Песок коэффициент фильтрации: Определение коэффициента фильтрации песка | Коэффициент фильтрации

Наибольший коэффициент фильтрации в песках с крупными фракциями. Невысокий показатель свидетельствует о наличии примесей. Особенно невысокое значение фильтрации, если в состав материала входит глина.

Сыпучие породы хорошего качества пропускают через себя жидкость практически без препятствий. Они незаменимые при масштабном производстве цементных растворов.

Определение коэффициента

Для выявления величины используются специальные приспособления. Процедура расчета позволяет узнать, на какую глубину выложенного слоя песка опустится вода за сутки.

Измерение коэффициента фильтрации производится согласно ГОСТ. Сам процесс не составляет сложности.

Приборы

Для вычислений показателя водопроницаемости сыпучего материала используются такие измерительные инструменты:

• секундомер;
• весы лабораторные;
• линейка;
• термометр электрический.

Также для проведения процедуры требуется специальный прибор КФ-00М. Такое оборудование в свою конструкцию включает:

• мерный баллон из стекла;
• трубку для фильтрации, высота которой не меньше 10 сантиметров, а диаметр 56,5 миллиметра;
• цилиндр для сыпучего материала;
• дно с отверстиями;
• сетки латунные;
• муфту;
• подставку.

Также к прибору прилагается планка, на которой обозначена шкала градиентов напора. Такое приспособление позволяет выполнить расчеты согласно нормам, указанным в ГОСТ 8736.

Порядок проведения процедуры

При подборе всех необходимых инструментов можно перейти к процессу испытаний. Перед проведением опыта воду и песок, которые будут использоваться, предварительно оставляют на несколько часов, чтобы они приобрели одинаковую комнатную температуру воздуха. При этом сыпучий материал пропускают через сито для удаления частиц размером более пяти миллиметров.

Процедура определения скорости проникновения сквозь песок жидкости выполняется в такой последовательности:

1. На сетку латунную надеть пропитанный водой марлевый отрез. После этого дно и подготовленную сетку подсоединить к мерной трубке. При этом прибор для измерения водопроницаемости зернистого материала должен быть размещен на ровной поверхности.
2. Засыпать в трубку с измерительной шкалой песок. Вносить сыпучий материал нужно порционно. Первую часть поместить в приспособление и утрамбовывать. После этого острым предметом разрыхлить верхний слой и всыпать вторую порцию песка. Третий пласт добавляется аналогично предыдущему.
3. Затем измеряется расстояние от края мерной трубки до верхней точки утрамбованного песка. Для точности замеры проводятся в нескольких местах, и вычисляется среднее значение. При этом расстояние не должно превышать десяти сантиметров. Если показатель дистанции больше указанного, то песок следует опять слегка утрамбовать.

Получив результат можно приступать к вычислению значения водопроницаемости взятого образца песка.

Расчеты

Чтобы узнать значение коэффициента следует сделать замеры:

1. В трубку с измерительными разметками влить воду. Жидкость должна доходить до отметки пять миллиметров от нуля.
2. Зафиксировать время просачивания воды сквозь дно прибора со специальными отверстиями. Делать это нужно с помощью секундомера.

Засекать время фильтрации жидкости следует не менее четырех раз. Каждое новое измерение должно проходить с изначальным пополнением воды в трубке до пяти миллиметров. Результатом проведения данных операций является среднее значение из всех установленных показателей. Такие действия позволят определить, за сколько времени вода опустится ниже пяти сантиметров.

В процессе проведения эксперимента необходимо следить, чтобы жидкость не опускалась ниже поверхности песка. Иначе все замеры будут не точными, и опыт нужно будет проводить с самого начала.

При этом определяется плотность сухой почвы в трубке:

P = m1/ (V (1+W))

где m1 – масса песка, V –объем сыпучего материала в приборе, W – влажность используемого песка. Согласно вычислениям полученная разность плотности в трубке материала к максимальной изначальной его плотности не должна быть свыше 0,02 грамм на сантиметр кубический. При превышении показателя опыты проводятся заново.

Отследить соотношение уровня падения жидкости от начальной величины напора можно просмотреть в таблицах представленных ГОСТ. Показатели в них указываются в зависимости от градиента напора. Значение коэффициента фильтрации объявлены при условии максимального уровня плотности и оптимальной величины влажности.

Данный метод исследования имеет особую важность при строительстве дорог, аэродромных покрытий или дренажных устройств различного типа.

С помощью определения коэффициента фильтрации можно определить пригодность материала к использованию и его морозостойкие качества, что особенно важны при масштабных укладках дорожных оснований.

Значение коэффициента фильтрации для разного типа песка

Каждый вид грунта имеет разный показатель коэффициента водопроницаемости. Точная информация содержит я в приложениях ГОСТ 25584. Характеристика жидкости при этом на значение водопроницаемости сыпучего материала не имеет никакого влияния.

Показания изменяются в зависимости от размера зерен в песке и его составных частей, включая тип примесей.

Коэффициент проницаемости воды песка добываемого из карьера соответствует 0,5-7 метров в сутки. Это обусловлено наличием в нем различных глины, пыли и других примесей, которые задерживают воду. Поэтому в строительной сфере такой материал практически не используется.

После очистки песка из карьера с помощью воды коэффициент водопроницаемости намного повышается. При этом улучшается качество материала. Показатель фильтрации воды в песке карьерном намытом равняется от 5 до 20 метров за сутки, а средний размер зерен не больше 1,5 миллиметров. Благодаря таким характеристикам очищенную сыпучую породу можно использовать для всех строительных работ.

Мелкофракционный песок, через который вода просачивается за двадцать четыре часа на 1-10 метров, обширно используется для производства строительных сухих смесей. Если в нем присутствуют примеси, то коэффициент фильтрации заметно понижается.

Довольно высокий показатель водопроницаемости у крупнозернистого песка. Это связано с тем, что между большого размера частицами скапливается много воздуха, который способствует свободному передвижению жидкости.

Коэффициент фильтрации помогает установить характеристику песка. Водопроницаемость с высоким показателем указывают на чистоту сыпучей породы и ее пригодность использованию в строительной сфере.  Ведь от качества применяемого природного материала зависит надежность и эксплуатационный срок построек.

Коэффициент фильтрации песка

Сфер применения песка существует более десятка. Большое их количество объясняется универсальными свойствами этого природного материала.

Производство строительных смесей и растворов, устройство дорог, организация насыпей, жилищное строительство, безопасность движения локомотивов, пожаротушение, пескоструйные обработки, химическая промышленность, ландшафтный дизайн, изготовление стекла…

Перечислять области его использования можно долго, однако в каждом случае следует отнестись внимательно к выбору вида песка и к его характеристикам.

Одним из важных свойств песка наряду с модулем крупности, объемно-насыпной массой и содержанием глинистых частиц является коэффициент фильтрации. Определяют этот показатель при максимальной плотности материала в условиях оптимальной влажности.

Если влажность повышена, показатель будет более низкий, чем при нормальных условиях.

Если влажность низкая, коэффициент фильтрации будет более высокий.

Что показывает коэффициент фильтрации?

Основная суть показателя – демонстрация водопроницаемости песка, то есть его способность пропускать воду. Скорость ее прохода рассчитывается с учетом гидравлического градиента, который равен единице.

Единица измерения – метры в сутки. В итоге цифра показывает, какое расстояние проходит вода сквозь песок за 24 часа.

Данный показатель важно знать для того, чтобы оценить проникающую способность песка, а следовательно, и его качество. Самая низкая пропускная способность у глины, коэффициент фильтрации которой равен нулю.

Низкий показатель свидетельствует о том, что количество глинистых примесей большое, а значит, и сферы применения значительно сужаются, поскольку использование песка такого качества будет негативно сказываться на прочности конструкций.

Самый высокий показатель коэффициента фильтрации у песка с крупными зернами, поскольку между песчинками содержится много воздуха, позволяющего воде свободнее продвигаться.

Коэффициенты фильтрации разных видов песка

Разные виды песка характеризуются различными свойствами, а следовательно, коэффициент фильтрации у них тоже разный:

• Карьерный песок – 0,5-7 м в сутки.
• В намывном, промытом большим количеством воды, содержание глинистых, пылевидных частиц невысокое. Песок средней крупности (среднее зерно равняется приблизительно 2-2,5 мм) обеспечивает более высокий показатель коэффициента фильтрации – 5-20 м в сутки, мелкой крупности (1-2 мм) – более низкий (1-10 м в сутки).

Таблицы ГОСТов указывают коэффициенты фильтрации разных видов песка. Повышение качества этого строительного материала возможно благодаря специальным способам очистки, в результате применения которых глинистые частицы отделяются.

——————————————————————————————————————
Наша компания продает и доставляет песок в объеме от 10 до 1000 кубов день, если вам нужен этот сыпучий материал, то предлагаем обратить внимание на нас, у нас доступные цены и сжатые сроки поставки. Чтобы заказать, вам необходимо пройти по ссылке песок оптом и в розницу.

определение для дорожного строительства, ПГС ГОСТ 25584 средней крупности, таблица грунтов

Песок является в какой-то степени уникальным материалом, который используется во многих отраслях, включая строительство, сельское хозяйство и т. д. Он повсеместно используется для приготовления цементных и бетонных растворов, для строительства дорог, зданий и насыпей. Приобретая песок, нужно уделять внимание некоторым его характеристикам, среди которых можно отметить модуль крупности, наличие примесей и глины в песке, а также коэффициент уплотнения и  фильтрации. О последнем параметре и пойдет речь в данной статье.

Что это такое – коэффициент фильтрации песка по ГОСТу и почему его используют в строительстве, ремонтно-дорожных работах и др.

Люди, которые весьма отдаленно знакомы со спецификой такого материала, как песок, задаются вопросом – что такое коэффициент фильтрации песка? Если говорить понятным языком, без лишней терминологии, то этот показатель свидетельствует о прохождении жидкости через слой песка.

Иными словами, речь идет о водонепроницаемости данного материала. Определение скорости просачивания воды через песок определяется под влиянием гидравлического градиента. Как правило, его значение равно единице. Данный показатель измеряется в м/сут (метрах в сутки).

Коэффициент фильтрации

Получается, что конечная величина говорит о том расстоянии, которое проходит вода сквозь слой песка за 24 часа. Если показатель оказывается меньше 1, то такой песок считается недостаточно высокого качества.

Сыпучий материал не подойдет для использования в строительстве фундаментов и несущих конструкций. Для остальных же целей он вполне пригоден.

От чего зависит данный показатель

Коэффициент фильтрации песка очень важен для оценки его качественных характеристик, а также проникающей способности.

Знание данного показателя позволяет определить область применения песка, ведь для каждой отрасли и цели есть свои определенные требования.

Если показатель оказывается максимальным, то это говорит о том, что в таком песке практически отсутствуют различные примеси и глина. Соответственно, если песчинки крупные, а состав более чистый, то такой песок обладает меньшей прочностью, что является преимуществом.

Если порода обладает такими характеристиками, то жидкость проходит через нее без препятствий. Данное обстоятельство позволяет использовать цементный раствор при масштабном строительстве, производстве, заливке фундаментов, стяжки пола и для кладки.

Заливка фундамента

Если у песка низкое значение коэффициента, то это говорит о присутствии в составе песка глины и крупных песчинок. Это ведет к увеличению водонепроницаемости материала, ведь вода практически не проходит через глину.

