Filtr biopiaskowy

Filtry Biosand wdrożone w Socorro w Gwatemali przez Engineers Without Borders z University of Illinois: Urbana-Champaign

Biosand filter (BSF) to punktowy system uzdatniania wody zaadaptowany z tradycyjnych powolnych filtrów piaskowych . Filtry Biosand usuwają patogeny i zawiesiny z wody za pomocą procesów biologicznych i fizycznych zachodzących w kolumnie piasku pokrytej biofilmem . Wykazano, że BSF usuwają metale ciężkie, zmętnienia, bakterie, wirusy i pierwotniaki. BSF zmniejszają również przebarwienia, zapach i nieprzyjemny smak. Badania wykazały korelację między stosowaniem BSF a zmniejszeniem częstości występowania biegunek . Ze względu na swoją skuteczność, łatwość użycia i brak powtarzających się kosztów filtry biopiaskowe są często uważane za odpowiednią technologię w krajach rozwijających się. Szacuje się, że na całym świecie używanych jest ponad 200 000 BSF.

Historia

Domowy filtr biopiaskowy został zaproponowany przez dr Davida Manza pod koniec lat 80. na Uniwersytecie Calgary w Kanadzie. System został opracowany na podstawie powolnego filtra piaskowego , technologii stosowanej do oczyszczania wody pitnej od XIX wieku. Wstępne testy laboratoryjne i terenowe przeprowadzono w 1991 roku; system został opatentowany w 1993 roku i został wdrożony w terenie w Nikaragui . Kanadyjska firma non-profit Center for Affordable Water and Sanitation Technology ( CAWST ) została współzałożona w 2001 roku przez Davida Manza i Camille Dow Baker w celu promowania edukacji i szkoleń w zakresie oczyszczania i sanitacji wody, w tym korzystania z tej technologii, oraz dalszego jej rozwoju.

Elementy filtra Biosand

Podstawowy schemat betonowego filtra BioSand

Filtry Biosand są zazwyczaj wykonane z betonu lub tworzywa sztucznego. W górnej części filtra szczelnie dopasowana pokrywa zapobiega przedostawaniu się zanieczyszczeń i niechcianych szkodników do filtra. Poniżej płyta dyfuzora zapobiega zakłóceniom biofilmu podczas wlewania wody do filtra. Następnie woda przepływa przez kolumnę piasku, która usuwa patogeny i zawieszone ciała stałe. Pod słupem piasku warstwa żwiru zapobiega przedostawaniu się piasku do warstwy drenażowej i zatykaniu rury wylotowej. Poniżej warstwy oddzielającej znajduje się warstwa drenażowa z grubszego żwiru, która zapobiega zatykaniu się w pobliżu podstawy rury wylotowej.

Proces filtracji

Patogeny i zawiesiny są usuwane w wyniku procesów biologicznych i fizycznych zachodzących w warstwie biologicznej i warstwie piasku. Te procesy obejmują:

  • Mechaniczne uwięzienie: zawieszone ciała stałe i patogeny są uwięzione w przestrzeniach między ziarnami piasku.
  • Drapieżnictwo: Patogeny są konsumowane przez mikroorganizmy w warstwie biologicznej.
  • Adsorpcja: Patogeny są adsorbowane między sobą oraz na zawiesinie w wodzie i ziarnach piasku.
  • Śmierć naturalna: Patogeny kończą swoje cykle życiowe lub umierają, ponieważ nie ma wystarczającej ilości pożywienia lub tlenu.

Podczas biegu

Wysoki poziom wody (wysokość hydrauliczna) w strefie zbiornika wlotowego przepycha wodę przez dyfuzor i filtr, a następnie obniża się, gdy woda przepływa równomiernie przez piasek. Szybkość przepływu zmniejsza się, ponieważ jest mniejsze ciśnienie, aby przepchnąć wodę przez filtr. Woda wlotowa zawiera rozpuszczony tlen, składniki odżywcze i zanieczyszczenia. Dostarcza tlenu potrzebnego mikroorganizmom w biofilmie. Duże zawieszone cząstki i patogeny są uwięzione w górnej części piasku i częściowo zatykają przestrzenie porów między ziarnami piasku. Powoduje to zmniejszenie natężenia przepływu.

