Šolski projekti o postopkih čiščenja vode

Če pijete vodo, ki še ni bila očiščena - "surova voda" - tvegate, da se boste okužili z vodo, ki izvira iz bakterij, kot je Escherichia coli (E. coli) in paraziti, kot so giardije. Zato je čiščenje vode bistvenega pomena za vse, zaradi česar so ideje o projektu čiščenja vode še posebej dobra izbira za šolski sejem znanosti ali predstavitev. Toda preden skočite v projekt, je najbolje, da se naučite osnov, zakaj je treba vodo prečistiti, različne načine, kako je to mogoče in kakšne so vaše možnosti za "način čiščenja vode" projekt.

Skratka, vodo morate očistiti, da boste lahko prepričani, da je varna za pitje. Glavna tveganja v vodi so paraziti, bakterije, virusi in kemična onesnaževala, naravne, a strupene kovine, kot so svinec ali umetne kemikalije. Tudi neobdelana voda bo verjetno precej bruto.

Dva najpomembnejša zajedavca, ki ju najdemo v vodi, prihajata iz blata. Tako je - če pijete vodo iz naravnih virov, ne da bi jo zdravili, boste spili tudi malo kake. To ni samo bruto; je glavni vir tveganja, kadar gre za neobdelano vodo.

Primer je giardija, ki jo najdemo v bistvu v vseh vodnih telesih ZDA, ki prihajajo iz človeškega in živalskega iztrebka. Če se okužite z giardijo, bo to povzročilo drisko, pline in boleče krče v želodcu, ki se začnejo približno dva ali tri dni po tem, ko ste izpostavljeni. Na splošno to ne bo povzročilo nobenih dolgoročnih težav, lahko pa, če ste imunosupresirani.

Drugi glavni parazit je kriptosporidij, ki vsako leto prizadene skoraj 750.000 Američanov. To je podobno giardiji, ker trajajo približno dva do tri dni, da se simptomi pokažejo, na splošno pa vodi do driske in krčev v želodcu. Vendar »kripto« (kot ga pogosto imenujejo) lahko privede do resnejših težav, kot so simptomi trebušne slinavke, simptomi, podobni koleri, pri imunsko oslabljenih ljudeh in morda celo vodijo v smrt ljudi, AIDS. Giardijo je enostavno odstraniti s filtri ali obdelavo z jodom, vendar kripto večina filtrov ne ustavi in ​​jo je treba odstraniti iz vode s klor dioksidom ali vrenjem.

V surovi vodi je lahko prisotnih veliko vrst bakterij, vendar E. coli je najpogostejša. To lahko povzroči drisko, krče, slabost in bruhanje, poleg tega pa boste ostali dobro hidrirani, v resnih primerih boste morda potrebovali antibiotike. Najpogostejši vodni postopki odstranjujejo E. coli in druge bakterije iz vode.

Kar zadeva viruse, je glavno tveganje zaradi onesnažene vode hepatitis A. Pojavi se lahko tedni, da se pojavijo simptomi, ki so podobni zgoraj omenjenim, razen bolečin v sklepih, krčev, zvišane telesne temperature in rumene kože poleg običajne driske in bruhanja. Cepivo lahko dobite, če potujete nekam, ki njihove vode ne zdravi temeljito, če pa se okužite, je glavni nasvet, da pijete veliko tekočine in čez nekaj dni boste v redu. Priprava vode z jodom, klorovim dioksidom ali preprosto vrenje vode vas običajno zaščiti pred virusi v vodi.

Končno je lahko v neobdelani vodi prisotna ogromna količina kemikalij, ki lahko povzročijo podobno širok spekter simptomov, čeprav so kot običajno driska, slabost, krči in podobni simptomi največ verjetno. Te lahko filtrirate z izhlapevanjem, vendar se jih lahko znebijo tudi številne druge metode (ali še bolje kombinacija metod).

Če torej niste imunsko ogroženi, verjetno ne boste trpeli hudih simptomov zaradi pitja neobdelane vode, če pa si ne želite neprijetnega tedna driske in krčev, morate nenehno privoščite si vodo.

Obstajajo različni pristopi, ki bi jih lahko raziskali ali preizkusili za projekt "metode čiščenja vode". Lahko pa jih razdelimo na dokaj preproste skupine: vrenje ali destilacija, filtriranje in različne kemične obdelave.

