Повільні піщані фільтри усувають зважені тверді частки та патогени з води з різним рівнем каламутності (або замуленості) із використанням дрібного піску як фільтраційного матеріалу. Вони використовуються як останній етап очищення і є найбільш доречними на етапах стабілізації та відновлення після надзвичайної ситуації.

Повільні піщані фільтри складаються із резервуару з фільтраційним матеріалом із допоміжним шаром гравію в основі, дренажним блоком в основі для збору відфільтрованої води, блоком контролю потоку та дренажною системою фільтру. Вони є унікальними у своїй здатності суттєво зменшувати кількість патогенів у воді, використовуючи комбінацію природних фізичних та мікробіологічних процесів у межах фільтраційного шару (включаючи седиментацію, витягування, адсорбцію, адгезію, конкуренцію за їжу та хижацтво). Відтак повільні піщані фільтри можуть бути одним із найефективніших методів одноетапного очищення, які існують, та можуть застосовуватися в різних масштабах – від великих установок з очищення води до рівня домогосподарства.

Проєктні міркування

Для повільних піщаних фільтрів рекомендована каламутність неочищеної води – до 10 нефелометричних одиниць каламутності, із часом дозволеними піковими показниками до 50 нефелометричних одиниць каламутності. У разі вищої каламутності потрібне попереднє очищення, наприклад, чорнова фільтрація T.1 чи коагуляція і седиментація T.4 . Повільні піщані фільтри можуть зменшити каламутність до менше 1 нефелометричної одиниці каламутності, а також можуть суттєво зменшити кількість патогенних організмів (зменшення кількості бактерій і вірусів на понад 95% та зменшення кількості криптоспоридій і лямблій на понад 99%). Вони покращують колір і смак, при цьому зменшуючи кількість інших органічних та неорганічних токсинів на щонайменше 50% (наприклад, ціанобактеріальні токсини, ртуть, поліароматичні вуглеводні, залізо, марганець, хром, кадмій та миш’як). Ефективність цих фільтрів залежить від розміру піску, глибини піщаного шару, температури і жорсткості води (більше каламутності усувається у жорсткішій воді). Розмір піску є надзвичайно важливим проєктним параметром, ефективний розмір гранул піску коливається у діапазоні 0,15 – 0,35 мм (вища ефективність, коли гранули менші), а коефіцієнт однорідності становить від 1,5 до 3 (тобто і не занадто однорідний, і не занадто різний за розміром). Коли розмір піску є правильним, то тверді частки зціджуються лише в межах кількох верхніх сантиметрів, а коли пісок крупніший, то тверді частки проникають глибше, так що процедури з обслуговування не відновлять потік належним чином.

Повільні піщані фільтри мають підтримуватися в насиченому стані, оскільки вони є середовищем існування організмів, відповідальних за процес біологічної фільтрації. Таке різноманітне мікробіологічне середовище (також відоме як шар «Schmutzdecke» – «забруднений шар») формується в період від перших кількох тижнів до кількох місяців експлуатації залежно від якості неочищеної води. У випадку фільтрів більшого масштабу, в яких вода тече 24 години на добу, щоб забезпечити біологічний шар киснем та їжею, глибина піску варіюється від 0,6 до 1,2 метрів, тоді як висота води над фільтраційним шаром зазвичай становить 1,0 – 1,5 метри (біологічна повільна піщана фільтрація H.5 має інший рівень води). Швидкість фільтрації має бути повільною – від 0,1 до 0,4 метри за годину (стиснення м³/м²/годину) для підтримки біологічної активності і забезпечення достатнього контакту для інших фізичних процесів. Дренажна система в основі дозволяє чистій воді витікати, над якою кілька ранжованих шарів гравію не дають піску витекти з фільтру, при цьому покращуючи швидкість потоку. Потік завжди направлений вниз та рухається завдяки гравітації, і з часом він зменшується у ході забивання фільтру. У випадку більших фільтрів постійний потік досягають зазвичай шляхом контролювання води, яка витікає з фільтру, за допомогою клапанів чи плаваючих контролерів із метою врахування збільшення опору у фільтраційному шарі. Фільтр має бути спроєктований так, щоб прибуваюча вода не порушувала шар «Schmutzdecke». Після того як потік стає менше необхідного рівня, потрібно провести очищення.

