Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Медленный песочный фильтр

Медленные песочные фильтры используются при очистке воды для обработки сырой воды с целью получения питьевого продукта. Обычно они имеют глубину от 1 до 2 метров, могут иметь прямоугольное или цилиндрическое поперечное сечение и используются в основном для очистки поверхностных вод. Длина и ширина резервуаров определяются требуемой скоростью потока фильтров, которые обычно имеют скорость загрузки от 200 до 400 литров в час на квадратный метр (или от 0,2 до 0,4 кубических метров на квадратный метр в час).

Медленные песочные фильтры отличаются от всех других фильтров, используемых для очистки питьевой воды, тем, что они работают за счет использования сложной биологической пленки, которая естественным образом растет на поверхности песка. Сам по себе песок не выполняет никакой функции фильтрации, а просто действует как субстрат, в отличие от своих аналогов для УФ-обработки и обработки под давлением. Хотя они часто являются предпочтительной технологией во многих развивающихся странах из-за их низких энергозатрат и высокой производительности, они также используются для очистки воды в некоторых развитых странах, таких как Великобритания , где они используются для очистки воды, подаваемой в Лондон . Медленные песочные фильтры в настоящее время также проходят испытания на предмет контроля патогенов в питательных растворах в гидропонных системах.

История [ править ]

Смотрите также: История водоснабжения и водоотведения
Оригинал карты на Джона Сноу с указанием кластеров из холерных случаев в лондонской эпидемии 1854 года .

Первое задокументированное использование песочных фильтров для очистки воды относится к 1804 году, когда владелец отбеливателя в Пейсли, Шотландия , Джон Гибб установил экспериментальный фильтр, продав свои ненужные излишки населению. [1] [2] Этот метод был усовершенствован в течение следующих двух десятилетий инженерами, работающими в частных компаниях водоснабжения, и его кульминацией стало создание первого в мире системы водоснабжения с очисткой воды, установленного инженером Джеймсом Симпсоном для компании Chelsea Waterworks в Лондоне в 1829. [3] [4] Эта установка обеспечивала фильтрованную воду для каждого жителя области, и дизайн сети был широко скопирован по всей Великобритании. в последующие десятилетия.

Практика очистки воды вскоре стала широко распространенной, и достоинства этой системы стали совершенно очевидны после исследований врача Джона Сноу во время вспышки холеры на Брод-стрит в 1854 году . Сноу скептически относился к господствовавшей в то время теории миазмов, согласно которой болезни вызываются ядовитым «плохим воздухом». Хотя микробная теория болезней еще не была разработана, наблюдения Сноу заставили его отказаться от преобладающей теории. Его эссе 1855 О режиме связи Холеры убедительно продемонстрировало роль водоснабжения в распространении эпидемии холеры в Сохо , [5] с использованием карты распределения точеки статистические доказательства, иллюстрирующие связь между качеством источника воды и случаями холеры. Его данные убедили местный совет отключить водяной насос, что быстро положило конец эпидемии.

Закон о водоснабжении мегаполиса впервые ввел регулирование деятельности компаний водоснабжения в Лондоне , включая минимальные стандарты качества воды. Закон «предусматривал обеспечение снабжения метрополии чистой и полезной водой» и требовал, чтобы вся вода «эффективно фильтровалась» с 31 декабря 1855 года. [6] За этим последовало законодательство об обязательной проверке качества воды. , включая комплексные химические анализы, в 1858 году. Этот закон создал всемирный прецедент для аналогичных государственных вмешательств в области общественного здравоохранения по всей Европе . Столичная комиссия коллекторовбыл сформирован в то же время, фильтрация воды была принята по всей стране, и новые водозаборы на Темзе были созданы выше шлюза Теддингтон .

Обработка воды пришла в Соединенные Штаты в 1872 году, когда в Покипси, штат Нью-Йорк, была открыта первая установка медленной фильтрации песка [7], которая резко снизила количество случаев холеры и брюшного тифа, которые серьезно повлияли на местное сообщество. Критерии дизайна Покипси использовались по всей стране в качестве модели для других муниципалитетов. Первоначальная очистная установка в Покипси работала непрерывно 87 лет, прежде чем была заменена в 1959 году [8].

Метод работы [ править ]

Неочищенная вода медленно поступает в фильтровальную камеру из трубы справа. Вода будет проходить сквозь слои песка на дно этой комнаты. Слой Шмуцдеке можно наблюдать на этом рисунке.

