4.2.2. Филтриране

Филтрацията представлява операция за отделяне на твърди частици от течности и е само един от трите метода за пречистване на вода, който е способен да отстрани хлор, странични хлорни продукти, и ЛОС от питейната вода (Фигура 4.14). Хлор и ЛОС са най-опасните и застрашаващите замърсители на пречистената питейна вода за обществото. Освен премахването на тези опасни химикали, филтрите за вода също извличат от питейната вода хлор-устойчивите протозои Giardia и Cryptosporidium. Тези протозои представляват сериозен проблем за водопречиствателните съоръжения от няколко десетилетия и са причинили редица епидемии от тежки стомашно-чревни заболявания, дължащи се на пиене на замърсена вода (URL 15; Sincero и Sincero, 2003e).

Целта на филтрацията е да се отстранят частиците, суспендирани във водата чрез преминаване на водата през слой от порест материал. По-големите частици се задържат чрез прецеждане и утаяване, докато колоидните частици се задържат поради адсорбцията, или коагулация и утаяване. Биологични взаимодействия се появяват само когато водата преминава много бавно през порестата маса (Chen и др., 2005).

Фигура 4.14. Механизъм на филтрация, използван в практиката (URL 16)

След като флокулите се утаят на дъното на водния басейн, бистрата вода в горната част ще премине през филтри с различен състав (пясък, чакъл и въглен) и размери на порите, за да се отстранят разтворени частици като прах, паразити, бактерии, вируси и химикали (URL 17).

Има три основни термина, използвани за описване на метода на прилагане на движеща сила, използвани в системите за филтриране - вакуум филтриране, филтриране под налягане и филтриране поради гравитация (Chen et al., 2005). Филтрите, могат да бъдат класифицирани като опериращи под гравитационна сила, налягане или вакуумни филтри. Филтрите под гравитационна сила са филтри, които разчитат на силата на гравитацията, за да се създаде диференциално налягане, което да принуди водата да мине през филтъра. От друга страна, филтрите под налягане и вакуумните филтри са такива, които се основават на прилагането на някои механични средства за създаване на разлика в налягането, необходимо да задвижи водата през филтъра. Средата за филтриране може да се изготви от перфорирани плочи, преграда от плетени тъканни материали или от насипни материали като пясък. По този начин, в зависимост от използвания носител, филтрите могат да бъдат класифицирани като перфорирана плоча, тъкана преграда, или гранулирани филтри. Средата за филтриране на микро-цедката спомената по-горе, е от перфорирана плоча. Филтриращата среда, използвана в пресовите плоча - рамка филтри и вакуумните филтри са от плетена материя (Sincero и Sincero, 2003e).

4.2.2.1. Конвенционална филтрация

Системите за филтрация на вода я пречистват чрез преминаването й през гранулирани среди, например пясък, който отстранява замърсителите. Тяхната ефективност варира значително, но тези системи могат да бъдат използвани за подобряване на мътността и цвета, отнасят се и за отстраняване на Giardia и Cryptosporidium, бактерии и вируси (URL 18).

Конвенционалното филтруване първо използва химичен коагулант при предварителната обработка, като например желязо или алуминиеви соли, които се добавят към водоизточника. След това сместа се разбърква бавно, за да се предизвика обединяване на малките суспендирани частици в по-големи и по-лесно отстраняеми "флокули" (URL 18).

Тези системи като следваща стъпка използват утаяването. В този процес частиците във водата, включително флокулите създадени от флокулацията, се оставят да се утаят във водата по естествен път чрез силата на гравитацията. Тези замърсители се събират на дъното на системата като "утайка", която се отстранява периодично (URL 18).

След като тези процеси приключат, водата преминава през филтри, така че всички останали частици физически се прикрепят за филтрите от съответния материал. Суспендираните частици се дестабилизират от коагуланта и по този начин се прикрепят по-лесно към филтъра от съответния материал (URL 18).

Конвенционалните филтри, както и другите системи за филтрация, водят до значително подобрение на голямо разнообразие от водни източници. Те се използват най-широко при източници с постоянен дебит и ниски нива на водорасли, които могат да полепнат по филтърните системи (URL) 18.

Химичната коагулация изисква експертна работа, за да се постигнат желаните резултати, така че е необходимо пречиствателните съоръжения да се управляват от обучен персонал (URL 18).

