OHorizons BioSand Filter/오호라이즌스 바이오샌드 필터

바이오샌드 필터(BSF)는 개발도상국의 가정용으로 설계된 간단하고 저렴한 저기술 정수 장치입니다. 모래, 자갈, 그리고 자연적인 생물학적 과정을 이용하여 식수에서 병원균을 제거합니다. 병원균이란 질병을 유발할 수 있는 모든 것을 말합니다. 식수의 경우, 병원균에는 박테리아, 원생동물(단세포 생물), 기생충(기생충), 바이러스 등이 포함됩니다. BSF는 기계 장치나 움직이는 부품 없이 오로지 중력에만 의존하기 때문에 전력망이 없는 지역 사회에 이상적입니다. 적절하게 관리하면 콘크리트 BSF는 25년 이상 사용할 수 있으며 유지 보수 및 청소가 거의 필요하지 않아 내구성이 뛰어나고 지속 가능하며 효과적인 정수 수단입니다.

바이오샌드 필터는 사용 지점에서 바로 정수 처리하는 기술입니다. 이름에서 알 수 있듯이, 물을 사용하거나 마시는 바로 그 지점에서 정수가 이루어집니다. 이를 통해 사용자는 물의 청결도를 최대한 관리할 수 있으며, 재오염 가능성을 줄일 수 있습니다.

현재 다양한 유형의 BSF(양동이 보호 장치)가 연구 및 개발되고 있습니다. 전통적인 콘크리트 BSF 외에도 상용 플라스틱 제품, 스테인리스 스틸 모델, 그리고 수많은 DIY 플라스틱 양동이 제작 계획 등이 있습니다.

모래 여과기(BSF)의 역사는 1990년대 초 캐나다 엔지니어인 데이비드 만즈 박사가 캘거리 대학교에서 최초의 BSF 시제품을 개발하면서 시작되었습니다. 만즈 박사는 19세기 초부터 전 세계 지자체에서 사용해 온 모래 여과기를 가정용으로 개량하는 것을 구상했습니다. 그의 연구와 시험을 통해 현재 전 세계 여러 나라에서 사용되는 BSF의 구체적인 설계가 탄생했습니다.

Many microbiological organisms live in water. They are too small to see with your naked eye, but they are there. Some of these microbiological organisms include harmful pathogens. As shown in the diagram above, BSFs separate microbes, including pathogens, from drinking water through four different processes: Mechanical Trapping, Adsorption, Predation, and Natural Death. Let's go over these processes in more detail and learn about the most exciting aspect of the BioSand Filter, its biological layer!

When water is initially poured into the BSF, the larger microbes get trapped towards the top of the sand. During the first few weeks of use, as dirty water is poured into the filter, these microbes continue to accumulate towards the top of the sand column and settle into their new home. This ecosystem of microbes at the top of the sand is the biolayer and is usually fully formed within a month of using the BSF. Predation (microbes eating other microbes) occurs in the biolayer and is vital for pathogen removal inside the filter. When the biolayer is fully formed, 98% of pathogens are removed from the water; without it, mechanical trapping, adsorption, and natural death will only remove 30-70% of pathogens. It is critical that a BSF is used every day, so the biolayer can be fed and continue to function properly.

Microbes that do not get eaten in the biolayer will be removed from water in lower layers of the sand through mechanical trapping, adsorption, or natural death.

Critical to the proper functioning of the filter and the biolayer, is the pause period. The BSF is designed for intermittent use, meaning water should be poured into the filter intermittently, not continuously. When water is not flowing through the filter, this is called the pause period. The pause period should be a minimum of 1 hour and a maximum of 48 hours. If the pause period is too long, the microbes in the biolayer may start to starve and die, impacting the biolayer's effectiveness. The standing water above the biolayer may also start to dry out, which can also kill the biolayer. If the pause period is too short, there is not enough time for natural death to occur at lower levels of the filter, meaning those pathogens may remain in the water that comes out of the filter. Similarly, the microbes in the biolayer will not have enough time to consume the majority of pathogens in the biolayer.

필터를 사용할 때는 매번 동일한 수원에서 물을 사용하는 것이 좋습니다. BSF(바이오필터)에 사용되는 일반적인 수원에는 호수, 강, 개울, 연못과 같은 지표수가 포함됩니다. 빗물, 지하수, 관정수 또는 상수도에도 병원균이 포함될 수 있지만 BSF에 사용할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 생물막은 수원지의 특정 오염 물질에 적응하게 됩니다. 예를 들어 우기가 시작될 때 수원지를 바꾸면 오염 정도와 종류가 달라집니다. 생물막이 새로운 수원지의 오염 물질과 영양분에 적응하는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다. 이 기간 동안에도 BSF를 계속 사용할 수 있지만, 필터를 통과한 후 염소 소독이나 끓이기 등의 2차 소독 방법을 사용해야 합니다. 염소 또는 염소 처리된 물을 필터에 직접 넣으면 생물막이 파괴되므로 절대 넣지 마십시오.

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콘크리트 필터 본체를 제작하기 위해 강철 주형을 만들었다. 수년에 걸쳐 병원균 제거 효율을 높이기 위해 콘크리트 생물막 필터(BSF)와 그에 맞는 강철 주형의 설계가 주기적으로 개선되었지만, 필터 제조 공정 자체는 크게 변하지 않았다.

