Шкільні проекти з очищення води

Якщо ви п'єте воду, яка не пройшла процес очищення - "сиру воду", ви ризикуєте заразитися хворобами, що передаються водою, що походять від бактерій, таких як кишкова паличка (E. coli) та паразитів, таких як лямблії. Ось чому очищення води є важливим для кожного, і це робить ідеї проектів очищення води особливо вдалим вибором для шкільного наукового ярмарку чи презентації. Але перед тим, як переходити до проекту, найкраще вивчити основи того, чому воду потрібно очищати різні способи, якими це можна зробити, і які ваші варіанти "методу очищення води" проекту.

Коротше кажучи, вам потрібно очистити воду, щоб ви були впевнені, що її можна пити безпечно. Основними ризиками у воді є паразити, бактерії, віруси та хімічні забруднювачі, природні, проте токсичні метали, такі як свинець, або хімічні речовини, створені людиною. Неочищена вода, мабуть, теж буде мати смак.

Два найважливіші паразити, що знаходяться у воді, походять від калу. Правильно - якщо ви будете пити воду з природних джерел, не обробляючи її, ви також будете пити трохи корму. Це не тільки брутто; це основне джерело ризику, коли йдеться про необроблену воду.

Одним із прикладів є лямблія, яка міститься в основному в усіх водоймах США, що надходять з калу людини та тварин. Якщо ви заразитесь лямбліями, це призведе до діареї, газів і болючих спазмів у шлунку, які починаються приблизно через два-три дні після вашого впливу. Взагалі кажучи, це не призведе до довгострокових проблем, але це може статися, якщо у вас пригнічений імунітет.

Іншим основним паразитом є криптоспоридій, який вражає майже 750 000 американців щороку. Це схоже на лямблію тим, що симптоми проявляються приблизно через два-три дні, і це, як правило, призводить до діареї та спазмів шлунка. Однак "крипто" (як його часто називають) може призвести до більш серйозних проблем, таких як симптоми підшлункової залози, холероподібні симптоми у людей із пригніченим імунітетом і навіть, можливо, призводять до смерті людей, які страждають СНІД. Видалити лямблії легко за допомогою фільтрів або йодної обробки, але більшість фільтрів не зупиняють криптографічні процеси, тому для видалення з води потрібна обробка діоксидом хлору або кип’ятіння.

У сирій воді може бути багато видів бактерій, але E. coli є найбільш поширеною. Це може спричинити діарею, судоми, нудоту та блювоту, а також, залишаючись добре зволоженою, у серйозних випадках вам можуть знадобитися антибіотики. Найчастіше водні процедури видаляють E. coli та інших бактерій з води.

Що стосується вірусів, гепатит А є основним ризиком забрудненої води. Можуть знадобитися тижні, щоб з’явитись симптоми, подібні до розглянутих вище, за винятком болю в суглобах, судом, лихоманки та пожовтіння шкіри на додаток до звичайної діареї та блювоти. Ви можете отримати вакцину, якщо ви подорожуєте кудись, де не ретельно обробляєте воду, але якщо ви заразитесь, головна порада - пити багато рідини, і через кілька днів з вами все буде в порядку. Обробка води йодом, діоксидом хлору або простим кип’ятінням води зазвичай захищає вас від вірусів у воді.

Нарешті, величезна кількість хімічних речовин може бути присутніми в необробленій воді, і вони можуть спричинити подібне широкий спектр симптомів, хоча як зазвичай діарея, нудота, судоми та подібні симптоми найбільше ймовірно. Ви можете відфільтрувати їх за допомогою випаровування, але багато інших методів (або, що ще краще, комбінація методів) також можуть позбутися їх.

Отже, якщо ви не порушите імунітет, ви, ймовірно, не будете страждати від сильних симптомів від вживання необробленої води, але якщо вам не потрібен неприємний тиждень діареї та спазмів, вам слід завжди пригощайся водою.

Існують різні підходи, які ви можете дослідити або перевірити на проект "методи очищення води". Однак їх можна розділити на досить прості групи: кип’ятіння або перегонка, фільтрування та різні хімічні обробки.

