Wie man Wasser mit einem Sandfilter filtert

Siehe:

Howtopedia → How to Filter Water with a Sand Filter
└─ Howtopedia-deutsch → Wie man Wasser mit einem Sandfilter filtert

Kurzbeschreibung

• Problem: Wasser filtern
• Idee: Nutzung der Filtereigenschaften von Sand
• Schwierigkeit: Verständnis des Schmutzdecken-Prinzips. Richtige Nutzung des Filters (Erstbefüllung, Dauerfiltration, regelmäßiger Sandwechsel)
• Preisrahmen: Günstig
• Benötigte Materialien: Großer Behälter (am besten nicht reaktiv: Kunststoff, Betonbecken... ab 200 Liter), verschiedene Sandkörnungen, Vorratsbehälter und Rohre für Schmutzwasser und sauberes Wasser, ein Hahn
• Geografisches Gebiet: Weltweit
• Kompetenzen: Einfache Klempnerkenntnisse
• Wie viele Personen? Ab einer Person
• Wie lange dauert es? 1–4 Tage zum Bauen (je nach Komplexität), 10 Tage bis das Wasser trinkbar ist

Beschreibung

Langsame Schwerkraft-Sandfilter Mit dieser Art von Sandfiltern lässt sich sicheres Trinkwasser gewinnen.

Durch mechanische und biologische Prozesse in der Sandschicht entfernen langsame Schwerkraft-Sandfilter Bakterien sowie kleine Partikel aus dem Wasser und machen es trinkbar. Dieser Beitrag gibt eine grundlegende Einführung und hilft, eine konstante Versorgung mit sauberem, fließendem Wasser durch einfache Technik zu gewährleisten.

Der unten beschriebene Sandfilter ist nur für den Hausgebrauch gedacht.

Wasserquelle Wichtig ist eine relativ saubere Quelle – frei von Chemikalien und Schwermetallen, da ein Sandfilter chemisch stark verschmutztes Wasser nicht ausreichend reinigt. Vor dem Start unbedingt eine Laborprobe testen lassen! Auch Quell- oder sehr klares Flusswasser auf chemische Verunreinigungen prüfen.

Bei starker Verschmutzung: Neue Quelle suchen. Wenn nicht möglich, andere Filtermethoden einsetzen.

Bei sehr trübem Wasser (hohe Trübung): Vorbehandlung nötig, z. B. in einem Absetzbecken oder durch einen horizontalen Grobfilter (Roughing Filter), bevor es in den eigentlichen Sandfilter geht.

Funktionsweise des Filters Das Wasser fließt von oben nach unten durch den Sand. Größere Schwebstoffe setzen sich in den oberen Schichten ab. Kleinere organische Partikel werden von mikroskopischen Organismen (Bakterien, Protozoen) gefressen, die sich in einer schleimigen Schicht (Schmutzdecke) um die Sandkörner bilden.

Das durchlaufende Wasser ist trinkbar. Bei einer Korngröße von ca. 0,1 mm Durchmesser entfernt der Filter alle Fäkal-Coliforme (aus Kot stammende Bakterien) und fast alle Viren.

Langsame Sandfilter Die Zeichnung zeigt einen typischen Sandfilter. Das Schmutzwasser sollte oben in den Behälter einfließen, ohne die Schmutzdecke (schleimige biologische Schicht, die sich nach wenigen Tagen auf dem Sand bildet) zu stören. Über dem Sand muss ausreichend Wasser stehen, damit genug Druck entsteht, um das Schmutzwasser durch Schmutzdecke, Filterschicht und Stützschotter zu drücken. Ideale Wassertiefe: 2–3 Meter (auch 1,5 m reicht oft). Das hängt von Sandqualität und Schmutzdecken-Porosität ab.

Der maximale Wasserstand kann über Schwimmer + Regelventil oder Überlaufrohr gesteuert werden.

Wichtig: Filtration muss **kontinuierlich** laufen, Sand immer bedeckt bleiben, Schmutzdecke vor direkter Sonne und starken Temperaturschwankungen schützen.

Die Sandtiefe (Filterschicht) beeinflusst die Wirksamkeit stark – mindestens 75 cm bis 1 Meter.

Sandqualität wird durch Korndurchmesser, ES (Effective Size = effektive Korngröße) und UC (Uniformity Coefficient = Gleichmäßigkeitskoeffizient) definiert. Für langsame Sandfilter: sehr fein (0,1–0,35 mm), ES typisch 0,12–0,40 mm, UC < 2,5.