콘크리트를 틀에 부어 넣고 하룻밤 동안 양생합니다. 8~12시간 후 틀을 제거하면 콘크리트 필터 본체만 남게 됩니다. 이 과정을 탈형이라고 합니다. 콘크리트가 완전히 양생되면 필터를 최종 설치 장소로 옮겨 여과재를 채웁니다. 최종 제품은 약 90cm 높이의 콘크리트 가정용 기기로, 정밀하게 준비하고 측정한 모래와 자갈층으로 채워져 있습니다. 설치 후에는 필터를 이동해서는 안 됩니다. 필터를 이동하면 생물학적 층과 필터 내부의 모래가 손상되어 병원균 제거 기능이 저하될 수 있습니다. 분리 자갈(작은 자갈)은 모래가 필터 아래쪽으로 흘러내려 배출관을 막는 것을 방지합니다. 배수 자갈(큰 자갈)은 분리 자갈이 배출관을 막는 것을 방지합니다. 배출관은 필터 바닥에 있으며, 깨끗한 물이 이 관을 통해 필터 밖으로 배출되어 마실 수 있습니다.

BSF(흑동균)와 그에 맞는 곰팡이의 매개변수를 설계하는 데에는 과학적인 원리가 있습니다. 이를 통해 효율성, 실용성, 그리고 병원균 제거 효과를 극대화할 수 있습니다. BSF의 성능 향상을 위해 실험실과 현장에서 수년간 연구가 진행되어 왔습니다. 예를 들어, 생물층을 유지하기 위해서는 습윤한 환경과 산소 공급이 필수적입니다. 생물층을 보호하기 위해서는 모래 위에 5cm 정도의 고인 물을 유지하고, 물이 한꺼번에 튀어 생물층을 파괴하는 것을 방지하기 위해 확산조를 사용하는 것이 최적이라는 것이 밝혀졌습니다.

OHorizons는 콘크리트 바이오샌드 필터 제조 공정에서 혁신의 기회를 발견했습니다. OHorizons의 목재 주형은 지역 사회와 단체가 기존 방식보다 훨씬 저렴한 초기 비용으로 바이오샌드 필터를 제조 및 설치할 수 있도록 해주는 획기적인 기술입니다. 이는 더 많은 사람들이 더 빠르게 깨끗한 물을 이용할 수 있게 된다는 것을 의미합니다.

목재 몰드의 장점

• 내구성 우수 (필터 50개/곰팡이)
• 저렴함(금형당 50~80달러)
• 경량 (~ 60파운드)
• 현지 조달 자재 사용 (모든 자재는 국내에서 구매하며 쉽게 교체 가능)
• 사용하기 쉽습니다 (특별한 기술이나 이전 건설 경험이 필요하지 않습니다).
• 전력망에서 독립하여 사용할 수 있습니다.

OHorizons에서 설계한 BSF는 한 번 사용할 때마다 11리터의 물을 정수할 수 있습니다. 즉, 한 번 정수기에 물을 부으면 11리터의 식수가 정수됩니다. BSF는 간헐적으로 사용해야 하므로, 사용자는 하루에 11리터에서 44리터(약 3~12갤런)의 물을 정수할 수 있습니다.

오호리존스 건설 매뉴얼은 http://www.ohorizons.org/resources/ 에서 무료로 다운로드할 수 있습니다.

바이오샌드 필터는 사용법이 매우 간단하며 실내 화초 관리와 비슷합니다. 유지 관리에서 가장 중요한 부분은 오염된 물을 하루 1~4회 공급하여 바이오층을 건강하게 유지하는 것입니다. 공급 후에는 바이오층이 분해하고 회복할 시간이 필요합니다. 이를 휴지기라고 합니다. 매 사용 후 최소 1시간의 휴지기가 필요하며, 효과적이고 효율적인 작동을 위해서는 몇 시간의 휴지기가 권장됩니다. 실내 화초와 마찬가지로 바이오층은 물이 너무 많거나 너무 적으면 생존할 수 없습니다.

일반적으로 콘크리트 바이오샌드 필터는 적절하게 설치하고 사용하면 25년 이상 사용할 수 있습니다. 모래와 자갈은 교체할 필요가 없으며, 바이오샌드 필터는 청소도 거의 필요하지 않습니다. 탁하거나 침전물이 많은 물을 사용하여 필터의 유속이 저하되는 경우, '스월 앤 덤프(swirl and dump)'라는 간단한 방법으로 모래를 쉽게 청소할 수 있습니다. 스월 앤 덤프는 필터 표면의 모래층을 손바닥으로 가볍게 휘저어 표면을 살짝 움직이는 방법입니다. 이렇게 하면 고여 있던 물이 탁해지는데, 이 물을 제거하고 새 물로 교체합니다. 원하는 유속을 되찾을 때까지 이 과정을 반복할 수 있습니다.

• 바이오샌드 필터
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  콘크리트 바이오샌드 필터의 구성 요소
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  방글라데시 여성들이 OHorizons에서 제작한 콘크리트 바이오샌드 필터 완공 현장 뒤에 서 있습니다.
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  방글라데시 가정집에 설치된 오호라이즌스 바이오샌드 필터.