Informatie

Hoe effectief is waterzuivering door te koken?


Doodt kokend water alle schadelijke bacteriën, schimmels enz. uit water, of is het slechts een mythe en verwijdert het slechts enkele micro-organismen?


Om precies te zijn, kokend water niet verwijder alle bacteriën zoals er zeker zijn extremofielen die gedijen bij hogere temperaturen.

Echter, Het is bekend dat koken van water schadelijke ziekteverwekkers verwijdert. Het koken van water is een methode om pasteurisatie, wat betekent het doden van die organismen die kan schade toebrengen aan mensen.

Citaat van Staat New York - Ministerie van Volksgezondheid >>

Kokend water doodt of inactiveert virussen, bacteriën, protozoa en andere pathogenen door het gebruiken van hitte om structurele componenten te beschadigen en essentiële levensprocessen te verstoren (bijvoorbeeld eiwitten denatureren). Koken is geen sterilisatie en wordt nauwkeuriger gekarakteriseerd als pasteurisatie.

Eten koken is ook een vorm van pasteurisatie. Voor pasteurisatie om effectief te zijn, moet water of voedsel worden verwarmd tot ten minste de pasteurisatietemperatuur voor de betrokken organismen en gedurende een voorgeschreven interval op die temperatuur worden gehouden.


Een gids voor drinkwaterbehandeling en sanitaire voorzieningen voor gebruik in het achterland en op reis

Opmerking: Er is een pdf-versie van dit document met informatie die visueel in tabelvorm wordt weergegeven, beschikbaar (houd er rekening mee dat de pdf niet toegankelijk is voor schermlezers. Deze HTML-pagina bevat dezelfde informatie als in de pdf): Een gids voor drinkwaterbehandeling en sanitaire voorzieningen voor backcountry en reizen Gebruik pdf-pictogram [PDF &ndash 896 KB] .

Invoering

Dit document dient alleen als richtlijn voor personen die van plan zijn onbehandeld of slecht behandeld water als drinkwaterbron te gebruiken. Dit document kan reizigers en watergebruikers in het achterland ook helpen bij het onderzoeken van methoden voor de behandeling van drinkwater. Behalve koken, zijn weinig van de waterbehandelingsmethoden 100% effectief in het verwijderen van alle ziekteverwekkers.

  • Mogelijke gevolgen voor de gezondheid door inname van water dat verontreinigd is met Cryptosporidium zijn:
    • Gastro-intestinale ziekte (bijvoorbeeld diarree, braken, krampen).
    • Uitwerpselen van mensen en dieren.
    • Koken (rollend koken gedurende 1 minuut) heeft een zeer hoge effectiviteit bij het doden Cryptosporidium
    • Filtratie heeft een hoge effectiviteit bij het verwijderen Cryptosporidium bij gebruik van een absoluut filter van minder dan of gelijk aan 1 micron (NSF-standaard 53 of 58 beoordeeld &ldquocystreductie/verwijdering&rdquo-filter)
    • Desinfectie met jodium of chloor is niet effectief bij het doden Cryptosporidium
    • Desinfectie met chloordioxide heeft een lage tot matige effectiviteit bij het doden Cryptosporidium
    • Combinatiefiltratie en desinfectie heeft een zeer hoge effectiviteit bij het verwijderen en doden Cryptosporidium bij gebruik met chloordioxide en een absoluut filter van minder dan of gelijk aan 1 micron (NSF-standaard 53 of 58 beoordeeld &ldquocystreductie/verwijdering&rdquo-filter).
    • Mogelijke gevolgen voor de gezondheid door inname van water dat verontreinigd is met Giardia zijn:
      • Gastro-intestinale ziekte (bijvoorbeeld diarree, braken, krampen).
      • Uitwerpselen van mensen en dieren.
      • Koken (rollend koken gedurende 1 minuut) heeft een zeer hoge effectiviteit bij het doden Giardia
      • Filtratie heeft een hoge effectiviteit bij het verwijderen Giardia bij gebruik van een absoluut filter van minder dan of gelijk aan 1 micron (NSF-standaard 53 of 58 beoordeeld &ldquocystreductie/verwijdering&rdquo-filter)
      • Desinfectie met jodium of chloor heeft een lage tot matige effectiviteit bij het doden Giardia
      • Desinfectie met chloordioxide heeft een hoge effectiviteit bij het doden Giardia
      • Combinatiefiltratie en desinfectie heeft een zeer hoge effectiviteit bij het verwijderen en doden Giardia bij gebruik met chloordioxide en een absoluut filter van minder dan of gelijk aan 1 micron (NSF-standaard 53 of 58 beoordeeld &ldquocystreductie/verwijdering&rdquo-filter).
      • Mogelijke gevolgen voor de gezondheid door inname van met bacteriën verontreinigd water zijn:
        • Gastro-intestinale ziekte (bijvoorbeeld diarree, braken, krampen).
        • Uitwerpselen van mensen en dieren.
        • Koken (rollend koken gedurende 1 minuut) heeft een zeer hoge effectiviteit bij het doden van bacteriën
        • Filtratie heeft een matige effectiviteit bij het verwijderen van bacteriën bij gebruik van een absoluut minder dan of gelijk aan 0,3 micron filter
        • Desinfectie met jodium of chloor heeft een hoge effectiviteit bij het doden van bacteriën
        • Desinfectie met chloordioxide heeft een hoge effectiviteit bij het doden van bacteriën
        • Combinatiefiltratie en desinfectie heeft een zeer hoge effectiviteit bij het verwijderen en doden van bacteriën bij gebruik met jodium, chloor of chloordioxide en een absoluut minder dan of gelijk aan 0,3 micron filter (NSF-standaard 53 of 58 beoordeeld &ldquocystreductie / verwijdering&rdquo-filter).
        • Mogelijke gezondheidseffecten van inname van water dat besmet is met virussen zijn:
          • Gastro-intestinale ziekte (bijvoorbeeld diarree, braken, krampen), hepatitis, meningitis.
          • Uitwerpselen van mensen en dieren.
          • Koken (rollend koken gedurende minimaal 1 minuut) heeft een zeer hoge effectiviteit bij het doden van virussen
          • Filtratie is niet effectief bij het verwijderen van virussen
          • Desinfectie met jodium of chloor heeft een hoge effectiviteit bij het doden van virussen
          • Desinfectie met chloordioxide heeft een hoge effectiviteit bij het doden van virussen
          • Desinfectie heeft een hoge effectiviteit bij het doden van virussen bij gebruik met jodium, chloor of chloordioxide.

