Медленный песчаный фильтр для использования в условиях прерывистой подачи потока воды и способ его применения

Медленный песчаный фильтр для использования в условиях прерывистой подачи потока воды и способ его применения

Реферат

 

Изобретение предназначено для фильтрования и относится к медленному песчаному фильтру для использования в условиях прерывистой подачи потока воды. Медленный песчаный фильтр включает контейнер, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, водовпускное средство, расположенное в верхней части контейнера и соединенное с источником воды, фильтрующий материал, которым заполнена по меньшей мере нижняя часть контейнера и верхняя поверхность которого расположена ниже водовпускного средства, биологический слой, расположенный на верхней поверхности фильтрующего материала, водовыпускное средство, расположенное в нижней части контейнера ниже верхней поверхности фильтрующего материала, устройство поддержания уровня воды, расположенное в верхней части контейнера, с помощью которого осуществлено поддержание уровня воды в верхней части контейнера так, что слой воды над биологическим слоем является достаточно толстым для недопущения существенного взбалтывания биологического слоя, расположенного на верхней поверхности фильтрующего слоя, и в то же время достаточно тонким для диффузионного проникновения в него кислорода из пространства над водой и достижения этим кислородом биологического слоя, чем обеспечено поддержание биологического слоя в живом состоянии даже в отсутствие поступления воды от водовпускного средства, рассеивающую решетку над уровнем воды, чистящий механизм, механизм обслуживания. Технический результат: высокая эффективность в условиях работы с перерывами, периодическая очистка без нарушения работоспособности. 2 с. и 15 з.п.ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к медленному песчаному фильтру нового типа, способному работать в условиях прерывистой подачи потока воды, и к способу применения такого фильтра. В частности, предлагаемое изобретение относится к медленному песчаному фильтру нового типа, который эффективно работает даже в порывистом режиме и который допускает периодическую чистку без нарушения его работоспособности.

Предпосылки создания изобретения Известно, что медленные песчаные фильтры эффективно удаляют из воды бактерии, паразитов, цист Giardia, ооцист Cryptosporidium и вирусы. Если бактерии, паразиты и вирусы могут быть убиты или приведены в неактивное состояние с помощью дизинфекции, то спящие цисты и ооцисты весьма резистентны к дезинфекции, если только не применять дезинфицирующее средство с повышенной интенсивностью. Прошедшую очистку с помощью медленных песчаных фильтров воду можно подавать непосредственно для потребления или же подвергать последующей обработке, например обратно-осмотической фильтрации или ультрафильтрации - оба этих процесса требуют, чтобы исходная вода была достаточно чистой.

Из уровня техники известны такие медленные песчаные фильтры, которые требуют непрерывной подачи воды и предназначены для использования с непрерывно поступающим потоком воды. Такой медленный песчаный фильтр известного уровня техники описан в патенте США 5032261, выданном Пайперу (Pyper). Этот медленный песчаный фильтр включает емкость, частично заполненную песком. Медленный песчаный фильтр имеет отверстия для впуска и выпуска воды. Вода, содержащая кислород, непрерывно просачивается сквозь песок со скоростью около или несколько более 0,08 м/ч, при этом песок оказывает на эту просачивающуюся воду фильтрующий эффект. Кроме того, когда песок погружен в воду, содержащую кислород, в течение нескольких дней на поверхности песка образуется поначалу едва видимая пленка из полезных аэробных организмов. Эта пленка в данном описании будет далее именоваться "биологический слой", и образуют этот биологический слой различные организмы, такие как водоросли, планктон, диатомовые водоросли, простейшие и бактерии. Этот биологический слой улавливает и частично переваривает и разрушает органические вещества, содержащиеся в сырой воде, непрерывно проходящей сквозь фильтр. Эти органические вещества накапливаются в биологическом слое, при этом образуются простые неорганические соли. А находящиеся в сырой воде инертные взвешенные частицы удаляются механически, задерживаясь в слое песка.

Однако такие медленные песчаные фильтры не могут работать там, где подача воды непостоянна, как в деревенских коттеджах, например. В таких случаях при использовании известных из уровня техники медленных песчаных фильтров вода застаивается (теряет кислород), и организмы биологического слоя по причине недостатка кислорода умирают. Этот недостаток ограничивает применимость медленных песчаных фильтров известного уровня техники.

