Filtre à eau céramique/zh

Low-tech Lab

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Dernière modification le 08/12/2021

Difficulté

Hard Difficile

Durée

3 day(s) jour(s)

Coût

20 EUR (€)

Description

土陶過濾系統可對不潔淨水進行有效淨化。本指導手冊旨在介紹半工業土陶濾水器的功能及製作過程

Sommaire

filtre à eau, potabilisation, céramique, ceramic pot filter, eau, filtre, potable, purify

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Introduction

1990年，全球有約23億人口無法獲取飲用水（信息來源：聯合國兒童基金會）。2020年，全球仍有75萬人無法飲用潔淨水，在不考慮年齡的情況下，構成了全球第一致死原因。

什麼是土陶濾水器?

用土陶濾水已有數百年歷史。將水倒入土陶多孔過濾罐，水從過濾罐中濾出，流入另外的容器。此過濾系統還可用於在淨化水使用前安全儲水。土陶濾水器通常由黏土和某種可燃材料（木屑、稻殼等）的混合物製作而成。烤制前有時會在黏土混合物中添加膠態銀，或是將膠態銀塗抹於已烤制好的土陶罐表面。膠態銀具有抗菌性，在有效抑制病原體的同時，可以阻止濾水器上細菌生長。

如何去除水中污染？

通過機械過篩和吸附等物理手段，去除水中的病原體和懸浮物。對黏土混合物中可燃材料大小進行嚴格質量控制，保證濾水器孔洞足夠小，污染物無法通過過濾孔。膠態銀有助於破壞病原體細胞膜，從而殺死病菌。

'歷史

本濾水器於1981年由危地馬拉中美洲工業研究院費爾南多·馬扎里葉古斯教授研製推出。旨在為貧困人口提供可以在當地製造的低成本濾水器，將受細菌污染的水淨化成可安全飲用的水。馬扎里葉古斯教授決定將該技術全面公開，並與非政府組織Potters for Peace一道，致力於在全球範圍內推行在本地生產陶罐，製作濾水器。如今，全球共有39個國家的61家工廠採用本技術！

本指導手冊介紹土陶濾水器的功能和主要製造步驟。本手冊主要針對企業，而非個人。因為需要烤爐、對材料進行測試等原因，本技術不適用於個人在家中嘗試。如果您有意向創建生產此類濾水器的小工廠，您需要接受進一步培訓。Potters for Peace組織及其合作夥伴CAWST，以及我們在危地馬拉參觀過的Ecofiltro公司都可為您提供相關培訓。所有相關技術為開放資源，可自由使用。

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Matériaux

• 木屑
• 黏土
• 潔淨水：用途1 - 與黏土混合；用途2 - 做排水測試
• 膠態銀
• （土陶、塑料、金屬材質的）帶籠頭的貯水容器
• 膠袋（壓制工序中使用）
• 烤爐燃料

Outils

工具 :

• 秤
• 攪拌器：混合黏土、木屑、水
• 擠壓器：將黏土混合物壓製成塊狀，以便加工成胚
• 配備有公模和母模的水壓機
• 乾燥架：盛放陶胚，以便燒制前晾乾
• 烤爐：烤制土陶
• 水槽和支撐架：進行排水測試

Étape 1 - 第一步 - 功能 - 不同材料的功能

• 黏土

黏土是過製作濾水器的基礎材料。已燒制好的的黏土罐中，水以極慢的流速通過黏土片上的天然孔洞。經電子顯微鏡測量，黏土天然孔洞尺寸約為0.6-3.0微米。

通過孔洞，可以有效地過濾掉大部分細菌、原生物、寄生蟲(Lantagne, 2001a)、穢物、沉澱物和有機物。

傳統制陶所用黏土可以用於製作濾水器。但是，不同類型黏土的導水性和孔洞大小有所差異，可能導致排水和祛微生物效果不佳。黏土含沙或含泥量過高會導致交聯性降低，減弱過濾效果。而微粒物更小的過精黏土貯水性更強，在燒制過程中可能發生收縮，產生裂紋。

鑑於黏土性質是決定土陶濾水器生產成功與否的關鍵，建議在動工前仔細確認黏土來源和類型。可在本手冊結尾「備註和參考資料」中查看Potters for Peace提供的黏土測試說明文檔。[18]

