Langsomt sandfilter - Slow sand filter

Langsomt sandfilter

Sakte sandfiltre brukes i vannrensing for behandling av råvann for å produsere et drikkevare . De er vanligvis 1 til 2 meter dype, kan være rektangulære eller sylindriske i tverrsnitt og brukes hovedsakelig til behandling av overflatevann. Lengden og bredden på tankene bestemmes av strømningshastigheten som filtrene ønsker, som vanligvis har en lastningshastighet på 200 til 400 liter per time per kvadratmeter (eller 0,2 til 0,4 kubikkmeter per kvadratmeter per time).

Sakte sandfiltre skiller seg fra alle andre filtre som brukes til å behandle drikkevann ved at de fungerer ved å bruke en kompleks biologisk film som vokser naturlig på overflaten av sanden. Sanden i seg selv utfører ingen filtreringsfunksjon, men fungerer ganske enkelt som et substrat, i motsetning til sine kolleger for UV- og trykksatte behandlinger. Selv om de ofte er foretrukket teknologi i mange utviklingsland på grunn av deres lave energikrav og robuste ytelse, brukes de også til å behandle vann i noen utviklede land, for eksempel Storbritannia , hvor de brukes til å behandle vann som leveres til London . Sakte sandfiltre blir nå også testet for patogenkontroll av næringsoppløsninger i hydroponiske systemer.

Historie

Se også: Historie om vannforsyning og sanitet
Originalt kart av John Snow som viser klyngene av kolera -tilfeller i London -epidemien i 1854 .

Den første dokumenterte bruken av sandfiltre for å rense vannforsyningen stammer fra 1804, da eieren av et blekemiddel i Paisley, Skottland , John Gibb, installerte et eksperimentelt filter laget av ingeniør Robert Thom , og solgte sitt uønskede overskudd til publikum. Denne metoden ble forbedret i de følgende to tiårene av ingeniører som jobbet for private vannbedrifter, og den kulminerte med den første behandlede offentlige vannforsyningen i verden, installert av ingeniør James Simpson for Chelsea Waterworks Company i London i 1829. Denne installasjonen ga filtrert vann for hver innbygger i området, og nettverksdesignet ble mye kopiert i hele Storbritannia i de påfølgende tiårene.

Praksisen med vannbehandling ble snart vanlig, og systemets dyder ble sterkt synlige etter undersøkelsene av legen John Snow under kolerautbruddet i Broad Street 1854 . Snow var skeptisk til den da dominerende miasma-teorien som uttalte at sykdommer var forårsaket av skadelige "dårlige lufter". Selv om kimteorien om sykdom ennå ikke var utviklet, førte Snows observasjoner til at han diskonterte den rådende teorien. Hans essay fra 1855 om kommunikasjonsmåten for kolera demonstrerte endegyldig vannforsyningens rolle i spredningen av koleraepidemien i Soho , med bruk av et prikkfordelingskart og statistisk bevis for å illustrere sammenhengen mellom kvaliteten på vannkilden og kolera saker. Hans data overbeviste lokalrådet om å deaktivere vannpumpen, som umiddelbart avsluttet utbruddet.

The Metropolis Water Act innført regulering av vannforsyningsselskaper i London , inkludert minimumsstandarder for vannkvalitet for første gang. Loven "fastsatte bestemmelser for å sikre forsyningen til Metropolis av rent og sunt vann", og krevde at alt vann "effektivt filtreres" fra 31. desember 1855. Dette ble fulgt opp med lovgivning for obligatorisk inspeksjon av vannkvaliteten, inkludert omfattende kjemiske analyser, i 1858. Denne lovgivningen skapte en verdensomspennende presedens for lignende statlige helseintervensjoner over hele Europa . Den Metropolitan kommisjonen fra kloakk ble dannet på samme tid, ble vann filtrering vedtatt over hele landet, og nye vanninntak på Themsen ble etablert over Teddington Lock .

Vannbehandling kom til USA i 1872 da Poughkeepsie, New York , åpnet det første sakte sandfiltreringsanlegget, noe som drastisk reduserte forekomster av kolera og tyfus som hadde alvorlig innvirkning på lokalsamfunnet. Poughkeepsies designkriterier ble brukt over hele landet som modell for andre kommuner. Poughkeepsies opprinnelige behandlingsanlegg opererte kontinuerlig i 87 år før det ble erstattet i 1959.

Driftsmetode

Råvannet slippes sakte inn i filterrommet fra røret til høyre. Vannet vil passere gjennom sandlagene ned til bunnen av dette rommet. Schmutzdecke -laget kan sees på dette bildet.

