Depuratore d'acqua a strati

Cosa imparerà

• Che un filtro separa le particelle solide dall'acqua in base alla loro grandezza: gli spazi tra i granelli sono la «rete».
• Che l'ordine degli strati conta: quelli grossi in alto fermano le cose grandi e proteggono la sabbia fine, che trattiene quelle piccole.
• A distinguere tra acqua limpida e acqua potabile: i microbi e le sostanze disciolte attraversano questo filtro.
• A misurare e confrontare: tempo di filtraggio, volume recuperato e trasparenza con una scala di lettura.

Prepara prima

• Lava la sabbia fine, quella grossa e i sassi nel colino sotto il rubinetto finché l'acqua esce quasi trasparente (5 minuti). È il segreto perché funzioni.
• Prepara l'acqua sporca in un barattolo: 250 ml d'acqua + 1 cucchiaio di terra; mescola per 30 s. Riempi anche un bicchiere di controllo con la stessa acqua sporca (non filtrata) per confrontare.
• Stampa la striscia A e la scheda B al 100 %.
• Lavora nel lavello o su un vassoio: si rovesciano acqua e sabbia.
• Tieni a portata di mano un secchio per buttare la sabbia sporca alla fine (in giardino o nella spazzatura, mai nel lavello: lo intasa).

Materiali e attrezzi

• Bottiglia di plastica — 1
  d'acqua da 1,5 L, liscia e trasparente (Ø ≈ 9 cm), senza tappo
• Stoffa sottile — 1 quadrato di 10 × 10 cm
  cotone sottile, garza o pezzo di calza
• Elastico — 1
  per fissare la stoffa al collo
• Cotone — ≈ 5 g (una palla grande come un pugno o 6 dischetti struccanti)
  idrofilo
• Sabbia fine — ≈ 300 g (≈ 200 ml)
  di spiaggia, parco giochi o acquario, granelli < 1 mm, lavata
• Sabbia grossa o ghiaietta — ≈ 150 g (≈ 120 ml)
  granelli di 2–4 mm, lavata
• Sassolini — ≈ 250 g (≈ 180 ml)
  di 5–15 mm, lavati
• Terra da giardino o da vaso — 1 cucchiaio (≈ 15 g)
  per sporcare l'acqua; meglio se con un po' di argilla (intorbida molto)
• Bicchieri trasparenti — 3
  da 250 ml: acqua sporca, acqua filtrata e campione di controllo
• Caraffa graduata — 1
  per misurare 250 ml
• Colino fine — 1
  per lavare la sabbia
• Nastro adesivo — 30 cm
  per coprire il bordo tagliato della bottiglia

Attrezzi

• Taglierino — iniziare il taglio della bottiglia adulto
• Forbici — finire il taglio e tagliare la stoffa
• Pennarello indelebile — segnare la linea di taglio e le altezze degli strati
• Cucchiaio — versare sabbia e sassi senza schiacciare il cotone
• Cronometro (cellulare) — misurare il tempo di filtraggio

Pezzi e sagome

• A · Striscia delle altezze degli strati ×1 — carta
• B · Scheda di torbidità ×1 — carta bianca

Passo passo

1. Segna il taglio

   Togli l'etichetta della bottiglia da 1,5 L. Con un righello e un pennarello, segna una linea tutto intorno alla bottiglia a 12 cm dalla base (fai 6 segni a quell'altezza e uniscili).

   Trucco: Appoggia il pennarello su una pila di libri o su una scatola alta 12 cm e fai girare la bottiglia contro la punta: viene una linea perfetta.

2. Taglia la bottiglia adulto

   Un adulto fa un taglio iniziale di 2 cm con il taglierino sulla linea; poi si continua con le forbici tutto intorno. Copri il bordo tagliato delle due parti con nastro adesivo ripiegato sopra.

   Verifica: I bordi non pungono passandoci il dito.

3. Metti la stoffa sul collo

   Togli il tappo. Copri l'imboccatura del collo con il quadrato di stoffa di 10 × 10 cm dall'esterno e fissala con l'elastico facendo 2–3 giri.

   Verifica: La stoffa resta tesa e non si stacca tirandola delicatamente.

4. Monta il supporto

   Capovolgi la parte superiore (collo in basso) e incolla all'esterno la striscia A con il nastro, con «COLLO» a filo del collo e «BORDO» sul taglio. Poi incastrala dentro la parte inferiore, che fa da serbatoio: la zona della striscia vicina al collo resta dentro, ma si legge attraverso la plastica.

   Verifica: L'insieme sta in piedi e il collo resta circa 4 cm sopra il fondo.

5. Strato di cotone

   Infila il cotone dall'alto e spingilo con il manico del cucchiaio fino a riempire il collo, fino al segno dei 30 mm. Non deve essere né lento né compresso, come un cuscino.

   Trucco: Se il cotone è troppo pressato, l'acqua ci metterà tantissimo; se è lento, la sabbia scapperà.

