关键概念
化学
混凝
水过滤
简介
我们很容易把干净的水视为理所当然，我们已经习惯了在口渴时可以从喷泉或水龙头喝水。但是您知道吗，世界上有超过十亿人无法获得干净的水？部分问题在于清洁（或净化）水不是一件容易的事。您不仅需要去除污垢和其他碎屑，还需要去除所有可能使人生病的看不见的细菌和微生物。在本活动中，我们将探索几种清洁水的方法，并了解如何确保在您口渴时可以安全饮用水。
背景
水净化是一个复杂而昂贵的过程。但是，它可以分解为五个基本步骤：曝气、混凝、沉淀、过滤和消毒。第一步，曝气，向水中添加空气，同时在允许其他气体逸出的同时向水中添加氧气。第二步，混凝，将水中的污垢和其他固体颗粒聚集在一起。当它们聚集在一起时，污垢会凝结（形成更大的团块），这在过程的下一步中更容易过滤掉。第三步，沉淀，让重力为我们工作。它将重污垢块拉到水底，使其与表面的清洁水进一步分离，并为下一步（过滤）做好准备。过滤包括将污垢和其他固体颗粒与水分离。最后（也许也是最重要的一步）第五步是消毒。我们通过用化学物质和/或加热处理水来消毒，以去除细菌和其他可能使我们生病的不安全微生物。
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您将通过测试您自己的几个水过滤系统来探索其中的几个步骤。下次您从水龙头喝水时，请记住为了确保水清洁且可以安全饮用，需要付出多少努力！
材料
两张纸质咖啡过滤器
三个透明塑料水瓶
一杯未煮熟的米饭或豆子
五个透明塑料或玻璃杯
两张白纸
一支笔或铅笔
四杯水
一杯松散的泥土
一个带盖的大塑料容器（用于混合水和污垢）
尺子
剪刀或美工刀
一位成人助手
橡皮筋
计时器或时钟
量杯（至少半杯）
半茶匙明矾
一个勺子
准备工作
将水和污垢混合在大塑料容器中。摇晃容器以确保污垢和水充分混合。
使用尺子和笔将一张纸均匀地分成八个部分，向下四行，横向两列。在第 1 列中，将每行标记如下：第 1 行——“对照组”；第 2 行——“咖啡过滤器”；第 3 行——“米饭和咖啡过滤器”；第 4 行——“米饭、咖啡过滤器、明矾”（注意：如果您使用豆子，请在这些标签中写“豆子”而不是“米饭”）。
请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无损。
步骤
量取半杯脏水，倒入一个塑料杯中。向水中加入半茶匙明矾，轻轻搅拌三到四分钟。搅拌时您注意到水有什么变化吗？
将装有明矾和脏水的杯子放在一边；让它静置至少 10 分钟。
从瓶子 1 开始，用咖啡过滤器盖住瓶口。用橡皮筋将其固定到位。
将瓶子倒过来（使瓶口朝下）。将瓶子放在一个透明杯子上。
当您拿着瓶子时，请您的成人助手小心地将半杯脏水倒入瓶子中。启动您的计时器。
将瓶子放在杯子上，直到所有水都进入杯子。在纸上的第 2 列中，在写着“咖啡过滤器”的方格旁边，写下所有水进入杯子所用的时间。您注意到杯子里的水有什么变化吗？它看起来和您倒入瓶子时有什么不同吗？瓶子里剩下什么？
将来自瓶子 1 的水杯放在纸上，在您写下时间的方格中。使用量杯测量杯子中的水量。在您写下时间的位置旁边写下这个量。将水倒回杯子，并将其放在纸上。您倒入瓶子的所有水都进入杯子了吗？如果没有，您认为它去哪儿了？
将瓶子 1 放在一边。
准备瓶子 2。用咖啡过滤器盖住瓶口。用橡皮筋将其固定到位。
将瓶子倒过来（瓶口朝下）。将瓶子放在一个透明杯子上。
