Коагуляція і швидка фільтрація – це етап попереднього очищення, який використовується для усунення зважених твердих часток із води із різним рівнем каламутності (або замуленості) із метою її підготовки до кінцевого етапу дезінфекції, наприклад, хлорування T.6 . Вона може використовуватися на всіх етапах надзвичайнииої ситуації.Процес, під час якого хімікат (наприклад, сульфат алюмінію чи хлорид заліза) додається до води для дестабілізації електростатичних зарядів колоїдів, що дозволяє цим меншим часткам зібратися разом для утворення більших часток (шляхом флокуляції), які швидше осідають або можуть бути відфільтрованими завдяки їх більшому розміру.

У випадку неочищеної води, яка містить дрібні грубодисперсні домішки, які лише повільно осідають або взагалі не осідають, необхідно додати хімікати для пришвидшення процесу. Цей процес називають «коагуляцією і седиментацією» (оскільки пришвидшується природний процес седиментації) або «коагуляцією та флокуляцією». У такому разі хімічний коагулянт, який додається до води, дестабілізує електростатичні заряди колоїдних речовин, через що вони об’єднуються у більші частки (флокуляція) у процесі механічного змішування. Під час стандартного процесу очищення такі частки осідають із використанням седиментації T.4 , хоча цей крок можна пропустити, напряму фільтруючи пластівці із використанням швидких фільтрів T.2 у межах процесу, також відомого як «пряма фільтрація». Порівняно з традиційною установкою із такою самою швидкістю потоку та якістю неочищеної води коагуляція і швидка фільтрація може забезпечувати краще усунення каламутності за нижчу вартість. Це процес, який зазвичай проводиться у більшому масштабі, хоча готові установки, які використовуються в умовах надзвичайної ситуації, часто включають коагуляцію із використанням гідравлічного змішувача, після чого слідує швидкий фільтр під тиском. Коагуляція та флокуляція, після яких слідує мікрофільтрація T.3 чи ультрафільтрація T.10 , також можуть використовуватися, хоча це називають мембранною фільтрацією із вбудованою коагуляцією. 

Проєктні міркування

Метою прямої фільтрації є зменшення каламутності до рівня, підходящого для подальших етапів очищення. Це зазвичай хлорування T.6 , тому потрібна каламутність на рівні менше 5 нефелометричних одиниць каламутності. Під час цього виду попереднього очищення також зменшується концентрація бактерій, і спостерігається суттєве покращення кольору, смаку, запаху та рівнів таких металів, як залізо, марганець, фтор та миш’як. Пряма фільтрація добре працює там, де якість неочищеної води є відносно сталою та середня каламутність становить орієнтовно 25 нефелометричних одиниць каламутності (із максимальним значенням у 100 нефелометричних одиниць каламутності). Там, де каламутність є вищою або більш мінливою, може знадобитися більша кількість коагулянту, який формуватиме багато шматків, що може швидше забити фільтр. Альтернативним варіантом для води із вищою каламутністю на рівні приблизно 100 нефелометричних одиниць каламутності (із максимальним значенням у 200 нефелометричних одиниць каламутності) є поєднання швидкої фільтрації T.2 із гібридною формою чорнового фільтру T.1 із висхідним потоком води із вищою швидкістю потоку ніж зазвичай. У випадку води із ще вищою каламутністю можна використовувати стандартні чорнові фільтри T.1 чи традиційну коагуляцію і седиментацію T.4 .

Коагуляція і седиментація та швидка фільтрація подібні до традиційних процесів очищення (див. T.2 та T.4 ) із певними відмінностями. Для етапу коагуляції необхідні менші кількості коагулянту, що зменшує витрати, також іноді додається полімер. Етап флокуляції подібний, проте його можна пропустити. Основна відмінність від швидкої фільтрації полягає у тому, що оскільки відсутній басейн для седиментації і натомість шматки зберігаються у фільтраційному шарі, потрібні більші потужності щодо зберігання. Це досягають шляхом поглиблення фільтраційного шару та включення ще одного фільтраційного матеріалу більшого розміру як верхнього шару (наприклад, антрациту), що робить фільтр більш ефективним порівняно зі стандартними швидкими фільтрами, оскільки шматки проникають глибше в основу, таким чином використовуючи всю глибину (замість того щоб вловлювати їх лише у верхніх шарах). Верхній шар більшого розміру зроблений із чогось із нижчою питомою вагою (співвідношення щільності матеріалу до щільності води), так щоб два шари утримували свої відносні позиції після промивки.

