Hvis du drikker vand, der ikke har været igennem en rensningsproces - "rå vand" - risikerer du at få vandbårne sygdomme som følge af bakterier som Escherichia coli (E. coli) og parasitter såsom giardia. Derfor er vandrensning afgørende for alle, og det gør ideer til vandrensningsprojekter til et særligt godt valg til en skolevidenskabsmesse eller præsentation. Men inden du springer ind i et projekt, er det bedst at lære det grundlæggende om, hvorfor vand skal renses, nemlig forskellige måder, hvorpå det kan gøres, og hvad dine muligheder er for en "metode til oprensning af vand" projekt.
Hvorfor skal vi rense vand, før vi drikker det?
Kort sagt skal du rense vand, så du kan være sikker på, at det er sikkert at drikke. De største risici i vand er parasitter, bakterier, vira og kemiske forurenende stoffer, der naturligt forekommer, men alligevel giftige metaller såsom bly eller menneskeskabte kemikalier. Ubehandlet vand vil sandsynligvis også smage ret groft.
De to vigtigste parasitter, der findes i vand, kommer fra afføring. Det er rigtigt - hvis du drikker vand fra naturlige kilder uden at behandle det, drikker du også lidt kæbe. Dette er ikke kun groft; det er den største risikokilde, når det kommer til ubehandlet vand.
Giardia er et eksempel, og det findes stort set i alle vandområder i USA, der kommer fra afføring fra mennesker og dyr. Hvis du bliver smittet med giardia, vil det forårsage diarré, gas og smertefulde mavekramper, som starter cirka to eller tre dage efter, at du er udsat for. Generelt vil dette ikke føre til langsigtede problemer, men det kan, hvis du er immunsupprimeret.
Den anden store parasit er kryptosporidium, som hvert år rammer næsten 750.000 amerikanere. Dette svarer til giardia, idet det tager cirka to til tre dage for symptomer at vise, og det fører generelt til diarré og mavekramper. Imidlertid kan "krypto" (som det ofte kaldes) føre til mere alvorlige problemer, såsom symptomer på bugspytkirtlen, kolera-lignende symptomer hos immunsupprimerede mennesker og endda muligvis føre til døden for mennesker, der lider af AIDS. Giardia er let at fjerne med filtre eller jodbehandling, men krypto stoppes ikke af de fleste filtre og har brug for klordioxidbehandling eller kogning for at fjerne det fra vand.
Mange typer bakterier kan være til stede i rå vand, men E. coli er den mest almindelige. Dette kan forårsage diarré, kramper, kvalme og opkastning, og såvel som at holde sig godt hydreret, kan du i alvorlige tilfælde have brug for antibiotika. De mest almindelige vandbehandlinger fjerner E. coli og andre bakterier fra vand.
Med hensyn til vira er hepatitis A den største risiko fra forurenet vand. Det kan tage uger for symptomer, der ligner dem, der er diskuteret ovenfor, undtagen med ledsmerter, kramper, feber og gul hud ud over den sædvanlige diarré og opkastning. Du kan få en vaccine, hvis du rejser et sted, der ikke behandler deres vand grundigt, men hvis du bliver smittet, er det vigtigste råd at drikke rigeligt med væsker, og du vil være OK om et par dage. Vandbehandling med jod, chlordioxid eller ved simpelthen at koge vandet beskytter dig normalt mod vira i vand.
Endelig kan et stort udvalg af kemikalier være til stede i ubehandlet vand, og de kan forårsage en lignende bred vifte af symptomer, selvom der som sædvanlig er diarré, kvalme, kramper og lignende symptomer mest sandsynligvis. Du kan filtrere disse ud ved hjælp af fordampning, men mange andre metoder (eller endnu bedre, en kombination af metoder) kan også slippe af med dem.
Så medmindre du er immunkompromitteret, vil du sandsynligvis ikke lide alvorlige symptomer ved at drikke ubehandlet vand, men medmindre du vil have en ubehagelig uge med diarré og kramper, bør du altid behandle dit vand.
Hvad er metoderne til oprensning?
Der er forskellige tilgange, du kan undersøge eller teste for et "metode til rensning af vand" -projekt. De kan dog opdeles i ret enkle grupper: kogning eller destillation, filtrering og forskellige kemiske behandlinger.
