Si vous buvez de l'eau qui n'a pas subi de processus de purification – « l'eau brute » – vous risquez de contracter des maladies d'origine hydrique provenant de bactéries telles que Escherichia coli (E. coli) et des parasites tels que Giardia. C'est pourquoi la purification de l'eau est essentielle pour tout le monde, et cela fait des idées de projets de purification de l'eau un choix particulièrement judicieux pour une expo-sciences ou une présentation scolaire. Mais avant de se lancer dans un projet, il est préférable d'apprendre les bases des raisons pour lesquelles l'eau doit être purifiée, les différentes manières de procéder et quelles sont vos options pour une "méthode de purification de l'eau" projet.
Pourquoi purifier l'eau avant de la boire ?
En bref, vous devez purifier l'eau pour être sûr qu'elle est potable. Les principaux risques dans l'eau sont les parasites, les bactéries, les virus et les polluants chimiques, les métaux naturels mais toxiques tels que le plomb ou les produits chimiques fabriqués par l'homme. L'eau non traitée aura probablement aussi un goût assez dégoûtant.
Les deux parasites les plus importants que l'on trouve dans l'eau proviennent des matières fécales. C'est vrai - si vous buvez de l'eau de source naturelle sans la traiter, vous boirez aussi un peu de caca. Ce n'est pas seulement dégoûtant; c'est la principale source de risque lorsqu'il s'agit d'eau non traitée.
Giardia en est un exemple, et on le trouve dans pratiquement tous les plans d'eau aux États-Unis, provenant d'excréments humains et animaux. Si vous êtes infecté par Giardia, cela provoquera de la diarrhée, des gaz et des crampes d'estomac douloureuses, qui commencent environ deux ou trois jours après l'exposition. D'une manière générale, cela n'entraînera pas de problèmes à long terme, mais cela peut le faire si vous êtes immunodéprimé.
L'autre parasite majeur est le cryptosporidium, qui affecte près de 750 000 Américains chaque année. Ceci est similaire à Giardia en ce sens qu'il faut environ deux à trois jours pour que les symptômes apparaissent, et cela conduit généralement à la diarrhée et des crampes d'estomac. Cependant, la «crypto» (comme on l'appelle souvent) peut entraîner des problèmes plus graves, tels que des symptômes pancréatiques, symptômes semblables à ceux du choléra chez les personnes immunodéprimées et pouvant même entraîner la mort chez les personnes souffrant de SIDA. Giardia est facile à éliminer avec des filtres ou un traitement à l'iode, mais la crypto n'est pas arrêtée par la plupart des filtres et nécessite un traitement au dioxyde de chlore ou une ébullition pour être éliminée de l'eau.
De nombreux types de bactéries peuvent être présents dans l'eau brute, mais E. coli est le plus courant. Cela peut causer de la diarrhée, des crampes, des nausées et des vomissements, et en plus de rester bien hydraté, vous pourriez avoir besoin d'antibiotiques dans les cas graves. Les traitements à l'eau les plus courants éliminent E. coli et d'autres bactéries de l'eau, cependant.
En termes de virus, l'hépatite A est le principal risque lié à l'eau contaminée. Cela peut prendre des semaines pour que les symptômes apparaissent, qui sont similaires à ceux discutés ci-dessus, sauf avec des douleurs articulaires, des crampes, de la fièvre et une peau jaune en plus de la diarrhée et des vomissements habituels. Vous pouvez vous faire vacciner si vous voyagez dans un endroit qui ne traite pas soigneusement son eau, mais si vous êtes infecté, le principal conseil est de boire beaucoup de liquide et tout ira bien dans quelques jours. Le traitement de l'eau avec de l'iode, du dioxyde de chlore ou simplement en faisant bouillir l'eau vous protège généralement des virus dans l'eau.
Enfin, une vaste gamme de produits chimiques peut être présente dans l'eau non traitée et peut provoquer une large éventail de symptômes, bien que, comme d'habitude, la diarrhée, les nausées, les crampes et les symptômes similaires soient les plus probable. Vous pouvez les filtrer par évaporation, mais de nombreuses autres méthodes (ou encore mieux, une combinaison de méthodes) peuvent également les éliminer.
Donc, à moins que vous ne soyez immunodéprimé, vous ne souffrirez probablement pas de symptômes graves en buvant de l'eau non traitée, mais à moins que vous ne vouliez une semaine désagréable de diarrhée et de crampes, vous devriez toujours traitez votre eau.
Quelles sont les méthodes de purification ?
Il existe différentes approches que vous pourriez étudier ou tester pour un projet de « méthodes de purification de l'eau ». On peut cependant les décomposer en groupes assez simples: ébullition ou distillation, filtration et divers traitements chimiques.
