Ak pijete vodu, ktorá neprešla procesom čistenia - „surovou vodou“ - riskujete, že ochoriete na choroby prenášané vodou z baktérií, ako je Escherichia coli (E. coli) a parazity, ako je giardia. Preto je čistenie vody nevyhnutné pre každého a vďaka nim sú nápady na projekty čistenia vody obzvlášť dobrou voľbou pre školský vedecký veľtrh alebo prezentáciu. Predtým, ako sa zapojíte do projektu, je najlepšie osvojiť si základné dôvody, prečo je potrebné vodu čistiť, tzv rôzne spôsoby, ako sa to dá urobiť, a aké sú vaše možnosti pre „metódu čistenia vody“ projekt.
Prečo by sme mali vodu pred pitím čistiť?
Stručne povedané, musíte vyčistiť vodu, aby ste si boli istí, že je bezpečná na pitie. Hlavnými rizikami vo vode sú parazity, baktérie, vírusy a chemické znečisťujúce látky, prirodzene sa vyskytujúce, ale toxické kovy, ako je olovo, alebo chemikálie vyrobené človekom. Neupravená voda bude pravdepodobne tiež chutiť dosť hrubo.
Dva najdôležitejšie parazity, ktoré sa nachádzajú vo vode, pochádzajú z výkalov. Je to tak - ak pijete vodu z prírodných zdrojov bez jej úpravy, budete piť aj trochu hovienka. To nie je len hrubé; je to hlavný zdroj rizika, pokiaľ ide o neupravenú vodu.
Giardia je jedným príkladom a nachádza sa v podstate v každej vodnej ploche v USA pochádzajúcej z ľudských a zvieracích výkalov. Ak sa nakazíte giardiou, spôsobí to hnačky, plyn a bolestivé žalúdočné kŕče, ktoré sa objavia asi dva alebo tri dni po vystavení účinku. Spravidla to nebude viesť k dlhodobým problémom, ale môže to byť vtedy, ak máte potlačenú imunitu.
Ďalším hlavným parazitom je kryptosporídium, ktoré každý rok postihuje takmer 750 000 Američanov. Je to podobné ako u giardie, pretože príznaky sa prejavia asi dva až tri dni a zvyčajne to vedie k hnačkám a žalúdočným kŕčom. „Krypto“ (ako sa často nazýva) však môže viesť k závažnejším problémom, ako sú príznaky pankreasu, príznaky podobné cholere u ľudí s potlačenou imunitou a dokonca pravdepodobne vedúcich k úmrtiu ľudí trpiacich na AIDS. Giardia sa dá ľahko odstrániť pomocou filtrov alebo pôsobením jódu, ale kryptomena sa väčšinou filtrov nezastaví a na odstránenie z vody potrebuje ošetrenie chlórdioxidom alebo varenie.
V surovej vode môže byť prítomných veľa druhov baktérií, ale E. coli je najbežnejšia. To môže spôsobiť hnačky, kŕče, nevoľnosť a zvracanie a okrem toho, že budete dobre hydratovaní, budete vo vážnych prípadoch potrebovať antibiotiká. Najbežnejšie úpravy vody odstraňujú E. coli a iné baktérie z vody.
Pokiaľ ide o vírusy, hepatitída A je hlavným rizikom kontaminovanej vody. Môže trvať týždne, kým sa objavia príznaky podobné tým, o ktorých sa hovorilo vyššie, s výnimkou obvyklých hnačiek a zvracania, okrem bolestí kĺbov, kŕčov, horúčky a žltej kože. Vakcínu môžete dostať, ak cestujete niekam, kde nedochádza k dôkladnému ošetreniu ich vody. Ak sa však nakazíte, hlavnou radou je vypiť veľa tekutín a za pár dní budete v poriadku. Úprava vodou pomocou jódu, oxidu chloričitého alebo jednoduchým prevarením vody vás zvyčajne ochráni pred vírusmi vo vode.
Napokon môže byť v neupravenej vode prítomné obrovské množstvo chemikálií, ktoré môžu spôsobiť podobné následky široká škála príznakov, aj keď ako obvykle je najviac hnačka, nevoľnosť, kŕče a podobné príznaky pravdepodobne. Môžete ich odfiltrovať pomocou odparovania, ale tiež sa ich môžete zbaviť pomocou mnohých ďalších metód (alebo ešte lepšie, kombinácie metód).
Pokiaľ teda nemáte oslabenú imunitu, pravdepodobne nebudete mať pitím neupravenej vody závažné príznaky, ale pokiaľ si neprajete nepríjemný týždeň hnačiek a kŕčov, mali by ste vždy upravte si vodu.
Aké sú spôsoby čistenia?
Existujú rôzne prístupy, ktoré môžete preskúmať alebo otestovať pre projekt „metódy čistenia vody“. Dajú sa však rozdeliť do celkom jednoduchých skupín: varenie alebo destilácia, filtrácia a rôzne chemické úpravy.
