Hvis du drikker vann som ikke har vært gjennom en renseprosess - "rå vann" - risikerer du å få vannbårne sykdommer som kommer fra bakterier som Escherichia coli (E. coli) og parasitter som giardia. Derfor er vannrensing avgjørende for alle, og det gjør ideer om vannrensingsprosjekter til et spesielt godt valg for en skolevitenskapelig messe eller presentasjon. Men før du hopper inn i et prosjekt, er det best å lære det grunnleggende om hvorfor vann må renses forskjellige måter det kan gjøres på og hva alternativene dine er for en "metode for rensing av vann" prosjekt.
Hvorfor bør vi rense vann før vi drikker det?
Kort sagt, du må rense vann slik at du kan være sikker på at det er trygt å drikke. Hovedrisikoen i vann er parasitter, bakterier, virus og kjemiske forurensninger, naturlig forekommende, men giftige metaller som bly eller menneskeskapte kjemikalier. Ubehandlet vann vil nok også smake ganske grovt.
De to viktigste parasittene som finnes i vann kommer fra avføring. Det er riktig - hvis du drikker vann fra naturlige kilder uten å behandle det, vil du også drikke litt kjepp. Dette er ikke bare grovt; det er den viktigste risikokilden når det gjelder ubehandlet vann.
Giardia er et eksempel, og det finnes i utgangspunktet alle vannkilder i USA, som kommer fra avføring fra mennesker og dyr. Hvis du blir smittet med giardia, vil det føre til diaré, gass og smertefulle magekramper, som starter omtrent to eller tre dager etter at du er utsatt. Generelt sett vil dette ikke føre til langsiktige problemer, men det kan det hvis du er immunsupprimert.
Den andre store parasitten er cryptosporidium, som rammer nesten 750 000 amerikanere hvert år. Dette ligner på giardia ved at det tar omtrent to til tre dager for symptomene å vises, og det fører vanligvis til diaré og magekramper. Imidlertid kan "krypto" (som det ofte kalles) føre til mer alvorlige problemer, for eksempel symptomer i bukspyttkjertelen, kolera-lignende symptomer hos immunsupprimerte mennesker og til og med muligens føre til døden for mennesker som lider av AIDS. Giardia er lett å fjerne med filtre eller jodbehandling, men krypto stoppes ikke av de fleste filtre og trenger klordioksidbehandling eller koking for å fjerne fra vann.
Mange typer bakterier kan være tilstede i rå vann, men E. coli er den vanligste. Dette kan forårsake diaré, kramper, kvalme og oppkast, og i tillegg til å holde seg godt hydrert, kan det hende du trenger antibiotika i alvorlige tilfeller. De vanligste vannbehandlingene fjerner E. coli og andre bakterier fra vann, skjønt.
Når det gjelder virus, er hepatitt A den viktigste risikoen fra forurenset vann. Det kan ta uker før symptomer dukker opp, som ligner på de som er diskutert ovenfor, bortsett fra med leddsmerter, kramper, feber og gul hud i tillegg til vanlig diaré og oppkast. Du kan få en vaksine hvis du reiser et sted som ikke behandler vannet deres grundig, men hvis du blir smittet, er det viktigste rådet å drikke rikelig med væske, og du vil være OK om noen dager. Vannbehandling med jod, klordioksid eller ved å bare koke vannet beskytter deg vanligvis mot virus i vann.
Til slutt kan et stort utvalg av kjemikalier være tilstede i ubehandlet vann, og de kan forårsake en lignende bredt spekter av symptomer, selv om det som vanlig er diaré, kvalme, kramper og lignende symptomer sannsynlig. Du kan filtrere disse ut ved å fordampe, men mange andre metoder (eller enda bedre, en kombinasjon av metoder) kan også bli kvitt dem.
Så med mindre du er immunkompromittert, vil du sannsynligvis ikke lide alvorlige symptomer på å drikke ubehandlet vann, men med mindre du vil ha en ubehagelig uke med diaré og kramper, bør du alltid behandle vannet ditt.
Hva er metodene for rensing?
Det er forskjellige tilnærminger du kan undersøke eller teste for et "metoder for rensing av vann" -prosjekt. De kan imidlertid deles inn i ganske enkle grupper: koking eller destillasjon, filtrering og ulike kjemiske behandlinger.