Да, такой песок будет обладать высокой прочностью, но его можно будет использовать только в весьма узких и специфических работах. Это неудивительно, ведь при приготовлении любых растворов используется вода, а такой песок затрудняет данные процессы.

Характеристики

Песчинки карьерного песка характеризуются коэффициентом, находящимся в диапазоне от 0,5 до 7 метров за сутки. Данный коэффициент в таблице достаточно средний, поэтому такой песок не может использоваться для масштабных строительств.

Карьерный

Намытый песок представляет больший интерес в этом плане, ведь материал проходит тщательную обработку и очистку с помощью воды. Это позволяет вымыть из состава примеси и глину, а сам коэффициент фильтрации песка средней крупности составляет от 5 до 20 метров за 24 часа.

Намытый

При этом, размер песчинки составляет не более 2,5 мм. Такой песок используется в тех видах работы, где присутствие глиняных примесей строго запрещено.

Размер фракций песка равный 1-2 мм характеризуется тем, что его пропускная способность составляет от 1 до 10 метров за 24 часа. Такой вид песка считается наиболее предпочтительным, поэтому его используют в ремонтных и отделочных работах.

Естественно, все это сказывается и на его стоимости.

Определение коэффициента пылеватого песка, средней крупности и др. – испытание метода

Определение коэффициента фильтрации карьерного, кварцевого песка происходит с помощью специального опыта с использованием простейших предметов. Данное испытание позволяет узнать глубину, на которую вода просачивается сквозь слой песка за 24 часа.

Согласно ГОСТ 8736, данный метод должен проводиться с использованием следующих инструментов:

• прибор КФ-00М;
• лабораторные весы;

Лабораторные весы

• электрический термометр;

Электрический термометр

Секундомер

Прибор КФ-00М представляет собой конструкцию, состоящую из:

• фильтрационная трубка высотой не менее 10 см и диаметром 56,5 мм;
• перфорированное дно с отверстиями;
• муфта с латунными сетками.
• мерный стеклянный баллон.

Определение коэффициента фильтрации песка, согласно ГОСТ, проходит следующим образом:

• мерная трубка прибора заполняется песчаным материалом;
• перфорированное дно и латунную сетку прикрепляем к фильтрационной трубке. На сетку необходимо предварительно надеть смоченную в воде марлю. Сам же прибор устанавливается на стол или любую другую ровную поверхность;
• насыпаем песок в мерную трубку, после чего утрамбовать материал. Помните, что песок нужно засыпать партиями, поэтому можно разделить общее количество на три части. Перед загрузкой следующей партии, верхний слой песка в трубке слегка разрыхлить с помощью ножа или любого другого острого предмета;
• далее нужно измерить расстояние от крайней точки мерной трубки и поверхности песка в ней. Уровень песка не всегда может быть одинаковым, поэтому измерение лучше проводить в нескольких точках, после чего определять средний показатель;
• если расстояние оказывается более десяти сантиметров, то нужно еще немного утрамбовать песок.

• в мерную трубку нужно налить жидкость до уровня в 5 мм выше нулевой отметки;
• когда вода начнет просачиваться через перфорированное дно, нужно засечь время с помощью секундомера.

Эти манипуляции позволяют определить временной промежуток, за который жидкость опускается ниже уровня 5 см. Повторять это нужно не менее четырех раз, каждый раз наливая воду на 5 миллиметров выше.

Чтобы показатель был наиболее точным, нужно взять усредненное значение из всех совершенных манипуляций.

Помните, что категорически запрещено допускать падения жидкости в трубке ниже уровня песка. В противном случае, весь опыт окажется бесполезным.

При использовании полусухой стяжки пола можно быстро сформировать основу напольного покрытия. Полусухая стяжка пола – это качество, быстрота и эффективность.

При проведении ремонтных работ в обязательном порядке производят штукатурку стен. Тут узнаете, сколько сохнет штукатурка на стенах.

Цемент является главным строительным материалом при строительстве любого сооружения. Здесь ознакомитесь как развести и какие пропорции песка и цемента.

ГОСТ 25584 содержит информацию об определенном коэффициенте песка для каждого из видов данного материала. В частности, коэффициент фильтрации песка пылеватого составляет от 0,1 до 2 метров в сутки. Это очень небольшой показатель, поэтому сфера применения такого материала крайне ограничена.

Установленный ГОСТ позволяет значительно упростить определение сферы использования конкретного вида песка. Так, карьерный песок обладает низким показателем фильтрации, поэтому он может использоваться лишь для штукатурных работ, где особо не важны данные показатели.

Более подробно о определении коэффициента фильтрации песка смотрите на видео:

Заключение

Для более фундаментальных отраслей строительства можно также использовать карьерный песок, но прошедший определенную очистку водой. Он может использоваться в кирпичном и бетонном производстве, укладке бордюр и т.д.

Для более серьезных целей, таких как строительство дорог и зданий, лучше всего использоваться морской песок. В среднем, коэффициент фильтрации такого песка составляет от 10 до 20 метров в сутки, что вполне пригодно для дорожного строительства.

Естественно, данный коэффициент фильтрации песка напрямую зависит от модуля крупности, поэтому нужно учитывать это обстоятельство до проведения непосредственных работ.

Песок как фильтрующий материал

При использовании песка в качестве фильтрующего материала играют роль два важных фактора; размер зерна песка и глубина песчаного слоя. Оба имеют важное влияние на бактериологическое и физическое качество воды.

Размер зерна песка

В большинстве литературных источников рекомендуется, чтобы эффективный размер песка, используемого для непрерывно работающих медленных песочных фильтров (COSSF), был в диапазоне 0,15 — 0,35 мм, а коэффициент однородности — в диапазоне 1,5 — 3, хотя коэффициент желательно меньше 2 (Schulz and Okun, 1984 [ref.01] Ссылка 01: Schulz, C.R .; Окунь, Д.А. (1984). Очистка поверхностных вод для сообществ в развивающихся странах. IT, Лондон. с.193. Доступно на сайте www.developmentbookshop. com).

Песок, используемый для медленных песочных фильтров, предпочтительно должен быть округлым и не содержать глины, почвы или органических веществ. При необходимости песок перед использованием необходимо промыть. Если ожидается, что сырая вода будет иметь высокий уровень углекислого газа, то песок должен содержать менее 2% кальция и магния в пересчете на карбонаты.Это сделано для предотвращения образования пустот в среде, если кальций и магний удаляются раствором (Huisman and Wood, 1974 [ссылка 02] Ссылка 02: Huisman, L; Wood, WE (1974). Медленно Sand Filtration . ВОЗ, Женева, Швейцария, стр. 52. Доступен в ВОЗ).

Влияние размера песка на микробиологическое качество
Результаты некоторых исследований непрерывно работающих песчаных фильтров с медленной скоростью показали, что существует возможность ослабления типичных значений, которые использовались в качестве ориентиров при проектировании медленных песочных фильтров.Одно из таких исследований (Muhammad et al, 1996 [ref. 03] Ref.03: Muhammad, N .; Ellis, K .; Parr, J .; Smith, MD (1996). Оптимизация медленной фильтрации песка . Достижение недостигнутого: вызовы 21 века. 22-я конференция WEDC, Нью-Дели, Индия, 1996. стр. 283-5. Доступно онлайн здесь), выполненная на более крупнозернистом песке с постоянным коэффициентом однородности 2, показала, что эффективность очистки (для удаления бактерий, мутности и цвета) медленных песочных фильтров не очень чувствительны к размеру песка до 0.45 мм, хотя при уменьшении размера песка наблюдалось небольшое повышение эффективности обработки. Они пришли к выводу, что с точки зрения эффективности удаления аргумент в пользу использования очень мелкого песка не является веским.

Идеальный диапазон для коэффициента однородности, кажется, варьируется — например, Ellis (1987) [ref.04] Ref.04: Ellis, K.V. (1987). «Медленная фильтрация песка», WEDC J. Developing World Water , Vol 2, pp 196-198. рекомендует коэффициент однородности в пределах 1. 7–3, предпочтительно менее 2,7. На практике кажется, что песок, который и мельче, и крупнее, чем рекомендованный диапазон, все же обеспечивает приемлемые результаты с точки зрения фильтрации в непрерывно работающих системах (Barrett, 1989 [ref.05] Ref.05: Barrett, JM (1989) ) Улучшение медленной фильтрации теплой воды песком с использованием крупного песка (докторская диссертация, Университет Колорадо, США).

Однако большая часть этих исследований проводилась только на непрерывно работающих системах песочных фильтров.Напротив, исследования, проведенные на фильтрах с прерывистым режимом работы, похоже, действительно указывают на важность размера песка.

Исследование выполнено Jenkins et al (2009, [ссылка 10] Ссылка 10: Jenkins, MW; Tiwari, SK; Darby, J .; Nyakash, D .; Saenyi, W .; Langenbach, K. (2009). Фильтр BioSand для улучшения качества питьевой воды в сообществах высокого риска в водоразделе Нджоро, Кения. Research Brief 09-06-SUMAWA, Глобальная программа поддержки совместных исследований в области животноводства . Калифорнийский университет в Дэвисе, США. Доступно здесь.; 2011, [ссылка 11] Ссылка 11: Jenkins, M.W .; Tiwari, S.K .; Дарби, Дж. (2011) Удаление бактерий, вирусов и мутности путем периодической медленной фильтрации песком для домашнего использования в развивающихся странах: экспериментальное исследование и моделирование. Окончательный вариант представленной статьи . Департамент гражданской и экологической инженерии, Калифорнийский университет, Дэвис, США. Черновик доступен здесь, а опубликованная статья доступна на ScienceDirect.Плакат, представленный на конференции по очистке воды в домашних условиях в 2008 году, также хорошо иллюстрирует полученные результаты и доступен здесь.) Было обнаружено, что фильтры с более мелким песком (D10 0,17 мм) значительно лучше справляются с удалением бактерий и вирусов, чем фильтры с более крупным песком. (D10 0,52 мм). Подробнее об их исследованиях влияния размера песка и гидравлической нагрузки. Исследование проведено Logan et al (2001) [ref. 06] Ref.06: Logan, A.J .; Стевик, Т.К .; Зигрист, Р.L .; Рённ, Р. (2001). Транспорт и судьба ооцист Cryptosporidium parvum в прерывистых песочных фильтрах. Вт. Res . Vol. 35, No. 18, pp. 4359-4369. на колоннах периодического песчаного фильтра из 60-сантиметрового песка показали, что колонки с мелкозернистым песком (D10 0,16 мм) эффективно удаляют ооцисты криптоспоридий в различных исследованных условиях, при этом низкие концентрации ооцист редко обнаруживаются в сточных водах. Колонки с крупнозернистой средой (D10 0,90 мм) давали большее количество ооцист, которые обычно наблюдались в сточных водах независимо от рабочих условий.Факторный анализ дизайна показал, что размер зерна был переменной, которая больше всего влияла на концентрацию вытекающих ооцист в этих прерывистых фильтрах.

Глубина песчаного пласта

При медленной фильтрации песка вертикальная высота песчаного слоя, через который должна проходить вода, важна с точки зрения эффективности фильтрации. Причинами этого являются наличие биологической активности в песчаном фильтре, которая, как известно, происходит на глубине до 0,5 м в песчаном пласте, и доступная площадь поверхности для механической фильтрации и химических реакций.