• 可燃材料：

木屑、稻殼粉等有機「可燃材料」需要與黏土混合。當爐溫升高，「可燃材料」燃燒，並在燒制黏土上留下小洞。較黏土自身孔洞，這些小洞更易於讓水通多。小洞可以縮減水流過黏土底片的路徑長度，優化濾水器的整體排水性能。

生產前對材料進行測試非常必要。黏土與可燃材料之間的關係事關排水效果，對濾水器的有效性有重要影響

• 膠態銀： :

膠態銀是一種銀納米微粒懸浮液或銀離子溶液。多年來，膠態銀在醫學上被用作天然消毒劑。雖然膠態銀殺滅細菌的原理還沒有徹底明了，但是，膠態銀似乎可以破壞細菌細胞壁，起到干擾細菌蛋白質及蛋白質功能的作用。現在主要通過電解製作膠態銀。塗抹於濾水器內外部的銀會由黏土孔洞吸收。銀離子分解成粒子，在濾水器內壁形成膠質。在黏土孔洞不是太大，銀和水有時間充分接觸的情況下，銀可以起到類似殺蟲劑的作用，殺滅細菌

L'argent appliqué à l'intérieur et à l'extérieur du filtre est absorbé dans les pores de l'argile. Les ions d'argent sont réduits en argent élémentaire et forment des colloïdes à l'intérieur des parois du filtre. L'argent agit comme un biocide contre les bactéries lorsqu'il y a un temps de contact suffisant (=pores pas trop grand).

Étape 2 - 第二步 - 功能 - 有效性

在實驗室和實地對濾水器作有效性驗證主要通過獨立測試完成，相關數據可參考「備註和參考」。

參數	有效性	實驗室有效性	實地有效性
細菌	非常有效 (> 99 %)	>99% - >99.999%4,5,6,7,8,9,10,11	96 %11
病毒	中等有效 (> 80 %)	94-98%5; 77-99%7; 96%10; 68-74%4; 38-74%4,12, 13
原生物	非常有效 (> 99 %)	>99% - >99.999%,7,10,12
濁度		83%14; 94-98%15; 99%16;98%10
鐵			> 90 %16
顏色	Efficace(> 90 %)	96.3%9

Étape 3 - 第三步 - 製作 - 步驟概述

主要步驟如下：

1. 準備原料：黏土粉、木屑或稻殼粉、水
2. 混合原料（黏土粉、木屑或稻殼粉、水）至可塑形的泥狀物
3. 將黏土混合物塑形成塊狀
4. 將黏土塊壓製成罐狀
5. 打磨濾水罐表面，在每個濾水罐上做標記
6. 乾燥：去除罐中多餘的水分
7. 在烤爐中烤制：完成脫水和玻璃化
8. 為每個濾水罐做排水測試：保留或棄用
9. 在濾水罐表面塗抹膠態銀
10. 包裝濾水器

Étape 4 - 第四步 - 製作 - 原料準備

• 黏土：在使用前，根據黏土來源，可能需要碾磨、過篩、乾燥
• 可燃材料 根據不同可燃材料（木屑、稻殼粉等）的性質，進行切割、過篩、乾燥、裝袋。

Étape 5 - 第五步 - 製作 - 原料混合

將黏土粉和可燃材料（木屑、稻殼粉等）在乾燥狀態下進行混合，然後均勻加水，繼續攪拌，直至形成可塑形的均質泥狀物。

建議在混合過程中確保所有混合物濃度一致，以最大程度避免燒制過程中出現缺陷（避免出現殘留空氣等）。混合過程和混合比例至關重要。

RDIC建議比例：

黏土粉30千克 + 稻殼粉8.9至10千克 + 水12.5升

Étape 6 - 第六步 - 製作 - 製作可塑形黏土塊

在壓制前，可手工將濕潤的黏土混合物塑形成塊狀。但更建議使用機器完成此工序。擠壓器與壓制土磚的工具類似，但出口開口更大，以便擠壓出可塑形黏土塊所要求的尺寸。

理想的黏土塊重量約為8千克。

按相等的長度分割黏土塊，送入擠壓器。

Étape 7 - 第七步 - 製作 - 黏土塊壓製成罐狀

使用水壓機可極大地節約人力，提高產品的有效性和堅實度。為防止粘連，在公模和母模上分別套上膠袋，對黏土塊進行壓制。水壓機內模中裝有固定板，當模呈開放狀態時，固定板將擠壓模向外推移

