混凝土生物砂过滤

喀麦隆昆博市的生物砂过滤器. 图片: LWDG 喀麦隆.

生物砂过滤器 (BSF) 是一种传统的慢砂的过滤器改造而来的过滤器，已用于社区水处理数百年。由于BSF较小且适合间歇使用，它适用于家庭。

用过滤器内的砂子进行水处理。过滤容器可由混凝土，塑料或任何其他防水，防锈，无毒的材料制成，虽然混凝土具有一些优点。

通过生物和物理过程的组合将病原体和悬浮物从水中除去。 这些都发生在生物层和砂床内。 这些过程包括： 机械捕获、吸附或附着、 捕食和自然死亡：

1. 机械捕获：通过将沉积物，囊肿和蠕虫捕获在砂粒之间的空间中，把它们从水中除去。随着时间的推移的空间变得更小，启用筛选器来捕获在沙床上的更小的粒子。随着时间的推移，空间变得越来越小，使得过滤器能够在砂床中更早地捕获更小的颗粒。
2. 吸附或附着：病毒被吸附或附着在砂粒上。一旦连接，它们通过细胞代谢或通过筛选器中生物体所产生的抗病毒化学物质来灭活。某些有机化合物也吸附在沙子里，因此从水中除去。
3. 捕食:滤膜或生物层内的微生物消耗水中发现的细菌和其他病原体，从而提供高效的水处理。
4. 自然死亡：粮食短缺，温度低于最佳温度和相对较短的使用寿命将导致病原体死亡，成为其他微生物的营养物质。

适用条件

适合加工12-18升的批次。如果每天四批次过滤，则提供24-72升清洁水。

优点

缺点

- 除掉超过 98.5%细菌，100%细菌、 浊度、 一些铁、 锰、 砷。随着时间的推移水质有所提高。 - 价格便宜，无进行成本 - 高流量 — —高达 36 升 / 小时。 - 水质好。 - 维护简便 - 在大多数发展中国家，水泥可以容易地获得。 - 在制造过程中可以使用家庭劳动或志愿劳动 - 混凝土容器坚固耐用。它不需要像塑料容器需要经常更换 - 喷嘴管道位于过滤器内。因此，它比其外部具有管道的塑料过滤器更不容易损坏 - 用当地的材料制造。由当地材料制成。 根据您对国际贸易的看法，这可能是一个优势或劣势。 - 塑料模型的预期寿命大大低于混凝土模型。 塑料的最终处理是对环境来说是一个问题 - 鼓励和授权当地人民完全管理自己的项目，增加了当地的可持续发展，促使他人采取更安全的措施。如果产品供应本地管理，才可以促进这一进程。在大多数情况下，如果使用塑料模型，大多就会依赖外部制造商和分销商以更高的成本提供过滤器。

- 生物层需要3周才能发育成熟 - 高浊度（> 100NTU）会导致过滤器堵塞并需要更多维护 - 需要定期使用过滤器 - 不能去除颜色或溶解的化合物（与所有其他过滤器相同） - 可能难以移动（重170磅/ 77公斤） - 不能保证水中不含病原体

Highly effective for: Somewhat effective for: Not effective for: - 细菌 - 原生动物 - 蠕虫 - 浊度 - 味道，气味，颜色 - 病毒 - 铁 - 溶解化学品

Treatment process: 过滤 Inlet water criteria: 浊度<50 NTU

施工、运营和维护

横截面通过混凝土生物沙滤器

混凝土BSF通常使用约0.9米高，0.3平方米，或约0.3米直径的盒子过滤箱由钢模铸造或用预制管制成。容器中充满了筛分和洗涤的砂和砾石（也称为过滤介质）。沙层上方有5厘米高的立式水位。不同的层从水中捕获并消除沉积物，病原体和其他杂质。类似于在慢速砂过滤器，微生物 层（也被称为生物膜层或去污层） 开发在砂石表面培养，有助于水处理。根据水中的营养物质和微生物的数量，该生物层一到三周可成熟。

当将水倒入过滤器中时，使用多孔扩散板或盆来保护生物层免受干扰。

操作过程

受污染的水在间歇性基底上倒入过滤器的顶部。水缓慢地通过扩散器，消散水的初始力，并通过生物层，砂和砾石向下渗透。处理后的水聚集在过滤器底部的管道中，并通过由混凝土包裹的塑料管道推进，再从过滤器流出被使用者收集在安全的水箱中。

