Pws keramische waterfilter csg anna maria van schurman by LC topwerkstukken

Profiel werkstuk

Onderzoek keramische waterfilter

Door: Iris d e Wit & Ilja Huitema Opdrachtgever: Leo Groendijk Vakdocent: M. S. Hornstra Moedt Vakcoach: S. Weewer

Inhoudsopgave 1. Inleiding 2. Vooronderzoek 2.1 Wat is E.coli? 2.2 Wat is een bacteriofaag? 2.3 Wat is agar? 2.4 Waterfilters algemeen 2.5 Waterschaarste in Afrika 2.6 Stichting Water for Everyone 2.7 Een stukje praktijk 3. Onderzoek 3.1 Apparatuur en glaswerk 3.2 Microbiologische benodigde culturen 3.3 Voorbereiding 3.4 Samples afnemen 3.5 De proef 3.6 Resultaten 3.7 Conclusie 4. De zuiveringscapaciteit van een keramische waterfilter 5. Hoe is het gesteld met de verwijdering van E. Coli en virussen uit vervuild water? 6. Wat is de beste manier van promotie? 7. Conclusie 8. Dankwoord 9. Bronnenlijst 10. Bijlage I, Voorstel promotie van waterfilters 11. Bijlage II, Proefuitvoer 12. Bijlage III, Onderzoek; Enumeration of F-specific RNA bacteriophages 13. Bijlage IV, Project format 14. Bijlage V, Woordspin 15. Bijlage VI, Hypothese/aanname

1. Inleiding

Aan het eind van het vierde jaar havo beginnen leerlingen met het opzetten van een profielwerkstuk. Dit is een vereiste voor het vijfde jaar havo. Het profielwerkstuk moet een hoofdvraag en deelvragen bevatten. Ook moet er een eindproduct gevormd worden. Dit kan in verschillende vormen, zoals; een folder, een website, een voorwerp, een plan of een onderzoeksverslag. Het laatste product is voor ons van toepassing. Er is door ons een onderzoek uitgevoerd, de resultaten zijn verwerkt en conclusies zijn getrokken. Onze hoofdvraag luidt: Wat is de zuiveringsefficiëntie van de, door 3D geprinte, keramische waterfilters betreft bacteriofagen? We zijn bij dit onderzoek terecht gekomen aan de hand van een soort doe dag genaamd ‘Dig-it’. Hier kregen we de mogelijkheid om een opleiding te kiezen. Wij kozen voor het onderdeel milieukunde. Een van onze begeleiders was Leo Groendijk. Na afloop werd het profielwerkstuk genoemd. ‘Bij vragen, onderwerpen of hulp bij enkele proeven kom gerust langs’ werd er gezegd. We hebben toen gepraat met Leo en zijn tot een onderwerp gekomen. Dit onderzoek doen we om erachter te komen of een 3D geprinte waterfilter virussen uit het water verwijdert. Ook doen we enig onderzoek om het filter heen. Zoals de verwijdering van E. coli dit is van groot belang als het om het filteren van water gaat, ook hebben wij een klein proef onderzoekje gedaan met E. coli. Het was van belang dat we de werking van E. coli snappen en hier informatie over hebben. Zo zullen we het nut van het filteren beter begrijpen. De keramische waterfilters zijn bedoeld voor in landen zoals Afrika. De filters worden geprint met dezelfde kleisoort als in de omgeving waar de filters zullen worden uitgebracht. Dit maakt het beter mogelijk om in de desbetreffende landen (Afrika) een materiaal te vinden om mee te printen. Keramische zegt al keramiek, de geprinte filter zal voor gebruik in de oven moeten om uit te harden. Door het klei zijn kleine stukjes zaagsel vermengt, deze zullen verbranden in de oven. Er ontstaan kleine gaatjes in het filter, dit maakt het een filter. Dit onderzoek wordt gedaan in opdracht van Leo Groendijk in opdracht van de stichting ‘Water for Everyone’. Zij zoeken naar mogelijkheden om een duurzame en goedkope oplossing te vinden voor schoon water in de minder bedeelde landen. Er is al enige onderzoek gedaan met dit waterfilter. De verwijdering van E. coli is onder andere al getest, ook zijn er verschillende formaten en groottes geprint. Door te weinig tijd en mensen hiervoor zijn ze er nog niet aan toe gekomen om deze proef uit te voeren. Daarom is het erg handig dat wij dit onderzoek uit voeren, zo kunnen ze verder kijken. Moet er iets veranderd worden in het materiaal of ontwerp, of kan de filter linea recta op de markt. Dit gaan wij duidelijk maken voor Leo en zijn collega’s.

2. Vooronderzoek

2.1 Wat is E. Coli? Omschrijving Escherichia coli of E. Coli is een groep bacteriën die van nature aanwezig is in de darmen van mensen en dieren. In de dikke darm is E. coli nuttig, omdat hij uitgroei van andere schadelijke bacteriën voorkomt. Bacteriën zijn eencellige organismen die je met het blote oog niet ziet. Sommige bacteriën heb je nodig, voor bijvoorbeeld de spijsvertering. Er bestaan ook bacteriën die ziektes veroorzaken. Er zijn enkele typen die een voedselinfectie veroorzaken, zoals EHEC en STEC. EHEC: De subgroep groep binnen de STEC en VTEC die ernstige ziekte kan veroorzaken STEC: een groep binnen de EHEC soort, die vaak ook ernstige ziektes kan veroorzaken. Soorten E. Coli Er bestaan verschillende soorten E. Coli bacteriën. De soorten die de gifstof shigatoxine produceren, ook verocytotoxine genoemd, veroorzaken de meeste ziektegevallen. Ongeveer 200 verschillende E. Coli bacteriën maken deze gifstof aan. Dat is een minderheid, de meeste E. coli veroorzaken geen ziekteverschijnselen. Voorbeelden van E. Coli bacteriën die ziekten kunnen veroorzaken Type E.coli