Медленные песочные фильтры работают за счет образования гелеобразного слоя (или биопленки ), называемого гипогеальным слоем или Schmutzdecke, в верхних нескольких миллиметрах тонкого слоя песка. Schmutzdecke формируется в течение первых 10-20 дней работы [9] и состоит из бактерий , грибов , простейших , коловраток и ряда личинок водных насекомых. По мере старения эпигеальной биопленки может развиваться больше водорослей и могут присутствовать более крупные водные организмы, включая некоторых мшанок , улиток и аннелид.черви. Поверхностная биопленка - это слой, который обеспечивает эффективную очистку при очистке питьевой воды, а нижележащий песок обеспечивает поддерживающую среду для этого слоя биологической очистки. Когда вода проходит через гипогеальный слой, частицы посторонних веществ захватываются слизистой матрицей, а растворимый органический материал адсорбируется . Загрязняющие вещества метаболизируются бактериями, грибами и простейшими. Вода, полученная из образцового медленного песочного фильтра, имеет отличное качество с уменьшением количества бактериальных клеток на 90–99%. [10]

Медленные песочные фильтры медленно теряют свои характеристики по мере утолщения биопленки, что снижает скорость потока через фильтр. В конце концов, необходимо обновить фильтр. Для этого обычно используются два метода. В первом случае соскребают верхние несколько миллиметров мелкого песка, чтобы обнажить новый слой чистого песка. Затем воду декантируют обратно в фильтр и рециркулируют в течение нескольких часов, чтобы дать возможность развиться новой биопленке. Затем фильтр заполняется до полного объема и снова вводится в эксплуатацию. [10]Второй метод, иногда называемый мокрым боронованием, заключается в понижении уровня воды до уровня чуть выше гипогеального слоя и перемешивании песка; таким образом осаждая любые твердые частицы, содержащиеся в этом слое, и позволяя оставшейся воде смыть песок. Затем фильтрующая колонна заполняется до отказа и снова вводится в эксплуатацию. Влажное боронование позволяет быстрее вернуть фильтр в эксплуатацию. [9]

Особенности [ править ]

Типовая конфигурация размещенной медленной системы фильтрации песка
Искусственная инфильтрация работает по принципу медленных песочных фильтров.

Медленные песочные фильтры обладают рядом уникальных качеств:

  1. В отличие от других методов фильтрации, медленные песочные фильтры используют биологические процессы для очистки воды и являются системами без давления. Медленные песочные фильтры не требуют использования химикатов или электричества.
  2. Очистка традиционно выполняется с помощью механического скребка, который обычно вбивается в фильтрующий слой после его высыхания. Однако некоторые операторы медленных песочных фильтров используют метод, называемый «мокрым боронованием», при котором песок соскребают, находясь под водой, а вода, используемая для очистки, сливается в отходы.
  3. Для муниципальных систем обычно существует определенная степень резервирования , поскольку желательно, чтобы максимальная требуемая пропускная способность воды была достижима при отключении одной или нескольких кроватей.
  4. Медленные песочные фильтры требуют относительно низких уровней мутности для эффективной работы. В летних условиях с высокой микробной активностью и в условиях, когда неочищенная вода мутная, засорение фильтров из-за биозагрязнения происходит быстрее, и рекомендуется предварительная обработка.
  5. В отличие от других технологий фильтрации воды, которые производят воду по требованию, медленные песочные фильтры производят воду с медленным, постоянным расходом и обычно используются в сочетании с резервуаром для хранения при пиковом использовании. Эта низкая скорость необходима для здорового развития биологических процессов в фильтре. [11] : 38–41 [12]

В то время как на многих муниципальных водоочистных сооружениях одновременно будет использоваться 12 и более койко-мест, в небольших общинах или домохозяйствах может быть только одна или две фильтровальные кровати.

В основании каждой грядки есть ряд желобов типа « елочка» , которые покрыты слоем гальки, которая, в свою очередь, покрыта крупным гравием. Сверху кладут следующие слои песка, а затем толстый слой мелкого песка. Вся глубина фильтрующего материала может составлять более 1 метра, большая часть которого представляет собой мелкий песчаный материал. Поверх песчаного слоя находится надосадочный слой неочищенной воды.

