水是地球上生命的重要组成部分,占地球的71%,占人体的60%(1)。因此,陆生植物、动物和人类必须通过自然或人工过程获得稳定的淡水供应。水循环是地球上自然的水循环系统,在这个系统中,水通过物质的所有三个阶段(固体、液体、气体),在这个过程中被淡化、过滤和净化。天然过滤源有许多不同的功能,令人惊讶的方式包括:

  • 用坚硬的多孔材料,如砾石和沙子来捕获微粒
  • 滤食性贝类消耗水中的有机和金属污染物
  • 水生植物吸收多余的化学营养并补充氧气(2)

如今在水处理厂中使用的复杂人工过滤器被设计成模仿许多这些自然过程,但规模更大、速度更快。

但是生活在太空中的人类呢?生活在国际空间站(ISS)上的美国宇航局宇航员的尿液、汗液、湿度和废水是如何回收的?2008年启动的水回收系统解决了这个问题,美国宇航局也向其最年轻的科学家提出了类似的挑战。

对的挑战

国际空间站上的水回收系统(WRS)为生活在空间站上的宇航员处理所有的水过滤,回收宇航员每天使用的水的90%。所有收集到的水分都进入一个闭环系统,该系统经过一系列的物理和化学过滤过程,然后通过电导率传感器测试,然后被批准重复使用。

美国宇航局水挑战是基于调查活动5 - 12年级的学生设计和生产水过滤设备使用家庭材料遵循相同的过程,NASA的工程师用于创建国际空间站采用(4)。附带的挑战和课程计划鼓励学生思考的复杂性运用关键问题解决技巧进行筛选。在活动中,学生将提出原创设计,合作,测试他们的设计,进行观察,并收集数据。

访问完整的说明和详细的课程计划在这里

材料:

  • 称重用的天平或秤
  • 250ml量瓶
  • 两个0.5 L的空水瓶
  • 剪刀
  • 纸巾
  • 10厘米x10厘米粗棉布
  • 橡皮筋
  • 过滤介质(棉球、咖啡过滤器、砾石、沙子、生面食、活性炭、沸石)
  • 独家新闻
  • 模拟废水(1加仑= 2杯蒸馏醋+黄色食用色素+地板上的灰尘+½杯表层土壤或沙子+一把头发+水)
  • 电导率测试(可选)
  • pH测试条(1-12范围)

结果:该挑战的预期结果是有效地过滤模拟废水,去除染料中的颗粒和颜色,并恢复pH值到中性范围。学生将了解到不同的过滤材料组合会对循环水的最终水质产生不同的影响。更广泛地说,目标是让学生享受科学过程,并创造性地思考设计、执行和分析他们的想法。

参考