Zand als filter voor schoon drinkwater

De vraag naar schoon drinkwater zal in de toekomst alleen maar toenemen, terwijl het aanbod juist afneemt. Dit zorgt voor een gat tussen vraag en aanbod. Slow Sand Filtration (SSF) is een manier om relatief goedkoop en milieuvriendelijk water te zuiveren. In Nederland wordt het al gebruikt als laatste stap in het waterzuiveringsproces. Simpel gezegd wordt water gefilterd door het door zand te laten stromen. Hoe werkt dit? We lopen het proces stap voor stap met je door.

Slow Sand Filtration kan op verschillende schalen gebruikt worden, zo wordt het in Nederland grootschalig gebruikt om hele gebieden te voorzien van schoon drinkwater. In andere gebieden, vooral waar schoondrinkwater minder toegankelijk is, wordt het op kleiner schaal gebruikt. Bijvoorbeeld voor een dorp of zelfs per huis. Al kan de schaal verschillen, het principe van filteren blijft gelijk. Bij SSF stroomt water door drie lagen die elk een andere functie hebben. Eerst stroom het water door een laag die de Schmutzdecke genoemd wordt, daarna door een dikke laag zand en als laatste door een laag grind.

Schmutzdecke

De bovenste 3-4 cm van de zandlaag wordt de Schmutzdecke genoemd en kan gezien worden als de eerste laag. Oorspronkelijk bestaat deze laag uit gewoon zand, maar door biologische, chemische en fysische processen ontstaat de Schmutzdecke. In het water dat de filter binnenkomt zit nog organisch materiaal, zoals bacteriën en schimmels. Het zand houdt dit materiaal tegen. Het blijft als het ware tussen het zand hangen en trekt weer ander organisch materiaal aan. Dit organisch materiaal produceert een slijmerige laag genaamd de biofilm. Materiaal dat vervolgens door deze biofilm stroomt, wordt hierdoor gevangen en zorgt voor een groei van deze laag. Hierdoor ontstaat in de bovenste paar centimeter een soort algenmat van dit achtergebleven materiaal. Hoe meer organisch materiaal in de laag zit, hoe groter de biofilm en hoe beter deze kan filteren. De Schmutzdecke is beter in filteren dan het losse zand en filtert micro-organismes, organische componenten en andere vervuilende stoffen zoals, nitraat, ijzer, magnesium en ammonium uit het water.

Het duurt minimaal een aantal weken voor de Schmutzdecke zich volledig heeft ontwikkeld en dus geschikt is voor filtering. Tijdens het filteren blijft deze laag zich ontwikkelen totdat er zoveel organische en vervuilende stoffen bijgekomen zijn dat het water er niet meer goed door kan stromen. De Schmutzdecke raakt verstopt. Wanneer dit gebeurt moet de filter schoongemaakt worden en de Schmutzdecke zich opnieuw vormen. De filters worden bijna altijd gemaakt van materiaal dat geen licht doorlaat, hiermee voorkom je algen- of bacteriegroei in de zandlaag. Dit zorgt ervoor dat de filter minder snel verstopt en dus langer gebruikt kan worden.

Zandlaag

De zandlaag is de grootste laag van de drie. De functie van deze laag is om de laatste bacteriën, ziektekiemen en andere overgebleven stoffen uit het water te filteren. Vaak bestaat deze laag uit sublagen met verschillende korrelgroottes. Door verschillende lagen onder elkaar te plaatsen, kan er een grotere verscheidenheid aan deeltjes en organisch materiaal uit het water gehaald worden. De lagen met kleine korrels zijn over het algemeen efficiënter in het filteren van micro-organismes uit het water dan de grotere korrels. Het probleem met kleinere korrels is dat de poriën tussen de korrels ook kleiner zijn, daarom eerder verstopt raken en dus vaker schoon gemaakt moeten worden.

Grindlaag

De grindlaag fungeert als basis waar de zandlaag op rust. Daarnaast zorgt het ervoor dat het water aan de onderkant gemakkelijk naar de uitlaat kan stromen. De grindlaag heeft geen functie in het filtreren van water, maar juist in de doorstroom ervan. Het grind voorkomt dat het zand verder naar beneden stroomt richting de uitlaat, dit zou namelijk tot verstoppingen en een verminderde prestatie van de filter zorgen.

Duurzaamheid & kosten

SSF wordt gezien als een relatief duurzame manier van waterfiltratie. Het is kosteneffectief, laag in energieverbruik en gebruikt geen chemicaliën. Het water wordt gezuiverd door natuurlijke fysische, chemische en biologische processen. Om zo’n filter te gebruiken zijn geen specifiek opgeleide (dure) werknemers nodig.. Alleen een constante, langzame, watertoevoer is nodig. Pas op het moment dat de filter verstopt raakt en schoongemaakt moet worden komen er onderhoud en kosten bij te kijken.

Deze manier van zuivering is vooral ideaal op plekken waar hulpbronnen en materialen schaars zijn. Slow Sand Filtration werkt met makkelijk verkrijgbare onderdelen die niet duur zijn. De kosten voor het bouwen van SSF gaan meestal in de grondprijs zitten, de filters hebben namelijk wel veel ruimte nodig.

Nadelen

Naast de eerder genoemde kans op verstopping heeft SSF een paar nadelen. Zo is de filter nog niet erg effectief tegen virussen en stofdeeltjes, die zijn vaak te klein om er uitgefilterd te worden.

Verder wordt SSF nu nog niet als opzichzelfstaand zuiveringsproces gebruikt. In Nederland wordt SSF gebruikt als laatste stap in het hele proces, in plaats van chloor, wat in veel andere landen wordt toegevoegd. Dit betekent dat er meerdere stappen aan vooraf gaan, die vaak wél chemicaliën bevatten of energie-intensief zijn.

De zuiveringsstappen die het water doorloopt voor het de Slow Sand Filtration in gaat zijn nodig om twee redenen. Ten eerste zodat het water al relatief schoon is wanneer het door de filter gaat, hierdoor kan dit proces sneller gebeuren en dus kost het minder geld en tijd. Ten tweede om ervoor te zorgen dat de kwaliteit van het water voldoet aan de eisen. Het water in Nederland moet van uitzonderlijke kwaliteit zijn voordat het gedronken mag worden. Deze kwaliteit is niet te halen met enkel SSF. Maar voor landen waar deze eis niet zo streng is – veel van de armere landen – is SSF een ideale methode. Zelfs als alleen SSF in deze landen gebruikt wordt, zal het water al vele malen schoner zijn dan zonder enige filtering of veel andere alleenstaande filteropties.

Toekomst

Temperatuur, stroomsnelheid, korrelgrootte, oppervlakte en filterlengte  hebben invloed op de prestatie van de filters. Maar hoe deze precies allemaal tot elkaar verhouden moet nog goed worden onderzocht. In Nederland zijn er momenteel meerdere onderzoeken aan de gang.

Tegenwoordig wordt er gewerkt aan Slow Sand Filtrations die klein en compact genoeg zijn om in huis te hebben. Dit zou een prettige oplossing zijn voor een deel van de 884 miljoen mensen die volgens het WHO geen toegang hebben tot schoon drinkwater.

MEER WETEN?

In deze animatie zie je hoe een Slow Sand Filter werkt.