جستجو بر اساس تاريخ مطلب
 مطالب پیشنهادی
 آزمایش تصفیه آب
آزمایش تصفیه آبمشاهده‌ي علمي
مفاهیم کلیدی: فیزیک، شیمی، تصفیه ی آب، آب آشامیدنی
مشاهده علمی ۲۰۸

 

 

آیا می‌دانید آب آشامیدنی از کجا میآید؟ بله، از شیر آب! اما منشأ این آب کجاست؟ در تمام دنیا، آب آشامیدنی یا از آبهای سطحی مانند دریاچه‌ها، مخازن و یا رودخانه‌ها، و یا از منابع آب زیرزمینی تأمین می‌شود. اما آیا شما حاضرید آب یک رودخانه یا دریاچه را به طور مستقیم مصرف کنید؟ پاسخ به احتمال زیاد نه است، زیرا آب آنها بسیار آلوده است! آب تهیه شده از این منابع باید مراحل مختلف تصفیه را پشت سر بگذارد. مرحله‌ی اول انعقاد و لخته سازی نام دارد. این فرآیندها کمک می‌کنند که ذرات موجود در داخل آب خارج شوند و آب از حالت تیره و کثیف به حالتی شفاف دربیاید. فعالیت علمی زیر را انجام دهید تا با این فرآیند بیشتر آشنا شوید.

 

 

 

 

آب‌های سطحی معمولاً حاوی ذرات خاک و مواد آلی و آلودگی‌هایی هستند که سبب میشود آب تیره و کدر به نظر برسد. ذرات جامد شناور در آب با نام جامدات معلق (TSS ) شناخته میشوند. این ذرات اغلب بسیار کوچک و سبک هستند و ته‌نشینی آنها به کف آب مدت زمان زیادی به طول می‌انجامد. این موضوع سبب مشکل می‌شود زیرا باکتری‌های خطرناک ممکن است به این ذرات ریز بچسبند و در نتیجه آب برای نوشیدن مناسب نباشد.

 

 

فرآیندهای تصفیه‌ی مختلفی باید روی آب‌های سطحی انجام شود تا بتوان آب قابل آشامیدن به دست آورد. این پاک سازی در تصفیه خانه‌ی آب آشامیدنی انجام می‌شود که یکی از اولین مراحل انجام شده در آن جداسازی جامدات معلق با استفاده از دو فرآیند انعقاد و لخته سازی است. در این مرحله، مواد شیمیایی به نام منعقد کننده و لخته کننده به آب اضافه می‌شوند. این مواد کمک میکنند ذرات کوچکتر به ذرات بزرگتر بچسبند و به این ترتیب با توجه به افزایش وزن و ابعاد، با سرعت بیشتری در کف آب ته‌نشین شوند. اغلب جامدات معلق داخل آب دارای بار سطحی منفی هستند و به همین دلیل همدیگر را دفع می‌کنند. این موضوع سبب میشود ذرات از هم دور شوند و سوسپانسیون پایدار بماند. حال اگر یک مادهی شیمیایی با بار مخالف (مثبت) به آب اضافه شود، ذرات خنثی میشوند و میتوانند به هم بچسبند و تجمعهای بزرگتری از ذرات به نام میکروفلاک را تشکیل دهند. میکروفلاک‌ها بسیار سریعتر ته نشین می‌شوند و آب تمیزتر می‌شود. به نظر شما با اضافه کردن آلوم (زاج سفید) به آب، که معمولاً به عنوان منعقد کننده استفاده می‌شود، آب تا چه میزان تمیز می‌شود؟ با انجام فعالیت زیر پاسخ این سوال را خواهید یافت.

 

 

 

 

 

مواد و وسایل مورد نیاز:

مقداری خاک خشک مثلاً از باغچهی حیاط منزلتان

 صافی

 هاون

 یک کاسهی بزرگ برای مخلوط کردن مواد

 آب

 قاشق برای اندازهگیری

 دو عدد قاشق چای خوری

 حداقل چهار عدد لیوان شفاف شیشهای یا پلاستیکی

 زمان سنج

 آلوم (زاج سفید)

 مایکروویو

 کاغذ و مداد یا خودکار (اختیاری)

 آب لیمو (اختیاری)

 دستمال آشپزخانه برای تمیز کردن (اختیاری)


آماده سازی:

مقداری خاک خشک از باغچه جمعآوری کنید.

 با استفاده از صافی، تکه‌های بزرگ داخل خاک مانند سنگ، چوب و برگ را جدا کنید.

 خاک رد شده از صافی را داخل یک هاون بریزید و آن را بکوبید تا در نهایت خاک به صورت پودری با ذرات بسیار ریز و یک دست دربیاید.

 یک قاشق چای خوری از همین خاک را در کاسه بریزید.

 این خاک را با یک لیتر آب مخلوط کنید تا محلولی تیره از خاک به دست بیاید. ذرات خاک محلول نباید به راحتی تهنشین شوند و مخلوط باید بعد از هم زدن کدر باقی بماند.