該擠壓器最初由Potter for Peace團隊研發生產。

• 擠壓器圖紙為開放資源，參見 [https://b06e35ce-2a1a-4f6b-935c-3a97c8f0fbb7.filesusr.com/ugd/2802c0_e3dbc3eda1204068843cc13f1d16e4f6.pdf [19
• 手工水壓機製作說明參見 [17]]]

Étape 8 - 第八步 - 製作 - 表面打磨，做標記

為保證罐器牢固，外觀平滑，成型後對罐器表面稍作打磨非常重要。在每個罐器上標記製作日期，批號和編號

• 用塑料刮板打理罐器表面，使之平滑。
• 用金屬章在罐器上標記生產日期、序列號和生產廠商。建立數據庫對出產的濾水器進行追蹤。

Étape 9 - Fabrication - Séchage des filtres

晾乾濾水罐以在燒制前去除多餘水分。如果燒制前殘留水分過多，水會在燒制過程中升溫、蒸發、膨脹，造成罐體開裂。燒制完成時，濾水罐中水分蒸發，重量應較燒制前（壓製成型時）時輕至少3千克。

脫水：將濾水罐放置在乾燥架上，露天晾乾。宜選擇溫暖、通風良好的場所。在初步乾燥後，濾水罐定形，但是堅實度有限，遇水會溶解。

乾燥用時由所在區域的空氣濕度決定，例如，在柬埔寨，旱季需要7-15天，雨季需要15-18天。

Étape 10 - 第十步 - 製作 - 烤制

• 將爐溫調至100ºC左右，烤制2小時，以去除多餘水分。
• 然後，逐漸調高爐溫。溫度達到866ºC時，黏土中的二氧化矽和氫氧化鋁融化並相互作用形成一種針狀纖維結構的新礦物體，黏土開始玻璃化。玻璃化後的黏土非常堅硬，抗壓力強，加入水後形狀也不會發生變化。此時，黏土的化學結構已經改變，無法再還原為粉末，也無法再用作黏土粉。
• 以900ºC的爐溫烤制9小時。

• 可使用不同類型的烤爐和燃料（木柴、天然氣等）。由Potters for Peace編寫的製作傳統土烤爐「Mani Kilin」的教學手冊，可參見[20] [21]

Étape 11 - 第十一步 - 製作 - 對每個濾水器進行排水檢測

排水流速控制非常關鍵，是濾水器濾水質量的保證。一旦黏土配方比例和生產工序確定，為保證質量，需要對每一個濾水器進行排水測試。

如果濾水器排水量為每小時1.5-3升，則通過檢測。未通過檢測的濾水器應予以銷毀。

• 如果排水速度過快，意味罐體有可能出現裂縫等瑕疵，會影響濾水功效，不利於濾出細菌、寄生物和其他不潔物。此外，排速過快也意味着水與銀溶液接觸時間過短，不利於殺滅水中的細菌。
• 反之，排速過緩會對使用者造成不便，他們可能會因此放棄使用濾水器，由此造成資金浪費，對身體健康也會造成影響。
• 將每個濾水罐裝滿水，在一定時間後測量剩餘水平面高度。

Étape 12 - 第十二步 - 製作 - 塗抹膠態銀

眾所周知，銀可以有效殺死微生物。膠態銀在醫院、診所中作為抗菌劑用於治療割傷、燒傷及預防新生兒眼睛感染（信息來源：Lantagne, 2001）,也可用於飲用水和游泳池水消毒（信息來源：Russell, 1994, dans Lantagne, 2001)。美國國家航天航空局（NASA）在太空飛行中用銀來淨化水（信息來源：NASA CASI，2007)

以安全的方式處理銀溶液。過量攝入銀會導致中毒，引起銀沉着症等疾病。

• 根據濃度和銀的形態準備膠態銀溶液。

以RDIC教程為例：

• 在500毫升去離子水中加入100克硝酸銀晶體（RDIC使用的硝酸銀晶體純度約為99.8%），混合均勻。
• 在溶液中加入1000毫升水，攪拌1分鐘。
• 將該銀濃縮液存儲於耐光塑料容器中。
• 製作銀溶液時，取100毫升銀濃縮液，並放置於耐光容器中。加入18升蒸餾水，混合均勻。60個濾水器需要18.1升銀溶液。（注意：儲存銀溶液的容器需密閉，否則溶液中的銀在暴露於空氣後會發生氧化。）
• ~用刷子將47毫克或約200毫升的銀溶液塗抹於濾水罐內側
• ~在濾水罐外部塗抹23毫克或100毫升銀溶液。
• 靜置濾水器若干小時，直至完全乾燥。