Ziekte

EPEC

Kinderdiarree; (reizigers)diarree

ETEC

(reizigers)diarree; overgeven; koorts

VTEC

Ontlasting met bloed en slijm

EHEC (subgroep van VTEC)

Bloederige diarree; mogelijke nier schade als complicatie

STEC O157 (EHEC-soort)

Bloederige diarree; mogelijke nier schade als complicatie

EIEC

Ontlasting met bloed en slijm

EaggEC

Aanhoudende diarree bij kinderen

DAEC

Kinderdiarree

Niet elk type E. Coli is schadelijk Lang niet alle typen van de bacterie zijn schadelijk voor je, er zijn genoeg E. Coli bacteriën in je lichaam die je helemaal geen kwaad willen doen. Elke dag krijgen we bacteriën binnen die verteerd worden of onschadelijk zijn. Dit is ook het geval bij de E. Coli bacteriën. Gezondheidseffecten Afhankelijk van het type E. coli leidt een besmetting tot meer of minder ernstige verschijnselen. In heel wat gevallen merk je er niets van. In andere gevallen gaat het om klachten zoals misselijkheid, braken en diarree. Ernstige besmettingen kunnen vermindering van de nierfunctie en bloedafbraak tot gevolg hebben. Dit heet het Haemolytisch Uremisch Syndroom (HUS). Ongeveer 30% van de reizigers naar subtropische gebieden krijgt waarschijnlijk door besmetting met E. coli reizigersdiarree. Risicogroepen Vooral jonge kinderen, ouderen, zwangere vrouwen en mensen met weinig weerstand zijn gevoelig voor een E. Coli infectie. Veiligheid De bacterie overleeft maanden in de bodem en weken in water. E. Coli vermenigvuldigt zich tussen de 10 en 40°C en gaat dood bij 65°C. -‐

Besmetting door E. Coli kan plaatsvinden via: Rauw vlees. Bijvoorbeeld rauw gehakt, rauwe of half doorbakken hamburgers, filet americain en niet gaar vlees kunnen daarom besmet zijn met E. Coli.

-‐

Rauwe groente zoals sla, en kiemgroenten zoals taugé. Gekookte groente levert geen probleem op, omdat de bacterie dood gaat door verhitting.

-‐

Rauwe melk, rauwmelkse kaas en on verhit vruchtensap.

-‐

Onhygiënische productieomstandigheden

-‐

Ongezuiverd water

Maaltijden in restaurants en op cruiseschepen zijn bij onzorgvuldige hygiëne wel eens de oorzaak van E. Coli-besmettingen. Ook contacten met dieren, met name runderen en jonge dieren kunnen E. Coli-besmettingen veroorzaken. In de zomer is de kans op een besmetting het grootst, waarschijnlijk door zwemmen in besmet oppervlaktewater en barbecues. 2.2 Wat is een bacteriofaag? Een bacteriofaag ofwel een faag is een klein virus dat sommige bacteriën infecteert. Net als andere virussen, die eukaryoten besmetten, bestaan ze uit een buitenste eiwitmantel met daarin genetisch materiaal dat bij 95% van de bekende fagen uit DNA bestaat. Eukaryoten zijn organismen die in elke cel een kern hebben. In deze celkern zit kernmembraan in dit membraan bevindt zich DNA.De meeste fagen hebben een soort ‘staart’ die het mogelijk maakt om genetisch materiaal in hun gastheer te

injecteren. Wanneer dit genetisch materiaal is geïnjecteerd zal het genetisch materiaal zich vermeerderen, net zolang totdat de gastheer kapot gaat. Wanneer dit gebeurt komen de virussen vrij. Werking Fagen infecteren slechts bepaalde doelwitbacteriën, omdat ze de juiste aanhechting factoren en de eigenschappen moeten hebben. Aanhechting factoren wil zeggen dat de doelwit bacteriën bepaalde eigenschappen moeten hebben. Wanneer dit niet het geval is zal de faag zicht niet aan het doelwit bacterie kunnen hechten. Soort Afhankelijk van hun vermeerderingscyclus, kunnen fagen in lytische en lysogene worden ingedeeld. Lytische fagen vermenigvuldigen explosief, waardoor de gastheerbacterie snel barst. Lysogene fagen gaan zich eerst integreren in het genoom van de bacterie. Het genoom is alle genetische informatie van een cel, het DNA dus. De lysogene faag besmet de gastheerbacterie met het eigen DNA, dit komt terecht in het DNA van de bacterie. Hierdoor worden de lysogene fagen mee vermenigvuldigd worden bij elke celdeling. Bij een celdeling ontstaan er twee cellen uit één cel. Hierbij wordt het DNA ook gedeeld, zo vermeerderd het DNA van de faag zich. Verschil Lytische fagen; het vermeerderen van de faag in de gastheercel veroorzaakt lysis, het oplossen van de cel, en de dood van de gastheercel. Dit wordt ook wel lytische cyclus genoemd. Lysogene fagen; het DNA van de faag wordt in het DNA van de gastheercel gebouwd. Er is geen sprake van lysis maar wordt lysogenie genoemd. De gastheer is een lysogene cel. Het ingebouwde DNA heet een profaag. Gevolg van lysogenie: De lysogene cellen zijn immuun voor infectie van dezelfde faag. Door het inbouwen van het DNA kan de gastheercel nieuwe eigenschappen krijgen. De nieuwe eigenschappen kunnen voor het volgende zorgen;

-‐

De soort Corynebacterium diphteriae vormen toxine die difterie veroorzaken. Toxine is een gifstof, mensen kunnen er ziek van worden en het kan het herstelproces vertragen. Het lichaam wil de toxine afbreken dit kost veel energie.

-‐

De soort Streptococcen veroorzaakt roodvonk. Roodvonk veroorzaakt keelpijn, koorts, geen eetlust, pijnlijke halsklieren en rode ruwe uitslag op de borst.

