当前世界环境

介绍

由于缺乏清洁的供水，许多发展中国家和欠发展中国家正面临着水问题。据报道，超过11亿人因饮用不安全的水而遭受健康问题。^1、2印度总人口中约有74%(目前约12.5亿人)生活在农村地区。超过三分之一的水不能供他们饮用。这是一个残酷的提醒，劣质饮用水会导致严重的健康问题。^3.主要的水污染物大肠菌群、铁、氟化物造成严重的健康危害，研究表明，世界上约80%的传染病是由水传播的。^4、5奥里萨邦报告了多种污染，如过量的铁、锰、氟化物、浑浊和病原体，毫无疑问，除非找到合适的解决方案，否则奥里萨邦库尔达地区一些地区目前的水状况将会变得更糟。通过广泛的研究，研制出一种能有效降低色度、浊度、病原菌和化学污染物的净水器。⁶大多数现有的净化方法不仅可以去除杂质，而且还可以排出必需的矿物质。^3.此外，它们价格昂贵，需要大量维护。因此，显然有必要科学地评估社区制备木炭(竹、椰子和木材)去除饮用水中溶解的铁、浑浊和致病生物的潜力。⁷Biosand过滤器由Eric Manz博士开发，并已在许多国家建立。⁸生物砂过滤器的过滤过程包括沉降、过滤、过滤、有机物的去除、微生物的失活和化学变化。⁹直接将水倒入过滤器中，无需任何向下运动处理。无需任何处理，直接将水倒入过滤器中向下运动。¹⁰许多作者报道了生物砂过滤器去除浊度(高达1ntu)、溶解有机碳(15 ~ 25%)、铁(90 ~ 95%)、有机和无机毒物(50 ~ 90%)等各种污染物。^11、12复杂的生物层是生物砂过滤器中最重要的组成部分，它提供了有效的净化，而底层的沙子是目前的支持介质。⁹通过将沸石材料作为过滤介质，发现该过滤器在去除浊度、砷、铁和微生物污染物方面的效率很高。¹³由于Khordha地区主要在农村地区，人们受到富含铁的地下水的严重影响，因此需要设计一种改良的生物砂过滤器，其中包含各种类型的木炭混合物(竹、椰子和木材)作为过滤介质，以及沙子、砾石和碳垫，以提供许多其他复杂和昂贵的替代净水器。

本研究的主要目的是研究;

不同水源的生物砂滤池的浊度和除铁效率

不同混浊水对生物砂滤池流速的测定。

材料与方法

滤波器的设计与描述

改性生物砂滤池示意图如图1所示。生物砂过滤器由硬质PVC管(4kg /cm)制成²)，壁厚为10毫米。过滤器高度保持1.0 m，直径保持0.30 m。底部用PVC板材封闭，顶部装有直径0.30 m的盖子。扩散板由PVC片制成并安装在过滤器中。扩散板上有圆形孔，以保持稳定的水流速率，并捕获较大的颗粒，如草和树叶。过滤器由七个区域组成，有助于过滤过程。各种过滤介质的说明见表1。大、中、小粒径砾石等滤料均装在尼龙网袋中。将粗砂、细砂、木炭及其混合物装入尼龙螺栓(细目)布袋中(图2a)。25mm碳垫也被用作介质。 The necessary fittings like water inlet and outlet was fitted into the filter (i.e. complete filter) as per design specification. The first zone is the raw water which is to be used for filtration process. The second zone is the standing water zone (5 cm above the sand surface). The third zone is the biological layer which consists of sediments and microorganisms to help the removal of iron and pathogenic organisms.¹⁴

图1:示意图 改良的生物沙过滤器 点击此处查看图

表1:过滤介质说明 点击这里查看表格

过滤器的砂区被指定为第四区，第四区由粗砂和细砂组成。第五区是木炭区，介于粗砂和细砂之间。第6带为碳垫带，第7带为大、中、小粒径砾石带。每隔两天供应300毫升水，以保持水位不变。以不含炭介质和炭垫的过滤器为对照。每种培养基保留两份副本。在控制装置和实验装置上共进行了7次过滤。

