Ако пиете вода, която не е преминала през процес на пречистване - „сурова вода“ - рискувате да се заразите с болести, предавани по вода, произтичащи от бактерии като Escherichia coli (E. coli) и паразити като жиардия. Ето защо пречистването на водата е от съществено значение за всички и прави идеите за проекти за пречистване на водата особено добър избор за училищен научен панаир или презентация. Но преди да се впуснете в проект, най-добре е да научите основите защо водата трябва да се пречиства, различни начини, по които може да се направи и какви са вашите възможности за "метод за пречистване на водата" проект.
Защо трябва да пречистваме водата, преди да я пием?
Накратко, трябва да пречистите водата, за да сте сигурни, че е безопасно да се пие. Основните рискове във водата са паразити, бактерии, вируси и химически замърсители, естествено срещащи се, но токсични метали като олово или изкуствени химикали. Необработената вода вероятно също ще има доста груб вкус.
Двата най-важни паразита, които се намират във водата, идват от изпражненията. Точно така - ако пиете вода от естествени източници, без да я обработвате, ще пиете и малко кака. Това е не само брутно; това е основният източник на риск, когато става въпрос за непречистена вода.
Giardia е един от примерите и се среща в почти всички водни обекти в САЩ, произхождащи от човешки и животински изпражнения. Ако се заразите с лямблия, това ще предизвика диария, газове и болезнени спазми в стомаха, които започват около два или три дни след като сте изложени. Най-общо казано, това няма да доведе до дългосрочни проблеми, но може, ако сте имуносупресирани.
Другият основен паразит е криптоспоридий, който засяга почти 750 000 американци всяка година. Това е подобно на лямблията, тъй като отнема около два до три дни, за да се проявят симптомите и обикновено води до диария и стомашни спазми. Въпреки това, „крипто“ (както често се нарича) може да доведе до по-сериозни проблеми, като симптоми на панкреаса, холероподобни симптоми при имуносупресирани хора и дори евентуално водещи до смърт за хора, страдащи от СПИН. Giardia е лесно да се отстрани с филтри или йодна обработка, но крипто не се спира от повечето филтри и се нуждае от обработка с хлорен диоксид или кипене, за да се отстрани от водата.
Много видове бактерии могат да присъстват в суровата вода, но E. coli е най-често срещаната. Това може да причини диария, спазми, гадене и повръщане, а освен да останете добре хидратирани, в сериозни случаи може да се нуждаете от антибиотици. Най-често водните процедури премахват E. coli и други бактерии от водата.
По отношение на вирусите, хепатит А е основният риск от замърсена вода. Може да отнеме седмици, за да се появят симптоми, които са подобни на тези, разгледани по-горе, с изключение на болки в ставите, спазми, треска и жълта кожа в допълнение към обичайната диария и повръщане. Можете да получите ваксина, ако пътувате някъде, където не се третира добре водата им, но ако се заразите, основният съвет е да пиете много течности и след няколко дни ще бъдете добре. Третирането на вода с йод, хлорен диоксид или просто кипене на водата обикновено ви предпазва от вируси във вода.
И накрая, огромна гама от химикали може да присъства в непречистена вода и те могат да причинят подобно широк спектър от симптоми, въпреки че както обикновено диарията, гаденето, спазмите и подобни симптоми са най-много вероятно. Можете да ги филтрирате с помощта на изпаряване, но много други методи (или дори по-добре комбинация от методи) също могат да се отърват от тях.
Така че, освен ако не сте компрометирани с имунитет, вероятно няма да страдате от тежки симптоми от пиене на необработена вода, но освен ако не искате неприятна седмица на диария и спазми, трябва винаги лекувайте водата си.
Какви са методите за пречистване?
Има различни подходи, които бихте могли да проучите или тествате за проект „методи за пречистване на водата“. Те обаче могат да бъдат разделени на доста прости групи: кипене или дестилация, филтриране и различни химически обработки.