Глубина песчаного слоя, предназначенная для песчаного фильтра, должна как минимум отражать эту зону биологической активности. В более крупнозернистых песках требуется увеличенная глубина песчаного слоя, так как глубина активности будет увеличиваться. Однако увеличенная глубина слоя может способствовать лучшей фильтрации, поскольку большая площадь поверхности обеспечивает более тесный контакт между составляющими сырой воды, тем самым ускоряя химические реакции (поверхностный катализ). Обычно эту площадь поверхности увеличивают за счет использования более мелкого песка.Тем не менее, площадь поверхности с таким же успехом может быть увеличена за счет увеличения глубины фильтрующего слоя, но, если отметить, что на глубине 0,6 м песок, содержащий зерна с эффективным диаметром 0,15 мм, представляет собой ту же площадь поверхности, что и глубина 1,4 м. песка с размером зерна 0,35 мм, очевидно, что применение более мелкого песка является более экономичным методом (Huisman and Wood, 1974 [ссылка 02] Ссылка 02: Huisman, L; Wood, WE (1974). Медленная фильтрация песка . ВОЗ, Женева, Швейцария.стр.52. Доступно в ВОЗ).

Влияние глубины песка на бактериологическое качество
Bellamy et al, (1985) [ref.07] Ref.07: Bellamy, W.D .; Hendricks, D.W .; Лонгсдон, Г.С. (1985) Медленная фильтрация песка: влияние отдельных технологических параметров. Журнал Американской ассоциации водопроводных сооружений 77 (12), стр 62-66. предположил, что высоту песка можно уменьшить до 0,48 м без изменения эффективности бактериологического удаления. Однако Мухаммад и др. (1996 [ref.03] Ref.03: Muhammad, N .; Ellis, K .; Parr, J .; Смит, доктор медицины (1996). Оптимизация медленной фильтрации песка . Достижение недостигнутого: вызовы 21 века. 22-я конференция WEDC, Нью-Дели, Индия, 1996. С. 283-5. Доступно в Интернете здесь) пришел к выводу, что большая часть бактериологической очистки происходит в пределах 400 мм слоя песка.

Они обнаружили, что бактериологическая обработка не очень чувствительна к глубине песчаного слоя (таблица 3), что позволяет предположить, что постоянно работающий медленный песчаный фильтрующий слой может быть сокращен еще больше до нуля.40 м и по-прежнему обеспечивают удовлетворительное бактериологическое качество воды. Другие исследования подтверждают, что большинство биологических процессов происходит в верхних 0,4 м песчаного пласта (ASCE, 1991 [ref.08] Ref.08: ASCE (1991). Медленная фильтрация песка. Logsdon, GS (Ed). Американское общество инженеров-строителей, Нью-Йорк, США). Однако, хотя это в целом верно, эффективность бактериологической обработки становится более чувствительной к глубине с более крупными размерами песка, потому что общая площадь поверхности внутри фильтра уменьшается в песчаном слое с более крупными зернами, а также более высокие скорости потока, потенциально увеличивающие прорыв.

Интересно, что Фердауси и Болкланд (2000) [ref.09] Ref.09: Ferdausi, S.A .; Болкланд, В. (2000). Доработка конструкции песочного фильтра пруда. WEDC Вода, санитария и гигиена: вызовы тысячелетия. 26-я конференция WEDC, Дакка, Бангладеш, стр. 212-5. Доступно на сайте www.wedc.lboro.ac.uk, было обнаружено, что адекватное удаление фекальных колиформных бактерий — менее 10 на 100 мл в фильтрах для прудов, которые имеют глубину песчаного дна только около 30 см.

Влияние глубины песка на удаление ооцист Cryptosporidium
Исследования, проведенные Logan et al (2001) [см.06] Ссылка 06: Logan, A.J .; Стевик, Т.К .; Siegrist, R.L .; Рённ, Р. (2001). Транспорт и судьба ооцист Cryptosporidium parvum в прерывистых песочных фильтрах. Вт. Res . Vol. 35, No. 18, pp. 4359-4369. на колоннах периодического песчаного фильтра с 60-сантиметровым песком показали, что, хотя размер зерна был переменной, которая больше всего влияла на концентрацию сточных вод ооцист, глубина песка также была важна для удаления и стала более важной для более крупных песков (D10 0,90 мм). Фильтры с мелкозернистым песком, которые работали при различных гидравлических нагрузках (от 4 до 20 см), по-прежнему не имели ооцист глубже 10-15 см верхних слоев песка.Для сравнения, в более крупнозернистом песке ооцисты были обнаружены на глубинах от 20 см (гидравлическая нагрузка 4 см) до 60 см (гидравлическая нагрузка 10 и 20 см). Следовательно, глубина песчаного пласта становится все более важной для более крупных песков и становится критической в ​​сочетании с гидравлическими нагрузками 10 или 20 см.

Влияние глубины песка на мутность и удаление цвета
Хотя бактериологическое качество воды не сильно улучшается после 0,4 м песчаного слоя, было обнаружено, что эффективность удаления мутности и окраски определенно улучшается, когда глубина слоя превышает 0.4м. Это показывает, что адсорбция происходит по всей фильтровальной колонне в очищающей воде. Следовательно, уменьшение глубины песчаного пласта вызывает уменьшение общей площади поверхности песчинок, и в конечном итоге общая адсорбционная способность снижается (Muhammad, et al, 1996 [ref. 03] Ref.03: Muhammad, N .; Ellis , К .; Парр, Дж.; Смит, Мэриленд (1996). Оптимизация медленной фильтрации песка . Достижение недостигнутого: проблемы 21 века. 22-я конференция WEDC, Нью-Дели, Индия, 1996.С. 283-5. Доступно онлайн здесь)

Влияние глубины песка на удаление азотистых органических соединений
Хотя большая часть бактериологической очистки происходит в основном в верхней части фильтра 0,4 м, это не означает, что биологическая активность ниже 400 мм отсутствует. Было обнаружено, что биохимическое окисление азотистых органических соединений не зависит от размера песка и скорости фильтрации, но зависит от достаточной глубины песчаного слоя. Эти соединения не были полностью окислены в пределах верхнего 0.4 м (Muhammad et al, 1996 [ref.03] Ref.03: Muhammad, N .; Ellis, K .; Parr, J .; Smith, MD (1996). Оптимизация медленной фильтрации песка . недостигнутые: вызовы 21 века, 22-я конференция WEDC, Нью-Дели, Индия, 1996. стр. 283-5. Доступно онлайн здесь).

Артикул:

Ссылка 01: Schulz, C.R .; Окунь, Д.А. (1984). Очистка поверхностных вод для сообществ в развивающихся странах. IT, Лондон. с.193. Доступно на сайте www.developmentbookshop.com

Ссылка 02: Huisman, L; Вуд, W.E. (1974). Медленная фильтрация песка. ВОЗ, Женева, Швейцария. стр.52. Доступен в ВОЗ

Ссылка 03: Muhammad, N .; Ellis, K .; Parr, J .; Смит, доктор медицины (1996). Оптимизация медленной фильтрации песка. Достижение недостигнутого: вызовы 21 века. 22-я конференция WEDC, Нью-Дели, Индия, 1996. С. 283-5. Доступно онлайн здесь

Ссылка 04: Эллис, К.В. (1987). «Медленная фильтрация песка», WEDC J. Развитие водных ресурсов мира , том 2, стр. 196–198.

Ссылка 05: Барретт, Дж. М. (1989) Улучшение медленной фильтрации теплой воды песком за счет использования крупного песка. Кандидатская диссертация, Университет Колорадо, США.

Ссылка 06: Logan, A.J .; Стевик, Т.К .; Siegrist, R.L .; Рённ, Р. (2001). Транспорт и судьба ооцист Cryptosporidium parvum в прерывистых песочных фильтрах. Вт. Res . Vol. 35, No. 18, pp. 4359-4369.

Ссылка 07: Bellamy, W.D .; Hendricks, D.W .; Лонгсдон, Г.С. (1985) Медленная фильтрация песка: влияние отдельных технологических параметров. Журнал Американской ассоциации водопроводных сооружений 77 (12), стр 62-66.

Ссылка 08: ASCE (1991). Медленная песчаная фильтрация . Логсдон, Г.С. (Эд). Американское общество инженеров-строителей, Нью-Йорк, США.

Ссылка 09: Ferdausi, S.A .; Болкланд, В. (2000). Доработка конструкции песочного фильтра пруда. WEDC Вода, санитария и гигиена: вызовы тысячелетия.26-я конференция WEDC, Дакка, Бангладеш, стр. 212-5. Доступно на сайте www.wedc.lboro.ac.uk

Ссылка 10: Jenkins, M.W .; Tiwari, S.K .; Darby, J .; Някаш, Д .; Saenyi, W .; Лангенбах, К. (2009). Фильтр BioSand для улучшения качества питьевой воды в сообществах высокого риска в водоразделе Нджоро, Кения. Research Brief 09-06-SUMAWA, Глобальная программа поддержки совместных исследований в области животноводства . Калифорнийский университет в Дэвисе, США. Доступно здесь.

Ссылка 11: Дженкинс, М.W .; Tiwari, S.K .; Дарби, Дж. (2011) Удаление бактерий, вирусов и мутности путем периодической медленной фильтрации песком для домашнего использования в развивающихся странах: экспериментальное исследование и моделирование. Окончательный вариант представленной статьи . Департамент гражданской и экологической инженерии, Калифорнийский университет, Дэвис, США. Черновик доступен здесь, а опубликованная статья доступна на ScienceDirect. Плакат, представленный на конференции по очистке воды в домашних условиях в 2008 году, также хорошо иллюстрирует полученные данные и доступен здесь.

2,5 Системы фильтрации

Системы фильтрации в основном используются для очистки воды для бытовых нужд. Несколько типов систем фильтрации широко используются в развивающихся странах по всему миру, особенно в Латинской Америке и Карибском бассейне. К ним относятся бытовые фильтры, медленные и быстрые песочные фильтры и двойные фильтры. Предварительные фильтры с вертикальным потоком с гравийной средой, испытанной в Гватемале, и контактные фильтры с восходящим потоком для твердых частиц, используемые в Бразилии, имеют потенциал для будущего использования.

Конструкция и применение различных типов фильтров зависит от объема, расхода и качества поступающей воды; желаемая степень очистки воды; и использование фильтрованной воды. Наличие фильтрующих материалов и квалифицированный персонал также являются факторами, которые следует учитывать при выборе подходящей системы фильтрации.

Обычно качество получаемой воды можно улучшить за счет механической деформации через пористый материал, такой как песок или гравий.В зависимости от размера пор и природы фильтрующего материала с помощью натяжения или фильтрации можно удалить значительную часть нежелательного содержимого питательной воды: взвешенные и коллоидные вещества, бактерии и другие микроорганизмы, а иногда и определенные химические вещества. В качестве фильтрующего материала может использоваться любой пористый химически стабильный материал, но чаще всего используется песок (кремнезем и гранат). Песок дешев, инертен, прочен и широко доступен. Он был тщательно протестирован и показал отличные результаты.(Были использованы другие материалы, некоторые из которых описаны ниже; другие, такие как технологии обратного осмоса, описанные ранее, также являются специализированной формой фильтрации.)

