Baue ein den Klärwerken ähnliches Filtersystem und untersuche seine Wirkungsweise.

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Anorganische Chemie - 3 Wasser, Wasserbestandteile und Wasserreinigung (P75500) 3.7 Wasseraufbereitung in Kläranlagen Experiment von: Seb Gedruckt: :34:36 intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Wie wirkt das Filtersystem in den Klärwerken? Baue ein den Klärwerken ähnliches Filtersystem und untersuche seine Wirkungsweise. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -

2 Zusatzinformationen Lernziele In Kläranlagen wird zur Wasseraufbereitung ein kombiniertes System aus Kies/Sand-Filtern und nachgeschalteten Aktivkohlefiltern verwendet. Kies/Sandfilter scheiden einen großen Teil der Verunreinigungen ab, können aber gelöste Substanzen nicht zurückhalten. Zur Abscheidung dieser Stoffe dient der Aktivkohlefilter. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Vorbereitungen Neu verwendete Methylenblaulösung sollte im Verhältnis : verdünnt werden. Die Lehmlösung aus dem Versuch "Lösungen, Kolloide, Suspensionen" ist wieder einsetzbar. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Achten Sie darauf, dass vor dem Wegschütten des Filtrats und Neueinsatz der Bechergläser Aussehen etc. notiert wird. H- und P- Sätze Methylenblaulösung: H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. Gefahren Methylenblau wirkt gesundheitsschädlich und verfärbt Haut und Stoffe. Nicht verschlucken! Bei Berührung mit Haut und Kleidung mit viel Wasser auswaschen. Schutzhandschuhe tragen! Schutzbrille tragen! Hinweise Die Leistungsfähigkeit des Kies/Sand-Filters in diesem Versuch ist aufgrund der geringen Schichtdicke nicht allzu hoch. Eine Verbesserung ist durch Verwendung von Plastikwasserflaschen zu erreichen. Hierzu werden handelsübliche Plastikflaschen (Mineralwasserflaschen) am Boden aufgeschnitten, umgekehrt in ein Stativ eingespannt und mit Lagen aus Kies und Sand wie im Versuch beschrieben gefüllt. Man erreicht - 2 -

3 so eine Verlängerung der Trennsäule, auch ist der Weg des Filtrats durch die Säule gut zu beobachten. Methodische Bemerkungen Obwohl dieser Versuch mit dem vorherigen eng zusammenhängt, ist eine getrennte Durchführung dennoch sinnvoll. Im Regelfall sind die Schüler/Innen der Meinung, dass die Verwendung des Aktivkohlefilters allein sinnvoller sei, da er der effektivere Filter ist. Dieser Versuch macht aber deutlich, dass durch das Vorschalten eines einfachen und billigen Filtersystems der teure Aktivkohlefilter geschont werden kann, der durch Schmutzpartikel sehr schnell funktionsunfähig wird. Entsorgung Die durch Lehm verunreinigte Aktivkohle ist nur mit großem Aufwand wieder zu regenerieren. Sämtliche Filterreste in einem Beutel o.ä. sammeln und als Feststoff entsorgen. Filtrate in den Ausguss geben

4 Material Material Material aus "TESS Chemie Set Anorganische Chemie" (Bestellnr ) Position Material Doppelmuffe Bestellnr Menge 2 Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite Schutzbrille, farblose Scheiben Gummihandschuhe, Größe S (6-7) Stativfuß, variabel Stativstange Edelstahl, l = 400 mm Pulverspatel, Stahl, l = 50 mm Laborbecher, Polypropylen, 250 ml Becherglas DURAN, niedrige Form, 250 ml Trichter, d = 80 mm, Glas Becherglas DURAN, hohe Form, 250 ml Glasrührstab, Boro 3.3, l = 200 mm, d = 5 mm Chemikalien, zusätzliches Material Position Material Aktivkohle, gekörnt, 250 g Bestellnr Menge Methylenblaulösung, alkalisch, 250 ml Normensand II, grob, 2500 g Watte, weiß, 200 g Kies Lehm Wasser Für das Experiment benötigte Materialien - 4 -