Okres pauzy (czas bezczynności)

Czas bezczynności zazwyczaj obejmuje ponad 80% cyklu dobowego; w tym czasie procesy atenuacji drobnoustrojów prawdopodobnie będą znaczące. Większość usuwania występuje tam, gdzie woda styka się z biofilmem. Procesy zachodzące w biofilmie nie zostały zidentyfikowane. Gdy stojąca warstwa wody osiągnie poziom rury wylotowej, przepływ ustaje. W idealnym przypadku powinno to być wystarczająco wysokie, aby utrzymać wilgotność warstwy biologicznej w warstwie piasku i umożliwić dyfuzję tlenu przez stojącą wodę do warstwy biologicznej. Okres pauzy pozwala mikroorganizmom w biowarstwie na konsumpcję patogenów i składników odżywczych w wodzie. Szybkość przepływu przez filtr jest przywracana w miarę ich zużycia. Jeśli okres przerwy jest zbyt długi, biowarstwa pochłonie wszystkie patogeny i składniki odżywcze i obumrze, zmniejszając wydajność filtra przy ponownym użyciu. Okres pauzy powinien wynosić od 1 do 48 godzin. Patogeny w strefie niebiologicznej giną z powodu braku składników odżywczych i tlenu.

Konserwacja

Z biegiem czasu pomiędzy ziarnami piasku w filtrze gromadzą się cząsteczki. W miarę nalewania większej ilości wody, na górze płyty dyfuzora tworzy się biofilm. Oba te zjawiska powodują zmniejszenie natężenia przepływu (zatykanie i bioblokowanie ). Chociaż mniejsze prędkości przepływu generalnie poprawiają filtrację wody ze względu na czas bezczynności [APS1], dla wygody użytkowników może to być zbyt wolne. Jeżeli natężenie przepływu spadnie poniżej 0,1 litra/minutę, firma CAWST zaleca przeprowadzenie konserwacji. Technika „swirl and dump” lub bronowania na mokro służy do przywrócenia natężenia przepływu. Około 1 galona amerykańskiego (3,8 l) wlewa się do filtra przed czyszczeniem (zakładając, że filtr jest pusty). Górna warstwa piasku jest następnie wirowana ruchem okrężnym. Brudna woda z wirowania jest wylewana, a piasek jest wygładzany na górze. Proces ten jest powtarzany aż do przywrócenia szybkości przepływu. Zaleca się również regularne czyszczenie płyty dyfuzora, rurki wylotowej, pokrywy i zewnętrznych powierzchni filtrów. Długoterminowa trwałość i skuteczność filtrów biopiaskowych zależy od edukacji i wsparcia ze strony doświadczonego personelu pomocniczego.

Clean Water for Haiti, organizacja non-profit na Haiti, wdraża program edukacji i działań następczych po zainstalowaniu filtra biologicznego. Program obejmuje wizyty w domach beneficjentów po 1, 3 i 12 miesiącach oraz po 5 latach od daty instalacji. Podczas każdej wizyty beneficjenci otrzymują wielokrotne instruktaże dotyczące bezpiecznego korzystania z wody oraz dbania o filtr. Na podstawie danych zbieranych od 2010 r. od 94% do 99% filtrów jest nadal regularnie używanych po 12 miesiącach od instalacji.

Usuwanie zanieczyszczeń

Mętność

Wyniki redukcji zmętnienia różnią się w zależności od zmętnienia wody wpływającej. Mętna woda zawiera piasek, muł i glinę. Zmętnienie paszy w jednym badaniu wahało się od 1,86 do 3,9 NTU. W badaniach pobrano wodę z kranów próbnych stacji uzdatniania wody z trzech lokalnych zbiorników. Przelano go przez powolny filtr piaskowy, a wyniki pokazały, że zmętnienie spadło do średniej wartości 1,45 NTU. W innym badaniu z wykorzystaniem wód powierzchniowych zaobserwowano 93% redukcję zmętnienia. Wraz z dojrzewaniem biofilmu nad piaskiem zwiększa się usuwanie zmętnienia. Chociaż filtry z biopiaskiem usuwają dużo zmętnienia, wolne filtry piaskowe, które mają mniejszą szybkość filtracji, usuwają więcej.

