المنهجية المتبعة لتنقية المياه

المنهجية المتبعة لتنقية المياه

1)    قم بصب ماء المستنقع/ أو النهر/أو السد (أو الماء الذي تم إعداده بمزج المواد القذرة مع الماء) في زجاجة ذات سعة 2 لتر مع الغطاء. ومن ثم اكتب وصفا لطبيعة الماء ورائحته على استمارة الطلاب الخاصة بملاحظات نشاط تنقية المياه.

2)     قم بإغلاق العلبة بالغطاء، وهزها بشدة لمدة ثلاثين ثانية. تابع عملية التهوية من خلال صب المياه في علبة أخرى أو دورق، و استمر في هذا العملية مراراً وتكراراً حتى عشرة مرات. بمجرد التهوية يكون قد تم تهريب الغازات(يجب أن تختفي جميع الفقاعات) . قم بصب الماء الذي قمت بتهويته في العلبة التي قمت بتحضيرها مسبقا في الجزء العلوي المفصول.

3)     قم بإضافة ملعقتين كبيرتين من الشب إلى الماء الذي تم تهويته. اخلط المزيج ببطء لمدة خمس دقائق. اكتب وصفاً لمظهر الماء ورائحته على استمارة الطلاب الخاصة بملاحظات نشاط تنقية المياه.

4) اترك الماء ساكنا في العلبة (لاحظ الصورة على اليسار). راقب الماء لمدة عشرين دقيقة و قم بتوزيع المشاهدات على أربع فتراتبين كل فترة وأخرى خمس دقائق. سجل مشاهداتك - كيف تظهر المياه الآن؟ قم باستخدام استمارة الطلاب الخاصة بملاحظات نشاط تنقية المياه.

5) اصنع مصفاة من العلبة بعد إزالة قاعدتها كما يلي (لاحظ الصورة على اليسار):

أ ) قم بتثبيت ورق الترشيح على الجزء الخارجي من عنق العلبة باستخدام رباط مطاطي. اقلب العلبة رأسا على عقب وضعها في دورق أو في قاعدة علبة حجمها  ٢لتربعد إزالة جزئها العلوي. (إذا قمت باستخدام قاعدة علبة حجمها ٢لتر، فعليك أن تقوم بعمل ثقب في طرف العلبة لتسمح بتصريف الهواء). قم بوضع طبقة من الحصى في العلبة- سيمنع ورق الترشيح الحصى من السقوط خارج عنق العلبة.

ب‌)  قم بصب طبقة من الرمل الخشن فوق الحصى.

ت‌)  قم بصب طبقة من الرمل الناعم فوق الرمل الخشن.

ث‌)  قم بغسل المصفاة عن طريق صب ٣ لتر ( أو أكثر) من مياه شرب نظيفة. تخلص من الماء الذي تم تمريره عبر ورق الترشيح.

6)    بعد أن تستقر كمية كبيرة من رواسب ماء المستنقع/النهر/ السد في قاع العلبة، قم و بحذر- من دون الإخلال باستقرار الرواسب- بصب ثلثي ماء المستنقع/النهر/ السد عبر المصفاة. جمّع المياه الذي تم تصفيته في دورق/علبة من البلاستيك.

7)    قارن الماء المعالج بالماء غير المعالج. هل غيّرت عملية المعالجة طبيعة ورائحة الماء؟

8)    اسأل معلمك إذا كان بإمكانك القيام بنشاط إضافي لقياس عكورة الماء "المليء بالمواد القذرة" و الماء الذي تمت تنقيته و مياه الشرب في منزلك.

9)    اختياري( غير إلزامي) خذ صورة لعينة من الماء المعالج بجانب عينة من الماء غير المعالج لتسليمها لقاعدة البيانات العالمية.

وفقا لنشاط وكالة حماية البيئة الأمريكية على العنوان:  http://www.epa.gov/safewater/kids/flash/flash_filtration.html

إجراءات  تعقيم المياه

لماذا تعد عملية تعقيم مهمة؟

المياه المعقمة تخلو من العديد من الجزيئات المرئية ولكنها تحتوي على العديد من الجراثيم الحية التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، والتي بإمكانها أن تسبب الأمراض للبشر. يستخدم الكلور في العديد من مرافق معالجة المياه للقضاء على الجراثيم المؤذية و الجزيئات الصغيرة من المواد العضوية. في هذا الجزء من النشاط، سنقوم بقياس  الكلورين " الحر المتاح" . الكلورين "الحر المتاح" هو نسبة الكلورين المتواجد في الماء والذي يقضي على الجراثيم و المواد العضوية. تقوم محطات معالجة المياه بإضافة كميات كافية للقضاء على الجراثيم بالإضافة إلى كميات أخرى صغيرة لمكافحة أي جراثيم جديدة قد تصادفها قبل أن تصل إلى منزلك، على سبيل المثال. هذه الكميات الصغيرة الإضافية  تعرف باسم "الكلورين المتبقي" و يمكن الكشف عنه باستخدام شرائط فحص الكلورين.

