Umweltparcours Queichland/Wasseraufbereitung im Kontext Schule

Wasserprobe Queich

Wasseraufbereitung im Kontext Schule

Die hier angelegte Seite soll Schülerinnen und Schülern (SuS), sowie Lehrpersonen die Möglichkeit geben sich über das Thema "Wasseraufbereitung" zu informieren und passende Unterrichtsmaterialien auswählen zu können. Zusätzlich ist dieser Beitrag mit dem Virtual-Reality-Pfad des Queichlandes verknüpft, der weitere Informationen bereithält und eine 360°-Besichtigung eines Queichabschnittes in Landau ermöglicht.

Einleitung

Die Aufbereitung von Wasser meint die Gesamtheit der zielgerichteten Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserbeschaffenheit durch Entfernung oder Ergänzung von spezifischen Stoffen [1]. Hierzu kann das Wasser in mehrstufigen Prozessen durch chemische, physikalische und biologische Behandlung einem spezifischen Verwendungszweck angepasst werden. Die wohl bedeutendste Wasseraufbereitung ist die Trinkwasseraufbereitung, die darauf abzielt aus natürlich vorkommendem Rohwasser für den Menschen nutzbares Trinkwasser zu erzeugen [2].

Hinsichtlich der Schulbildung kann das Thema der Wasseraufbereitung im Rahmen der Fächer Chemie, Physik, Biologie, Erdkunde und Sozialkunde wichtige Kompetenzen vermitteln und fachspezifische Prozesse in einen globalen Kontext integrieren. Zusätzlich zu einer isolierten Betrachtung ermöglicht die Thematik der Wasseraufbereitung eine Umsetzung von fächerverbindenden Unterricht oder gemeinschaftlich geplanten Projekten um den Forderungen der neuen Lehrpläne nachzukommen. Zusätzlich kann die Thematik durch eine Kompetenzorientierung gewährleisten, dass Schülerinnen und Schüler zu mündigen Bürgern erzogen werden und ihr eigenes Verhalten sowie globale Prozesse reflektieren.

Anfänge der Wasseraufbereitung

Die Anfänge der Wasseraufbereitung zur Herstellung von genießbarem Trinkwasser gehen ins 17. Jahrhundert zurück. Zu dieser Zeit wurden erste Filter aus Sand benutzt um das Wasser zu reinigen. So entwickelte der italienischen Arzt Lu Antonio Porzo 1685 den ersten Mehrfachfilter, um Wasser für medizinische Zwecke nutzbar zu machen [3]. 1750 wurden haushaltsgebräuchliche Filter aus Wolle, Schwämmen und Holzkohle entwickelt [4], die der Bevölkerung halfen ihr Trinkwasser aufzubereiten. Eine weitere wichtige Entwicklung stellte die Verwendung von Mikroskopen zur Untersuchung von Wasserproben dar. Antonie van Leeuwenhoek und Robert Hooke, die sogenannten Väter der Mikroskopie, etablierten damit ein erstes Verständnis für die Bedeutung des Wassers für die Übertragung von Krankheiten [5].

Arten der Wasseraufbereitung

Eine Gliederung der Verfahren zur Wasseraufbereitung ergibt nachfolgende Kategorien:

• Mechanische Aufbereitung (Bsp.: Sieb oder Filter)
• Chemische Aufbereitung (Bsp.: Oxidation, Ionenaustausch)
• Physikalische Aufbereitung (Bsp.: Adsorption, Sedimentation)
• Biologische Aufbereitung (Bsp.:Anaerobe Abwasserreinigung)

Schulrelevante Themen und ihre Einordnung in die Lehrpläne RLP

• Trennungsvorgänge

Das Reinigen natürlicher Gewässervorkommen kann Schülerinnen und Schülern (SuS) die Grundprinzipien der Stofftrennung veranschaulichen und ihnen dadurch helfen angestrebte Kompetenzen der aufgeführten Themenfelder zu erlangen. Im Queichland können hierzu Wasserproben im ruhigeren Bachlauf entnommen und im Klassenzimmer oder vor Ort aufbereitet werden.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "1: Chemikers Vorstellungen von den Stoffen", "2: Von der Saline zum Kochsalz"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Wdh - Quantitative Aspekte und Stöchiometrie", "Analytik in Anwendungen"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Analytik I – Klassische Verfahren"

Materialien: Schüler-und Lehrerversuche: Trennungsvorgänge

• Nachhaltigkeit

Moderne Methoden der Wasseraufbereitung- und Nutzung spielen eine große Rolle für die Nachhaltigkeitslehre, welche dazu beiträgt, dass SuS zu mündigen Bürgern erzogen werden. Im Rahmen der vorgeschlagenen Themenfelder können SuS auf dem Queichland oder in der Schule nachhaltige Methoden der Wasseraufbereitung recherchieren und veranschaulichen um die angestrebten Kompetenzen zu erreichen.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "1: Chemikers Vorstellungen von den Stoffen", "5: Sauber und Schön", "9:Den Stoffen auf der Spur", "11: Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima", "12: Mobile Energieträger"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Lebensmittel - Inhaltsstoffe und ihre Bedeutung", "Analytik in Anwendungen":