Metale ciężkie

Badania nad usuwaniem metali ciężkich przez filtry z biopiaskiem są ograniczone. W badaniu przeprowadzonym w Afryce Południowej filtr usunął około 64% żelaza i 5% magnezu.

Bakteria

W badaniach laboratoryjnych stwierdzono, że filtr biosand usuwa około 98-99% bakterii. Podczas usuwania Escherichia coli stwierdzono, że filtr biopiaskowy może się zwiększać z powodu tworzenia się biofilmu przez około dwa miesiące. Usuwanie po tym czasie wahało się w granicach 97-99,99% w zależności od dobowej objętości wody i procentu dodawanego ścieku pierwotnego. Dodanie ścieków pierwotnych lub ścieków ułatwia wzrost biofilmu, który wspomaga wymieranie bakterii. Badania pokazują, że filtry biopiaskowe używane w terenie usuwają mniej bakterii niż filtry w kontrolowanym środowisku. W badaniach przeprowadzonych w 55 gospodarstwach domowych Bonao na Dominikanie średnia redukcja E. coli wyniosła około 93 procent.

Wirusy

Testy laboratoryjne wykazały, że chociaż filtry redukują znaczne ilości E. coli, usuwają znacznie mniej wirusów, ponieważ wirusy są mniejsze. W badaniu z użyciem bakteriofagów usuwanie wirusów wahało się od 85% do 95% po 45 dniach stosowania. Niedawne badanie sugeruje, że usuwanie wirusów znacznie wzrasta w czasie, osiągając 99,99% po około 150 dniach.

pierwotniaki

W jednym teście laboratoryjnym filtr biosand usunął ponad 99,9% pierwotniaków . W testach na jednym typie pierwotniaków, Giardia lamblia , filtr usunął 100% w ciągu 29 dni użytkowania. Usunął 99,98% oocyst innego pierwotniaka, Cryptosporidium sp. , być może ze względu na ich mniejszy rozmiar. To usuwanie było porównywalne z usuwaniem powolnego filtra piaskowego.

Korzyści zdrowotne

Badania przeprowadzone na Dominikanie i Kambodży przez University of North Carolina i University of Nevada pokazują, że stosowanie BSF zmniejszyło występowanie biegunek o 47% we wszystkich grupach wiekowych. W badaniu przeprowadzonym przez CAWST na Haiti, 95% ze 187 gospodarstw domowych uważało, że jakość ich wody poprawiła się od czasu zastosowania filtrów biopiaskowych do jej czyszczenia. 80% użytkowników stwierdziło, że stan zdrowia ich rodzin poprawił się od czasu wdrożenia. Takie postrzeganie zdrowia na temat korzystania z filtra biosand okazało się bardziej pozytywne w przypadku długoterminowych użytkowników.

Rodzaje filtrów biopiaskowych

Beton

betonowe są najbardziej rozpowszechnionym rodzajem filtrów biopiaskowych. Beton jest generalnie preferowany w stosunku do innych materiałów ze względu na niski koszt, szeroką dostępność i możliwość budowy na miejscu. Plany filtra do betonu są rozpowszechniane otwarcie przez CAWST. Opracowano kilka wersji. Filtr biosand CAWST w wersji 9 jest skonstruowany z wyższą maksymalną szybkością ładowania. Chociaż przefiltrowana woda spełnia standardy jakości wody EPA, nie jest optymalna. Ostatnie badania wykazały, że czas kontaktu wody z materiałem ziarnistym jest wiodącym wyznacznikiem w oczyszczaniu wody. Biosand filtr CAWST w wersji 10 bierze to pod uwagę; objętość zbiornika wodnego jest równa objętości przestrzeni porowej warstwy piasku. Maksymalne tempo ładowania zostało zmniejszone o 33%, aby zapewnić stały kontakt wody stojącej z materiałem ziarnistym.

Betonowe filtry BioSand są zazwyczaj produkowane przy użyciu stalowych form. Plany formy stalowej są otwarcie rozpowszechniane przez CAWST.

Clean Water for Haiti, organizacja non-profit z siedzibą w Camp Marie na Haiti, produkuje filtry z biopiaskiem, wykorzystując adaptację stalowej formy.

Organizacja non-profit OHorizons zaprojektowała drewnianą formę opartą na filtrze CAWST w wersji 10, która może funkcjonować jako tania alternatywa. Plany drewnianej formy są ogólnie dostępne na stronie internetowej OHorizons.

