如何解決水資源不足?

標題:Title: 如何解決水資源不足?
技術:Skills: 立體打印3d printing
學習範圍:Learning: 0水的淨化 0使用立體打印機 0製作淨水工具 0容量計算容量計算
通識概念:生活素質、中國的環境污染、水資源短缺、公共衛生、傳染病、慢性病、可持續發展

前言

近年中國、以至世界各地經常面對水資源短缺的危機,部分地區因淡水資源不足,不但影響經濟和社會發展,當地居民更迫於無奈要飲用不潔淨的淡水,因而引發公共衛生危機,亟待國際社會關注。

透過製作「太陽能淨水器」的活動,可嘗試把污水轉化成潔淨的食水,從而了解淨水的困難,並思考各持份者可如何應對水資源不足的問題。


通識焦點

水資源短缺一直是重大的國際議題。現時全球近四成人口面臨淡水資源不足的困境,日常生活大受影響,部分人更因飲用不潔淨的淡水而患上傳染病,引發公共衛生危機。世界衛生組織(WHO)的調查顯示,食水污染導致每年約二百萬人死亡,平均每天約有九千人因飲用不潔淨的食水而患病。

在中國,自改革開放以來,工商業發展迅速,水源消耗量大增,導致水資源漸趨緊絀。此外,工廠欠缺環保設備,把廢水、廢料直接排放到河道,加劇水源污染,令適合人們飲用的淡水更為缺乏,目前全中國約有三億人無法飲用潔淨的食水。近年,中國政府開展了「南水北調」工程和推行多項防治水源污染的措施,但水資源不足的問題仍然嚴峻。如何緩解水資源短缺危機,正是中國、以至各國政府急需處理的重大挑戰。


不少河道受廢水污染,不適合人類飲用,加劇了淡水資源不足的問題。


近年中國水源污染問題嚴重,過半數水質呈差劣狀況。


STEM 解難
科學概念
蒸餾法淨水

蒸餾法可以把污濁的水淨化。蒸餾的過程是:水受熱沸騰,變成蒸汽,蒸汽會上升,而雜質則會留在水中,因此蒸汽不含雜質。蒸汽冷卻後會凝結成水點,收集所得的水稱為餾液。蒸餾法可除去所有雜質和微生物,因此蒸餾水是純淨的,適宜飲用。

水受熱沸騰,變成蒸汽。


設計與製作
使用簡單材料製作太陽能淨水器

試應用上文介紹的淨水方法,並依照指示,利用以下的材料,製作一個簡單的太陽能淨水器,以取得潔淨食水。

建議材料及工具:
塑膠水樽(連樽蓋)2個
粗飲管
可用於塑料的膠水
安全手套
油性畫筆
剪刀或鎅刀
注意:使用剪刀或鎅刀時必須注意安全和配戴安全手套,以免受傷。如老師同意,可使用其他工具,例如小型電鑽。

1

把飲管放在樽蓋上,依飲管的粗幼,分別在兩個樽蓋上畫上圓形。

2

使用剪刀或鎅刀,沿着樽蓋上的黑線剪出一個洞。

3

將兩個中間有洞的樽蓋,「面對面」地放在一起,把飲管穿過中間的洞,將兩個樽蓋移到飲管的同一端,然後用膠水將樽蓋和飲管黏實。

4

把污水放進其中一個膠樽,並把已黏實的樽蓋和飲管套在膠樽上並扭緊。留意飲管必須向上。

5

把另一個空的膠樽倒轉,套在上方的樽蓋上並扭緊。飲管需與上方膠樽的底部留有空間, 如有需要,可裁剪飲管。

6

淨水器已完成,把淨水器放在太陽下,或在實驗室以枱燈照射,模擬在太陽下的效果。數小時後,上方的水樽將收集到淨水。

7

收集足夠的淨水後,可先移去下方盛了污水的膠樽。

8

把上方膠樽倒轉並開啟樽蓋,便可倒出淨水。

注意:所使用的膠樽或飲管未必衛生;收集所得的淨水亦可能因接觸到樽蓋接口位置的膠水而受污染,故由淨水器淨化出來的水不宜飲用。

試驗結果
使用簡單材料製作太陽能淨水器
你製作的淨水器儲存了多少餾液?
你需要多少時間才能儲存這份量的餾液?
就你觀察,餾液是否潔淨?

多角度思考
1.
你認為這太陽能淨水器有甚麼優點和缺點?
優點
缺點
2.
假如中國政府要興建濾水設施,以淨化污水,你認為應考慮甚麼因素?試利用你製作和使用太陽能淨水器淨水的經驗,加以解釋。
3.
除了建設濾水設施外,各持份者還可以作哪些努力,以解決中國水資源短缺的問題?試加以解釋。
角色措施/ 工作

延伸學習
科技應用
使用立體打印機製作淨水器

你可按此下載預製的淨水器模型檔案。

使用流程如下:

  1. 打印模型(模型的扭紋與一般膠水樽的樽蓋相同,能配合一般膠水樽使用)。
  2. 預備兩個膠水樽。下方水樽注入污水,將打印出來的模型套在水樽上並扭緊(模型中間的通管向上)。
  3. 另一個空水樽放在上方並扭緊,以收集蒸餾所得的淨水。
  4. 把淨水器放在太陽下(或在實驗室內以枱燈照射)。待污水蒸發後,上方的水樽即可收集到淨水。

立體打印的模型


適用的樽蓋紐紋


製成品

注意:所使用的膠樽未必衛生,立體打印機所使用的塑料亦未必適合盛水,故由淨水器淨化出來的水不宜飲用。

如你已學會基本的3D繪圖技能,你也可使用一些3D製圖軟件(例如Blender),嘗試更改模型設計,以提高淨水器的效能,例如提高中間通管的長度以增加淨水的儲存量。
If you are familiar with 3D graphic tools (e.g. Blender), you can further modify the design or personalize it by adding the name of your pet to the bowl.

在Blender載入模型檔案

Import the downloaded model.
(File > Import > Stl)


選擇中間的通管形狀


修改通管長度並列印出來


創新發明
分享與淨水相關的新發明或概念產品

世界各地有不少人、組織或企業,正在研發新穎、可靠的淨水工具。試到一些初創企業或眾籌的網站,輸入water purifier,尋找與淨水相關的新發明或概念產品。找到相關發明後,記錄該發明的淨水原理、功效、設計和實用性,並與同學分享。

建議搜尋關鍵詞彙:

water purifier

眾籌網站有不少新發明。圖為眾籌網站Kickstarter中,與淨水器相關的發明項目。

Image sources
  • 背景圖片:by PublicDomainPictures on pixabay under CC0 Public Domain
太陽能淨水器Solar-energy water purifier
此樣本模型使用Up mini 2打印而成This sample model is printed by Up mini 2
建議打印設定:Suggested printing setting:
層片厚度Layer Thickness 0.2mm0.2mm
填充InFill 0
質素Quality 一般Normal
密封表面Surface 4層4 layers
支撑Support 沒有支撐No support
間距Space 8 lines8 lines
基底Raft 沒有基底No raft
Terms and conditions:

This work, ‘Solar-energy water purifier’, is a derivative of ‘Chicken water dispenser’ by pcaspa, used under Creative Commons - Attribution - Share Alike license. ‘Solar-energy water purifier’ is licensed under Creative Commons - Attribution - Share Alike license by Aristo Educational Press Ltd.