Біологічні повільні піщані фільтри усувають зважені тверді частки та мікробіологічні забрудники з води з різним рівнем каламутності завдяки поєднанню фізичних та біологічних процесів. Вони є адаптацією традиційних повільних піщаних фільтрів T.9 із постійним потоком і можуть використовуватися час від часу, що робить їх доречними для використання в побутових умовах.

Біологічний повільний піщаний фільтр складається з контейнеру із фільтраційним матеріалом та шаром гравію на дні. Забруднену воду наливають у фільтр, і вона фільтрується завдяки гравітації. Фільтрована вода тече через вихідну трубу у контейнер для безпечного зберігання. Біологічні повільні піщані фільтри можуть значно зменшити кількість патогенів і зважених твердих часток у воді завдяки поєднанню фізичних, хімічних та мікробіологічних процесів у межах фільтраційного шару (див. також T.9 ). Ці процеси включають хижацтво, адсорбцію, природню загибель та механічне вловлювання. Мікроорганізми у воді із джерела утворюють біологічний шар у верхніх шарах фільтраційного піску. Повноцінний розвиток біологічного шару може тривати до кількох місяців залежно від об’єму та якості неочищеної води, яка використовується. Протягом першого місяця ефективність біологічного повільного піщаного фільтру щодо мікробіологічного очищення води є низькою, і користувачам варто додатково дезінфікувати фільтровану воду.

Проєктні міркування

Середньостатистичний біологічний повільний піщаний фільтр має висоту у 0,9 метра та ширину у 0,3 метра. Порожні контейнери важать від 70 до 135 кг (бетонні) або 3,5 кг (пластикові). Із метою забезпечення необхідного сталого потоку вихідна труба вбудована у стінку контейнеру або приєднана ззовні і не має кранів, шлангів чи контрольних клапанів, а також розміщена вище ніж шар піску. Таким чином, коли фільтр не працює, утримується 5 см води над поверхнею піску, які називають стоячою водою. Біологічні повільні піщані фільтри мають завжди бути наповненими водою, оскільки пісок є середовищем для проживання організмів, які відповідають за процес біологічної фільтрації. Фільтр експлуатується партіями по 10 – 12 літрів. Два шари гравію на дні забезпечують сталий потік води через пісок і не дозволяють піску потрапити у вихідну трубу. У випадку повільної піщаної фільтрації рекомендована каламутність неочищеної води знаходиться на рівні від 10 до 50 нефелометричних одиниць каламутності. Біологічні повільні піщані фільтри можуть експлуатуватися у випадку води з вищою каламутністю, проте знадобиться більше обслуговування.

Розмір піску є критичним параметром проєкту, при цьому ефективний розмір піску варіюється від 0,15 до 0,30 мм (вища ефективність при меншому розмірі), а коефіцієнт однорідності – від 1,5 до 3 (тобто не занадто однорідний і не занадто різний). Глибина піску зазвичай становить 0,45 – 0,5 метра, тоді як висота води варіюється залежно від потоку. Коли фільтр заповнений, глибина води зазвичай становить 20 – 30 см і зменшується до приблизно 5 см, коли фільтр не використовується, щоб уможливити належну дифузію кисню. Для підтримки біологічної активності необхідна швидкість фільтрації на рівні приблизно 0,1 – 0,4 метра на годину, що в результаті дає швидкість потоку на рівні орієнтовно 25 літрів на годину. Водопідвідна труба має бути спроєктована таким чином, щоб забезпечити рівномірне розповсюдження потоку та якомога менше порушувати верхні шари піску.

Матеріали

Контейнер біологічного повільного піщаного фільтру може бути виготовлений із бетону, пластику, нержавіючої сталі, оцинкованого металу або будь-якого іншого водонепроникного, нержавіючого та нетоксичного матеріалу. Бетонні контейнери, виготовлені із використанням сталевої форми, фільтри з оцинкованого заліза або фільтри з наявними пластиковими контейнерами можуть виготовлятися на місці. У випадку інших видів контейнерів може знадобитися централізоване виробництво, або їх можна імпортувати. Проста кришка може бути виготовлена з дерева або нержавіючого листкового металу. Перевага віддається фільтровій чаші, виготовленій із пластику або нержавіючого листкового металу, а не фільтровій пластині, оскільки вона усуває переливання в результаті пошкодження біологічного шару. Фільтраційні матеріали, у тому числі два шари гравію, мають бути вільними від забруднення та просіяними задля забезпечення належного розміру (до 0,7 мм для піску, 0,7 – 6 мм для роздільного шару гравію і 6 – 12 мм для дренажного шару гравію). Усі фільтраційні матеріали потрібно промити задля усунення органічних речовин. Можна скористатися простим тестом у мірній посудині для визначення того, чи пісок було достатньо промито.