Кипенето несъмнено е най-простият метод за пречистване на водата, въпреки че се нуждаете от източник на топлина, за да го направите и отнема известно време, докато водата отново се охлади, за да може всъщност да се използва. Варенето обаче е много ефективен метод за пречистване и отнема само три минути енергично кипене, за да се премахне рискът от бактерии, паразити и вируси във водата. Основното предизвикателство, при условие че разполагате с подходящо оборудване, е предотвратяването на повторно замърсяване след пречистване на водата.
Дестилацията е много подобна на кипенето, но изисква малко повече оборудване и като цяло е по-ефективна при отстраняване на замърсителите. Поставяте водата да кипи и събирате парите, докато се кондензира. Това оставя след себе си повечето замърсители, въпреки че си струва да се отбележи, че всички замърсители с точки на кипене под тази на водата (при 100 градуса по Целзий / 212 градуса по Фаренхайт на морското равнище) все още ще присъства в кондензираната вода, вероятно с по-големи концентрации от преди. Други недостатъци са трудоемкият характер на процеса и фактът, че той обикновено изисква твърде много енергия, за да бъде икономически жизнеспособен при мащабно пречистване на водата.
Филтрацията е друг концептуално прост подход за пречистване на водата, но не е чак толкова ясен, колкото си мислите. Основната концепция е, че чрез прокарване на водата през малки пространства, замърсителите, които не могат да проникнат, остават назад. Това е доста икономично, тъй като в процеса се губи много малко вода и не изразходва много енергия. Предлагат се много различни филтри и замърсителите, които те могат да отстранят, зависят от размера на окото. По-голямата част от филтрите не могат да премахнат водни вируси и повечето от тях са доста обемисти, така че би било трудно да се носят наоколо. Самият филтър също трябва да бъде чист и както при много методи, водата може лесно да се замърси отново след приключване на процеса.
Химическите обработки зависят от химичните реакции за отстраняване на замърсителите от водата, а различните химикали са по-ефективни за различните замърсители. Йодът е един от най-старите подходи за химическо пречистване на водата, а съдържащите го таблетки или разтвори обикновено са ефективни при неутрализиране на бактерии и вируси, присъстващи във водата. Йодът обаче става вода жълт и оставя неприятен вкус и мирис. Освен това наистина работи само върху вода, която вече е бистра (така че първо може да се наложи филтриране). Водата, която трябва да се пречиства, също не може да бъде студена; например водата трябва да е при 21 C / 68 F, за да се отстранят жиардите с йод.
Хлорът е най-широко използваната химическа обработка на вода в света и се предлага под формата на таблетки, течности и гранули. Въпреки че е ефективен, с него трябва да се работи внимателно и да остави неприятен вкус в получената вода, подобно на йода - но както може да се очаква, вкусът му наподобява малко на питейния басейн вода. Алтернативи като натриев дихлороизоцианурат (NaDCC) освобождават свободен хлор, но химическата смес е по-безопасна за дръжка и не оставя вкус във водата, така че това са най-често срещаните възможности за пречистване на водата таблетки.
Най-общо казано, системите за пречистване на водата се състоят от множество компоненти, за да се гарантира, че получената вода е безопасна за пиене и чиста на вкус. Аерацията често е първият етап, който позволява на всички газове, попаднали във водата, да излязат, последвано от коагулация, където мръсотия и други твърди вещества се залепват заедно, за да ги улеснят отстраняването, и утаяване, при което частиците постепенно потъват и се отделят от водата под въздействието на земно притегляне. След това водата се филтрира, за да се отделят коагулираните (флокални) материали и накрая, химическата обработка гарантира безопасност от микроорганизмите. Ако искате да създадете работещ модел на пречиствателна станция за вода, тези етапи трябва да бъдат включени във вашия процес.
Как пречиствате водата с пясък?
Една от най-добрите и лесни идеи за пречистване на вода е създаването на система за филтриране на вода на пясък. Това е достатъчно лесно да се направи с предмети, които вероятно имате около къщата. Вземете две празни бутилки сода от 2 литра - едната, която сте разрязали наполовина - филтър за кафе или филтърна хартия, малко фин пясък и едър пясък, някои малки камъчета, няколко лъжици, две чаши, 1-литрова чаша, гумена лента и проба мръсна вода (независимо дали са събрани или направени с помощта на мръсотия и обикновени чешмяна вода). Получаването на малко алуминиев калиев сулфат (стипца) е полезно, защото коагулира утайката в пробата. Ако сте активирали въглен, това може да отстрани допълнителни компоненти чрез химични реакции.
