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文檔簡介
本文格式為Word版,下載可任意編輯——家用微污水變凈水袁浩銘
本期點評專家
張永強
高級教師,湖南省宜章縣第一中學教研室主任、科技創新指導中心主任,湖南省十佳科技教師。全國校園發明創意大賽、湖南省青少年科技創新大賽、湖南省創新編程與智能設計大賽、湖南省科學調查體驗活動評審專家組成員。
一、研究背景
日常生活用水主要用于清潔食品、洗滌碗筷、清潔地板、洗衣服、洗漱及其他。生活中,微污染水是指受到微弱污染的水,例如人們在洗臉時,沒有使用或僅微量使用過洗滌劑的生活用水。
二、試驗原理及過程
正滲透這一現象最早是在1948年被發現,法國人Nollet發現了魚鰾在酒精和水之間的選擇透過性,燒杯中的水分子會透過魚鰾膜進入長頸漏斗,而酒精分子卻能很好地被截留在長頸漏斗內。基于上述正滲透原理,本研究擬設計如下過程。
1.制作正滲透水瓶裝置
取一個潔凈的容量為500mL的空塑料瓶,剪去底部,留下瓶子的開口部分。
2.制作生物半透膜
(1)制作雞蛋半透膜
在新鮮雞蛋表面開一個小洞,將蛋黃、蛋清倒出后浸泡在30%的醋酸中,讓雞蛋殼完全溶解。
(2)制作魚鰾半透膜
魚鰾分為兩室,一室為卵形,另一室為圓錐形,都可用于試驗。把魚鰾從魚腹中取出,去掉白色黏膜,用清水浸泡30min,然后在魚鰾交接處剪開,放出氣體,輕柔漂洗即可。
3.制作正滲透裝置
(1)將半透膜套在塑料瓶的瓶口,并用橡皮筋扎緊。
(2)取一個水槽,倒入生活污水。將半透膜封閉后的塑料瓶的一半瓶身放入裝有水的水槽中,然后在塑料瓶中參與肥料液(磷酸二氫鉀溶液)。上述裝置結構如圖1,原理圖如圖2。
4.具體思路
如圖2,在正滲透瓶中,參與較高濃度的肥料液作為滲透液(高滲透壓),以魚鰾膜或雞蛋膜為半透膜,在水槽中參與生活微污水。這時,微污水為低滲透壓液體,而較高濃度的肥料液為高滲透壓液體,高滲透壓液體(肥料)可從低滲透壓(生活微污水)吸取潔凈的水,用來稀釋高濃度的肥料液,直接用于家庭綠化。
三、試驗結果與分析
1.水溫的影響
2.滲透液濃度的影響(試驗溫度為25℃)
四、試驗應用
分別在三個(1號、2號、3號)家庭中,利用三個裝置得到的溶液培育家中的花草,沒有發現異常現象。
接著又去另外六位朋友家(4號、5號、6號、7號、8號、9號)進行試驗,在統一配制的尿素含量為5%的溶液作為緩沖液的狀況下,一次性收集的水量平均達到545mL,試驗取得了良好的效果。
五、試驗結論
1.溫度對正滲透過程有影響。溶液溫度升高,一方面溶液滲透壓增加,增大了傳質過程的驅動力;另一方面,流體黏度下降,擴散系數增加,溶質阻力下降,促進了水由原料液側向吸取液側的傳輸。說明溫度越高,單位溫度的水通量增加值越大,此時輸入單位熱能可以獲得更高的水通量。
當溫度升高到一定極限值時,由于膜耐受力不同,能引起膜通量下降,這就很好地解釋了當溫度超過這個極限值量,水通量下降的現象。魚鰾半透膜的正滲透性能明顯優于雞蛋半透膜性能。
(1)雞蛋半透膜的通水量。在裝置中,依溫度的高低,等滲液分別吸收了相對于滲透液質量的24%、36%、44%、50%、52%、22%、8%的潔凈水。
(2)魚鰾半透膜的通水量。在裝置中,依溫度的高低,等滲液分別吸收了相對于滲透液質量的32%、46%、54%、66%、84%、96%、4%的潔凈水。
2.隨著滲透液濃度的升高,進入正滲透水瓶中的水量呈先升高、后下降的趨勢,滲透液濃度達到1.5mol/L時出現最高極值,之后快速下降。魚鰾半透膜的正滲透性能明顯優于雞蛋半透膜性能。
(1)雞蛋半透膜的通水量。在裝置中,依滲透液濃度的高低,等滲液分別吸收了相對于滲透液質量的0、28%、48%、56%、34%、24%的潔凈水。
(2)魚鰾半透膜的通水量。在裝置中,依溫度的高低,等滲液分別吸收了相對于滲透液質量的0%、36%、64%、78%、52%、38%的潔凈水。
從試驗中可以看出,在溫度為10℃~40℃范圍內,在肥料中都可以進行正滲透,說明該裝置適用于所有的家庭。雞蛋膜和魚鰾易得,假如能推廣這種技術,就能有效利用水資源,有益于環境保護。(指導老師:肖迪凡)
專家點評
生活污水是水污染的一個重要途徑,小從自己家中的污水出發,運用所學知識去解決實際生活中的問題,利用常見的生物膜處理生活污水,達到了學以致用的目的。
本論文的試驗設計合理,思路清楚,試驗過程嚴謹,試驗數據規范,試驗結果可信,試驗分析有理有據。特別是試驗材料源于生活中常見的生物膜——雞蛋半透膜、魚鰾半透
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