Техническое описание

· Фильтры для жилых помещений

Бытовые фильтры — это распространенная форма фильтрации. Они могут быть как самодельными, так и приобретенными в магазинах. Самодельные фильтры обычно состоят из трубы или ванны, заполненной песком или гравием, в то время как коммерческие системы обычно имеют раму из нержавеющей стали с соответствующими соединениями, которые делают установку и эксплуатацию относительно простыми.Многие коммерческие фильтры содержат фильтрующие материалы, отличные от песка или гравия.

Основной формой бытового фильтра, используемого в сельской местности без коммунального водоснабжения, является баковый фильтр. Фильтр для ванны состоит из двух ванн из глины или глины, керамики или пластика, соединенных вместе. В верхнем баке находится фильтрующая среда (песок, гравий, уголь, камень и т. Д.), В которую наливается очищаемая вода. Он перемещается через фильтрующую среду через отверстия в основании верхнего бака в нижний бак, где он хранится до использования.Смеситель обычно устанавливается в нижней ванне для удобного доступа. Самодельные фильтры, такие как бак-фильтр, обычно изготавливаются из местных материалов. Например, в Сальвадоре они состоят из бетонной трубы диаметром примерно 0,5 м и длиной 1 м, снабженной перфорированной трубой, которая помещается на дно фильтра в 10-сантиметровый слой гравия и соединяется к трубе с внутренним диаметром 3/4 дюйма, из которой извлекается фильтрованная вода. Гравий перекрыт 60 см песка.И гравий, и песок перед использованием очищают и сушат на солнце. В Мексике фильтры для жилых помещений построены из пористой вулканической породы, собранной в деревянную раму и защищенную экраном. В Доминиканской Республике бытовые фильтры устанавливаются в точке слива резервуаров для хранения или в точке, где вода попадает в дома. Рама этих фильтров обычно изготавливается из нержавеющей стали со слоями песка, кварцитового гравия, антрацита и активированного угля в качестве фильтрующих материалов.

· Песочные фильтры медленного действия

Медленный песочный фильтр состоит из водонепроницаемой коробки, снабженной нижним дренажем, который поддерживает фильтрующий материал и равномерно распределяет поток через фильтр. Для системы дренажа использовалось множество различных сред. Для этой цели использовались кирпичи, камень и даже бамбук; бамбук, однако, требует частой замены, поскольку он органический и подвержен разложению. Эффективный размер песка, используемого в медленных песочных фильтрах, составляет около 0.2 мм и может находиться в диапазоне от 0,15 мм до 0,35 мм с коэффициентом однородности от 1,5 до 3,0. В зрелом дне на поверхности песка образуется слой водорослей, планктона и бактерий. Стенки фильтра могут быть бетонными или каменными. Наклонные стены, врытые в землю и поддерживаемые или защищенные арматурой из проволочной сетки и песчано-битумным покрытием, могли бы стать экономически эффективной альтернативой бетону. В некоторых странах Латинской Америки, таких как Эквадор и Сальвадор, используется бетон, армированный минимальным количеством железа (ферроцемент).Входы и выходы должны быть снабжены контроллерами для поддержания постоянного уровня сырой воды и скорости фильтрации. Размер боковых труб составляет от 2 до 8 дюймов, а нижние стоки обычно составляют от 10 до 30 дюймов. Нижние стоки состоят из системы коллекторов и боковых труб. Рисунок 26 представляет собой схему типичного медленного песочного фильтра.

Успешная работа песочного фильтра медленного действия зависит, главным образом, от улавливания неорганических взвешенных веществ за счет фильтрующего действия песка. Степень фильтрации, обычно применяемая в развивающихся странах, колеблется в пределах 2.5 и 6,0 м ³ / м ² / сутки. Более высокие нормы могут быть использованы после того, как серия тестов продемонстрирует хорошее качество сточных вод. Система должна быть гибкой и состоять из ряда отдельных блоков, чтобы можно было проводить техническое обслуживание без прерывания водоснабжения. Предлагаемое количество единиц для данного размера популяции колеблется от двух единиц для населения в 2 000 человек до шести единиц для населения в 200 000 человек.

· Песочные фильтры Rapid

Песочные фильтры быстрой очистки отличаются от песчаных фильтров медленной скорости размером используемого материала.Размер среды в песчаных фильтрах быстрой очистки может составлять от 0,35 до 1,0 мм с коэффициентом однородности от 1,2 до 1,7. Типичный размер может составлять 0,5 мм, а эффективный размер — от 1,3 до 1,7 мм. Этот диапазон размеров среды продемонстрировал способность справляться с мутностью в диапазоне от 5 до 10 NTU при расходах до 4,88 м ³ / м ² / ч. Скорость фильтрации для быстрых фильтров может достигать 100-300 м ³ / м ² / день, или примерно в 50 раз больше скорости медленного песочного фильтра.Количество фильтров, используемых для конкретной установки, варьируется от 3 фильтров для установки производительностью 50 л / с до 10 фильтров для установки производительностью 1 500 л / с.

Типичный скоростной песочный фильтр состоит из открытого водонепроницаемого резервуара, содержащего слой песка толщиной от 60 до 80 см, опирающийся на слой гравия. Гравий, в свою очередь, поддерживается системой дренажа. В отличие от песчаного фильтра с медленной скоростью, песок сортируется в конфигурации с быстрым фильтром. Песок восстанавливается каждый раз при обратной промывке фильтра с самым мелким песком в верхней части слоя.Система нижнего дренажа, в дополнение к тем же функциям, что и медленный фильтр, служит для равномерного распределения промывочной воды по слою. Система нижнего дренажа может состоять из перфорированных труб, трубы и сетчатого фильтра, блоков из керамической плитки с отверстиями, пористых пластин и т. Д. Под фильтрами (или в отдельной конструкции) обычно располагается прозрачный колодец, чтобы обеспечить постоянное количество на выходе. Минимальное количество фильтрующих блоков в системе — два. Площадь помещения обычно менее 150 м ² .Отношение длины к ширине составляет 1,25: 1,35.

· Двойные или мультимедийные фильтры

Двухслойная фильтрация использует два слоя, верхний из антрацита и нижний из песка, для удаления остаточных биологических льдин, содержащихся в осевших, вторично очищенных сточных водах, и остаточных химико-биологических льдинах после квасцов, железа или извести. осадки на очистных сооружениях питьевой воды. Он также используется для третичной или независимой физико-химической обработки отходов в США и других странах.Гравитационные фильтры работают с использованием либо имеющегося напора от предыдущей установки очистки, либо напора, созданного путем перекачивания питательной воды в проточную ячейку над ячейками фильтра. Блок фильтров состоит из открытого водонепроницаемого резервуара; фильтр СМИ; структуры для поддержки СМИ; устройства распределения и сбора приточных, сточных и промывных вод; устройства дополнительной очистки; и необходимые средства управления для последовательного потока воды, уровней и обратной промывки.

Рисунок 26: Система медленной фильтрации песка.

Источник: Эдвард Дж. Мартин, Справочник по соответствующей технологии водоснабжения и водоотведения для Латинской Америки и Карибского бассейна, Вашингтон, округ Колумбия, ПАОЗ и ИБР, 1988 г.

· Контактный фильтр для твердых частиц с восходящим потоком

Эти установки устраняют необходимость в отдельных флокуляторах и отстойниках, поскольку они выполняют разделение жидких и твердых веществ, фильтрацию и удаление шлама в едином технологическом процессе. Коагуляция и флокуляция выполняются в гранулированной среде (например, в слое гравия под слоем песка).Использование флокулянтов улучшает результаты фильтрации. Этот процесс должен быть ограничен сырой водой с низкой мутностью (до 50 JTU) и не более 150 мг / л взвешенных веществ. Он широко используется, особенно в Бразилии. Эти фильтры предназначены для скоростей фильтрации от 120 до 150 м ³ / м ² / день.

Объем использования

Как самодельные, так и коммерческие бытовые фильтры обычно используются в развивающихся странах, где качество воды для бытовых нужд оставляет желать лучшего.Сальвадор, Доминиканская Республика и Мексика способствовали использованию этих типов фильтров. Как правило, в большинстве стран Латинской Америки для очистки воды используются бытовые фильтры, особенно в сельской местности.

Песочные фильтры медленного и быстрого действия использовались в сельской местности Ла Пинера, Сальвадор. В Эквадоре медленные песчаные фильтры широко используются как для поверхностных, так и для подземных вод. Системы фильтрации с использованием вертикальных реакторов со слоями гравия были испытаны в качестве средств предварительной фильтрации на водоочистных сооружениях в муниципалитетах Кабаньяс и Закапа, Гватемала.Быстрые песочные фильтры сложнее в эксплуатации, чем аналогичные песчаные фильтры с медленной скоростью, но они широко используются, особенно в районах с высокой мутностью и где требования к земле могут быть важным фактором при проектировании. Обычные установки быстрой песчаной фильтрации широко доступны и широко используются в Латинской Америке и других развивающихся странах по всему миру.

Двойные или мультимедийные фильтры доступны только в развивающихся странах, где можно недорого приобрести антрацит. Более высокий уровень квалификации и потребности в энергии для работы этих высокопроизводительных систем могут ограничивать их применение.

Контактные фильтры для твердых частиц с восходящим потоком из-за их простоты и низкой стоимости могут быть эффективной технологией во многих развивающихся странах. Бразилия успешно использовала этот тип системы фильтрации.

Эксплуатация и обслуживание

Фильтрующий материал самодельных бытовых фильтров необходимо периодически менять, чтобы поддерживать эффективность фильтра. Большинство бытовых фильтров, приобретаемых на коммерческой основе, можно приобрести с контрактом на техническое обслуживание, что продлит их срок службы.

На работу и техническое обслуживание песочных фильтров медленной очистки влияет ряд факторов. Начальное сопротивление (потеря напора) чистого фильтрующего слоя составляет около 6 см. Во время фильтрации загрязнения откладываются в поверхностном слое песчаного слоя и на нем, и потеря напора увеличивается. При заданном пределе (обычно не допускается, чтобы потеря напора превышала глубину воды над песком или примерно от 1 до 1,5 м) фильтр выводится из эксплуатации и очищается. Период между очисткой обычно составляет от 20 до 60 дней.Фильтр можно очистить, соскребая поверхностный слой песка и заменяя его мытым песком, хранившимся после предыдущих чисток (периодическое повторное шлифование слоя), или промывая песок на месте с помощью шайбы, перемещающейся по песчаной подушке. Если песок легко доступен, предпочтение отдается первому методу; Рабочие с широкими плоскими лопатками соскабливают, удаляя от 1 до 2 см самого верхнего материала. Время, необходимое для этого, зависит от площади фильтрующего слоя, но обычно это можно сделать за один или два дня.После промывки песок хранится и заменяется на слой, когда после последовательных чисток толщина песчаного слоя уменьшается примерно до 50-80 см. Песочно-гравийный фильтр необходимо менять каждые два года или около того. При использовании метода мойки на месте для промывки требуется от 0,2% до 0,6% отфильтрованной воды. Бактериологический слой, который является наиболее важным слоем в процессе фильтрации, необходимо повторно активировать в новом фильтре. Реактивация обычно длится два месяца.

