Jeśli pijesz wodę, która nie została poddana procesowi oczyszczania – „woda surowa” – ryzykujesz zarażenie się chorobami przenoszonymi przez wodę wywodzącymi się z bakterii, takich jak Escherichia coli (E. coli) i pasożyty, takie jak giardia. Dlatego oczyszczanie wody jest niezbędne dla każdego i sprawia, że pomysły na projekty oczyszczania wody są szczególnie dobrym wyborem na szkolne targi naukowe lub prezentację. Ale zanim przejdziesz do projektu, najlepiej poznać podstawy, dlaczego woda musi być oczyszczona, różne sposoby, w jakie można to zrobić i jakie masz opcje na „metodę oczyszczania wody” projekt.
Dlaczego powinniśmy oczyszczać wodę przed jej wypiciem?
Krótko mówiąc, musisz oczyścić wodę, aby mieć pewność, że jest bezpieczna do picia. Główne zagrożenia w wodzie to pasożyty, bakterie, wirusy i zanieczyszczenia chemiczne, naturalnie występujące, ale toksyczne metale, takie jak ołów, lub chemikalia wytworzone przez człowieka. Nieoczyszczona woda prawdopodobnie też będzie smakować dość obrzydliwie.
Dwa najważniejsze pasożyty występujące w wodzie pochodzą z kału. Zgadza się – jeśli pijesz wodę z naturalnych źródeł, nie uzdatniając jej, wypijesz też trochę kupy. To nie tylko obrzydliwe; jest głównym źródłem ryzyka, jeśli chodzi o wodę nieoczyszczoną.
Jednym z przykładów jest Giardia, która znajduje się w zasadzie w każdym zbiorniku wodnym w USA, pochodzącym z kału ludzi i zwierząt. Jeśli zarazisz się giardią, spowoduje to biegunkę, gazy i bolesne skurcze żołądka, które zaczynają się około dwóch lub trzech dni po ekspozycji. Ogólnie rzecz biorąc, nie prowadzi to do żadnych długotrwałych problemów, ale może, jeśli masz obniżoną odporność.
Innym ważnym pasożytem jest cryptosporidium, które każdego roku dotyka prawie 750 000 Amerykanów. Jest to podobne do giardii, ponieważ pojawienie się objawów zajmuje około dwóch do trzech dni i na ogół prowadzi do biegunki i skurczów żołądka. Jednak „krypto” (jak się często nazywa) może prowadzić do poważniejszych problemów, takich jak objawy trzustki, objawy przypominające cholerę u osób z obniżoną odpornością, a nawet prowadzące do śmierci osób cierpiących na: AIDS. Giardia jest łatwa do usunięcia za pomocą filtrów lub uzdatniania jodu, ale krypto nie jest powstrzymywane przez większość filtrów i wymaga uzdatniania dwutlenkiem chloru lub gotowania w celu usunięcia z wody.
Wiele rodzajów bakterii może być obecnych w wodzie surowej, ale E. coli jest najczęstsza. Może to powodować biegunkę, skurcze, nudności i wymioty, a oprócz dobrego nawodnienia, w poważnych przypadkach możesz potrzebować antybiotyków. Większość powszechnych metod uzdatniania wody usuwa E. Coli i inne bakterie z wody.
Jeśli chodzi o wirusy, wirusowe zapalenie wątroby typu A jest głównym zagrożeniem związanym ze skażoną wodą. Może minąć kilka tygodni, zanim pojawią się objawy, które są podobne do tych omówionych powyżej, z wyjątkiem bólu stawów, skurczów, gorączki i żółtej skóry oprócz zwykłej biegunki i wymiotów. Możesz otrzymać szczepionkę, jeśli podróżujesz w miejsce, w którym woda nie jest dokładnie uzdatniana, ale jeśli się zarazisz, główną radą jest picie dużej ilości płynów, a za kilka dni wszystko będzie OK. Uzdatnianie wody jodem, dwutlenkiem chloru lub po prostu gotowaniem wody zwykle chroni przed wirusami w wodzie.
Wreszcie, w nieoczyszczonej wodzie może znajdować się ogromna liczba chemikaliów, które mogą powodować podobne szeroki zakres objawów, choć jak zwykle najczęściej występują biegunka, nudności, skurcze i podobne objawy prawdopodobne. Możesz je odfiltrować za pomocą parowania, ale wiele innych metod (lub jeszcze lepiej, kombinacja metod) również może się ich pozbyć.
Więc jeśli nie masz obniżonej odporności, prawdopodobnie nie będziesz cierpieć z powodu poważnych objawów po piciu nieoczyszczonej wody, ale jeśli nie chcesz nieprzyjemnego tygodnia biegunki i skurczów, powinieneś zawsze uzdatniaj wodę.
Jakie są metody oczyszczania?
Istnieją różne podejścia, które można zbadać lub przetestować pod kątem projektu „metody oczyszczania wody”. Można je jednak podzielić na dość proste grupy: gotowanie lub destylację, filtrację i różne obróbki chemiczne.
