Een langzaam zandfilter bouwen

Waarom dit telt

Koken kost brandstof en chloor raakt op. Een langzaam zandfilter doet het meeste werk gratis: het haalt troebelheid, wormeieren, de parasieten Giardia en Cryptosporidium en het grootste deel van de bacteriën uit het water, met alleen zand, grind en tijd. Steden gebruiken deze techniek al bijna tweehonderd jaar (CAWST). Het filter is geen wondermiddel: het laat virussen deels door, het haalt zout, nitraat en brandstof er niet uit wordt getoetst, en het werkt pas goed als er een levende laag op het zand is gegroeid. Daarom staat er boven elk filter in dit hoofdstuk dezelfde regel: na het filter nog desinfecteren (02.01 Water drinkbaar maken).

Eerst doen

1. Kies het water: het schoonste dat je hebt, en altijd hetzelfde water. Het filter went aan één bron (02.02 Bronnen herkennen).
2. Laat troebel water eerst bezinken (02.05 Bezinken en voorfilteren). Boven ongeveer 50 NTU slibt het filter snel dicht. Zet een gevulde doorzichtige fles van 2 liter op grote letters: kun je die van bovenaf door de fles niet lezen, dan is het te troebel (CAWST). Een groot filter vraagt schoner water, onder 10 NTU (NDWC).
3. Bouw een huishoudelijk biozandfilter: ongeveer 54 cm fijn zand op twee lagen grind van elk 5 cm, met de uitloop zo hoog dat er altijd 5 cm water op het zand blijft staan.
4. Giet elke dag water door het filter, met een pauze van minstens een uur en hooguit twee dagen tussen de beurten.
5. Reken op dertig dagen rijpen; in die weken desinfecteer je het water extra zorgvuldig.
6. Vang het gefilterde water op in een schone bak met deksel en kraantje (02.07 Drinkwater opslaan) en desinfecteer het altijd nog.

Wat je nodig hebt

• Een bak die water houdt en niet giftig is: een regenton of vat van voedselkunststof, een gemetselde bak, een betonnen kolom van ongeveer 30 bij 30 bij 90 cm (CAWST), of voor een groepsfilter een bak van minstens een vierkante meter en ongeveer 2 tot 2,5 meter hoog, want zand, grind en water stapelen op wordt getoetst. Nooit een vat dat olie, verf of bestrijdingsmiddel heeft bevat (11.01 Veilig werken met stoffen).
• Een uitloopbuis van minstens 6 mm binnenmaat (CAWST) die van de bodem omhoog loopt tot 5 cm boven het zandoppervlak. Een dunnere buis geeft te weinig doorstroom.
• Grind voor de afvoerlaag (valt door de zeef van 12 mm en blijft op die van 6 mm liggen, ongeveer 3 liter) en voor de scheidingslaag (valt door 6 mm en blijft op 1 mm liggen, ongeveer 3,5 liter).
• Gebroken steen uit een groeve, gezeefd tot zand dat door een zeef van 0,7 mm valt, ongeveer 25 tot 30 liter voor het huishoudfilter. De CAWST raadt rivierzand af en strandzand bevat zout en vuil.
• Zeven van 12 mm, 6 mm, 1 mm en 0,7 mm; een stuk horrengaas, muggengaas en keukenzeef komen in de buurt wordt getoetst.
• Een verdeelplaat (diffuser): een bakje of plaat met gaatjes van 3 mm dat boven het zand hangt en voorkomt dat gieten de levende laag kapotmaakt.
• Een deksel, een maatbeker of fles van 1 liter en een horloge om de doorstroom te meten.
• Een opslagbak met deksel en kraantje, en je middel om te desinfecteren: chloor, een kookpan of PET-flessen voor de zon.
• Water om zand te wassen, en nog eens 40 tot 80 liter van het schoonste water om het filter door te spoelen.