Матеріали

Матеріали включають відділення фільтру, системи притоку і відтоку води із механізмом контролю, дренажну систему в основі, фільтраційні матеріали та обладнання для промивання і зберігання піску.

Придатність

Повільні піщані фільтри не підходять для гострого етапу реагування, оскільки потрібен час для дозрівання біологічної активності у фільтрі. Їх можна розглядати для етапів стабілізації і відновлення як частину ширшого процесу очищення, коли є час для проєктування та спорудження установки. Біологічні повільні піщані фільтри H.5 також можна розглядати на етапі відновлення (спершу як пілотний проєкт, щоб переконатися у прийнятті) для поточного сталого очищення води для населення, яке не проживає компактно. У холодному кліматі можуть знадобитися спеціальні заходи для попередження замерзання. Ефективність біологічних процесів також знижується в холодному кліматі. У гарячому кліматі деякі види водоростей можуть розростатися на поверхні відкритих фільтрів, що призводить до забивання. Інколи це означає, що фільтри потрібно закривати, хоча деякі види водоростей разом із поєднанням дії УФ світла у відкритих фільтрах можуть сприяти біологічним процесам.

Експлуатація та обслуговування

Основні завдання щодо експлуатації та обслуговування пов’язані з загальним обслуговуванням установки, контролем потоку та ручним чищенням. Чищення проводиться шляхом спускання води із фільтру так, щоб рівень води був десь на 10 см нижче поверхні піску, перш ніж вручну зішкрібати верхній шар. Чим швидшим буде процес чищення, тим коротшим буде період повторного дозрівання (було виявлено, що розміщення геотекстильного полотна пришвидшує процес чищення). Шкребки можна після цього промити та зберігати. Додатковий пісок додають лише коли фільтраційний шар сягає мінімальної глибини (0,6 м), що трапляється кожні кілька років. Оскільки потрібно хоча б кілька днів для відновлення мікроорганізмів (і навіть довше після заміни піску), нормально встановити кілька фільтраційних одиниць паралельно, щоб все одно воду можна було очищувати у процесі проведення робіт з обслуговування.

Здоров’я та безпека

Повільна піщана фільтрація вважається кінцевим етапом очищення і може використовуватися як процес одноетапного очищення для питної води залежно від якості неочищеної води. Ефективність усування патогенів залежить від моделі фільтру та умов експлуатації. Проте під час гострих надзвичайних ситуацій стандартним протоколом є завжди проводити дезінфекцію води з використанням хлорування T.6 із метою забезпечення захисту залишків.

Витрати

Капітальні інвестиції у фільтр варіюються на рівні приблизно 100 доларів США на м³ на день (подібні до швидких фільтрів, T.2 ). Поточні витрати на експлуатацію та обслуговування становлять приблизно 3 долари США на м³ на день, що нижче ніж у випадку швидких фільтрів, оскільки інтервали між проведенням робіт з обслуговування є більшими. Повільні піщані фільтри потребують великої площі, часто у майже 10 разів більшої ніж швидкі фільтри та у понад 50 разів більшої ніж мембранні системи, наприклад, мікрофільтрація T.3 чи ультрафільтрація T.10 . Ціна та наявність землі суттєво вплине на капітальні інвестиції.

Соціальні та екологічні аспекти

Повільні піщані фільтри дуже добре приймаються. Оскільки відомо, що чисту воду можна отримати із ям, викопаних біля брудної річки, концепція повільної фільтрації є добре зрозумілою. Повільні піщані фільтри не змінюють і не покращують смак води.