当前世界环境

介绍

许多发展中国家和欠发展中国家由于缺乏清洁供水而面临水问题。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印度总人口的74%（目前约为12.5亿）生活在农村地区。超过三分之一的水是不可饮用的。这是一个严峻的提醒，劣质饮用水会导致严重的健康问题。^3.主要水污染物大肠杆菌，铁，氟化物造成严重的健康危害，以及研究表明，世界上约有80％的传染病是水性的。^4,5奥里萨邦报告了多种污染，如过量的铁、锰、氟化物、浊度和病原体，毫无疑问，目前奥里萨邦库尔达区一些地区的水状况将变得更糟，除非寻求适当的解决办法。通过广泛的研究，研制出一种有效的净水器，能降低水的色度和浊度，降低水中的病原微生物和化学污染物。⁶大多数现有的纯化方法不仅除去杂质，而且还消除了必需的矿物质。^3.此外，它们价格昂贵，需要大量维护。因此，显然有必要对社区制备的木炭（竹子、椰子和木材）进行科学评估，以了解其去除饮用水中溶解铁、浊度和病原微生物的潜力。⁷Biosand过滤器由埃里克博士开发，并在许多国家建立。⁸biosand过滤器的过滤过程包括沉降、过滤、过滤、有机物去除、微生物失活和化学变化。⁹水直接注入过滤器，无需任何向下移动的处理。在不进行任何处理的情况下，直接将水倒入过滤器，以便向下移动。^10.通过生物砂过滤器去除各种污染物，如浊度(1 NTU以下)溶解的有机碳(15 ~ 25%)、铁(90 ~ 95)、有机和无机毒物(50 ~ 90%)等已被许多作者报道。^11，12复杂的生物层是生物砂过滤器最重要的组成部分，它提供了有效的净化，而下面的砂是目前的支撑介质。⁹采用沸石滤料作为滤料，可以有效地去除浊度、砷、铁和微生物污染物。^13.既然在哈德沙区主要在农村地区，人们都非常受铁的碎片水，但有必要设计一个改进的生物和过滤器，含有各种类型的木炭混合物（竹子，椰子和木材）作为过滤介质以及沙子，砾石和碳垫提供许多其他复杂和昂贵的替代水净化器。

本研究的主要目的是研究;

材料和方法论

过滤器的设计和描述

改进的Biosand滤波器的示意图如图1所示。Biosand过滤器由刚性PVC管（4kg / cm）制成²）10毫米壁厚。过滤器的高度保持1.0μm，直径为0.30米。通过PVC板封闭底端，顶部装配盖，具有直径为0.30米。由PVC板制成扩散板并安装到过滤器中。将圆形孔进行到扩散板以保持稳定的水流速率并突出像草和叶子的较大的颗粒。过滤器由七个区域组成，有助于过滤过程。各种过滤介质的描述在表1中给出了大，中等和小尺寸砾石的所有过滤介质被保存在尼龙网袋中。将粗砂，细砂，木炭及其混合物填充含有邻螺栓（细网）布袋（图2a）。25 mm碳垫也用作媒体。根据设计规范，电泵和出口等必要的配件安装在过滤器（即完成过滤器）中。 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 改良生物砂过滤器 点击此处查看数字

表1：过滤介质的描述 点击此处查看表格

过滤器的砂层被指定为第四层，第四层由粗砂和细砂组成。第五层为炭层，介于粗砂和细砂之间。第六层为碳垫层，第七层为大、中、小砾石层。每隔两天供应300毫升水，以保持恒定水位。以不含炭介质和炭垫的过滤器作为实验对照。为每个介质保留两个复制。在控制装置和实验装置上总共进行了七次过滤。

图2（a）：尼龙网袋中各种过滤介质的视图 图2（b）：完整过滤器的视图 点击此处查看数字

水样收集

从奥里萨邦Khordha区不同地点的管井和河流中采集了不同的浑浊富铁水样。世纪科技管理大学的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.

过滤程序

利用不同水源(地下水和地表水)评价了生物砂滤池对铁和浊度的去除效果。所有过滤均在重力流模式下进行。净化浑浊的水是在科达的世纪科技和管理大学的实验室进行的，为期12个月。在开始过滤前，将20L的河水加入少量的氮(NH₄Cl）和磷（KH₂宝₄)，以确保生物层的形成。它可能会占用
至15天，生物层完全形成。在整个过滤过程中，水温约为18℃+1^oc虽然室温约为25+2^oC.对照和实验生物砂过滤器的水样中溶解氧含量始终在6.52 ~ 6.74 mg/l之间。将收集的富铁浑浊水间歇倒入生物砂过滤器顶部。水缓慢通过扩散板、生物层、沙子、吸附剂、垫层和砾石层。水流终于停止了。静水层将在较高的高度作为管道的出口。过滤后的水自然地从出口管流出(图2a)。过滤2 h以获得足够的纯净水。在过滤2小时的时间内，每20分钟收集不同数量的过滤水。过滤后的水中溶解氧浓度在对照组和所有实验过滤器中几乎相同。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：过滤前接地水的物理化学特性及Biosand过滤器过滤后。