L'ébullition est sans aucun doute la méthode la plus simple pour purifier l'eau, bien que vous ayez besoin d'une source de chaleur pour le faire, et qu'il faut un certain temps pour que l'eau refroidisse afin qu'elle puisse être utilisée. Cependant, l'ébullition est une méthode de purification très efficace, et il ne faut que trois minutes d'ébullition vigoureuse pour éliminer le risque de bactéries, de parasites et de virus dans l'eau. Le principal défi, à condition d'avoir le bon équipement, est d'éviter la recontamination après la purification de l'eau.
La distillation est très similaire à l'ébullition, mais elle nécessite un peu plus d'équipement et est généralement plus efficace pour éliminer les contaminants. Vous réglez l'ébullition de l'eau et recueillez la vapeur au fur et à mesure qu'elle se condense. Cela laisse la plupart des contaminants, bien qu'il soit intéressant de noter que tous les contaminants dont le point d'ébullition est inférieur à celui de l'eau (à 100 degrés Celsius/212 degrés Fahrenheit au niveau de la mer) seront toujours présents dans l'eau condensée, peut-être avec des concentrations plus élevées que avant que. D'autres inconvénients sont la nature chronophage du processus et le fait qu'il nécessite généralement trop d'énergie pour être économiquement viable dans le traitement de l'eau à grande échelle.
La filtration est une autre approche conceptuellement simple de la purification de l'eau, mais elle n'est pas aussi simple qu'on pourrait le penser. Le concept de base est qu'en forçant l'eau à traverser de petits espaces, les contaminants qui ne peuvent pas passer à travers sont laissés pour compte. C'est assez économique, car très peu d'eau est gaspillée dans le processus et cela ne consomme pas beaucoup d'énergie. De nombreux filtres différents sont disponibles et les contaminants qu'ils sont capables d'éliminer dépendent de la taille du maillage. La grande majorité des filtres ne peuvent pas éliminer les virus d'origine hydrique, et la plupart d'entre eux sont assez volumineux et seraient donc difficiles à transporter. Le filtre lui-même doit également être propre et, comme pour de nombreuses méthodes, l'eau pourrait facilement être à nouveau contaminée une fois le processus terminé.
Les traitements chimiques dépendent de réactions chimiques pour éliminer les contaminants de l'eau, et différents produits chimiques sont plus efficaces pour différents contaminants. L'iode est l'une des plus anciennes approches de purification chimique de l'eau, et les comprimés ou les solutions qui en contiennent sont généralement efficaces pour neutraliser les bactéries et les virus présents dans l'eau. Cependant, l'iode jaunit l'eau et laisse un goût et une odeur désagréables. De plus, cela ne fonctionne vraiment que sur de l'eau déjà claire (une filtration peut donc être nécessaire en premier). L'eau à traiter ne peut pas non plus être froide; par exemple, l'eau doit être à 21 C/68 F pour que la Giardia soit éliminée avec de l'iode.
Le chlore est le traitement chimique de l'eau le plus utilisé au monde et il est disponible sous forme de comprimés, de liquides et de granulés. Bien qu'efficace, il doit être manipulé avec précaution, et il laisse un goût désagréable dans le l'eau résultante, un peu comme l'iode - mais comme vous pouvez vous y attendre, elle a un peu le goût d'une piscine l'eau. Des alternatives comme le dichloroisocyanurate de sodium (NaDCC) libèrent du chlore libre, mais le mélange chimique est plus sûr pour manipuler et ne laisse pas de goût dans l'eau, ce sont donc les choix les plus courants pour la purification de l'eau comprimés.
De manière générale, les systèmes de purification d'eau se composent de plusieurs composants pour garantir que l'eau résultante est potable et pure au goût. L'aération est souvent la première étape, permettant aux gaz piégés dans l'eau de s'échapper, suivie de la coagulation, où la saleté et d'autres matières solides se collent ensemble pour les rendre plus faciles à éliminer, et la sédimentation, où les particules coulent progressivement et se séparent de l'eau sous l'influence de la gravité. Après cela, l'eau est filtrée pour séparer les matériaux coagulés (flocons), et enfin, un traitement chimique assure la sécurité contre les micro-organismes. Si vous cherchez à créer un modèle fonctionnel d'une usine de purification d'eau, ces étapes doivent être intégrées à votre processus.
Comment purifier l'eau avec du sable ?
L'une des idées de projet de purification de l'eau les meilleures et les plus simples consiste à créer un système de filtration de l'eau à base de sable. C'est assez facile à faire avec des objets que vous avez probablement dans la maison. Obtenez deux bouteilles de soda vides de 2 litres - dont une que vous coupez en deux - un filtre à café ou un papier filtre, du sable fin et du sable grossier, quelques petits cailloux, quelques cuillères, deux tasses, un bécher de 1 litre, un élastique et un échantillon d'eau sale (qu'elle soit collectée ou fabriquée avec de la terre et des eau du robinet). Obtenir du sulfate d'aluminium et de potassium (alun) est utile car il coagule les sédiments dans l'échantillon. Si vous avez du charbon actif, celui-ci peut éliminer des composants supplémentaires par le biais de réactions chimiques.
