โครงการโรงเรียนเกี่ยวกับการบำบัดน้ำให้บริสุทธิ์

หากคุณดื่มน้ำที่ไม่ผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ – “น้ำดิบ” – คุณเสี่ยงที่จะติดโรคทางน้ำที่เกิดจากแบคทีเรีย เช่น Escherichia coli (E. โคไล) และปรสิต เช่น ไจอาร์เดีย นั่นคือเหตุผลที่การทำน้ำให้บริสุทธิ์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกคน และทำให้แนวคิดโครงการทำน้ำให้บริสุทธิ์เป็นทางเลือกที่ดีเป็นพิเศษสำหรับงานนิทรรศการวิทยาศาสตร์ของโรงเรียนหรือการนำเสนอ แต่ก่อนจะเข้าสู่โครงการ ควรเรียนรู้พื้นฐานว่าเหตุใดจึงต้องทำให้น้ำบริสุทธิ์ วิธีต่างๆ ที่สามารถทำได้และตัวเลือกของคุณสำหรับ "วิธีการทำให้น้ำบริสุทธิ์" คืออะไร โครงการ.

สรุปคือ คุณต้องกรองน้ำให้บริสุทธิ์ เพื่อให้คุณดื่มได้อย่างปลอดภัย ความเสี่ยงหลักในน้ำ ได้แก่ ปรสิต แบคทีเรีย ไวรัส และสารเคมีมลพิษ โลหะที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติแต่มีพิษ เช่น ตะกั่ว หรือสารเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้น น้ำที่ไม่ผ่านการบำบัดอาจมีรสชาติที่แย่มากเช่นกัน

ปรสิตที่สำคัญที่สุดสองตัวที่พบในน้ำมาจากอุจจาระ ถูกต้อง หากคุณดื่มน้ำจากแหล่งธรรมชาติโดยไม่บำบัด คุณก็จะดื่มน้ำอึเล็กน้อยเช่นกัน นี่ไม่ใช่แค่ขั้นต้นเท่านั้น เป็นสาเหตุหลักของความเสี่ยงเมื่อพูดถึงน้ำที่ไม่ผ่านการบำบัด

Giardia เป็นตัวอย่างหนึ่ง และพบได้ในแหล่งน้ำทุกแห่งในสหรัฐอเมริกา ซึ่งมาจากอุจจาระของมนุษย์และสัตว์ หากคุณติดเชื้อไจอาร์เดีย จะทำให้เกิดอาการท้องร่วง มีแก๊สและปวดท้อง ซึ่งจะเริ่มประมาณสองหรือสามวันหลังจากที่คุณสัมผัสเชื้อ โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้จะไม่นำไปสู่ปัญหาระยะยาว แต่อาจเกิดขึ้นได้หากคุณมีภูมิคุ้มกันบกพร่อง

ปรสิตที่สำคัญอีกตัวหนึ่งคือ cryptosporidium ซึ่งส่งผลกระทบต่อชาวอเมริกันเกือบ 750,000 คนในแต่ละปี ซึ่งคล้ายกับ Giardia โดยจะใช้เวลาประมาณสองถึงสามวันในการแสดงอาการ และโดยทั่วไปจะนำไปสู่อาการท้องร่วงและปวดท้อง อย่างไรก็ตาม “crypto” (ที่มักเรียกกันว่า) อาจนำไปสู่ปัญหาร้ายแรง เช่น อาการตับอ่อน อาการคล้ายอหิวาตกโรคในผู้ที่มีภูมิคุ้มกันบกพร่อง และอาจถึงขั้นเสียชีวิตในผู้ที่ทุกข์ทรมานจากโรค เอดส์. Giardia ถอดออกได้ง่ายด้วยตัวกรองหรือการบำบัดด้วยไอโอดีน แต่ตัวกรองส่วนใหญ่ไม่ได้หยุดการเข้ารหัสลับและต้องการการบำบัดด้วยคลอรีนไดออกไซด์หรือต้มเพื่อขจัดออกจากน้ำ