Gotowanie jest bez wątpienia najprostszą metodą oczyszczania wody, chociaż do tego potrzebne jest źródło ciepła, a ponowne ochłodzenie wody, aby można było z niej korzystać, zajmuje trochę czasu. Jednak gotowanie jest bardzo skuteczną metodą oczyszczania i wystarczy tylko trzy minuty intensywnego gotowania, aby usunąć ryzyko bakterii, pasożytów i wirusów w wodzie. Głównym wyzwaniem, pod warunkiem posiadania odpowiedniego sprzętu, jest zapobieganie ponownemu skażeniu po oczyszczeniu wody.
Destylacja jest bardzo podobna do gotowania, ale wymaga nieco więcej sprzętu i jest ogólnie bardziej skuteczna w usuwaniu zanieczyszczeń. Ustawiasz wodę wrzącą i zbierasz parę, gdy się skrapla. To pozostawia większość zanieczyszczeń, chociaż warto zauważyć, że wszelkie zanieczyszczenia o temperaturze wrzenia poniżej wody (przy 100 stopni Celsjusza/212 stopni Fahrenheita na poziomie morza) nadal będzie występować w skroplonej wodzie, prawdopodobnie w stężeniach większych niż przed. Inne wady to czasochłonny charakter procesu oraz fakt, że generalnie wymaga on zbyt dużej ilości energii, aby był ekonomicznie opłacalny w przypadku uzdatniania wody na dużą skalę.
Filtracja to kolejne koncepcyjnie proste podejście do oczyszczania wody, ale nie jest tak proste, jak mogłoby się wydawać. Podstawowa koncepcja polega na tym, że przepychając wodę przez małe przestrzenie, zanieczyszczenia, które nie mogą się przedostać, zostają pozostawione. Jest to dość ekonomiczne, ponieważ w procesie marnuje się bardzo mało wody i nie zużywa dużo energii. Dostępnych jest wiele różnych filtrów, a zanieczyszczenia, które są w stanie usunąć, zależą od rozmiaru siatki. Zdecydowana większość filtrów nie jest w stanie usunąć wirusów przenoszonych przez wodę, a większość z nich jest dość nieporęczna, więc trudno byłoby ją nosić ze sobą. Sam filtr również musi być czysty i podobnie jak w przypadku wielu metod, woda może łatwo zostać ponownie zanieczyszczona po zakończeniu procesu.
Obróbka chemiczna zależy od reakcji chemicznych w celu usunięcia zanieczyszczeń z wody, a różne chemikalia są bardziej skuteczne w przypadku różnych zanieczyszczeń. Jod jest jednym z najstarszych podejść do chemicznego oczyszczania wody, a zawierające go tabletki lub roztwory są na ogół skuteczne w neutralizowaniu bakterii i wirusów obecnych w wodzie. Jednak jod zmienia kolor wody na żółty i pozostawia nieprzyjemny smak i zapach. Co więcej, działa tak naprawdę tylko na wodzie, która jest już czysta (więc może być wymagana najpierw filtracja). Woda do uzdatniania również nie może być zimna; na przykład woda musi mieć temperaturę 21 C/68 F, aby giardia mogła zostać usunięta za pomocą jodu.
Chlor jest najszerzej stosowanym chemicznym środkiem do uzdatniania wody na świecie i jest dostępny w postaci tabletek, płynów i granulek. Pomimo tego, że jest skuteczny, należy obchodzić się z nim ostrożnie i pozostawia nieprzyjemny smak powstała woda, podobnie jak jod – ale jak można się spodziewać, smakuje trochę jak picie w basenie woda. Alternatywy, takie jak dichloroizocyjanuran sodu (NaDCC), uwalniają wolny chlor, ale mieszanina chemiczna jest bezpieczniejsza uchwyt i nie pozostawia posmaku w wodzie, więc są to najczęstsze wybory do oczyszczania wody tabletki.
Mówiąc ogólnie, systemy oczyszczania wody składają się z wielu elementów, aby zapewnić, że uzyskana woda jest bezpieczna do picia i czysta w smaku. Napowietrzanie jest często pierwszym etapem, umożliwiającym ucieczkę wszelkich gazów uwięzionych w wodzie, a następnie koagulacją, w której brud i inne ciała stałe osadzają się razem, aby ułatwić ich usunięcie i sedymentację, w której cząstki stopniowo opadają i oddzielają się od wody pod wpływem powaga. Następnie woda jest filtrowana w celu oddzielenia koagulowanych (kłaczków) materiałów, a na koniec obróbka chemiczna zapewnia bezpieczeństwo przed mikroorganizmami. Jeśli chcesz stworzyć działający model oczyszczalni wody, te etapy powinny zostać włączone do Twojego procesu.
Jak oczyszczać wodę piaskiem?