Установки быстрой песчаной фильтрации сложны в эксплуатации и требуют обучения оператора, чтобы установка могла производить воду постоянного качества и количества. Фильтры требуют частой обратной промывки для поддержания удовлетворительного рабочего напора в системе (время работы фильтра может варьироваться от нескольких часов до 24-72 часов, в зависимости от взвешенных твердых частиц во входящем потоке). Скорость обратной промывки обычно составляет 0,6 м ³ / мин или выше в течение нескольких минут.Кроме того, первоначальное производство после обратной промывки направляется в отходы в течение нескольких минут. Таким образом, использование обратной промывки водой может составлять от 10% до 15% от общей производительности установки. С другой стороны, установки для быстрой фильтрации песка (включая химическую очистку) могут эффективно обрабатывать более высокие концентрации твердых частиц и обеспечивать более высокую производительность, чем песчаные фильтры с медленной фильтрацией. Требования к земельной площади значительно ниже.

Двухслойные фильтры, как и скоростные песочные фильтры, очищаются гидравлической обратной промывкой (восходящим потоком) питьевой водой.Тщательная очистка слоя делает целесообразным в случае одинарных средних фильтров и обязательным в случае двойных или смешанных фильтров использовать вспомогательные очистители или так называемые устройства для промывки поверхностей до или во время цикла обратной промывки. В слоях с двумя средами и со смешанными средами такие дополнительные усилия необходимы для удаления скопившихся хлопьев, которые хранятся по всей глубине слоя в пределах нескольких дюймов от дна мелкодисперсной среды. Обратная промывка обычно проводится каждые 24–72 часа. Оптимальная скорость подачи промывочной воды напрямую зависит от температуры воды, так как расширение слоя обратно пропорционально вязкости промывочной воды. Например, скорость обратной промывки 18 галлонов в минуту / фут ² при 20 ° C соответствует 15,7 галлонов в минуту / фут ² при 5 ° C и 20 галлонов в минуту / фут ² при 35 ° C. Время, необходимое для обратной промывки, варьируется от 3 до 15 минут. После промывки воду следует слить в отходы, пока мутность не упадет до приемлемого значения. Имеется мало данных об эксплуатации и техническом обслуживании предварительных фильтров вертикального реактора, испытанных в Гватемале, которые все еще находятся на экспериментальной стадии.

Другие операционные соображения, касающиеся использования технологий фильтрации, включают использование флокулянтов.Коагулянты, такие как квасцы, сульфат железа и известь, могут быть добавлены для облегчения флокуляции и осаждения твердых частиц. Дозировка коагулянта обычно определяется тестами в емкости, а химикаты почти всегда добавляются с помощью систем быстрого смешивания. В случае водоочистных сооружений флокуляция обычно выполняется перед процессом отстаивания, чтобы повысить эффективность этого процесса.

Рекомендации по техническому обслуживанию включают решение ряда проблем, которые могут помешать стабильной работе песочных фильтров.Эти проблемы часто возникают из-за плохой конструкции или эксплуатации систем фильтрации. Чаще всего встречаются проблемы и их возможные решения:

· Загрязнение поверхности и растрескивание: эту проблему, вызванную перегрузкой твердых частиц в тонком фильтрующем слое в песочных фильтрах, можно облегчить путем использования двух или нескольких сред, что позволяет более глубокому проникновению твердых частиц в слой и, как правило, более длительное время работы.

· Вытеснение гравия или насыпь: эту проблему можно решить, поместив 76-миллиметровый слой крупного граната между гравием, поддерживающим среду, и мелкодисперсным материалом слоя.

· Образование «грязных комков»: эту проблему можно уменьшить, увеличив скорость потока при обратной промывке (например, до 20 галлонов в минуту / фут ² ) и предусмотрев дополнительную очистку вымытой поверхности водой или воздухом.

· Утечка песка: эту проблему можно уменьшить, добавив слой граната.

· Скопление пузырьков воздуха в слое: эту проблему, которая вызывает значительно повышенное сопротивление потоку через фильтр, можно свести к минимуму, поддерживая достаточную глубину воды в чистом колодце и фильтрах; может помочь частая промывка.

Уровень участия

Во многих развивающихся странах методы фильтрации внедряются и продвигаются как правительственными агентствами, так и НПО при полном участии общества. Так обстоит дело в Сальвадоре, где Centro Salvadoreño de Tecnología Apropiada (CESTA) строит и устанавливает бытовые фильтры для сельских общин с минимальными затратами. В Доминиканской Республике частный сектор, особенно компании, производящие системы фильтрации, продвигают эту технологию.В Эквадоре такие НПО, как Plan Internacional и CARE, активно участвуют во внедрении этих технологий, чтобы сократить использование загрязненной воды. В Бразилии правительство и частный сектор активно участвуют в разработке и внедрении систем фильтрации.

Затраты

Самодельные бытовые фильтры были построены в Сальвадоре по цене 23 доллара. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание составляют около 6 долларов в год. Стоимость бытовых фильтров, производимых и продаваемых в Доминиканской Республике, зависит от пропускной способности фильтра.Он варьируется от 382 долларов за 1 галлон в минуту до 588 долларов за 6 галлонов в минуту; эта цена включает установку и обслуживание. Промышленные фильтры для ванн продаются в хозяйственных магазинах Доминиканской Республики по цене от 26 до 45 долларов. Стоимость карьерных фильтров, используемых в Мексике, составляла 50 долларов при минимальных затратах на эксплуатацию и техническое обслуживание. На рис. 27 показана стоимость строительства контактного фильтра для твердых частиц с восходящим потоком в зависимости от площади фильтрации.

Стоимость единицы фильтрации медленных и быстрых песчаных фильтров в Эквадоре колеблется в пределах 0 долларов. 13 / м ³ и 0,20 $ / м ³ . Медленные песочные фильтры были построены в Эквадоре по цене 132,30 долларов США, при этом ориентировочная стоимость эксплуатации и технического обслуживания составила 25% от стоимости строительства. В Таблице 12 показаны предполагаемые затраты на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание медленных и быстрых песочных фильтров на душу населения.

Эффективность технологии

Самодельные бытовые фильтры могут в достаточной мере снизить уровень загрязняющих веществ в воде, но, поскольку тесты контроля качества обычно не проводятся на производимой воде, существует риск того, что некоторое загрязнение останется после фильтрации.Например, карьерные фильтры, используемые в Мексике, снижают уровень бактериологического загрязнения до 90%. Однако карьерные фильтры должны быть закрыты и защищены экраном, и рекомендуется установить кран на выходе. Этот фильтр необходимо очищать каждые 3-4 месяца, в зависимости от качества очищаемой воды.

Имеющиеся в продаже бытовые фильтры обычно более эффективны при производстве воды хорошего качества, поскольку контроль качества осуществляется в процессе производства, а уровень эффективности изначально гарантирован.Качество производимой воды может быть дополнительно обеспечено посредством регулярных проверок, выполняемых техническими специалистами поставщика в случае систем, проданных с контрактом на обслуживание.

Медленные песочные фильтры очень эффективны для удаления твердых частиц и мутности, когда исходная вода имеет низкую мутность и цвет (мутность до 50 NTU и цветность до 30 единиц Pt). Также улучшаются вкус и запах. Однако, если качество исходной воды плохое, фильтрация часто оказывается менее эффективной. В таких ситуациях фильтры грубой очистки или фильтры предварительной очистки часто используются до того, как питательная вода попадет в песчаные фильтры с медленной скоростью.Песочные фильтры медленного действия очень эффективны при удалении бактерий; как правило, их эффективность в удалении бактериологических загрязнителей колеблется от 80% до 99%, в зависимости от начального уровня загрязнителей, количества и конструкции фильтрующих устройств. Во многих регионах Эквадора эффективность приближается к 100%. В Сальвадоре они, по оценкам, удаляют 84% и 99% общих и фекальных колиформных бактерий соответственно. Также наблюдается снижение уровней содержания и мутности железа, марганца и нитратов.Химические вещества обычно не используются. Скорость потока для медленных песочных фильтров во много раз ниже, чем для быстрых песочных фильтров и фильтров грубой очистки, и рабочий слой фильтра не стратифицирован.

Мультимедийные фильтры обычно более эффективны, поскольку фильтрующий материал объединяет фильтрующие свойства нескольких материалов. В системе предварительных фильтров с вертикальным потоком, используемой в Гватемале, снижение мутности составляло от 23% до 45%, а уменьшение цвета — от 34% до 56%.

Пригодность

Технологии фильтрации подходят для использования во всем регионе.Самодельные бытовые фильтры лучше подходят для сельской местности, где отсутствуют оборудование, навыки и инфраструктура, необходимые для обеспечения водопровода по трубам. Другие, более сложные системы фильтрации лучше всего использовать на водоочистных сооружениях и, как правило, располагаются в городских районах.

Преимущества

· Системы фильтрации имеют низкую стоимость строительства, особенно когда они строятся с использованием ручного труда.

· Эти системы просты в проектировании, установке, эксплуатации и обслуживании, что делает их идеальными для использования в областях, где мало квалифицированного персонала.

· Никаких химикатов не требуется, хотя флокулянты иногда используются вместе с крупномасштабными системами фильтрации; запасы песка обычно можно найти на месте.

· Электропитание не требуется.

· Не требуется большого количества промывочной воды.

· Использование фильтрации для предварительной очистки воды и сточных вод приводит к меньшему количеству проблем с удалением ила, поскольку в процессе очистки остается удалить меньше загрязняющих веществ.

· Бытовые фильтры обеспечивают надлежащую очистку воды для домашних хозяйств среднего размера, особенно в сельской местности.

· Фильтры экологически чистые.

Недостатки

· В некоторых регионах отсутствует доступный на месте фильтрующий материал.

· Может не хватать квалифицированного персонала для эксплуатации более сложных систем фильтрации, особенно в сельской местности.

· Использование только фильтрации рекомендуется только для исходных вод с низким уровнем загрязнения.

· Предварительная обработка может потребоваться для многих областей применения.

· Должны быть предусмотрены меры для промывки и хранения использованного песка из песочных фильтров, постоянно или временно, и для перемещения песка с фильтров на место мойки и с места мойки на место хранения и обратно, по мере необходимости.

· Если необходимо промыть песок из песчаных фильтров с медленной скоростью, может потребоваться отдельная установка для обратной промывки и подача промывочной воды; очищенная вода должна часто использоваться для мытья, что может уменьшить доступный запас очищенной воды, особенно в районах с низким уровнем водности.

· Требуется точный оперативный контроль скорости потери напора для предотвращения попадания пузырьков воздуха в систему и их связывания; этот тип помех является потенциальной проблемой для всех типов фильтров.

· В сельской местности может отсутствовать контроль качества производимой воды.

· Для получения хороших результатов от песчаных фильтров с медленной скоростью, сырая питательная вода, как правило, не должна иметь содержание взвешенных частиц менее 50 мг / л.

Культурная приемлемость

Фильтрация — это хорошо зарекомендовавшая себя технология очистки промышленных и общественных водопроводов.Он имеет ограниченное признание в других приложениях и на уровне домашних хозяйств в сельской местности.

Дальнейшее развитие технологий

Необходимы дополнительные исследования для разработки более эффективных фильтрующих материалов, которые могут удалять как бактериологические, так и химические загрязнители. Необходимо образование, особенно в сельской местности, для поощрения использования самодельных систем фильтрации и дезинфекции воды в домах.

Рисунок 27: Стоимость строительства контактного фильтра с восходящим потоком твердых частиц.

