STEAM X 校園多事幹:實測找出濾水好材料

[2019.03.04] 發表
羅悅爾
圖c
圖d
圖e

【明報專訊】常識科教師羅悅爾(圖)說:「世界上有些地方水資源短缺,例如內地西北部山區、非洲肯尼亞等,潔淨水源有限。」水是生命所需,即使缺乏潔淨水源,當地人也會喝下污水,損害健康。資源有限之下,是不是有簡單的方法將污水過濾呢?同學用自己的構思,製作簡單濾水飲管,來看他們實測是否成功!

水中雜質有不同密度

濾水飲管是先製作、後測試。污水中含有雜質、細菌,最易處理的第一步,就是將污水中的雜質過濾,但雜質的大小不一,濾水飲管製作的基本原理,就是利用不同密度、體積的材料放進飲管,將雜質隔走。

常識科教師陳淑雪說:「過濾材料(從高至低)應該是密度由疏至密、體積由大至小。」同學的製作又是否按這原理?

混用各種物質過濾

同學選擇了過濾布。樂一強調:「我們製作的目標是水除了要過濾得清澈,還要考慮過濾速度,我們不想它太慢。」她續說:「活性碳主要是用來消除氣味(除臭),沒有過濾功能。」

燁彪說:「選擇過濾布原因是布比已有材料如幼砂、粗砂等密度高,我認為它可幫助過濾其它未能過濾到的雜質。」思翰說:「不選用棉花,雖然它密度高,但也吸水能力強,這會減慢過濾過程。」至於塑膠珠因為和粗砂差不多,所以同學沒有選擇。

■STEAM知多點

活性碳「吸附」力

活性碳是濾水器常用的材料,它是一種多孔結構的碳物質,這些孔吸附能力很強,可以吸住有害物質,同學說的除臭功能,其實就是產生異味的物質被活性碳吸走,達到除臭的效果。

■老師評語

加入過濾布是不錯的選擇,因為它有足夠的密度阻隔物質,成功使污水變清澈,但第一次測試時過濾過程較慢,其實只用一層過濾棉已足夠,因為一層或兩層,它的功能還是相同的。

■實測一

飲管的10cm長度劃分成濾水器各層結構,這是同學的第一次設計(圖c)。當所有材料都放進飲管後,同學就倒進污水做測試。

過濾成功!

反思速度問題

膠杯內滴出清水,證明同學的過濾設計是成功了!他們雖然滿意,但認為應再改善,家綺說:「雖然是清澈,但流得很慢。」根據同學判斷,認為是粗砂阻礙了流水,因此便再有修正設計,拿走粗砂再測試。

■實測二

拿走了粗砂的濾水飲管,看來也同樣能將水過濾,但何者清澈?要交由測光器決定!(圖d)

■封面答案開估!

測光器測試(圖e)

光線穿透物質

部分會被吸收

肉眼看水很清澈,但事實是否如此?可以透過測光知道到底有多清澈。當光線通過物質(如清水、污水)時,部分光會被當中的濃度吸收,光通過濃度愈高的物質(如污水),就會被吸收得愈多、穿透出來的光愈少。換言之,經過測量光的度數,就會知道水是否清徹。

這次同學以Micro:bit製成的「測光器」測試,它顯示的光線感應值最高可為1028度,沒穿透物質的普通光一般約為800度以上。將清水放入測試,其光線感應值為400多度,污水則約200多度。同學的濾水成果,數值都在300度以上。

■STEAM知多點

計算「透光率」

光未穿透物質前,稱為「入射光」。當光穿透物質後再透出來的光,稱為「透射光」,將透射光的強度除以入射光的強度,就是「透光度」,只要再將透光度x100%,就是透光率了。以是次測試為例,未穿透清水前的光的數值是800,而穿透後數值是400,那清水透光度是400÷800=0.5,透光率就是0.5×100%=50%。(此為測試例子,並不等同清水的透光率就是50%)

過濾後不可即飲用

還要殺菌煮沸

燁彪說:「不可以的!我們日常飲用的水是經過四大步驟的,首先是沉澱(初步分隔雜質),然後是過濾。過濾之後還會消毒殺滅細菌,最後我們還要煮沸才可飲用的!」在香港,簡易的過濾並不足以保障健康,大家要注意啊!

■關鍵詞

過濾 filtration

透光率 light transmittance

活性碳 activated carbon

過濾布 filter cloth

■STEAM知多點

中國西北水資源

水資源缺乏有很多原因,可以是貧窮,或是氣候因素。根據中國科學院資料,西北部有很多乾旱區,包括新疆維吾爾自治區、內蒙古自治區中西部、大部分的寧夏回族自治區及甘肅河西走廊,這些地方全年降水量少於400毫米。雖然水資源缺乏,但那兒太陽能、風能等再生能源卻很豐富。

■想一想

1. 簡單過濾法的水不能直接飲用,你認為它有實用價值嗎?為什麼?

2. 你能想到什麼環境可用到過濾的知識?

文:大海

圖:劉毓霖

[常識學堂 第142期]

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