请您的成人助手小心地量取并倒入半杯米饭到瓶子 2 中。轻敲瓶子侧面，使米饭沉淀在瓶口处。
当您拿着瓶子时，请您的成人助手小心地将半杯脏水倒入瓶子中。启动您的计时器。
将瓶子放在杯子上，直到瓶子里没有水为止，所有水都进入杯子。在纸上的第 2 列中，在写着“米饭和咖啡过滤器”的方格旁边，写下所有水进入杯子所用的时间。您注意到杯子里的水有什么变化吗？它看起来和您倒入瓶子时有什么不同吗？瓶子里剩下什么？
将来自瓶子 2 的水杯放在纸上，在您写下时间的方格中。使用量杯测量杯子中的水量。在您写下时间的位置旁边写下这个量。将水倒回杯子，并将其放在纸上。您倒入瓶子的所有水都进入杯子了吗？如果没有，您认为它去哪儿了？
将瓶子 2 放在一边。
准备瓶子 3。用咖啡过滤器盖住瓶口。用橡皮筋将其固定到位。
将瓶子倒过来（瓶口朝下）。将瓶子放在一个透明杯子上。
请您的成人助手小心地量取并倒入半杯米饭到瓶子 3 中。轻敲瓶子侧面，使米饭沉淀在瓶口处。
这次，请您的成人助手小心地将第一步中的水倒入瓶子 3 中。尽量避免扰乱杯子中收集的任何沉淀物。启动您的计时器。
将瓶子放在杯子上，直到所有水都进入杯子。在纸上的第 2 列中，在写着“米饭、咖啡过滤器、明矾”的方格旁边，写下所有水进入杯子所用的时间。您注意到杯子里的水有什么变化吗？它看起来和您倒入瓶子时有什么不同吗？瓶子里剩下什么？
将来自瓶子 3 的水杯放在纸上，在您写下时间的方格中。使用量杯测量杯子中的水量。在您写下时间的位置旁边写下这个量。将水倒回杯子，并将其放在纸上。您倒入瓶子的所有水都进入杯子了吗？如果没有，您认为它去哪儿了？
量取半杯脏水，倒入最后一个透明杯子中。将此杯子放在纸上，在写着“对照组”的方格旁边。
您现在应该在纸上排列了四个杯子。查看每个杯子中的水，以及您在纸上写的时间和测量值。将您的三个测试的结果与对照组杯子进行比较。哪种水最脏？哪种最干净？哪个过滤系统过滤水的时间最长？哪个最短？哪个过滤系统吸收的水最多？哪个让最多的水通过？（注意：即使您的水看起来很干净，但它并不干净，您不应该饮用它。请用它来浇灌您的院子或植物！）
额外：尝试使用其他家用材料（例如棉球、纸巾、海绵或您认为可能是好过滤器的任何其他材料）进行此活动。您找到一个效果很好的吗？您认为它效果好（或不好）的原因是什么？
观察结果
在本活动中，您测试了几种不同的过滤脏水的方法。您的结果可能会因脏水中使用的污垢类型而略有不同。但是，您应该发现，当您同时使用咖啡过滤器、米饭和明矾时，水最干净。此过滤器在清洁水方面做得最好，因为它结合了几个不同的水净化步骤。首先，您添加了明矾以引起凝结。在第一步中，您在搅拌混合物时应该观察到水正在凝结。接下来，您让水静置至少 10 分钟。这导致了沉淀，其中重力将凝结的物质拉到杯子底部，在表面留下较干净的水。最后，您将较干净的水通过米饭和咖啡过滤器过滤，将那些凝结的块状物与水分离。
您应该发现，单独使用咖啡过滤器在过滤水方面做得相当不错，但是您使用明矾采取的额外步骤会产生更好的结果。此外，您可能观察到最多的水通过了咖啡过滤器。米饭和明矾都会吸收一些水，因此从瓶子进入您杯子的水会更少。单独使用咖啡过滤器应该是您测试的三种方法中最快的过滤方法，并且应该花费最少的时间来清空瓶子。
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本活动与 科学伙伴 合作推出