Sakte sandfiltre fungerer gjennom dannelsen av et geléaktig lag (eller biofilm ) som kalles hypogeallaget eller Schmutzdecke i de øverste få millimeterne av det fine sandlaget. Den Schmutzdecke er dannet i de første 10-20 dagene av drift, og omfatter bakterier , sopp , protozoer , rotifera og en rekke vanninsektlarver. Etter hvert som en epigeal biofilm eldes, har flere alger en tendens til å utvikle seg, og større vannlevende organismer kan være tilstede, inkludert noen bryozoa , snegler og Annelid -ormer . Overflaten biofilm er laget som gir effektiv rensing i drikkevannsbehandling, den underliggende sanden gir støttemediet for dette biologiske behandlingslaget. Når vann passerer gjennom hypogeallaget, blir partikler av fremmedlegemer fanget i den mucilaginøse matrisen og løselig organisk materiale blir adsorbert . Forurensningene metaboliseres av bakterier, sopp og protozoer. Vannet som produseres fra et eksemplarisk sakte sandfilter er av utmerket kvalitet med 90–99% reduksjon av bakterieceller.

Sakte sandfiltre mister sakte ytelsen etter hvert som biofilmen tykner og reduserer derved strømningshastigheten gjennom filteret. Etter hvert er det nødvendig å pusse opp filteret. To metoder brukes ofte for å gjøre dette. I den første skrapes de øverste millimeterene med fin sand for å avsløre et nytt lag med ren sand. Vann dekanteres deretter tilbake i filteret og sirkuleres på nytt i noen timer for å la en ny biofilm utvikle seg. Filteret fylles deretter til fullt volum og tas i bruk igjen. Den andre metoden, noen ganger kalt våtharving, innebærer å senke vannstanden til like over hypogeallaget, røre i sanden; dermed utfelles alle faste stoffer som holdes i det laget og lar det gjenværende vannet skylle gjennom sanden. Filterkolonnen fylles deretter til full kapasitet og tas i bruk igjen. Våtharving kan gjøre at filteret kan tas i bruk raskere.

Funksjoner

Typisk konfigurasjon av et sakte sandfiltersystem
Kunstig infiltrasjon fungerer etter prinsippene for sakte sandfiltre

Sakte sandfiltre har en rekke unike kvaliteter:

  1. I motsetning til andre filtreringsmetoder bruker sakte sandfiltre biologiske prosesser for å rense vannet, og er systemer uten trykk. Sakte sandfiltre krever ikke kjemikalier eller elektrisitet for å fungere.
  2. Rengjøring utføres tradisjonelt ved bruk av en mekanisk skrape, som vanligvis drives inn i filterrommet når sengen er tørket ut. Noen langsomme sandfilteroperatører bruker imidlertid en metode som kalles "våtharving", hvor sanden skrapes mens den fortsatt er under vann, og vannet som brukes til rengjøring tømmes til avfall.
  3. For kommunale systemer er det vanligvis en viss grad av redundans , siden det er ønskelig at den maksimale nødvendige gjennomstrømningen av vann er oppnåelig med en eller flere senger ute av drift.
  4. Sakte sandfiltre krever relativt lave turbiditetsnivåer for å fungere effektivt. I sommerforhold med høy mikrobiell aktivitet og i forhold når råvannet er grumset, skjer blending av filtrene på grunn av bioklossing raskere, og forbehandling anbefales.
  5. I motsetning til andre vannfiltreringsteknologier som produserer vann på forespørsel, produserer sakte sandfiltre vann med en langsom, konstant strømningshastighet og brukes vanligvis sammen med en lagertank for maksimal bruk. Denne langsomme hastigheten er nødvendig for en sunn utvikling av de biologiske prosessene i filteret.

Mens mange kommunale vannbehandlingsarbeider vil ha 12 eller flere senger i bruk til enhver tid, kan mindre lokalsamfunn eller husholdninger bare ha en eller to filtersenger.

I bunnen av hver seng er en rekke sildebensavløp som er dekket med et lag med småstein som igjen er dekket med grov grus. Ytterligere lag med sand legges på toppen etterfulgt av et tykt lag med fin sand. Hele dybden på filtermaterialet kan være mer enn 1 meter i dybden, hvorav størstedelen vil være fint sandmateriale. På toppen av sandbedet sitter et supernatant lag med urenset vann.

Fordeler

  • Siden de krever liten eller ingen mekanisk kraft, kjemikalier eller utskiftbare deler, og de krever minimal opplæring av brukeren og bare periodisk vedlikehold, er de ofte en passende teknologi for fattige og isolerte områder.
  • Sakte sandfiltre, på grunn av sin enkle design, kan lages DIY . DIY-sakte sandfiltre har blitt brukt i Afghanistan og andre land for å hjelpe de fattige.
  • Sakte sandfiltre er anerkjent av Verdens helseorganisasjon , Oxfam og United States Environmental Protection Agency som overlegen teknologi for behandling av overflatevannskilder. Ifølge Verdens helseorganisasjon, "Under passende omstendigheter kan langsom sandfiltrering ikke bare være den billigste og enkleste, men også den mest effektive metoden for vannbehandling."

Ulemper

  • På grunn av den lave filtreringshastigheten krever langsomme sandfiltre et omfattende areal for et stort kommunalt system. Mange kommunale systemer i USA brukte opprinnelig sakte sandfiltre, men etter hvert som byer har vokst, og på grunn av deres behov for å behandle vann med høy turbiditet, installerte de deretter raske sandfiltre på grunn av økt etterspørsel etter drikkevann.

Se også

Merknader

Referanser