المواد اللازمة  لتعقيم المياه

·        سائل الغسيل المبيّض (هيبوكلوريت الصوديوم) تأكد من تركيز المبيض- راجع معامل تحويل التبييض جدول ص،12

·     عشر شرائط تقريبا لفحص الكلورين

·     قطاّرة طبية/بعين واحدة أو أنبوب للاستعمال مرة واحدة

·        ملعقة كبيرة واحدة

·     ساعة بعقربين أو ساعة توقيت

المنهجية المتبعة لتعقيم المياه

1)    قم بتغطيس شرائط فحص الكلورين في ٥٠٠ مل من الماء المصفى الناتج من عملية ترشيح المذكورة أعلاه واستخدم جدول رمز اللون لتقدير مستوى الكلورين "الحر المتاح" في السائل. سجل مستوى الكلورين المرتشح في الجدول الموجود على استمارة الطلاب الخاصة بملاحظات نشاط تنقية المياه.

2)    أضف قطرتين من المبيض للماء المرشح، حرك السائل بلطف لخمس ثواني، و أعد قراءة شرائط الفحص فورا. سجل نتيجتك في الجدول. استمر في إضافة قطرتين في كل مرة ( خمس ثواني) و سجل عدد القطرات المضافة، حتى يصبح بالإمكان رؤية مستوى الكلورين على شريط الفحص. عند إضافة مبيض الكلورين للماء المرشح، فإنه يتم استهلاك الكلورين للقضاء على الجراثيم المؤذية، وقد يحتاج عدداً من القطرات قبل أن يصبح بالإمكان ملاحظة رواسب الكلورين.

3)    عندما يصبح بالامكان ملاحظة الرواسب، انتظر لمدة عشرة دقائق من دون إضافة المبيّض و ثم أعد عملية تسجيل مستوى الكلورين الحر المتاح.

4)    إذا تلاشى راسب الكلورين خلال عشرة دقائق، أضف قطرتين من المبيّض و لاحظ إذا كانت قراءة مسوى الكلورين ما بين 1-3 جزء بالمليون على الأقل بعد الانتهاء من فترة العشر دقائق بعد إضافة  قطرتي الكلورين. ( وبعد مرور عشرة دقائق من إضافة قطرتي الكلورين ولم يكن بالإمكان مشاهدة راسب الكلورين، قم بزيادة عدد القطرات بمقدار قطرتين، أي ما يساوي أربع قطرات. انتظر لمدة عشرة دقائق. وتحقق من وجود رواسب الكلورين. إذا لم يظهر راسب الكلورين، قم بزيادة عدد القطرات ليعادل ست قطرات، إلخ.، إلى أن يصبح بالإمكان مشاهدة راسب الكلورين بعد الانتهاء من فترة العشرة دقائق.

5)     احسب العدد الكلي للقطرات المستخدمة للتعقيم، وقم بتقديم نتيجتك ليتم تحديد متوسط نتائج الصف.

احتياطات الآمن و السلامة

يجب ارتداء النظارات الوقائية أثناء أداء هذه الأنشطة بشكل مستمر. يجب التأكيد و بشدة أن الماء المنقى أو المعقم غير آمن للتذوق أو الشرب والعمل على تنبيه الطلبة بذلك عند بداية النشاط. كما و يجب تجنب التلامس مع المواد الصلبة ( الشب و هيبوكلوريت الكالسيوم). و التعامل مع المبيّض المنزلي بعناية.

قائمة المواد و الأدوات

المواد اللازمة لتنقية المياه

·        ٢ ليتر من المياه  الطبيعية "قذرة" . يمكن جمع المياه من جدول، بركة ، نهر أو مستنقع ( أو باستطاعتك إضافة كوب واحد من التراب أو الطين إلى لترين من الماء). لا تحاول أن تجمع مياه نظيفة- يجب أن تكون المياه عكرة.

·        علبة  واحدة ذات سعة ٢ ليتر مع غطائها ( أو سدادة من الفلين تثبت بإحكام في عنق العلبة)

·        علبتان سعة ٢ ليتر، واحدة مزالة القاعدة لكي يتم استعمال جزئها العلوي كقمع و الأخرى يتم إزالة الجزء العلوي منها لكي تستخدم قاعدتها للترسيب.

·        دورق كبير ( بحجم ٥٠٠ مل  أو كوبين) أو وعاء مدرّج للقياس بحيث يكون باستطاعته أن يحمل العلبتين المقلوبتين أو بإمكانك استخدام علبة سعة ٢ لتر مزالة الجزء العلوي بحيث يمكنك تثبيت العلبة الأخرى بداخلها.