-‐

De soort Clostridium botulinumstammen veroorzaakt botulisme. Symptomen van botulisme beginnen vaak bij het hoofd. Slikken is lastig, moeite met spreken en dubbelzien. Dit wordt veroorzaakt door het verslappen van de gezicht spieren. De verlamming kan naar beneden uitspreiden. Waarbij verlamming van de skeletspieren optreedt.

2.3 Wat is agar? Agar is opgelost in heet water en daarna afgekoeld, te gebruiken als gelatine. Agar wordt vaak met scheikundige proeven gebruikt als voedingsbodem. De agar wordt dan vermengd met een voedingsstof voor bacteriën. De stabiliteit van de gels is thermoversibel, dit wil zeggen dat het omkeerbaar is. Bij een verhoging tot 90 graden Celsius smelten ze opnieuw. De bindkracht van agar is tweemaal zo groot als die van gelatine.

2.4 Waterfilters algemeen Waarvoor? Zoals het woord het als zegt filteren waterfilters het water. Dit zorgt ervoor dat wij mensen het water kunnen gebruiken zonder dat het een negatieve invloed heeft op onze gezondheid. Door vervuiling in ons water zweeft er bezinksel van kalkresten, ijzer uit oude leidingen en ander zweefvuil wat zich heeft verzameld tijdens het watertransport. Ook zitten er wat ingewikkeldere stoffen in ons water, zoals virussen, bacterien en hormonen. Denk aan E. Coli, Legionella, Salmonella en hormen door o.a. de pil die worden afgescheiden door de urine van vrouwen. Soorten Er zijn veel verschillende waterfilters, allemaal met een specifieke functie. Waterfilters worden vrijwel altijd in combinatie met elkaar gebruikt voor een optimale zuivering. Sediment filter Sedimentatie is het afzetten van sediment, deeltjes zakken in water naar de bodem. Sediment zijn de deeltjes die worden afgezet, dit zijn bijvoorbeeld zand, klei en grind. Deze methode wordt toegepast op het fliteren van water om de fijne tot grove deeltjes te laten bezinken. Hierdoor zitten er gen zand, klei of grind in het water Carbon waterfilters Carbon filters zijn filters met een bodem van geactiveerd carbon. Een ander woord voor geactiveerd carbon is ook wel geactiveerd kool. Actieve kool is een speciaal behandelde koolstof die door absorptie allerlei stoffen aan zich kan binden. De actieve-kooldeeltjes (koolstofatomen) oefenen een aantrekkingskracht uit op gasvormige of vloeibare deeltjes (moleculen), die de actieve kool omgeven of doorstromen. Hoe sterk deze aantrekkingskracht is, wordt door een aantal factoren bepaald, bijvoorbeeld door de vorm en massa van de moleculen die in aanraking komen met de actieve kool. Juist doordat niet alle moleculen even sterk worden aangetrokken en vastgehouden (geadsorbeerd) door actieve kool, is het mogelijk één of meer ongewenste stoffen uit lucht, gas of water te verwijderen. Actief granulaat koolstoffilter van kokosnoot zijn de beste koolstoffilters voor de verwijdering van chloor, bijsmaak, geuren, pesticiden, benzeen, toxische stoffen

verontreinigingen, biociden en andere chemicaliën tot 99%. Het filteren met een carbon waterfilter zorgt voor een enorme verbetering van de smaak en geur. Hoe langer het water contact maakt met het actieve koolstof hoe beter het resultaat. Ionen waterfilter Ionen zijn in water opgeloste mineraalzouten met een positieve of negatieve elektrische lading. Sommige van deze zouten behoren tot de hardheidsmineralen die kalkaanslag veroorzaken. Het verwijderen van ionen uit water wordt ook wel deïonisatie genoemd. De bekendste vorm van deïonisatie en de meest gebruikte techniek om ionen uit drinkwater te filteren is ionenwisseling. Deïonisatie is het verwijderen van alle geïoniseerde stoffen. Geïoniseerde stoffen zijn stoffen die zijn opgelost in water en een lading hebben gekregen. Zoals: NaCl (s) à Na+ (aq) + Cl- (aq) Hierbij zijn Na (natrium) en Cl (chloride) de geïoniseerde stoffen. Een apparaat dat ionen uitwisselt wordt ook wel een ionenwisselaar genoemd. Een ionenwisselaar wordt na de watermeter geïnstalleerd en bevat een filterhuis gevuld met ionen uitwisselende harsen. Aan deze kunstharsen kunnen zich ionen binden. De hars wordt in de vorm van harsbolletjes in een waterfiltersysteem verwerkt. Iedere harssoort is in principe ionselectief; zo zijn er harsfilters met ionenwisselingsharsen die uitsluitend werkzaam zijn tegen bijv. calcium, magnesium, jodium, nitraat, silicaat of fosfaat. Mineraalfilter Een filter die niet zozeer iets uit het water verwijdert, maar toevoegt. Door de andere filters worden er veel goede mineralen uit het water gehaald, deze filter zorgt ervoor dat de belangrijke, gezonde mineralen in het water zitten. Zoals magnesium, kalium, natrium en calcium. Natuurlijk mineraal water wordt gevormd, doordat het langs gesteenten stroomt, hierdoor worden mineralen gevormd. Water dat mineralen bevat is vaak een hard soort water en pittig van smaak, water zonder mineralen is vaak zacht.