Vrenje je nedvomno najpreprostejši način čiščenja vode, čeprav za to potrebujete vir toplote in traja nekaj časa, da se voda ohladi, da jo lahko dejansko uporabite. Vrenje pa je zelo učinkovit način prečiščevanja in traja le tri minute močnega vrenja, da odstranimo tveganje za bakterije, parazite in viruse v vodi. Glavni izziv, če imate pravo opremo, je preprečiti ponovno onesnaženje po prečiščeni vodi.

Destilacija je zelo podobna vrenju, vendar zahteva nekoliko več opreme in je na splošno bolj učinkovita pri odstranjevanju nečistoč. Nastavite vodo, da zavre in zbira pare, ko se kondenzira. To pušča za sabo večino onesnaževalcev, čeprav je treba omeniti, da so vsi onesnaževalci z vrelišči pod točko vode (pri 100 ° C) stopinje Celzija / 212 stopinj Fahrenheita na morski gladini) bo še vedno prisotna v kondenzirani vodi, po možnosti z večjimi koncentracijami kot prej. Druge slabosti so dolgotrajna narava postopka in dejstvo, da na splošno zahteva preveč energije, da bi bil ekonomsko upravičen pri obsežnem čiščenju vode.

Filtracija je še en konceptualno preprost pristop k čiščenju vode, vendar ni povsem enostaven, kot si morda mislite. Osnovni koncept je, da s potiskanjem vode skozi majhne prostore ostanejo onesnaževalci, ki ne morejo skozi. To je precej ekonomično, saj se pri tem zapravi zelo malo vode in ne porabi veliko energije. Na voljo je veliko različnih filtrov, onesnaževala, ki jih lahko odstranijo, pa je odvisna od velikosti mrežnega očesa. Velika večina filtrov ne more odstraniti virusov, ki se prenašajo z vodo, in večina jih je precej obsežnih, zato bi jih bilo težko prenašati. Tudi sam filter mora biti čist in tako kot pri mnogih metodah bi se voda po končanem postopku zlahka spet onesnažila.

Kemična obdelava je odvisna od kemičnih reakcij odstranjevanja onesnaževalcev iz vode, različne kemikalije pa so učinkovitejše za različne onesnaževalce. Jod je eden najstarejših pristopov k kemičnemu čiščenju vode, tablete ali raztopine, ki ga vsebujejo, pa na splošno učinkovito nevtralizirajo bakterije in viruse v vodi. Vendar pa jod postane vodno rumen in pušča neprijeten okus in vonj. Poleg tega v resnici deluje le na vodi, ki je že bistra (zato je morda najprej potrebna filtracija). Voda, ki jo je treba obdelati, prav tako ne more biti hladna; na primer, voda mora biti pri 21 C / 68 F, da se giardije odstranijo z jodom.

Klor je najbolj razširjena kemična obdelava vode na svetu in je na voljo v obliki tablet, tekočin in zrnc. Kljub temu, da je učinkovit, je treba z njim ravnati previdno in ne pušča neprijetnega okusa nastala voda, podobno kot jod - a kot lahko pričakujete, je po okusu nekoliko podoben pitnemu bazenu vode. Alternative, kot je natrijev dikloroizocianurat (NaDCC), sproščajo prosti klor, vendar je kemična zmes varnejša za ročaj in ne pušča okusa v vodi, zato so to najpogostejše možnosti za čiščenje vode tablete.

Na splošno so sistemi za čiščenje vode sestavljeni iz več komponent, ki zagotavljajo, da je nastala voda varna za pitje in čistega okusa. Prezračevanje je pogosto prva stopnja, ki omogoča uhajanju plinov, ujetih v vodi, čemur sledi koagulacija, kjer se umazanija in druge trdne snovi držijo za lažje odstranjevanje in sedimentacija, kjer se delci postopoma pogrezajo in ločijo od vode pod vplivom gravitacija. Po tem vodo filtriramo, da ločimo koagulirane (kosmičaste) materiale, na koncu pa kemična obdelava zagotavlja varnost pred mikroorganizmi. Če želite ustvariti delujoč model čistilne naprave za vodo, je treba te faze vključiti v vaš postopek.

Ena najboljših in najlažjih idej za projekt čiščenja vode je ustvariti sistem za filtriranje vode na osnovi peska. To je enostavno narediti s predmeti, ki jih verjetno imate v hiši. Vzemite dve prazni 2-litrski steklenici soda - eno ste prerezali na polovico - kavni filter ali filtrirni papir, nekaj drobnega peska in grobega peska, nekaj majhnih kamenčki, nekaj žlic, dve skodelici, 1-litrska čaša, gumijasti trak in vzorec umazane vode (zbrane ali narejene iz umazanije in običajne voda iz pipe). Pridobivanje nekaj aluminijevega kalijevega sulfata (alum) je koristno, ker koagulira usedlino v vzorcu. Če imate aktivno oglje, lahko s kemičnimi reakcijami odstranite dodatne sestavine.

