Schulprojekte zu Wasserreinigungsbehandlungen

Wenn Sie Wasser trinken, das keinen Reinigungsprozess durchlaufen hat – „Rohwasser“ – riskieren Sie durch Wasser übertragene Krankheiten, die von Bakterien wie Escherichia coli (E. coli) und Parasiten wie Giardien. Aus diesem Grund ist die Wasseraufbereitung für alle unverzichtbar und macht Projektideen zur Wasseraufbereitung zu einer besonders guten Wahl für eine schulische Wissenschaftsmesse oder Präsentation. Bevor Sie jedoch in ein Projekt einsteigen, sollten Sie die Grundlagen lernen, warum Wasser gereinigt werden muss verschiedene Möglichkeiten, wie dies getan werden kann und welche Möglichkeiten Sie für eine "Methode zur Reinigung von Wasser" haben Projekt.

Kurz gesagt, Sie müssen das Wasser reinigen, damit Sie sicher sein können, dass es trinkbar ist. Die Hauptrisiken im Wasser sind Parasiten, Bakterien, Viren und chemische Schadstoffe, natürlich vorkommende, aber giftige Metalle wie Blei oder künstliche Chemikalien. Unbehandeltes Wasser wird wahrscheinlich auch ziemlich eklig schmecken.

Die beiden wichtigsten im Wasser vorkommenden Parasiten stammen aus dem Kot. Das ist richtig – wenn Sie Wasser aus natürlichen Quellen trinken, ohne es aufzubereiten, trinken Sie auch ein bisschen Kot. Das ist nicht nur grob; es ist die Hauptrisikoquelle, wenn es um unbehandeltes Wasser geht.

Giardia ist ein Beispiel, und es kommt in praktisch jedem Gewässer in den USA vor, das aus menschlichen und tierischen Fäkalien stammt. Wenn Sie sich mit Giardien infizieren, führt dies zu Durchfall, Blähungen und schmerzhaften Magenkrämpfen, die etwa zwei oder drei Tage nach der Exposition beginnen. Im Allgemeinen wird dies zu keinen langfristigen Problemen führen, aber es kann sein, wenn Sie immunsupprimiert sind.

Der andere Hauptparasit ist Cryptosporidium, von dem jedes Jahr fast 750.000 Amerikaner betroffen sind. Dies ist ähnlich wie bei Giardien, da es etwa zwei bis drei Tage dauert, bis sich Symptome zeigen, und es führt im Allgemeinen zu Durchfall und Magenkrämpfen. „Krypto“ (wie es oft genannt wird) kann jedoch zu schwerwiegenderen Problemen wie Pankreassymptomen, Cholera-ähnliche Symptome bei immunsupprimierten Menschen und sogar möglicherweise zum Tod bei Menschen mit AIDS. Giardia ist mit Filtern oder Jodbehandlung leicht zu entfernen, aber Krypto wird von den meisten Filtern nicht gestoppt und muss mit Chlordioxid behandelt oder gekocht werden, um es aus dem Wasser zu entfernen.

Im Rohwasser können viele Bakterienarten vorkommen, aber E. coli ist am häufigsten. Dies kann zu Durchfall, Krämpfen, Übelkeit und Erbrechen führen, und neben einer ausreichenden Flüssigkeitszufuhr benötigen Sie in schweren Fällen möglicherweise Antibiotika. Die gängigsten Wasserbehandlungen entfernen E. coli und andere Bakterien aus Wasser.

In Bezug auf Viren ist Hepatitis A das Hauptrisiko durch verunreinigtes Wasser. Es kann Wochen dauern, bis Symptome auftreten, die den oben beschriebenen ähnlich sind, außer mit Gelenkschmerzen, Krämpfen, Fieber und gelber Haut zusätzlich zu den üblichen Durchfällen und Erbrechen. Sie können sich impfen lassen, wenn Sie an einen Ort reisen, der das Wasser nicht gründlich aufbereitet, aber wenn Sie sich infizieren, ist der wichtigste Ratschlag, viel Flüssigkeit zu trinken und in ein paar Tagen ist alles in Ordnung. Eine Wasserbehandlung mit Jod, Chlordioxid oder einfach durch Abkochen des Wassers schützt Sie in der Regel vor Viren im Wasser.