6. Strato di sabbia fine

   Versa la sabbia fine lavata a cucchiaiate, senza farla cadere dall'alto, fino al segno S. FINE (strato di 70 mm, ≈ 300 g). Batti delicatamente la bottiglia con la mano per livellarla.

7. Strato di sabbia grossa

   Aggiungi la sabbia grossa o la ghiaietta fino al segno successivo, S. GROSSA (strato di 20 mm, ≈ 150 g). Livella con il cucchiaio.

8. Strato di sassolini

   Metti sopra i sassolini, a cucchiaiate, fino al segno SASSI (strato di 30 mm, ≈ 250 g). Restano circa 6 cm liberi in alto per versare l'acqua.

   Verifica: I 4 strati si vedono separati attraverso la plastica.

9. Lava il filtro

   Versa piano 250 ml di acqua pulita del rubinetto e aspetta che smetta di gocciolare. Solleva la parte superiore, butta l'acqua del serbatoio (esce un po' torbida per la polvere della sabbia) e ripeti con altri 250 ml. Svuota il serbatoio alla fine.

   Verifica: L'acqua alla fine del lavaggio esce quasi trasparente.
   Trucco: Svuota sempre il serbatoio tra un versamento e l'altro: con circa 250 ml l'acqua arriva già all'altezza del collo (a 4 cm dal fondo) e bagnerebbe il filtro da sotto.

10. Prepara il confronto

    Mescola l'acqua sporca (250 ml + 1 cucchiaio di terra). Riempi un bicchiere con 100 ml come campione di controllo e mettilo da parte per confrontare.

11. Filtra

    Versa i 150 ml rimasti molto piano sui sassi, a filo, e avvia il cronometro. Aspetta finché non smettono di cadere gocce dal collo.

    Trucco: Se l'acqua arriva al bordo, fermati e aspetta: non lasciarla traboccare.

12. Confronta

    Versa l'acqua filtrata in un bicchiere trasparente uguale a quello di controllo, con la stessa quantità (100 ml, circa 2,5 cm d'acqua); se ne avanza, lasciala nel serbatoio. Metti ogni bicchiere sulla scheda B e annota quale riga riesci a leggere con ciascuno. Osserva anche il sedimento che resta sui sassi.

    Verifica: L'acqua filtrata fa leggere almeno 2 righe in più di quella di controllo.

13. Filtra di nuovo

    Riunisci in un barattolo pulito l'acqua del bicchiere e quella rimasta nel serbatoio, svuota il serbatoio e fai ripassare tutta quell'acqua nel filtro. Confronta di nuovo 100 ml in un bicchiere uguale sulla scheda. Alla fine, butta l'acqua nel lavello e la sabbia e i sassi in un vaso o nella spazzatura.

Funziona? La prova

Confronta con la scheda di torbidità l'acqua di controllo (non filtrata), quella filtrata una volta e quella filtrata due volte, in bicchieri uguali con la stessa altezza d'acqua.

Cosa deve succedere: Con l'acqua di controllo si legge a malapena «ACQUA 1»; dopo un filtraggio si legge fino ad «acqua 4» o «acqua 5»; dopo due, quasi tutto. I 150 ml impiegano tra 1 e 4 minuti ad attraversare il filtro. Se c'è molta argilla, l'acqua resta un po' lattiginosa: sono particelle così fini che passano tra i granelli.

Se qualcosa non va

• L'acqua esce più sporca di come è entrata — Sabbia non lavata o filtro non lavato prima. Soluzione: Lava la sabbia nel colino finché l'acqua esce limpida e fai passare 500 ml di acqua pulita prima della prova.
• Esce sabbia dal collo — Cotone poco pressato o stoffa lenta. Soluzione: Metti più cotone, stringi la stoffa con l'elastico e usa una stoffa più fitta.
• Ci mette tantissimo o non esce niente — Cotone troppo pressato o sabbia con molta argilla che intasa. Soluzione: Allenta il cotone; usa sabbia più grossa; non mettere più di 1 cucchiaio di terra.
• L'acqua esce molto veloce e quasi altrettanto torbida — Strato di sabbia fine troppo sottile o canali nella sabbia. Soluzione: Arriva a 70 mm di sabbia fine e versa piano sui sassi per non aprire buchi.
• L'acqua filtrata resta marroncina — Ci sono sostanze disciolte o particelle di argilla finissime che la sabbia non trattiene. Soluzione: È normale: filtra di nuovo o aggiungi uno strato di 2 cm di carbone attivo (capsule della farmacia) sotto la sabbia fine.
• La parte superiore cade dentro il serbatoio — Taglio troppo basso o bottiglia molto morbida. Soluzione: Taglia esattamente a 12 cm dalla base oppure appoggia la parte superiore su un bicchiere largo.