Источник: Эдвард Дж. Мартин. Справочник по соответствующей технологии водоснабжения и водоотведения для Латинской Америки и Карибского бассейна, Вашингтон, округ Колумбия, ПАОЗ и ИБР, 1988 г.

Таблица 12 Затраты на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание песочных фильтров медленной и быстрой очистки (S) на душу населения

Источник: G. Рид и К. Коффи. Соответствующие методы очистки воды и сточных вод в развивающихся странах, Стил-Уотер, Оклахома, Университет Оклахомы, Бюро исследований водных и экологических ресурсов, 1978.

Источники информации

Контакты

Omar Fonseca Moreno, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), Subordinación de Comunicación Rural, Paseo Cuauhnáhuac No. 8532, Progreso, Jiutepec, Morelos 62550, México. Тел. (52-73) 19-3544,19-3567 и 19-4000 доб. 355. Факс (52-73) 19-4341.

Карлос Сиснерос E. и Освальдо Энкалада, Instituto de Investigaciones de Ciencias Tecnicas (IICT), Plan Internacional / Care International, Куэнка, Эквадор.Тел. (593-7) 840-073. Факс (593-7) 840-183.

Yolanda López, Centro Salvadoreño de Tecnología Apropada (CESTA), Dirección 17 calle Oriente N ° 285, Colonia Santa Eugenia, Barrio San Miguelito, San Salvador, El Salvador. Тел. (503) 220-0046.

Luis Ochoa Marroquín, Instituto Nacional de Sismología, Vulcanología, Meteorología e Hidrología (INSIVUMEH), 7 Avenida 13, Guatemala, Guatemala. Тел. (502-2) 31-4967. Факс (502-2) 31-5005.

Библиография

Белло , J.D. и M. Acosta. 1993. Análisis de la Aceptación de las Empresas Purificadoras de Agua en la Ciudad de Santiago. Сантьяго, Доминиканская Республика, Папский католический университет Мадре-и-Маэстра. (Тесис)

Ман, Х.Т. и Д. Уильямсон. 1986. Очистка воды и санитария: простые методы для сельских районов. Лондон, Intermedia Technology Publications.

Мартин, Эдвард Дж.1988. Справочник по соответствующей технологии водоснабжения и водоотведения для Латинской Америки и Карибского бассейна. Вашингтон, округ Колумбия, ПАОЗ и ИБР.

—- и E.T. Мартин. 1985. Справочник по анализу затрат на воду и сточные воды для Латинской Америки и Карибского бассейна. Вашингтон , округ Колумбия, ПАОЗ.

Nuñez, R.D., et al. 1992. Перечень политики Доминиканской Республики в области природных ресурсов: том. II, Инвентарь. Санто-Доминго, USAID.

Рид, Г., и К. Коффи. 1978. Соответствующие методы очистки воды и сточных вод в развивающихся странах. Стилуотер, Оклахома, Университет Оклахомы, Бюро исследований водных и экологических ресурсов.

Родригес Р., Ф. Сагес и Р. Э. Юнен. 1993. Boletín Diagnostico General de Los Problemas Ambientales de la Ciudad de Santiago. Сантьяго, Доминиканская Республика, Папский католический университет Мадре-и-Маэстра.

Tropical Research and Development, Inc.1992. Интенсивное обследование сельской и городской деятельности, влияющей на водные и прибрежные ресурсы. Санто-Доминго, USAID.

USEPA. 1980. Руководство по оценке инновационных и альтернативных технологий. Вашингтон, округ Колумбия (Отчет № EPA-430 / 9-78-009)

Выбор скорости фильтрации песка на JSTOR

Журнал AWWA публикует статьи о проблемах водного хозяйства, которые охватывают все виды деятельности и интересы AWWA.Он сообщает об инновациях, тенденциях, противоречиях и проблемах. Журнал AWWA также фокусируется на смежных темах, таких как планирование общественных работ, управление инфраструктурой, здоровье человека, защита окружающей среды, финансы и право. Журнал продолжает свою долгую историю публикации подробных и новаторских статей о защите надежности и отказоустойчивости наших водных систем, здоровья нашей окружающей среды и безопасности нашей воды.

Wiley — глобальный поставщик контента и решений для рабочих процессов с поддержкой контента в областях научных, технических, медицинских и научных исследований; профессиональное развитие; и образование.Наши основные предприятия выпускают научные, технические, медицинские и научные журналы, справочники, книги, услуги баз данных и рекламу; профессиональные книги, продукты по подписке, услуги по сертификации и обучению и онлайн-приложения; образовательный контент и услуги, включая интегрированные онлайн-ресурсы для преподавания и обучения для студентов и аспирантов, а также для учащихся на протяжении всей жизни. Основанная в 1807 году компания John Wiley & Sons, Inc. уже более 200 лет является ценным источником информации и понимания, помогая людям во всем мире удовлетворять их потребности и воплощать в жизнь их чаяния.Wiley опубликовал работы более 450 лауреатов Нобелевской премии во всех категориях: литература, экономика, физиология и медицина, физика, химия и мир. Wiley поддерживает партнерские отношения со многими ведущими мировыми сообществами и ежегодно издает более 1500 рецензируемых журналов и более 1500 новых книг в печатном виде и в Интернете, а также базы данных, основные справочные материалы и лабораторные протоколы по предметам STMS. Благодаря растущему предложению открытого доступа, Wiley стремится к максимально широкому распространению и доступу к публикуемому нами контенту и поддерживает все устойчивые модели доступа.Наша онлайн-платформа, Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com), является одной из самых обширных в мире междисциплинарных коллекций онлайн-ресурсов, охватывающих жизнь, здоровье, социальные и физические науки и гуманитарные науки.

Медленная песчаная фильтрация неочищенных сточных вод с использованием биоугля в качестве альтернативной фильтрующей среды

Физико-химический параметр

Физико-химические параметры притока были нестабильными в течение экспериментального времени (Таблица 1). Существенная разница была обнаружена для мутности на входе и выходе фильтра, а также между колонками с песком и биоуглями (рис.1). Заметными были низкие значения мутности (> 20 FNU) для фильтрационных стоков в первые два дня отбора проб. В течение третьей недели наблюдался прорыв мутности для песочных фильтров, а через неделю — для фильтров biochar. После этого прорыва мутность сточных вод была очень нестабильной и иногда превышала аналогичные значения, измеренные для притока, особенно в полупериод эксперимента. Ни корреляции между притоком и оттоком, ни существенной разницы между фильтрующими материалами нельзя было наблюдать за исключением фазы запуска.Более поздний прорыв мутности фильтров biochar может быть объяснен более высоким удержанием частиц и адсорбционной способностью biochar из-за их заметно более высокой удельной поверхности (Таблица S1) ¹⁴ .

Таблица 1 Средние концентрации различных фильтрующих материалов на входе и выходе за время эксперимента.

Средняя мутность сточных вод песочных фильтров (серый) и фильтров biochar (черный) за время эксперимента. Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения.Поступающая мутность отмечена наполовину заполненными ромбами. Горизонтальная черная сплошная линия представляет среднюю мутность на входе, черная пунктирная линия представляет среднюю мутность на выходе фильтров biochar, а серая пунктирная линия — средняя мутность на выходе песчаных фильтров.

Несмотря на относительно большой размер частиц фильтрующих материалов, можно ожидать, что конструкция фильтрующих колонн способствовала удалению частиц как за счет поверхностной фильтрации, так и за счет глубокой фильтрации ²² .Однако прорыв мутности может быть результатом перегрузки органическими веществами (Таблица 1), которая превышает удерживающую способность фильтрующих слоев. Это подтверждается коррелированными нормализованными концентрациями мутности и ХПК обоих фильтрующих материалов (рис. S7c, d). Высокая доступность питательных веществ в неочищенных сточных водах способствовала росту биомассы в фильтрующих слоях и, по-видимому, привела к вымыванию избыточной биомассы. Такой процесс вымывания был очевиден по высокой степени мутности. Эти результаты согласуются с результатами исследования Ари и Адина ²³ , которые обрабатывали первичные и вторичные сточные воды с помощью SSF с эффективным размером зерна 0.64 мм и HLR 0,15 м ∙ ч ⁻¹ и высокой органической нагрузкой. Они также определили увеличение мутности сточных вод через три недели из-за высокой биологической активности, а также значительно более высокие значения для сточных вод с фильтров, чем в сырой воде.

Оба фильтрующих материала удаляли значительное количество ХПК и ТОС из неочищенных сточных вод. Среднее удаление COD и TOC в колонках biochar было на 74 ± 18% и 61 ± 12% значительно выше, чем в песочных фильтрах (61 ± 12% для COD и 46 ± 3.8% для ТОС). Аналогично мутности, удаление ХПК песочными фильтрами снизилось через две недели с 70% до 50% и с более чем 80% до 50% для фильтров biochar через три недели. К концу эксперимента степень удаления ХПК стабилизировалась в пределах 65–75%, с более высокими значениями для фильтров biochar. Уменьшение удаления ХПК можно объяснить высвобождением избыточной биомассы и частично разложившихся органических частиц, как описано выше. Повышение эффективности удаления материалов к концу эксперимента указывает на повышенную биологическую активность и, следовательно, на более эффективное биологическое разложение органического вещества в более глубоких зонах фильтрации, а также на улучшенное удерживание частиц в разработанном schmutzdecke на поверхности фильтра.Более высокая эффективность удаления ХПК и ТОС в колонках с биочагом может быть объяснена положительным влиянием биоугля на анаэробные процессы разложения, такие как перенос электронов, улучшенная колониализация и буферная способность или адсорбция ингибиторов ^24,25 .

В то время как NH ₄ -N не подвергался значительному влиянию фильтрации, вероятно, из-за снижения содержания органического азота в анаэробных условиях, удаление фосфора (P _— ) было примерно на 35% выше в колонках с биочагом, чем в песке фильтры (около 25%). Высокое удаление P _— через оба фильтрующих материала не может быть объяснено только включением в биомассу ²⁶ . Следовательно, удаление фосфора за счет поверхностной фильтрации органических соединений, а также за счет осаждения фосфат-ионов в фильтрующем слое присутствующими катионами и оксидами (например, оксидами магния; MgO) можно предположить ²⁷ . Более высокие скорости удаления фосфора фильтрами biochar можно объяснить высоким адсорбционным потенциалом biochar, как сообщается в другом месте ^16,28 .

Корреляционный анализ между физико-химическими параметрами за время эксперимента выявил более выраженную коллинеарность между концентрацией в сточных водах, нормализованной концентрацией (C⋅C ₀ ⁻¹ ) и эффективностью удаления в фильтрах biochar по сравнению с песчаными фильтрами (рис. S7) . Однако в обоих фильтрующих материалах наблюдалась очень сильная взаимосвязь между ХПК и ТОС. Принимая во внимание нормализованные концентрации, ХПК и мутность также сильно коррелировали (положительно) в обоих фильтрующих материалах. В фильтрах biochar нормализованная концентрация всех химических параметров значительно увеличивалась за время эксперимента (рис. S7c) и была связана со снижением эффективности удаления этих параметров (рис. S7e). Таким образом, корреляционный анализ подтверждает нашу гипотезу о нестабильных и высоких значениях мутности в сточных водах фильтра в результате вымывания биомассы.