Kogning er utvivlsomt den enkleste metode til at rense vand, selvom du har brug for en varmekilde for at gøre det, og det tager lidt tid for vandet at køle ned igen, så det rent faktisk kan bruges. Kogning er dog en meget effektiv oprensningsmetode, og det tager kun tre minutter med kraftig kogning at fjerne risikoen fra bakterier, parasitter og vira i vandet. Den største udfordring, forudsat at du har det rigtige udstyr, er at forhindre rekontaminering, efter at vandet er renset.
Destillation svarer meget til kogning, men det kræver lidt mere udstyr og er generelt mere effektivt til at fjerne forurenende stoffer. Du sætter vandet kogende og samler dampen, når den kondenserer. Dette efterlader de fleste forurenende stoffer, selvom det er værd at bemærke, at forurenende stoffer med kogepunkter under vandets (ved 100 grader Celsius / 212 grader Fahrenheit ved havoverfladen) vil stadig være til stede i det kondenserede vand, muligvis med større koncentrationer end Før. Andre ulemper er den tidskrævende karakter af processen, og det faktum, at det generelt kræver for meget energi for at være økonomisk levedygtig i storskala vandbehandling.
Filtrering er en anden begrebsmæssig enkel tilgang til vandrensning, men det er ikke lige så ligetil som du måske tror. Det grundlæggende koncept er, at ved at tvinge vandet gennem små rum, bliver forurenende stoffer, der ikke kan passere igennem, efterladt. Det er ret økonomisk, fordi der spildes meget lidt vand i processen, og det bruger ikke meget energi. Der findes mange forskellige filtre, og de forurenende stoffer, de er i stand til at fjerne, afhænger af størrelsen på masken. Langt de fleste filtre kan ikke fjerne vandbårne vira, og de fleste af dem er ret voluminøse, så det ville være svært at bære rundt. Selve filteret skal også være rent, og som med mange metoder kan vandet let blive forurenet igen, når processen er afsluttet.
Kemiske behandlinger afhænger af kemiske reaktioner for at fjerne forurenende stoffer fra vand, og forskellige kemikalier er mere effektive for forskellige forurenende stoffer. Jod er en af de ældste tilgange til kemisk vandrensning, og tabletter eller opløsninger, der indeholder det, er generelt effektive til at neutralisere bakterier og vira, der er til stede i vand. Imidlertid bliver jod vandgult og efterlader en ubehagelig smag og lugt. Plus, det fungerer kun virkelig på vand, der allerede er klart (så filtrering kan være nødvendig først). Det vand, der skal behandles, kan heller ikke være koldt; for eksempel skal vandet være ved 21 ° C for at giardia kan fjernes med jod.
Klor er den mest anvendte kemiske vandbehandling i verden, og den fås i form af tabletter, væsker og granulater. På trods af at det er effektivt, skal det håndteres omhyggeligt, og det efterlader en ubehagelig smag i resulterende vand, ligesom jod - men som du måske forventer, smager det lidt som at drikke swimmingpool vand. Alternativer som natriumdichlorisocyanurat (NaDCC) frigiver frit klor, men den kemiske blanding er sikrere over for håndtere og efterlader ikke en smag i vandet, så det er de mest almindelige valg til vandrensning tabletter.
Generelt består vandrensningssystemer af flere komponenter for at sikre, at det resulterende vand er sikkert at drikke og rent i smag. Beluftning er ofte det første trin, hvor alle gasser, der er fanget i vandet, kan slippe ud, efterfulgt af koagulation, hvor snavs og andet fast stof holder fast sammen for at gøre dem lettere at fjerne og sedimentering, hvor partiklerne gradvist synker og adskilles fra vandet under påvirkning af tyngdekraft. Herefter filtreres vandet for at adskille de koagulerede (floc) materialer, og endelig sikrer kemisk behandling sikkerhed fra mikroorganismer. Hvis du ønsker at oprette en arbejdsmodel af et vandrensningsanlæg, skal disse trin integreres i din proces.
Hvordan renser du vand med sand?
En af de bedste og nemmeste ideer til vandrensningsprojekt er at skabe et sandbaseret filtreringssystem til vand. Dette er let nok at gøre med genstande, som du sandsynligvis har rundt i huset. Få to tomme 2-liters sodaflasker - hvoraf den ene skæres i to - et kaffefilter eller filterpapir, noget fint sand og groft sand, noget lille småsten, et par skeer, to kopper, et 1-liters bægerglas, et gummibånd og en prøve snavset vand (hvad enten det er opsamlet eller lavet med snavs og almindeligt postevand). At få noget aluminiumkaliumsulfat (alun) er nyttigt, fordi det koagulerer sedimentet i prøven. Hvis du har aktivt kul, kan dette fjerne yderligere komponenter gennem kemiske reaktioner.