В патенте США 4765852 от 23 августа 1988 года, выданного Халберту и др. (Hulbert et al. ), раскрывается медленная песчаная фильтрующая система, в которой внутри незакрытой емкости фильтра содержится слой песка, а также некоторое, обеспечивающее эффективное повышение фильтрующей способности, количество цеолита. Поверх цеолита нарастает биологический слой, при этом этот биологический слой состоит из организмов, выбранных из следующего перечня: водоросли, планктон, диатомовые водоросли, простейшие, коловратки и бактерии.

В статье Виссхера и др. (Visscher et al.) "Медленное песчаное фильтрование для коммунального водоснабжения" ("Slow Sand Filtration for Community Water Supply"), опубликованной в Technical Paper No. 24 Международным информационным центром по коммунальному водоснабжению и ассенизации (International Reference Center for Community Water Supply and Sanitation), Гаага, Нидерланды, 1987 год, на странице 31 говорится, что прерывистая работа медленных песчаных фильтров недопустима, потому что "установлено, что при возобновлении работы после четырех-пятичасового перерыва происходит недопустимое прорывное проникновение в воду бактериологических загрязнителей". Кроме того, в работе Хуисмана (Huisman) "Медленное песчаное фильтрование" ("Slow Sand Filtration"), Всемирная организация здравоохранения (World Health Organization), Женева, 1974 год, на странице 32 говорится, что медленные песчаные фильтры должны работать в как можно более постоянном режиме фильтрования. Таким образом, общим убеждением в данной отрасли техники было то, что медленные песчаные фильтры не должны работать в прерывистом режиме. При этом под прерывистостью режима работы фильтра следует понимать не временное прекращение его работы для технического обслуживания, как это описано в упоминавшемся выше патенте США 4765892 на имя Халберта, а такой режим, когда медленный песчаный фильтр остается работоспособным, с живым биологическим слоем, в течение периода времени, когда через него не протекает вода. В отличие от предлагаемого изобретения фильтр Халберта во время технического обслуживания подвергается такой чистке, при которой биологический слой не остается в живом состоянии до следующего пуска фильтра в работу.

В случае медленных песчаных фильтров такого типа, который описан в патенте Халберта, работающих при глубине воды над фильтром от 60 см до 2,44 м, биологический слой начинает умирать сразу по прекращении поступления потока воды при начале технического обслуживания, и на следующий день биологический слой уже полностью умирает из-за недостатка кислорода. Это может быть доказано теоретическим расчетом потребности биологического слоя в кислороде.

Краткое описание изобретения Предметом предлагаемого изобретения является медленное песчаное фильтрующее устройство (фильтр), включающее следующие компоненты: контейнер, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть; предназначенное для впуска воды, подлежащей фильтрованию (далее именуется также "сырой водой"), впускное отверстие (водовпускное средство), расположенное в верхней части котейнера и соединенное с источником поступления сырой воды; фильтрующий материал, которым заполнена по меньшей мере нижняя часть контейнера, при этом верхняя поверхность фильтрующего материала расположена ниже впускного отверстия; биологический слой, расположенный на верхней поверхности фильтрующего материала; предназначенное для выпуска отфильтрованной воды выпускное отверстие (водовыпускное средство), расположенное в нижней части контейнера ниже верхней поверхности фильтрующего материала; и устройство для поддержания уровня воды, расположенное в верхней части контейнера, которое выполнено с возможностью поддержания уровня воды в верхней части контейнера выше верхней поверхности фильтрующего материала, при этом обеспечено поддержание уровня в пределах между (I) уровнем, при котором толща воды над верхней поверхностью фильтрующего материала достаточна для недопущения существенного повреждения биологического слоя вследствие падения воды из впускного отверстия на поверхность воды в контейнере, и (II) уровнем, при котором толща воды над верхней поверхностью фильтрующего материала достаточно невелика для того, чтобы было обеспечено диффузионное проникновение кислорода воздуха из пространства над поверхностью воды сквозь толщу воды и достижение им биологического слоя так, чтобы было обеспечено поддержание биологического слоя в живом состоянии даже в отсутствие поступления потока воды из впускного отверстия, чистящий механизм, выполненный с возможностью очистки с его помощью верхней поверхности фильтрующего материала, механизм обслуживания, выполненный с возможностью использования его для введения воды в выпускное отверстие и обеспечения протекания воды в обратном направлении сквозь фильтрующий материал, и отводной механизм, выполненный с возможностью использования его для отвода этой пропускаемой в обратном направлении воды в область верхней поверхности фильтрующего материала.