แบคทีเรียหลายชนิดอาจมีอยู่ในน้ำดิบ แต่ E. โคไลเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด ซึ่งอาจทำให้เกิดอาการท้องร่วง ตะคริว คลื่นไส้และอาเจียน และเช่นเดียวกับการรักษาความชุ่มชื้นให้เพียงพอ คุณอาจต้องใช้ยาปฏิชีวนะในกรณีที่ร้ายแรง การบำบัดน้ำทั่วไปส่วนใหญ่ลบ E. โคไลและแบคทีเรียอื่นๆ จากน้ำ

ในแง่ของไวรัส ไวรัสตับอักเสบเอเป็นความเสี่ยงหลักจากน้ำที่ปนเปื้อน อาจใช้เวลาหลายสัปดาห์กว่าอาการจะปรากฏ ซึ่งคล้ายกับที่กล่าวข้างต้น ยกเว้นอาการปวดข้อ ตะคริว มีไข้ และผิวเหลือง นอกเหนือจากอาการท้องร่วงและอาเจียนตามปกติ คุณสามารถรับวัคซีนได้หากคุณเดินทางไปที่ใดที่หนึ่งซึ่งไม่ได้บำบัดน้ำอย่างทั่วถึง แต่ถ้าคุณติดเชื้อ คำแนะนำหลักคือให้ดื่มน้ำมาก ๆ และคุณจะสบายดีภายในสองสามวัน การบำบัดน้ำด้วยไอโอดีน คลอรีนไดออกไซด์ หรือโดยการต้มน้ำมักจะป้องกันคุณจากไวรัสในน้ำ

ในที่สุด สารเคมีจำนวนมากอาจมีอยู่ในน้ำที่ไม่ผ่านการบำบัด และพวกมันก็สามารถทำให้เกิดภาวะเช่นเดียวกัน อาการได้หลากหลาย แม้ว่าตามปกติแล้ว อาการท้องร่วง คลื่นไส้ ตะคริว และอาการคล้ายคลึงกันจะมากที่สุด เป็นไปได้. คุณสามารถกรองสิ่งเหล่านี้ออกได้โดยใช้การระเหย แต่วิธีอื่นๆ (หรือดีกว่านั้นคือการผสมผสานวิธีการ) ก็สามารถกำจัดพวกมันได้เช่นกัน

ดังนั้นหากคุณไม่มีภูมิคุ้มกันบกพร่อง คุณก็อาจจะไม่มีอาการรุนแรงจากการดื่มน้ำที่ไม่ผ่านการบำบัด แต่หากคุณไม่ต้องการให้มีอาการท้องเสียหรือเป็นตะคริวเป็นเวลา 1 สัปดาห์ คุณควร เสมอ บำบัดน้ำของคุณ

มีแนวทางต่างๆ ที่คุณสามารถตรวจสอบหรือทดสอบโครงการ "วิธีการทำให้น้ำบริสุทธิ์" ได้ พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มที่ค่อนข้างง่ายแม้ว่า: การต้มหรือการกลั่นการกรองและการบำบัดทางเคมีต่างๆ

การต้มเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการทำน้ำให้บริสุทธิ์อย่างไม่ต้องสงสัย แม้คุณจะต้องใช้แหล่งความร้อนในการต้ม และต้องใช้เวลาสักพักกว่าน้ำจะเย็นลงจึงสามารถนำมาใช้ได้จริง อย่างไรก็ตาม การต้มเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการทำให้บริสุทธิ์ และใช้เวลาเพียงสามนาทีของการเดือดอย่างแรงเพื่อขจัดความเสี่ยงจากแบคทีเรีย ปรสิต และไวรัสในน้ำ ความท้าทายหลักหากคุณมีอุปกรณ์ที่เหมาะสมคือการป้องกันการปนเปื้อนซ้ำหลังจากที่น้ำได้รับการทำให้บริสุทธิ์แล้ว

การกลั่นนั้นคล้ายกับการต้มมาก แต่ต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อย และโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนมากกว่า คุณตั้งน้ำให้เดือด และเก็บไอน้ำในขณะที่มันควบแน่น สิ่งนี้ทิ้งสิ่งปนเปื้อนส่วนใหญ่ไว้ แม้ว่าควรสังเกตว่าสิ่งปนเปื้อนใดๆ ที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ (ที่ 100 องศาเซลเซียส/212 องศาฟาเรนไฮต์ที่ระดับน้ำทะเล) จะยังคงอยู่ในน้ำควบแน่น อาจมีความเข้มข้นมากกว่า ก่อน. ข้อเสียอื่น ๆ คือลักษณะที่ใช้เวลานานของกระบวนการและความจริงที่ว่าโดยทั่วไปต้องใช้พลังงานมากเกินไปที่จะนำไปใช้ในเชิงเศรษฐกิจในการบำบัดน้ำขนาดใหญ่

