濾水再生匣


學校：


鳳溪廖潤琛紀念學校上午校

組員：
曾偉傑同學、趙洪政同學、沈慕宜同學、鄭敏霞同學

教師：
葉治浩老師、嚴芷若老師

 

意念
材料
　　我們決定以「濾水再生匣」作為今次參賽題目，除為了響應環保外，亦因為我們剛在六年級常識科課程內，學會了有關水質污染的知識，所以便希望能學以致用，為學校節省金錢。此外，我們還希望藉此宣揚環保意識，讓同學們更愛護大自然，希望地球的污染問題能早日得到改善。
收集雨水 大量膠樽
實驗(一) 溫度計 x 2、錫紙、棉花、透明膠樽 x 2
觀察(一) 燒杯 x 2、雨水、自來水
試驗(一) 燒杯 x 2、石蕊試紙、雨水、自來水
試驗(二) 燒杯 x 2、玻璃棒 x 2、梘液、雨水、自來水
實驗(二) 膠樽、燒杯、濾紙、海沙、砂礫、活性碳、雨水

 

探究

收集方法

　　我們今次將會在禮堂上蓋收集雨水。選擇禮堂上蓋作收集地點的原因是因為我們學校禮堂的建築設計是非常獨特的。禮堂上蓋有一塊綠色的墊，它可以疏導雨水，令水流更加暢順，收集更多的雨水。雨水收集後，我們會暫時儲藏在膠水瓶內等待過濾，之後我們會用那些經過過濾的雨水去清潔、灌溉和散熱。另外，在夏天時，還可以把雨水淋在禮堂的上蓋幫助散熱。

雨水的用途

經過我們一番討論後，決定把收集回來的雨水用作以下幾種用途︰

灌溉 替學校範圍內的植物及小農莊內的盆栽灌溉。
清潔 清潔籃球場及有蓋操場，但不會用作清潔校舍，因雨水未經消毒。
散熱

由於禮堂沒有空調設備，利用雨水淋在禮堂上蓋，達到散熱的功能。

由於不同的用途對水質的要求有所不同，以下是一個簡單的總結︰

灌溉 水的酸鹼度要適中，大約由（5.5度 - 8.5度），不可有異味。
清潔 能使一般的家用清潔劑發揮功用，不可有 異味。
散熱 水中不應有可見的污染物，不可有異味。

 

實驗（一）：測試水的散熱效能

圖一
　　 為了更加詳細講解內裹的結構，我們繪畫了圖一，讓大家更易明白。把 A 和 B 膠樽一起放在陽光下照射半小時。（備註︰我們應以相同用料的膠樽（A 和 B 膠樽）完成實驗，從而得到更準確的結果。）

結果︰

  A(用濕棉花覆蓋) B(用乾棉花覆蓋)
溫度（半小時後） 33.5 °C 36.5 °C

結論︰由實驗結果得知，水份可以吸收部分熱能，令 A 膠樽的溫度較 B 膠樽低。所以我們相信在陽光猛烈的日子，在禮堂的上蓋淋水，是可以達到替禮堂降溫散熱的功用。

 

雨水性質

(由於相片未能清楚展現觀察結果，所以我們改用繪圖表達。)
　　從觀察中，我們發現在收集回來的雨水中，有大量肉眼可見的污染物及發出一些異味，較重的污染物會在一段時間後，沉澱到器皿的底部；較輕的則懸浮在水中。

試驗（一）︰測試水的酸鹼度

結果︰將石蕊試紙分別放入兩個裝有雨水、自來水的燒杯中。從試驗結果得知，雨水的酸鹼度和食水沒有大分別，都是約 6 度。

試驗（二）︰測試雨水的軟硬度

　　把肥皂溶於水中，用玻璃棒撥弄，使其發泡，看看雨水和食水發泡的分別。

結果︰從試驗二得知雨水和食水都同樣能使肥皂發起同等份量的泡，並且不易散去。

結論：從以上的觀察和測試得知，雨水的酸鹼度和軟硬度大致上與自來水沒有甚麼分別。所以，我們只需要把可見的雜質和異味從雨水中移去便可。而經過一陣子的資料搜集後，我們決定用過濾法把雨水淨化。

 

雨水的過濾
　　細砂和砂礫是用來製作過濾器最常用的材料。當水流經細砂濾層時，因雜質無法通過細砂間微小的孔隙而與水分隔，從而淨化了水。我們又可以用活性碳來過濾，因為活性碳具有多孔性的結構，比細砂的孔還要細很多倍，表面面積又大，而且活性碳的性質非常穩定，不易與其他物質產生化學反應。一公克的活性碳表面面積約有幾個籃球場般大，所以許多污染物因通不過這些小孔而停留在活性碳的表面（俗稱吸附），同時又可去除異味。活性碳對於少部分重金屬亦有部分的去除作用。而在日常生活中，很多養魚人士都會利用活性碳來過濾水族箱的水。因此我們今次會利用細砂、砂礫和活性碳來過濾雨水。

