تعمل المرشحات الرملية البيولوجية (BSF، وفقًا للاختصار بالإنجليزية) على إزالة المواد الصلبة العالقة وال ملوثات الميكروبية من المياه بمختلف مستويات ال عكارة من خلال مجموعة من العمليات الفيزيائية والبيولوجية. حيث تُعد شكلًا جديدًا لمرشح الرمل البطيء التقليدي المعروف بتدفقه المستمر T.9 ، ويمكن استخدامها على فترات متقطعة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام المنزلي. مواد فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية أو إشعاعية موجودة في المياه والتي قد تكون طبيعية أو من صنع الإنسان، وقد تؤثر على الصحة العامة إذا تواجدت بمستويات أعلى من تلك المحددة في معايير سلامة المياه.جسيمات صلبة صغيرة تظل معلقة بالمياه إما كغرويات أو بسبب حركة المياه.مقياس الوضوح النسبي للسائل، وعادةً ما يتم التعبير عنه بوحدات قياس التعكر (NTU).

يتكون مرشح BSF من حاوية بها وسائط الترشيح ودعامة من الحصى في الأسفل. حيث تُسكب المياه الملوثة في المرشح لترشيحها بالجاذبية. تتدفق المياه المرشحة عبر ماسورة ال مخرج إلى حاوية التخزين الآمن. يمكن أن تقلل مرشحات BSF بشكل كبير من مسببات الأمراض و المواد الصلبة العالقة في المياه من خلال مجموعة من العمليات الفيزيائية والكيميائية والميكروبيولوجية في قاعدة المرشح (انظر أيضًا T.9 ). تشمل هذه العمليات الافتراس وال امتزاز والموت الطبيعي والاحتجاز الميكانيكي. تتجمع الكائنات الحية الدقيقة في مياه المصدر لتكون طبقة بيولوجية في الطبقات العليا من رمل المرشح. قد يستغرق اكتمال الطبقة الحيوية ما يصل إلى عدة أشهر بناءً على حجم مياه المصدر المستخدمة ونوعيتها. خلال الشهر الأول، يكون أداء إزالة الميكروبات من مرشح BSF منخفضًا، ولذلك يجب على المستخدمين تطهير المياه المرشحة إضافة إلى عمل المرشح.

اعتبارات التصميم

يبلغ متوسط ارتفاع مرشح ​​BSF ‏0.9 أمتار، وعرضه 0.3 أمتار. تزن الحاويات الفارغة ما بين 70-135 كجم (خرسانة) أو 3.5 كجم (بلاستيك). تُركب ماسورة ال مخرج في جدار الحاوية أو تُثبت خارجه لضمان التدفق المنتظم المطلوب، دون الحاجة إلى الصنابير أو الخراطيم أو صمامات التحكم، كما تُوضع فوق طبقة الرمل. وهذا يضمن أنه عندما يكون المرشح في حالة السكون، فإنه يحافظ على 5 سم من المياه فوق سطح الرمل، وهي ما تُسمى بالمياه الراكدة. يجب أن تظل مرشحات BSF مُ شبعة بالمياه، لأن الرمل يُعد بيئة للكائنات الحية المسؤولة عن عملية الترشيح البيولوجي. ويتم تشغيل المرشح على دفعات من 10-12 لترًا. وتضمن طبقتا الحصى في الجزء السفلي من المرشح تدفقًا منتظمًا عبر الرمل، كما تمنع الرمل من دخول ماسورة ال مخرج. وفي حالة عكارة المياه الخام التي تتراوح ما بين 10-50 ‏NTU، يُوصى باستخدام الترشيح الرملي البطيء. كما يمكن تشغيل مرشحات BSF في حالة ال عكارة المرتفعة للمياه، ولكن يلزم إجراء مزيد من الصيانة. يُعد مقدار الرمل أهم معيار في التصميم، حيث يتراوح المقدار الفعّال بين 0.15-0.30 مم (كفاءة أعلى في الطرف السفلي)، بينما يتراوح مُعامِل الانتظام بين 1.5-3 (مما يعني أنه ليس شديد الانتظام، وليس شديد الاختلاف). ويغلب أن يكون عمق الرمل بين 0.45-0.5 م، بينما يختلف ارتفاع المياه حسب التدفق. عند الملء، يكون عمق المياه في المرشح عادةً حوالي 20-30 سم، وينخفض ​​إلى حوالي 5 سم عندما لا يكون قيد الاستخدام، للسماح بانتشار القدر الكافي من الأكسجين. ويجب أن يكون معدل الترشيح حوالي 0.1-0.4 متر/ساعة، مما ينتج عنه معدل تدفق حوالي 25 لترًا/ساعة؛ لدعم النشاط البيولوجي. يجب أن يكون ال مدخل مصممًا لضمان توزيع التدفق بشكل متساوٍ وتقليل اضطراب طبقات الرمل العلوية.