Jednym z najlepszych i najłatwiejszych pomysłów na projekt oczyszczania wody jest stworzenie systemu filtracji wody na bazie piasku. Jest to dość łatwe w przypadku przedmiotów, które prawdopodobnie masz w domu. Zdobądź dwie puste 2-litrowe butelki po napojach – z których jedną przecinasz na pół – filtr do kawy lub bibułę filtracyjną, trochę drobnego piasku i gruboziarnistego piasku, trochę małych kamyki, kilka łyżek, dwie filiżanki, litrowa zlewka, gumka i próbka brudnej wody (czy to zebranej, czy zrobionej z brudu i zwykłej woda z kranu). Uzyskanie pewnej ilości siarczanu glinowo-potasowego (ałunu) jest przydatne, ponieważ powoduje koagulację osadu w próbce. Jeśli masz aktywowany węgiel drzewny, możesz usunąć dodatkowe składniki w wyniku reakcji chemicznych.
Podstawową zasadą systemu oczyszczania wody z piasku jest zasada systemu filtracji: Przesyłając wodę przez drobny materiał, obecne w nim zanieczyszczenia zostaną uwięzione i nie trafią do wody wypływającej z drugiej strony. W tym projekcie jako filtr wykorzystujesz górną połowę 2-litrowej butelki po napojach gazowanych. Umieść filtr do kawy (lub bibułę) na otworze butelki, używając gumki, aby utrzymać go na miejscu, odwracając go do góry nogami, tak aby wycięta część była skierowana do góry. Jeśli masz aktywowany węgiel drzewny, dodaj około cala go na dno, a następnie dodaj kilka cali żwiru lub małych kamyków. Teraz dodaj trochę gruboziarnistego piasku na wierzch i trochę drobnego piasku, strzelając w sumie na 3 do 4 cali piasku. Umieść to – koniec ustami w dół – na wierzchu zlewki jak lejek.
Wlej brudną wodę do niepociętej butelki po napojach, zakręcając nakrętkę i potrząsając płynem przez pół minuty, aby go napowietrzyć. Wylej go do dolnej połowy pokrojonej butelki i dodaj łyżkę ałunu, jeśli masz trochę, mieszając przez pięć minut. Pozostaw wodę na około 20 minut, aby skoagulowany osad opadł. W tym czasie delikatnie przepuść 2 litry czystej wody z kranu przez system filtrujący, uważając, aby nie wzburzyć piasku na wierzchu. Zajmie to trochę czasu, ale przygotuje filtr do pracy z brudną wodą. Opróżnij zlewkę, kiedy zajdzie taka potrzeba, a gdy już to zrobisz i brudna woda częściowo się oddzieli, możesz przepuścić ją przez filtr.
Porównaj przefiltrowaną wodę z próbką oryginalnej wody ze stawu. Jak dobrze został oczyszczony?
Ostrzeżenia
Należy pamiętać, że bez chemicznego uzdatniania wody (nawet jeśli używałeś filtra węglowego) jest mało prawdopodobne, aby woda była całkowicie bezpieczna do picia. Po prostu sprawdź to wizualnie – nie próbuj!
Jak zrobić eksperyment z filtrem wody?
Projekt z ostatniej sekcji może być dość łatwo wykorzystany do naukowego eksperymentu z oczyszczaniem wody. Możesz użyć różnych technik filtracji na próbkach tej samej brudnej wody i porównać wyniki. Na przykład możesz wypróbować projekt metodą opisaną powyżej i porównać go z dostępnym na rynku systemem filtracji wody lub możesz zbadać różnicę, jaką powodują poszczególne elementy systemu filtracji, na przykład porównując wynik końcowy z dodatkiem ałunu i bez niego. Czy zamiast piasku i żwiru mógłbyś użyć czegoś takiego jak gąbka lub ryż do filtra i czy to również zadziała?
Projekt Metody Oczyszczania Wody
Najlepszym pomysłem na eksperyment z oczyszczaniem wody w szkole średniej lub po prostu na projekt, byłoby porównanie różnych podejść do oczyszczania wody. Możesz łatwo przetestować kilka metod, przy czym gotowanie, filtracja i obróbka chemiczna są dość łatwe do przetestowania. Możesz użyć systemu filtracji piaskowej, takiego jak ten opisany powyżej lub dostępnego w handlu, a także możesz znaleźć tabletki do oczyszczania wody do przetestowania.
Prostym podejściem do projektu byłoby pobranie próbki brudnej wody – używając tej samej wody do wszystkich testów, aby zminimalizować zmienne – i próba oczyszczenia jej każdą metodą. Przetestuj skuteczność różnych podejść za pomocą domowego zestawu do badania wody pitnej, jeśli chcesz być jak najbardziej profesjonalny. Można jednak również wizualnie sprawdzić klarowność wody i przetestować pod kątem bakterii za pomocą szalki Petriego i podłoża wzrostowego, takiego jak plasterek gotowanego ziemniaka. Umieść kawałek ziemniaka na każdej szalce Petriego i dodaj kroplę wody z każdej metody oczyszczania wraz z niefiltrowaną próbką i próbką czystej wody z kranu, aby użyć jako kontroli. Odpowiednio oznakuj każde naczynie, przykryj je i pozostaw na kilka dni, aby dać bakteriom szansę na rozwój.
Która metoda była najskuteczniejsza? Czy możesz połączyć jedną lub więcej metod, aby uzyskać lepszy wynik? Jakie są mocne strony różnych podejść?