Als u water drinkt dat niet door een zuiveringsproces is gegaan - "onbewerkt water" - loopt u het risico om door water overgedragen ziekten op te lopen die afkomstig zijn van bacteriën zoals Escherichia coli (E. coli) en parasieten zoals Giardia. Daarom is waterzuivering voor iedereen essentieel en zijn projectideeën voor waterzuivering een bijzonder goede keuze voor een wetenschapsbeurs of presentatie op school. Maar voordat u aan een project begint, kunt u het beste de basis leren waarom water moet worden gezuiverd, de verschillende manieren waarop het kan en wat uw opties zijn voor een "methode van waterzuivering" projecteren.
Waarom moeten we water zuiveren voordat we het drinken?
Kortom, je moet water zuiveren, zodat je zeker weet dat het veilig is om te drinken. De belangrijkste risico's in water zijn parasieten, bacteriën, virussen en chemische verontreinigende stoffen, natuurlijk voorkomende maar giftige metalen zoals lood, of door de mens gemaakte chemicaliën. Onbehandeld water zal waarschijnlijk ook behoorlijk vies smaken.
De twee belangrijkste parasieten die in water worden aangetroffen, komen uit de ontlasting. Dat klopt - als je water uit natuurlijke bronnen drinkt zonder het te behandelen, drink je ook een beetje kak. Dit is niet alleen walgelijk; het is de belangrijkste bron van risico als het gaat om onbehandeld water.
Giardia is een voorbeeld, en het wordt gevonden in vrijwel elk water in de VS, afkomstig van menselijke en dierlijke uitwerpselen. Als u besmet raakt met Giardia, veroorzaakt dit diarree, gasvorming en pijnlijke maagkrampen, die ongeveer twee of drie dagen nadat u bent blootgesteld beginnen. Over het algemeen zal dit niet leiden tot problemen op de lange termijn, maar het kan wel als je immunosuppressie hebt.
De andere belangrijke parasiet is cryptosporidium, dat jaarlijks bijna 750.000 Amerikanen treft. Dit is vergelijkbaar met Giardia in die zin dat het ongeveer twee tot drie dagen duurt voordat de symptomen verschijnen, en het leidt over het algemeen tot diarree en maagkrampen. "crypto" (zoals het vaak wordt genoemd) kan echter leiden tot ernstigere problemen, zoals pancreassymptomen, cholera-achtige symptomen bij mensen met een onderdrukt immuunsysteem en mogelijk zelfs leidend tot de dood voor mensen die lijden aan AIDS. Giardia is gemakkelijk te verwijderen met filters of jodiumbehandeling, maar crypto wordt niet tegengehouden door de meeste filters en heeft chloordioxidebehandeling of koken nodig om uit water te verwijderen.
In ruw water kunnen veel soorten bacteriën aanwezig zijn, maar E. coli komt het meest voor. Dit kan diarree, krampen, misselijkheid en braken veroorzaken, en naast goed gehydrateerd te blijven, heeft u in ernstige gevallen mogelijk antibiotica nodig. De meest voorkomende waterbehandelingen verwijderen E. coli en andere bacteriën uit water, dat wel.
In termen van virussen is hepatitis A het belangrijkste risico van besmet water. Het kan weken duren voordat symptomen verschijnen die vergelijkbaar zijn met de hierboven besproken symptomen, behalve met gewrichtspijn, krampen, koorts en een gele huid naast de gebruikelijke diarree en braken. Je kunt een vaccin krijgen als je ergens heen reist waar hun water niet grondig wordt behandeld, maar als je besmet raakt, is het belangrijkste advies om veel te drinken en binnen een paar dagen ben je weer in orde. Waterbehandeling met jodium, chloordioxide of door het water simpelweg te koken, beschermt u meestal tegen virussen in water.
Ten slotte kan een enorm scala aan chemicaliën aanwezig zijn in onbehandeld water, en ze kunnen een vergelijkbare breed scala aan symptomen, hoewel zoals gewoonlijk diarree, misselijkheid, krampen en soortgelijke symptomen het meest zijn waarschijnlijk. Je kunt deze eruit filteren door middel van verdamping, maar veel andere methoden (of beter nog, een combinatie van methoden) kunnen er ook vanaf komen.
Dus tenzij je immuungecompromitteerd bent, zul je waarschijnlijk geen ernstige symptomen krijgen van het drinken van onbehandeld water, maar tenzij je een onaangename week of zo van diarree en krampen wilt, moet je altijd behandel uw water.
Wat zijn de zuiveringsmethoden?
Er zijn verschillende benaderingen die je zou kunnen onderzoeken of testen voor een project "methoden voor het zuiveren van water". Ze kunnen echter worden onderverdeeld in vrij eenvoudige groepen: koken of distillatie, filtratie en verschillende chemische behandelingen.