المواد والمستلزمات

يمكن صناعة حاوية BSF من الخرسانة أو البلاستيك أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو المعادن المجلفنة أو أي مادة غير سامة أخرى مقاومة للمياه والصدأ. كما أن الحاويات الخرسانية أو الصب باستخدام قالب فولاذي أو مرشحات الحديد المجلفن أو المرشحات من الحاويات البلاستيكية المتوفرة يمكن تصنيعهم تصنيعًا محليًا. بينما قد تستدعي الحاجة إلى مرفق تصنيع مركزي لأنواع الحاويات الأخرى أو يمكن استيرادها. كما يمكن صنع غطاء بسيط من الخشب أو الصفائح المعدنية غير القابلة للصدأ. ويُفضل في لوح النشر أن يكون حوض نشر مصنوع من البلاستيك أو الصفائح المعدنية المقاومة للصدأ، للتخلص من الانسكاب ومنع تلف الطبقة الحيوية. يجب أن تخلو وسائط المرشح بما فيها طبقتا الحصى من التلوث، كما تجب غربلتها للوصول للحجم المناسب (رمل أقل من 0.7 مم، والحصى الفاصل 0.7-6 مم، وحصى ال تصريف 6-12 مم). يجب غسل جميع وسائط المرشح للتخلص من المواد العضوية فيها. كما يمكن استخدام فحص الجرَّة البسيط لتحديد وقت غسل الرمل بشكل كافٍ.

القابلية للتطبيق

مرشح BSF مناسب للاستخدام المنزلي ولكن لا يُوصى به في مرحلة الاستجابة القصوى، بسبب الوقت اللازم لبدء النشاط البيولوجي داخل المرشح. يمكن استعمال المرشحات المنزلية في مرحلة التعافي عند الفصل ما بين السكان. لكن المرشح ثقيل ويصعب تحريكه، مما يجعله غير مناسب للأشخاص الذين ينتقلون كثيرًا. تتطلب مرشحات BSF الخرسانية ما لا يقل عن أسبوع واحد حتى تتصلب، قبل أن يتم تركيبها. أما مرشحات BSF البلاستيكية أو المعدنية فيمكن تركيبها ب سرعة أكبر، ولكن لا تزال تتطلب فترة تعتيق.

التشغيل والصيانة

يتطلب تشغيل مرشح BSF من المستخدم صب المياه من نفس المصدر في المرشح كل يوم للحفاظ على الطبقة البيولوجية. ويجب جمع المياه المعالجة في حاوية تخزين نظيفة وآمنة. ينسد سطح الرمل بمرور الوقت بالرواسب والمواد العضوية المتراكمة، مما يؤدي إلى إبطاء التدفق. لذلك عندما يصبح معدل التدفق غير مقبول، يجب تنظيف المرشح. أما بالنسبة لمرشحات BSF المنزلية، فيجب تنظيفها عن طريق عملية المضخات السويسرية، والتي تتم بتحريك سطح الرمل وإزالة المياه الراكدة المتسخة. وبعد الصيانة، تستغرق الطبقة البيولوجية وقتًا لاستعادة مستوى كفاءتها، إلا أنه أقل من الوقت الذي تستغرقه عند تركيب المرشح لأول مرة. كما يجب تنظيف ماسورة ال مخرج والغطاء وغلاف الانتشار بشكل منتظم بالصابون أو الكلور والمياه المعالجة. ولا يُسمح إطلاقًا بإدخال المياه المكلورة إلى مرشحات BSF، لأن ذلك سيضر بالطبقات البيولوجية.

الصحة والسلامة

تقلل مرشحات BSF من ال عكارة والمحتوى العضوي والكائنات الدقيقة والحديد المؤكسد وتركيزات المنجنيز في المياه. كما يتم التخلص من البروتوزوا بنسبة تزيد عن 99.99%. وتعتمد كفاءة إزالة البكتيريا والفيروسات على ظروف التشغيل، وتتفاوت في نطاق 70-99% للفيروسات و98.5-99% للبكتيريا. وتشمل ظروف التصميم والتشغيل التي تؤثر على الأداء حجم الرمل وعمق طبقة الرمل ودرجة الحرارة و عسر المياه ومعايير جودة المياه الأخرى بالإضافة إلى وقت تشغيل المرشح. وتعتمد الفعالية طويلة المدى لمرشحات BSF على جودة التشغيل والصيانة، كما أن الدعم الوثيق والشامل ضروريان للإبقاء على هذه الفعالية.

التكاليف

تتراوح التكلفة الإجمالية لمرشحات BSF من 10 إلى 100 دولار أمريكي بناءً على المواد المستخدمة والوضع. تتمثل الميزة الرئيسية لمرشحات BSF بالنسبة للمستخدمين في عدم وجود تكاليف مستمرة للمواد الاستهلاكية، على الرغم من أن الأغطية وأغلفة الانتشار وحاويات التخزين الآمنة قد تتطلب استبدالًا دوريًا. لكن لا يلزم استبدال الرمل. كما تتميز المرشحات عادةً بعمر افتراضي طويل (5-10 سنوات).

الاعتبارات الاجتماعية والبيئية

استُخدمت مرشحات BSF في أكثر من 70 دولة وتعتبر بشكل عام وسيلة ميسورة التكلفة وفعالة ومستدامة لتوفير المياه النظيفة للمنازل. حيث توفر معالجة فعالة لأي مياه خالية من الكلور، ويمكن تدريب أي شخص على وضع هذه المرشحات وتركيبها على المستوى المحلي. كما تحافظ المرشحات الخرسانية على برودة المياه. ومع ذلك، يلزم تقديم الدعم المستمر والمنتظم للتأكد من صحة التشغيل من طرف المستخدمين، حتى لا تقل جودة المياه، ولا تتعرض المرشحات للتلف.