Osnovno načelo sistema za čiščenje vode iz peska je načelo sistema za filtriranje: s pošiljanjem vode skozi drobni material, onesnaževalci v njem bodo ujeti in ne bodo končali v vodi, ki prihaja z druge strani. V tem projektu uporabite zgornjo polovico 2-litrske steklenice soda kot filter. Postavite filter za kavo (ali filtrirni papir) čez usta vrha steklenice, tako da ga z gumijastim trakom zadržite na mestu, tako da ga obrnete na glavo, tako da bo odrezan del usmerjen navzgor. Če ste aktivirali oglje, dodajte na centimeter približno centimeter ali nekaj in nato nekaj centimetrov gramoza ali drobnih kamenčkov. Zdaj na to dodajte še nekaj grobega peska, na vrh pa še nekaj drobnega peska, ki skupaj strelja za 3 do 4 centimetre peska. Postavite to - usta do konca navzdol - na vrh čaše kot lijak.

Umazano vodo dajte v nerazrezano steklenico sode, privijte pokrovček in pol minute stresite tekočino, da jo prezračite. Nalijte ga v spodnjo polovico rezane steklenice in dodajte žlico aluma, če ga imate, ter mešajte pet minut. Pustite vodo približno 20 minut, koagulirani usedlina naj se potopi. Medtem ko to počnete, skozi filtrirni sistem nežno spustite 2 litra čiste vode iz pipe in pazite, da ne motite peska na vrhu. To bo trajalo nekaj časa, vendar vaš filter pripravi na delo z umazano vodo. Kadar morate izprazniti čašo in ko to storite in se umazana voda delno loči, jo lahko spustite skozi filter.

Filtrirano vodo primerjajte z vzorcem prvotne vode v ribniku. Kako dobro je bil prečiščen?

• Pomembno je omeniti, da brez kemične obdelave vode (tudi če ste uporabili filter z ogljem) malo verjetno, da bo voda popolnoma varna za pitje. Samo vizualno ga preglejte - ne okusite!

Projekt v zadnjem poglavju lahko povsem enostavno uporabimo za znanstveni eksperiment čiščenja vode. Na vzorcih iste umazane vode lahko uporabite različne tehnike filtriranja in primerjate rezultate. Na primer, lahko preizkusite projekt z zgoraj opisano metodo in ga primerjate s komercialnim sistemom za filtriranje vode ali pa lahko raziskati razliko v komponentah filtracijskega sistema, na primer primerjati končni rezultat z dodatkom alum in brez njega. Bi lahko namesto peska in gramoza za filter uporabili nekaj, na primer gobo ali riž, in ali bo to tudi delovalo?

Najboljša ideja za eksperiment čiščenja vode za srednjo šolo ali samo projekt bi bila primerjava različnih pristopov za čiščenje vode. Z lahkoto lahko preizkusite več načinov, pri čemer je vrenje, filtriranje in kemična obdelava vse dokaj enostavno. Lahko uporabite sistem za filtriranje peska, kot je zgoraj opisani, ali komercialni sistem, za testiranje pa najdete tudi tablete za čiščenje vode.

Preprost pristop k projektu bi bil pridobiti vzorec umazane vode - z uporabo iste vode za vse teste, da bi zmanjšali spremenljivke - in jo poskušati očistiti z vsako metodo. Če želite biti čim bolj profesionalni, preizkusite učinkovitost različnih pristopov z domačim testnim kompletom za pitno vodo. Lahko pa tudi vizualno pregledate vodo zaradi bistrine in z uporabo petrijevke in rastnega medija, kot je rezina kuhanega krompirja, preizkusite bakterije. V vsako petrijevko dajte malo krompirja in dodajte kapljico vode iz vsake metode čiščenja, skupaj z nefiltriranim vzorcem in vzorcem čiste vode iz pipe, ki ga uporabite kot nadzor. Vsako posodo ustrezno označite, pokrijte in pustite nekaj dni, da se bakterijam omogoči rast.

Katera metoda je bila najučinkovitejša? Bi lahko kombinirali eno ali več metod za boljši rezultat? Kakšne so prednosti različnih pristopov?