關鍵概念
化學
混凝
水過濾
簡介
我們很容易把乾淨的水視為理所當然，我們已經習慣了在口渴時可以從噴泉或水龍頭喝水。但是您知道嗎，世界上有超過十億人無法獲得乾淨的水？部分問題在於清潔（或淨化）水不是一件容易的事。您不僅需要去除汙垢和其他碎屑，還需要去除所有可能使人生病的看不見的細菌和微生物。在本活動中，我們將探索幾種清潔水的方法，並瞭解如何確保在您口渴時可以安全飲用水。
背景
水淨化是一個複雜而昂貴的過程。但是，它可以分解為五個基本步驟：曝氣、混凝、沉澱、過濾和消毒。第一步，曝氣，向水中新增空氣，同時在允許其他氣體逸出的同時向水中新增氧氣。第二步，混凝，將水中的汙垢和其他固體顆粒聚集在一起。當它們聚集在一起時，汙垢會凝結（形成更大的團塊），這在過程的下一步中更容易過濾掉。第三步，沉澱，讓重力為我們工作。它將重汙垢塊拉到水底，使其與表面的清潔水進一步分離，併為下一步（過濾）做好準備。過濾包括將汙垢和其他固體顆粒與水分離。最後（也許也是最重要的一步）第五步是消毒。我們透過用化學物質和/或加熱處理水來消毒，以去除細菌和其他可能使我們生病的不安全微生物。
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您將透過測試您自己的幾個水過濾系統來探索其中的幾個步驟。下次您從水龍頭喝水時，請記住為了確保水清潔且可以安全飲用，需要付出多少努力！
材料
兩張紙質咖啡過濾器
三個透明塑膠水瓶
一杯未煮熟的米飯或豆子
五個透明塑膠或玻璃杯
兩張白紙
一支筆或鉛筆
四杯水
一杯鬆散的泥土
一個帶蓋的大塑膠容器（用於混合水和汙垢）
尺子
剪刀或美工刀
一位成人助手
橡皮筋
計時器或時鐘
量杯（至少半杯）
半茶匙明礬
一個勺子
準備工作
將水和汙垢混合在大塑膠容器中。搖晃容器以確保汙垢和水充分混合。
使用尺子和筆將一張紙均勻地分成八個部分，向下四行，橫向兩列。在第 1 列中，將每行標記如下：第 1 行——“對照組”；第 2 行——“咖啡過濾器”；第 3 行——“米飯和咖啡過濾器”；第 4 行——“米飯、咖啡過濾器、明礬”（注意：如果您使用豆子，請在這些標籤中寫“豆子”而不是“米飯”）。
請您的成人助手小心地切掉水瓶的底部，保持瓶子和瓶口完好無損。
步驟
量取半杯髒水，倒入一個塑膠杯中。向水中加入半茶匙明礬，輕輕攪拌三到四分鐘。攪拌時您注意到水有什麼變化嗎？
將裝有明礬和髒水的杯子放在一邊；讓它靜置至少 10 分鐘。
從瓶子 1 開始，用咖啡過濾器蓋住瓶口。用橡皮筋將其固定到位。
將瓶子倒過來（使瓶口朝下）。將瓶子放在一個透明杯子上。
當您拿著瓶子時，請您的成人助手小心地將半杯髒水倒入瓶子中。啟動您的計時器。
將瓶子放在杯子上，直到所有水都進入杯子。在紙上的第 2 列中，在寫著“咖啡過濾器”的方格旁邊，寫下所有水進入杯子所用的時間。您注意到杯子裡的水有什麼變化嗎？它看起來和您倒入瓶子時有什麼不同嗎？瓶子裡剩下什麼？
將來自瓶子 1 的水杯放在紙上，在您寫下時間的方格中。使用量杯測量杯子中的水量。在您寫下時間的位置旁邊寫下這個量。將水倒回杯子，並將其放在紙上。您倒入瓶子的所有水都進入杯子了嗎？如果沒有，您認為它去哪兒了？
將瓶子 1 放在一邊。
準備瓶子 2。用咖啡過濾器蓋住瓶口。用橡皮筋將其固定到位。
將瓶子倒過來（瓶口朝下）。將瓶子放在一個透明杯子上。