Det grundlæggende princip i et sandvandrensningssystem er et filtreringssystem: Ved at sende vandet gennem vandet fint materiale, forurenende stoffer, der findes i det, bliver fanget og vil ikke ende i vandet, der kommer ud af den anden side. I dette projekt bruger du den øverste halvdel af en 2-liters sodavand som filter. Læg et kaffefilter (eller filterpapir) over flaskens munding ved hjælp af gummibåndet for at holde det på plads, og vend det på hovedet, så snittet peger opad. Hvis du har aktiveret trækul, skal du tilføje en tomme af det til bunden og derefter tilføje et par centimeter grus eller små småsten. Tilsæt nu noget groft sand oven på dette, og noget fint sand oven på dette og skyder i alt 3 til 4 tommer sand. Placer denne - mundenden nedad - oven på bægerglasset som en tragt.
Sæt dit beskidte vand i den uskårne sodaflaske, skru dækslet på og ryst væsken i et halvt minut for at lufte det. Hæld det ud i den nederste halvdel af den skårne flaske, og tilsæt en spiseskefuld alun, hvis du har noget, omrør i fem minutter. Lad vandet være i ca. 20 minutter, så det koagulerede sediment kan synke. Mens du gør dette, skal du forsigtigt køre 2 liter rent ledningsvand gennem dit filtersystem, og pas på ikke at forstyrre sandet på toppen. Dette vil tage noget tid, men forbereder dit filter til at arbejde med det snavsede vand. Tøm bægerglasset, når du har brug for det, og når du har gjort det, og det beskidte vand er delvist adskilt, kan du køre det gennem filteret.
Sammenlign det filtrerede vand med en prøve af det originale damvand. Hvor godt er det blevet renset?
Advarsler
Det er vigtigt at bemærke, at uden kemisk vandbehandling (selvom du brugte et kulfilter), er det usandsynligt, at vandet er helt sikkert at drikke. Undersøg det bare visuelt - smag det ikke!
Hvordan laver man et vandfiltereksperiment?
Projektet i sidste afsnit kan bruges til et videnskabeligt fair vandrensningseksperiment ganske let. Du kan bruge forskellige filtreringsteknikker på prøver af det samme snavsede vand og sammenligne resultaterne. For eksempel kan du prøve projektet med metoden beskrevet ovenfor og sammenligne dette med et kommercielt tilgængeligt vandfiltreringssystem, eller du kan undersøge forskellen specifikke komponenter i filtreringssystemet gøre, for eksempel sammenligne slutresultatet med og uden tilsætning af alun. Kunne du bruge noget som en svamp eller ris til et filter i stedet for sand og grus, og vil det også fungere?
Metoder til rensning af vandprojekt
Den bedste idé til et vandrensningseksperiment til gymnasiet eller bare et projekt ville være at sammenligne de forskellige tilgange til vandrensning. Du kan let teste flere metoder, hvor kogning, filtrering og kemisk behandling alt sammen er ret let at teste. Du kan bruge et sandfiltreringssystem som det ovenfor beskrevne eller et kommercielt tilgængeligt, og du kan også finde vandrensningstabletter til test.
En simpel tilgang til et projekt ville være at få en prøve af snavset vand - ved hjælp af det samme vand til alle tests, for at minimere variabler - og forsøge at rense det ved hjælp af hver metode. Test effektiviteten af de forskellige tilgange ved hjælp af et test-kit til drikkevand til hjemmet, hvis du vil være så professionel som muligt. Du kan dog også inspicere vandet for at få klarhed og teste for bakterier ved hjælp af en petriskål og et vækstmedium, såsom et stykke kogt kartoffel. Læg en smule kartoffel i hver petriskål og tilsæt en dråbe vand fra hver oprensningsmetode sammen med en ufiltreret prøve og en ren ledningsvandprøve, der skal bruges som kontrol. Mærk hver skål i overensstemmelse hermed, dæk dem og lad den stå i et par dage for at give bakterierne mulighed for at vokse.
Hvilken metode var den mest effektive? Kunne du kombinere en eller flere metoder for at give et bedre resultat? Hvad er styrkerne ved de forskellige tilgange?