Медленное песчаное фильтрующее устройство по предлагаемому изобретению может включать расположенную выше поддерживаемого эксплуатационного уровня воды рассеивающую решетку, выполненную с возможностью прохождения сквозь нее воды из впускного отверстия до достижения верхнего предела поддерживаемого эксплуатационного уровня воды и нижележащего фильтрующего материала.

Устройство для поддержания уровня воды может включать трубу, соединенную с выпускным отверстием и расположенную с простиранием вверх по направлению к поддерживаемому эксплуатационному уровню воды. Устройство для поддержания уровня воды выполнено с возможностью поддержания уровня воды на расстоянии между приблизительно 1 см и 8 см выше верхней поверхности фильтрующего материала или на расстоянии между приблизительно 1 см и 5 см выше верхней поверхности фильтрующего материала. В качестве фильтрующего материала может быть использован кварцевый песок. Медленное песчаное фильтрующее устройство по предлагаемому изобретению может включать впускной водовод, соединенный с впускным отверстием, и средство управления впуском воды для обеспечения контролируемой подачи воды во впускной водовод.

Медленное песчаное фильтрующее устройство по предлагаемому изобретению может включать первый воспринимающий элемент, выполненный с возможностью определения верхнего предела поддерживаемого эксплуатауционного уровня воды в контейнере, второй воспринимающий элемент, выполненный с возможностью определения нижнего предела поддерживаемого эксплуатационного уровня воды в контейнере, и соединенное с ними управляющее устройство, выполненное с возможностью приема сигналов уровня воды от первого воспринимающего элемента и второго воспринимающего элемента и подачи сигналов на средство управления впуском воды так, чтобы было обеспечено поддержание эксплуатационного уровня воды в контейнере в желаемых пределах.

Медленное песчаное фильтрующее устройство по предлагаемому изобретению может включать также воспринимающий элемент аварийно превышенного уровня воды, выполненный с возможностью подачи на управляющее устройство сигнала об избыточно высоком уровне воды в емкости.

Рассеивающая решетка может содержать отдельные отверстия, выполненные с возможностью пропускания сквозь рассеивающую решетку воды, скапливающейся выше рассеивающей решетки, на поверхность воды в контейнере.

Медленное песчаное фильтрующее устройство по предлагаемому изобретению может включать резервуар питьевой воды, соединенный с выпускным отверстием, первый и второй воспринимающие элементы уровня воды в этом резервуаре питьевой воды, а также средство регулирования потока, выполненное с возможностью регулирования потока воды из выпускного отверстия контейнера в резервуар питьевой воды. Медленное песчаное фильтрующее устройство по предлагаемому изобретению может включать также резервуар сырой воды, соединенный с впускным отверстием фильтрующего устройства, и средство регулирования, выполненное с возможностью регулирования потока воды из резервуара сырой воды в песчаное фильтрующее устройство.

Медленное песчаное устройство по предлагаемому изобретению может включать механизм, выполненный с возможностью чистки с его помощью верхней поверхности фильтрующего материала. Этот чистящий механизм может представлять собой механическую мешалку с ручным приводом. Эта механическая мешалка может включать перемешивающую лопасть, выполненную с возможностью вступления в контакт с верхней поверхностью фильтрующего материала, и вращаемый приводной вал с ручкой, выполненной с возможностью приведения с ее помощью в действие мешалки вручную. Перемешивающая лопасть может включать что-либо из следующего перечня: скребковая пластина, скребковые зубья, лопаткообразные скребковые элементы, вилкообразные скребковые элементы, L-образные скребковые элементы, Т-образные скребковые элементы. Механическая мешалка может иметь привод с обеспечением ее вращения при прохождении приводного вала сквозь рассеивающую решетку, которая может быть расположена в верхней части контейнера.