Schließlich können in unbehandeltem Wasser eine Vielzahl von Chemikalien vorhanden sein, die eine ähnliche Wirkung haben breites Spektrum an Symptomen, wobei wie üblich Durchfall, Übelkeit, Krämpfe und ähnliche Symptome am häufigsten auftreten wahrscheinlich. Sie können diese durch Verdunstung herausfiltern, aber viele andere Methoden (oder noch besser eine Kombination von Methoden) können sie auch entfernen.

Wenn Sie also nicht immungeschwächt sind, werden Sie wahrscheinlich keine schweren Symptome durch das Trinken von unbehandeltem Wasser haben immer behandeln Sie Ihr Wasser.

Es gibt verschiedene Ansätze, die Sie für ein Projekt "Methoden zur Reinigung von Wasser" untersuchen oder testen könnten. Sie können jedoch in ziemlich einfache Gruppen unterteilt werden: Kochen oder Destillieren, Filtration und verschiedene chemische Behandlungen.

Kochen ist zweifellos die einfachste Methode, um Wasser zu reinigen, obwohl Sie dazu eine Wärmequelle benötigen und es einige Zeit dauert, bis das Wasser wieder abgekühlt ist, damit es tatsächlich verwendet werden kann. Kochen ist jedoch eine sehr effektive Reinigungsmethode, und es dauert nur drei Minuten kräftiges Kochen, um das Risiko von Bakterien, Parasiten und Viren im Wasser zu beseitigen. Die größte Herausforderung besteht darin, eine Rekontamination nach der Reinigung des Wassers zu verhindern, vorausgesetzt, Sie haben die richtige Ausrüstung.

Die Destillation ist dem Kochen sehr ähnlich, erfordert jedoch etwas mehr Ausrüstung und ist im Allgemeinen effektiver bei der Entfernung von Verunreinigungen. Sie bringen das Wasser zum Kochen und sammeln den Dampf, während er kondensiert. Dies hinterlässt die meisten Verunreinigungen, obwohl es erwähnenswert ist, dass alle Verunreinigungen mit Siedepunkten unter dem von Wasser (bei 100 ° C) Grad Celsius/212 Grad Fahrenheit auf Meereshöhe) im Kondenswasser noch vorhanden sein, möglicherweise in höheren Konzentrationen als Vor. Weitere Nachteile sind der zeitaufwendige Prozess und die Tatsache, dass er im Allgemeinen zu viel Energie benötigt, um in der großtechnischen Wasseraufbereitung wirtschaftlich rentabel zu sein.

Filtration ist ein weiterer konzeptionell einfacher Ansatz zur Wasserreinigung, aber es ist nicht ganz so einfach, wie Sie vielleicht denken. Das Grundkonzept besteht darin, dass durch das Drücken des Wassers durch kleine Räume Verunreinigungen zurückgelassen werden, die nicht hindurchpassen können. Es ist sehr wirtschaftlich, weil dabei sehr wenig Wasser verschwendet wird und es nicht viel Energie verbraucht. Es stehen viele verschiedene Filter zur Verfügung, und die Verunreinigungen, die sie entfernen können, hängen von der Maschengröße ab. Die überwiegende Mehrheit der Filter kann keine Viren im Wasser entfernen, und die meisten von ihnen sind ziemlich sperrig und daher schwer zu transportieren. Auch der Filter selbst muss sauber sein, und wie bei vielen Methoden kann das Wasser nach Abschluss des Prozesses leicht wieder verunreinigt werden.

Chemische Behandlungen hängen von chemischen Reaktionen ab, um Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen, und verschiedene Chemikalien sind für verschiedene Verunreinigungen wirksamer. Jod ist einer der ältesten Ansätze zur chemischen Wasserreinigung, und Tabletten oder Lösungen, die es enthalten, sind im Allgemeinen wirksam bei der Neutralisierung von im Wasser vorhandenen Bakterien und Viren. Jod färbt Wasser jedoch gelb und hinterlässt einen unangenehmen Geschmack und Geruch. Außerdem funktioniert es nur bei bereits klarem Wasser wirklich (daher ist möglicherweise zuerst eine Filtration erforderlich). Das zu behandelnde Wasser darf auch nicht kalt sein; zum Beispiel muss das Wasser eine Temperatur von 21 ° C haben, damit Giardien mit Jod entfernt werden können.