2.5 Waterschaarste in Afrika Waterschaarste is een bekend onderwerp in de wereld. Toch bestaat 56 procent van het aardoppervlak uit water. 97 procent van al het water zit in oceanen en zeeën en is zout. Maar 3 procent is zoet water. Daar komt nog een bovenop dat 2,1 procent van het zoete water in gletsjers en poolkappen zitten bevroren en nog eens 0,6 procent zit meer dan 800 meter onder de grond. Weinig water en al helemaal weinig schoon water. Door tekort aan schoon drinkwater sterven veel mensen en kinderen. Zonder water kun je niet leven maar water met E-coli of virussen is ook niet gezond. Veel mensen in Afrika worden hier doodziek van en dat zorgt voor veel sterfte. Er zijn veel goede doelen in Afrika die onder andere proberen de waterschaarste te verminderen of zelfs helemaal op te lossen. Deze goede doelen zetten zich in voor schoon water, door bijvoorbeeld waterfilters te installeren. Of door waterputten te graven, dit is vaak zoet water en het wordt vaak al deels gefilterd door de grond. Ook hoeven de dorpelingen dan vaak niet meer zo heel ver te lopen naar een rivier

of dergelijke. Waterschaarste over de hele wereld zal waarschijnlijk nooit helemaal opgelost worden. Er moet simpelweg heel duurzaam met het water om worden gegaan. Vooral in gebieden als West-Europa en de Verenigde Staten wordt er ontzettend veel water verspild. Zoals zoet, schoon water dat we gebruiken voor het toilet. Ook is het vaak een probleem dat pompen of filters niet lang mee gaan. Het onderhoud is vaak ‘duur’. Voor de bevolking is het vaak niet de overweging waard om geld te besteden aan het opknappen van een pomp of filter. Zij zien vaak het belang van gezond drinkwater niet, er is vaal geen inzicht vatbaar dat ze ziek kunnen worden van vervuild water. Ook omdat door het drinken van vervuild water je pas veel later (zo’n 3 maanden) ziek kunt worden. Zo wordt de ‘link’ vrijwel niet gelegd tussen ongezond drinkwater en ziek worden. Vaak zijn er enige bronnen gegraven waar vers water uit kan worden opgepompt, dit is echter niet overal en dat zorgt er voor dat sommige vrouwen soms uren achter elkaar in de hitte moeten lopen om vervolgens emmers te vullen en mee naar huis te dragen.

2.6 Stichting Water for Everyone Wat houdt het in? Zoals de naam waarschijnlijk al zegt, de stichting streeft naar een wereld waar schoondrinkwater altijd binnen handbereik is. En werkt uitsluitend met vrijwilligers. Er word geen geld betaald voor de gegeven diensten die de mensen bij de stichting verzetten. Wel ontvangt de stichting een maximaal bedrag van 1.500 euro van de regering voor mogelijke onkostenvergoeding per jaar. De stichting draait dus vooral op donaties en eigen betalingen. Tegenwoordig zijn ze werkzaam in de volgende gebieden; Kenia, Benin, Haïti, Rwanda, China en Tanzania. Het maken en innoveren van duurzame waterfilters staat voorop. Hoe maak je een waterfilter die goedkoop is in productie, zodat je hem bijna gratis uit kunt delen, die ontzettend lang mee gaan zonder kapot te gaan? Vaak is een groot deel van het praktijkwerk bij het weggeven van de filters, het overtuigen van de lokale bevolking dat gefilterd water veel gezonder is om te drinken als wanneer het rechtstreeks genuttigd wordt uit bijvoorbeeld een waterplas. Want het klinkt misschien heel normaal voor ons om gezuiverd water boven vervuild water te zetten, maar in de landen waar de stichting hulp verleent word het al generatie op generatie genuttigd en is het niet zo makkelijk om een oude ingeburgerde gewoonte te verbuigen naar een nieuwe ‘betere’ gewoonte.

‘Wat de boer niet kent, neemt hij niet´. Dat is ook van toepassing en het ontvangen van nieuwe producten van buitenaf. Initiatiefnemer van de stichting Water for Everyone Leo Groendijk, zegt hierover het volgende: `De kennis en ervaring uit je dagelijkse werk mogen gebruiken voor een stichting als deze is voor mij persoonlijk een zeer waardevol iets.`Een prachtig mooi gezegde van de Chinese wijsgeer Ziao Ling was en is: "Geef een man een vis en je voedt hem voor een dag. Leer hem vissen en je voedt hem zijn leven lang."

Leo Groendijk bezig met zijn passie in Haïti

2.7 Een stukje praktijk Om enig idee te krijgen van E. Coli en ongezuiverd water hebben we een kleine test uitgevoerd. De proef is uitgevoerd met coli gevoelige petrifilmpjes. Deze kun je met water bedruppelen. Vervolgens in een stoof zetten voor ongeveer twee dagen. Hierna kun je de coli’s aflezen. Hoe meer donkere stipjes te zien zijn hoe een hogere hoeveelheid coli er in het water zat. Deze soorten water hebben we onderzocht: Influent (Afgetapt water uit het riool van de aanliggende wijk, ook wel rioolwater) Effluent Hall,

(Afgetapt water uit de waterzuivering van het van

ook wel gezuiverd rioolwater) Drinkwater kraanwater)

(Afgetapt drinkwater uit de kraan, ook wel

Non-drinkwater

(Afgetapt water uit de kraan, dit water is niet drinkbaar, ook wel kraanwater)

Deze soorten water zijn door ons verzameld in buisjes. Belangrijk is dat dit hygiënisch wordt gedaan, wanneer je influent of effluent hebt aangeraakt kun je geen drinkwater of non-drinkwater meer verzamelen. Dan zou je de proef onbetrouwbaar maken, door besmetting van het ‘schone’ drinkwater met het rioolwater. Vervolgens kun je beginnen met het pipetteren van water op de petrifilmpjes. Dit moet worden gedaan in de buurt van een blauwe vlam, de meest schone omgeving. Wanneer alle petri-filmpjes zijn bedruppeld, worden ze in de stoof gezet. De stoof is ingesteld op zo´n 37 graden Celsius. Na zo’n twee dagen is het resultaat af te lezen.

3. Onderzoek De onderzoeksvraag luidt als volgt; ‘Filteren 3D geprinte keramische waterfilters virussen uit het water?’

3.1 Apparatuur en glaswerk: •

Koelcel, instelbaar op 4 graden Celsius.