Кип’ятіння, безсумнівно, є найпростішим способом очищення води, хоча для цього вам потрібне джерело тепла, і вода потребує деякого часу, щоб вона охолола, щоб її можна було фактично використовувати. Однак кип’ятіння є дуже ефективним методом очищення, і потрібно лише три хвилини енергійного кип’ятіння, щоб усунути ризик від бактерій, паразитів та вірусів у воді. Основною проблемою, за умови наявності належного обладнання, є запобігання забрудненню після очищення води.

Дистиляція дуже схожа на кип’ятіння, але для цього потрібно трохи більше обладнання та, як правило, більш ефективна у видаленні забруднень. Ви встановлюєте кипіння води і збираєте пару, коли вона конденсується. Це залишає за собою більшість забруднень, хоча варто зауважити, що будь-які забруднення з температурою кипіння нижче температури води (при 100 градусів Цельсія / 212 градусів за Фаренгейтом на рівні моря) все ще буде присутній у конденсованій воді, можливо, з більшими концентраціями, ніж раніше. Іншими мінусами є трудомісткий характер процесу і той факт, що він, як правило, вимагає занадто багато енергії, щоб бути економічно вигідним при широкомасштабній очистці води.

Фільтрація - ще один концептуально простий підхід до очищення води, але це не зовсім так просто, як можна подумати. Основна концепція полягає в тому, що, пропускаючи воду через невеликі простори, забруднення, які не можуть просочитися, залишаються позаду. Це досить економічно, оскільки в процесі витрачається дуже мало води, і вона не витрачає багато енергії. Доступно багато різних фільтрів, і забруднення, які вони здатні видаляти, залежать від розміру сітки. Переважна більшість фільтрів не можуть видалити віруси, що передаються водою, і більшість з них досить громіздкі, тому їх важко переносити. Сам фільтр також повинен бути чистим, і, як і у багатьох методах, вода може легко забруднитися знову після завершення процесу.

Хімічна обробка залежить від хімічних реакцій на видалення забруднень із води, а різні хімічні речовини ефективніші для різних забруднень. Йод є одним із найдавніших підходів до хімічного очищення води, і містять його таблетки або розчини, як правило, ефективні для нейтралізації бактерій та вірусів, що знаходяться у воді. Однак йод набуває воду жовтого кольору і залишає неприємний смак і запах. Плюс, він справді працює лише на прозорій воді (тому спочатку може знадобитися фільтрація). Вода, що підлягає лікуванню, також не може бути холодною; наприклад, вода повинна бути при температурі 21 C / 68 F для видалення лямблій за допомогою йоду.

Хлор - це найпоширеніша хімічна обробка води у світі, і вона доступна у формі таблеток, рідин та гранул. Незважаючи на ефективність, з ним потрібно поводитися обережно, і це залишає неприємний смак у Отримана вода, схожа на йод - але, як ви можете очікувати, вона на смак трохи нагадує питний басейн води. Такі альтернативи, як дихлоризоціанурат натрію (NaDCC), виділяють вільний хлор, але хімічна суміш безпечніша для і не залишає смаку у воді, тому це найпоширеніший варіант для очищення води таблетки.

Взагалі кажучи, системи очищення води складаються з декількох компонентів, щоб забезпечити отриману воду безпечною для пиття та чистою на смак. Аерація часто є першим етапом, що дозволяє будь-яким газам, що потрапили у воду, виходити з подальшою коагуляцією, де бруд та інші тверді речовини прилипають разом, щоб їх було легше видалити, та осідання, де частинки поступово опускаються та відокремлюються від води під впливом сила тяжіння. Після цього воду фільтрують, щоб відокремити коагульовані (флокульовані) матеріали, і, нарешті, хімічна обробка забезпечує безпеку від мікроорганізмів. Якщо ви хочете створити робочу модель установки для очищення води, ці етапи слід врахувати у вашому процесі.

Однією з найкращих і найпростіших ідей проекту очищення води є створення системи фільтрації води на основі піску. Це досить легко зробити з предметами, які, ймовірно, є у вас вдома. Отримайте дві порожні 2-літрові пляшки газованої води - одну з них ви розрізаєте навпіл - кавовий фільтр або фільтрувальний папір, трохи дрібного піску та крупного піску, деякі невеликі галька, пара ложок, дві чашки, 1-літрова склянка, гумка та зразок брудної води (зібраної чи зробленої з використанням бруду та звичайної вода з під крану). Отримання сульфату калію алюмінію (галун) корисно, оскільки він коагулює осад у зразку. Якщо ви активували вугілля, це може видалити додаткові компоненти за допомогою хімічних реакцій.