Еще одним предметом предлагаемого изобретения является способ применения медленного песчаного фильтра, при этом фильтр включает следующие компоненты: контейнер, фильтрующий материал, которым частично заполнен контейнер, предназначенное для впуска воды впускное отверстие (водовпускное средство), расположенное выше верхней поверхности фильтрующего материала, и предназначенное для выпуска воды выпускное отверстие (водовыпускное средство), расположенное внутри фильтрующего материала, при этом способ включает следующие стадии: поддержание уровня воды в контейнере выше верхней поверхности фильтрующего материала в пределах между (I) уровнем, при котором толща воды над верхней поверхностью фильтрующего материала достаточна для недопущения существенного повреждения биологического слоя вследствие падения воды из впускного отверстия на поверхность воды в контейнере, и (II) уровнем, при котором толща воды над верхней поверхностью фильтрующего материала достаточно невелика для того, чтобы было обеспечено диффузионное проникновение кислорода воздуха из пространства над поверхностью воды сквозь толщу воды и достижение им биологического слоя так, чтобы было обеспечено поддержание биологического слоя в живом состоянии даже в отсутствие поступления потока воды из впускного отверстия и в условиях периодической очистки фильтра с помощью подачи прерывистого потока воды в обратном направлении, пропускаемого сквозь слой фильтрующего материала вверх, перемешивания воды у верхней поверхности фильтрующего материала для приведения загрязняющих частиц во взвешенное состояние в толще воды над фильтрующим материалом, и отвод воды со взвешенными в ней загрязняющими частицами за пределы фильтрующего устройства.

Краткое описание прилагаемых чертежей На прилагаемых чертежах иллюстрируется конкретный вариант осуществления предлагаемого изобретения, но этим вариантом никоим образом не ограничивается суть предлагаемого изобретения или его объем.

На фиг.1 показан в продольном разрезе медленный песчаный фильтр с ручным управлением, выполненный с возможностью работы в услових прерывистой подачи потока воды, в состоянии перерыва в работе, вид спереди; на фиг. 2 - верхняя часть устройства, показанного на фиг.1, в состоянии работы, вид спереди, продольный разрез; на фиг.3 - медленный песчаный фильтр с автоматическим управлением, выполненный с возможностью работы в условиях прерывистой подачи воды, вид спереди, продольный разрез; на фиг.4 - часть узла держателя рассеивающей решетки, выполненной в виде пластины, предназначенная для использования в устройстве, показанном на фиг. 3; на фиг. 5 - рассеивающая решетка, выполненная в виде пластины, предназначенная для использования в устройстве, показанном на фиг.3, вид сверху; на фиг. 6 - рассеивающая решетка, изображенная на фиг.5, выполненная в виде пластины, в разрезе, вид сбоку; на фиг.7 - схема водоводов устройства, показанного на фиг.3, в комбинации с резервуаром сырой воды и резервуаром питьевой воды; на фиг. 8 - схема управляющей системы для использования с устройством, показанным на фиг. 3, в комбинации с резервуаром сырой воды и резервуаром питьевой воды; на фиг.9 - вариант медленного песчаного фильтра с автоматическим управлением, выполненного с возможностью работы в условиях прерывистой подачи потока воды, вид спереди; на фиг.10 - медленный песчаный фильтр с автоматическим управлением, выполненный с возможностью работы в условиях прерывистой подачи потока воды, изображенный на фиг.9, вид сбоку; на фиг.11 - медленный песчаный фильтр с автоматическим управлением, выполненный с возможностью работы в условиях прерывистой подачи потока воды, изображенный на фиг.9, вид спереди в продольном разрезе; на фиг.12 - медленный песчаный фильтр с автоматическим управлением, выполненный с возможностью работы в условиях прерывистой подачи потока воды, вид сбоку, в продольном разрезе, вместе с чистящим механизмом, согласно предлагаемому изобретению.

на фиг. 13 - рассеивающая решетка, предназначенная для использования в устройстве, показанном на фиг.12, вид сверху; на фиг.14 - рассеивающая решетка, показанная на фиг.13, вид сбоку; на фиг. 15 - узел дренирующего подстилающего слоя, предназначенного для использования в донной части устройства, показанного на фиг.12, вид сверху; на фиг. 16 - рассеивающая решетка и чистящий механизм согласно предлагаемому изобретению, вид сбоку; на фиг. 17 - первый вариант конструкции механической мешалки, используемой для чистки в устройстве, показанном на фиг.16, вид сбоку; на фиг.18-фиг.22 показаны другие различные варианты конструкции механической мешалки, используемой для чистки в фильтрующем устройстве по предлагаемому изобретению.