•

Warm waterbad, thermostatisch controleerbaar op 37 graden Celsius.

•

Incubator, thermostatisch controleerbaar en de mogelijkheid om tijd in te stellen.

•

Petrischalen, met een diameter van 9 cm of 15 cm.

•

Pipettes, met opzetstukje van 1000 microliter/1mililiter.

•

Reageerbuisjes, passende grootte.

•

Glazen flessen, passende grootte.

•

Keramische filter

•

Plastic tubes, passende grootte.

•

Erlenmeyer, met een inhoud van 250 ml tot 300 ml, met wollen afdeksel.

•

Schud apparaat.

3.2 Microbiologische benodigde culturen: •

Faag, SPo2. v61.

•

Gastheer, B. subtilis MCB.

•

Oplossing, verdund 0,9% NaCl, fysiologisch zout.

3.3 Voorbereiding De proef wordt voorbereid door het bereiden van het faag, en het installeren ofwel bevestigen van de keramische waterfilter. Het waterfilter is in dit onderzoek vrij simpel bevestigd, doormiddel van een lijmtang aan een draaidop. Deze dop is te bevestigen aan een buis. In deze buis kan een vloeibare substantie wordt gedaan zodat het door het filter heen loopt. Wanneer dit is voorbereid, wordt het faag verdund. In ons geval; 20 ml faag + 1980 ml water = 2000 ml verdund faag. Dus 102x verdund. De faag wordt verdund omdat we de hoeveelheid fagen beter kunnen aflezen van het resultaat. Wanneer er duizenden

fagen in een petrischaal zitten is het erg moeilijk af te lezen en te tellen. Wanneer je de faag verdund is het beter te tellen. Bij 102x verdund is de concentratie van het faag 10-2 . 3.4 Samples afnemen Nu het faag verdund is met water kun je gaan beginnen met de samples. Eerst wordt er een kleine hoeveelheid afgetapt van het verdunde faag voor de blanco proef. Het verdunde faag wordt door het filtraat heen gehaald. Je vangt meerdere samples op voor een beter resultaat. Zo kun je eventueel afleiden of de filter na enige tijd beter filtert of juist in het begin. De samples vang je op in plastic tubes, een grote hoeveelheid is niet nodig. Na het opvangen van de samples is er de mogelijkheid om de proef uit te gaan voeren. Wordt de proef niet aansluitend uitgevoerd, zullen de samples moeten worden weggezet in een koelcel van 4 graden Celsius. 3.5 De proef Er zijn verschillende samples afgenomen, er kan worden gekozen om alle samples uit te platen. In dit onderzoek zijn er 6 samples afgenomen, de tweede en de vijfde samples zijn gekozen samen met de blanco om uit te platen. Deze tweede reeks is afgenomen wanneer de filter nog maar een korte tijd aan het filteren was. De vijfde reeks is afgenomen wanneer bijna alle vloeistof al door het filtraat is gelopen. Er zijn dus drie reeksen waarmee de proef wordt uitgevoerd. Het is van belang dat de reeksen goed worden gemarkeerd, zodat er geen verwarring tussen de verschillende reeksen kunnen ontstaan. Er wordt uit de sample 1 ml gehaald, deze wordt toegevoegd aan de 9 ml 0,9% NaCl vloeistof. Dit mengsel laat je mengen door het schud apparaat. Van dit buisje wordt weer een monster van 1 ml genomen, deze wordt toegevoegd aan het volgende buisje. Dit bevat ook 9 ml 0,9% NaCl oplossing. Dit wordt uitgevoerd totdat er een verdunningsreeks is van 10. Dit worden met alle verschillende filtraat samples en het blanco sample gedaan. Ook nu is het belangrijk om de verschillende reeksen gescheiden te houden. Wanneer de verdunningsreeks is gemaakt, wordt het weggezet in een warm waterbad. Wanneer dit is uitgevoerd zal er worden gewerkt met Agar. Er wordt 1 ml uit de reageerbuis gepipetteerd, dit wordt toegevoegd aan een reageerbuis met Agar. Deze wordt weer weggezet in het warm waterbad, zodat er wordt voorkomen dat het Agar stolt. Van ieder mengsel 0,9% NaCl en het filtraat of blanco, wordt er twee keer 1 ml gepipetteerd. Van elke verdunningsreeks zijn 2 buisjes met agar en 1 ml mengsel. In dit onderzoek zijn de reeksen 0 (blanco), 2 en 5 uitgeplaat. De eerste en laatste reageerbuizen zijn overgeslagen zodat er in totaal van een reeks zestien in plaats van twintig petrischalen worden gebruikt. Â