          Het volledige verhaal

          Misschien bent u een avonturier die door de wildernis wandelt en realiseert u zich dat uw flessenwater op is. Er is een beek verderop, je hebt behoorlijk dorst en het water ziet er uit schoon. Of misschien is uw stad gewoon hard getroffen door een orkaan, waardoor uw watervoorziening is verstoord en vervuild. In dergelijke situaties is het riskant om onbehandeld water te drinken. Draagbare waterzuiverende producten kunnen van pas komen en worden op de markt gebracht voor gebruik in dit soort situaties.

          Het drinken van onbehandeld water, dat verschillende ziekteverwekkers kan bevatten, kan leiden tot ziekte, variërend van milde gastro-intestinale symptomen zoals misselijkheid, braken en diarree tot ernstigere ziekten zoals hepatitis, meningitis en zelfs de dood. Volgens het Waterborne Disease and Outbreak Surveillance System (WBDOSS) werden in de Verenigde Staten in de periode 2013-2014 42 watergerelateerde uitbraken gemeld. Deze uitbraken resulteerden in minstens 1006 ziektegevallen, 124 ziekenhuisopnames en 13 doden.

          Waterzuiverende chemicaliën kunnen aan onbehandeld water worden toegevoegd om schadelijke micro-organismen (protozoa, bacteriën en virussen) te doden en het water veiliger te maken om te drinken. Ze kunnen nuttig zijn na een natuurramp die de toevoer van drinkbaar water verstoort of voor mensen die kamperen, wandelen of zich in afgelegen gebieden bevinden waar veilig drinkwater niet direct beschikbaar is.

          Waterzuiverende chemicaliën die tegenwoordig beschikbaar zijn, zijn meestal in de vorm van tabletten, maar ze zijn ook verkrijgbaar in vloeibare druppels of verpakt poeder. Ze bevatten chloor of jodium.

          Of het nu gaat om vloeistof, tabletten of poeder, waterzuiverende chemicaliën worden rechtstreeks aan onbehandeld water toegevoegd, waardoor chloor of jodium vrijkomt. Deze desinfectiemiddelen werken direct in op schadelijke organismen om ze te vernietigen. Waterzuiverende chemicaliën variëren in hun houdbaarheid, de tijd die nodig is om volledig op te lossen en effectief te zijn, en de concentratie van het actieve ingrediënt. Hoe goed elke chemische stof schadelijke ziekteverwekkers kan vernietigen en onbehandeld water echt drinkbaar maakt, hangt af van meerdere factoren, zoals de temperatuur, pH, troebelheid van het water en hoe lang de chemische stof moet oplossen en volledig effect heeft. Het is belangrijk op te merken dat niet alle ziekteverwekkers volledig worden geëlimineerd door deze chemicaliën. Volgens de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) is het juiste koken van onbehandeld water de meest effectieve techniek, maar dit is vaak niet praktisch. Bovendien ontdoen waterzuiverende chemicaliën het water niet van chemische verontreinigingen zoals pesticiden.

          Hoe veilig zijn waterzuiverende chemicaliën en kunnen ze giftig zijn? Bij correct gebruik zijn waterzuiverende chemicaliën over het algemeen veilig. Ze zijn immers zelf een veiligheidsmaatregel die bedoeld is om te worden geconsumeerd! Als ze echter in tabletvorm zijn, kunnen ze gemakkelijk worden aangezien voor medicijnen, vitamines of snoep, en kinderen die er toegang toe hebben, kunnen ze doorslikken.

          Waterzuiverende chemicaliën zijn behoorlijk irritant. Bij ongepast, overmatig gebruik of wanneer ze heel worden ingeslikt, leiden ze tot onmiddellijke irritatie van de mond, keel en maag, wat symptomen veroorzaakt zoals een branderig gevoel en irritatie in de mond en keel, misselijkheid, braken en buikpijn. Waterzuiveraars op basis van jodium kunnen leiden tot ernstigere, vertraagde en lichaamsbrede effecten, vooral bij langdurig gebruik. Het risico op vergiftiging door waterzuiverende chemicaliën hangt af van veel verschillende factoren, zoals de leeftijd en de algehele gezondheid van de patiënt en de hoeveelheid en het type product dat wordt ingeslikt.

          Draagbare waterzuiverende producten bestaan ​​al vele jaren en kunnen nuttige hulpmiddelen zijn om door water overgedragen ziekten te verminderen. Onbedoelde inname van deze producten kan optreden omdat ze erg lijken op eetbare producten. Door deze producten in hun originele verpakking te bewaren en gescheiden te houden van gebieden waar voedsel en medicijnen worden bewaard, kan onbedoelde blootstelling worden voorkomen. Een andere belangrijke tip voor het voorkomen van gif is om goed op te letten en de instructies voor elk product op te volgen. De veiligheid en effectiviteit van de chemicaliën hangen ervan af.

          Als je vragen hebt over waterzuiverende producten of als iemand is blootgesteld aan een waterzuiverende chemische stof, kijk dan op internetVERGIFCONTROL & reg online tool of bel Poison Control op 1-800-222-1222 voor begeleiding.

          Serkalem Mekonnen, RN, BSN, MPH
          Gecertificeerd specialist in informatie over gif

          Kristina Yee, BS, PharmD
          Gecertificeerd specialist in gifinformatie


          Gefilterd water

          Gefilterd water is kraanwater dat wordt verwerkt door een waterfiltratiemethode te gebruiken. Er zijn verschillende soorten benaderingen en strategieën om water schoon te maken. Ze werken echter in wezen om verontreinigingen uit water te verwijderen.

          Hoe water te filteren

          Het filteren van water is geen eenrichtingsverkeer. Verschillende manieren gebruiken verschillende technologieën om het zuiverste drinkwater te krijgen voor een goede gezondheid. Hieronder zetten we enkele van de methoden voor het filteren van water op.