4.2.2.2. Директна филтрация

Системите за филтрация на вода я обработват чрез преминаването й през гранулирани среди, например пясък, които отстраняват замърсяванията. Ефективността на филтрирането варира значително, но тези системи могат да бъдат използвани за подобряване на мътността и цвета, отнасят се и към пречистването от Giardia и Cryptosporidium, бактерии и вируси (URL 18).

Директната филтрация първо използва химични коагуланти, като железни или алуминиеви соли, които се добавят към водоизточника. След това сместа се разбърква бавно за да се обединят малките суспендирани частици и да образуват по-големи и по-лесно отстраняеми "флокули" (URL 18).

След като тези процеси приключат, водата преминава през филтри, така че всички останали частици се прикрепят за филтрите от съответния материал. Суспендираните частици се дестабилизират от коагуланта и по този начин се прикрепят по-лесно към филтъра (URL 18).

Конвенционалните филтрационни процеси използват утаяване, което да позволи частиците да се утаят във водата, за да бъдат отстранени. Директната филтрация премахва тази стъпка и позволява на самия филтърен материал да върши работата по прецеждане на замърсителите (URL 18).

Директната филтрация е сравнително прост процес на филтрация и това я прави икономически атрактивна. Системата води до значително подобряване на качеството на водата във водоизточника, но тя се използва най-широко при изходни води с относително високо качество, с постоянен дебит и ниска мътност. Високите нива на водорасли, по-специално, могат да запушат системите за филтриране (URL 18).

4.2.2.3. Филтрация с диатомити

Филтрацията с диатомити се използва за премахване на физически частици, които са лесно се прецеждат от водоизточника. Процесът е ефективен при премахване на Giardia, Cryptosporidium, водорасли и, в зависимост от степента, някои бактерии и вируси (URL 18).

Филтърът на системата се състои от диатомично покритие, брашноподобно варовито вещество направено от натрошени фосилини останки на едноклетъчни морски форми на живот, наречени диатомити (URL 18).

Водата преминава през диатомитната филтрираща система с помощта на помпи, които я подават под налягане към филтъра или с използването на вакуум за засмукване на водата на изхода на системата (URL 18).

За разлика от много други форми на филтриране, за повишаване на агломерацията на частиците замърсители обикновено не се използват коагулационни химикали. Поради това ограничение, диатомитната филтрация е най-подходяща за води с по-високо качество, които са лишени от неорганични замърсители (URL) 18.

4.2.2.4. Бавна пясъчна филтрация

Бавната пясъчна филтрация може ефективно да отстранява микроорганизми, които причиняват заболявания, свързани с водата -включително протозои като Giardia и Cryptosporidium, както и бактерии и вируси - една възможност, която за първи път е демонстрирана от резкия спад на болестите в европейските градове, които са пионери в този тип пречистване (URL 18).

Пречистваната чрез тези системи вода се оставя бавно да премине през слой от пясък, дълбок около 2 до 4 фута (0.6 до 1.2 метра). По пътя си от водата се премахват замърсителите, поради комбинация от физични и биологични филтриращи процеси (URL 18.)

След многократна употреба, пясъчното корито става гостоприемник на множество бактерии, водорасли, протозои, ротатории, ракообразни и водни червеи. Тези микроорганизми подпомагат процеса на филтриране чрез премахване на замърсителите, въпреки че те могат да бъдат забавени от водни температури под 10^оC. Пясъкът, който е гостоприемник на тези организми се казва, че е "узрял" и е за предпочитане да се почисти или замени с нов пясък. Узряването на пясъка може да отнеме няколко седмици или месеци, в зависимост от съдържанието и температурата на водата. Процесът в крайна сметка задръства пясъчното корито и забавя скоростта на поток до точката, която трябва да се отпуши, обикновено чрез обръщане на потока, или "промивка" (URL 18).

Бавните пясъчни системи за филтриране могат да не са в състояние да приемат хлорирана вода, защото хлорът може да има вредно въздействие върху микробното съобщество на филтъра. Ето защо, за да се дезинфекцира с хлор водата може да се третира в помещения за съхранение, след преминаване през процеса на филтриране (URL 18).

Съхранението също спомага за гъвкавост на изхода на водната система. Бавно действащите пясъчно филтърни системи не могат да се справят с увеличените водни обеми в периода на върхово потребление, нито да се движат с по-малко от оптималните потоци в периоди на по-ниско търсене (URL 18).

Бавните пясъчни системи работят добре само с водоизточник с ниска мътност и ниско съдържание на водорасли и без да е замърсен цвета му. Тези системи се борят с високото съдържание на водорасли или глина, които задръстват пясъчните корита. Водата е богат хранителен източник и от друга страна може да подпомогне почистващото действие на бавните пясъчни филтри чрез стимулиране на тяхната биологична компонента (URL 18).