Werkwijze

Twee maten, één principe

Allebei werken ze hetzelfde: water zakt langzaam door fijn zand, en op de bovenste centimeters groeit een laag van bacteriën, algen en kleine dieren, in het Duits de Schmutzdecke. Die laag eet wat er in het water zit. Het verschil is de maat en of het filter met pauzes mag werken.

De plek en de bak

Zet het filter op een vlakke, stevige plek in de schaduw, dicht bij de keuken en ver van de latrine (02.10). Zon op de bak geeft algen en vorst legt het filter stil. Zet het filter daarom binnen of in een schuur. Een betonnen biozandfilter weegt 95 kilo, en daar komt 45 kilo zand bij (CAWST), plus grind en water. Zet hem op de grond of op een gemetseld voetje, niet op een plank.

De uitloop bepaalt alles. De buis gaat van de bodem van de bak omhoog, buitenlangs of binnenlangs, en eindigt 5 cm boven het latere zandoppervlak. Zo blijft er altijd een laag water op het zand staan als het filter stilstaat: te weinig water en de laag droogt uit, te veel en er komt geen zuurstof bij. De CAWST noemt 4 tot 6 cm goed, 5 cm ideaal.

Zand en grind klaarmaken

Slecht zand is de reden dat de meeste zelfgebouwde filters niet werken.

1. Haal gebroken steen bij een groeve, niet van strand, rivier of weiland. Organisch materiaal in rivierzand is voedsel voor ziektekiemen en kan het water slechter maken dan het was; ontsmetten haalt dat er niet uit (CAWST). Strandzand bevat bovendien zout.
2. Zeef in deze volgorde: 12 mm, 6 mm, 1 mm, 0,7 mm. Wat op de 12 mm blijft liggen gooi je weg. Wat op de 6 mm blijft liggen is afvoergrind. Wat op de 1 mm blijft liggen is scheidingsgrind. Wat op de 0,7 mm blijft liggen gebruik je niet in het filter. Wat door de 0,7 mm valt is filterzand.
3. Was het grind: in een emmer met water omroeren tot het water vuil is, afgieten, herhalen tot het water bijna helder blijft.
4. Was het zand, maar niet te veel. Zwier een laagje zand met twee keer zoveel water tien keer snel rond en giet het troebele water af. Tel hoe vaak je dat doet. Proef: schud zand met evenveel helder water in een doorzichtige pot; drie tot vier seconden later hoor je het zandoppervlak van opzij te zien (CAWST). Was niet door tot het water schoon blijft: dan spoelen de fijne korrels weg en loopt het filter te snel. Te weinig wassen en het slibt dicht. De stroomproef bepaalt hoe vaak je moet wassen.
5. Houd zand en grind afgedekt en droog tot je ze gebruikt.

Het biozandfilter vullen

1. Zet de bak op zijn plek, controleer dat de uitloop vrij is en vul hem half met water. Zand en grind gaan altijd in water, zodat er geen luchtbellen in komen.
2. Stort de afvoerlaag: 5 cm grof grind, vlak gestreken. Het grind moet de uitloop onderin bedekken.
3. Stort de scheidingslaag: 5 cm fijn grind, vlak gestreken.
4. Giet het gewassen filterzand er snel in, ongeveer 30 liter, met steeds water boven het zand. Snel gieten houdt de korrels gemengd; langzaam gieten geeft laagjes (CAWST).
5. Vul de bak met water en wacht tot de uitloop stopt. Strijk het zand vlak en meet het water boven het zand. Minder dan 3 cm: haal zand weg tot 5 cm. Meer dan 5 cm: voeg zand toe en herhaal.
6. Zwier de bovenste laag zand en schep het modderige water eraf, zodat het zand niet dichtslaat. Strijk vlak.
7. Hang de verdeelplaat erboven. Hij mag het staande water niet raken, want dan komt er te weinig zuurstof bij de levende laag. Leg het deksel erop.
8. Spoel door: giet het schoonste water dat je hebt erin tot de uitloop helder is, meestal 40 tot 80 liter. Niet helder na 100 liter: het grind was te vuil, begin opnieuw.
9. Meet de stroom: vul het reservoir helemaal, zet een maatbeker onder de uitloop en klok de tijd voor 1 liter. Dat hoort minstens 150 seconden te duren, 0,4 liter per minuut. Veel sneller: het zand is te veel gewassen en moet eruit. Langzamer dan 0,3 liter per minuut, dus meer dan 3 minuten per liter: te weinig gewassen. Het filter werkt dan wel, maar raakt sneller dicht.