生物层是过滤器的关键病原体去除部分。没有它，过滤器是明显没那么有效。根据水质和使用频率，建立生物层可能需要长达30天的时间。水从筛选器可以用在头几个星期期间虽然正在建立生物膜层，但消毒建议在此期间持续使用。

生物层需要氧气才能存活。当水流过过滤器时，水中的溶解氧被提供给生物层。在暂停的时候，水停止流动，从空气扩散中获得氧气。在暂停期间,正确安装和操作的生物啥子的水位高于沙子约5厘米。正是这种设计特征将生物沙过滤器与其他慢砂过滤器区分开来，允许小规模构造和间歇使用。水层足够浅以使氧气扩散通过，为生物层提供足够的氧气。高于5厘米的水深会导致氧气扩散到生物层。低于5厘米的水深可能在炎热的气候下迅速蒸发，导致生物层变干。

在使用之间需要暂停以允许生物层中的微生物消耗水中的病原体。建议的停顿时间为6至12小时，最短为1小时，最长为48小时。

生物过滤器设计的过滤器装载速率（每平方米过滤面积的流量）已被证明在实验室和现场测试中有效。该过滤器的装载速度已确定为不超过600升/小时/平方米。

当入口水箱充满水时，混凝土生物过滤器和推荐过滤器的最大推荐流速为0.6升/分钟。如果流速过快，则过滤器在除去病原体时可能效率较低。如果流速过慢，用户可能不耐烦，并且不使用过滤器，即使过滤器在除去病原体时运行良好。由于流速由砂粒尺寸控制，所以选择，筛选和洗涤砂是非常重要的。

随着生物层的发展，通过过滤器的流速将随着时间的推移而减慢，沉积物被捕获在砂的上层。对于浊度水平大于50NTU，在使用BSF之前，应首先将水应变成布或沉淀。

经处理的水应由用户收集在放置在块体或支架上的安全储存容器中，以使集装箱开口刚好在出口下方，从而最大限度地减少再污染的风险。

下列应牢记，以确保正确的操作： - 定期使用来自同一来源的水
- 浅井和地表水供应的水将开发出更快更强的生物层
- 来自雨水和深井的水可能导致较少的生物层，但这些来源的质量应该更好
- 含有挥发性有机物，杀虫剂，除草剂，重金属，铅，汞，工业污染物，藻类，浮游生物，氯和盐的水不应用于过滤器
- 水浊度小于 100 台大仍然会与更多的经常清洗，水的浊度< 50NTU偏好值
- 当过滤器满时最大流量为0.6升/分钟
- 暂停期间
- 不时清洗以恢复流量 - 适当使用"漩涡和转储"清洗工艺

处理效率

已证明缓砂过滤器几乎完全去除了水中发现的致病生物体。在实验室和现场测试中，生物沙过滤器适应已被证明与传统的慢砂过滤器一样有效。

结合向社区引进技术，过滤器已经由政府，研究和卫生机构以及非政府机构进行了测试。2005年，CAWST对海地的107个长期生物和过滤用户进行了水分析，发现平均去除效果为98.5％（测量大肠杆菌，世卫组织推荐的细菌指标）。

	Bacteria	Viruses	Protozoa	Helminths	Turbidity	Iron	{{{extra_Field}}}
Laboratory	达 96.5%	70 至 >99%	>99.9%	达 100%	95% 至 <1 NTU	不可用
Field	87.9-98.5%	不可用	不可用	达 100%	85%	90-95%

沙的选择和准备对于确保流速和有效的处理至关重要。上表中提供的处理效率需要一个既定的生物层; 根据水质和使用情况，建立生物层需要长达30天的时间。整个过程中的去除效率和随后的效果都有所增加。尽管过滤器确实能够除去超过98％的细菌，但低于感染剂量时，建议将消毒作为婴儿或老年人家庭的最后一步。

每一天都应该使用用过滤器来维持生物层。

要有最佳性能需要一致的水源; 切换源可能会降低处理效率。旋转和倾倒维护将降低效率，直到扰动的生物层重建自身。

过滤水的味道，气味和颜色通常得到改善。经处理的水温通常比储存在塑料容器中的水更冷。

制造

过滤器的本地生产是最常见的，这种材料在世界各地都很容易获得。模具可以在当地借用，租用，买卖。过滤器可以在中央生产设施或社区建造。过滤砂和砂砾可以在现场或附近准备（筛分和洗涤）。

所需材料是：

• 钢模具
• 砂、 砾石、 和水泥
• 过滤砂和砾石
• 铜或塑料出口油管
• 金属或塑料的扩压器
• 金属或木质盖
• 水与混凝土的混合物和洗涤砂和砾石的过滤器
• 杂项工具 （如扳手、 螺母、 螺栓）
• 设施：过滤器结构车间空间