 حال باید محلول منعقد کننده

لخته کننده را درست کنید: یک چهارم قاشق چایخوری پودر آلوم را به حدود سه قاشق چایخوری آب اضافه کنید. (ممکن است لازم باشد محلول را در مایکروویو گرم کنید تا پودر در آب حل شود.) محلول را هم بزنید تا پودر آلوم در آب حل شود.

 این فعالیت را روی سطحی انجام دهید که ریختن آب روی آن و کثیف شدنش مشکلی نداشته باشد. میتوانید با دستمال آشپزخانه محیط کار خود را تمیز کنید.

 

روش کار:

در دو لیوان تا نیمه از محلول خاک آماده شده بریزید. (حتماً قبل از ریختن محلول، آن را در کاسه به خوبی هم بزنید.)

 یکی از لیوان‌ها نمونه‌ی کنترلی و دیگری نمونه‌ای خواهد بود که به آن آلوم اضافه می‌کنید. (می‌توانید این عناوین را با برچسب روی لیوان‌ها مشخص کنید.)

 زمان سنج را روی دو دقیقه تنظیم کنید و آن را روشن کنید.

 محتویات داخل هر دو لیوان را با قاشق به مدت دو دقیقه با بیشترین سرعت ممکن هم بزنید. (مراقب باشید چیزی از درون لیوان‌ها به بیرون نریزد.) می‌توانید دو لیوان را با دو دست خود هم بزنید یا از یک شخص دیگر بخواهید در این کار به شما کمک کند. پس از هم زدن، محلول خاک در لیوان‌ها چقدر کدر به نظر می‌رسد؟

 

 

 

 

 پس از گذشت دو دقیقه هم زدن را متوقف و زمان سنج را روی پنج دقیقه تنظیم کنید.

 زمان سنج را روشن کنید و به مدت پنج دقیقه هر دو محلول را بررسی کنید. با گذشتن پنج دقیقه از هم زدن چه اتفاقی برای محلول خاک میافتد؟ آیا ته نشین شدن ذرات خاک را مشاهده میکنید؟

 پس از گذشت پنج دقیقه، دو لیوان را با هم مقایسه کنید. آیا یکی کدرتر از دیگری است؟ به نظر شما دلیل این مشاهده چه میتواند باشد؟

 اکنون در حدود یک چهارم قاشق چایخوری از محلول آلوم که قبلاً آماده کردید را به لیوان با برچسب آلوم اضافه کنید. به لیوان حاوی نمونهی کنترلی چیزی اضافه نکنید.

 زمان سنج را روی دو دقیقه تنظیم کنید و آن را روشن کنید.

 مجدداً با دو قاشق مجزا محتویات دو لیوان را با بیشترین سرعت به طور هم‌زمان هم بزنید.

 پس از گذشت دو دقیقه هم زدن را متوقف کنید و زمان سنج را روی پنج دقیقه تنظیم کنید.

 زمان سنج را روشن کنید و دو لیوان را در طول پنج دقیقه بررسی کنید. در این مرحله چه چیزی مشاهده میکنید؟ آیا آب داخل دو لیوان کدر باقی میماند یا تفاوتی بین محتویات دو لیوان میبینید؟

 محتویات دو لیوان را برای مدت زمان طولانی‌تری (تا ۱۵ دقیقه) بررسی کنید تا فرآیند لخته شدن را ببینید. آیا آب داخل یکی از لیوان‌ها با گذشت زمان شفافتر می‌شود؟ چه مدت طول می‌کشد تا آب به طور کامل شفاف شود؟

 دو لیوان جدید بردارید و مانند قبل روی آنها برچسب «نمونه‌ی کنترلی» و «نمونهی دارای آلوم»  را بزنید.

 از محلول خاکی که در ابتدا تهیه کرده بودید به دو لیوان اضافه کنید. (حتماً قبل از این کار محلول را داخل کاسه هم بزنید.)

 یک چهارم قاشق چایخوری از محلول آلوم را به لیوان با برچسب مربوط به آن اضافه کنید.

 این بار محلولها را هم نزنید و بررسی کنید که در مدت زمان ۷ دقیقه چه اتفاقی میافتد. در مقایسه با حالتی که محتویات لیوانها را هم زدید، این بار چه مشاهده می‌کنید؟ پس از گذشت ۷ دقیقه، آب داخل لیوان‌ها چگونه به نظر میرسند؟ دلیل این مشاهده چیست؟

 پس از گذشت ۷ دقیقه، محتویات هر دو لیوان را به مدت دو دقیقه با سرعت هم بزنید و سپس آنها را در طول پنج دقیقه‌ی بعد بررسی کنید. چه مشاهده می‌کنید؟ به نظر شما هم زدن چه تاثیری در روند کار دارد؟

 

 

 

 