          • Omgekeerde osmose systemen worden meestal beschouwd als de meest effectieve waterfilter voor het verwijderen van verontreinigingen. Ze werken door water in een omgekeerde osmosemembraan onder druk te bevriezen, waarbij de verontreinigende stoffen aan de ene kant en gezuiverd water aan de andere kant worden achtergelaten.
          • Ultraviolette (UV) Filters: UV-filters zijn een ultra-effectieve benadering om water te helpen zuiveren met behulp van verschillende ultraviolette lichtfrequenties. Het DNA in cellen absorbeert licht, waardoor bacteriën en ziektekiemen worden geëlimineerd. UV-filters houden echter andere verontreinigingen zoals chloor, lood of verbindingen niet tegen, dus moeten ze worden gebruikt in combinatie met verschillende filters.
          • Geactiveerde koolstof : Dit is het meest gebruikelijke soort filter dat werkt door onzuiverheden in het water te extraheren en het te binden aan kool die wordt gegenereerd door actieve kool uit het filter. Hoewel dit een goed begin is, moeten deze filters naast andere filtratiebenaderingen worden gebruikt om water beter te beschermen tegen bacteriën en ziektekiemen.
          • Ionenuitwisseling: Ionenuitwisselingsfilters worden het meest gebruikt om met hard water om te gaan. Ze werken door het ene ion naar het andere te meten van water dat er doorheen gaat. Over het algemeen vervangen ze hardheid-veroorzakende ionen zoals calcium of magnesium door natrium om kraanwater zachter te maken. Deze filters zijn geweldig voor deze functie. Ze verwijderen echter niet zo efficiënt bacteriën of andere deeltjes als andere filtratiemethoden.
          • Mechanische filters zijn meestal het eerste deel van een complete filtratiemethode, omdat het werkt door fysieke substanties te grijpen met behulp van nylon floss, kunstmatig polyurethaan of pads. Deze zouden eerder als voorfilter dan als totaaloplossing moeten worden toegepast.

          Voordelen van gefilterd water

          Waterfilters werken als magie. Deze tools geven verschillende hoeveelheden gefilterd kraanwater, afhankelijk van het soort. Actieve kool en aluminiumoxide, keramiek, UV of omgekeerde osmose. De hele verscheidenheid aan filters is te vinden in winkels en zelfs online op basis van uw vereisten. Sommige zijn veel beter in het verwijderen van chloor, andere doden bacteriën en ziekteverwekkers, en een paar brengen zelfs de onzuiverheden aan het licht. Met een correct geïnstalleerd filtersysteem zult u zien dat de voordelen van kraanwater onmiskenbaar zijn. Als het gaat om het vergelijken van de twee manieren van zuivering, is kokend kraanwater om te drinken minder gunstig dan filteren.

          Filteren doet alles wat koken doet, en zelfs meer. De cruciale voordelen van gefilterd water zijn echter dat het vrij is van alle verontreinigingen. Toch heeft het ook alle gezonde micro-elementen. Het vinden van een waterfilter dat de voeding kan behouden, is relatief lastig, maar u kunt het waterfilter dat u nodig hebt eenvoudig vinden door de technologie te selecteren die u wilt gebruiken.

          Nadelen van gefilterd water

          Er zijn geen gezondheidsnadelen aan het filteren van kraanwater, ook al moet rekening worden gehouden met de machine zelf en de kosten van toekomstige vervangingen. Ook moet u denken aan installatieteint. Een paar waterfilters, zoals de Clean Water Machine, zijn misschien gewoon aangesloten. Tegelijkertijd hebben sommige, zoals OptimH2O® Omgekeerde Osmose + Claryum, hulp van een specialist nodig.


          Verschillende soorten water

          Als het gaat om de aanschaf van een waterzuiveraar, is het uitgangspunt om te begrijpen welk type water aan uw huis wordt geleverd. Door een eenvoudige TDS-test uit te voeren, kunt u de juiste oplossing vinden. De meeste bedrijven die waterzuiveraars verkopen, kunnen u hierbij helpen. Op basis van de waterkwaliteit en het type onzuiverheden in uw bronwater kunt u de beste technologie kiezen.

          Als u zich zorgen maakt over voornamelijk micro-organismen in gemeentelijk behandeld water, kies dan voor een 5-traps UV-waterzuiveraar zoals de Ewater '8211 UV-waterzuiveraar voor thuis van Alfaa UV, de enige zuiveringsinstallatie in India die een zuiveringsproces in 5 stappen biedt.

          Aan de andere kant, als je water hard is met een hoge TDS (meer dan 500 ppm), en de smaak is ongewenst, ga dan voor een RO-waterzuiveringssysteem. Bijvoorbeeld zoiets als de volautomatische Dewdrop RO Waterzuiveraar die 7-fasen van zuivering biedt met SS UV + BIOGUARD + TDS Control.


          Een combinatie van technologieën zoals RO+UV+UF kiezen, omdat u gelooft dat meer beter is, niet alleen een verspilling van uw zuurverdiende geld is, maar ook verspilling van water bevordert, wanneer dat niet nodig is. (RO-waterzuiveraars sturen 70% van het water door de afvoer als uitwerpwater).


          Waterzuiveringsexperiment: chloor uit water verwijderen

          Chloor is een chemische stof die aan watervoorraden wordt toegevoegd om micro-organismen te doden. Micro-organismen zijn kleine levende wezens zoals bacteriën, virussen en protozoa die niet met het blote oog kunnen worden gezien. Cholera, buiktyfus en dysenterie worden allemaal veroorzaakt door micro-organismen in water. Voordat chloor routinematig aan de watervoorziening werd toegevoegd, stierven duizenden mensen als gevolg van door water overgedragen ziekten. EEN ontsmettingsmiddel is een stof die micro-organismen doodt. Een bekend desinfectiemiddel is zeep. Chlooramine is een ander desinfectiemiddel dat vaak wordt toegevoegd aan watervoorzieningen in plaats van chloor.

          Helaas zijn kleine dieren, vooral vissen, gevoelig voor chloor en chlooramine. Chloor en chlooramine kunnen ook reageren met verbindingen in het water, waardoor mogelijk gevaarlijke nieuwe stoffen ontstaan. Daarom is het absoluut noodzakelijk om chloor en chlooramine uit uw kraanwater te verwijderen voordat u een aquarium opzet.

          Probleem

          Wat is de beste manier om chloor en chlooramine in water te verwijderen?

