصنبور). الحصول على بعض كبريتات الألومنيوم والبوتاسيوم (الشب) مفيد لأنه يخثر الرواسب في العينة. إذا قمت بتنشيط الفحم ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى إزالة المكونات الإضافية من خلال التفاعلات الكيميائية.

المبدأ الأساسي لنظام تنقية المياه الرملية هو نظام الترشيح: عن طريق إرسال المياه من خلال مادة جيدة ، الملوثات الموجودة فيها سيتم احتجازها ولن ينتهي بها الأمر في الماء الذي يخرج من الجانب الآخر. في هذا المشروع ، ستستخدم النصف العلوي من زجاجة صودا سعة 2 لتر كمرشح. ضع مرشح قهوة (أو ورق ترشيح) على فوهة أعلى الزجاجة ، باستخدام الشريط المطاطي لإبقائه في مكانه ، وقلبه رأسًا على عقب بحيث يشير الجزء المقطوع لأعلى. إذا قمت بتنشيط الفحم ، أضف بوصة واحدة أو نحو ذلك إلى القاع ، ثم أضف بضع بوصات من الحصى أو الحصى الصغيرة. أضف الآن بعض الرمل الخشن فوق هذا ، وبعض الرمل الناعم فوق هذا ، وقم بإطلاق 3 إلى 4 بوصات من الرمل إجمالاً. ضع هذا - نهاية الفم لأسفل - فوق الدورق مثل القمع.

ضع الماء المتسخ في زجاجة الصودا غير المقطعة ، وقم بلف الغطاء ورج السائل لمدة نصف دقيقة لتهويته. اسكبيها في النصف السفلي من الزجاجة المقطعة وأضيفي ملعقة كبيرة من الشبة إذا كان لديك القليل مع التحريك لمدة خمس دقائق. اترك الماء لحوالي 20 دقيقة ، مما يسمح للرواسب المتخثرة بالغرق. أثناء القيام بذلك ، قم بتشغيل 2 لتر من ماء الصنبور النظيف برفق من خلال نظام الفلتر الخاص بك ، مع الحرص على عدم تعكير صفو الرمال الموجودة في الأعلى. سيستغرق هذا بعض الوقت ولكنه يجهز المرشح للعمل مع المياه المتسخة. قم بتفريغ الدورق عند الحاجة ، وبمجرد الانتهاء من ذلك وفصل الماء المتسخ جزئيًا ، يمكنك تشغيله خلال الفلتر.

قارن الماء المصفى بعينة من ماء البركة الأصلي. ما مدى جودة تنقيته؟

• من المهم ملاحظة أنه بدون المعالجة الكيميائية للمياه (حتى إذا كنت تستخدم مرشحًا للفحم النباتي) ، فمن غير المرجح أن تكون المياه آمنة تمامًا للشرب. فقط قم بفحصه بصريًا - لا تتذوقه!

يمكن استخدام المشروع في القسم الأخير في تجربة تنقية المياه في science fair بسهولة تامة. يمكنك استخدام تقنيات ترشيح مختلفة على عينات من نفس الماء المتسخ ومقارنة النتائج. على سبيل المثال ، يمكنك تجربة المشروع بالطريقة الموضحة أعلاه ، ومقارنتها بنظام تنقية المياه المتاح تجاريًا ، أو يمكنك تحقق من الاختلاف الذي تحدثه المكونات المحددة لنظام الترشيح ، على سبيل المثال ، مقارنة النتيجة النهائية مع وبدون إضافة الشب. هل يمكنك استخدام شيء مثل الإسفنج أو الأرز كمرشح بدلًا من الرمل والحصى ، وهل ستنجح أيضًا؟

أفضل فكرة لتجربة تنقية المياه في المدرسة الثانوية ، أو مجرد مشروع ، هي مقارنة الأساليب المختلفة لتنقية المياه. يمكنك بسهولة اختبار عدة طرق ، مع سهولة اختبار الغليان والترشيح والمعالجة الكيميائية. يمكنك استخدام نظام ترشيح رملي مثل النظام الموضح أعلاه أو نظام متوفر تجاريًا ، ويمكنك العثور على أقراص تنقية المياه لاختبارها أيضًا.

تتمثل إحدى الطرق البسيطة للمشروع في الحصول على عينة من المياه القذرة - باستخدام نفس الماء لجميع الاختبارات ، لتقليل المتغيرات - ومحاولة تنقيتها باستخدام كل طريقة. اختبر فعالية الطرق المختلفة باستخدام مجموعة أدوات اختبار مياه الشرب المنزلية إذا كنت تريد أن تكون محترفًا قدر الإمكان. ومع ذلك ، يمكنك أيضًا فحص الماء بصريًا من أجل الوضوح ، واختبار البكتيريا باستخدام طبق بتري ووسط نمو مثل شريحة من البطاطس المسلوقة. ضع القليل من البطاطس في كل طبق بتري وأضف قطرة ماء من كل طريقة تنقية ، جنبًا إلى جنب مع عينة غير مفلترة وعينة من مياه الصنبور النظيفة لاستخدامها كعنصر تحكم. قم بتسمية كل طبق وفقًا لذلك ، وقم بتغطيته واتركه لبضعة أيام لمنح البكتيريا فرصة للنمو.

ما هي الطريقة الأكثر فعالية؟ هل يمكنك الجمع بين طريقة أو أكثر للحصول على نتيجة أفضل؟ ما هي نقاط القوة في المناهج المختلفة؟