Varenie je nepochybne najjednoduchší spôsob čistenia vody, aj keď na to potrebujete zdroj tepla. Vychladnutie vody trvá určitý čas, aby bolo možné ju skutočne použiť. Varenie je však veľmi efektívna metóda očistenia a na odstránenie rizika vzniku baktérií, parazitov a vírusov vo vode trvá iba tri minúty prudkého varu. Hlavnou výzvou, pokiaľ máte správne vybavenie, je zabrániť opätovnej kontaminácii po vyčistení vody.
Destilácia je veľmi podobná varu, ale vyžaduje trochu viac vybavenia a je všeobecne účinnejšia pri odstraňovaní kontaminantov. Nastavíte teplotu vody a budete kondenzovať, aby sa zachytila para. Zanecháva za sebou väčšinu kontaminantov, aj keď stojí za zmienku, že všetky kontaminanty, ktoré majú teplotu varu pod teplotou vody (100 ° C) stupňov Celzia / 212 stupňov Fahrenheita na hladine mora), bude v kondenzovanej vode stále prítomný, pravdepodobne s vyššími koncentráciami ako predtým. Ďalšími negatívami sú časovo náročná povaha procesu a skutočnosť, že na to, aby bol ekonomicky životaschopný pri rozsiahlej úprave vody, zvyčajne vyžaduje príliš veľa energie.
Filtrácia je ďalším koncepčne jednoduchým prístupom k čisteniu vody, ale nie je to také jednoduché, ako by ste si mysleli. Základný koncept je taký, že pri prenose vody cez malé priestory zostávajú kontaminanty, ktoré sa cez ne nezmestia. Je to celkom ekonomické, pretože sa pri tomto procese minú veľmi málo vody a nespotrebuje sa toľko energie. K dispozícii je veľa rôznych filtrov a kontaminanty, ktoré sú schopné odstrániť, závisia od veľkosti sieťky. Drvivá väčšina filtrov nedokáže odstrániť vírusy prenášané vodou a väčšina z nich je dosť objemná, takže by sa ťažko nosila. Samotný filter musí byť tiež čistý a tak ako pri mnohých iných metódach, voda by sa po dokončení procesu mohla ľahko znovu kontaminovať.
Chemické ošetrenie závisí od chemických reakcií na odstránenie kontaminantov z vody a rôzne chemikálie sú účinnejšie pre rôzne kontaminanty. Jód je jedným z najstarších prístupov k chemickému čisteniu vody a tablety alebo roztoky, ktoré ho obsahujú, sú všeobecne účinné pri neutralizácii baktérií a vírusov prítomných vo vode. Jód však mení farbu vody na žltú a zanecháva nepríjemnú chuť a zápach. Navyše naozaj funguje iba na vodu, ktorá je už číra (takže najskôr môže byť potrebná filtrácia). Voda, ktorá sa má ošetrovať, tiež nemôže byť studená; napríklad voda musí byť pri 21 ° C, aby sa mohla giardia odstrániť jódom.
Chlór je najbežnejšie používaná chemická úprava vody na svete a je k dispozícii vo forme tabliet, tekutín a granúl. Napriek tomu, že je účinný, musí sa s ním manipulovať opatrne a zanecháva v ňom nepríjemnú chuť výsledná voda, podobne ako jód - ale ako môžete čakať, chutí trochu ako piť bazén voda. Alternatívy ako dichlórizokyanurát sodný (NaDCC) uvoľňujú voľný chlór, ale chemická zmes je bezpečnejšia nemanipuluje a nezanecháva vo vode chuť, takže toto sú najčastejšie možnosti čistenia vody tablety.
Všeobecne povedané, systémy na čistenie vody pozostávajú z viacerých zložiek, ktoré zaisťujú, že výsledná voda je bezpečná na pitie a má čistú chuť. Prevzdušňovanie je často prvým stupňom, ktorý umožňuje únik akýchkoľvek plynov zachytených vo vode, po ktorom nasleduje koagulácia, kde sa zachytávajú nečistoty a iná pevná látka spoločne, aby sa dali ľahšie odstrániť, a sedimentácia, pri ktorej sa častice postupne vplyvom vody topia a oddeľujú od vody gravitácia. Potom sa voda prefiltruje, aby sa oddelili koagulované (flokové) materiály, a nakoniec chemická úprava zaisťuje bezpečnosť pred mikroorganizmami. Ak hľadáte vytvorenie funkčného modelu zariadenia na čistenie vody, mali by sa tieto fázy zahrnúť do vášho procesu.
Ako čistíte vodu pieskom?