·        ملعقة كبيرة من الشب

·        كوب و نصف من الرمل الناعم ( رمل أبيض، رمل شواطئ ، الرمل الناعم المستخدم في البناء)

·        كوب و نصف رمل خشن (رمل متعدد الاستخدامات)

·        كوب  من الحصى الصغيرة ( حصى أحواض الأسماك المغسولة، ذات لون طبيعي هي الأفضل)

·        فلتر قهوة (ورق ترشيح)- عدد واحد

·        ربطة مطاطية

·        ملعقة كبيرة (لمعايرة الشب )

·        ملعقة كبيرة (للتحريك)

·        ساعة بعقربين أو ساعة توقيت

ملاحظات على تحصيل المواد :

1)    عينات الماء : يمكن جمع عينات المياه في علب بلاستيكية أو أي وعاء آخر مناسب. يفضل استخدام وعاء مصنوع من مادة شفافة للمقارنة مع الماء المعالج.

عينة المياه التي سيتم تقديمها لقاعدة بيانات التجربة العالمية من مصدر محلي طبيعي يمكن أن يكون مصدرها من النهر، أو بحيرة، أو بركة كبيرة أو من مصب نهري.

المياه البحرية لا تناسب هذا النشاط. لا تحاول جمع مياه "جيدة" من المصدر، يتوجب أن تكون مياه عكرة. يمكن أن يتم الجمع تماما من تحت سطح مصدر المياه.حاول أن تجد مصدرا معروفا يمكن تمييزه من قبل طلاب جميع المدارس لأغراض المقارنة. قم باختيار وقت جمع عينات المياه بحيث يكون أقرب ما يكون لوقت تطبيق النشاط من قبل الصف المدرسي.

2)    الشب، أو   كبريتات بوتاسيوم الألومنيوم ، متوفرة بسهولة و رخيصة الثمن. في بعض الدول يمكن ان تجدها في السوبر ماركت في جناح البهارات. و في دول أخرى يمكن أن تحصل عليها من الصيدليات. تحتوي علبة الأدوات ذي التكلفة البسيطة على الشب.

3)    مع أن عملية تنقية المياه تحدد استخدام علب مشروبات باردة سعة ٢ ليتر، فبالامكان استخدام علب ذو سعة أقل.

4)    مع أن رمل اللعب الابيض أو رمل برك السباحة سيكون مثاليا، إلا أنه يمكن استبداله برمل بناء ناعم و نظيف والمستخدم في تغطية الجدران.

5)    الرمل متعدد الأغراض يجب أن يكون ذو حبيبات أكبر حجما و بالإمكان أن يتم استعمال رمل البناء المستخدم في خلطات الخرسانة.

6)    حجارة أحواض الأسماك الصغيرة يمكن استبدالها بحصى طبيعية مغسولة ، بقطر١-٢ سم تقريبا.

7)    إذا ما استخدمت علبة الأدوات ذي التكلفة البسطة، يتوجب استخدام القمع وورق الترشيح في عملية الترشيح. يجب أن يشرح المعلم أن الترشيح يسير من خلال مرشح الرمل.

المواد اللازمة لتعقيم المياه

·        الكلورين الخاص بتبييض الغسيل ( على أن تكون نسبة المحلول ٦% هيبوكلوريت الصوديوم) – راجع جدول تحويل المبيّض في الأسفل إذا كان المبيّض المستخدم مخفف بنسبة أكبر من٦%  )

·        عشر شرائط فحص كلورين تقريبا

·        قطارة طبية بعين واحدة

·        ملعقة كبيرة (للتحريك)

·        ساعة بعقربين أو ساعة توقيت

ملاحظات تتعلق بالمواد

شرائط فحص الكلورين: شرائط فحص الكلورين الحر المتاح الشائعة في الاستخدام عند برك السباحة (و أيضا في قياس درجة الحموضة) يمكن استخدامها في هذا النشاط. سيقوم الطلاب بتغطيس شرائط الفحص في المياه المراد رصد نتيجته و الانتظار لمدة خمس عشرة ثانية قبل مطابقة اللون مع المربع المناسب في دليل شرائط فحص الكلورين الحر. ستحتاج إلى عشرة شرائط تقريبا.:

جدول تحويل المبيّض (للمبيضات بتراكيز أقل من٥-٦ %): المبيضات المنزلية المستخدمة لغسيل الملابس تختلف نسب تراكيزها باختلاف المكان الذي تتوفر فيه. من أجل التأكيد حصولنا على نتائج يمكن مقارنتها، يجب تحميل النتائج على موقع بيانات التجربة العالمية للعام الدولي للكيمياء، يرجى استخدام جدول التحويل التالي:

المخرجات التعليمية للطلاب                           

مهارات العملية العلمية

.