Koken is ongetwijfeld de eenvoudigste methode om water te zuiveren, hoewel je daarvoor wel een warmtebron nodig hebt, en het duurt even voordat het water weer is afgekoeld, zodat het echt kan worden gebruikt. Koken is echter een zeer effectieve methode van zuivering en het duurt slechts drie minuten krachtig koken om het risico van bacteriën, parasieten en virussen in het water te verwijderen. De grootste uitdaging, mits u over de juiste apparatuur beschikt, is het voorkomen van herbesmetting nadat het water is gezuiverd.
Destilleren lijkt erg op koken, maar het vereist wat meer apparatuur en is over het algemeen effectiever in het verwijderen van verontreinigingen. Je zet het water aan de kook en verzamelt de damp terwijl deze condenseert. Hierdoor blijven de meeste verontreinigingen achter, hoewel het vermeldenswaard is dat verontreinigingen met kookpunten onder die van water (bij 100 graden Celsius/212 graden Fahrenheit op zeeniveau) nog in het condenswater aanwezig zijn, mogelijk in grotere concentraties dan voordat. Andere nadelen zijn het tijdrovende karakter van het proces en het feit dat het over het algemeen te veel energie kost om economisch rendabel te zijn in grootschalige waterbehandeling.
Filtratie is een andere conceptueel eenvoudige benadering van waterzuivering, maar het is niet zo eenvoudig als je zou denken. Het basisconcept is dat door het water door kleine ruimtes te persen, verontreinigingen achterblijven die er niet doorheen passen. Het is vrij zuinig, omdat er heel weinig water wordt verspild en er niet veel energie wordt verbruikt. Er zijn veel verschillende filters beschikbaar en de verontreinigingen die ze kunnen verwijderen, zijn afhankelijk van de grootte van het gaas. De overgrote meerderheid van filters kan geen door water verspreide virussen verwijderen, en de meeste zijn vrij omvangrijk, dus moeilijk mee te nemen. Het filter zelf moet ook schoon zijn en zoals bij veel methoden kan het water na afloop van het proces gemakkelijk weer verontreinigd raken.
Chemische behandelingen zijn afhankelijk van chemische reacties om verontreinigingen uit water te verwijderen, en verschillende chemicaliën zijn effectiever voor verschillende verontreinigingen. Jodium is een van de oudste benaderingen voor chemische waterzuivering, en tabletten of oplossingen die het bevatten, zijn over het algemeen effectief in het neutraliseren van bacteriën en virussen die in water aanwezig zijn. Jodium wordt echter geel en laat een onaangename smaak en geur achter. Bovendien werkt het alleen echt op water dat al helder is (dus wellicht eerst filtratie). Het te behandelen water mag ook niet koud zijn; het water moet bijvoorbeeld 21 C/68 F zijn om Giardia met jodium te verwijderen.
Chloor is de meest gebruikte chemische waterbehandeling ter wereld en is verkrijgbaar in de vorm van tabletten, vloeistoffen en korrels. Ondanks dat het effectief is, moet het voorzichtig worden behandeld en laat het een onaangename smaak achter in de resulterend water, net als jodium – maar zoals je mag verwachten, smaakt het een beetje naar het drinken van een zwembad water. Alternatieven zoals natriumdichloorisocyanuraat (NaDCC) geven vrij chloor af, maar het chemische mengsel is veiliger om handvat en laat geen smaak achter in het water, dus dit zijn de meest voorkomende keuzes voor waterzuivering tabletten.
Over het algemeen bestaan waterzuiveringssystemen uit meerdere componenten om ervoor te zorgen dat het resulterende water drinkbaar en puur van smaak is. Beluchting is vaak de eerste fase, waardoor alle gassen die in het water vastzitten kunnen ontsnappen, gevolgd door coagulatie, waarbij vuil en andere vaste stoffen blijven kleven samen om ze gemakkelijker te verwijderen, en sedimentatie, waarbij de deeltjes geleidelijk zinken en scheiden van het water onder invloed van zwaartekracht. Hierna wordt het water gefilterd om de gecoaguleerde (vlokken)materialen te scheiden en tot slot zorgt een chemische behandeling voor veiligheid tegen micro-organismen. Als u een werkend model van een waterzuiveringsinstallatie wilt maken, moeten deze fasen in uw proces worden opgenomen.
Hoe zuiver je water met zand?
Een van de beste en gemakkelijkste ideeën voor waterzuiveringsprojecten is het creëren van een op zand gebaseerd filtersysteem voor water. Dit is gemakkelijk genoeg om te doen met items die je waarschijnlijk in huis hebt. Pak twee lege frisdrankflessen van 2 liter - waarvan je er een doormidden snijdt - een koffiefilter of filterpapier, wat fijn zand en grof zand, wat kleine kiezels, een paar lepels, twee kopjes, een beker van 1 liter, een rubberen band en een monster vuil water (of het nu verzameld of gemaakt is met vuil en gewoon kraanwater). Het is handig om wat aluminiumkaliumsulfaat (aluin) te krijgen omdat het het sediment in het monster coaguleert. Als u actieve kool heeft, kan dit door chemische reacties extra componenten verwijderen.