图2(a):尼龙网袋内各种过滤介质的视图 图2(b):完整过滤器的视图 点击此处查看图

水样采集

从奥里萨邦科尔达区不同地点的管井和河流中采集了不同的富铁浑浊水样本。百人科技与管理大学环境实验室立即确定了各种水质参数。所有水质参数均采用标准方法测量。¹⁵

过滤过程

采用不同水源(地下水和地表水)对生物砂滤池对铁和浊度的去除效果进行了评价。所有过滤均以重力流方式进行。混浊水的净化在科尔达百岁科技与管理大学实验室进行了12个月。在开始过滤前，倒入20L的河水，加入少量氮气(NH)₄Cl)和磷(KH)₂阿宝₄)，以保证生物层的形成。它可能会占用
到15天生物层完全形成。在整个过滤过程中，水温约为18℃+1^o室温约为25℃+2^oC.在对照和实验生物砂过滤器中，整个滤层深度的水样溶解氧含量始终在6.52 ~ 6.74 mg/l之间。将收集到的富铁浑浊水间歇倒入生物砂过滤器顶部。水缓慢穿过扩散板、生物层、砂、吸附剂、垫层和砾石层。水流终于停止了。静水层将处于较高的高度，作为管道的出口。过滤后的水自然地从出水管流出(图2a)。过滤2 h，得到足够的纯净水。在过滤的2小时内，每隔20分钟收集不同数量的过滤水。在对照组和所有实验过滤器中，过滤后的水中溶解氧浓度几乎相同。这样做是为了得到过滤前和过滤后的化学污染物的差异。 The filtered water samples were analysed to determine the water quality parameters. The physicochemical characteristics of ground water before filtration and after filtration by biosand filter is given in Table 2.

表2:bisand滤池过滤前和过滤后地下水的理化特性。

Sl。 不。	参数	在过滤	后过滤 控制炭介质过滤器
1	pH值	6.12+0.12	6.64+0.24 - 7.12+0.13
2	浊度(南大)	165+2.44	18.0+0.32 - 2.0+0.11
3.	总硬度(毫克/升)	296+3.12	112+65 - 4.3+1.16
4	总溶解固形物(mg/l)	480+4.48	184+6.26 54+2.24
5	碱度(毫克/升)	98+2.12	124+146 - 3.45+2.18
6	氯化(毫克/升)	116+3.32	84+2.46 48+2.54
7	溶解氧(mg/l)	6.52+0.32	6.76+0.26 - 6.76+0.22
8	钠(毫克/升)	25.06+2.56	32+3.44 56+2.34
9	钾(毫克/升)	7.33+2.16	12+1.16 28+3.26

数值为(+SE), N = 3;浊度单位为NTU。差异均有统计学意义(p<0.05)。

浊水流速的测定

测定不同浑浊度下生物砂滤池的流量;入口蓄水池要装满水。用不同的水源(河水、管井水、井水和池水)对生物砂滤池的流速进行了测定。运行了一个不含木炭的对照过滤器和三个以木炭混合物为过滤介质的过滤器，以观察浊度的去除效率。通过测量单位时间(min)的过滤水量(L)来确定生物砂滤池的流速。在2小时内每20分钟测量一次流速。每个样本取三次读数进行数据分析。

结果与讨论

在过滤过程中，每隔20分钟分别测定铁量和浊度。过滤前后水的理化参数见表2。有显著差异(R²=0.99)。对照和竹、椰、木混合物的源水pH值为6.12，过滤水pH值分别为6.64和7.12。在对照和木炭滤料中，滤水中溶解氧含量在6.52 ~ 6.67 mg/l之间变化，有助于将Fe (II)氧化为Fe (III)，形成Fe (OH)。_3.．¹⁶混合木炭过滤器与对照过滤器的除铁效果有显著差异，见表3。

表3:初始浓度为6mg /l，流速为0.9 l /min时，biossand滤池过滤水的余铁(mg/l)。都是平均值。

运行时间(分钟)	剩余铁(mg/l)不含木炭BSF过滤器	余铁(mg/l)用木炭BSF过滤 竹子，椰子和木材的混合物
20.	2.6+0.16	0.38+0.11
40	2.2+0.18	0.32+0.06
60	2.2+0.22	0.32+0.04
80	1.8+0.24	0.28+0.06
One hundred.	1.6+0.20	0.22+0.05
120	1.6+0.18	0.20+0.04