Тем не менее, продолжительность эксперимента и количество образцов не позволяют полностью прояснить взаимодействие процессов, которые участвовали в удалении химических параметров и органических веществ из неочищенных сточных вод через AnBF.

Время работы фильтра и засорение

Для компенсации высоких концентраций TSS и ХПК в неочищенных сточных водах были выбраны фильтрующие материалы с относительно большими размерами зерен, чтобы избежать быстрого засорения фильтра (Рис. S1). Хотя гранулометрический состав и пористость биоугля и песка различались, поведение водного слоя надосадочной жидкости было одинаковым для обоих материалов (рис. 2). Вода в супернатанте была постоянной и составляла 30 см в течение первых 20 дней. Затем слой воды линейно поднимался до тех пор, пока через 70 дней для одного фильтра не произошло перелива воды.Это указывает на то, что разработка schmutzdecke и связанные с ней процессы засорения фильтра были одинаковыми для обоих материалов. Таким образом, достигнутое время работы фильтра в 70 дней было сравнимо с показателями Фарука и Аль-Юсефа ¹⁰ , которые сообщили о рабочем цикле 84 дня при обработке вторичных стоков SSF с эффективным размером 0,56 мм и HLR 0,16 м ∙ ч. ^-1 . Однако в других исследованиях сообщалось о значительно более продолжительном времени обработки сточных вод вторичного осветлителя с помощью SSF ⁷ .

Изменение уровня воды в надосадочной жидкости за время эксперимента для фильтров с песком и биоугля. Песочные фильтры представлены в виде кружков (средние значения в виде черного кружка (●) и каждый отдельный фильтр в виде серого кружка ()), а фильтры biochar в виде треугольников (средние значения в виде черного треугольника (▲) и каждого отдельного фильтра в виде серого треугольника ()).

Через 70 дней верхние 10 см каждого фильтра были удалены и заменены новым материалом для уменьшения сопротивления фильтра за счет покрытия биопленкой, как известно из процессов медленной фильтрации через песок ^7,12 .Однако из-за интенсивного накопления биомассы и органических веществ в более глубоких фильтрующих зонах в результате медленного анаэробного гидролиза и разложения ²⁶ этой обработки было недостаточно для предотвращения переполнения фильтра, которое произошло уже через одну неделю в обоих типах фильтров. Это указывает на то, что проникновение schmutzdecke и засорение фильтра в AnBF происходит в более глубоких зонах фильтрации по сравнению с SSF, фильтрующим поверхностную воду или стоком вторичного осветлителя ^7,9,10,29 , и вызвано большим размером зерна фильтрующего материала. и высокий OLR ^12,29,30 .Поскольку конструкция фильтрующих колонн не позволяла проводить обратную промывку для удаления физических засоров без ущерба для фильтрующего слоя ¹² , более крупные части фильтрующего слоя должны быть заменены, чтобы продлить время работы фильтра. Однако для предотвращения быстрого увеличения водяного слоя надосадочной жидкости и засорения фильтра в верхней части фильтрующего слоя и, таким образом, для продления срока службы фильтра, на поверхность фильтра может быть добавлен защитный слой ³¹ .

Микробиологический параметр

На протяжении всего эксперимента входящая концентрация FIB сильно варьировалась, а концентрация E . coli варьировались от 4,9 до 6,9 log ₁₀ MPN ∙ 100 мл ⁻¹ (среднее значение: 6,2 ± 0,65) и от 4,4 до 6,5 log ₁₀ MPN ∙ 100 мл ⁻¹ (среднее значение: 5,5 ± 0,69 ) на энтерококки (таблица 1). Средний E . Удаление coli в фильтрах biochar было 1,35 ± 0,27 log ₁₀ MPN ∙ 100 мл ⁻¹ значительно выше по сравнению с песочными фильтрами (1,18 ± 0,31 log ₁₀ MPN ∙ 100 мл ⁻¹ ; t-тест , p <0,05; таблица 1).Максимальное снижение E . coli может быть достигнуто с 1,9 log ₁₀ единиц через фильтры biochar и 1,7 log ₁₀ единиц через песчаные фильтры. Поскольку процесс фильтрации привел к образованию ингибитора, который повлиял на процедуру тестирования на энтерококки, уменьшение количества энтерококков, однако, не могло быть определено. В течение всего эксперимента фильтры biochar показали немного более постоянную и более высокую эффективность удаления, чем песчаные фильтры с разницей до 0.5 логарифм в конце эксперимента (Рис. S3).

Из-за различных рабочих параметров, таких как размер зерна, глубина фильтрующего слоя, качество сырой воды и HLR, сравнение наших результатов с результатами аналогичных исследований может проводиться только осторожно. Тем не менее, аналогичные показатели снятия E . Сообщалось о coli , которые были получены в этом эксперименте, i.a. Эллис ⁹ , который обработал сток вторичного осветлителя с помощью SSF с HLR 3,5 м ∙ d ⁻¹ и песчаным слоем с эффективным диаметром 0.6 мм (U: 1,2) и достигнуто среднее снижение колиформ на 97% (~ 1,5 log-единицы). Беллами и др. . ³² сообщил об устранении общего количества колиформ на 85% (~ 0,8 логарифмических единиц) на этапе запуска нового песочного фильтра для очистки поверхностных вод. Фарук и Аль-Юсеф ¹⁰ сообщили об общем сокращении количества колиформных бактерий на 93% (~ 1,2 логарифмических единиц) при обработке вторичных стоков с глубиной песчаного слоя 55 см.

В нашем исследовании эффективность удаления фильтров biochar E . coli увеличивалось с течением времени ( R = 0,81, p <0,01) и выражалось в уменьшении нормализованной концентрации E . coli (рис. S7). Напротив, эффективность удаления песочных фильтров снижалась в течение экспериментального времени и выражалась в увеличении нормированного значения E . coli концентрация. По поводу механизмов снятия E . coli в AnBFs, отбор проб на разной глубине фильтрации показал, что schmutzdecke содержит более 1 log ₁₀ -единиц, в основном ответственных за удаление патогенов (рис. S2). Таким образом, физическая поверхностная фильтрация и последующее биоразложение в schmutzdecke можно рассматривать как основные механизмы удаления в AnBF, что подтверждается другими исследованиями ^7,9,29 и объясняет относительно высокую скорость удаления вскоре после активации фильтра при еще чистом фильтре. материал. В частности, было показано, что песочные фильтры имеют ограниченную способность удаления в более глубоких фильтрующих слоях. Напротив, созданный фильтр biochar, по-видимому, способен удалять патогены также в более глубоких зонах фильтрации, так как между первым портом отбора проб ниже schmutzdecke и выходным потоком фильтра дополнительное удаление почти 0.5 log ₁₀ -единиц. Поскольку образование schmutzdecke было сравнимо для обоих материалов и загрязнения ФИП в аналогичном диапазоне (рис. 3), повышение эффективности удаления фильтров biochar нельзя объяснить только улучшением поверхностной фильтрации или адсорбции. Вероятные причины для улучшенного удаления E . coli через фильтры biochar кажется, во-первых, повышенной биологической активностью и, во-вторых, дополнительным разложением в более глубоких зонах фильтра.

Загрязнение фильтрующего материала E . coli ( a ) и энтерококки ( b ) для песочных (кружки) и biochar (черный треугольник) фильтров. Планки погрешностей представляют собой 95% доверительный интервал. Горизонтальные серые полосы представляют зоны отбора проб в фильтрующем слое.

Фильтрующий материал

Использованный biochar характеризовался низким соотношением H / C- (0,19) и O / C- (0,08) (Таблица S2), что указывает на высокую степень карбонизации с очень сильно конденсированной системой ароматических колец и низкое количество функциональных групп ³³ .Следовательно, от biochar можно ожидать высокой химической устойчивости против микробной деградации, что позволяет квалифицировать его как подходящую фильтрующую среду для AnBF сточных вод ^12,34 . В свою очередь, использованный кварцевый песок не содержал химических примесей (Таблица S3).

Что касается физических свойств, биочар имеет значительно более высокую удельную поверхность по сравнению с песком (Таблица S1). Таким образом, biochar обеспечивает различные среды обитания для микробов для колонизации и роста, и где они защищены от выпаса хищников ³⁵ .Однако большая площадь поверхности biochar является результатом в основном микропор (<1 нм), которые не способствуют эффективной адсорбции коллоидов, таких как FIB, из водных растворов.

Чтобы определить влияние фильтрующих материалов на адсорбцию FIB и образование биопленок, в конце эксперимента были взяты образцы с разной глубины. Образцы были проанализированы на предмет их загрязнения FIB, а также на предмет покрытия биопленкой с помощью конфокально-лазерного сканирующего микроскопа (cLSM) и изображений сканирующего электронного микроскопа (SEM).Измеренное загрязнение FIB для E . coli находилась в диапазоне 4 ∙ 10 ³ –1,7 ∙ 10 ⁴ MPN ∙ см ^–3 , а для энтерококков — 1,8 ∙ 10 ² –1,9 ∙ 10 ⁴ MPN ∙ см ^{— 3} (рис. 3). Загрязнение FIB уменьшалось с увеличением глубины фильтрующего слоя и было самым низким в нижней части фильтров. Относительно небольшое снижение верхних 25 см фильтрующего слоя можно объяснить высокой загрузкой биомассы, которая приводила к засорению фильтров в более глубоких зонах, как обсуждалось выше.Ожидалось, что из-за своей пористой структуры biochar будет больше загрязнен FIB, но измеренные различия между материалами не были значительными. Об улучшенном удерживании FIB в фильтрах biochar или biochar-augmented сообщалось в других исследованиях ²⁰ и объяснялось более высокой адсорбционной способностью biochar по сравнению с песком. Однако результаты этого исследования не могут подтвердить эту гипотезу.

Дополнительные пробы из фильтрующего материала на 10 ± 2,5 см и 30 ± 2 см.5 см (фиг. 4, фиг. S4 и S5) были проанализированы с помощью сканирующих электронных изображений для выявления развития и присутствия биопленок на глубине фильтрующего слоя. Подобно измеренному загрязнению FIB, можно было наблюдать уменьшение покрытия биопленкой с глубиной фильтрации. На глубине 10 см материал был полностью покрыт структурами биопленки, и даже в макроскопических порах биоугля можно было наблюдать образование биопленки. В отличие от этого массивного роста биомассы, в более глубоких зонах можно было обнаружить только частичное и тонкое развитие биопленки.

Сканирующие электронные изображения фильтрующего материала через 70 дней. При глубине фильтрации 10 ± 2,5 см песка ( a ) и биоугля ( b ) и при глубине фильтрации 30 ± 2,5 см песка ( c ) и биоугля ( d ).

Поскольку SEM-изображения не сохраняли структуру биопленки, так как образцы должны были быть обезвожены перед анализом, были сделаны cLSM-изображения для исследования биопленки на частицах in situ (рис. 5). Изображения были проанализированы относительно общего количества клеток бактерий, внеклеточных полимерных веществ (EPS) и объема стопки (рис.S6). Таким образом, для частиц биоугля и песка не было обнаружено значительных различий. Однако из-за пористой и фрактальной структуры частицы биоугля лазер не мог проникнуть во все поры и области, поэтому обнаруженные сигналы, возможно, занижали реальный EPS и количество клеток на частицах биоугля (рис. S6). Соответственно, никакого значительного влияния предполагаемой более высокой адсорбционной способности бактерий на biochar не наблюдалось в течение всего экспериментального периода в 70 дней. Из-за высокого OLR AnBFs, который был заметно выше, чем в сопоставимых исследованиях ^7,8,18,19 , можно предположить, что адсорбционная способность biochar была исчерпана на ранней стадии нашего эксперимента.В пользу этого говорит тот факт, что основное снятие E . coli в AnBFs имели место в schmutzdecke . Следовательно, адсорбцию FIB на фильтрующем слое можно ожидать как незначительный вклад в общее удаление из сточных вод.

