STEAM X 校園多事幹：實測找出濾水好材料

[2019.03.04] 發表

【明報專訊】常識科教師羅悅爾(圖)說：「世界上有些地方水資源短缺，例如內地西北部山區、非洲肯尼亞等，潔淨水源有限。」水是生命所需，即使缺乏潔淨水源，當地人也會喝下污水，損害健康。資源有限之下，是不是有簡單的方法將污水過濾呢？同學用自己的構思，製作簡單濾水飲管，來看他們實測是否成功！

水中雜質有不同密度

濾水飲管是先製作、後測試。污水中含有雜質、細菌，最易處理的第一步，就是將污水中的雜質過濾，但雜質的大小不一，濾水飲管製作的基本原理，就是利用不同密度、體積的材料放進飲管，將雜質隔走。

常識科教師陳淑雪說：「過濾材料(從高至低)應該是密度由疏至密、體積由大至小。」同學的製作又是否按這原理？

混用各種物質過濾

同學選擇了過濾布。樂一強調：「我們製作的目標是水除了要過濾得清澈，還要考慮過濾速度，我們不想它太慢。」她續說：「活性碳主要是用來消除氣味(除臭)，沒有過濾功能。」

燁彪說：「選擇過濾布原因是布比已有材料如幼砂、粗砂等密度高，我認為它可幫助過濾其它未能過濾到的雜質。」思翰說：「不選用棉花，雖然它密度高，但也吸水能力強，這會減慢過濾過程。」至於塑膠珠因為和粗砂差不多，所以同學沒有選擇。

■STEAM知多點

活性碳「吸附」力

活性碳是濾水器常用的材料，它是一種多孔結構的碳物質，這些孔吸附能力很強，可以吸住有害物質，同學說的除臭功能，其實就是產生異味的物質被活性碳吸走，達到除臭的效果。

■老師評語

加入過濾布是不錯的選擇，因為它有足夠的密度阻隔物質，成功使污水變清澈，但第一次測試時過濾過程較慢，其實只用一層過濾棉已足夠，因為一層或兩層，它的功能還是相同的。

■實測一

飲管的10cm長度劃分成濾水器各層結構，這是同學的第一次設計(圖c)。當所有材料都放進飲管後，同學就倒進污水做測試。

過濾成功！

反思速度問題

膠杯內滴出清水，證明同學的過濾設計是成功了！他們雖然滿意，但認為應再改善，家綺說：「雖然是清澈，但流得很慢。」根據同學判斷，認為是粗砂阻礙了流水，因此便再有修正設計，拿走粗砂再測試。

■實測二

拿走了粗砂的濾水飲管，看來也同樣能將水過濾，但何者清澈？要交由測光器決定！(圖d)

■封面答案開估！

測光器測試(圖e)

光線穿透物質

部分會被吸收

肉眼看水很清澈，但事實是否如此？可以透過測光知道到底有多清澈。當光線通過物質(如清水、污水)時，部分光會被當中的濃度吸收，光通過濃度愈高的物質(如污水)，就會被吸收得愈多、穿透出來的光愈少。換言之，經過測量光的度數，就會知道水是否清徹。

這次同學以Micro:bit製成的「測光器」測試，它顯示的光線感應值最高可為1028度，沒穿透物質的普通光一般約為800度以上。將清水放入測試，其光線感應值為400多度，污水則約200多度。同學的濾水成果，數值都在300度以上。

■STEAM知多點

計算「透光率」

光未穿透物質前，稱為「入射光」。當光穿透物質後再透出來的光，稱為「透射光」，將透射光的強度除以入射光的強度，就是「透光度」，只要再將透光度x100%，就是透光率了。以是次測試為例，未穿透清水前的光的數值是800，而穿透後數值是400，那清水透光度是400÷800=0.5，透光率就是0.5×100%=50%。(此為測試例子，並不等同清水的透光率就是50%)

過濾後不可即飲用

還要殺菌煮沸

燁彪說：「不可以的！我們日常飲用的水是經過四大步驟的，首先是沉澱(初步分隔雜質)，然後是過濾。過濾之後還會消毒殺滅細菌，最後我們還要煮沸才可飲用的！」在香港，簡易的過濾並不足以保障健康，大家要注意啊！

■關鍵詞

過濾 filtration

透光率 light transmittance

活性碳 activated carbon

過濾布 filter cloth

■STEAM知多點

中國西北水資源

水資源缺乏有很多原因，可以是貧窮，或是氣候因素。根據中國科學院資料，西北部有很多乾旱區，包括新疆維吾爾自治區、內蒙古自治區中西部、大部分的寧夏回族自治區及甘肅河西走廊，這些地方全年降水量少於400毫米。雖然水資源缺乏，但那兒太陽能、風能等再生能源卻很豐富。

■想一想