Sicurezza

• L'acqua filtrata NON è potabile: contiene microbi e sostanze disciolte. Non si beve né si usa per cucinare. Per rendere l'acqua potabile bisogna farla bollire per almeno 1 minuto o disinfettarla.
• Il taglio con il taglierino lo fa un adulto; copri i bordi tagliati con il nastro.
• Lavati le mani con il sapone dopo aver toccato la terra e l'acqua sporca.
• Non buttare la sabbia nel lavello: intasa le tubature.
• Usa terra da giardino o da vaso, mai terra di zone con escrementi di animali.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'acqua sporca porta con sé pezzetti di terra che galleggiano. Quando cade sui sassi, i pezzi grandi restano sopra, come quando una rete cattura i pesci grossi. Poi arriva alla sabbia, che ha buchi piccolissimi tra i granelli, e lì restano intrappolati i pezzetti più piccoli. Il cotone e la stoffa sono l'ultima rete. Ma attenzione! Ci sono esserini così, così piccoli che non si vedono e che passano attraverso tutte le reti: per questo quest'acqua non si beve.

Per l'adulto

La filtrazione su letto granulare trattiene le particelle con diversi meccanismi: setacciatura (particelle più grandi dei pori, che misurano circa il 15–20 % del diametro del granello), sedimentazione dentro i pori, intercettazione e adsorbimento sulla superficie dei granelli. Con sabbia di ≈ 0,5 mm si trattengono i limi e la maggior parte della torbidità, ma non le argille colloidali (< 2 µm), i batteri (≈ 1 µm), i virus né le sostanze disciolte. Gli strati grossi in alto fanno da prefiltro e da diffusore che evita che il getto scavi la sabbia; la sabbia fine è il filtro vero e proprio; il cotone e la stoffa sostengono il letto. La portata segue la legge di Darcy: Q = K·A·Δh/L; per questo uno strato più alto o più fine filtra meglio ma più lentamente. I veri impianti di potabilizzazione combinano coagulazione-flocculazione, decantazione, filtrazione su sabbia (con ghiaia graduata di supporto) e disinfezione con cloro o ozono.

• filtrare: separare i solidi da un liquido facendolo passare attraverso qualcosa con piccoli buchi.
• sedimento: particelle solide che si depositano o restano intrappolate.
• torbidità: quanto è «annebbiata» l'acqua per le particelle che contiene.
• potabile: acqua che si può bere senza pericolo.
• poro: piccolo spazio tra i granelli da cui passa l'acqua.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto taglia la bottiglia e lava la sabbia. Il bambino mette la stoffa, infila il cotone, versa gli strati con il cucchiaio e versa l'acqua. Concentrati su «le reti catturano lo sporco» e sul fatto che quest'acqua non si beve.
• 8–10 anni: Fanno tutto tranne il taglio. Fai annotare tempi e risultati della scheda in una tabella e confrontare con un'altra squadra che usa un altro ordine degli strati.
• 11–12 anni: Progettazione sperimentale: cambiare una sola variabile (altezza della sabbia, grandezza del granello, quantità di terra) e misurare tempo e torbidità. Sfida: aggiungere carbone attivo e verificare se toglie il colore all'acqua con qualche goccia di tè.

In gruppo o in classe

Squadre di 3–4 (un filtro per squadra). Prima: raccogliere le bottiglie, tagliarle (adulto), lavare in grande quantità tutta la sabbia e i sassi e distribuirli in bicchieri etichettati per squadra. Preparare una grande caraffa di acqua sporca comune (2 L + 8 cucchiai di terra) perché tutti filtrino la stessa acqua. Sessione di 50 min: 5 min di spiegazione, 15 min di montaggio, 20 min di filtraggio e misura, 10 min di confronto con tutti i bicchieri in fila sulle loro schede. Ogni squadra può provare un ordine degli strati diverso. Lavorate su vassoi e con un secchio per gli scarti.

Sfide

• Progetta il filtro che faccia leggere «acqua 6» con un solo passaggio.
• Fai in modo di filtrare 150 ml in meno di 60 s senza peggiorare la trasparenza.
• Aggiungi uno strato di 2 cm di carbone attivo e prova con acqua colorata con il tè: toglie il colore?
• Costruisci un filtro di tre bottiglie in cascata e confrontalo con uno solo.
• Scopri come si potabilizza l'acqua nella tua città e disegna il percorso di una goccia dal fiume al tuo rubinetto.

Altri progetti gratis

• Barca che avanza con il sapone
• Bolle di sapone giganti
• Cannone ad anelli d'aria
• Colonna di cinque liquidi
• Fazzoletto asciutto sott'acqua
• Graffetta che galleggia sull'acqua
• Palloncino d'acqua a prova di fiamma
• Palombaro in bottiglia
• Sacchetto d'acqua trafitto senza gocciolare
• Spirale che gira con il calore
• Vortice tra due bottiglie
• L'uovo inghiottito dalla bottiglia
• Una nuvola dentro un barattolo

Vedi tutti i progetti