          Materialen

          • Chloor- en chlooramine-teststrips (combostrips die op beide en een paar andere stoffen testen zijn verkrijgbaar bij dierenwinkels)
          • Kraanwater
          • Zwembadwater
          • Gedestilleerd water (verkrijgbaar bij supermarkten)
          • Schone niet-metalen containers voor het bewaren van watermonsters
          • Fornuis
          • 3 zeer schone potten
          • Chemische dechlorinator (ook verkrijgbaar bij dierenwinkels, vaak "waterconditioner" genoemd)
          • Koolstof over-the-kraan of karaf-type waterfilter

          Procedure

          1. Volg de instructies voor uw chloor/chlooramine-teststrips om de hoeveelheid chloor/chlooramine in elk van uw watermonsters te registreren. Zorg ervoor dat al uw monsters dezelfde temperatuur hebben. Maak een gegevenstabel zoals deze:

          Initiële hoeveelheid chloor

          Initiële hoeveelheid chlooramine

          1. Nu je enig idee hebt hoeveel ontsmettingsmiddel er in verschillende waterbronnen zit, kun je verschillende manieren proberen om de ontsmettingsmiddelen uit het kraanwater te verwijderen.
          2. Giet een monster kraanwater in een open bakje en laat het 24 uur staan.
          3. Test het water op desinfectiemiddelen, noteer in een tweede gegevenstabel.

          Kraanwaterbehandeling

          Uiteindelijke hoeveelheid chloor

          Uiteindelijke hoeveelheid chlooramine

          1. Kook een pan met kraanwater een kwartier. Laten afkoelen.
          2. Test het gekookte water op ontsmettingsmiddelen, noteer gegevens.
          3. Behandel een derde monster kraanwater met de chemische dechlorinator.
          4. Test behandeld watermonster op chloor en chlooramine, registreer gegevens.
          5. Gebruik het koolstoffilter om een ​​vierde monster kraanwater te behandelen.
          6. Test het met koolstof behandelde monster op chloor en chlooramine, noteer gegevens.

          Resultaten

          Uw resultaten zijn afhankelijk van uw waterbronnen. Het is zeer onwaarschijnlijk dat u chloor of chlooramine aantreft in het gedestilleerde water. Het is zeer waarschijnlijk dat u chloor of chlooramine in het zwembadwater aantreft. Je zou chloor of chlooramine in het kraanwater moeten vinden als je dat niet doet, je moet een bron van kraanwater vinden die de verbindingen voor het tweede experiment bevat, of je zou het behandelingsexperiment op het zwembadwater kunnen doen.

          Als u chloor in uw water heeft, zou veel ervan moeten verdwijnen na 24 uur zitten of nadat het gekookt is. Chlooramine heeft echter de neiging achter te blijven na zowel zitten als koken. Zowel de dechlorinator daalt als het filter moet zowel chloor als chlooramine verwijderen.

          Door te zitten kan chloorgas uit het water ontsnappen en de lucht ingaan. Koken versnelt het ontsnappen van chloor in de lucht. Chlooramine blijft echter langer in water. Veel water choramine om water te behandelen en micro-organismen te doden. Zowel het koolstoffilter als de chemische behandeling reageren met chloor en chlooramine, waardoor ze uit het water worden verwijderd.

          Verder gaan

          Probeer de behandelingen die u deed op het kraanwater op het zwembadwater. Waren zitten en koken genoeg om de grotere hoeveelheden ontsmettingsmiddelen te verwijderen? U kunt ook informatie vinden over de watervoorziening van uw stad. Waar komt het water vandaan? Welke desinfectiemiddelen worden toegevoegd? Kijk of de gegevens van de waterafdeling overeenkomen met uw experimentele resultaten.

          Disclaimer en veiligheidsmaatregelen

          Education.com biedt de Science Fair Project Ideas alleen voor informatieve doeleinden. Education.com geeft geen enkele garantie of verklaring met betrekking tot de Science Fair Project Ideas en is niet verantwoordelijk of aansprakelijk voor enig verlies of schade, direct of indirect, veroorzaakt door uw gebruik van dergelijke informatie. Door toegang te krijgen tot de Science Fair Project Ideas, doet u afstand van en doet u afstand van alle claims tegen Education.com die daaruit voortvloeien. Bovendien wordt uw toegang tot de website van Education.com en Science Fair Project Ideas gedekt door het privacybeleid en de gebruiksvoorwaarden van de site, die beperkingen op de aansprakelijkheid van Education.com bevatten.

          Hierbij wordt gewaarschuwd dat niet alle projectideeën geschikt zijn voor alle personen of onder alle omstandigheden. De uitvoering van een Idee voor een Wetenschapsproject mag alleen worden uitgevoerd in een geschikte omgeving en met passend ouderlijk of ander toezicht. Het lezen en opvolgen van de veiligheidsmaatregelen van alle materialen die in een project worden gebruikt, is de exclusieve verantwoordelijkheid van elk individu. Raadpleeg voor meer informatie het handboek van Science Safety van uw staat.


          Hoe effectief is waterzuivering door te koken? - Biologie

          Authentieke wetenschap en techniek

          Door Jawaher Alsultan, Madison Rice, Allan Feldman, Tara Nkrumah, Sarina Ergas en Kebreab Ghebremichael

          Momenteel hebben meer dan 800 miljoen mensen wereldwijd geen basis drinkwatervoorziening. In 2017 gebruikten 435 miljoen mensen niet-verbeterd drinkwater uit onbeschermde putten of bronnen, en 144 miljoen mensen verzamelden drinkwater uit rivieren, meren of andere oppervlaktewaterbronnen die mogelijk onveilig zijn (UNICEF 2019). Het gebruik van onveilig water als bron voor drinken, koken en baden kan leiden tot ernstige gezondheidscomplicaties. Elk jaar sterven bijna 300.000 kinderen onder de vijf jaar als gevolg van diarreeziekten, wat gemakkelijk kan worden voorkomen door een goede infrastructuur voor drinkwater en sanitaire voorzieningen en onderwijs (WHO 2019). Point of Use (POU) waterbehandelingstechnologieën kunnen een belangrijke rol spelen bij het beschikbaar maken van veilig en schoon drinkwater voor gemeenschappen.