　　我們設計了以下兩款濾水器，並比較它們濾水的功能。
 
設計圖
 

步驟

  1. 利用同樣的物料製作濾水器 A（四層設計）和濾水器 B （三層設計）。
  2. 利用濾水器 A 和濾水器 B 來過濾兩份同等份量的雨水。

結果

  濾水器A (四層設計) 濾水器B (三層設計)
時間 1分12秒 40秒
污染物 沒有污染物 沒有污染物
異味 較微弱 較強烈
結論
  1. 因為濾水器 A 的最底層是一層海沙，它可以減慢雨水的流速，使雨水有更長時間在活性碳濾層停留。所以濾水器 A 比濾水器 B 更能去除雨水中的異味。
  2. 我們決定用濾水器 A（四層設計）來過濾收集回來的雨水。

心得

　　其實我們將雨水存放在舊水樽一段時間後，已經將雨水中一些較重的污染物沉澱，所以當我們從舊水樽把雨水倒出來時，要慢慢地倒，以免把沉澱物也一併倒出來，加重了過濾器的負擔，縮短過濾器的壽命。

 

財政效益

　　若要計算本計劃每年可替校方節省多少金錢，我們則需要知道以下的資料︰

資料來源

平均每年的降雨量 2214.3mm 天文台網站
禮堂上蓋的面積 180m2 自行量度
水費（非住宅用戶） 4.58元/m3 水務署網站
排污費 1.2元/m3 渠務署網站
  計算步驟：
  1. 每年可從禮堂上蓋收集的雨水量：
    （2214.3 ÷1000） x 180
    = 398.574m3

每年可從禮堂上蓋收集到 398.574 立方米的雨水。
  1. 本計劃可替校方節省的金錢有：
    398.574 ×($4.58 + $1.2)
    = 2,303.75771元

所以預算本計劃每年可替校方節省 2,304 元

 

困難及改良
  1. 部分雨水會在禮堂上蓋被太陽蒸發，因此，收集回來的雨水數量會比預期少。
  2. 每年的實際降雨量都會與平均降雨量不同，因此實際節省到的金錢，也會與預算的有出入。
  3. 雨水中含有很多污染物，因此在做實驗和收集雨水時要注意衛生，戴上手套、口罩，實驗完畢後應立即洗用具及雙手。
  4. 從數次收集雨水的過程中，我們發現要用很多的膠樽才足夠把全部雨水收集起來。剛巧校方因 SARS 把全校的無蓋垃圾
    桶改為腳踏開關式有蓋垃圾箱，於是我們便把這批被遺棄的「大飯桶」清洗乾淨，用來收集雨水。

 

總結
　　透過一連串的實驗，我們認為收集回來的雨水只要經過過濾，便可用作清潔、灌溉和散熱。雖然我們還沒有正式在校內推行這項計劃，但在研究的過程中，我們不但對母校更有歸屬感，還認識了一些有關水的科學知識。只是一杯透明的水，已包含了這麼多科學原理，科學實在是一門有趣的學問。

 

感想
　　我很高興在今次的過程中，學會了水的酸鹼度（PH）和軟硬度。在不同的用途下，對水的性質也有不同的要求，還可以學會一些以前不懂的有關水的知識，真是一舉幾得﹗
（曾偉傑同學）
　　我覺得這次活動十分之好，因為可以學到更多關於水的資料，又可以令我和曾偉傑的友誼增加了好幾倍，真是十分之好的啊﹗
（趙洪政同學）
　　在這次的製作過程中，我學懂了如何將水過濾循環再用，也學懂了原來水也有不同的酸鹼度和軟硬度，若果用鹼性或酸性過高的水灌溉，就會令植物枯萎，又若果用硬水來清潔，就會達不到清潔效果等。而我們也學會了環保和節省，原來雨水也可經過濾而再用。我們今次還能替校方節省金錢。而過程中我們遇上很多困難，幸好也有同學和老師互相幫助，大家也增進了彼此的感情。我更學會了分工合作和團結精神。
（沈慕宜同學）
　　我在這次製作過程中學會了許多知識，例如如何過濾雨水，如何收集雨水等等。在製作過程中，我學懂了合作精神，更能為學校節省金錢。
（鄭敏霞同學）

 

參考
  1. 蘇詠梅主編 (2002)：《小學科學專題研習集思錄》，香港，第五屆常識百搭科學專題設計比賽籌委會。
  2. 林鬱工作室主編 (1996)：《十萬個為甚麼？化學篇３》，台北，少年兒童出版社。
  3. 林碧琪等 (2001)：《小牛頓科學館16》，台灣，牛頓出版公司。
  4. 郭鴻欽 (1996)：《生生不息的水》，台灣，人類文化事業有限公司。
  5. 何佩然 (2001)：《點滴話當年－香港供水150年》，香港，商務印書館有限公司。
  6. 佟玉衡 (1998)：《實用廢水處理技術》，北京，化學工業出版社。
  7. 香港天文台：http://www.weather.gov.hk
  8. 水務署：http://www.info.gov.hk/wsd/index.htm
  9. http://www.arowana.com.tw/023.htm

 

鳴謝

葉治浩老師、嚴芷若老師、葉錦德老師及阮仲基教學助理。

 
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小學科學專題研習
Copyright (C) 2004 HKIEd APFSLT. Volume 5, Issue 3, Special Section 1 (Dec., 2004).