Швидкі фільтри використовують крупнозернистий пісок як фільтраційний матеріал для усунення дрібних зважених твердих часток із води із різним ступенем каламутності (або замуленості). Це етап попереднього очищення, який передує кінцевому процесу дезінфекції, наприклад, хлоруванню T.6 , та може використовуватися на всіх етапах надзвичайної ситуації.

Швидкі фільтри складаються з резервуару чи басейну, що містить фільтраційні матеріали із підтримкою у вигляді гравію в основі, системи дренажу в основі для збору фільтрованої води та впуску води для промивки, а також жолоби вздовж верхньої частини фільтру (0,5 метрів над нерозширеним фільтраційним шаром) для збору води для промивки. Швидкі фільтри переважно усувають частки із води із використанням фізичних процесів, найважливішим з яких є адсорбція, хоча седиментація та проціджування також відіграють певну роль. Швидкі фільтри потребують промивки. Швидкі фільтри під тиском часто є частиною компактних установок з очищення води, спроєктованих для надзвичайних ситуацій.

Проєктні міркування

Швидкі фільтри можуть використовуватися безпосередньо чи у поєднанні з іншими процесами попереднього очищення залежно від каламутності неочищеної води. Вони добре працюють там, де якість неочищеної води становить орієнтовно 25 нефелометричних одиниць каламутності (де нефелометричні одиниці каламутності – це одиниця вимірювання каламутності). У випадку більшої каламутності (до 100 нефелометричних одиниць каламутності) швидку фільтрацію можна поєднати із гібридною формою чорнової фільтрації з висхідним потоком T.1 із використанням вищої ніж зазвичай швидкості потоку. У випадку води із рівнем каламутності у понад 100 нефелометричних одиниць каламутності можна використовувати стандартний чорновий фільтр T.1 або традиційну коагуляцію і седиментацію T.4 . Швидкі фільтри зменшують каламутність на щонайменше 90%, маючи на меті досягнення підходящої каламутності для подальшого процесу очищення (тобто менше 5 нефелометричних одиниць каламутності для хлорування T.6 або приблизно 10 нефелометричних одиниць каламутності для повільної піщаної фільтрації T.9 ). Вони також можуть зменшувати вміст бактерій на 60 – 90% залежно від умов і дещо зменшувати колір, смак та важкі метали. У випадку підземних вод із високим вмістом заліза та магнію вони часто використовуються після аерації задля фільтрування отриманих осадів.

Пісок – це найбільш часто вживаний фільтраційний матеріал, і він має бути відносно однорідним за розміром у діапазоні 0,4 – 1,2 мм. Інколи поверх піску додають більш крупнозернистий шар (наприклад, антрацит чи кокосову стружку) задля зменшення рівня блокування. Напрямок потоку може бути або вверх, або вниз, при цьому вода рухається завдяки роботі насосів чи гравітації. У випадку децентралізованого застосування переважно встановлюються фільтри гравітаційного потоку донизу задля спрощення огляду та обслуговування. Фільтри, які працюють під тиском (або закриті фільтри), уможливлюють довшу роботу фільтрів та використовуються у промисловому контексті та в наборах для очищення води в умовах надзвичайної ситуації. Вони можуть працювати при потоці у 15 – 30 метрів на годину (стиснення м³/м²/годину). Гравітаційні фільтри (або відкриті фільтри) які є відкритими до атмосферного тиску, працюють при 5 – 15 метрах на годину. Навіть із запровадженими змінами (контролювання потоку за допомогою клапанів) потік зменшиться через кілька днів, в момент чого відбувається промивка у режимі висхідного потоку із використанням насосів або гравітації. За умови використання гравітації потрібен резервуар для чистої води, встановлений достатньо високо над жолобами для води для промивки, задля забезпечення бажаної швидкості промивки (різниця у висоті у 4 – 6 метрів зазвичай є достатньою). У випадку фільтрів, які працюють під тиском, падіння тиску (приблизно 0,5 бар при стабільній швидкості потоку) є ознакою забивання. При проєктуванні важливо зважати на те, що фільтр із чистим піском розширюється до 30% під час промивки.

Матеріали

Матеріали включають відділення фільтру, системи притоку та відтоку води із контрольним механізмом, дренажну систему, фільтраційні матеріали, насоси (чи піднятий резервуар для води) та (факультативно) систему подачі стисненого повітря для промивки.

Придатність

Швидкі фільтри потребують достатніх місцевих спроможностей та фінансових ресурсів (наприклад, великий міський чи промисловий об’єкт). В якості фільтрів, які працюють під тиском, вони можуть використовуватися на етапах гострого реагування та стабілізації під час надзвичайної ситуації. Більші за масштабом установки можна використовувати на етапі відновлення (тестові характеристики води, після чого впроваджується невелика пілотна установка).

Експлуатація та обслуговування

Вимоги щодо експлуатації та обслуговування є суттєвими, основні завдання пов’язані з контролем потоку та промивкою. Промивка відбувається часто, кожні 0,5 – 2 дні десь протягом 30 хвилин; там, де неочищена вода каламутна та інтервали між промивкою є меншими за 6 годин, потрібно розглянути можливість запровадження змін у проєкті. Оператор має переконатися в тому, що швидкість потоку є достатньо високою для розширення фільтраційного шару, проте достатньо низькою для того, щоб фільтраційні матеріали не вимивалися із жолобів для промивки (щонайменше 0,5 метрів над нерозширеним фільтраційним шаром). Швидкість промивки варіюється у межах 12 – 90 метрів за годину залежно від розміру піску та температури середовища (нижча швидкість є можливою за нижчої температури). Спресоване повітря також може використовуватися в деяких фільтрах для промивки. Шари гравію під крупнозернистим піском підтримують матеріал та попереджують забивання дренажу піском. Гравій не має зрушуватися з місця під час процедури промивки. Також потрібне буде загальне обслуговування установки (наприклад, використання антикорозійних агентів у металевих частинах, змащування клапанів мастилом).

Здоров’я та безпека

Швидка фільтрація – це метод попереднього очищення, і його не потрібно використовувати як одноетапний процес очищення для питної води. Мул, зрушений з місця під час промивки, має утилізуватися у безпечний спосіб, коли коагуляція використовувалася як частина системи для попередження потрапляння у систему водопостачання таких металів, як алюміній.

Витрати

Капітальні інвестиції у фільтр можуть варіюватися у діапазоні 100 доларів США за м³ за день. Поточні витрати на обслуговування становлять орієнтовно 13 доларів США на м3 за день, що вище ніж у випадку повільних піщаних фільтрів T.9 через потребу в частішому огляді та використанні насосів для промивки. Лише для промивки на рік потрібно до 180 робочих годин. Витрати можна зменшити шляхом проєктування менших насосів для викачування у підвищений резервуар для води замість використання більших насосів для промивки.

Соціальні та екологічні аспекти

Швидкі фільтри добре приймаються користувачами/установами, оскільки вони візуально покращують ситуацію з каламутністю. Їх запровадження як нової технології потребує навчання, розвитку можливостей щодо експлуатації та обслуговування, а також готовності і бажання місцевого персоналу. Мул, отриманий в процесі промивки фільтру, потрібно очистити (зневоднити) та безпечно утилізувати. Утилізація неочищеного мулу у навколишнє середовище може призвести до виникнення ризиків для здоров’я та екологічних проблем.