          Wereldwijd worden een aantal POU-waterbehandelingstechnologieën gebruikt, zoals zonne-desinfectie en koken. Een goedkoop, laagtechnologisch POU-systeem is het biozandfilter (BSF). BSF's bieden een effectieve behandeling op huishoudniveau die wordt gebruikt in ontwikkelingslanden. BSF's hebben drie medialagen: een grove grindonderafvoer aan de onderkant, een scheidingslaag van fijner grind en zand als hoofdfiltermedium. Een kleverige biolaag (ook wel een "schmutzdecke" genoemd) vormt zich van nature boven op het zand omdat er een laag water boven het zand ligt (zie figuur 1). Water dat moet worden behandeld, wordt een of twee keer per dag in de BSF gegoten (of "geladen"). De biolaag vangt deeltjes en ziekteverwekkers op, zoals de bacteriën en virussen die ziekten bij de mens veroorzaken. Tijdens de "pauzeperiode" tussen de ladingen jagen de "goede" bacteriën in de biolaag op de gevangen pathogenen. BSF's kunnen worden gebouwd met lokaal beschikbare materialen zoals beton, plastic containers, zand en grind (CAWST 2012).

          Figuur 1

          Schematisch diagram van de onderdelen van een biozandfilter.

          Deze activiteit kan het beste worden begonnen door studenten achtergrondinformatie te geven over de noodzaak van POU-waterbehandeling, inclusief inhoud zoals de hoeveelheid zoet water die beschikbaar is voor menselijk gebruik, waarom er op bepaalde plaatsen tekorten zijn en hoe water verontreinigd raakt. Een focus op het tekort aan drinkwater en het gebruik van BSF's om dit probleem aan te pakken, opent een breed scala aan andere wetenschappelijke inhoud (disciplinaire kernideeën) die kunnen worden aangepakt als de studenten zich bezighouden met wetenschap en techniek (SEP's). Onderwerpen zoals adsorptie, filtratie en biologische afbraak terwijl het water door de BSF stroomt de noodzaak van voldoende verval om het water door de BSF te laten bewegen en de biologische processen die resulteren in de groei van de biolaag en hoe nuttige microben concurreren met pathogenen allemaal kunnen worden aangepakt.

          Een van de voorgestelde metingen is bijvoorbeeld voor de indicatorbacteriën, E coli, die informatie geeft over of er bacteriën in het water zitten die schadelijk kunnen zijn voor mensen. Deze bacteriën kunnen maagkrampen, diarree of misselijkheid en braken veroorzaken. De laatste twee effecten kunnen ernstige uitdroging veroorzaken, wat de doodsoorzaak is voor veel kinderen die geen drinkwater hebben. Vanwege het interdisciplinaire karakter van de activiteit kan het echter worden gebruikt als een stimulans om een ​​breed scala aan wetenschappelijke inhoud te verkennen. Daarom is het aan docenten om te bepalen waar dit het beste past in hun curriculum, wat vervolgens de specifieke DCI's bepaalt die worden aangepakt.

          Deelnemen aan de praktijken van wetenschap en techniek

          De Kader voor K-12 Wetenschapsonderwijs (NRC 2012) en de Wetenschapsnormen van de volgende generatie (NGSS Lead States 2013) roepen studenten op om SEP's te ontwikkelen en te gebruiken. Dit kan worden gedaan door studenten te betrekken bij authentieke onderzoeks- en ontwerpactiviteiten die vergelijkbaar zijn met die van wetenschappers en ingenieurs (Lee en Songer 2003 Schwartz en Crawford 2004), en zelfs verder door de studenten gelijktijdig met wetenschappers en ingenieurs die soortgelijke vragen onderzoeken met vergelijkbare methoden (Chapman en Feldman 2017).

          Ingenieurs en wetenschappers van onze plaatselijke universiteit bestuderen manieren om de doeltreffendheid van BSF's te verbeteren. Vanaf 2018 werkte het team van ingenieurs, wetenschappers en wetenschapsdocenten, samen met hun afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten, samen met middelbare schoolleraren in Florida en Ghana om studenten te betrekken bij SEP's met behulp van BSF's. De onderzoeken van de middelbare scholieren liepen parallel met de studies aan de universiteit. Studenten bouwden bench-scale modellen van BSF's die ze gebruikten om te onderzoeken hoe verschillende variabelen hun werking en werkzaamheid om water te zuiveren beïnvloedden.

          De BSF's op bankschaal zijn meer dan eenvoudige fysieke modellen om filtertechnieken te demonstreren. Ze kunnen door de leerlingen worden gebruikt om authentieke SEP's uit te voeren terwijl ze variabelen manipuleren om hun hypothesen te testen op basis van hun begrip van hoe BSF's werken (Feldman, Cooke en Ellsworth 2010). Tijdens ons werk op scholen stelden leerlingen vragen over de kenmerken van de BSF's en hun werking planden en voerden onderzoeken uit om te begrijpen hoe de verschillende manieren om de BSF's te bedienen de kwaliteit en het debiet van het behandelde water beïnvloeden verzamelde en geanalyseerde gegevens over het influent en het geconstrueerde productwater uitleg die het ontwerp en de werking van hun BSF koppelt aan de waterkwaliteit en presenteerde hun methoden en de argumenten die hun bevindingen ondersteunen aan hun collega's en het universiteitsteam. Bovendien gebruikten ze de resultaten van hun onderzoek om wijzigingen in het ontwerp van het BSF voor te stellen als onderdeel van het technische ontwerpproces.

          Vragen stellen

          Alvorens hun onderzoeksvragen te bedenken, moeten studenten eerst leren over het wereldwijde probleem van een gebrek aan drinkwater en hoe BSF's kunnen worden gebruikt om dit probleem aan te pakken. Ze moeten ook leren over BSF's: hoe ze water filteren, en over hun componenten, werking en beperkingen. (Deze informatie staat in een PowerPoint en een informatief boekje op de projectwebsite.) Dit stelt hen bloot aan een zinvol wetenschappelijk en technisch probleem dat meerdere oplossingspaden en meerdere oplossingen biedt (Cunningham en Carlsen 2014).