Een groot langzaam zandfilter

Voor een groep bouw je hetzelfde groter en continu. Dit is niveau III: een bak van beton, metselwerk of een gegraven en afgedekte kuip met een vloeistofdichte folie van voedselkwaliteit wordt getoetst, liefst twee naast elkaar zodat één kan rijpen of schoongemaakt worden terwijl de andere werkt (de NDWC noemt twee bedden het minimum).

• Onderin een afvoersysteem: geperforeerde buizen met gaatjes van 3 mm op 15 cm afstand, of losse bakstenen met tussenruimtes, afgedekt met grind in lagen van grof naar fijn.
• Daarop 1 meter fijn zand met een effectieve korrel van 0,15 tot 0,35 mm. Zonder laboratorium haal je die het dichtst met zand dat door een zeef van 0,7 mm valt en op een keukenzeef van ongeveer 0,1 mm blijft liggen wordt getoetst.
• Daarboven 0,7 tot 1 meter water, met een rustige toevoer via een drijver of een overloop, zodat de instroom het zand niet omwoelt.
• De uitloop komt hoger dan het zandoppervlak, met een kraan om de stroom te regelen op 0,1 tot 0,2 meter per uur: dat is 100 tot 200 liter per uur voor elke vierkante meter zand.
• Een deksel of dak: tegen algen in de zomer en tegen ijs in de winter. Onder de 5 graden werkt de levende laag slecht wordt getoetst.

Rekenvoorbeeld, geen norm: vijftig mensen hebben volgens de WHO ongeveer 5 liter per persoon per dag aan drink- en kookwater dat behandeld moet zijn, dus 250 liter. Eén vierkante meter filter levert bij 0,1 meter per uur al 2400 liter per etmaal. Een bak van één vierkante meter heeft dus ruimte over voor wassen en voor een tweede bak die rijpt. Maak hem niet kleiner dan een vierkante meter: kleiner is lastig schoon te maken en droogt snel uit wordt getoetst.

Houd de stroom gelijkmatig. Een langzaam zandfilter dat je stilzet en weer aanzet, verliest zijn biologie; de NDWC raadt aan het 's nachts met afnemende stroom door te laten lopen in plaats van te sluiten.

Wees eerlijk over de grens. De NDWC zegt dat ontwerpers vooraf niet kunnen voorspellen hoe een filter met een bepaald water presteert, en dat een klein proeffilter altijd nodig is, liefst over meerdere seizoenen. Ook vraagt een groot filter een bedreven beheerder. Zonder laboratorium weet je niet hoe goed jouw filter werkt.

De levende laag en het rijpen

Zonder levende laag haalt het filter volgens de CAWST 30 tot 70 procent van de ziektekiemen weg, alleen door vastplakken en zeven. Met een goede laag loopt dat op tot 99 procent. De laag ontstaat vanzelf uit wat er in het water zit en heeft tot 30 dagen nodig. In die tijd:

• Giet je elke dag water door, met dezelfde bron.
• Desinfecteer je het gefilterde water zonder uitzondering; het is nog niet beter dan voorgefilterd water.
• Begint het water helderder te worden en wordt de stroom iets langzamer, dan groeit de laag. Bij een groot filter zie je het aan een bruingroen vel op het zand en aan de troebelheid van het water eronder: pas als die weken achter elkaar laag blijft, is het filter rijp wordt getoetst. Na elk schrapen begint een korte rijping van één tot twee dagen, in de kou langer; dat water is slecht en gebruik je niet (NDWC).