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Lebensmittelchemie", "Chemie und Gesellschaft"

• Oberflächenaktivität

Die heutige Wasseraufbereitung erfolgt in zwei Schritten: Der Klärung des Wassers und der Desinfektion. Die Klärung erfolgt mit Hilfe von Koagulierungsmitteln wie Aluminiumsalzen oder synthetischen Polymeren. Hier kann nicht nur über Probleme für Mensch und Umwelt diskutiert werden, sondern die Prozesse an der Oberfläche und bei der Anlagerung der Teilchen aneinander, können mit einem Oberstufenkurs näher betrachtet werden. Das entsprechende Themenfeld wäre "Seifen-Waschmittel-Tenside", da in diesem Zusammenhang Oberflächenprozesse besprochen werden.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "5: Sauber und Schön"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Natürliche Makromoleküle II - Proteine", "Seifen - Waschmittel - Tenside "

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Reaktionskinetik", "Seifen - Waschmittel - Tenside":

• Proteine

Eine effektive Aufbereitungsmethode von Wasser stellt die Reinigung durch Moringa-Samen dar. Die an der Oberfläche befindlichen Proteine sorgen für eine Verklumpung von kontaminierenden Partikeln im Wasser und ermöglichen so, eine zeitsparende und günstige Gewinnung von Trinkwasser. Dieser Versuch kann im Queichland selbst, oder im Klassenzimmer durchgeführt werden und dadurch die angestrebten Kompetenzen der empfohlenen Themenfelder vermitteln.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "7: Schöne neue Kunststoffwelt"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Natürliche Makromoleküle II - Proteine"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Proteine I", "Proteine II – Proteinbiosynthesen"

• Wassernutzung in Entwicklungsländern

Die Nutzung natürlich vorkommender Gewässer spielt in Entwicklungsländern eine entscheidende Rolle und bestimmt die Lebensqualität ganzer Völker. Einfache, günstige und effektive Wasseraufbereitungsmethoden könnten nicht nur eine Grundversorgung mit Trinkwasser gewährleisten, sondern ebenfalls die Verbreitung von Krankheiten verhindern. Hinsichtlich dieser Hintergründe könne die SuS gemeinsam Reinigungsmethoden recherchieren und entwickeln um die angestrebten Kompetenzen der vorgeschlagenen Themenfelder zu erlangen.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "5: Sauber und Schön", "9: Den Stoffen auf der Spur", "11: Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima", "12: Mobile Energieträger"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Lebensmittel - Inhaltsstoffe und ihre Bedeutung", "Analytik in Anwendungen"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Lebensmittelchemie", "Chemie und Gesellschaft"

Materalien: Wasser (k)ein Recht für alle

Unterrichtsmaterialien Wasseraufbereitung/Wasser

• Schüler-und Lehrerversuche Chemie: Trennungsvorgänge

• Wasser macht Schule: Unterrichtsmaterialien und Projektanregungen

• Versuchsanleitung Wasseraufbereitung durch Moringa-Samen

• Aqualino Arbeitsblätter zum Thema Wasser, Freizeit-und Unterrichtsversionen

• Arbeitsblätter "Wasser" für die Grundschule

• Unterrichtsmaterialien der Berliner Wasserbetriebe

Gegebenheiten des Queichlandes

Brunnen Queich

Stufe zur Queich

Klassenzimmer im Freien (Queich)

Die vorhandenen Gegebenheiten des Queichlandes lassen sich mittels Laptop und Tablet in der 360°-Ansicht betrachten.

Bei Zeitmangel oder der Verwendung eines Smartphones finden sie hier eine schriftliche Übersicht der wichtigsten Informationen:

• Drei Arme der Queich, die unterschiedlich schnell fließen
• Eine Vorrichtung zur Wasserentnahme mittels Eimer
• Eine Treppe die zum Bach führt
• Mehrere Bachübergänge

Mögliche Arbeitsaufträge für SuS beim Besuch des Queichlandes

• "Skizziere den Bachverlauf der Queich auf dem Gelände"
• "Notiere Unterscheidungsmerkmale der drei Queicharme"
• "Entnehmt Wasserproben der drei Queicharme"
• "Reinigt eure Wasserproben mit den Materialien vor Ort um Trinkwasser zu erzeugen"
• "Nutzt die Moringa-Samen um aus dem Queichwasser Trinkwasser zu erzeugen"
• "Sichtet Verschmutzungen der Queich auf dem Gelände und tragt diese in eine Karte/Skizze ein"
• "Sichtet Insekten/Tiere auf dem Gelände und tragt diese in eine Karte/Skizze ein"
• "Führt mit den Besuchern des Queichlandes eine kurze Umfrage durch, um den Grund ihres Ausfluges zu notieren"

Literatur

Lehrpläne Rheinland-Pfalz

Wasserlexikon

Wasseraufbereitung Wikipedia

History of waterfilters