          Studenten kunnen in kleine groepen werken om empirische vragen te stellen over de mechanismen van het BSF en hoe veranderingen in ontwerp en bedrijfsomstandigheden de prestaties ervan kunnen beïnvloeden. De aanvullende materialen bevatten een PowerPoint die hen door het proces van het genereren van vragen leidt. Hier zijn enkele voorbeelden van vragen van studenten:

          • Hoe beïnvloedt de diepte van de zandlaag de kwaliteit van het gefilterde water?
          • Hoe beïnvloedt de reinigingsfrequentie de kwaliteit van het gefilterde water?
          • Hoe beïnvloedt het laadvolume de kwaliteit van het gefilterde water?
          • Hoe beïnvloedt het laadvolume de filtratiesnelheid?

          Het experiment ontwerpen

          Zodra de studenten de onderzoeksvragen hebben ontwikkeld, moeten ze hun experiment ontwerpen. Eén studentengroep moet een BSF behouden als controle. De andere studentengroepen moeten beslissen hoe ze de inhoud van de BSF-kolom, de oplaadsnelheid, reinigingsfrequentie of een andere variabele willen wijzigen, en vervolgens de BSF gebruiken op een manier die in overeenstemming is met hun onderzoeksopzet.

          De model-BSF's bouwen

          Bij het bouwen van de BSF's hebben we zoveel mogelijk gebruik gemaakt van goedkope of lokaal gevonden materialen. Materialen kunnen worden gekocht bij lokale hardware- of bouwmarkten. Plan om uw leerlingen een kolom te laten maken voor elke groep (zie de projectwebsite voor gedetailleerde instructies: http://bit.ly/BSF_TeacherMaterials). Het is belangrijk dat alle relevante veiligheidskwesties worden aangepakt bij de constructie van de BSF's: studenten moeten een veiligheidsbril en gehoorbescherming dragen en veilige bedieningsprocedures volgen bij het gebruik van gereedschap, zoals boren of zagen. Studenten moeten werken met PVC-cement in een goed geventileerde ruimte en latex- of nitrilhandschoenen dragen.

          Het lichaam van elke kolom is gemaakt van een 4 ft. (120 cm) lengte van 3 inch diameter PVC-buis (nominale buis- en fittingmaten gegeven) (zie afbeelding 2). Een PVC-elleboog van 3 inch en een reductiebus zijn op de bodem van elke kolom gelijmd. Een stuk flexibele buis gaat van de bodem van de kolom tot een hoogte die voldoende is om het waterniveau boven de zandlaag te houden. De buis is bevestigd aan de reductiebus met behulp van een getande fitting en is vastgebonden aan de zijkant van de kolom. Er moet een diffusorplaat aan de bovenkant van de kolom worden geplaatst om het zand en de biolaag niet te verstoren bij het opladen van de BSF. We hebben de diffusorplaat gemaakt van geperforeerde bodems van 2 L plastic frisdrankflessen, kleine kommen of bloempotten. We hebben eenvoudige frames gemaakt van gemakkelijk verkrijgbaar hout (Figuur 3) om de kolommen rechtop te houden. De constructie van de BSF's en het ondersteunende frame zou ook in een makerspace of technologieklas kunnen worden gedaan.

          Figuur 2

          Delen van de BSF-zuilen die worden gebruikt door middelbare scholieren.

          figuur 3

          Een van de deelnemende docenten met de BSF's die haar leerlingen aan een houten frame hebben gebouwd.

          De volgende stap is het vullen van de BSF-kolommen met grind en zand. We raden aan dit te doen nadat de studenten hun onderzoeksvragen hebben ontwikkeld, omdat hun experimentele opstelling verschillende zanddiepten kan vereisen, of zelfs de toevoeging van een ander medium zoals actieve kool. De eerste stap is om water toe te voegen tot ongeveer de helft van de kolomdiepte om de vorming van luchtbellen te voorkomen. Voeg vervolgens 5 cm (2 inch) grof grind (6–12 mm diameter) toe als de onderstroom. Daarboven bevindt zich een laag van 5 cm fijner scheiding grind (0,7–6 mm), en dan de toplaag – 40 cm (16 inch) zandlaag (< 0,7 mm) die dient als de filtermedium. De grootte van zand is erg belangrijk - als het te grof is, krijg je geen goede behandeling van het water, maar als het te fijn is, zal het water te langzaam stromen. We raden betonzand aan, maar voel je vrij om te improviseren (speelzand kan goed werken). Het zand moet zeer zorgvuldig worden schoongemaakt voordat het aan de kolommen wordt toegevoegd om fijn slib te verwijderen, anders wordt het gefilterde water troebel.

          Bediening van de model BSF's

          De werking van de BSF's is vrij eenvoudig: elke dag wordt de BSF geladen met water uit een nabijgelegen oppervlaktewaterlichaam, zoals een beek, kanaal of regenwatervijver. Studenten moeten goed worden begeleid als ze het water verzamelen. Als het waterlichaam niet voldoet aan de richtlijnen voor recreatieve waterkwaliteit (d.w.z. om te zwemmen, waden of vissen), moeten studenten een veiligheidsbril, laboratoriumhandschoenen en laboratoriumschorten of -jassen dragen. De typische lading is 1L/dag van maandag tot vrijdag. Terwijl de BSF wordt bediend, zal de biolaag groeien en deeltjes en bacteriën gaan vangen. De kwaliteit van het gefilterde water zal in de loop van de tijd verbeteren, maar ook de filters zullen gaan verstoppen en het debiet zal afnemen. Wanneer de BSF zo verstopt raakt dat de stroomsnelheid onaanvaardbaar is voor de gebruiker, is het tijd om deze te reinigen met behulp van de "swirl and dump"-methode. Een stok kan worden gebruikt om de biolaag te roeren en water wordt uit de bovenkant geschept. Pas op dat u de zandlaag zelf niet verstoort. Na reiniging kan het biozandfilter gewoon worden bediend. U zou de stroomsnelheid moeten zien verbeteren, maar de waterkwaliteit kan enkele dagen achteruitgaan.