Подробное описание конкретных вариантов осуществления предлагаемого изобретения Как известно среднему специалисту, имеющему дело с охраной окружающей среды, медленные песчаные фильтры, которые не предназначены для работы в режиме прерывистой подачи потока воды, не обеспечивают удовлетворительной производительности в случае, когда их работа имеет вынужденные перерывы (см. статью Виссхера, Парамасивана, Рамана и Хейнйена (Visscher, Paramasivan, Raman and Heinjen) "Slow Sand Filtration for Community Water Supply" ("Медленная песчаная фильтрация для коммунального водоснабжения"), опубликованной в издании Technical Paper, Serial No. 24 Международным информационным центром по коммунальному водоснабжению и ассенизации (International Reference Center for Community Water Supply and Sanitation), Гаага, Нидерланды, а также доклад "Slow Sand Filtration" ("Медленная песчаная фильтрация"), подготовленный Рабочим комитетом по медленной песчаной фильтрации отделения по технике моделирования эксплуатационных условий Американского общества гражданских инженеров (Task Committee on Slow Sand Filtration of the Environmental Engineering Division of the American Society of Civil Engineers), 1991 год). Как отмечается в источниках информации, падение производительности медленных песчаных фильтров при перерывах в работе связано с уменьшением концентрации растворенного кислорода в толще воды над поверхностью песка (см. статью Парамасивана, Джоши, Дхадже и Тайджне (Paramasivan, Joshi, Dhage and Taijne) "Effect of Intermittent Operation of Slow Sand Filters on Filtered Water Quality" ("Влияние перерывов в работе медленных песчаных фильтров на качество отфильтрованной воды"), опубликованную в 1980 году в Indian Journal of Environment and Health (Индийский журнал по охране окружающей среды и здоровью), том 22, 2, страницы 136-150). Эти результаты были получены после обследования предназначенных для непрерывной работы медленных песчаных фильтров, с помощью которых осуществлялась обработка воды из естественных источников.

Изобретатель предлагаемого изобретения обнаружил, что при поддержании статического уровня воды над верхней поверхностью песка (или другого фильтрующего материала) (I) от некоторой минимальной глубины, при которой слой, в котором осуществляется биологическая обработка воды (называемый здесь биологическим слоем), не высыхает или не оказывается потревоженным поступающей водой, в результате чего биологический слой получал бы пробоины и пропускал бы сырую воду без биологической обработки; и (II) до некоторой максимальной глубины, при которой кислород воздуха достигает биологического слоя, который благодаря этому не погибает от пребывания в застойной воде с недостаточным содержанием кислорода, биологический слой может сохраняться в живом состоянии даже в условиях прерывистой работы, и эффективность медленного песчаного фильтра может поддерживаться на удовлетворительном уровне даже при наличии перерывов в его работе. Под вышеупомянутым статическим уровнем воды, который может быть назван поддерживаемым эксплуатационным уровнем, понимается уровень воды в медленном песчаном фильтре, когда он не работает, то есть не используется для водоснабжения.

Биологический слой медленного песчаного фильтра, работающего в условиях прерывистой подачи воды, по предлагаемому изобретению обычно остается в живом состоянии по меньшей мере в течение еженедельных выходных дней (уик-энда), и может оставаться в живом состоянии в условиях отсутствия подачи потока вода по меньшей мере в течение недели после окончания одного периода подачи воды до начала следующего периода подачи воды. Такие условия могут возникнуть, когда житель коттеджа покидает на время свой коттедж. И если, в конце концов, при продолжительном отсутствии подачи воды биологический слой погибает, то не по причине недостатка кислорода, а по причине недостатка питания. Будучи способным обеспечить выживание биологического слоя в течение более 48 часов в отсутствие подачи потока воды, медленный песчаный фильтр по предлагаемому изобретению представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с известным уровнем техники.

Это неожиданное открытие, так как до сих пор в этой отрасли техники считалось, что биологический слой в медленных песчаных фильтрах быстро погибает при отсутствии подачи потока воды.