Dagelijks gebruik van het biozandfilter

1. Giet een emmer van dezelfde bron rustig op de verdeelplaat, nooit rechtstreeks op het zand. De bak houdt ongeveer 12 liter.
2. Vang het water op in de schone opslagbak. Raak de uitloop niet met handen of vuile emmers aan.
3. Laat het filter leeglopen tot de stroom stopt; het water blijft dan vanzelf op 5 cm staan.
4. Wacht minstens een uur voor de volgende emmer en nooit langer dan 48 uur. Langer dan twee dagen zonder water en de levende laag verhongert.
5. Desinfecteer het water in de opslagbak (02.01): chloor, koken of zon. Chloor werkt na het filter veel beter dan ervoor, omdat de troebelheid weg is.
6. Was regelmatig de verdeelplaat, het deksel, de uitloop en de opslagbak.

Onderhoud: zwieren en afgieten

Als het filter steeds trager wordt, of de stroom onder 0,1 liter per minuut zakt, doe je het onderhoud van de CAWST:

1. Haal deksel en verdeelplaat weg. Staat er geen water boven het zand, giet er dan ongeveer 4 liter op.
2. Leg je handpalm plat op het zand en maak rustig cirkels, alleen in de bovenste centimeter. Niet dieper roeren.
3. Schep het troebele water eraf met een kommetje en gooi het buiten in een zinkgat of de tuin, niet bij de bron.
4. Strijk het zand vlak, hang de plaat terug, was je handen.
5. Giet opnieuw en meet de stroom. Herhaal tot hij terug is. Helpt een paar keer zwieren niet, dan is het zand te fijn of te vuil en moet het eruit. De levende laag is nu beschadigd en groeit opnieuw. Desinfecteer de dagen erna extra zorgvuldig.

Onderhoud: een groot filter afschrapen

Een groot filter raakt na weken tot een jaar dicht, afhankelijk van het water. Laat het water zakken tot net onder het zand, schraap met een platte schep de bovenste 1 tot 2 cm met het vel eraf wordt getoetst, strijk vlak en vul van onderaf weer met schoon water, zodat er geen lucht in het zand komt. Zet de stroom laag en laat één tot twee dagen rijpen. Het afgeschraapte zand kun je wassen, drogen in de zon en bewaren. Na veel keren schrapen zit je onder 0,7 meter zand: dan vul je aan met gewassen zand, het oude bovenop het nieuwe wordt getoetst.

Wat het wel en niet doet

Een log is een factor tien: 2 log is 99 procent. Mooi, maar van een miljoen bacteriën per liter blijven er dan tienduizend over. Daarom hoort er na elk zandfilter een desinfectiestap, en daarom chloreer je nooit vóór het filter: chloor doodt de levende laag (WHO).

Zo weet je dat het werkt

• Het gefilterde water is helder, ook als het ingaande water lichtjes troebel was; in een glas tegen het licht zie je geen zweefsel meer.
• De stroom van het biozandfilter ligt tussen 0,1 en 0,4 liter per minuut en zakt langzaam, niet plotseling.
• Als het filter stilstaat, staat er 4 tot 6 cm water boven het zand.
• Op een groot filter ligt een gelijkmatig vel en het water erboven is rustig, zonder gaten of kanaaltjes in het zand.
• De dagen staan in het logboek: wat erin ging, hoeveel eruit kwam, wanneer gezwierd of geschraapt is, en hoe gedesinfecteerd.
• Let op: helder water bewijst geen veilig water. Dat bewijst alleen een laboratorium, en dat heb je niet; daarom desinfecteren.