          Gegevensverzameling

          Om voldoende gegevens te krijgen, moeten de BSF's minimaal vier tot vijf weken in bedrijf zijn. Typische gegevens zijn pH, troebelheid, stroomsnelheid en de aanwezigheid van onschadelijke fecale indicatorbacteriën (E coli). Alle metingen worden gedaan aan het influent en het effluent, behalve het debiet. Hoewel de gegevensverzameling voor de meeste parameters wekelijks moet plaatsvinden zodra de studenten de BSF's gaan gebruiken, E coli metingen moeten beginnen na de eerste 14 dagen van gebruik, wanneer de biolaag zich naar verwachting zal ontwikkelen. Gedetailleerde instructies voor het maken van de metingen en zelfgemaakte instrumenten staan ​​op de projectwebsite. Tijdens het gegevensverzamelingsproces moeten laboratoriumveiligheidsprocedures zorgvuldig worden gevolgd. Er moeten een veiligheidsbril, laboratoriumjassen of schorten en beschermende handschoenen worden gedragen. Speciale aandacht moet worden besteed aan het uitvoeren van de fecale indicatorbacteriëntests. Gebruikte borden moeten worden gedesinfecteerd met een 10% bleekoplossing voordat ze worden weggegooid.

          Gegevens analyseren en interpreteren en resultaten communiceren

          Terwijl de gegevens worden verzameld, analyseren de studenten ze voor hun specifieke BSF en vergelijken ze hun resultaten met de controle. Ze kunnen ze ook vergelijken met de gegevens van de andere groepen. Op basis van hun gegevens beargumenteren de studenten of en hoe de wijzigingen die ze aan het BSF of de werking ervan hebben aangebracht, de prestaties en de kwaliteit van het afvalwater hebben beïnvloed. Ze kunnen ook wijzigingen voorstellen om de doeltreffendheid en het bedieningsgemak van de BSF's te verbeteren. Studenten kunnen hun argumenten ondersteunen met grafieken en tabellen van hun gegevens en de controle. Elke studentengroep kan vervolgens een schriftelijk rapport, presentatie of poster opstellen, afhankelijk van hoe en met wie de resultaten worden gedeeld (Figuur 4 en projectwebsite).

          Figuur 4

          Pages from a booklet produced by a group of high school students about their research.

          Three-dimensional learning, assessment, and differentiation

          The activity described here is truly interdisciplinary and exemplifies the connections among science, technology, engineering, and mathematics. Students engage in science and engineering practices as they develop research questions and hypotheses, collect and analyze data, and present arguments for their findings. In de NGSS table (see Online Resources) we focus on disciplinary core ideas (DCIs) from life science, Earth science, and engineering design. However, other DCIs could be explored, such as HS-PS1 Matter and Its Interactions. Therefore, this article’s standards table should be considered a starting point for teachers as they incorporate this activity into their existing curricula.

          An activity such as the one described in this article is best when it is incorporated into the existing science curriculum. As such, there would be assessments that teachers are already using that can uncover what students learn as they engage in the SEPSs. However, some teachers might want to take a closer look and assess the learning of the practices. There are a wide variety of rubrics available on the Internet for assessing the learning of the SEPs (see Online Resources) is a rubric that we developed for BSFs. Another example is the Engineering Design Process Performance Assessment Rubric from the Knowles Teacher Initiative (https://knowlesteachers.org/wp-content/uploads/2017/10/KnowlesEngineering_DesignProcessRubric.pdf). Other assessment resources are available from nextgenscience.org en NSTA.org.

          This project can easily be modified for students with varying needs. For example, teachers can carefully scaffold the development of the research questions, and help the students fine tune them to meet their needs. Learning to make measurements can be a group exercise where students record measurements for the BSF on the whiteboard to compare and contrast their results. To accommodate large class sizes, students can be placed into groups of five or six and be assigned rotating roles, such as sample collector, sample analyzer, data recorder, charger, or team leader. If materials are limited, the entire class can test the same variables. Data analysis and the preparation of the final product can also be scaffolded. Of course, teachers should seek out help from special education or ESOL teachers to make more significant modifications.

          Conclusies

          Hundreds of millions of people worldwide have limited access to safe, clean drinking water. Although for most Americans this problem may seem very far removed from their experience, there are many resources available on the internet that can bring the reality of water scarcity into the classroom (see the project website). We have found this to be a problem that resonates with many students when they become aware of how it affects people their own age.

          Experimenting with BSFs is a way for students to participate in solving the problem of water scarcity, poor water quality, and inadequate sanitation that have negatively impacted the health and livelihoods for families around the world. In addition, it can provide students with a voice and empower their capacity in STEM in two ways, first by their authentic engagement in the SEPs, and second, by investigating ways to enhance the efficacy and operation of BSFs that could help those in need of an inexpensive way to purify their water. ■

          Dankbetuigingen

          We would like to acknowledge the help of the following University of South Florida students: Michelle Henderson, Xia Yang, Derek Erickson, Itze Kenney, Mercedes Navarro-O’Hara, and Aubrey Selamu-Bell for their help developing the project materials, and working with the participating teachers and students. We also want to acknowledge the teachers from Hillsborough County Public School District who worked with us in the development and implementation of the materials, and invited us into their classrooms. In addition, we want to thank our hosts in Ghana including Dr. Richard Buamah of the Kwame Nkrumah University of Science and Technology, and the teachers, students, and administrator of Kumasi Academy. Finally, this project would not have been possible without the support of the Joy McCann Foundation, and the National Science Foundation under Grant No. OISE-1827132.

          Online bronnen

          Connecting to the Next Generation Science Standards: https://bit.ly/3iXCstP

          Jawaher Alsultan is a doctoral candidate at the University of South Florida, Tampa, FL, Madison Rice is an engineer at Kimley-Horn and Associates, Tampa, FL, Allan Feldman ([email protected]) is Professor of Science Education at the University of South Florida, Tampa, FL, Tara Nkrumah is a post-doctoral fellow at Arizona State University, Tempe, AZ, Sarina Ergas is Professor of Environmental Engineering at the University of South Florida, Tampa, FL, and Kebreab Ghebremichael is Associate Professor of Global Sustainably at the University of South Florida, Tampa, FL.

          Berge, N., D.D Thompson, C. Ingram, and C. Pierce. 2014. Engineering Design and Effects: A Water Filtration Example. Science Scope 38 (3): 16.

          CAWST. 2012. Biosand filter construction manual. Calgary, Alberta: Centre for Affordable Water and Sanitation Technology.

          Chapman, A., and A. Feldman. 2017. Cultivation of science identity through authentic science in an urban high school classroom. Cultural Studies of Science Education 12 (2): 469–491. doi:10.1007/s11422-015-9723-3

          Feldman, A., M.L. Cooke, and M.S. Ellsworth. 2010. The Classroom Sandbox: A physical model for scientific inquiry. The Science Teacher 77 (9): 58–62.