การกรองเป็นแนวทางง่ายๆ อีกแนวทางหนึ่งในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ แต่ก็ไม่ได้ตรงไปตรงมาอย่างที่คุณคิด แนวคิดพื้นฐานคือการบังคับให้น้ำไหลผ่านพื้นที่เล็กๆ สารปนเปื้อนที่ไม่สามารถผ่านเข้าไปได้จะถูกทิ้งไว้เบื้องหลัง ค่อนข้างประหยัด เนื่องจากมีการใช้น้ำเพียงเล็กน้อยในกระบวนการ และไม่ใช้พลังงานมากนัก ตัวกรองต่างๆ มีอยู่มากมาย และสารปนเปื้อนที่สามารถขจัดออกได้จะขึ้นอยู่กับขนาดของตาข่าย ตัวกรองส่วนใหญ่ไม่สามารถกำจัดไวรัสที่เกิดจากน้ำได้ และส่วนใหญ่ก็ค่อนข้างเทอะทะ จึงพกพาไปไหนได้ยาก ตัวกรองต้องสะอาดด้วย และเช่นเดียวกับหลายวิธี น้ำอาจปนเปื้อนได้ง่ายอีกครั้งหลังจากกระบวนการเสร็จสิ้น

การบำบัดด้วยสารเคมีขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากน้ำ และสารเคมีต่างๆ จะมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับสารปนเปื้อนต่างๆ ไอโอดีนเป็นหนึ่งในวิธีการที่เก่าแก่ที่สุดในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ด้วยสารเคมี และยาเม็ดหรือสารละลายที่มีส่วนผสมของไอโอดีนโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพในการทำให้แบคทีเรียและไวรัสเป็นกลางในน้ำ อย่างไรก็ตาม ไอโอดีนจะเปลี่ยนน้ำเป็นสีเหลืองและทำให้มีกลิ่นและรสที่ไม่พึงประสงค์ นอกจากนี้ยังใช้งานได้จริงกับน้ำที่ใสอยู่แล้ว (ดังนั้นอาจต้องกรองก่อน) น้ำที่จะบำบัดก็ไม่สามารถเย็นได้ ตัวอย่างเช่น น้ำต้องอยู่ที่ 21 C/68 F เพื่อกำจัดไจร์เดียด้วยไอโอดีน

คลอรีนเป็นระบบบำบัดน้ำที่ใช้สารเคมีมากที่สุดในโลก และมีจำหน่ายในรูปเม็ด ของเหลว และเม็ด แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็ต้องจัดการอย่างระมัดระวัง และทิ้งรสชาติที่ไม่พึงประสงค์ไว้ใน ผลลัพธ์ที่ได้คือน้ำ คล้ายกับไอโอดีน แต่อย่างที่คุณคาดไว้ มันมีรสชาติเหมือนดื่มในสระว่ายน้ำ น้ำ. ทางเลือกเช่นโซเดียมไดคลอโรไอโซไซยานูเรต (NaDCC) ปล่อยคลอรีนอิสระ แต่ส่วนผสมทางเคมีนั้นปลอดภัยกว่า จับและไม่ทิ้งรสชาติในน้ำ จึงเป็นตัวเลือกที่ใช้กันทั่วไปในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ แท็บเล็ต

