home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ WINMX Assorted Textfiles / Ebooks.tar / Text - Survivalists - Water Purification - Practical Application Of Slow Sand FIltration (TXT).rar / (ebook) - Survival - WATER PURIFICATION-Practical Application of Slow Sand Filtration.txt
Text File  |  2002-12-29  |  9KB  |  139 lines

  1. The Development and Practical Application of Slow Sand Filtration and other ░o-Filtrationechniques in Closed Hydroponic SystemsA 
  2. New and Practical Way for Removing Plant Pathogens from Irrigation Water
  3. Dr. Walter Wohanka
  4. State Research Institute, Von-Lade-Str. 1, D-65366 Geisenheim, Germany
  5. ( +49-6722-502412, fax +49-6722-502410, e-mail: 
  6. Wohanka@geisenheim.fa.fh-wiesbaden.de
  7. Irrigation water sources and recycled irrigation water from so-called closed 
  8. irrigation systems pose a certain risk of spreading root infecting plant 
  9. pathogens. Suitable equipment, good sanitation, antagonism or 
  10. disease-suppression may reduce the risk to a certain degree. However, there will 
  11. remain a risk requiring some kind of water treatment. Slow Sand Filtration and 
  12. similar bio-filtration techniques are now available to prevent dissemination of 
  13. plant pathogens with irrigation water.
  14. History
  15. The first report on Slow Sand Filtration is from 1804. Mr. John Gibb from 
  16. Scotland developed a purification technique to obtain clean water for his 
  17. bleachery. Later, this technique was used for water purification as a crucial 
  18. weapon against water-borne diseases of man like cholera, dysentery and typhus. 
  19. In the 20th century slow sand filtration has been replaced or at least 
  20. supplemented by other water treatment techniques like chlorination, 
  21. UV-irradiation, etc.. 
  22. The idea of using slow sand filtration against water-borne phytopathogens was 
  23. introduced in the late eighties to the State Research Station at Geisenheim. 
  24. Since that time, slow sand filtration and similar techniques are used world-wide 
  25. in closed cultivation systems.
  26. Principles of Slow Filtration
  27. The principle of a slow sand filter is very simple. Raw water percolates very 
  28. slowly through a bed of fine filter sand (see figure 1). The flow rate should be 
  29. in the range of 10 to 30 cm per hour (2.5 to 7.5 inches/hr) - that means a 
  30. filter capacity of 100 to 300 L per m2 (25 û 75 gal/sq. yd.) filter surface and 
  31. hour. Soon after the filter process begins, a filter skin forms on the surface 
  32. of the filter bed. It consists of organic and inorganic material and a wide 
  33. variety of active microorganisms. Depending on the raw water quality, cleaning 
  34. of the filter bed will be necessary after a few weeks or months to prevent 
  35. clogging. This is done by scraping off only the top inch. Therefore, the initial 
  36. thickness of the filter bed should be 80 û 120 cm (32 û 48 inches).
  37. mechanisms of water purification are not fully understood. However, it seems 
  38. very clear that it is not only a mechanical straining effect. There are 
  39. physico-chemical and biological mechanisms involved. However, the contribution 
  40. of the biological component to the efficacy of slow sand filter is not quite 
  41. clear. Recent investigations revealed a very high microbial activity, in 
  42. particular in the top layers of the filter bed. Electron microscopic examination 
  43. photos of sand grain surfaces have shown micro-colonization and the development 
  44. of biofilms.
  45. Construction of Slow- or Bio-filters
  46. The capacity of a slow sand filter depends mainly on the filter surface. The 
  47. recommendations are in the range of 100 to 300 L per m2 and hour m2 (25 û 75 
  48. gal/sq. yd. per hour). By varying the filter surface, bio-filters are adaptable 
  49. to any size of cultivation area or cultivation systems.
  50. In European greenhouses mostly standard water tanks are used as filter 
  51. containers [e.g. 15 m2 (18 sq. yd.) surface and as such a capacity of 1.5 to 4.5 
  52. m3/h (400 û 1200 gal / hr)]. Often on small farms plastic tanks may be found 
  53. with a surface of only 1 m2 (1.2 sq. yd.) and a capacity of 100 to 300 L/m2h (25 
  54. û 75 gal/sq. yd. per hr). However, very large filters are also possible. So, for 
  55. example, outdoor versions with 70 m2 (84 sq. yd.) surface and a capacity of 7 to 
  56. 21 m3 per hour (1860 to 5600 gal /hr).
  57.  
  58. Figure 2: Functional scheme of a slow (sand) filter
  59. The construction of the inlet structure should prevent damaging of the filter 
  60. skin on the filter surface by the raw water. Therefore, the raw water should 
  61. first flow into a box or a wide pipe and then very gently on the sand surface. 