Koking er utvilsomt den enkleste metoden for å rense vann, selv om du trenger en varmekilde for å gjøre det, og det tar litt tid for vannet å kjøle seg ned, slik at det faktisk kan brukes. Koking er imidlertid en veldig effektiv rensemetode, og det tar bare tre minutter med kraftig koking for å fjerne risikoen fra bakterier, parasitter og virus i vannet. Hovedutfordringen, forutsatt at du har riktig utstyr, er å forhindre rekontaminering etter at vannet er renset.
Destillasjon ligner veldig på koking, men det krever litt mer utstyr og er generelt mer effektivt for å fjerne forurensninger. Du setter vannet og koker opp dampen når den kondenserer. Dette etterlater de fleste forurensninger, selv om det er verdt å merke seg at forurensninger med kokepunkter under vann (ved 100 grader Celsius / 212 grader Fahrenheit ved havnivå) vil fortsatt være tilstede i det kondenserte vannet, muligens med større konsentrasjoner enn før. Andre ulemper er prosessens tidkrevende natur og det faktum at det generelt krever for mye energi for å være økonomisk levedyktig i vannbehandling i stor skala.
Filtrering er en annen konseptuelt enkel tilnærming til vannrensing, men det er ikke så greit som du kanskje tror. Det grunnleggende konseptet er at ved å tvinge vannet gjennom små rom, blir forurensninger som ikke passer gjennom igjen. Det er ganske økonomisk, fordi veldig lite vann blir kastet bort i prosessen, og det bruker ikke mye energi. Mange forskjellige filtre er tilgjengelige, og forurensningene de kan fjerne, avhenger av størrelsen på masken. De aller fleste filtre kan ikke fjerne vannbårne virus, og de fleste av dem er ganske klumpete, så det ville være vanskelig å ha med seg. Selve filteret må også være rent, og som med mange metoder, kan vannet lett bli forurenset igjen etter at prosessen er fullført.
Kjemiske behandlinger avhenger av kjemiske reaksjoner for å fjerne forurensninger fra vann, og forskjellige kjemikalier er mer effektive for forskjellige forurensninger. Jod er en av de eldste tilnærmingene til kjemisk vannrensing, og tabletter eller løsninger som inneholder det er generelt effektive for å nøytralisere bakterier og virus som er tilstede i vann. Imidlertid blir jod vanngult og etterlater en ubehagelig smak og lukt. I tillegg fungerer det bare på vann som allerede er klart (så filtrering kan være nødvendig først). Vannet som skal behandles kan heller ikke være kaldt; for eksempel må vannet være ved 21 C / 68 F for at giardia skal fjernes med jod.
Klor er den mest brukte kjemiske vannbehandlingen i verden, og den er tilgjengelig i form av tabletter, væsker og granulat. Til tross for at den er effektiv, må den håndteres forsiktig, og den gir en ubehagelig smak i resulterende vann, omtrent som jod - men som du forventer, smaker det litt som å drikke svømmebasseng vann. Alternativer som natriumdiklorisocyanurat (NaDCC) frigjør fritt klor, men den kjemiske blandingen er tryggere for håndtak og ikke etterlater smak i vannet, så dette er de vanligste valgene for vannrensing tabletter.
Generelt sett består vannrensingssystemer av flere komponenter for å sikre at det resulterende vannet er trygt å drikke og rent i smak. Lufting er ofte det første trinnet, slik at eventuelle gasser som er fanget i vannet kan unnslippe, etterfulgt av koagulering, der smuss og annet fast stoff kleber seg sammen for å gjøre dem lettere å fjerne, og sedimentering, hvor partiklene gradvis synker og skilles fra vannet under påvirkning av tyngdekraften. Etter dette blir vannet filtrert for å skille de koagulerte (floc) materialene, og til slutt sikrer kjemisk behandling sikkerhet fra mikroorganismer. Hvis du ønsker å lage en arbeidsmodell for et vannrenseanlegg, bør disse trinnene innlemmes i prosessen din.
Hvordan renser du vann med sand?
En av de beste og enkleste ideene om vannrensing, er å lage et sandbasert filtreringssystem for vann. Dette er lett nok å gjøre med ting du sannsynligvis har rundt huset. Få to tomme 2-liters brusflasker - den ene kuttes i to - et kaffefilter eller filterpapir, litt fin sand og grov sand, noen små småstein, et par skjeer, to kopper, et 1-liters begerglass, et gummistrikk og en prøve med skittent vann (enten det er samlet eller laget med smuss og vanlig springvann). Å skaffe litt aluminiumkaliumsulfat (alun) er nyttig fordi det koagulerer sedimentet i prøven. Hvis du har aktivert kull, kan dette fjerne flere komponenter gjennom kjemiske reaksjoner.