آزمایش‌های تکمیلی:

تاثیر خواص آب بر روند لخته شدن را بررسی کنید. دو لیوان حاوی محلول کدر آب و خاک آماده کنید و دو قاشق چایخوری آب لیمو به هر دو اضافه کنید. اضافه کردن آب لیمو سبب تغییر در pH محلول می‌شود. اکنون یک چهارم قاشق چایخوری محلول آلوم به یکی از لیوان‌ها اضافه کنید و محتویات هر دو لیوان را به مدت دو دقیقه هم بزنید. پس از هم زدن چه اتفاقی می‌افتد؟ آب لیمو چه تاثیری در فرآیند لخته شدن دارد؟

 

 میزان آلوم موجود در محلول چه تاثیری بر فرآیند لخته شدن دارد؟ هفت و نیم گرم آلوم را به یک لیتر آب اضافه کنید. سه یا چهار عدد لیوان حاوی محلول کدر آب و خاک آماده کنید. مقادیر مختلف از محلول آلوم را به هر دو لیوان اضافه کنید (مثلاً صفر، یک، سه و پنج میلیلیتر) و محتویات همهی لیوان‌ها را با کمک یک شخص دیگر به طور هم زمان به مدت دو دقیقه هم بزنید. پس از آن لیوان‌ها را به دقت بررسی کنید. چه مشاهده می‌کنید؟ آیا محتویات همه‌ی آنها شفاف می‌شود؟در این فعالیت علمی شما اولین مرحله از فرآیند تصفیه‌ی آب را در یک لیوان شبیه سازی کردید. آیا توانستید ذرات معلق قابل دیدن در آب را جداسازی کنید؟

 

اگر هیچ عامل انعقادی به آب اضافه نکنید و فقط آن را هم بزنید، هیچ اتفاقی در راستای تمیز شدن آب نمی‌افتد و آب کدر باقی می‌ماند. اما در حالتی که محلول را هم میزنید و به آن محلول آلوم اضافه میکنید، ذرات ته نشین می‌شوند و آب داخل لیوان نسبت به آب لیوان کنترلی بسیار شفافتر می‌شود. دلیل آن است که پودر آلوم که یک نمک آلومینیم یا دقیق‌تر KAl(SO4)2 است، دارای یون‌های مثبت آلومینیم است که قادرند ذرات منفی داخل آب را خنثی کنند. بدین ترتیب ذرات به هم می‌چسبند و تشکیل میکروفلاک‌هایی را می‌دهند که زودتر ته نشین می‌شوند.

 

 

 

 

اگر پس از اضافه کردن محلول آلوم محتویات لیوان را هم نزنید، عدم اختلاط سبب میشود یونهای آلومینیم نتوانند تماس مناسب و کافی با ذرات خاک پیدا کنند. در نتیجه، ذرات خاک خنثی نمی‌شوند و قادر به ته نشینی نیستند. پس هم زدن مرحله‌ای بسیار مهم در فرآیند لختگی و انعقاد است. اگر به محلول آب لیمو اضافه کنید، pH آن تغییر میکند و اثر خنثی‌کنندگی آلوم بر ذرات خاک کمتر می‌شود. در این حالت محلول کدرتر از حالتی می‌شود که آب لیمو در آن وجود ندارد. اضافه کردن مقادیر مختلف آلوم به محلول‌های کدر سبب تغییر در میزان تمیزی محلول‌ها می‌شود. با این وجود، اضافه کردن بیش از اندازهی آلوم اثر عکس در فرآیند تصفیه دارد. به علاوه، عوامل لخته کننده و منعقد کننده گران قیمت هستند، در نتیجه اضافه کردن بیش از اندازه‌ی آنها به آب منطقی نیست. تصفیه خانه‌های صنعتی با تست نمونه‌های آب در ابعاد کوچک، غلظت بهینه‌ی عوامل لخته کننده و منعقد کننده‌ی مورد نیاز برای آب را محاسبه می‌کنند.

 

 


 

 

تمیز کردن:

نمونه های آب را حتی در صورتی که شفاف به نظر می‌رسند ننوشید. در تصفیه خانه ها مراحل دیگری نیز روی آب انجام می‌شود تا سلامت آن تضمین شود. تمام محلول‌های تهیه شده را در سینک بریزید.

 

 


 

منبع:

 

Scientific American

CDC/Healthy Water
Sustainable Sanitation and Water Management

Nature

KhanaAcademy

پاک سازی آب

 


مطالب مفید:

زندگی در آب شور

آب هایی با قدمت خورشید

فیلتر جدید آب

کشف منابع آب زیرزمینی در گوشته ی زمین

شناسایی منشا آب در سنگ های آتشفشانی

وضعیت خاک و آب پس از بارانی های اسیدی

کتاب آشامیدنی

1395/7/6لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 محتواي زنده مشاهده علمي

 فعاليت هاي علمي
 تماس با ما
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1759
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1759