โดยทั่วไป ระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำที่ได้นั้นปลอดภัยสำหรับดื่มและมีรสชาติที่บริสุทธิ์ การเติมอากาศมักเป็นขั้นตอนแรก ทำให้ก๊าซใดๆ ที่ติดอยู่ในน้ำหนีออกมา ตามมาด้วยการจับตัวเป็นก้อน ซึ่งสิ่งสกปรกและของแข็งอื่นๆ ติดอยู่ ร่วมกันเพื่อให้ง่ายต่อการกำจัดและการตกตะกอน โดยที่อนุภาคจะค่อยๆ จมและแยกออกจากน้ำภายใต้อิทธิพลของ แรงโน้มถ่วง หลังจากนี้ น้ำจะถูกกรองเพื่อแยกวัสดุที่จับตัวเป็นก้อน (floc) และสุดท้าย การบำบัดด้วยสารเคมีช่วยรับรองความปลอดภัยจากจุลินทรีย์ หากคุณต้องการสร้างแบบจำลองการทำงานของโรงงานทำน้ำให้บริสุทธิ์ ขั้นตอนเหล่านี้ควรรวมอยู่ในกระบวนการของคุณ

หนึ่งในแนวคิดโครงการทำน้ำให้บริสุทธิ์ที่ดีที่สุดและง่ายที่สุดคือการสร้างระบบกรองน้ำที่ใช้ทรายเป็นฐาน ทำได้ง่ายๆ กับสิ่งของที่คุณน่าจะมีในบ้าน รับขวดโซดาเปล่าขนาด 2 ลิตร 2 ขวด โดยขวดหนึ่งใช้ผ่าครึ่ง กระดาษกรองกาแฟหรือกระดาษกรอง ทรายละเอียดและทรายละเอียดหยาบ ขนาดเล็ก กรวด ช้อนสองสามช้อน สองถ้วย บีกเกอร์ขนาด 1 ลิตร ยางรัด และตัวอย่างน้ำสกปรก (ไม่ว่าจะเก็บหรือทำโดยใช้ดินและดินธรรมดา น้ำประปา). การได้รับอะลูมิเนียมโพแทสเซียมซัลเฟต (สารส้ม) มีประโยชน์เพราะจะทำให้ตะกอนในตัวอย่างจับตัวเป็นก้อน หากคุณมีถ่านกัมมันต์ สิ่งนี้สามารถกำจัดส่วนประกอบเพิ่มเติมผ่านปฏิกิริยาเคมี

หลักการพื้นฐานของระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ด้วยทรายคือระบบการกรอง: โดยการส่งน้ำผ่าน วัสดุอย่างดี สารปนเปื้อนที่อยู่ในนั้นจะถูกดักจับและจะไม่ลงเอยในน้ำที่ไหลออกมาจากอีกด้านหนึ่ง ในโครงการนี้ คุณใช้ครึ่งบนของขวดโซดาขนาด 2 ลิตรเป็นตัวกรอง วางที่กรองกาแฟ (หรือกระดาษกรอง) ไว้เหนือปากขวดโดยใช้แถบยางรัดเข้าที่ พลิกคว่ำเพื่อให้ส่วนที่ตัดหันขึ้นด้านบน หากคุณมีถ่านกัมมันต์ ให้เพิ่มถ่านลงไปหนึ่งนิ้วที่ก้นถ่าน แล้วใส่กรวดหรือก้อนกรวดเล็กๆ อีกสองสามนิ้ว ตอนนี้เพิ่มทรายหยาบบางส่วนลงไป และทรายละเอียดบางส่วนด้านบนนี้ โดยยิงทรายได้ทั้งหมด 3 ถึง 4 นิ้ว วางสิ่งนี้ – ปลายปากลง – ด้านบนของบีกเกอร์เหมือนกรวย

ใส่น้ำสกปรกของคุณลงในขวดโซดาที่ไม่ได้เจียระไน ขันฝาให้แน่นแล้วเขย่าของเหลวเป็นเวลาครึ่งนาทีเพื่อผึ่งลม เทลงในครึ่งล่างของขวดที่หั่น แล้วเติมสารส้มหนึ่งช้อนโต๊ะถ้าคุณมี กวนเป็นเวลาห้านาที ทิ้งน้ำไว้ประมาณ 20 นาที ปล่อยให้ตะกอนที่ตกตะกอนจมลง ในขณะที่คุณทำเช่นนี้ ให้ค่อยๆ เทน้ำประปาสะอาด 2 ลิตรผ่านระบบกรองของคุณ ระวังอย่ารบกวนทรายที่อยู่ด้านบน จะใช้เวลาสักครู่แต่เตรียมตัวกรองของคุณให้ทำงานกับน้ำสกปรก ล้างบีกเกอร์เมื่อคุณต้องการ และเมื่อคุณทำเสร็จแล้วและน้ำสกปรกแยกออกบางส่วน คุณสามารถเรียกใช้ผ่านตัวกรองได้

เปรียบเทียบน้ำกรองกับตัวอย่างน้ำบ่อเดิม ถูกทำให้บริสุทธิ์ดีแค่ไหน?

• สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือหากไม่มีการบำบัดน้ำด้วยสารเคมี (แม้ว่าคุณจะใช้ตัวกรองแบบถ่าน) ก็ไม่น่าจะดื่มน้ำได้อย่างสมบูรณ์ เพียงตรวจสอบด้วยสายตา - อย่าลิ้มรส!

โครงการในส่วนสุดท้ายนี้สามารถใช้สำหรับการทดลองทำน้ำให้บริสุทธิ์ทางวิทยาศาสตร์อย่างยุติธรรมได้ค่อนข้างง่าย คุณสามารถใช้เทคนิคการกรองแบบต่างๆ กับตัวอย่างน้ำสกปรกชนิดเดียวกันและเปรียบเทียบผลลัพธ์ได้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถลองใช้โครงการด้วยวิธีที่อธิบายไว้ข้างต้น และเปรียบเทียบกับระบบกรองน้ำที่มีจำหน่ายทั่วไป หรือคุณอาจ ตรวจสอบความแตกต่างของส่วนประกอบเฉพาะของระบบการกรอง เช่น การเปรียบเทียบผลลัพธ์ขั้นสุดท้ายที่มีและไม่มีการเติมสารส้ม คุณสามารถใช้บางอย่างเช่นฟองน้ำหรือข้าวกรองแทนทรายและกรวดและจะทำงานได้ดีหรือไม่?

แนวคิดที่ดีที่สุดสำหรับการทดลองทำน้ำให้บริสุทธิ์สำหรับโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายหรือเพียงแค่โครงการคือการเปรียบเทียบวิธีการทำน้ำให้บริสุทธิ์แบบต่างๆ คุณสามารถทดสอบวิธีการต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย ด้วยการต้ม การกรอง และการบำบัดด้วยสารเคมี ซึ่งการทดสอบทั้งหมดนั้นค่อนข้างง่าย คุณสามารถใช้ระบบกรองทรายแบบที่อธิบายข้างต้นหรือแบบที่มีจำหน่ายทั่วไป และคุณสามารถหาแท็บเล็ตทำน้ำให้บริสุทธิ์เพื่อทดสอบได้เช่นกัน

แนวทางง่ายๆ ในโครงการคือการเก็บตัวอย่างน้ำสกปรก โดยใช้น้ำเดียวกันสำหรับการทดสอบทั้งหมด เพื่อลดตัวแปรให้เหลือน้อยที่สุด และพยายามทำให้บริสุทธิ์โดยใช้แต่ละวิธี ทดสอบประสิทธิภาพของแนวทางต่างๆ โดยใช้ชุดทดสอบน้ำดื่มที่บ้าน หากคุณต้องการเป็นมืออาชีพมากที่สุด อย่างไรก็ตาม คุณยังสามารถตรวจสอบน้ำด้วยสายตาเพื่อความใส และทดสอบแบคทีเรียโดยใช้จานเพาะเชื้อและสารช่วยการเจริญเติบโต เช่น มันฝรั่งต้มฝาน ใส่มันฝรั่งเล็กน้อยลงในจานเพาะเชื้อแต่ละจาน แล้วเติมน้ำหนึ่งหยดจากวิธีการทำให้บริสุทธิ์แต่ละวิธี พร้อมกับตัวอย่างที่ไม่ผ่านการกรองและตัวอย่างน้ำประปาที่สะอาดเพื่อใช้เป็นตัวควบคุม ติดฉลากแต่ละจาน ปิดฝาทิ้งไว้สองสามวันเพื่อให้แบคทีเรียมีโอกาสเติบโต

วิธีใดมีประสิทธิภาพมากที่สุด? คุณสามารถรวมวิธีการอย่างน้อยหนึ่งวิธีเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าได้หรือไม่? จุดแข็งของแนวทางต่างๆ คืออะไร?