Chlor ist die weltweit am weitesten verbreitete chemische Wasseraufbereitung und ist in Form von Tabletten, Flüssigkeiten und Granulaten erhältlich. Obwohl es wirksam ist, muss es vorsichtig behandelt werden und hinterlässt einen unangenehmen Geschmack im resultierendes Wasser, ähnlich wie Jod – aber wie zu erwarten, schmeckt es ein bisschen nach Schwimmbadtrinken Wasser. Alternativen wie Natriumdichlorisocyanurat (NaDCC) setzen freies Chlor frei, aber das chemische Gemisch ist sicherer handhaben und hinterlässt keinen Geschmack im Wasser, daher sind dies die häufigsten Optionen für die Wasserreinigung Tablets.

Im Allgemeinen bestehen Wasseraufbereitungssysteme aus mehreren Komponenten, um sicherzustellen, dass das resultierende Wasser trinkbar und geschmacksrein ist. Die Belüftung ist oft die erste Stufe, bei der im Wasser eingeschlossene Gase entweichen können, gefolgt von der Koagulation, in der Schmutz und andere Feststoffe haften bleiben zusammen, um sie leichter entfernen zu können, und Sedimentation, bei der die Partikel allmählich absinken und sich unter dem Einfluss von influence vom Wasser trennen Schwere. Danach wird das Wasser gefiltert, um die koagulierten (Flock-)Materialien zu trennen, und schließlich sorgt eine chemische Behandlung für die Sicherheit vor Mikroorganismen. Wenn Sie ein funktionierendes Modell einer Wasseraufbereitungsanlage erstellen möchten, sollten diese Schritte in Ihren Prozess integriert werden.

Eine der besten und einfachsten Projektideen zur Wasseraufbereitung ist die Schaffung eines sandbasierten Filtersystems für Wasser. Dies ist mit Gegenständen, die Sie wahrscheinlich im Haus haben, einfach genug. Holen Sie sich zwei leere 2-Liter-Soda-Flaschen – von denen Sie eine halbieren – einen Kaffeefilter oder Filterpapier, etwas feinen Sand und groben Sand, einige klein Kieselsteine, ein paar Löffel, zwei Tassen, ein 1-Liter-Becher, ein Gummiband und eine Probe Schmutzwasser (entweder gesammelt oder aus Schmutz und gewöhnlichem Leitungswasser). Es ist nützlich, etwas Aluminiumkaliumsulfat (Alaun) zu erhalten, da es das Sediment in der Probe koaguliert. Wenn Sie Aktivkohle haben, kann diese durch chemische Reaktionen zusätzliche Bestandteile entfernen.

Das Grundprinzip einer Sandwasseraufbereitungsanlage ist das einer Filteranlage: Indem das Wasser durch die feines Material, darin enthaltene Verunreinigungen werden eingeschlossen und gelangen nicht in das Wasser, das auf der anderen Seite austritt. In diesem Projekt verwenden Sie die obere Hälfte einer 2-Liter-Soda-Flasche als Filter. Legen Sie einen Kaffeefilter (oder Filterpapier) über die Öffnung des Flaschendeckels, halten Sie ihn mit dem Gummiband fest und drehen Sie ihn auf den Kopf, sodass der Schnitt nach oben zeigt. Wenn du Aktivkohle hast, füge ein paar Zentimeter davon zum Boden hinzu und füge dann ein paar Zentimeter Kies oder kleine Kieselsteine ​​hinzu. Fügen Sie nun etwas groben Sand darüber und etwas feinen Sand hinzu, so dass insgesamt 3 bis 4 Zoll Sand entstehen. Legen Sie diese – Mundende nach unten – wie einen Trichter auf den Becher.

