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 требуемым расходом 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 с использованием сложной биологической пленки, которая естественным образом растет на поверхности песка. Сам 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
Первое задокументированное использование песочных фильтров для очистки водоснабжения относится к 1804 году, когда владелец отбеливателя в Пейсли, Шотландия , Джон Гибб установил экспериментальный фильтр, продав свои ненужные излишки публике. [1] [2] Этот метод был усовершенствован в течение следующих двух десятилетий инженерами, работавшими в частных компаниях водоснабжения, и он привел к созданию первого в мире очищенного водопровода для коммунального водоснабжения, установленного инженером Джеймсом Симпсоном для компании Chelsea Waterworks Company в Лондоне в г. 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 общепринятой, и достоинства этой системы стали 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, которая утверждала, что 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 вспышке.
Закон о воде 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
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 и тем самым снижают 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 образовалась новая биопленка. Затем фильтр заполняется до полного объема и возвращается 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 промывать песок. Затем фильтрующая колонна заполняется на полную мощность и снова вводится в эксплуатацию. Влажное боронование позволяет быстрее вернуть фильтр в эксплуатацию. [9]
Особенности
Медленные песочные фильтры обладают рядом уникальных качеств:
- В отличие от других методов фильтрации, медленные песочные фильтры используют биологические процессы для очистки воды и являются системами без давления. Для работы песочных фильтров медленного действия не требуются химикаты или электричество.
- 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 соскабливается, находясь под водой, а вода, используемая для очистки, сливается в отходы.
- Для муниципальных систем обычно существует определенная степень резервирования , поскольку желательно, чтобы максимальная требуемая пропускная способность воды была достижима при отключении одной или нескольких кроватей.
- Медленные песочные фильтры требуют относительно низких уровней мутности для эффективной работы. В летних условиях с высокой микробной активностью и в условиях, когда исходная вода мутная, засорение фильтров из-за биозагрязнения происходит быстрее, и рекомендуется предварительная обработка.
- 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 многие муниципальные водоочистные сооружения будут иметь 12 или более кроватей, используемых одновременно, небольшие общины или домохозяйства могут иметь только один или два фильтрующих слоя.
В основании каждой грядки есть ряд желобов типа « елочка» , покрытых 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
- Поскольку они требуют небольшого количества механической энергии, химикатов или сменных деталей 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
- Из-за низкой скорости фильтрации песчаные фильтры с медленной скоростью требуют большой площади земли для большой муниципальной системы. [11] Многие муниципальные системы в США первоначально 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
- Банковская фильтрация
- Фильтр Biosand - технология фильтрации воды на основе медленных песочных фильтров.
- Капельный фильтр - Тип системы очистки сточных вод с неподвижным слоем камней или аналогичным материалом.
Примечания
- ^ Фильтрация водоснабжения (PDF) , Всемирная организация здравоохранения
- ^ Бьюкен, Джеймс. (2003). Насыщенный гением: шотландское просвещение: момент разума Эдинбурга. Нью-Йорк: Харпер Коллинз.
- ^ «КРАТКАЯ ИСТОРИЯ В ЭПОХУ СНЕГА» .
- ^ Кристман, Кейт. (1998). История хлора. Водный мир, 14 (8), 66–67.
- ^ Ганн, С. Уильям А .; Мазеллис, Микеле (23 октября 2007 г.). Концепции и практика гуманитарной медицины . ISBN 9780387722641.
- ^ Закон об улучшении положения о водоснабжении метрополии (15 и 16 Викт. C.84)
- ^ 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 .
- ^ "История | Водоочистное сооружение Покипси" . pokwater.com . Водоочистное сооружение Покипси . Дата обращения 18 мая 2017 .
- ^ a b Центр доступных технологий водоснабжения и санитарии, Руководство по фильтру биопесков: проектирование, строительство и установка, июль 2007 г.
- ^ a b Национальная информационная служба по питьевой воде (США), Моргантаун, Западная Вирджиния. «Медленная фильтрация песка». Tech Brief Fourteen, июнь 2000 г.
- ^ 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.
- 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 .
- ^ Медленный песочный фильтр своими руками
- ^ «ВОЗ - Медленная фильтрация песка» . Архивировано 6 апреля 2016 года.CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
- ^ "Электронный центр УВКБ ООН" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 марта 2006 года.
- ^ [1]
- ^ Логсдон, Гэри С. (2011). Практика фильтрации воды . Денвер, Колорадо: Американская ассоциация водопроводных сооружений. С. 1–2. ISBN 978-1613000847.
Ссылки
- «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 приведена на стр. 24.
- Рейнольдс, Фрэнсис Дж., Изд. (1921). . Новая энциклопедия Кольера . Нью-Йорк: P. F. Collier & Son Company.