Основним принципом системи очищення піщаної води є принцип фільтрації: направляючи воду через дрібний матеріал, забруднення, що містяться в ньому, потрапляють у пастку і не потрапляють у воду, що виходить з іншого боку. У цьому проекті ви використовуєте верхню половину 2-літрової содової пляшки як фільтр. Покладіть кавовий фільтр (або фільтрувальний папір) через горловину пляшки, використовуючи гумову стрічку, щоб утримувати її на місці, перевернувши догори дном, щоб вирізана ділянка була спрямована вгору. Якщо у вас активоване вугілля, додайте його дюйм або близько того на дно, а потім додайте пару дюймів гравію або дрібної гальки. Тепер додайте трохи крупного піску поверх цього і трохи дрібного піску поверх цього, знімаючи загалом від 3 до 4 дюймів піску. Покладіть цей край - ротом донизу - зверху склянки, як лійку.

Помістіть свою брудну воду в нерозрізану пляшку з газованою водою, прикрутивши ковпачок і струшуючи рідину протягом півхвилини, щоб провітрити її. Вилийте його в нижню половину вирізаної пляшки і додайте столову ложку галуну, якщо є, розмішуючи протягом п’яти хвилин. Залиште воду приблизно на 20 хвилин, даючи коагульованому осаду опуститися. Поки ви це робите, обережно пропустіть 2 літри чистої водопровідної води через систему фільтрів, обережно, щоб не заважати піску зверху. Це займе деякий час, але ваш фільтр готується до роботи з брудною водою. Потрібно спорожнити склянку, і коли ви це зробите, і брудна вода частково відокремиться, ви зможете пропустити її через фільтр.

Порівняйте фільтровану воду із зразком вихідної води у ставку. Наскільки добре він очищений?

• Важливо зазначити, що без хімічної обробки води (навіть якщо ви використовували вугільний фільтр), навряд чи вода буде цілком безпечною для пиття. Просто огляньте його візуально - не смакуйте!

Проект в останньому розділі може бути використаний для науково-дослідного експерименту з очищення води досить легко. Ви можете використовувати різні техніки фільтрації на зразках тієї самої брудної води та порівнювати результати. Наприклад, ви можете спробувати проект за допомогою методу, описаного вище, і порівняти його із наявною у продажу системою фільтрації води, або ви можете дослідити різницю конкретних компонентів системи фільтрації роблять, наприклад, порівнюючи кінцевий результат з додаванням квасцов і без нього. Чи не могли б ви використати щось на зразок губки або рису для фільтра замість піску та гравію, і чи спрацює він це теж?

Найкращою ідеєю експерименту з очищення води для середньої школи або просто проекту було б порівняти різні підходи до очищення води. Ви можете легко протестувати кілька методів, причому кип’ятіння, фільтрація та хімічна обробка є досить простими для перевірки. Ви можете використовувати систему для фільтрації піску, подібну до описаної вище, або комерційну, і ви також можете знайти таблетки для очищення води для тестування.

Простим підходом до проекту було б взяти зразок брудної води - використовувати ту саму воду для всіх тестів, щоб мінімізувати змінні - і спробувати очистити її, використовуючи кожен метод. Перевірте ефективність різних підходів за допомогою домашнього набору для тестування питної води, якщо ви хочете бути максимально професійними. Однак ви також можете візуально перевірити воду на прозорість та протестувати бактерії за допомогою чашки Петрі та середовища для росту, наприклад шматочка вареної картоплі. Покладіть трохи картоплі в кожну чашку Петрі і додайте краплю води від кожного способу очищення, разом з нефільтрованим зразком і зразком чистої водопровідної води, який використовуватиметься як контроль. Відповідно позначте кожну страву, накрийте їх і залиште на кілька днів, щоб дати можливість бактеріям рости.

Який метод був найбільш ефективним? Чи могли б ви поєднати один або кілька методів для отримання кращого результату? У чому сильні сторони різних підходів?