Придатність

Біологічні повільні піщані фільтри підходять для використання в побутових умовах, проте їх не рекомендують для гострого етапу реагування з огляду на період часу, потрібний для дозрівання біологічної активності у межах фільтру. Побутові фільтри можуть розглядатися для використання на етапі відновлення для населення, розкиданого по території. Фільтр є важким і його складно рухати, що робить цей продукт непідходящим для людей, які часто переїжджають. Бетонні біологічні повільні піщані фільтри потребують як мінімум одного тижня для витримки бетону, перш ніж можна буде переходити до їх встановлення. Пластикові або металеві біологічні повільні піщані фільтри можна встановити швидше, проте все одно знадобиться період дозрівання.

Експлуатація та обслуговування

Експлуатація біологічного повільного піщаного фільтру вимагає від користувача наливати воду із того самого джерела у фільтр кожного дня задля підтримки біологічного шару. Очищену воду потрібно збирати у чистому контейнері для безпечного зберігання води. Із часом поверхня піску може забитися через накопичені відкладення та органічні речовини, що вповільнюватиме потік. Коли швидкість потоку більше не буде прийнятною, фільтр потрібно буде почистити. У випадку побутових біологічних повільних піщаних фільтрів це передбачає процес створення водовороту та зливу, тобто піднімається поверхня піску та зливається брудна стояча вода. Після обслуговування знадобиться певний час для того, щоб біологічний шар відновив рівень своєї ефективності, але це займає менше часу, ніж відразу після встановлення фільтру. Також потрібно регулярно чистити милом або хлором і очищеною водою вихідну трубу, кришку та розсіювач. Біологічні повільні піщані фільтри ніколи не можна наповнювати хлорованою водою, оскільки це зашкодить біологічному шару. 

Здоров’я та безпека

Біологічні повільні піщані фільтри зменшують каламутність, вміст органіки, мікроорганізмів, а також концентрацію окисненого заліза та марганцю у воді. Найпростіші організми видаляються на понад 99,99%. Ефективність усунення бактерій і вірусів залежить від умов експлуатації та варіюється у діапазоні від 70 – 99% у випадку вірусів і 98,5 – 99% у випадку бактерій. Проєктні та експлуатаційні умови, які впливають на ефективність, включають розмір піску, глибину піщаного шару, температуру, жорсткість води та інші якісні параметри води, а також період часу, протягом якого експлуатується фільтр. Довгострокова ефективність біологічних повільних піщаних фільтрів залежить від якості експлуатації та обслуговування, і задля забезпечення ефективності важливою є тісна та комплексна підтримка.

Витрати

Загальна вартість біологічного повільного піщаного фільтру варіюється від 10 до 100 доларів США залежно від використаних матеріалів та контексту. Основною перевагою використання біологічного повільного піщаного фільтру для користувачів є те, що відсутні регулярні витрати на розхідники, хоча може бути потрібно періодично замінювати кришки, розсіювачі та контейнери для безпечного зберігання води. Пісок замінювати не потрібно. Фільтри зазвичай мають довгий строк експлуатації (5 – 10 років).

Соціальні та екологічні аспекти

Біологічні повільні піщані фільтри використовуються у понад 70 країнах та зазвичай вважаються економічно доступними, ефективними і сталими засобами забезпечення домогосподарств чистою водою. Вони гарантують ефективне очищення будь-якої нехлорованої води, і можна навчити будь-кого споруджувати і встановлювати фільтри на місці. Бетонні фільтри утримують воду охолодженою. Проте потрібна регулярна постійна підтримка задля забезпечення правильної експлуатації користувачами, стабільної якості води та постійного використання фільтрів.