Plastikowy

Plastikowe filtry są zbudowane z plastikowych beczek, zwykle formowanych poza miejscem pracy. Filtry Hydraid Biosand są wykonane z tworzywa sztucznego klasy medycznej promieniowanie ultrafioletowe . TivaWater to najnowsza wersja plastikowego filtra biosand, która posiada kilka ważnych ulepszeń.

Stal nierdzewna

, że filtr biologiczny ze stali nierdzewnej opracowany przez inżynierów z SM Sehgal Foundation , organizacji pozarządowej z siedzibą w Gurugram (dawniej Gurgaon) w Indiach, działa lepiej niż jego betonowe odpowiedniki i ma szersze możliwości zastosowania i przyjęcia w różnych warunkach geograficznych. Wysoki koszt plastiku uniemożliwia jego stosowanie na obszarach wiejskich Indii. Filtr ze stali nierdzewnej, zwany JalKalp, oferuje zwiększoną szybkość filtracji i lepszą przenośność (niż modele betonowe) oraz lepszą kontrolę jakości produkcji. Filtry do betonu są podatne na pękanie i mogą być trudne w transporcie ze względu na wagę (65 kg), przez co nie nadają się szczególnie do odległych obszarów wiejskich lub pagórkowatych. Typowe problemy z jakością to różnice w materiałach konstrukcyjnych i wady produkcyjne. Ponadto wykwity spowodowane solami w wodzie skracają żywotność filtra do betonu. Nowo opracowany, lekki (4,5 kg) filtr biopiaskowy ze stali nierdzewnej ma przewagę nad filtrami betonowymi, pokonując wszystkie te wady i zapewniając lepszą kontrolę jakości. Oprócz poprawy wyglądu, stal nierdzewna zwiększa wytrzymałość, niezawodność, trwałość i mobilność filtra. Testy jakości wody wykazują skuteczność JalKalp przeciwko E coli, całkowitym bakteriom z grupy coli, zmętnieniu i zanieczyszczeniu żelazem. Ten filtr łączy bakteriobójcze właściwości miedzi z konwencjonalną filtracją. Wprowadzenie folii miedzianej w strefie drenażowej filtra JalKalp zwiększyło usuwanie wszystkich bakterii z grupy coli i E. coli do 100% z zanieczyszczonej wody. Fundacja SM Sehgal promuje model, który nie wymagał elektryczności, w całych Indiach poprzez partnerstwa z podobnie myślącymi organizacjami, aby przynieść korzyści jak największej liczbie rodzin wiejskich.

Istnieją wyzwania związane z tworzeniem filtrów do wody z biopiaskiem w krajach rozwijających się. Wielu nie ma profesjonalnych umiejętności konstruowania metalowych form do wlewania betonu. Znalezienie odpowiednich rozmiarów oczek do przesiewania warstw piasku może również być nieobecne. W Nikaragui można znaleźć metalowców zdolnych do spawania prętów zbrojeniowych do budowy domów, jednak nie znajdziesz sprzętu do gięcia blachy do tworzenia metalowych form. Piasek nie jest sprzedawany w sklepach ze sprzętem, jak w Stanach Zjednoczonych. Najprawdopodobniej jest kupowany przez ładunek zbierający z koryt strumieni lub dołów, a jedyna dostępna siatka to 1/4 cala, która jest za duża. Podróżując do kraju trzeciego świata, najlepiej zabrać ze sobą odpowiednie ekrany siatkowe.

Kolejnym problemem związanym z użyciem filtrów jest adopcja. Wiele projektów może zapewniać pomoc w budowie filtrów do wody, a niektóre mogą nawet je rozprowadzać, ale nakłonienie obywateli kraju przyjmującego do korzystania z filtrów wymaga znacznie większego poświęcenia. Ludzie muszą być połączeni z właścicielami filtrów do wody, aby nalegali, aby korzystali z urządzeń i przyzwyczaili ich do korzystania z nich. W przeciwnym razie kilka filtrów zostanie porzuconych i pozostawionych na drogach bez nadzoru. Samo rozdanie filtrów nie wystarczy do adopcji.

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Biosand_filter&oldid=1138218066 ”