Wanneer er van iedere buis twee keer 1 ml toegevoegd is aan het Agar, kan de reeks worden teruggezet in het warm waterbad. Wanneer dit met alle reeksen voltooid is, begint het werken met de bacterie Salmonella. Salmonella is de gastheercel van de faag. De faag besmet de Salmonella. De faag waar we mee werken is een lytische faag, deze groeit explosief. Door het explosieve groeien van de faag knapt de gastheercel van Salmonella. Door het knappen van de cel ontstaat er een helder vlekje in het agar. Door de heldere vlekjes te tellen, tel je de fagen. Belangrijk is dat het Salmonella goed is afgesloten, en er moet een vlam in de buurt zijn voor een veilige overdracht van de bacterie. Er wordt een reeks uit het warm waterbad gehaald. De eerste buis wordt bij de hand gehouden, ondertussen wordt de erlenmeyer met de bacterie Salmonella geopend in de buurt van de vlam. Vervolgens wordt er 1 ml Salmonella gepipetteerd. Deze wordt toegevoegd aan de reageerbuis met de verdunning en het Agar. De Salmonella wordt direct weer afgesloten. De reageerbuis wordt gezwenkt of geschud met de hand. Daarna word het overgegoten in de petrischaal. Er wordt gezorgd dat de vloeistof gelijkmatig is verdeeld over de petrischaal. Dit wordt herhaald tot alle reageerbuizen van alle reeksen zijn uitgeplaat. Belangrijk is dat de petrischalen worden gemarkeerd, met naam, datum en reeks. Wanneer alles is uitgeplaat, moet de agar stijf worden. Daarna worden de petrischalen op de kop weggezet in een stoof voor meerdere uren. (Zie ook bijlage II) 3.6 Resultaten Na enkele uren kunnen de petrischalen uit de stoof worden verwijderd. Nu kan het resultaat worden afgelezen. Dit is af te lezen door de heldere plekjes in het Agar. Hier kun je zien dat een faag zich heeft geplant in een bacterie en vervolgens gebarsten is. Ook kan er worden afgeleid of de filter goed heeft gewerkt. Wanneer er geen of vrijwel geen heldere plekjes te zien zijn, wil dit zeggen dat er geen fagen aanwezig waren in het sample. Aan de blanco reeks is te zien hoeveel fagen er door het filter heen zijn gelopen. Met reeks twee en vijf kun je vergelijken of het filter fagen heeft tegengehouden. In ons geval is reeks 5 erg te vergelijken met de blanco reeks, dit wil zeggen dat het filter vrijwel geen fagen heeft tegengehouden. Aan reeks 2 is te zien dat er een stuk minder fagen aanwezig zijn in vergelijking met de blanco reeks.

Verdunning 100.000

Verdunning 1000.000 Verdunning 10.000.000

Serie 0 (Blanco)

Meer dan 400

83 en 92

8 en 5

Serie 2

Meer dan 300

43 en 34

3 en 5

Serie 5

Meer dan 500

96 en 82

8 en 7

Conclusie Concluderend heeft de keramische filter onvoldoende virussen uit het water gefilterd. Wel is te zien dat in het begin van het filtreren er minder fagen door het filter zijn gegaan, dan na een langere tijd. Dit wil zeggen dat de filter wel enige werking heeft gehad. Alleen was de werking niet sterk genoeg en niet lang genoeg. Het kan zijn dat de gaatjes verstopt zijn geraakt of dat het filter overbelast is geraakt. Ook kan het aan de bevestiging van het filter liggen. Is dit wel goed gedaan? Kunnen er lekkages zijn geweest?

4. De zuiveringscapaciteit van een keramische waterfilter

Er zijn verschillende vormen, maten en diktes geprint met de 3D printer. Dit wil zeggen dat de zuiveringscapaciteit erg verschilt. Het is geen massaproductie van identieke keramische waterfilters. Daarom is er alleen berekend wat de zuiveringscapaciteit is van de filter, waarmee wij de proef hebben uitgevoerd. Er is een sample van 20 ml afgenomen, hierbij is de tijd gemeten. tijd in sec.

43,33

Volume in ml

20 ml

27,69

Berekening: (20x60):43,33= 27,69 ml/minuut 27,69x60= 1661,4 ml/uur 1661,4x24= 39873,6 ml/dag 39873,6:1000= 39, 87 l/dag De zuiveringscapaciteit van de filter die door ons is gebruikt is 39,87 l/dag. Â

5. Hoe is het gesteld met de verwijdering van E. Coli en virussen uit vervuild water? Er word veel vooruitgang geboekt in het verwijderen van de E. Coli bacteriën uit het water, ook met de filters die wij geprint hebben wordt alle E. Coli verwijderd. Dit komt omdat de filters geprint zijn met keramiek, en dat houdt in dat het mogelijk wordt om miljarden kleine openingetjes te maken. Die openingetjes zijn zo klein, dat ze eigenlijk semipermeabel zijn. Dat wil zeggen dat het enkel een bepaalde stof doorlaat en de rest tegenhoudt. Dat gebeurt dus ook met onze filters en de E. Coli bacterie groepen. Enkel water kan door de enorm kleine gaatjes heen, en de bacteriën blijven achter. Het is dus ook belangrijk het filter goed te reinigen na elke filtering. Over de virusverwijdering is minder goed te spreken. Zoals wij in onze proef al hebben ontdekt, is het zeer lastig virussen uit gewoon vervuild water te filteren met een waterfilter. We hebben gezien dat er wel dergelijk minder virussen aanwezig zijn in het gefilterde preparaat, maar nog niet onder de toegestane maximum norm (minder dan 10 per liter) . En dus is het water nog steeds schadelijk om te drinken. Er word actief gezocht naar ideeën om de virussen ook tegen te kunnen houden. De meeste virussen en ziekteverwekkers sterven zodra het water een gedurende tijd gekookt wordt, en dit is tot zo ver de enige ‘natuurlijke’ manier om het water drink zuiver te maken. Zoals wij in het laboratorium hebben gezien zijn er ongelofelijk veel prototypes van filters gemaakt die mogelijk de doorslaggevende oplossing kunnen geven. Dus op de vraag: Hoe is het gesteld met de verwijdering van E. Coli uit vervuild water? Enorm goed! Wij hebben met de waterfilter de manier aangetoond om alle E. Coli bacteriën succesvol te kunnen verwijderen door enkel een filter te gebruiken. En op de vraag: Hoe is het gesteld met de verwijdering van virussen uit vervuild water? Er worden grote stappen in de goede richting genomen, maar een concrete oplossing die goed toepasbaar is, is helaas nog niet gevonden. De onderzoekers zijn al over de helft, en dat vinden wij een hele goede zaak, we hebben er alle vertrouwen in dat er binnenkort een doorslaggevende ontdekking word gedaan waarmee ook de virussen uit het water worden gefilterd!