Typische Filtergeschwindigkeit: ca. 2,5 m³/m² Filterfläche pro Tag = ca. 0,1 m/h (0,33 ft/h).

Die Geschwindigkeit kann am Auslasshahn mit Durchflussmesser gemessen werden. Bei Rohwasser >20 Trübungseinheiten diesen Wert einhalten (außer bei sehr zuverlässiger Nachdesinfektion).

Hohe Trübung verstopft den Filter schnell → häufigere Reinigung, schlechtere Qualität, kürzere Lebensdauer. Rohwasser daher vorbehandeln (z. B. Horizontaler Grobfilter reduziert Trübung von ~200 auf ~20 Einheiten).

Die Schmutzdecke ist die Hauptschicht für bakteriologische und physikalische Prozesse – Poren können <1 Mikrometer werden. Dicke wächst mit der Zeit bis der Durchfluss zu langsam wird (meist ~25 mm). Dann muss eine Schicht entfernt werden.

Bakterien/Viren werden in der Schmutzdecke gefangen. Biologische Aktivität ist am stärksten dort, geht aber bis 20 cm tief. Mindestens etwas gelöster Sauerstoff nötig für aerobe Prozesse.

Nach dem ersten Aufbau dauert die Bildung der Schmutzdecke und biologische Aktivität einige Tage bis Wochen (je nach Temperatur). In dieser Zeit ist das gefilterte Wasser **nicht trinkbar** – zurückführen, wegwerfen oder anderweitig desinfizieren.

Wasserqualität regelmäßig testen, bis der Standard erreicht ist.

Filter reinigen Wenn der Durchfluss sehr gering wird: Reinigen.

Vorsichtig ca. 25 mm (1 Zoll) der oberen Schicht (inkl. der meisten Schmutzdecke) mit flachem Schaufel entfernen, nachdem der Wasserspiegel knapp unter die Schmutzdecke gesenkt wurde. Bei starker Sonne schnell arbeiten, damit die biologische Schicht nicht austrocknet.

Nach Neustart: Wieder einige Tage warten, bis neue Schmutzdecke gebildet ist – Wasser nicht trinken!

Wenn die Sandschicht durch mehrmaliges Reinigen auf ca. 0,75 m gesunken ist: Mit neuem Sand auffüllen. Um biologische Aktivität schnell wiederherzustellen: Alte Schmutzdecke wegwerfen, oberste 20 cm der bestehenden Schicht abnehmen und auf den neuen Sand legen.

Sand nie austrocknen lassen – schnell wieder einbauen.

Schwierigkeiten

• Bei großer Wassermenge braucht der langsame Sandfilter viel Fläche (nur 10 % der Geschwindigkeit von Schnellfiltern).
• Wegen langsamer Rate muss sauberes Wasser in geeigneten Behältern (sauber, lichtgeschützt gegen Algen, staubdicht) gespeichert werden, um Spitzenbedarf abzudecken.
• Große Sorgfalt bei Betrieb und Wartung nötig, besonders bei der Schmutzdecke (braucht Zeit zum Aufbau). Wasser erst trinkbar, wenn Schmutzdecke da ist.
• Beim ersten Befüllen Sand entweder in wassergefüllten Tank rieseln lassen oder von unten auffüllen, um Luftblasen zu vermeiden.
• In Regionen mit hohem Arsen im Grundwasser: Besondere Maßnahmen! Zulaufwasser belüften (Kaskade oder Sprinkler), Filter regelmäßig komplett entleeren (Bakterienaktivität stoppen). Bei niedrigem Eisengehalt evtl. obere Schicht mit Eisennägeln ergänzen.

Siehe: http://www.arsenic.eawag.ch Ngai, T.; Walewijk, S. (2003) The Arsenic Biosand Filter (ABF) project: design of an appropriate household drinking water filter for rural Nepal. Final Report. Massachusetts Institute of Technology and Stanford University, USA.

