Гравійна фільтрація використовується для усунення зважених твердих часток із дуже каламутної (чи мулистої) води із використанням фільтраційних засобів різного розміру від великого до дрібного гравію. Це етап попереднього очищення, який передує кінцевому процесу дезінфекції, наприклад, хлоруванню T.6 , повільній піщаній фільтрації T.9 чи ультрафільтрації T.10 . Вона може використовуватися на етапах стабілізації та відновлення в умовах надзвичайної ситуації.

Гравійні фільтри виступають в якості менше як «фільтрів» і більше як відстійних резервуарів із розширеною площею поверхні. Відстійний резервуар загалом проєктується з огляду на час, який потрібен для того, щоб частки осіли із врахуванням глибини резервуару. У випадку гравійного фільтру необхідна відстань для процесу осідання є набагато меншою, оскільки резервуари заповнені гравієм. Ця риса разом зі збільшеною наявною площею поверхні для таких процесів, як седиментація та адсорбція, допомагає вловити частки для того, щоб зробити це більш ефективною формою седиментації.

Проєктні міркування

Гравійна фільтрація використовує фільтраційні матеріали, які зменшуються в розмірі або в тому самому резервуарі із трьома відділеними один від одного шарами, або більш поширено/ефективно як три окремі камери у горизонтальному резервуарі. Розміри матеріалів варіюються від 4 до 25 мм, матеріали більшого розміру знаходяться ближче до вхідної труби (зазвичай 12–25 мм та 8–12 мм), а матеріали меншого розміру – біля вихідної труби (зазвичай 4–8 мм). У випадку горизонтальних фільтрів загальна довжина сягає до 7 метрів, розділених на три камери, довжина яких зменшується у співвідношенні 3:2:1 із переходом від більших до дрібніших матеріалів. У випадку фільтрів, виготовлених із горизонтальних відділень, потік може бути як горизонтальним, так і догори та донизу через кожне відділення. У випадку фільтрів із трьома шарами в одному відділенні вода тече лише догори, оскільки так ефективніше проходить гідроочищення, яке використовує силу гравітації для зливу відкладень. Можуть використовуватися різні види фільтраційних матеріалів, хоча вони мають бути відносно однорідними в кожній камері/шарі та мати гарну проникність. Гравійні фільтри можуть ефективно очищувати каламутну воду із каламутністю до 500 нефелометричних одиниць каламутності (де нефеломентричні одиниці каламутності – це одиниця вимірювання каламутності), зменшуючи таку каламутність до 90% та приводячи її до рівня, прийнятного для подальших процесів очищення. Наприклад, коли наступним етапом є повільна піщана фільтрація (О.9), бажаною є каламутність у 10 нефелометричних одиниць каламутності. До того ж гравійні фільтри покращують мікробіологічну якість води, зменшуючи рівень вмісту бактерій на 60–99%.

Ключовим проєктним параметром є низька швидкість руху води через фільтр, оскільки седиментація працює найбільш ефективно при нетурбулентному потоці. Із метою досягнення цього така швидкість має бути на рівні 0,3–1,5 метри за годину (стиснення м³/м²/годину), хоча її бажано утримувати по можливості на рівні найефективнішої швидкості до 0,6 метра на годину). Вода, яка потрапляє у чи виходить із фільтра, також не має бути каламутною задля уникнення підмивання та короткого замикання. У місці забору води для цього потрібні вхідні переливні планки, які закривають всю ширину фільтру, або перегородки для розподілу енергії води, а у місці витоку – стіна на всю ширину, над якою тече вода, або обманний фільтруючий шар під низом. Гравійний фільтр має залишатися заповненим, оскільки очищення ускладнюється у разі його пересихання. Відтак контроль виходу має бути спроєктований так, щоб вода виходила з фільтру лише на певній висоті (наприклад, переливна планка чи піднята стокова труба). Гідроочищення за допомогою гравітації працює найкраще, коли дренажні компоненти підібрані по розміру для високого об’єму потоку в 60–90 метрів на годину над фільтраційним шаром.

Матеріали

Матеріали включають відділення фільтру, системи притоку та відтоку води із контрольним механізмом, дренажну систему та фільтраційні матеріали (гравій, обпалені глиняні плитки, пластик, обпалене вугілля чи кокосові волокна).

Придатність

Гравійні фільтри підходять там, де місцеві можливості та фінанси є обмеженими (наприклад, сільські чи малі або середні за розміром системи у містах і передмістях). Вони більше підходять для етапів стабілізації і відновлення після надзвичайної ситуації, оскільки для їх встановлення потрібен час. Вони можуть стати гарною заміною для коагуляції і седиментації T.4 та швидкої фільтрації T.2 , які є більш поширеними на етапі гострого реагування, проте потребують більше поточних ресурсів. Функціонування гравійних фільтрів залежить від кількості грубодисперсних домішок у воді. До проведення масштабування частина робіт із проєктування полягатиме в тестуванні характеристик твердих часток у воді щодо можливості їх відділення, після чого буде запущена невелика пілотна установка.

Експлуатація та обслуговування

Основне завдання щодо обслуговування полягає в усуненні накопичених твердих часток, які проникають глибоко у фільтраційний засіб, зазвичай шляхом гідроочищення, що передбачає швидке промивання фільтру. Бажаними є коротші інтервали між сеансами гідроочищення (наприклад, кожні кілька тижнів) задля мінімізації накопичення твердих часток, проте очищення вручну зазвичай потрібне кожні один – п’ять років залежно від якості неочищеної води. Це передбачає усунення вручну фільтраційного матеріалу, його промивання окремо та заміну. Наявність двох чи більше фільтрів дозволяє не припиняти потік води під час процесу обслуговування, який займає багато часу. Інші завдання щодо обслуговування включають застосування протикорозійних агентів у металевих частинах (клапанах, валах та трубах) та змащування мастилом різних клапанів.

Здоров’я та безпека

Гравійна фільтрація – це попереднє очищення, та її не потрібно використовувати як одноетапний процес очищення для питної води. В умовах надзвичайної ситуації завжди рекомендується хлорування T.6 як мінімальний етап після очищення. Стоки, отримані в процесі фільтрації, легко утилізуються та не спричиняють занепокоєнь щодо здоров’я. 

Витрати

Гравійні фільтри коштують щонайменше 150 – 200 доларів США на м³ встановленого фільтраційного об’єму. Поточні витрати є низькими з огляду на відсутність необхідних хімікатів та простоту схеми. Для позначення необхідних витрат на обслуговування на прикладі фільтру, який очищує 240 м³ на день, на рік потрібно буде лише 30 робочих годин (включаючи гідроочищення кожен місяць чи кожні два місяці залежно від пори року та очищення вручну кожні 5 років). Для порівняння повільний піщаний фільтр T.9 потребує на 300% більше часу.

Соціальні та екологічні аспекти

Гравійні фільтри зазвичай добре приймаються користувачами та установами там, де ця технологія відома. Запровадження її як нової технології потребує навчання, розвитку спроможностей щодо експлуатації та обслуговування, а також готовність і бажання місцевого персоналу.