Zo weet je dat het misgaat

• De stroom is vanaf het begin sneller dan 0,4 liter per minuut: het zand is te veel gewassen. Vervang het, of laat veel water door het filter lopen tot de stroom zakt (minder goed).
• Het filter stroomt binnen dagen bijna niet meer: het water is te troebel. Bezink en voorfilter eerst (02.05) en zwier het filter.
• Het water komt troebel of bruin uit het filter: er zit een kanaal in het zand of de grindlagen zijn gemengd. Leeghalen en opnieuw vullen onder water.
• Het water ruikt rot of naar sloot: de levende laag krijgt waarschijnlijk te weinig zuurstof, door te veel water erboven of te lange stilstand wordt getoetst. Zwier, controleer de uitloophoogte en gebruik het filter dagelijks.
• Groene aanslag en algen: te veel licht. Deksel dicht, filter in de schaduw.
• Er zit ijs op het filter of de buis is bevroren: het filter staat stil en de biologie sterft. Haal het naar binnen of pak het in; begin daarna met een nieuwe rijping.
• Meerdere mensen krijgen diarree terwijl ze filterwater drinken: het filter is geen desinfectie. Kook of chloreer al het water, controleer handen en opslag, geef zieken een drinkoplossing (07.06 Uitdroging en de drinkoplossing).

Als je iets mist

Achtergrond

Een langzaam zandfilter werkt met drie dingen tegelijk. Het zand zeeft: wat groter is dan de ruimte tussen de korrels blijft liggen, en dat geldt voor wormeieren en voor het meeste slib. De korrels plakken: bacteriën en kleine deeltjes hechten zich aan het oppervlak van de korrels terwijl het water er langzaam langs kruipt, en langzaam is hier het sleutelwoord, want bij een snelle stroom plakt er niets. En de levende laag eet: bacteriën, protozoa en kleine wormpjes in de bovenste centimeters verteren wat er aankomt, inclusief ziektekiemen. Die laag heeft zuurstof nodig, die uit de dunne waterlaag erboven komt, en voedsel, dat uit het ruwe water komt. Te diep water en de zuurstof raakt op; te lang geen water en het voedsel raakt op.

De pauze van het biozandfilter is een slimme vondst: in rust eet de laag de vangst op en de stroom herstelt. Een groot filter werkt juist continu, omdat stilzetten de biologie verstoort (NDWC). Kou remt de biologie; daarom werkt een filter in de winter slechter dan in de zomer, en daarom zet je een filter hier onder een dak.

Virussen zijn te klein om te zeven. Studies zien de verwijdering pas na maanden gebruik stijgen; hoe dat precies werkt, is nog niet duidelijk wordt getoetst. Daarom is het zandfilter in de WHO-aanpak een voorbereidende stap die het water helder maakt, zodat chloor, zon of koken daarna goed werken.

Bewijs: troebelheid en parasieten weg met langzaam zandfilter A (bijna twee eeuwen stedelijk gebruik, NDWC). Bacteriën grotendeels weg B (veldstudies met spreiding). Virussen C (sterk wisselend). Desinfectie na het filter A (WHO, CAWST). Maten van het CAWST-filter B (ontwerp met laboratorium- en veldtests). Zelfgezeefd zand zonder korrelanalyse C. Een filter uit een regenton D: niet getest.

Volgende niveau

Op niveau III koppel je het filter aan de rest van de keten: een put of regenopvang als bron (02.11 Een put slaan en beschermen, 02.03 Regenwater opvangen als drinkwater, BR.11 Regenopvang met voorspoelafsluiter), een bezinkbak ervoor, twee filterbedden naast elkaar, een schone voorraadtank erna met chloor en een meting van het restchloor (02.13 Water voor een gemeenschap). Een zonnepomp (BR.20 Waterpomp op zonnestroom) tilt het water in een hoog vat, zodat het filter op zwaartekracht loopt. Houd een logboek per filter en leid twee mensen op die het zwieren, schrapen en opnieuw vullen zonder uitleg kunnen.

Controlelijst

• Ik gebruik steeds dezelfde, schoonste bron en laat troebel water eerst bezinken.
• Mijn filter heeft 5 cm grof grind, 5 cm fijn grind en ongeveer 54 cm gezeefd, gewassen zand, en de uitloop staat 5 cm boven het zand.
• De stroom is niet sneller dan 0,4 liter per minuut; ik heb het gemeten met een fles en een horloge.
• Ik giet elke dag via de verdeelplaat, met een pauze van minstens een uur en hooguit twee dagen.
• Ik zwier en giet af als de stroom onder 0,1 liter per minuut zakt, en ik roer nooit dieper dan de bovenste centimeter.
• Ik desinfecteer al het gefilterde water, en extra zorgvuldig in de eerste dertig dagen en na elk onderhoud.
• Ik weet dat het filter geen zout, nitraat of chemicaliën weghaalt en dat helder water geen veilig water bewijst.