炭基残铁值与对照过滤水差异显著(p<0.05)。相关系数(R)²= 0.99)。

过滤120 min后，木炭混合物和对照过滤器的最小残铁值分别为0.22和1.6 mg/l。与对照过滤器相比，木炭介质过滤器的性能明显更好。随着pH值和溶解氧(DO)水平的变化，溶解态铁(II)转变为不溶态铁(III)。过滤前发现水的pH值为6.12，过滤后的水接近中性。与对照过滤器相比，木炭混合过滤器的pH值略高。观察到pH高于6会导致吸附剂-吸附质界面对Fe (II)离子的吸附减少[16]。在较高的pH值下，由于Fe (OH)的形成，通过吸附和沉淀进行去除。_3.¹⁷这可以用溶液OH的pH值的增加来解释^-溶液中的离子增多，与金属离子形成络合物，沉淀为金属氢氧化物。¹⁸活性炭滤料的铁含量限值为0.30 mg/l(饮用水的允许限值)，而控制滤料的铁含量限值为1.6 mg/l。铁和其他金属元素将被吸附在吸附炭层的微小表面上。研究了土建过滤器[5]和滴流过滤器去除铁水平的方法。¹⁹在这两种观察中，均发现剩余铁量小于0.3 mg/l。

浊度对生物砂滤池流速的影响

在研究期间，从四个不同的水源中过滤了640 l富铁浑浊地下水。每个水源经过四次过滤(每次40升)，并在另一个过滤器中运行重复的样品。第一次运行160升低浊度水(10-20 NTU)，第二次运行160升浊度水(20-50 NTU)，第三次运行160升浊度水(50-100 NTU)，第四次运行160升浊度水(100-150 NTU)。加炭和不加炭生物砂滤池过滤水的剩余浊度见表4。

表4:加炭和不加炭的生物砂滤池过滤水的剩余浊度。

Sl.no。	过滤前水浊度(NTU)	过滤后无炭水浊度(NTU) 用木炭控制竹子，椰子和木材的混合物
1	10	2+0.25 0
2	24	2+0.15 0
3.	52	2+0.44 0
4	66	4+0.32 0
5	88	6+0.12 0
6	102	8+0.64 0
7	126	10+0.24 0
8	150	14+0.22 - 1

所有炭基剩余浊度值均与对照过滤水差异显著(p<0.05)。相关系数(R)²= 0.99)。

从这个表中可以看出，过滤前后的水的浑浊度有明显的去除。以木炭为介质的生物砂过滤器的浊度去除率为96-100%，而不使用木炭的生物砂过滤器的浊度去除率为85-90%。

图2(C):浊度对流速的影响 的过滤经改良的生物砂过滤器的水。 点击此处查看图

木炭介质混合过滤器去除的浊度低于5 NTU，这是饮用水的标准值，但在整个研究期间，没有木炭的浊度高于5 NTU。不同程度的浑浊水通过生物砂过滤器过滤，有木炭介质和没有木炭。浊度对过滤水流速的影响如图2所示。本研究对640 L富铁地下水进行连续过滤，不设清洗过滤器。生物砂滤池在浊度为(10 ~ 100 NTU)时流速最大，在过滤过程中流速逐渐减小。许多作者也报告了类似的发现。^9日13对于高浑浊水(100 ~ 150 NTU)，生物砂过滤器显示出相对较高的流速(平均0.50 ~ 0.90 L /min)，高于所述浊度限值。¹³滤水器的流量随着滤水体积的增大而减小。

结论

生物砂滤池的过滤效率取决于原水水质和滤池设计。炭基生物砂滤池除铁除浊效果较好。过滤器显示出更高的流量。生物砂过滤器的使用非常适用于较大的家庭、学校等。改性后的生物砂过滤器对氯、钙、镁的去除率较高，同时对水中的钠、钾等矿物质也有富集作用，水的pH值维持在6.88 ~ 7.34之间，适合饮用。因此，它可以用于以较低的成本生产更高质量的水。高浑浊水(100 ~ 150ntu)滤水器流速下降。连续使用2个月后，生物砂滤池的流量明显下降，通过洗砂层、碳垫和炭层可以获得更高的流量。生物沙过滤器用户在将水倒入过滤器一个半小时后即可使用过滤后的水。建议在清洗和移动过滤器时必须小心，因为可能会干扰过滤介质和生物层。 The biosand filter becomes cost effective and could be afforded by most rural people in Khordha. The modified biosand filter overcomes some of the limitations of the conventional techniques. The locally available materials are used in the filter to get purified water at reasonable amount of water within a short time. Moreover, this device can be used without any pipe connection and electricity.

鸣谢

作者感谢印度政府科技部为开展本实验提供的财政援助。

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