数值为（平均值）+SE), N = 3;浊度单元为南洋理工大学。所有值均有统计学意义(p<0.05)。

用浑浊测定流速

确定Biosand过滤器的流速，具有各种水平的浑浊;入口贮存器是充满水的。用各种水源（河水，管井水，孔井水和池塘水）测量Biosand过滤器的流速。运行一个无需木炭的控制过滤器以及三个具有木炭混合物的过滤器，作为过滤介质，看看浊度的去除效率。通过每单位时间（min）测量过滤过滤它的过滤水体积（L）测定Biosand过滤器的流速。每20分钟测量流速超过2小时。针对每个样本进行三次读数进行数据分析。

结果与讨论

在过滤过程中，每20分钟分别测定一次铁含量和浊度。表2给出了过滤前后水的物理化学参数。存在显著差异（R²=0.99）在所有参数的过滤前和过滤后之间。对照组和竹子、椰子和木材混合物的水源水pH值分别为6.12，过滤水pH值分别为6.64和7.12。在对照和活性炭介质过滤器中，过滤水中的溶解氧量在6.52至6.67 mg/l之间变化，这有助于将Fe（II）氧化为Fe（III），形成Fe（OH）_3.．^16.木炭混合滤池与对照滤池除铁效果差异显著(见表3)。

表3:生物砂滤池初始浓度为6mg /l，流速为0.9 l /min时，过滤后水中残留铁(mg/l)。都是平均值。

基于木炭的残余铁值显着（P <0.05），与对照过滤水不同。相关系数（R²=0.99).

过滤120分钟后，木炭混合物和控制过滤器的最低残余铁值分别为0.22和1.6 mg/l。与控制过滤器相比，木炭介质过滤器表现出明显更好的性能。随着pH值和溶解氧(DO)水平的变化，Fe (II)的溶解形式转变为不溶解形式。过滤前的水pH值为6.12，过滤后的水接近中性。活性炭混合滤器的pH值略高于对照滤器。当pH值大于6时，Fe (II)离子在吸附剂-吸附质界面[16]上的吸附量降低。在较高的pH值下，由于Fe (OH)的形成，通过吸附和沉淀来去除。_3.^17.这可以用溶液pH值的增加来解释，OH^-溶液中的离子增加，其与金属离子的复合物并作为金属氢氧化物沉淀。^18.木炭介质操作过滤器显示铁限制高达0.30 mg / L（饮用水限制），但控制过滤器限制为1.6 mg / L.铁和其他金属元素将吸附在吸附剂炭层的微小表面上。通过土壤构造的过滤器[5]并通过滴流过滤器来研究铁水平的去除。^19.在这两种观察中，铁的残留量都小于0.3 mg/l。

浊度对Biosand过滤器流速的影响

在研究期间，从四种不同的水来源过滤640升富含铁的混浊接地水。将每个水源过滤4次（每次40升），并在另一个过滤器中运行重复的样品。在具有低浊度（10-20 NTU）的第一次运行160L水中，在第二次运行160L水中，浊度（20-50 NTU），在第三次运行160升水中，浊度（50-100 NTU））过滤浊度（100-150 NTU）的第四次运行160L水中。在表4中给出了用木炭和没有木炭的Biosand过滤器的过滤水的残余浊度。

表4：Biosand过滤器用木炭介质和没有木炭的过滤器残留浊度。

所有木炭的残余浊度值都显着（P <0.05）不同于对照过滤水。相关系数（R²=0.99).

从这张表可以看出，在水过滤前后，浊度有显著的去除。以木炭为介质的生物砂过滤器的浊度去除率为96-100%，而不以木炭为介质的生物砂过滤器的浊度去除率为85-90%。

图2(C):浊度对流量的影响 的过滤通过改性Biosand过滤器的水。 点击此处查看数字

木炭介质混合物过滤器显示出低于5 NTU的浊度，这是饮用水的标准值，但没有木炭，在整个研究期间超过5 NTU。各种水平的浑浊通过Biosand过滤器过滤，用木炭介质和没有木炭。给出了浊度对过滤水流速的影响（图2）。对于本研究，连续过滤640L铁的耐料水，无需清洁过滤器。当浊度（10-100NTU）时，Biosand过滤器在过滤开始时显示出最大流速，并且过滤过程中的速率降低。许多作者报告了类似的结果。^9日13Biosand过滤器对于高度浑水（100至150 NTU）的流量率相对较高（平均0.50至0.90升/分钟），其高于所描述的浊度极限。^13.过滤器的流速随着过滤水量的增加而降低。

结论

生物砂滤池的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。这种过滤器的流速较高。生物砂滤池的使用非常适合较大的家庭、学校等。改进后的生物砂滤池除氯、钙、镁的效率更高，同时还能富集水中的钠、钾等矿物质，并能保持水的pH值6.88 ~ 7.34，适用于饮用水。因此，它可以以较低的成本生产高质量的水。高浑浊水(100-150 NTU)显示过滤器的流速下降。连续使用2个月后，生物砂过滤器的流量明显下降，清洗砂层、炭毡层和炭层可以达到较高的流量。生物砂过滤器用户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谨慎，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.

致谢

作者感谢印度政府科学技术部为进行这项实验提供的财政援助。

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