Рівень фільтрації із використанням фільтрів із подвійним матеріалом зазвичай є вищим ніж традиційні швидкі фільтри, що означає, що потрібна менша фільтраційна площа, хоча більша швидкість потоку призводить до коротших експлуатаційних циклів, через що потрібно частіше проводити промивку, що використовує трохи більше води (орієнтовно 6% фільтрованої води). Нижній шар піску у фільтрі з подвійним матеріалом має ефективний розмір піску (тобто 90% піску, що використовується, більші за розміром) від 0,45 до 0,8 мм (трохи менший ніж у традиційних швидких фільтрах), тоді як верхній шар зазвичай має розмір від 1,0 до 1,6 мм. Обидва шари відносно однорідні.

Матеріали

Матеріали можуть включати насос, механізм дозування коагулянту, резервуар для флокуляції (факультативно), механізм утилізації мулу, хімікати для коагуляції та можливої зміни рівня рН, а також для швидкої фільтрації T.2 , системи притоку і відтоку води із механізмом контролю, систему підтримки фільтруючого середовища, насоси (для піднятого резервуару для води), фільтраційні матеріали (пісок плюс грубший матеріал) та (інколи) систему подачі стисненого повітря для промивки.

Придатність

Цей процес очищення підходить для всіх етапів надзвичайної ситуації. Він може бути дуже корисним під час гострого реагування, оскільки його можна швидко започаткувати для масштабного очищення води та там, де обладнання і процеси ще не ідеальні (наприклад, де один резервуар використовується для флокуляції та седиментації). Наявність прямої фільтрації на ранньому етапі в умовах надзвичайної ситуації дає певні додаткові можливості щодо швидкого забезпечення чистою водою попри можливі невеликі помилки. Масштабні установки можна використовувати на етапі відновлення, коли вже є час для належного проєктування і пілотування, проте також потрібно зважати на можливі альтернативні варіанти попереднього очищення, наприклад, чорнову фільтрацію T.1 , із метою зменшення витрат, поточної залежності від хімікатів і питань утилізації мулу.

Експлуатація та обслуговування

Вимоги щодо експлуатації та обслуговування є значними і подібними до вимог для традиційних процесів очищення. Такі питання включають перевірку каламутності та рівня рН до та після очищення, регулярні тести у мірній посудині, зміну дозування, спускання та чищення резервуарів, утилізацію мулу, зберігання і змішування хімікатів, контроль потоку та промивання твердих часток. Також потрібне буде загальне обслуговування установки (наприклад, насосів, змішувачів, клапанів, застосування антикорозійних агентів у металевих частинах, змащування мастилом клапанів).

Здоров’я та безпека

Занепокоєння щодо здоров’я та безпеки подібні на ті, які виникають щодо стандартних процесів очищення, включаючи потребу в подальшій дезінфекції та безпечній утилізації мулу (наприклад, на полігоні, утилізація в каналізації чи координування із мулом з системи водовідводу). Там, де використовується сульфат алюмінію як коагулянт, рівень алюмінію в очищеній воді не може перевищувати 0,2 мг на літр із огляду на безпеку для здоров’я. Коли він високий, необхідну дозу можна зменшити шляхом адаптування рівня рН неочищеної води або шляхом проведення фільтрації із використанням швидкого фільтру T.2 . З хімікатами потрібно поводитися обережно, оскільки вони можуть бути корозійними.

Витрати

Пряма фільтрація є дешевшою ніж стандартні процеси очищення, оскільки використовується менше хімікатів та потрібно споруджувати менші установки. Це може заощадити до 30%.

Соціальні та екологічні аспекти

Загалом цей процес очищення добре приймається споживачами та установами, оскільки візуально покращується ситуація із каламутністю води. Мул, який виробляється у процесі коагуляції, може спричиняти екологічні ризики у разі його утилізації поблизу джерел підземних вод.