При нормальной непрерывной работе медленного песчаного фильтра биологический слой наращивает свою толщину. Это приводит к снижению пропускной способности фильтра, то есть к тому, что протекание воды сквозь него замедляется. Поэтому в таких непрерывно работающих фильтрующих системах необходимо время от времени прерывать работу и физически уменьшать толщину биологического слоя, соскребая какую-то его часть. В связи с этим можно говорить о еще одном, побочном, преимуществе рассчитанного на работу в условиях прерывистой подачи потока воды медленного песчаного фильтра по предлагаемому изобретению, так как благодаря некоторому отмиранию и уменьшению толщины биологического слоя в периоды отсутствия подачи воды пропускная способность фильтра поддерживается на должном уровне.

В одном из вариантов осуществления медленного песчаного фильтра по предлагаемому изобретению для подержания постоянного уровня воды в контейнере медленного песчаного фильтра используется создание подпора воды в вертикально ориентированной трубе. Этот контейнер включает впускное и выпускное отверстия, предназначенные для впуска и выпуска воды соответственно, и частично заполнен песком или другим фильтрующим материалом. От выпускного отверстия медленного песчаного фильтра выведена вверх труба, простирающаяся до желаемого уровня воды над верхней поверхностью песка. В трубе и контейнере обеспечен подпор воды на желаемом уровне выше верхней поверхности песка, даже когда поток поступающей воды имеет непостоянный характер. Биологический слой образуется на верхней поверхности фильтрующего материала автоматически и естественным образом. В предпочтительном варианте уровень воды в таком управляемом вручную медленном песчаном фильтре, в котором в качестве фильтрующей среды используется кварцевый песок и который работает при комнатной температуре (примерно 21^oС), поддерживается на уровне выше, чем примерно 1 см над верхней поверхностью фильтрующего материала, но ниже, чем примерно 8 см над верхней поверхностью фильтрующего материала медленного песчаного фильтра.

В другом варианте осуществления медленного песчаного фильтра по предлагаемому изобретению уровень воды во время перерыва в использовании фильтра поддерживается автоматически на желаемом минимальном статическом уровне, а во время работы поддерживается в желаемых пределах выше верхней поверхности песка (или другого фильтрующего материала) в частично заполненном контейнере. Автоматическое регулирование уровня осуществляется с помощью системы воспринимающих элементов, выполненной с возможностью определения минимального и максимального уровней воды в контейнере медленного песчаного фильтра. Подача воды может осуществляться от насоса или самотеком (гравитационное течение) через регулируемый клапан. В течение тех периодов, когда забор воды из медленного песчаного фильтра не производится, уровень воды поддерживается на желаемом статическом уровне примерно в тех же пределах, которые были указаны выше для медленного песчаного фильтра с ручным управлением.

Вода из медленного песчаного фильтра с автоматическим управлением для использования в условиях прерывистой подачи потока воды по предлагаемому изобретению преимущественно подается в резервуар питьевой воды. Уровень воды в этом резервуаре питьевой воды может регулироваться в желаемых пределах также с помощью комбинации воспринимающих элементов верхнего и нижнего предельных уровней и клапана на выпускной трубе, проведенной из контейнера к резервуару питьевой воды.

При разработке конструкции медленных песчаных фильтров для использования в условиях прерывистой подачи воды по предлагаемому изобретению и управления ими уделялось внимание тому, чтобы были устранены проблемы, возникающие в медленных песчаных фильтрах, предназначенных для работы в условиях непрерывной подачи потока воды, при остановке их работы. Медленный песчаный фильтр для использования в условиях прерывистой подачи потока воды был также подвергнут интенсивным испытаниям как в лабораторных, так и в полевых условиях при подаче природной воды (см. М. Eng. Thesis by В. Buzunis, "Intermittently Operated Slow Sand Filtration: A New Water Treatment Process" ("Медленная песчаная фильтрация при прерывистой работе - Новый способ обработки воды"). University of Calgary (Университет Калгари), 1995 год). Пилотное испытание медленного песчаного фильтра для использования в условиях прерывистой подачи воды при подаче воды из естественных источников показало, что концентрация растворенного кислорода у поверхности песка могла поддерживаться на достаточно высоком уровне для того, чтобы производительность медленного песчаного фильтра не уменьшалась даже в условиях работы с перерывами. В противоположность этому, в работе Парамасивана и др., упоминавшейся выше, сообщается о неудовлетворительной работе различных медленных песчаных фильтров, предназначенных для работы в условиях непрерывной подачи потока воды, при работе с такими же перерывами.