·        ملاحظة و مقارنة مظهر المياه المعالجة و الغير معالجة.

·        قياس الكلورين الحر المتاح من ناحية البيانات الكمية  لاستخدام طرق مطابقة الألوان.

·        تسجيل البيانات العلمية و المشاهدات بطريقة ملائمة.

·        تفسير البيانات من الناحية البيئية و الطبيعية للمياه المستخدمة.

·        طرح أسئلة علمية متعلقة بمعالجة المياه و المياه في الطبيعة.

·        إجراء أبحاث علمية من خلال اختيار المتغيرات و التحكم بها.

المعلومات الكيميائية الأساسية

·        التهوية كأداة في معالجة المياه – دور الأكسجين

·        التخثير  كأداة كيميائية لتنقية المياه

·        الترشيح كآداة فيزيائية لتنقية المياه

·        التفاعلات الكيميائية المشاركة في كلورة الماء.

·        دور مؤشرات الكلورين

مخرجات التعلم للصفوف الابتدائية

في المدارس الابتدائية يوفرهذا النشاط فرصة ممتازة لدى الطلاب لاستخدام أدوات بسيطة و تطوير مهارة تسجيل الملاحظات . معالجة البيانات كميا غير مطلوبة، عملية التعقيم يجب أن تعرض للطلاب و يمكن للمعلم مساعدة الطلاب في عملية معالجة البيانات.

. موضوع معالجة المياه هو احد الأفكار الكيميائية الهامة و الراسخة بشكل جذري في خبرات الطلاب في مجال مياه الشرب والأمراض المنقولة عن طريق المياه..

كما أنها توفر مثالا جيدا لتفريق بين العمليات الفيزيائية و الكيميائية و هي واحدة من التجارب الأولى للطلاب مع الترشيح.

يدرك الطلاب بأن المياه النقية (كالمياه المرشحة التي حصل عليها الطلاب في التجربة) ليست بالضرورة مياه آمنة للشرب.

مخرجات التعلم للمدارس الثانوية المتوسطة

بالإضافة إلى مخرجات التعلم المذكورة للمدارس الابتدائية، إضافة إلى دور التهوية أثناء التنقية. كما و يمكن طرح نقاش مفصل عن التخثر كعملية كيميائية و الترشيح كعملية فيزيائية.

مخرجات التعلم للمدارس الثانوية العليا

يمكن أن يتضمن الشرح ذكر لخصائص الكلورين، دور هيبوكلوريت الصوديوم أو هيبوكلوريت الكالسيوم و الرابط ما بين التجارب و المعالجة الصناعية للمياه.

أنشطة إضافية

قياس عكورة المياه (ينصح بتطبيقه للطلاب من كل الفئات العمرية)

المواد المطلوبة

·         مصباح يدوي .

·         كأس شرب مسطّح القاعدة.

·         عينات لمياه غير مرشحة ( المياه قبل المعالجة)، مياه مرشحة( الراشح الناتج من عملية التنقية) و مياه شرب منزلية.

المنهجية

1)    قم بصب كميات متساوية من المياه المرشحة و الغير مرشحة و مياه الشرب المنزلية في كؤوس شرب شفافة و مسطحة القاعدة.

2)    انقل الكؤوس إلى غرفة معتمة و ضعها على سطح مستو.

3)    ضع المصباح اليدوي إلى جنب كل كأس و سلّط الضوء خلال كل عينة على حدا. لاحظ مسار الشعاع .

4)    ما وجه المقارنة ما بين مسار الشعاع الضوئي خلال الماء المرشح و الماء غير المرشح؟ كيف يمكن مقارنة الماء المرشح مع مياه الحنفية؟

5)    الآن قم بصب نصف الماء المرشح خارج الكأس و استبدله بماء الشرب المنزلي. تفحص الأثر من ذلك من خلال تسليط شعاع المصباح اليدوي عبر الكأس. كم مرة تحتاج لإعادة عملية التخفيف لكي تستطيع ملاحظة الفرق بين الماء المرشح و ماء الحنفية؟

اقتراحات أخرى(للطلاب الأكبر سنا).

توفر هذه الأنشطة فرص للطلاب لاكتساب فهم أعمق لمفهوم معالجة المياه.

·        الاختلاف في الكلورين الحر- قياس الاختلاف في الكلورين الحر في مياه برك السباحة أثناء مناسبات عادية- مثلا، تغير درجات الحرارة، بعد هطول الأمطار.

·        الاختلاف في الكلورين الحر- مراقبة مستوى الكلورين الحر في مياه الشرب المنزلية على طول فترة زمنية معينة (يفترض أن يكون هناك اختلاف بسيط جدا في المناطق الحضرية)

·        دور الأملاح المعدنية في عملية التخثر – دور أيونات الألومنيوم Al³⁺ .