Jedným z najlepších a najjednoduchších nápadov na čistenie vody je vytvorenie filtračného systému na báze piesku pre vodu. Je to dosť ľahké urobiť s predmetmi, ktoré pravdepodobne máte v domácnosti. Zaobstarajte si dve prázdne dvojlitrové fľaše so sódou - z ktorých jednu nakrájate na polovicu - kávový filter alebo filtračný papier, trochu jemného a hrubého piesku, niektoré malé okruhliaky, pár lyžíc, dve šálky, 1-litrová kadička, gumička a vzorka špinavej vody (zhromaždenej alebo vyrobenej pomocou nečistôt a bežného odpadu voda z vodovodu). Získanie určitého množstva síranu hlinito-draselného (kamenca) je užitočné, pretože zráža sediment vo vzorke. Ak máte aktívne uhlie, môžete pomocou chemických reakcií odstrániť ďalšie komponenty.
Základným princípom systému na čistenie pieskovej vody je filtračný systém: prepúšťaním vody cez jemný materiál, nečistoty v ňom obsiahnuté sa zachytia a neskončia vo vode, ktorá vychádza z druhej strany. V tomto projekte použijete ako filter hornú polovicu dvojlitrovej fľaše so sódou. Vložte kávový filter (alebo filtračný papier) cez ústie vrchnej časti fľaše tak, že ho pomocou gumičky udržíte na svojom mieste. Otočte ho naopak, takže odrezaná časť smeruje nahor. Ak máte aktívne uhlie, pridajte asi jeden centimeter na dno a potom pridajte pár centimetrov štrku alebo malých okruhliakov. Teraz na to pridajte trochu hrubého piesku a na to jemný piesok, čím celkovo vystrelíte 3 až 4 palce piesku. Toto - ústami nadol - položte na vrchnú časť kadičky ako lievik.
Vložte špinavú vodu do fľaše s nerozrezaným sódom, naskrutkujte uzáver a tekutinu pol minúty pretrepávajte, aby sa prevzdušnila. Nalejte ju do spodnej polovice narezanej fľaše a za stáleho miešania päť minút pridajte lyžicu kamenca, ak máte. Vodu nechajte pôsobiť asi 20 minút a nechajte zrazený sediment klesnúť. Keď to robíte, jemne prelejte cez filtračný systém 2 litre čistej vody z vodovodu a dajte pozor, aby ste nenarušili piesok na vrchu. Bude to chvíľu trvať, ale váš filter sa pripraví na prácu so špinavou vodou. Kadičku podľa potreby vyprázdnite a keď to urobíte a špinavá voda sa čiastočne oddelí, môžete ju nechať prejsť filtrom.
Porovnajte filtrovanú vodu so vzorkou pôvodnej vody z jazierka. Ako dobre sa to vyčistilo?
Varovania
Je dôležité poznamenať, že bez chemickej úpravy vody (aj keď ste použili uhlíkový filter) je nepravdepodobné, že bude voda úplne bezpečná na pitie. Stačí to vizuálne skontrolovať - neochutnávajte!
Ako robíte experiment s vodným filtrom?
Projekt v poslednej časti je možné pomerne ľahko použiť na vedecký pokus o čistenie vody. Na vzorky rovnakej špinavej vody môžete použiť rôzne filtračné techniky a porovnať výsledky. Môžete napríklad vyskúšať projekt vyššie opísanou metódou a porovnať ho s komerčne dostupným systémom filtrácie vody, alebo môžete preskúmať rozdiel, ktorý robia jednotlivé komponenty filtračného systému, napríklad porovnaním konečných výsledkov s prídavkom kamenca a bez neho. Mohli by ste namiesto piesku a štrku použiť na filter niečo ako špongiu alebo ryžu a bude to fungovať tiež?
Metódy čistenia vody
Najlepším nápadom na experiment s čistením vody pre stredné školy alebo len s projektom by bolo porovnanie rôznych prístupov k čisteniu vody. Môžete ľahko otestovať niekoľko metód, pričom varenie, filtrácia a chemické ošetrenie sú pomerne ľahké. Môžete použiť pieskový filtračný systém, ako je ten, ktorý je popísaný vyššie, alebo komerčne dostupný. Na testovanie nájdete tiež tablety na čistenie vody.
Jednoduchým prístupom k projektu by bolo získanie vzorky špinavej vody - pri použití rovnakej vody pre všetky testy na minimalizáciu premenných - a pokus o jej čistenie pomocou jednotlivých metód. Ak chcete byť čo najprofesionálnejší, otestujte účinnosť rôznych prístupov pomocou domácej súpravy na pitnú vodu. Môžete však tiež vizuálne skontrolovať čistotu vody a vyskúšať baktérie pomocou Petriho misky a rastového média, napríklad plátku vareného zemiaka. Do každej Petriho misky dajte kúsok zemiakov a pridajte kvapku vody z každej metódy čistenia spolu s nefiltrovanou vzorkou a čistou vzorkou vody z vodovodu, ktorá sa použije ako kontrola. Každé jedlo podľa toho označte, zakryte a nechajte niekoľko dní pôsobiť, aby mali baktérie možnosť rásť.
Ktorá metóda bola najefektívnejšia? Môžete kombinovať jednu alebo viac metód na dosiahnutie lepšieho výsledku? V čom sú silné stránky rôznych prístupov?