Скорость, с которой растворенный кислород потребляется живым биологическим слоем на поверхности песка, является функцией величины накопленного на поверхности песка биологического слоя (под которым понимается совокупность микроорганизмов, органических веществ и неорганических веществ), но не зависит от того, как происходило накопление этого биологического слоя (то есть от того, в каком режиме работал фильтр - в непрерывном или с перерывами). Из этого следует, что в фильтре, работавшем в условиях непрерывной подачи потока воды с большой глубиной толщи воды над верхней поверхностью песка, при его остановке имеет место потребление растворенного кислорода подобное тому, которое имеет место в фильтре, работавшем в условиях прерывистой подачи потока воды с той же глубиной толщи воды над верхней поверхностью песка, при его остановке или при перерыве в его работе, при условии, что оба эти фильтра двух разных типов имеют сходные биологические слои и сходны также периоды остановок или перерывов в работе обоих фильтров. Из этого следует, что результаты, полученные Парамасиваном и др. (Paramasivan et al.) для медленных песчаных фильтров, предназначенных для использования в условиях непрерывной подачи потока воды, применимы также в отношении медленных песчаных фильтров, предназначенных для использования в условиях прерывистой подачи потока воды.

На фиг.1 и фиг.2 проиллюстрирован представляющий собой один из вариантов осуществления предлагаемого изобретения медленный песчаный фильтр с ручным управлением, предназначенный для использования в условиях прерывистой подачи потока воды. Такой фильтр может быть установлен, например, в отдельно расположенном жилище. Рассматриваемый медленный песчаный фильтр включает водонепроницаемый контейнер 1, имеющий верхнюю часть 2 и нижнюю часть 3. Контейнеру 1 служит поддержкой основание (станина) 4. Контейнер 1 имеет высоту преимущественно в пределах примерно от 1 м до 1,2 м, что же касается его поперечного сечения, то оно может быть различной величины, хотя для домашнего использования может быть порекомендован диаметр около 40 см. Контейнер 1 может быть выполнен из пластмассы, например из поливинилхлорида, или же из бетона или другого материала, подходящего для использования с питьевой водой. Верхняя часть 2 контейнера 1 покрыта крышкой 5, которая преимущественно должна покрывать открытый верх контейнера 1 полностью для предотвращения попадания внутрь контейнера 1 пыли и прочего мусора или посторонних предметов.

Открытый верх контейнера 1 образует отверстие для впуска воды (водовпускное средство), сквозь которое обеспечена возможность вливания воды в контейнер 1. Нижняя часть 3 контейнера 1 на глубину 40 см или более заполнена промытым кварцевым песком 6 или другим фильтрующим материалом, подходящим для использования в медленных песчаных фильтрах (как описано, например, в патенте США 5032261, выданном Пайперу (Piper)). В основании нижней части 3 контейнера 1 берет начало водовыпускное средство 7. Это водовыпускное средство 7 включает дренирующий подстилающий слой, состоящий из природного крупнозернистого каменного материала 8, который расположен ниже песка 6, и перфорированную дренажную трубу 9, которая расположена в толще природного крупнозернистого каменного материала 8, имеет продолжение наружу уже в неперфорированном виде через отверстие в нижней части 3 контейнера 1 и вверх с образованием на конце водовыпускного горизонтального участка 10. Дренажная труба 9 представляет собой перфорированную трубу, выполненную из поливинилхлорида, с диаметром около 12 мм, как и все описываемые здесь трубы, перфорация трубы 9 осуществлена путем выполнения вдоль нее внизу ряда отверстий диаметром 3 мм с расстоянием между центрами соседних отверстий 25 мм. Расположенный в толще природного крупнозернистого каменного материала 8 конец дренажной трубы 9 герметично закрыт выполненной из поливинилхлорида 12-миллиметровой заглушкой 11. Природный крупнозернистый каменный материал 8 преимущественно представляет собой промытый 19-миллиметровый кварцевый галечник или другой подобный материал. Перфорированная часть дренажной трубы 9 погружена в толщу природного крупнозернистого каменного материала 8 на глубину около 5 мм, считая от верха перфорированной дренажной трубы 9.

