Медленный песочный фильтр - Slow sand filter

Медленный песочный фильтр

Медленные песочные фильтры используются в очистка воды для лечения сырая вода произвести питьевой товар. 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 надежных характеристик, 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

Смотрите также: История водоснабжения и водоотведения
Оригинальная карта Джон Сноу показывая кластеры из холера дела в Лондонская эпидемия 1854 года.

Первое задокументированное использование песочные фильтры по очистке водопровода датируется 1804 годом, когда владелец отбеливателя в Пейсли, Шотландия Джон Гибб установил экспериментальный фильтр, продавая свои ненужные излишки публике.[1][2] Этот метод был усовершенствован в течение следующих двух десятилетий инженерами, работающими в частных компаниях водоснабжения, и он привел к появлению первого в мире очищенного водоснабжения общего пользования, установленного инженером. Джеймс Симпсон для Компания водоснабжения Челси в Лондоне в 1829 году.[3][4] Эта установка обеспечивала фильтрованную воду для каждого жителя района, а конструкция сети широко копировалась по всей территории. объединенное Королевство в последующие десятилетия.

Практика очистки воды вскоре стала общепринятой, и достоинства этой системы стали очевидны после исследований врача. Джон Сноу вовремя Вспышка холеры на Брод-стрит в 1854 г.. Сноу скептически относился к доминировавшей в то время теория миазмов в котором говорилось, что болезни были вызваны ядовитым «плохим воздухом». Хотя микробная теория болезни еще не был разработан, наблюдения Сноу заставили его отказаться от преобладающей теории. Его эссе 1855 года О способе общения холеры убедительно продемонстрировали роль водоснабжения в распространении эпидемии холеры в Сохо,[5] с использованием карта распределения точек и статистические доказательства, иллюстрирующие связь между качеством источника воды и случаями холеры. Его данные убедили местный совет отключить водяной насос, что быстро положило конец эпидемии.

В Закон о воде мегаполиса ввел регулирование водоснабжение компании в Лондон, включая минимальные стандарты качества воды впервые. Закон «предусматривал обеспечение подачи в Метрополию чистой и полезной воды» и требовал, чтобы вся вода «эффективно фильтровалась» с 31 декабря 1855 года.[6] За этим последовал закон об обязательной проверке качества воды, включая всесторонний химический анализ, в 1858 году. Этот закон создал всемирный прецедент для аналогичных государственных мероприятий в области здравоохранения во всех странах. Европа. В Столичная канализационная комиссия была сформирована в то же время, фильтрация воды была принята по всей стране, и новые водозаборы на Темза были установлены выше Замок Теддингтона.

Обработка воды пришла в США в 1872 году, когда Покипси, Нью-Йорк открыта первая установка медленной фильтрации песка,[7] резкое сокращение 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

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 студенистого слоя (или биопленка ) называется гипогеальный слой или Schmutzdecke в верхних нескольких миллиметрах слоя мелкого песка. В Schmutzdecke образуется в первые 10–20 дней эксплуатации[9] и состоит из бактерии, грибы, простейшие, коловратка и ряд личинок водных насекомых. По мере того как эпигеальная биопленка стареет, появляется больше водорослей и могут присутствовать более крупные водные организмы, в том числе некоторые мшанки, улитки и Аннелида 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, и растворимый органический материал задерживается. адсорбированный. 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, таким образом, 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 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]

Функции

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

Медленный 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 избыточность, поскольку желательно, чтобы максимально необходимая пропускная способность воды была достигнута при отключении одной или нескольких кроватей.
  4. Медленные песочные фильтры требуют относительно низкой мутность уровни, чтобы работать эффективно. В летних условиях с высокой микробной активностью и в условиях, когда сырая вода мутный, засорение фильтров из-за биоблоггинг 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]

Хотя многие муниципальные очистка воды на предприятиях будет одновременно использоваться 12 или более коек, в небольших общинах или домохозяйствах может быть только одна или две фильтровальные кровати.

В основании каждой кровати находится ряд елочка стоки, 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

  • Поскольку они не требуют или почти не требуют механической энергии, химикатов или сменных деталей, а также требуют минимального обучения оператора и лишь периодического обслуживания, они часто являются подходящая технология для бедных и изолированных территорий.
  • Медленные песочные фильтры, благодаря их простой конструкции, могут быть созданы. Сделай сам. Медленные песочные фильтры своими руками использовались в Афганистане и других странах для помощи бедным.[13]
  • Медленные песочные фильтры распознаются по Всемирная организация здоровья,[14] Oxfam,[15] и Агентство по охране окружающей среды США[16] как передовая технология для обработки поверхностных источников воды. 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] Во многих муниципальных системах США изначально использовались медленные песочные фильтры, но по мере роста городов и необходимости очистки исходных вод с высокой мутностью они впоследствии установили быстрые песочные фильтры, в связи с повышенным спросом на питьевую воду.[17]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Фильтрация водоснабжения (PDF), Всемирная организация здоровья
  2. ^ Бьюкен, Джеймс. (2003). Насыщенный гением: шотландское просвещение: момент разума Эдинбурга. Нью-Йорк: Харпер Коллинз.
  3. ^ «КРАТКАЯ ИСТОРИЯ СНЕЖНОЙ ЭПОХИ».
  4. ^ Кристман, Кейт. (1998). История хлора. Водный мир, 14 (8), 66–67.
  5. ^ Gunn, S. William A .; Мазеллис, Микеле (23 октября 2007 г.). Концепции и практика гуманитарной медицины. ISBN  9780387722641.
  6. ^ Закон об улучшении условий водоснабжения мегаполиса, (15 и 16 побед. C.84)
  7. ^ Джонсон, Джордж (март 1914 г.). «Современная практика фильтрации воды». Американская ассоциация водопроводных сооружений. 1 (1): 31–80. Дои:10.1002 / j.1551-8833.1914.tb14045.x. JSTOR  41224153.
  8. ^ "История | Водоочистное сооружение Покипси". pokwater.com. Станция очистки воды в Покипси. Получено 18 мая 2017.
  9. ^ а б Центр доступных технологий водоснабжения и санитарии, Руководство по фильтру биопесков: проектирование, строительство и установка, июль 2007 г.
  10. ^ а б Национальная информационная служба по питьевой воде (США), Моргантаун, Западная Вирджиния. «Медленная фильтрация песка». Tech Brief Fourteen, июнь 2000 г.
  11. ^ а б 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. ^ HDR Engineering (2001). Справочник по системам общественного водоснабжения. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 353. ISBN  978-0-471-29211-1. Получено 28 марта 2010.
  13. ^ Медленный песочный фильтр своими руками
  14. ^ «ВОЗ - Медленная песчаная фильтрация». Архивировано 6 апреля 2016 года.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  15. ^ «Электронный центр УВКБ ООН» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 16 марта 2006 г.
  16. ^ [1]
  17. ^ Логсдон, Гэри С. (2011). Практика фильтрации воды. Денвер, Колорадо: Американская ассоциация водопроводных сооружений. С. 1–2. ISBN  978-1613000847.

Рекомендации