6. Wat is de beste manier van promotie? Het probleem is: Hoe kun je mensen overtuigen, die al jaren hetzelfde water drinken en geen directe ‘link’ leggen tussen vervuild water en ziekte. Hoe overtuig je mensen om een investering te doen in het filteren van water? Het is erg moeilijk om de bevolking een ‘link’ te laten leggen tussen het drinken van vervuild water en een aantal maanden later ziek worden. De bevolking uit West-Europa gebruikt bij alle water gerelateerde activiteiten gezuiverd water. Het is in de rijkere werelddelen niet meer dan normaal. Het stukje bewustwording van de bevolking is de grootste opgave. Een investering is niet snel gemaakt in armere landen. Generaties lang wordt er ongezuiverd water gedronken. En toch is de bevolking of stam niet uitgestorven. Wij denken dat vooral met voorlichting en heel veel voorbeelden van de gevolgen van het drinken van verontreinigd water het wel lichtelijk aanzet tot denken. -‐

Men moet zien wat er allemaal in het vieze water zit

-‐

Men moet zich herkennen in de gevolgen van het drinken van vies water (dus bijvoorbeeld diarree)

-‐

Men moet de voordelen van gereinigd drinkwater zien.

-‐

Het aanschaffen van een waterzuiveringsproduct moet geheel kosteloos, of tegen een kleine vergoeding moet worden aangeboden.

Het zal niet makkelijk zijn om als buitenstaander de personen te helpen maar het moet zeker geprobeerd worden. Als minder mensen ziek worden heeft dat grote voordelen op kleine, maar ook grote schaal. Wij stellen voor om net als met de veilige seks campagnes ook een veilig en schoondrinkwater campagne moet komen. Waarin actief word benadrukt en wordt uitgelegd hoe belangrijk het is om net als met veilig vrijen, het ook belangrijk is om schoon drinkwater te kunnen drinken. Vaak hebben ontwikkelingslanden een groot analfabetisme percentage, en daarom is het volgens ons ook belangrijk om de reclames en campagnes te maken met zo weinig mogelijk woorden, en zoveel mogelijk afbeeldingen. Zo kan iedereen begrijpen wat er aan de hand is, en worden de analfabeten ook bereikt. (Zie voorbeeld Bijlage I) Ook moet er voor de mensen die overtuigd zijn, begeleiding komen die de mensen op weg helpt. Zodat men niet met de handen in het haar blijft zitten met een product van een stelletje rijke mensen. Maar ook weten hoe ze zelf kunnen bereiken wat ze gezien hebben in het voorbeeld. De hulp heeft op korte maar ook op de lange termijn alleen maar voordelen namelijk:

Men begrijpt het product, en voelt zich als het goed is beter (door het nuttigen van het schone water) en zal dus sneller het product aanbevelen aan mensen die nog twijfelen. Op lange termijn zullen daardoor steeds meer mensen vertrouwen krijgen in het product en het opnemen in hun leven. Hierdoor komt het in de nieuwe generaties, en zullen er dus steeds meer mensen het product in vertrouwen nemen in de komende generaties, en dat is uitermate positief, omdat er dan minder mensen het verontreinigde water zullen drinken.

Conclusie Concluderende kunnen we zeggen dat het waterfilter onvoldoende fagen uit het water filtert. Wel is er een tijdelijke effectieve werking. Ook kunnen we concluderen dat het lastig is om een bevolking te overtuigen, maar dat dit wel mogelijk is. Door voorlichting vanuit de bevolking zelf en aantrekkelijke voorstellen. Zoals een lang houdbare filter. En waar ze wel voor moeten betalen, wanneer de mensen de filter zelf kopen, wordt de filter eerst is overweging genomen en er wordt goed over nagedacht. Hierdoor zullen ze het ook sneller gaan gebruiken. Aanbeveling: De printers zullen misschien beter werken bij een groter formaat, of met nog kleinere gaatjes. Ook kan het afhangen van de waterdruk, was de waterdruk te hoog, of juist te laag? Ook kan er een andere stof in de filter worden verwerkt, een stof die de virussen aantrekt en zo zorgt dat de virussen in het filter blijven zitten. Er zal meer onderzoek naar het effectief verwijderen van fagen uit water kunnen worden gedaan. Ook naar het zo goedkoop en goed mogelijk produceren van een waterfilter. Eventueel verder uit te werken vragen en onderdelen: • • •

• • • • • • • •

Hoe produceer je de beste filter? Met welk materiaal? Of moet er een mengsel van verschillende materialen gebruikt worden? Waar? Waar kun je het best en in totaal het goedkoopst produceren? Hier in Nederland of in het desbetreffende land zelf. Of is China een goedkopere optie? Door wie? Besluit je de bevolking zo op te leiden, dat ze zelf waterfilters kunnen produceren? Of huur je aannemers in? Wat is de beste promotie? Op wat voor manier ga je promoten? Hoe leer je de bevolking hoe ze moeten promoten? En waar leer je de bevolking dit? Hoe biedt je het product aan? Welk bedrag wordt er voor de filters gevraagd? Wat is het uiteindelijke product dat je ze levert? Zit er ook garantie op de filter?

Er is dus nog erg veel over te onderzoeken. Over het algemeen is er op dit gebied eindeloos onderzoek te doen naar promotie, duurzaamheid en de laagst mogelijke kostprijzen.

Dankwoord Onze dank gaat uit naar Leo Groendijk die het mogelijk heeft gemaakt dat we een onderwerp kregen voor ons profielwerkstuk. Hij heeft veel tijd in ons gestoken en we hebben veel van hem geleerd. Ook heeft Leo ons in contact gebracht met Bert Overmars. Waar onze dank ook naar uitgaat. Bert heeft ons ontzettend veel geholpen bij de proef. Hij heeft de faag voorbereid, die we door het filter heen hebben gehaald. Daarna heeft hij onze proef voorbereid door de spullen klaar te zetten en de Salmonella voor te bereiden. Ook heeft hij ons veel geholpen met het uitvoeren van de proef en heeft veel uitgelegd over wat we precies aan het uitvoeren waren. Door Bert snapten we heel goed wat een faag doet, hoe onze proef werkt en hoe een verdunningsreeks werkt. Daarnaast gaat onze dank uit naar het Van Hall Larenstein. Deze hogeschool heeft mogelijk gemaakt dat de leraren ons konden helpen. Ook mochten we gebruik maken van het aanwezige materiaal van het laboratorium op het van Hall.