Основният принцип на системата за пречистване на пясъчна вода е този на системата за филтриране: Чрез изпращане на водата през фин материал, замърсителите в него ще бъдат уловени и няма да попаднат във водата, която излиза от другата страна. В този проект използвате горната половина на 2-литрова бутилка сода като филтър. Поставете филтър за кафе (или филтърна хартия) върху устата на горната част на бутилката, като използвате гумената лента, за да я задържите на място, като я обърнете с главата надолу, така че срезаната част да сочи нагоре. Ако сте активирали въглен, добавете около един инч от него на дъното и след това добавете няколко инча чакъл или малки камъчета. Сега добавете малко груб пясък отгоре и малко фин пясък отгоре, стреляйки за 3 до 4 инча пясък общо. Поставете това - устата надолу - върху бехеровата чаша като фуния.
Поставете мръсната си вода в неразрязаната бутилка сода, завийте капачката и разклатете течността за половин минута, за да я проветрите. Изсипете го в долната половина на изрязаната бутилка и добавете супена лъжица стипца, ако имате, като разбърквате в продължение на пет минути. Оставете водата за около 20 минути, като оставите коагулираната утайка да потъне. Докато правите това, внимателно прокарайте 2 литра чиста чешмяна вода през филтърната си система, като внимавате да не нарушите пясъка отгоре. Това ще отнеме известно време, но подготвя филтъра ви за работа с мръсната вода. Изпразнете чашата, когато трябва, и след като направите това и мръсната вода се е отделила частично, можете да я пуснете през филтъра.
Сравнете филтрираната вода с проба от оригиналната вода за езерото. Колко добре е пречистен?
Предупреждения
Важно е да се отбележи, че без химическа обработка на водата (дори ако сте използвали въглен филтър), е малко вероятно водата да бъде напълно безопасна за пиене. Просто го огледайте визуално - не го вкусвайте!
Как се прави експеримент с воден филтър?
Проектът в последния раздел може доста лесно да се използва за научен справедлив експеримент за пречистване на водата. Можете да използвате различни техники за филтриране върху проби от една и съща мръсна вода и да сравните резултатите. Например, можете да опитате проекта с метода, описан по-горе, и да го сравните с търговска система за филтриране на вода, или бихте могли проучи разликата специфични компоненти на системата за филтриране направи, например, сравнявайки крайния резултат със и без добавяне на стипца. Бихте ли могли да използвате нещо като гъба или ориз за филтър вместо пясък и чакъл и ще работи ли и това?
Проект за методи за пречистване на водата
Най-добрата идея за експеримент за пречистване на вода за гимназия или просто проект би била да се сравнят различните подходи за пречистване на водата. Можете лесно да тествате няколко метода, като кипенето, филтрирането и химическата обработка са доста лесни за тестване. Можете да използвате система за филтриране на пясък като описаната по-горе или налична в търговската мрежа и можете да намерите таблетки за пречистване на вода, които да тествате също.
Един прост подход към даден проект би бил вземането на проба от мръсна вода - използване на една и съща вода за всички тестове, за да се сведат до минимум променливите - и опит за пречистване с помощта на всеки метод. Тествайте ефективността на различните подходи, като използвате домашен комплект за изпитване на питейна вода, ако искате да бъдете възможно най-професионални. Можете обаче също така да проверите визуално водата за яснота и да тествате за бактерии, като използвате чашка на Петри и среда за растеж като парче варен картоф. Поставете малко картоф във всяка чаша на Петри и добавете капка вода от всеки метод за пречистване, заедно с нефилтрирана проба и чиста проба от чешмяна вода, която да използвате като контрол. Етикетирайте всяко ястие съответно, покрийте ги и го оставете за няколко дни, за да се даде възможност на бактериите да растат.
Кой метод е най-ефективен? Бихте ли могли да комбинирате един или повече методи за постигане на по-добър резултат? Какви са силните страни на различните подходи?