Бавните пясъчни системи обикновено са прости, изискват малка поддръжка и имат ниски оперативни разходи (URL 18).

4.2.2.5. Пакетна/касетъчна филтрация

Филтриращите системи обработват водата чрез преминаването й през порести материали, които премахват и задържат замърсителите (URL 18).

Пакетно/касетъчните филтри са прости и лесни за боравене системи, които използват тъкани торби или касети с филаментозни филтри, които физически да филтрират микробите и седиментите от водоизточника, когато са преминали през филтърната среда (URL 18).

Тези системи са ефективни срещу кисти на Giardia, но не са достатъчни, за да елиминират бактериите, вирусите или химикалите. По този начин, те са най-подходящи за водни източници с по-високо качество и за тези с ограничена мътност (URL 18).

Пакетно/касетъчните технологии се развиват бързо и са пригодени за използване в малки по мащаб пречиствателни съоръжения. Такива системи също осигуряват лекота на работа и се изискват малко умения от страна на оператора при поддръжката им. Разходите са променливи в зависимост от това колко често трябва да бъдат сменяни филтрите (URL 18).

Подобно на много други филтри, касетъчните бързо могат да се зацапат от водата, която е с високо съдържание на твърди частици –поради тази причина е за предпочитане вода с ниска мътност. Алтернативно, "грубо обработващите филтри", които използват пясък, мрежови екрани, касети и други вещества, за да се отстранят по-големите физически частици могат предварително да пречистват водата (URL 18).

Филтриращите материали трябва да бъдат променяни периодично, по-често когато водоизточникът е с високо съдържание на прахови частици (URL 18).

С многократното използване на пакетни и касетъчни системи, микробите могат да контаминират филтрите, въпреки че този проблем може да бъде облекчен с използването на дезинфектант. Дезинфектанти могат също да бъдат необходими, ако тестването на водите показва, че е необходимо отстраняването на източник на вируси във водата (URL 18).

4.2.2.6. Керамична филтрация

Керамичните филтри обикновено са оформени като саксия или купа и са импрегнирани с малки частици колоидно сребро като дезинфектант, за да се предотврати развитието на бактерии във филтъра. Лабораторно изследване показа, че ако са проектирани и произведени правилно, тези устройства могат да премахнат или деактивират почти всички бактерии и едноклетъчни паразити. Тяхната ефективност срещу вируси не е известна (URL 18).

Почистването и поддържането на филтъра е от решаващо значение; така както всеки друг евтин елемент от системите, той работи най-добре в съчетание с образователна програма за безопасно съхраняване, почистване на филтъра и други препоръчителни практики (URL 18).

Предимствата на керамичните филтри са лесното им използване, дълъг живот (ако не са счупени) и сравнително ниска цена. Недостатъците включват възможно повторно заразяване на акумулираната вода, тъй като няма остатъчен хлор и относително ниския дебит - обикновено 1-2 л/ч (URL 18).

4.2.2.7. Биопясъчна филтрация

Бавните пясъчни системи неотдавна са били пригодени за употреба в системи на място, особено в развиващите се страни. В този контекст те обикновено са известни като "биопясъчни" филтри (URL 18).

Най-често биопясъчният филтър е под формата на контейнер, малко по-малък от метър височина и може би 30 cm ширина и дълбочина, напълнен с пясък. Биологично активният слой, на който са необходими една или две седмици, за да се развие напълно, се поддържа чрез поддържане нивото на водата над горната част на пясъка. Както при бавните пясъчни филтри, този биоактивен слой помага да се филтрират, адсорбират, унищожат или дезактивират патогенните микроорганизми. Порестата плоча обикновено се намира над пясъка, за да се избегне нарушаването на биоактивния слой, когато се добавя водата. Потребителите просто наливат водата в горната част на апарата, както и събират пречистената вода на изхода на системата (URL 18).

Лабораторни и полеви тестове показват, че биопясъчните филтри отстраняват почти всички протозои и повечето бактерии. Тяхната ефективност при вируси не е добре установена (URL 18).

Апаратът може да бъде изграден с помощта на бетон - сравнително популярен и евтин материал. Поддръжката е сравнително проста, обикновено се състои от разбъркване на горната повърхност на пясъка веднъж месечно и ръчно събиране на суспендирания материал. Разходите за поддръжка са доста ниски, тъй като има много малко или почти никакви части за замяна (URL 18).