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6 Aufbau Aufbau Gefahren Methylenblaulösung wirkt gesundheitsschädlich und verfärbt Haut und Stoffe. Nicht verschlucken! Bei Berührung mit Haut und Kleidung mit viel Wasser auswaschen! Schutzhandschuhe tragen! Schutzbrille tragen! Aufbau Baue das Stativ nach Abb. - Abb. 4 auf. Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Stopfe mit dem Glasstab etwas Watte in das Ablaufrohr des Trichters (nicht zu fest stopfen!) (Abb. 5) und spanne diesen in das Stativ ein (Abb. 6). Fülle den Trichter abwechselnd mit einer je cm hohen Schicht von Kies und Sand bis kurz unterhalb der Oberkante (Abb. 7). Stelle ein Becherglas unter den Trichter (Abb. 8) und feuchte den hergestellten Filter gründlich mit Wasser an (Abb. 9)

7 Abb. 5 Abb. 6 Abb. 7 Abb. 8 Abb. 9 Fülle das zweite Becherglas zur Hälfte mit Wasser und rühre Lehm ein, so dass sich eine Suspension bildet (Abb. 0)

8 - 8 - Abb. 0

9 Durchführung Durchführung Ablauf Entleere das mit Wasser (Filtrat) gefüllte Becherglas und stelle es wieder unter den Trichter. Gieße die Hälfte des Lehmwassers durch den Filter (Abb. ). Abb. Erneuere den Filter, stelle ein leeres Becherglas darunter und gieße etwa 20 ml Methylenblaulösung hindurch (Abb. 2). Abb. 2 Entleere den Trichter und reinige ihn. Setze neue Watte ein, gib hierauf eine 2 cm dicke Schicht Aktivkohle und wie eben eine Kies-/Sandschicht (Abb. 3). Stelle hierunter ein entleertes Becherglas. Gieße durch den Filter erst weitere 20 ml Methylenblaulösung (Abb. 4), dann das restliche Lehmwasser (Abb. 5)

10 Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5 Entsorgung Kies/Sand/Aktivkohlefilter in einem Beutel o.ä. sammeln und als Feststoffe entsorgen. Filtrate in den Ausguss geben

11 Auswertung Auswertung Frage : Notiere deine Beobachtungen. a) Kies/Sand-Filter: b) Kies/Sand/Aktivkohle-Filter: a) Kies/Sand-Filter: Das Lehmwasser ist nach Durchlaufen des Filters fast vollständig klar, Trubteilchen sind kaum noch zu erkennen. Die Farbstofflösung wird nicht entfärbt. b) Kies/Sand/Aktivkohle-Filter: Das Lehmwasser ist vollständig klar, die Farbstofflösung ist entfärbt. - -

12 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Vergleiche die Filtrate untereinander. Der Kies/Sand-Filter ist in der Lage, Schmutzteilchen zurückzuhalten, so dass das Lehmwasser fast vollständig gesäubert ist. Der Aktivkohlefilter ist leistungsstärker, er hält auch die restlichen Teilchen zurück. Gelöste Teilchen wie Farbstoffmoleküle werden vom Kies/Sand-Filter nicht zurückgehalten, zu ihrer Entfernung ist ein Aktivkohlefilter nötig. Frage 2: Wasserwerke, die nicht über Tiefbrunnen oder Stauseen verfügen, verwenden oft sogenanntes Uferfiltrat von Flüssen. Was könnte damit gemeint sein, warum ist es zur Trinkwassergewinnung trotz der Verschmutzung der großen Flüsse geeignet? - 2 -

13 Uferfiltrat ist Wasser, das aus ufernahen Bereichen entnommen wird. Die Erd- und Kiesschichten des Ufers wirken wie ein Filter auf das verschmutzte Flusswasser und reinigen es von Schmutzstoffen. Eventuell vorhandene gelöste Geruchsstoffe müssen durch einen Aktivkohlefilter ausgeschieden werden. Frage 3: Überlege, ob das mit der bisher erarbeiteten Reinigungsschritten hergestellte Wasser als Trinkwasser nutzbar ist. Welche zusätzlichen Schritte könnten noch erfolgen? Das Wasser könnte noch -vom Aktivkohlefilter nicht abgetrennte- Giftstoffe enthalten, außerdem können Krankheitserreger (Bakterien etc.) enthalten sein. Das Wasser muss in jedem Fall noch analysiert werden, ob Gifte enthalten sind. Bakterien etc. werden durch Chlorzusatz abgetötet. Zur Geschmacksverbesserung können noch Mineralstoffe zugesetzt werden