Het basisprincipe van een zandwaterzuiveringssysteem is dat van een filtersysteem: door het water door de fijn materiaal, daarin aanwezige verontreinigingen worden opgevangen en komen niet in het water terecht dat er aan de andere kant uit komt. In dit project gebruik je de bovenste helft van een frisdrankfles van 2 liter als filter. Plaats een koffiefilter (of filterpapier) over de opening van de dop van de fles, gebruik de rubberen band om het op zijn plaats te houden, draai het ondersteboven zodat het uitgesneden gedeelte naar boven wijst. Als je houtskool hebt geactiveerd, voeg dan een centimeter of zo toe aan de bodem en voeg dan een paar centimeter grind of kleine kiezelstenen toe. Voeg nu wat grof zand toe en wat fijn zand er bovenop, schietend voor in totaal 3 tot 4 inch zand. Plaats deze – monduiteinde naar beneden – als een trechter bovenop de beker.
Doe je vuile water in de ongesneden frisdrankfles, draai de dop erop en schud de vloeistof een halve minuut om het te beluchten. Giet het uit in de onderste helft van de gesneden fles en voeg een eetlepel aluin toe als je wat hebt, terwijl je vijf minuten roert. Laat het water ongeveer 20 minuten staan, zodat het samengeklonterde sediment kan zinken. Terwijl je dit doet, laat je voorzichtig 2 liter schoon kraanwater door je filtersysteem stromen, en pas op dat je het zand er bovenop niet verstoort. Dit zal enige tijd duren, maar bereidt uw filter voor om met het vuile water te werken. Leeg de beker wanneer dat nodig is, en als je dat hebt gedaan en het vuile water gedeeltelijk is afgescheiden, kun je het door het filter laten lopen.
Vergelijk het gefilterde water met een monster van het originele vijverwater. Hoe goed is het gezuiverd?
Waarschuwingen
Het is belangrijk op te merken dat zonder chemische waterbehandeling (zelfs als je een koolstoffilter hebt gebruikt), het onwaarschijnlijk is dat het water volkomen veilig is om te drinken. Inspecteer het gewoon visueel - proef het niet!
Hoe maak je een waterfilterexperiment?
Het project in de laatste sectie kan vrij eenvoudig worden gebruikt voor een wetenschappelijk eerlijk waterzuiveringsexperiment. U kunt verschillende filtratietechnieken gebruiken op monsters van hetzelfde vuile water en de resultaten vergelijken. U kunt het project bijvoorbeeld proberen met de hierboven beschreven methode en dit vergelijken met een in de handel verkrijgbaar waterfiltratiesysteem, of u kunt onderzoek het verschil dat specifieke componenten van het filtersysteem maken, bijvoorbeeld door het eindresultaat met en zonder toevoeging van aluin te vergelijken. Kun je iets als een spons of rijst als filter gebruiken in plaats van zand en grind, en zal het ook werken?
Methoden voor het zuiveren van waterproject
Het beste idee voor een waterzuiveringsexperiment voor de middelbare school, of gewoon een project, zou zijn om de verschillende benaderingen voor waterzuivering te vergelijken. Je zou gemakkelijk verschillende methoden kunnen testen, waarbij koken, filtratie en chemische behandeling allemaal vrij eenvoudig te testen zijn. U kunt een zandfiltratiesysteem gebruiken zoals hierboven beschreven of een in de handel verkrijgbaar systeem, en u kunt ook waterzuiveringstabletten vinden om te testen.
Een eenvoudige benadering van een project zou zijn om een monster van vuil water te nemen - hetzelfde water gebruiken voor alle tests, om variabelen te minimaliseren - en proberen het te zuiveren met behulp van elke methode. Test de effectiviteit van de verschillende benaderingen met behulp van een drinkwatertestkit voor thuis als u zo professioneel mogelijk wilt zijn. U kunt het water echter ook visueel inspecteren op helderheid en op bacteriën testen met een petrischaaltje en een groeimedium zoals een plakje gekookte aardappel. Doe een beetje aardappel in elke petrischaal en voeg een druppel water toe van elke zuiveringsmethode, samen met een ongefilterd monster en een schoon kraanwatermonster om als controle te gebruiken. Label elk gerecht dienovereenkomstig, dek ze af en laat het een paar dagen staan om de bacteriën de kans te geven om te groeien.
Welke methode was het meest effectief? Kun je één of meerdere methoden combineren om tot een beter resultaat te komen? Wat zijn de sterke punten van de verschillende benaderingen?