          Lee, H.-S., and N.B. Songer. 2003. Making authentic science accessible to students. International Journal of Science Education 25 (8): 923–948.

          Nationale Onderzoeksraad. 2012. A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. Washington, DC: National Academies Press.

          NGSS Lead States. 2013. Next Generation Science Standards: For States, by States. Washington, DC: The National Academies Press.

          Parks, M. 2014. Modeling Water Filtration. Science and Children 52 (2): 42.

          Schwartz, R. S., and B.A. Crawford. 2004. Authentic scientific inquiry as a context for teaching nature of science: Identifying critical elements for success. In LB Flick and N.G. Lederman (eds.), Scientific Inquiry and Nature of Science: Implications for Teaching, Learning, and Teacher Education (pp. 331–355). Dordrecht, Netherlands: Kluwer Academic.

          UNICEF. 2019. Progress on household drinking water, sanitation and hygiene 2000–2017. New York: United Nations Children’s Fund (UNICEF) and World Health Organization.


          Difference between Physical and Chemical filtration

          Water filtration methods usually follow one of two methods: physical or chemical filtration.

          Physical filtration involves straining water or using a filter to remove larger impurities. This method of filtration acts like a sieve that targets heavier contaminants.

          Chemical filtration involves passing water through an active material. The adsorption properties of this material can remove a variety of pollutants. The various filtration processes that we are about to discuss below cover both these types of filtration.


          Methods of Water Purification

          There are many different techniques for water purification that help laboratories produce high quality purified water suitable for laboratory testing procedures ( Table 6). Although these techniques are numerous, none is adequate to satisfy the CLSI guidelines. However, many laboratories use a combination of these methods to maximize the purification process and consequently to obtain highly purified water.

          Water-Purification Methods and the Benefits and Limitations of Each

          Water-Purification Methods and the Benefits and Limitations of Each

          Distillation is one of the oldest methods used in the laboratory for water purification and is of relatively low initial cost. This process includes boiling the water followed by condensing the resulting water vapor. This method removes most contaminants, such as bacteria, ions, organic materials, and dissolved gases. 6, 7 However, this technique has a relatively high maintenance cost, with the associated low-flow rate and the need for a storage reservoir. An additional limitation of distillation is that it cannot remove some contaminants, such as silica and sodium.

          Reverse osmosis (RO) is considered to be an effective method of removing most types of contaminants, such as ions, organics, colloids, particulates, and silica. 6, 8 Water is forced via hydraulic pressure through a membrane that excludes materials with a molecular weight of 100 to 200 da. 7 The most common disadvantages of this method are limited flow rate due to the small pore size of the RO membrane and RO membrane damage caused by scaling, fouling, and piercing.

          Electrode deionization (EDI) uses selective anion and cation semipermeable membranes and ion-exchange resins (IERs) that are regenerated with low electrical current. 8, 10 Electrodes are used to ionize water molecules and to separate dissolved ions from water by forming channels. 6 EDI is very efficient because it removes ions and is requires little maintenance.

          Ion exchange involves the removal of ions from water using IER. Ions in water are exchanged for other ions fixed to the beads. This method acts as a softening and polishing step that reduces water hardness by removing calcium and magnesium. 7 Removing ions effectively will enhance the purification process by permitting resistivity to be higher than 18 MΩ-cm at 25°C. However, a major disadvantage of this method is its limited capacity for ion exchange when all ion-binding sites are occupied.

          Filtratie involves the separation of contaminants in the water by using a porous material, such as cellulose or activated carbon filters, in which all particles larger than 0.22 μm are retained. 7 Bacterial organisms are removed using this filter during the final step of the purification system. 7 The main limitations of the filtration method are potential clogging and inability to remove ions and organics.

          Ultrafiltration (UF) is a method that eliminates other contaminants not removed by regular filtration. UF removes most particles, endotoxins, pyrogens, enzymes, microorganisms, and colloids because the pores of UF are small, ranging from 25 to 30 kDa. 6–8, 10 UF is the preferred method of removing RNAses, bacterial alkaline phosphatase, and endotoxins. 6, 10 Frequent clogging and passage of ions and organics are considered to be limitations to UF purification.

          Ultraviolet photooxidation using wavelengths 185 and 254 disrupt the DNA of living microorganisms by breaking the bonds among carbon, nitrogen, and hydrogen atoms. 7 The use of photooxidation at these wavelengths is considered a germicidal treatment and disinfection system for water. 7, 10 Moreover, photooxidation of organic compounds reduces the TOC level below 5 ppb. However, an important limitation of UV photo-oxidation is that it produces free radicals that can increase the conductivity of water.

          A combination of purification technologies can provide laboratories with consistently high water quality and reduced levels of contaminants in water ( Figure 1). Typical water purification technologies include general filtration to reduce particle load and the method of RO. The latter is considered a standard pretreatment technique to decrease the amount of organics, ions, particles, and colloids. To eliminate variations in the quality of tap water, EDI is included in the pretreatment process. 10 RO-EDI treatment yields types II and III water. To provide water suitable for advanced techniques such as molecular diagnostics, single nucleotide polymorphism (SNP) analysis, HPLC, and LC-MS, further polishing steps are needed, such as ion exchange, use of activated carbon, UF, and UV photooxidation. 4, 6, 7, 10 These technologies complete the water-purification process by removing ions, organics, and bacterial by-products to trace or minimal levels. Therefore, after completing these steps, the water, as an end product, exhibits high resistivity, low TOC, and nuclease-free and bacteria free characteristics, as confirmed via molecular biology testing.

          Flowchart for water purification using a combination of technologies.

          Flowchart for water purification using a combination of technologies.


          Samenvatting

          Many different ways are used around the globe to purify water. While some of the ways are developed from a technological standpoint, others come from ancient and traditional, even tribal, sources of knowledge.

          We hope that this article has substantially informed you about the different ways in which you can purify water in different places and scenarios.

          About Sheila Smith

          Sheila is an experienced writer and has written extensively on home improvement products, home appliances, and tools. A DIYer herself, she brings extensive experience related to selection, installation, and troubleshooting appliances.


          Bekijk de video: Het Riool, wat valt daar te zien? (November 2021).