Erfolgsgeschichte

Wir haben einen solchen biologischen Schicht-Sandfilter aus überwiegend recycelten Materialien gebaut, 3 Wochen betrieben und das Wasser testen lassen (Details und Fotos unter dem Link unten im Abschnitt „Links“). Der Filter hat 100 % der E. coli, Coliform- und Fäkal-Coliform-Bakterien entfernt. Diese Filter funktionieren – und zwar sehr gut. Keine Plastikflaschen-Müllberge mehr, und für den Preis von 4–5 Kisten „Premium“-Flaschenwasser kannst du den kompletten Filter bauen. Bei ganzjährigem Flaschenwasserkauf zahlst du weniger als für die Flaschen – danach ist dein Wasser kostenlos. Du brauchst nicht mal Pumpe oder Batterie. In den USA (wo jetzt 50- oder 100-jährige Dürren vorkommen) lohnt sich das ernsthaft zu überlegen: Bei erstem Regen sammeln und filtern – du hast Wasser zum Trinken, Gießen, Waschen... was auch immer. Denk dran: Wasser muss mindestens 3 Wochen durchlaufen, bevor es trinkbar ist. Und alle Chemikalien vom Dach (z. B. Dachfarbe) landen im Wasser (genauso wie sie sonst ins Grundwasser gelangen). Ein 1800-sqft-Dach sammelt bei 2 Zoll Regen über 2200 Gallonen. Mit 6 Fallrohren sind das pro Rohr über 300 Gallonen. Kein Hochschulabschluss nötig – einfach vorsichtig sein und den Filter richtig betreiben. Das Ökosystem der Erde reinigt Wasser natürlich – genau wie in diesen Filtern und unseren verschwindenden Feuchtgebieten. Die Biofilm-Schicht auf dem Sand bildet eine lebende Barriere, die die meisten Bakterien zerstört und nur Wasser durchlässt. (Größere Versionen werden in Europa extensiv für Trinkwasser verwendet.)

Achtung: Genau wissen, was im verwendeten Sand ist! Sand kann viele Verunreinigungen enthalten, manche sehr gefährlich.

Pläne, Illustrationen, Poster

Zeichnung des Filters

Außenansicht mit Details

Baffle-Rohre innen – verhindern Störung der Biolage

Detail der Baffle-Rohre


Zusätzlicher Komfort: Rückführsystem

Kontakte

(nicht angegeben)

Links

• Erfolgsgeschichte mit Details und Tests: http://www.shared-source-initiative.com/biosand_filter/biosand.html
• Regenwassernutzung + BioSand-Filter: http://www.rainwaterconnection.com
• Kurze Beschreibung + Zeichnung: http://www.unc.edu/sobseylab/res.html
• Filter weltweit im Einsatz: http://www.villagehealthproject.org/6.html
• Zeichnungen + Erklärungen: http://www.chrisrolling.com/cwfh.htm
• Hersteller: http://www.watertiger.net
• Gute Erklärung in Englisch + anderen Sprachen: http://www.jalmandir.com/filtration/biosand/biosand-filters.html
• Sehr detaillierte Infos: http://www.biosandfilter.org/biosandfilter
• MIT-Seite: http://ceeserver3.mit.edu/~Nepal/Fil_BSF.html
• Kommerzieller Entwickler einer der ersten BioSand-Filter: http://www.abheritage.ca/abinvents/inventions/inv_hw_biosand_water_filter.htm
• Bilder + Erklärungen: http://homepage.ntlworld.com/c.wrightson/bio_sand_filter.htm
• Infos zur Sandkörnung (.15–.35 mm): http://www.oasisdesign.net/water/treatment/slowsandfilter.htm
• Gute Erklärung aus Kanada: http://www.agr.gc.ca/pfra/water/slowsnd_e.htm
• Trübungsmessung: http://www.photometer.com/en/abc/abc_095.htm

Literatur

The Davnor BioSand Water Filter Manual of Design for Slow Sand Filtration Slow Sand Filtration, Huisman L. und Wood, W.E., WHO 1974 „Household Sand Filter for Arsenic Removal, an option to mitigate arsenic from iron-rich groundwater“ Technical report, EAWAG, S.Luzi, M.Berg, P.T.K.Trang, P.H.Viet, R.Schertenleib, Hanoi, 2004 www.arsenic.eawag.ch Ngai, T.; Walewijk, S. (2003) „The Arsenic Biosand Filter (ABF) project: design of an appropriate household drinking water filter for rural Nepal. Final Report.“ Massachusetts Institute of Technology and Stanford University, USA.

Deeplink:

http://de.howtopedia.org/wiki/Wie_filtert_man_Wasser_mit_einem_Sandfilter