9. Bronnenlijst

http://gainhelpt.nu/blog/2011/03/31/het-tekort-aan-schoon-water-in-afrika/ http://www.debeterewereld.nl/eten-drinken/er-wel-een-waterprobleem-afrika-2/ http://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/e-coli.aspx http://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/bacterien.aspx www.waterforeveryone.nl www.everresttech.net http://www.fablabmaastricht.nl/3d-printers-maak-ook-het-onmogelijke http://www.formatec.nl/nl/informatie/39-keramiek-printen.html http://www.consumentenbond.nl/test/elektronica-communicatie/computers/all-in-oneprinters/extra/3d-printen/ http://www.watercool.nl/waterfilters.html http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_filtering http://nl.wikipedia.org/wiki/Actieve_kool https://www.salusi.nl/waterfilter-thuis-kraanwater-filteren-zuiveren/ http://www.aquatechnic.nl/waterfilter_mineraalwater.html http://nl.wikipedia.org/wiki/Agar_(bindmiddel) http://nl.wikipedia.org/wiki/Bacteriofaag http://mens-en-gezondheid.infonu.nl/ziekten/131481-toxine-in-het-lichaam.html https://www.thuisarts.nl/roodvonk http://www.wageningenur.nl/nl/show/Botulisme.htm http://www.microbiologie.info/Lysogenie.html Onderzoeksrapport; Water quality - Detection and enumeration of beacteriophagesPart 1: Enumeratoin of F-specific RNA bacteriophages.

Bijlage I, voorstel promotie van waterfilters

Healthy water = healthy life

Bijlage II, Proefuitvoer

Bijlage III, onderzoek; Enumeration of F-specific RNA bacteriophages

Bijlage IV, projectformat Profielwerkstuk ‘de meesterproef…’

Profiel(len) & vakken waar het project

Profiel(len): Natuur & Gezondheid Vakken: Biologie en Aardrijkskunde

betrekking op heeft Heeft betrekking op beroep

Milieukunde (HBO), Microbiologie (HBO) en Watertechnologie (HBO)

/vervolgopleiding Meesterproeftitel

Zuiveringsefficiëntie van keramische waterfilters

Belangrijke data

Presentatie opzet PWS: 26 juni 2014

De opdrachtgever (naw) Opdrachtnemer Beschrijving meesterproef

Hypothese

Hoofdspecificaties

Leo Groendijk Iris de Wit en Ilja Huitema In 5 havo zullen we gaan werken aan het pws. We gaan onderzoek doen naar de verwijdering van E-coli en virussen uit het water met keramische waterfilters. Dit onderzoeken wij op het van Hall Larenstein te Leeuwarden. Dit wordt allemaal gedaan met behulp van de opdrachtgever. We hopen erachter te komen hoe goed de E-coli en virussen worden verwijderd uit het water door de waterfilters. En hoe we dit succesvol op de mensen over kunnen brengen, zodat zoveel mogelijk gezinnen in o.a. Afrika schoon drinkwater kunnen consumeren. We denken dat met de technologie van tegenwoordig er zeker een efficiënte familie-waterfilter ontwikkeld kan worden. Het probleem zal eerder liggen aan het feit hoe men de mensen overtuigd om gebruikt te gaan maken van de keramische waterfilters. We verwachten dat we met een kleine hoeveelheid geld een grote hoeveelheid mensen kunnen voorzien van familie-waterfilters. Ook verwachten wij dat de keramische familie-waterfilters de E-coli en virussen verwijderen. 1. Wat is de zuiveringsefficiëntie van de, door 3D geprinte, keramische waterfilters? 2. Hoe is het gesteld met de verwijdering van E-coli en virussen?

Deelspecificaties

3. Wat is de globale kostprijs van een geproduceerd filter? 4. Wat is de zuiveringscapaciteit van de filters in L/dag? 5. Hoe breng je de waterfilters doormiddel van reclame of promotie over naar de bevolking?

Keuzespecificaties

1. Maak een gepaste uitnodiging voor de genodigden om naar de presentatie van het profielwerkstuk te komen.

Opmerkingen

Met dit onderzoek worden wij geholpen door onze opdrachtgever Leo Groendijk. Hij zal ons begeleiden, en het onderzoek zal plaats vinden op het van Hall Larenstein te Leeuwarden.

Respect tonen richting de mensen, de keuze aan het volk overlaten

Rust en ruimte geven om te wennen aan het product

Gratis en vrijblijvend laten proberen

Hoe kunnen we de mensen het beste overtuigen?

De herkenbare gevolgen laten zien

Een vertrouwd persoon uit eigen gebied de voorlichting geven

Posters

Zowel, met letters als zonder letters proberen alles uit te leggen

Begeleiding aanbieden voor de mensen die de filter willen gaan gebruiken

Voorlichtinge n

Bijlage V, Woordspin

Bijlage VI, Hypothese/aanname

De onderzoeksvraag luidt: Wat is de zuivering efficiëntie van de, door de 3D geprinte, keramische waterfilter betreft bacteriofagen? Hypothese: •

Wij vermoeden dat de waterfilter wel bacteriën uit het water filtert. Door de ontzettend kleine gaatjes in het filter zal er alleen water doorheen kunnen.

•

We vermoeden ook dat het produceren van de keramische waterfilter nog in een begin stadium zit, en dat er waarschijnlijk nog wel enkele verbeterpunten zijn.

Conclusie na het onderzoek:

•

Onze eerste hypothese zullen we moten verwerpen. De keramische waterfilter filtert helaas niet genoeg bacteriofagen uit het water. Wel is er een verschil opgemerkt over de verstreken tijd.

•

De tweede hypothese is wel correct. Er is nog veel te verbeteren betreft keramische waterfilters.