Трехмерные микрофотографии конфокального лазерного сканирования частиц песка ( a ) и биоугля ( b ). На изображениях показаны все бактерии (красный), EPS-гликопротеин (зеленый) и отражение поверхности частиц (серый).

По истечении срока службы фильтра и необходимости его демонтажа использованный фильтрующий материал может быть переработан. Однако стратегии повторного использования песка ограничены. Тем не менее, песок может быть повторно использован в качестве фильтрующего материала после промывки и удаления биомассы. Также возможна переработка в качестве строительного материала (например, для бетона).

В отличие от песка, biochar может использоваться для производства нейтральной энергии CO ₂ или приготовления пищи путем сжигания ³⁶ .Также гигиенизация посредством совместного компостирования может быть потенциальной стратегией ³⁷ , которая, в свою очередь, может снизить выбросы парниковых газов при компостировании ³⁸ . После гигиенизации материал biochar можно использовать в качестве удобрения почвы ³⁹ . Также возможными стратегиями рециркуляции могут быть реактивация biochar пиролизом или производство активированного угля паровой активацией. А благодаря положительному влиянию на выход метана дальнейшее использование на биогазовых установках возможно ^24,25 .

Общее обсуждение

Скорость загрузки фильтров органическими веществами была слишком высокой для обеспечения достаточного времени работы. Следовательно, необходимо либо уменьшить HLR, либо разработать улучшенную предварительную очистку городских сточных вод, чтобы увеличить время работы AnBF и эффективность удаления.

Более низкий HLR приведет к более длительной HRT и более низкому OLR и, таким образом, к более эффективной скорости инактивации FIB ⁴⁰ . С другой стороны, более длительная HRT приведет к увеличению потребности в площади очистных сооружений, что может быть ограничивающим фактором в регионах, где доступные площади ограничены.

Кроме того, поскольку предполагается, что гидролиз органических веществ ограничивает анаэробные процессы разложения ⁴¹ , снижение OLR приведет к уменьшенному накоплению органических веществ. При улучшенной предварительной очистке сточных вод, такой как системы прудов или анаэробные фильтры для удаления органических веществ ^9,42,43 , можно ожидать более продолжительного времени работы фильтра AnBF за счет сохранения относительно высокого HLR. Это, в свою очередь, может улучшить образование хорошо развитой биопленки в фильтрующем слое, что, как ожидается, повысит эффективность удаления патогенов и органических веществ.

Более высокая производительность съема E . coli , ХПК и ТОС через фильтры biochar указывает на усиленное микробное разложение во время фильтрации. Однако анализ с помощью cLSM-микроскопа не показал значительных различий в численности общих бактерий (рис. S6). Следовательно, необходимо провести дальнейшие исследования микробного состава биопленки на biochar в AnBFs для очистки сточных вод.

Кремнеземистый песок — Среда для фильтрации воды

(Нажмите на эскиз, чтобы увеличить)

Кремнеземистый песок

Песок для фильтров — чрезвычайно эффективный фильтрующий материал из-за его способности задерживать осадки, содержащие примеси. Размер фильтрующего песка, угловатость и твердость являются важными характеристиками фильтрующего песка для обеспечения надлежащей фильтрации. Продукция соответствует или превышает стандарт 61 NSF / ANSI для компонентов систем питьевой воды, а также стандарт AWWA B100-01.

20 Песок для фильтров из кремнезема является чрезвычайно эффективным фильтрующим материалом из-за его способности задерживать осадки, содержащие примеси, в песчаных фильтрах для промышленных водяных скважин. Размер фильтрующего песка, угловатость и твердость являются важными характеристиками фильтрующего песка для обеспечения надлежащей фильтрации.Продукция соответствует или превышает стандарт 61 NSF / ANSI для компонентов систем питьевой воды, а также стандарт AWWA B100-01. Фильтры для воды песочные недорогие и эффективные.

Физические характеристики
Эффективные размеры: 0,20 мм — 2,5 мм
Равномерный коэффициент: 1,3 — 1,7
Удельный вес: 2,67
Твердость по Моосу: 7
Плотность: 105 — 115 фунтов на кубический фут

Ситовой анализ

Кремнеземистый песок | Типичный ситовый анализ — процент прохождения

СТАНДАРТНОЕ СИТО

ДЮЙМЫ ОТКРЫТИЯ

# 12 (10-20)

# 16

# 20 (20-40) -60826 30823

№ 60 (40-100)

№ 12

0. 0661

99,5

# 14

0,0555

81,7

93,6

# 16

0,0469

57,3

80,8

# 18

0,0394

36,8

57.9

# 20

0,0331

16,4

43,5

99,8

# 25

0,0278

7,5

47,3

88,2

96,2

# 30

0,0234

4,6

17,3

49,6

78.1

# 35

0,0197

3,0

25,5

35,8

# 40

0,0165

0,4

9,7

15,6

97,7

# 45

0,0139

0,2

5,6

3,8

80,8

№ 50

0. 0117

2,6

0,7

64,5

# 60

0,0098

0,2

42,2

# 70

0,0083

23,8

# 80

0,007

9.1

# 100

0,0059

4,7

# 140

0,0041

0,5

Запросить информацию

Медленная фильтрация песка | SSWM

Информационный бюллетень Корпус блока

Процесс

Основной принцип процесса очень прост. Загрязненная пресная вода протекает через слой песка, где она не только физически фильтруется, но и подвергается биологической обработке. Таким образом удаляются отложения и патогены. Этот процесс основан на способности организмов удалять патогены.

В этом контексте важно различать медленную и быструю фильтрацию песка. Разница между ними заключается не только в скорости фильтрации, но и в основной концепции процесса очистки.Медленная фильтрация через песок — это, по сути, биологический процесс, тогда как быстрая фильтрация через песок — это процесс физической очистки (ВОЗ н.у.). Чтобы узнать больше о быстрой фильтрации через песок, ознакомьтесь с информационным бюллетенем: «Быстрая фильтрация через песок».

Хотя физическое удаление отложений является важной частью процесса очистки, важным аспектом является биологическая фильтрация. Верхние слои песка становятся биологически активными за счет создания микробного сообщества на верхнем слое песчаного субстрата, также называемого «schmutzdecke».Эти микробы обычно поступают из источника воды и создают сообщество в течение нескольких дней. Мелкий песок и низкая скорость фильтрации способствуют формированию этого микробного сообщества. Большая часть сообщества — это хищные бактерии, которые питаются переносимыми водой микробами, проходящими через фильтр (ВОЗ н.у.). Следовательно, основной принцип SSF эквивалентен фильтрации биопеска. Если первый применяется для полуцентрализованной очистки воды, то второй используется в основном для бытовых нужд.

Структура

Как и сам процесс, основная структура очень проста. По сути, требуются только фильтровальная камера, тип резервуара и трубы. Фильтровальная камера может быть либо открытой, либо закрытой. В зависимости от климатических и других факторов тот или иной вариант является более разумным (например, для холодного климата требуется закрытый ящик, так как низкие температуры снижают производительность процесса).

После того, как объект SSF построен, для периодической замены требуется только чистый песок. Слои песка укладываются постепенно в соответствии с их размером зерен: довольно крупные зерна внизу и мелкие зерна вверху. Песчаный слой обычно покрыт одним метром надосадочной воды (LOGSDON 2003). Поскольку процесс биологической фильтрации требует значительного количества времени для достаточной очистки воды, SSF обычно работают при медленных расходах между 0.1 — 0,3 м ³ / час на квадратный метр поверхности (ВОЗ н.у.). Таким образом, вода остается в пространстве над средой в течение нескольких часов, а более крупным частицам позволяют отделиться и осесть (см. Также осаждение). Затем он проходит через песчаный слой, где проходит ряд процессов очистки (HUISMAN 1974).

Вода требует определенного физического давления, чтобы преодолеть сопротивление, создаваемое слоями песка. С точки зрения конструкции возможны два разных типа.Давление может создаваться насосами или самотеком. В то время как насосным системам требуется двигатель определенного типа и более сложная конструкция, гравитационные системы работают без каких-либо высокотехнологичных средств (HUISMAN 1974).

Northern Filter Sand — Northern Filter Media

Northern Filter Media, Inc. — ведущий американский производитель фильтрующего песка для питьевой воды, сточных вод и бассейнов с 1914 года.

Северный фильтр-песок образовался из естественных ледниковых отложений, образовавшихся миллионы лет назад в долине реки Миссисипи.Ресурс Northern Filter Sand состоит из более 450 акров песка и гравия на глубине 110 футов. После дноуглубительных работ весь наш фильтрующий песок обрабатывается на нашей современной гидравлической классифицирующей установке для очистки (тройная промывка) и предварительного определения размера. Затем его сушат и калибруют в соответствии с вашими требованиями, отправляя его на серию высокочастотных вибрационных грохотов с гарантированными эффективными размерами и коэффициентами однородности.

Фильтровальный песок высокого качества требует соответствующей угловатости, твердости, сферичности и размера.Песок для фильтров компании Northern соответствует всем этим требованиям или превосходит их, что делает наш песок для фильтров идеальным фильтрующим материалом для всех областей применения. Песок-фильтр NFM повышает эффективность за счет сокращения времени удерживания и потери напора при увеличении расхода. Постоянное тестирование качества, начиная с производственного процесса и до отгрузки, гарантирует, что наши носители соответствуют вашим спецификациям по коэффициенту однородности и эффективному размеру.

доступна навалом: мешки 50 фунтов, мешки 100 фунтов, супер мешки 3000 фунтов или супер мешки 4000 фунтов, отправляемые грузовиком, по железной дороге или речной баржей.

Northern соответствует требованиям AWWA B100-16 (последняя редакция) или превосходит его и сертифицирован в соответствии со стандартом ANSI 61.

Преимущества

• Северный фильтр-песок специально предназначен для очистки воды
• Фильтровальный песок может использоваться в муниципальных, промышленных или жилых помещениях
• Угловая форма не измельченного фильтрующего песка способствует хорошей текучести и равномерному распределению

Физические характеристики

• Цвет: светло-коричневый
• Насыпная плотность: 100 фунтов. / куб. фут
• Удельный вес: 2,65+
• Эффективный размер: 0,25 — 2,5 мм
• Коэффициент однородности: 1,3 — 1,7
• Твердость: 7,0 (шкала Мооса)

Эксплуатационные характеристики

• Глубина станины: 12 — 36 дюймов
• Надводный борт: 40% глубины дна (мин.)
• Расход обслуживания: 2 — 5 галлонов в минуту / кв. фут
• Скорость потока при обратной промывке: 15-20 галлонов в минуту / кв. фут
• Степень расширения при обратной промывке: 35% глубины слоя

Загрузить SDS для песка Северного фильтраЗагрузить диаграмму градации песка Северного фильтра