Le principe de base d'un système de purification d'eau à sable est celui d'un système de filtration: En envoyant l'eau à travers le matériau fin, les contaminants présents seront piégés et ne finiront pas dans l'eau qui sort de l'autre côté. Dans ce projet, vous utilisez la moitié supérieure d'une bouteille de soda de 2 litres comme filtre. Placez un filtre à café (ou du papier filtre) sur l'embouchure du bouchon de la bouteille, en utilisant l'élastique pour le maintenir en place, en le retournant de manière à ce que la section coupée pointe vers le haut. Si vous avez du charbon actif, ajoutez-en environ un pouce au fond, puis ajoutez quelques pouces de gravier ou de petits cailloux. Maintenant, ajoutez du sable grossier par-dessus et du sable fin par-dessus, en tirant sur 3 à 4 pouces de sable au total. Placez ceci - extrémité de la bouche vers le bas - sur le bécher comme un entonnoir.
Mettez votre eau sale dans la bouteille de soda non coupée, vissez le bouchon et secouez le liquide pendant une demi-minute pour l'aérer. Versez-le dans la moitié inférieure de la bouteille coupée et ajoutez une cuillère à soupe d'alun si vous en avez, en remuant pendant cinq minutes. Laissez l'eau pendant environ 20 minutes, permettant aux sédiments coagulés de couler. Pendant que vous faites cela, faites couler doucement 2 litres d'eau du robinet propre dans votre système de filtration, en faisant attention de ne pas déranger le sable sur le dessus. Cela prendra un certain temps mais prépare votre filtre à fonctionner avec l'eau sale. Videz le bécher quand vous en avez besoin, et une fois que vous avez fait cela et que l'eau sale s'est partiellement séparée, vous pouvez la faire passer à travers le filtre.
Comparez l'eau filtrée à un échantillon de l'eau du bassin d'origine. Dans quelle mesure a-t-il été purifié ?
Mises en garde
Il est important de noter que sans traitement chimique de l'eau (même si vous avez utilisé un filtre à charbon), il est peu probable que l'eau soit parfaitement potable. Inspectez-le simplement visuellement - ne le goûtez pas !
Comment faire une expérience de filtre à eau ?
Le projet de la dernière section peut être utilisé assez facilement pour une expérience de purification de l'eau dans le cadre d'une expo-sciences. Vous pouvez utiliser différentes techniques de filtration sur des échantillons de la même eau sale et comparer les résultats. Par exemple, vous pouvez essayer le projet avec la méthode décrite ci-dessus et le comparer à un système de filtration d'eau disponible dans le commerce, ou vous pouvez étudier la différence que font les composants spécifiques du système de filtration, par exemple en comparant le résultat final avec et sans ajout d'alun. Pourriez-vous utiliser quelque chose comme une éponge ou du riz comme filtre au lieu de sable et de gravier, et cela fonctionnera-t-il aussi bien ?
Projet Méthodes de purification de l'eau
La meilleure idée pour une expérience de purification d'eau pour le lycée, ou simplement un projet, serait de comparer les différentes approches pour la purification de l'eau. Vous pouvez facilement tester plusieurs méthodes, l'ébullition, la filtration et le traitement chimique étant tous assez faciles à tester. Vous pouvez utiliser un système de filtration sur sable comme celui décrit ci-dessus ou un système disponible dans le commerce, et vous pouvez également trouver des comprimés de purification d'eau à tester.
Une approche simple pour un projet serait d'obtenir un échantillon d'eau sale - en utilisant la même eau pour tous les tests, afin de minimiser les variables - et d'essayer de la purifier en utilisant chaque méthode. Testez l'efficacité des différentes approches à l'aide d'un kit de test d'eau potable à domicile si vous voulez être le plus professionnel possible. Cependant, vous pouvez également inspecter visuellement la clarté de l'eau et rechercher des bactéries à l'aide d'une boîte de Pétri et d'un milieu de croissance tel qu'une tranche de pomme de terre bouillie. Mettez un peu de pomme de terre dans chaque boîte de Pétri et ajoutez une goutte d'eau de chaque méthode de purification, ainsi qu'un échantillon non filtré et un échantillon d'eau du robinet propre à utiliser comme contrôle. Étiquetez chaque plat en conséquence, couvrez-les et laissez-le pendant quelques jours pour permettre aux bactéries de se développer.
Quelle méthode a été la plus efficace? Pourriez-vous combiner une ou plusieurs méthodes pour obtenir un meilleur résultat? Quels sont les points forts des différentes approches ?