Étape 13 - 第十三步 - 製作 - 包裝

每個濾水罐裝配有帶籠頭的貯水容器。貯水容器可以是塑料、陶瓷、玻璃、不鏽鋼等材質。包裝應在運輸過程中有效保護箱內物品。

Étape 14 - 第十四步 - 使用 - 保養 -

濾水器應配備完整詳細的使用手冊，包含使用、保養和更換等信息。

• 功能和保養：將水倒入濾水器。水在重力作用下，緩慢通過濾水罐，流入位於底部的清潔貯水容器。使用者可通過籠頭接處理後的淨水。
• 保養：應定期清潔貯水容器、水龍頭和蓋子。每隔6個月清潔一次土陶濾水罐，可使用抹布或軟毛刷清理，小心不要接觸濾水罐底部，以免造成污染。
• 更換：土陶罐需每2-3年更換一次，如果出現肉眼可見的裂紋，則需儘早更換。

Étape 15 - 第十五步 - 案例學習

如果您對此技術感興趣，想就建造相關工廠獲取更多信息，您可以參考CAWST提供的案例：

- [安裝案例學習：土陶濾水器（柬埔寨）]

- Implementation Case Study: Ceramic Pot Filters, Myanmar

- Ceramic Pot Filter Production China: JiaRun

- Best Practice Recommendations for Local Manufacturing of Ceramic Pot Filters for Household Water Treatment

Notes et références

Ce tutoriel a été rédigé par Guénolé Conrad suite à la visite de l'usine Ecofiltro au Guatemala en novembre 2020 à l'occasion d'une escale de l'expédition Nomade des Mers.

Ce tutoriel est largement inspiré de la documentation open-source proposée par RDIC, CAWST et Potters for Peace. Certaines photos de ces tutoriels ont été utiliséses.

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1. Lantagne, D., Klarman, M., Mayer, A., Preston, K., Napotnik, J., Jellison, K. (2010). Effect of production variables on microbiological removal in locally-produced ceramic filters for houshold water treatment. International Journal of environment Health Research.

2. Latagne, D. (2001) Investigation of the Potters for Peace Colloidal Silver Impregnated Ceramic Filter

3. Effet de l'argent colloidal comme désinfectant: Ehdaie Beeta, Su Yi-Hsuan, Swami Nathan S., Smith James A., ; (2020) Protozoa and Virus Disinfection by Silver- and Copper-Embedded Ceramic Tablets for Water Purification

4. Morphology, composition and performance of a ceramic filter for household water treatment in Indonesia.

5. Microbiological effectiveness of locally produced ceramic filters for drinking water treatment in Cambodia.

6. Effect of production variables on microbiological removal in locally-produced ceramic filters for household water treatment..

7. Ceramic silver-impregnated pot filters for household drinking water treatment in developing countries: material characterization and performance study.

8. Evaluación del tratamiento de agua para consumo humano mediante filtros Lifestraw® y Olla Cerámica.

9. Long-term evaluation of the performance of four point-of-use water filters.

10. Removal of virus to protozoan sized particles in point-of-use ceramic water filters.

11. Local Drinking Water Filters Reduce Diarrheal Disease in Cambodia: A Randomized, Controlled Trial of the Ceramic Water Purifier.

12. Investigation of the Potters for Peace Colloidal Silver Impregnated Ceramic Filter Report 1: Intrinsic Effectiveness.

13. Virus removal efficiency of Cambodian ceramic pot water purifiers.

14. Investigation of the Potters for Peace Colloidal Silver Impregnated Ceramic Filter Report 2: Field Investigations.

15. Removal of waterborne bacteria from surface water and groundwater by cost-effective household water treatment systems (HWTS): A sustainable solution for improving water quality in rural communities of Africa.

16. Appropriate Microbial Indicator Tests for Drinking Water in Developing Countries and Assessment of Ceramic Water Filters.

17. Ebele A. Erhuanga, Isah Bolaji Kashim, Tolulope L. Akinbogun, Olusegun A. Fatuyi, Isiaka A. Amoo and Daniel J. Arotupin ; Manufacturing a Ceramic Water Filter Press for Use in Nigeria

18. Potters For Peace ; Clay Testing Protocol for Ceramic Water Filters

19. Potters for Peace ; Plans for a Filter Press

20. Potters for Peace; How to build a Mani Kiln

21. Potters for Peace; Air flow of a Mani Kiln

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