Verantwoording

• CAWST: Biosand Filter Manual, Design, Construction, Installation, Operation and Maintenance (september 2009, Version 10): opbouw in vijf zones, levende laag in de bovenste 1 tot 2 cm, staand water 5 cm, belasting 400 liter per uur per m² en 0,4 liter per minuut, reservoir 12 liter, maat en gewicht van het betonnen filter, buis van minstens 6 mm binnenmaat, twee grindlagen van 5 cm, pauze 1 tot 48 uur, dezelfde bron gebruiken, bezinken boven 50 NTU en de flesproef, tot 30 dagen rijpen, verwijderingstabel, 30 tot 47 procent minder diarree, zeven van 12, 6, 1 en 0,7 mm, wassen en de stroomproef, vullen in water, doorspoelen met 40 tot 80 liter, zwieren en afgieten onder 0,1 liter per minuut, desinfectie altijd nodig. De zandlaag van ongeveer 54 cm is afgelezen uit de maattekening (543 mm). De handleiding is gericht gelezen, niet van voor tot achter.
• National Drinking Water Clearinghouse: Tech Brief Slow Sand Filtration (2000): ontwerptabel naar Vigneswaran en Visvanathan (0,1 tot 0,2 m/h, bed 1 m met minimaal 0,7 m, effectieve korrel 0,15 tot 0,35 mm en gelijkmatigheidscoëfficiënt 2 tot 3, water boven het zand 0,7 tot 1 m en hooguit 1,5 m, minstens twee bedden, gaatjes 3 mm op 15 cm), verwijderingstabel naar Collins 1998, ruw water onder 10 NTU zonder voorbehandeling, proeffilter altijd nodig, schrapen na weken tot een jaar, rijpen 1 tot 2 dagen en langer in de kou, geen chloor vóór het filter, gelijkmatige stroom, afdekken tegen algen en vorst, opgeloste stoffen niet volledig verwijderd.
• WHO/WEDC: Technical Note 11, Measuring chlorine levels in water supplies (2013): nooit chloor vóór een langzaam zandfilter of een ander biologisch proces; chloor dringt niet door in slib; filtratie als aanvulling tegen Cryptosporidium.
• WHO/WEDC: Technical Note 5, Emergency treatment of drinking-water at the point of use (2013): ongeveer 5 liter per persoon per dag drink- en kookwater dat behandeld moet worden; behandeling verwijdert geen chemische vervuiling.
• Wikipedia: Biosand filter: virusverwijdering 85 tot 95 procent na 45 dagen en ongeveer 99,99 procent na ongeveer 150 dagen; veldprestaties voor bacteriën lager dan in het lab. Secundaire bron, gebruikt ter bevestiging.
• De WHO-uitgave Slow Sand Filtration (Huisman en Wood, 1974) en Evaluating household water treatment options (WHO, 2011) zijn niet ingezien; dit hoofdstuk rust daar niet op.

Niet met een primaire bron onderbouwd en daarom gemarkeerd: de dagopbrengst per huishouden, de hoogte van een groepsfilter, de rijptijd bij de start van een groot filter en hoe je die herkent, de zeefvervangers en de korrelbenadering met keukenzeven, de folie voor een gegraven kuip, de ondergrens van een vierkante meter, de grens van 5 graden, de schraapdiepte van 1 tot 2 cm en het aanvullen van zand, het regentonfilter met sifon, gebroken dakpan als grind, zuurstoftekort als oorzaak van rotte geur, en dat zout, nitraat, brandstof en bestrijdingsmiddelen er niet uit komen, omdat de bronnen dat alleen algemeen zeggen. Getoetst door: nog niet.