技术熟练的焊工需要制作模具。任何人都可以接受培训，来构建和安装过滤器。个人户主可以协助构建自己的过滤器。

使用水泥和重型模具是有潜在危险，应有足够的安全措施。混凝土过滤器重且难移动和运输。

正确的制造和安装，以确保生物沙过滤器的长期和成功的生活需求：

• 不会泄漏的盒子
  
• 筛选和洗涤的砂（有机游离，均匀度系数为1.5 - 3.0，有效尺寸为0.15 - 0.30 mm - 需要筛分分析来确定这些数字）
  
• 冲洗井底和分离砂砾
  
• 扩散板和盖子
  
• 安全的存储容器
  
• 最大站立水位5厘米
  
• 启动（成熟的）时间为14-21天
  

维护

没有移动或机械部件的断裂。管道被嵌入在混凝土，保护它免受破损和漏水情况。有时可以修复裂缝。

混凝土过滤器很重（70至75公斤为薄壁版，135公斤为重墙版）。过滤器运输不良可导致开裂和/或断裂。过滤器安装后不应移动。

当流量下降到不适于家庭使用的水平时，需要进行维护。继续使用过滤器会导致砂粒之间的孔隙被碎屑堵塞。因此，通过过滤器的水的流量减少。

为了清洁过滤器，必须搅拌砂的表面，从而将捕获的材料悬浮在浇注的水中。然后可以使用小容器轻松取出脏水。该过程可以根据需要重复多次以重新获得所需的流速。 这个程序有时被称为“旋转和倾倒”维护实践 需要这样做取决于通过过滤器的水的量和质量。 如果水相对干净（浊度小于30NTU），则过滤器可能运行数月，无需维护程序。排出口，盖子和扩散器应定期清洁。

此外应定期使用肥皂和水或氯溶液清洗排出口。

清洁后，重新建立生物层，迅速将清除效率恢复到原来的水平。

预计使用寿命

预计寿命30年以上; 现有的过滤器在10年以上仍然表现令人满意。盖子和扩散器可能需要更换。

供应商

CAWST提供免费模具设计。OHORIZONS基金会提供了Wood Mold指令手册。

费用

Captial Cost	Operation Cost	Replacement Cost	Estimated 5 years Cost	Cost/liter treated
US$ 12-40 = € 8,6 - 28,6	US$ 0	US$ 0	US$ 12-30	US$ ~0.01

注意：计划，运输和培训费用不包括在内。

现场经验

在柬埔寨的一项研究中，87.5％的被调查家庭使用了BSF。使用时间从六个月到八年不等，BSF安装和跟进之间的时间长短没有下降。。分析了水，卫生，卫生和其他因素与连续过滤器的使用有关。

报告接受运营维修培训的人员和深水井（深10米以上）的人员发现有统计意义 与继续使用BSF有关。在BSF家庭使用者中，BSF处理导致大肠杆菌减少了95％，未处理源水的浊度降低了82％。 此外，与没有BSF的对照家庭相比，BSF在家庭中的使用减少了47％的腹泻病。

然而，大部分BSF处理和储存的样品在过滤后被重新污染，表明需要对安全储存和再次污染进行额外的培训和教育。尽管在储存期间进行再次污染，但在BSF处理和储存的水中大肠杆菌的浓度以及浊度仍然低于未处理的水。

BSF是一种强大的水处理技术，用于柬埔寨农村家庭，能够有效去除指示菌，特别是大肠杆菌，并显着减少腹泻病。BSF的性能与其他推荐的家用水处理干预措施相当，如陶瓷净水器; 然而，BSF提供了不易于破损或需要更换部件的额外优点。

阅读完整的研究: 提高家庭饮用水质量：在柬埔寨使用生物沙过滤器。. 水与环境卫生项目, 2010 年 5 月.

Akvo RSR 项目

下列项目利用混凝土生物沙过滤器。

RSR Project 158 尼古拉斯学校的雨水收集

手册、 视频和链接

生物沙水过滤器 如何运作- Samaritan's Purse CANADA	海地的清洁水 - 关于 过滤器和健康培训	BioSand演示 由WOH Meyc
BioSand 水净化 过滤器在赞比亚和卢萨卡	采访生物沙过滤器 先生 纳拉扬·潘迪

鸣谢

本文是基于 中央水务和卫生技术中心（CAWST）的简报, 非常感谢。

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