Det grunnleggende prinsippet for et sandvannrensingssystem er et filtreringssystem: Ved å sende vannet gjennom fint materiale, forurensninger som er tilstede i den vil bli fanget og vil ikke havne i vannet som kommer ut av den andre siden. I dette prosjektet bruker du den øverste halvdelen av en 2-liters brusflaske som filter. Legg et kaffefilter (eller filterpapir) over munnen på flasketoppen, og bruk gummibåndet for å holde det på plass, og snu det opp ned slik at kuttpartiet peker oppover. Hvis du har aktivert kull, legg til en tomme av det i bunnen, og legg deretter til et par centimeter med grus eller små småstein. Nå legger du til litt grov sand på toppen av dette, og litt fin sand på toppen av dette, og skyter for 3 til 4 tommer sand totalt. Plasser denne - munnenden nedover - på toppen av begeret som en trakt.
Legg det skitne vannet i den uklippte brusflasken, skru på lokket og rist væsken i et halvt minutt for å lufte den. Hell den ut i den nedre halvdelen av den avskårne flasken, og tilsett en spiseskje alun hvis du har noe, rør i fem minutter. La vannet ligge i rundt 20 minutter, slik at det koagulerte sedimentet kan synke. Mens du gjør dette, må du forsiktig løpe 2 liter rent vann fra springen gjennom filtersystemet, og vær forsiktig så du ikke forstyrrer sanden på toppen. Dette vil ta litt tid, men forbereder filteret ditt til å arbeide med det skitne vannet. Tøm begerglasset når du trenger det, og når du har gjort det og det skitne vannet har skilt seg delvis, kan du kjøre det gjennom filteret.
Sammenlign det filtrerte vannet med en prøve av det originale damvannet. Hvor godt er det blitt renset?
Advarsler
Det er viktig å merke seg at uten kjemisk vannbehandling (selv om du brukte et kullfilter), er det lite sannsynlig at vannet er helt trygt å drikke. Bare inspiser det visuelt - ikke smak det!
Hvordan lager du et vannfiltereksperiment?
Prosjektet i den siste delen kan brukes til et eksperiment med vannrensing ganske enkelt. Du kan bruke forskjellige filtreringsteknikker på prøver av det samme skitne vannet og sammenligne resultatene. For eksempel kan du prøve prosjektet med metoden beskrevet ovenfor, og sammenligne dette med et kommersielt tilgjengelig vannfiltreringssystem, eller du kan undersøke forskjellsspesifikke komponenter i filtreringssystemet, for eksempel sammenligne sluttresultatet med og uten tilsetning av alun. Kan du bruke noe som en svamp eller ris til et filter i stedet for sand og grus, og vil det også fungere?
Metoder for rensing av vannprosjekt
Den beste ideen for et vannrensingseksperiment for videregående skole, eller bare et prosjekt, ville være å sammenligne de forskjellige tilnærmingene for vannrensing. Du kan enkelt teste flere metoder, med koking, filtrering og kjemisk behandling som alle er ganske enkle å teste. Du kan bruke et sandfiltreringssystem som det som er beskrevet ovenfor eller et kommersielt tilgjengelig, og du kan finne vannrensetabletter for å teste også.
En enkel tilnærming til et prosjekt ville være å skaffe et utvalg av skittent vann - bruke det samme vannet for alle tester, for å minimere variabler - og prøve å rense det ved hjelp av hver metode. Test effektiviteten av de forskjellige tilnærmingene ved å bruke et drikkevannstestsett hjemme hvis du vil være så profesjonell som mulig. Imidlertid kan du også visuelt inspisere vannet for å få klarhet, og teste for bakterier ved hjelp av en petriskål og et vekstmedium, for eksempel en bit kokt potet. Ha litt potet i hver petriskål og tilsett en dråpe vann fra hver rensemetode, sammen med en ufiltrert prøve og en ren vann fra springen som skal brukes som kontroll. Merk hver tallerken tilsvarende, dekk dem og la den stå i noen dager for å gi bakteriene sjansen til å vokse.
Hvilken metode var den mest effektive? Kan du kombinere en eller flere metoder for å gi et bedre resultat? Hva er styrkene til de forskjellige tilnærmingene?