  62. As an alternative the raw water may be sprinkled onto the supernatant surface 
  63. (see fig. 1).
  64. The flow rate is controlled by special outlet structures. In the simplest way 
  65. with a gravity driven filter only a valve at the outlet is necessary to reduce 
  66. the flow rate. The outlet opening should be on a higher level than the filter 
  67. surface to prevent total drainage and thus drying up of the filter bed. In 
  68. horticultural practice often another outlet structure is recommended. A wide 
  69. pipe [20 to 40 cm (8 û16 inches) in diameter] reaching through the filter bed 
  70. into the drainage layer (see fig. 1) is most suitable. In this pipe, a plunger 
  71. pump is installed. The capacity of this pump should not be higher than the 
  72. maximum filtration rate of the slow sand filter. Otherwise, a regulation valve 
  73. is necessary. The flow rate is controlled by the outlet structure (valve and/or 
  74. pump). To monitor the flow rate, a flow meter is absolutely necessary.
  75. The standard filter medium is "local" sand which have to fulfill certain 
  76. requirements (see table 1). The minimum thickness of the filter bed should be 50 
  77. to 60 cm (20 û 24 inches), initially 80 û 120 cm (32 û 48 inches) are 
  78. recommended. The filter sand is supported by three layers of graded gravel and 
  79. some kind of underdrainage (see figure 1). However, the handling of sand causes 
  80. some practical problems under typically horticultural conditions. A series of 
  81. experiments was conducted to test the suitability of alternative filter media 
  82. such as pumice or rock wool. Comparison of the filter materials revealed that 
  83. rockwool (Grodan type 012517 or 012519) produced the highest efficiency rates 
  84. compared to sand and pumice. The slight differences in efficiency between sand 
  85. and rock wool alone would not justify the higher price for rock wool. However, 
  86. this filter material also has some other advantages. Rockwool is commercially 
  87. available as a standardized material. As a low weight material it is easier to 
  88. handle and no drainage layers are necessary. Furthermore, according to our own 
  89. practical experience there are fewer problems with clogging.
  90.  
  91. Table1: quality of filter sand
  92.       effective grain size0.15 - 0.30 mm (100 û 50 mesh)
  93.       uniformity coefficient (UC)< 3, max. 5
  94.       silt content< 1 %
  95.       acid solubility< 5 % after 30 min
  96.       effective grain size (d10): sieve opening through which 10 % (by weight) 
  97.       of the grains will pass
  98.       uniformity coefficient (UC): ratio between the sieve opening through which 
  99.       60 % (by weight) of the grains will pass and the effective grain size; UC 
  100.       = d60/d10
  101.  
  102.  
  103. Effectiveness
  104. For evaluation of the effectiveness experimental results and long term 
  105. experience from the drinking water industry can not be simply transferred to 
  106. horticulture. The main phytopathogens are different from human pathogens and 
  107. drainage water from a crop is definitely different from drinking water. 
  108. Furthermore, the running conditions for a slow sand filter in horticulture are 
  109. quite different from those of a community water supplier. For these reasons 
  110. specific experimental work has been necessary to evaluate the effectiveness of 
  111. slow sand filtration against phytopathogens under specific horticultural 
  112. conditions.
  113. A series of trials revealed a complete elimination of so-called pythiaceous 
  114. fungi like Phytophthora or Pythium. The efficiency rates against bacteria and 
  115. fungi with small spores have been also very high but some propagules of such 
  116. organisms may pass the filter bed. In practice, the efficacy seems to be 
  117. sufficient against these pathogens. Viruses and nematodes are not satisfactorily 
  118. eliminated by slow filtration. However, the development of virus diseases can be 
  119. considerably inhibited.
  120.  
  121.  
  122. Costs of Slow Filtration
  123. From a grower's point of view the best point about bio- or slow-filtration is 
  124. the very low price compared to other water disinfecting systems like ultra 
  125. filtration or heating. Because of the high investment costs of the other means 
  126. of water disinfection the difference becomes particularly relevant on small 
  127. farms with low daily water turnover (see fig. 3).
  128.  
  129. Figure 3:: Costs of water disinfection (acc. Range 1995)
  130.  
  131. Conclusion
  132. Slow (Sand) Filtration or bio-filtration is a practical way to eliminate various 
  133. phytopathogens from contaminated water or nutrient solutions for all 
  134. horticultural applications. This technique fulfils the grower's demands very 
  135. well: Water disinfecting systems which are simple , cheap and of course 
  136. effective. Slow (sand) filters are very easy to construct (even by the grower 
  137. himself) and adaptable to any size of cultivation area and to any recirculating 
  138. irrigation system.
  139.