請您的成人助手小心地量取並倒入半杯米飯到瓶子 2 中。輕敲瓶子側面，使米飯沉澱在瓶口處。
當您拿著瓶子時，請您的成人助手小心地將半杯髒水倒入瓶子中。啟動您的計時器。
將瓶子放在杯子上，直到瓶子裡沒有水為止，所有水都進入杯子。在紙上的第 2 列中，在寫著“米飯和咖啡過濾器”的方格旁邊，寫下所有水進入杯子所用的時間。您注意到杯子裡的水有什麼變化嗎？它看起來和您倒入瓶子時有什麼不同嗎？瓶子裡剩下什麼？
將來自瓶子 2 的水杯放在紙上，在您寫下時間的方格中。使用量杯測量杯子中的水量。在您寫下時間的位置旁邊寫下這個量。將水倒回杯子，並將其放在紙上。您倒入瓶子的所有水都進入杯子了嗎？如果沒有，您認為它去哪兒了？
將瓶子 2 放在一邊。
準備瓶子 3。用咖啡過濾器蓋住瓶口。用橡皮筋將其固定到位。
將瓶子倒過來（瓶口朝下）。將瓶子放在一個透明杯子上。
請您的成人助手小心地量取並倒入半杯米飯到瓶子 3 中。輕敲瓶子側面，使米飯沉澱在瓶口處。
這次，請您的成人助手小心地將第一步中的水倒入瓶子 3 中。儘量避免擾亂杯子中收集的任何沉澱物。啟動您的計時器。
將瓶子放在杯子上，直到所有水都進入杯子。在紙上的第 2 列中，在寫著“米飯、咖啡過濾器、明礬”的方格旁邊，寫下所有水進入杯子所用的時間。您注意到杯子裡的水有什麼變化嗎？它看起來和您倒入瓶子時有什麼不同嗎？瓶子裡剩下什麼？
將來自瓶子 3 的水杯放在紙上，在您寫下時間的方格中。使用量杯測量杯子中的水量。在您寫下時間的位置旁邊寫下這個量。將水倒回杯子，並將其放在紙上。您倒入瓶子的所有水都進入杯子了嗎？如果沒有，您認為它去哪兒了？
量取半杯髒水，倒入最後一個透明杯子中。將此杯子放在紙上，在寫著“對照組”的方格旁邊。
您現在應該在紙上排列了四個杯子。檢視每個杯子中的水，以及您在紙上寫的時間和測量值。將您的三個測試的結果與對照組杯子進行比較。哪種水最髒？哪種最乾淨？哪個過濾系統過濾水的時間最長？哪個最短？哪個過濾系統吸收的水最多？哪個讓最多的水透過？（注意：即使您的水看起來很乾淨，但它並不乾淨，您不應該飲用它。請用它來澆灌您的院子或植物！）
額外：嘗試使用其他家用材料（例如棉球、紙巾、海綿或您認為可能是好過濾器的任何其他材料）進行此活動。您找到一個效果很好的嗎？您認為它效果好（或不好）的原因是什麼？
觀察結果
在本活動中，您測試了幾種不同的過濾髒水的方法。您的結果可能會因髒水中使用的汙垢型別而略有不同。但是，您應該發現，當您同時使用咖啡過濾器、米飯和明礬時，水最乾淨。此過濾器在清潔水方面做得最好，因為它結合了幾個不同的水淨化步驟。首先，您添加了明礬以引起凝結。在第一步中，您在攪拌混合物時應該觀察到水正在凝結。接下來，您讓水靜置至少 10 分鐘。這導致了沉澱，其中重力將凝結的物質拉到杯子底部，在表面留下較乾淨的水。最後，您將較乾淨的水透過米飯和咖啡過濾器過濾，將那些凝結的塊狀物與水分離。
您應該發現，單獨使用咖啡過濾器在過濾水方面做得相當不錯，但是您使用明礬採取的額外步驟會產生更好的結果。此外，您可能觀察到最多的水通過了咖啡過濾器。米飯和明礬都會吸收一些水，因此從瓶子進入您杯子的水會更少。單獨使用咖啡過濾器應該是您測試的三種方法中最快的過濾方法，並且應該花費最少的時間來清空瓶子。
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