Преимущества [ править ]

  • Поскольку они требуют небольшого количества механической энергии, химикатов или сменных частей или совсем не требуют их, а также минимального обучения оператора и лишь периодического обслуживания, они часто являются подходящей технологией для бедных и изолированных районов.
  • Медленные песочные фильтры, благодаря своей простой конструкции, могут быть созданы своими руками . Медленные песочные фильтры своими руками использовались в Афганистане и других странах для помощи бедным. [13]
  • Медленные песочные фильтры признаны Всемирной организацией здравоохранения , [14] Oxfam , [15] и Агентство по охране окружающей среды Соединенных Штатов [16] как передовые технологии для обработки поверхностных водных источников. По данным Всемирной организации здравоохранения, «при подходящих обстоятельствах медленная фильтрация через песок может быть не только самым дешевым и простым, но и наиболее эффективным методом очистки воды».

Недостатки [ править ]

  • Из-за низкой скорости фильтрации песчаные фильтры с медленной скоростью требуют большой площади земли для большой муниципальной системы. [11] Многие муниципальные системы в США изначально использовали медленные песочные фильтры, но по мере роста городов и необходимости очистки воды из источников с высокой мутностью они впоследствии установили быстрые песочные фильтры из-за возросшего спроса на питьевую воду. [17]

См. Также [ править ]

  • Банковская фильтрация
  • Биопесчаный фильтр

Примечания [ править ]

  1. ^ Фильтрация водоснабжения (PDF) , Всемирная организация здравоохранения
  2. ^ Бьюкен, Джеймс. (2003). Насыщенный гением: шотландское просвещение: момент разума Эдинбурга. Нью-Йорк: Харпер Коллинз.
  3. ^ «КРАТКАЯ ИСТОРИЯ В ЭПОХУ СНЕГА» .
  4. ^ Кристман, Кейт. (1998). История хлора. Водный мир, 14 (8), 66–67.
  5. ^ Ганн, С. Уильям А .; Мазеллис, Микеле (23 октября 2007 г.). Концепции и практика гуманитарной медицины . ISBN 9780387722641.
  6. ^ Закон об улучшении положения о водоснабжении метрополии (15 и 16 Викт. C.84)
  7. ^ Джонсон, Джордж (март 1914 г.). «Современная практика фильтрации воды». Американская ассоциация водопроводных сооружений . 1 (1): 31–80. DOI : 10.1002 / j.1551-8833.1914.tb14045.x . JSTOR 41224153 . 
  8. ^ "История | Водоочистное сооружение Покипси" . pokwater.com . Водоочистное сооружение Покипси . Дата обращения 18 мая 2017 .
  9. ^ a b Центр доступных технологий водоснабжения и санитарии, Руководство по фильтру биопесков: проектирование, строительство и установка, июль 2007 г.
  10. ^ a b Национальная информационная служба по питьевой воде (США), Моргантаун, Западная Вирджиния. «Медленная фильтрация песка». Tech Brief Fourteen, июнь 2000 г.
  11. ^ a b Агентство по охране окружающей среды США (EPA) (1990). Цинциннати, Огайо. «Технологии модернизации существующих или проектирования новых очистных сооружений питьевой воды». Документ №. EPA / 625 / 4-89 / 023.
  12. Перейти ↑ HDR Engineering (2001). Справочник по системам общественного водоснабжения . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 353. ISBN 978-0-471-29211-1. Проверено 28 марта 2010 года .
  13. ^ Медленный песочный фильтр своими руками
  14. ^ «ВОЗ - Медленная фильтрация песка» . Архивировано 6 апреля 2016 года.CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  15. ^ "Электронный центр УВКБ ООН" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 марта 2006 года.
  16. ^ [1]
  17. ^ Логсдон, Гэри С. (2011). Практика фильтрации воды . Денвер, Колорадо: Американская ассоциация водопроводных сооружений. С. 1–2. ISBN 978-1613000847.

Ссылки [ править ]

  • «Подробнее: вода (медленный песочный фильтр)» . Проект лагеря беженцев - . Врачи без границ. Архивировано из оригинала 28 июля 2007 года . Проверено 27 марта 2007 года .
  • «Медленная фильтрация песка» , Всемирная организация здравоохранения, 1974 ISBN 92-4-154037-0 
  • "Руководство Верховного комиссара ООН по делам беженцев (УВКБ ООН) по воде для беженцев" , Женева, ноябрь 1992 г. Рекомендации по медленным песчаным фильтрам перечислены на стр. 38.
  • «Список технологий для малых систем, соответствующих правилу очистки поверхностных вод» , Агентство по охране окружающей среды США, EPA 815-R-97-002, август 1997 г. Медленная фильтрация песка указана на стр. 24.
  • Рейнольдс, Фрэнсис Дж., Изд. (1921). «Фильтр-слой»  . Новая энциклопедия Кольера . Нью-Йорк: P. F. Collier & Son Company.