Уровень воды 12 в контейнере 1 должен поддерживаться в пределах между некоторыми минимальным и максимальным допустимыми значениями выше верхней поверхности песка 6 с расположенным на ней биологическим слоем 13, преимущественно в пределах от 1 см до 8 см над верхней поверхностью песка 6. Поддержанию уровня в нужных пределах способствует наличие соответствующих меток на контейнере 1. Вода в контейнере имеет температуру помещения (то есть не подогрета), например 21^oС, и находится в условиях давления помещения (то есть при атмосферном давлении). Минимально допустимый уровень, то есть 1 см, выбран из тех соображений, чтобы глубина была достаточной для недопущения высыхания биологического слоя 13, что убило бы его, а также для недопущения взбалтывания биологического слоя 13 водой, падающей на поверхность воды 12, находящейся в контейнере 1.

Верхний допустимый уровень воды 12 выбран из тех соображений, чтобы глубина не была слишком большой во избежание застоя по причине необеспечения переноса кислорода из воздуха, находящегося в пространстве над поверхностью воды 12, к биологическому слою 13 в периоды отсутствия поступления свежей сырой воды. Термином "застой" здесь обозначается такое состояние, при котором толща воды выше биологического слоя 13, находящегося на верхней поверхности песка 6, так глубока, что в ней оказывается недостаточно растворенного кислорода, из-за чего биологический слой погибает. Биологический слой 13 потребляет растворенный в воде кислород, и если толща воды над биологическим слоем 13 так глубока, что кислород из воздуха над поверхностью воды 12 не может достичь биологического слоя 13, биологический слой 13 погибает. Считается, что реальный максимально допустимый уровень воды 12 отчасти зависит от типа фильтрующего материала, а также от температуры помещения, и потому он может быть легко определен экспериментальным путем. Упомянутый выше диапазон от 1 см до 8 см известен изобретателю предлагаемого изобретения как благоприятный при использовании в качестве фильтрующего материала мелкозернистого кварцевого песка при окружающей температуре 21^oС. В общем случае, чем ниже минимальный уровень воды 12 (но выше, чем 1 см), тем лучше. Поэтому предпочтительным диапазоном колебания уровня воды следует считать диапазон от 1 см до 5 см.

Поддержание уровня воды может быть осуществлено путем придания трубе 9 после ее выхода из контейнера направления вверх с ограничением на желаемом уровне с образованием водовыпускного горизонтального участка 10, как это показано на рассматриваемых чертежах. При этом обеспечивается поддержание указанного уровня воды 12. Этот уровень воды 12 поддерживается не ниже минимально допустимомого предела даже в те периоды, когда песчаный фильтр не работает, то есть когда не происходит поступления в фильтр сырой воды. Это называется состоянием покоя фильтра. На фиг.2 в продольном разрезе на виде спереди показана верхняя часть 2 контейнера 1 в состоянии начала работы фильтра. Во время работы, при начальном поступлении сырой воды уровень воды поначалу высок, как это можно видеть на фиг.2, а затем постепенно снижается до желаемого уровня, то есть до показанного на фиг.1 уровня воды 12, по мере того как фильтруемая вода просачивается вниз сквозь слой песка 6 и слой природного крупнозернистого каменного материала 8 и попадает в перфорированную трубу 9. Профильтрованную воду можно собирать в бадью или другой подходящий резервуар 14 для питьевой воды или же откачивать в переносный водный резервуар, как показано на других чертежах. При таких условиях эксплуатации биологический слой 13 нарастает на верхней поверхности песка естественным образом.

Вода, поступающая во время работы в верхнюю часть контейнера 1, может вызвать взбалтывание нежного биологического слоя 13, если только не позаботиться о том, чтобы поступление воды обеспечивалось с должной осторожностью. Для предотвращения взбалтывания чувствительного биологического слоя 13 рекомендуется включать в конструкцию фильтра рассеивающую решетку 15, крепление которой к стенке контейнера 1 выше биологического слоя 13, находящегося на верхней поверхности песка 6, может быть осуществлено с помощью любых подходящих средств, например, как показано на фиг.4. Рассеивающая решетка 15 должна обладать способностью равномерного рассеивания воды и пропускной способностью, п