Füllen Sie Ihr schmutziges Wasser in die ungeschnittene Sodaflasche, schrauben Sie den Verschluss auf und schütteln Sie die Flüssigkeit eine halbe Minute lang, um sie zu belüften. Gießen Sie es in die untere Hälfte der geschnittenen Flasche und fügen Sie einen Esslöffel Alaun hinzu, wenn Sie etwas haben, und rühren Sie es fünf Minuten lang. Lassen Sie das Wasser etwa 20 Minuten stehen, damit das koagulierte Sediment absinken kann. Lassen Sie dabei 2 Liter sauberes Leitungswasser vorsichtig durch Ihr Filtersystem laufen und achten Sie darauf, den Sand oben nicht aufzuwirbeln. Dies dauert einige Zeit, bereitet Ihren Filter jedoch darauf vor, mit dem schmutzigen Wasser zu arbeiten. Leeren Sie den Becher bei Bedarf, und wenn Sie das getan haben und sich das Schmutzwasser teilweise abgeschieden hat, können Sie es durch den Filter laufen lassen.

Vergleichen Sie das gefilterte Wasser mit einer Probe des ursprünglichen Teichwassers. Wie gut wurde es gereinigt?

• Es ist wichtig zu beachten, dass das Wasser ohne chemische Wasseraufbereitung (selbst wenn Sie einen Aktivkohlefilter verwendet haben) unwahrscheinlich ist, dass das Wasser völlig trinkbar ist. Inspizieren Sie es einfach visuell – probieren Sie es nicht!

Das Projekt im letzten Abschnitt kann ganz einfach für ein wissenschaftsgerechtes Wasserreinigungsexperiment verwendet werden. Sie können verschiedene Filtrationstechniken an Proben desselben Schmutzwassers anwenden und die Ergebnisse vergleichen. Sie können das Projekt beispielsweise mit der oben beschriebenen Methode ausprobieren und diese mit einem handelsüblichen Wasserfiltersystem vergleichen, oder Sie könnten Untersuchen Sie den Unterschied, den bestimmte Komponenten des Filtersystems machen, indem Sie beispielsweise das Endergebnis mit und ohne Alaunzusatz vergleichen. Könnten Sie anstelle von Sand und Kies so etwas wie einen Schwamm oder Reis für einen Filter verwenden, und funktioniert das auch?

Die beste Idee für ein Wasserreinigungsexperiment für die Oberstufe oder nur ein Projekt wäre, die verschiedenen Ansätze zur Wasserreinigung zu vergleichen. Sie können problemlos mehrere Methoden testen, wobei Sieden, Filtrieren und chemische Behandlung alle ziemlich einfach zu testen sind. Sie können ein Sandfiltersystem wie das oben beschriebene oder ein im Handel erhältliches verwenden, und Sie können auch Wasserreinigungstabletten zum Testen finden.

Ein einfacher Ansatz für ein Projekt wäre, eine Probe schmutzigen Wassers zu entnehmen – mit dem gleichen Wasser für alle Tests, um Variablen zu minimieren – und zu versuchen, es mit jeder Methode zu reinigen. Testen Sie die Wirksamkeit der verschiedenen Ansätze mit einem Trinkwassertest-Set für zu Hause, wenn Sie so professionell wie möglich sein möchten. Sie können das Wasser jedoch auch visuell auf Klarheit überprüfen und mit einer Petrischale und einem Wachstumsmedium wie einer Scheibe gekochter Kartoffel auf Bakterien testen. Geben Sie ein wenig Kartoffel in jede Petrischale und fügen Sie einen Tropfen Wasser aus jeder Reinigungsmethode hinzu, zusammen mit einer ungefilterten Probe und einer sauberen Leitungswasserprobe als Kontrolle. Beschriften Sie jedes Gericht entsprechend, decken Sie es ab und lassen Sie es einige Tage stehen, damit die Bakterien wachsen können.

Welche Methode war die effektivste? Könnten Sie eine oder mehrere Methoden kombinieren, um ein besseres Ergebnis zu erzielen? Was sind die Stärken der verschiedenen Ansätze?