水龙头后面有什么？了解过滤器如何工作—并学会自制一个！
图片来源：George Retseck
前言
我们总是把洁净水当作理所当然，并习惯于在口渴的时候从水龙头喝水。但是你知道世界上超过十亿人无法获得洁净水吗？部分问题是清洁（或净化）水不是一件容易的事。您不仅需要清除污垢和其他碎屑，还必须摆脱可能使人患病的所有隐形细菌和微生物。在这项研究中，我们将探讨一些净化水的方法，并了解这些步骤来确保您在口渴时有安全的饮用水。
背景
净水是一个复杂而昂贵的过程。然而，它可以分解成五个基本步骤：通气，凝结，沉淀，过滤和消毒。第一步，通气，向水中通入空气，同时向水中通入氧气促使其他气体逸出。第二步，凝结，将水中的污垢和其他固体颗粒聚集在一起。当它们被聚在一起时，污垢凝结（形成较大的团块），使得在下一步骤中更容易过滤。第三步，沉淀，重力使沉重的污垢块沉入水底，将其与表面的洁净水进一步分离，并为下一步过滤做好准备。过滤包括从水中分离污垢和其他固体颗粒。最后是第五步（也许是最重要的一步），即消毒。我们用化学品或高温处理水进行消毒，以除去可能使我们生病的细菌和其他不安全的微生物。
您将通过测试您自制的几个水过滤系统来探索这其中的几个步骤。下次你从水龙头喝水时，记住不管费多大劲，也要确保水是干净、安全的！
物料
l 两张咖啡过滤纸
l 三个透明塑料水瓶
l 一杯未煮过的米或豆
l 五个透明塑料或玻璃杯
l 两张白纸
l 一支钢笔或铅笔
l 四杯水
l 一杯松散的泥土
l 一个带盖的大塑料容器（用于混合水和泥土）
l 标尺
l 剪刀或X-ACTO刀
l 一个成年人帮手
l 橡皮筋
l 定时器或时钟
l 量杯（至少可以测量半杯液体）
l 半茶匙明矾
l 勺子
制备
l 将你的水和泥土装入大塑料容器中。摇动容器，确保泥土和水均匀混合。
l 使用你的标尺和笔将一张纸均匀分割成八个部分，四行和两列。在列1中，按如下所示标记每一行：行1-“对照组”; 行2-“咖啡过滤纸”; 行3-“米和咖啡过滤纸”; 行4-“米、咖啡过滤纸和明矾”（注意：如果您使用豆类，请为这些标签写“豆”而不是“米”）。
l 让你的成年帮手小心地把瓶底从瓶子上切下来，让瓶子和瓶口保持完好。
过程
l 量出一半杯脏水，倒入一个塑料杯中。在水中加入半茶匙明矾搅拌三至四分钟。你在搅拌时看到了什么？
l 将装有明矾和脏水的杯子放在一旁，静置至少10分钟。
l 从瓶1开始，用咖啡过滤纸覆盖瓶口，用橡皮筋将其固定。
l 将瓶子倒置（使瓶口朝下）。用手握住瓶子放在一个清洁的杯子上。
l 握住瓶子，请您的帮手慢慢地将半杯脏水倒入瓶中，开始计时。
l 握住瓶子放在杯子上，直到所有的水都流到杯子里。在纸上的第2列中，旁边的“咖啡过滤纸”的方形空白处写下所有的水流入杯子所用的时间。你注意到杯子里的水是什么？它看起来与当你把它倒在瓶子里时有什么区别吗？瓶子里剩下什么？
l 把装有瓶子1的水的杯子放在你写有时间的方形纸上。使用量杯来测量杯中水的体积，然后把这个数值写在时间的旁边，将水倒回杯中并将其放在纸上。你把所有装入瓶子里的水都倒进杯子里了吗？如果没有，你觉得它去哪儿了？
l 把瓶子1放到一边。
l 准备瓶子2。用咖啡过滤纸封住瓶口，使用橡皮筋将其固定。
l 将瓶子倒置（瓶口向下）。握住瓶子放在一个透明的杯子上。
l 让你的成年帮手仔细测量并将一杯米倒入瓶子2中。敲击瓶子的两侧，使米沉到瓶口。
l 用手握住瓶子，请您的帮手仔细地将一半的脏水倒入瓶中，开始计时。
l 将瓶子放在杯子上，直到瓶子没有剩余水分，所有的水都流到杯子里。在您的纸上的第2列中，旁边的“米和咖啡过滤纸”的方形空格处写上所有水流入杯子花了多长时间。你注意到杯子里的水是怎么样？它看起来与当你把它倒在瓶子里时有什么区别吗？瓶子里剩下什么？
l 把装有瓶子2的水的杯子放在你写有时间的方形纸上。使用量杯来测量杯中水的体积，然后把这个数值写在时间的旁边，将水倒回杯中并将其放在纸上。你把所有装入瓶子里的水都倒进杯子里了吗？如果没有，你觉得它去哪儿了？
l 把瓶子2放到一边。
l 准备瓶子3。用咖啡过滤纸封住瓶口，使用橡皮筋将其固定。
l 将瓶子倒置（瓶口向下）。握住瓶子放在一个透明的杯子上。
l 让你的成年帮手仔细测量并将一杯米倒入瓶子3中。敲击瓶子的两侧，使米沉到瓶口。
l 这一次，让你的成年帮手仔细地将第一步的水倒入瓶子3中。尽量避免干扰杯子里收集的沉淀物，并开始计时。
l 将瓶子放在杯子上，直到所有的水都流到杯子里。在纸上的第2列中，旁边的“米、咖啡过滤纸和明矾”的方形空格处写上所有水流入杯子花了多长时间。你注意到杯子里的水是怎么样？它看起来与当你把它倒在瓶子里时有什么区别吗？瓶子里剩下什么？
l 把装有瓶子3的水的杯子放在你写有时间的方形纸上。使用量杯来测量杯中水的体积，然后把这个数值写在时间的旁边，将水倒回杯中并将其放在纸上。你把所有装入瓶子里的水都倒进杯子里了吗？如果没有，你觉得它去哪儿了？
l 测量并将半杯脏水倒入最后一个透明杯中。将这个杯子放在旁边写着“对照组”的纸上。
l 你现在应该有四个杯子排在你的纸上。看看每个杯中的水以及你在纸上写的时间和测量值。将您的三个测试的结果与对照杯比较。哪个水最脏？哪个是最干净的？哪个过滤系统花费最多的时间来过滤水？哪个最少？哪个过滤系统吸收最多的水？哪个过滤系统让最多的水通过它？（注意：虽然你的水可能看起来很干净，但它并不干净，你不能饮用，而是用它来浇你的院子或植物！）
l 额外：尝试用其他家用材料做这种实验，如棉球、纸巾、海绵或任何其他你认为可能是一个很好的过滤器。你找到了一个效果良好的吗？为什么你认为它效果良好或不好？
观察结果
在这个实验中，您测试了几种不同的过滤脏水的方法。根据您在脏水中使用的污垢类型，您的结果可能略有不同。然而，当您将咖啡过滤纸、米饭和明矾一起使用时，你会发现水是最干净的。这个过滤系统净水效果最好，因为它包含了几个不同的净水步骤。首先你加入明矾引起凝结，在第一步中搅拌混合物时，您应该观察到水中物质的凝结。接下来你将水静置至少10分钟，这导致沉淀，其中重力将凝结物质沉降到杯的底部，在表面留下更清洁的水。最后，您通过米和咖啡过滤纸过滤清洁的水，将那些凝结块与水分离。
您应该已经发现，单独的咖啡过滤纸过滤水有相当不错的效果，但是您加入明矾的额外步骤可以获得更好的效果。此外，您可能已经观察到，通过咖啡过滤纸的水最多。米和明矾都吸收一些水分，所以从瓶子把它倒进杯子里就会少一点。单独的咖啡过滤纸应该是三种测试中最快的过滤方法，并且花费最少的时间来清空瓶子。
翻译：王鹏
审阅：王舟
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