Dernière modification le 08/12/2021
Difficulté
Difficile
Durée
3 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
Sommaire
- 1 Description
- 2 Sommaire
- 3 Introduction
- 4 Video d'introduction
- 5 Étape 1 - 第一步 - 功能 - 不同材料的功能
- 6 Étape 2 - 第二步 - 功能 - 有效性
- 7 Étape 3 - 第三步 - 製作 - 步驟概述
- 8 Étape 4 - 第四步 - 製作 - 原料準備
- 9 Étape 5 - Fabrication - Mélange des matières prémières
- 10 Étape 6 - Fabrication - Former des cubes d'argiles pour la presse
- 11 Étape 7 - Fabrication - Presser les cubes d'argiles pour leur donner la forme du filtre
- 12 Étape 8 - Fabrication - Finition de surface et marquage/numérotation de chaque filtre
- 13 Étape 9 - Fabrication - Séchage des filtres
- 14 Étape 10 - Fabrication - Cuisson des filtres dans un four
- 15 Étape 11 - Fabrication - Tests de débit de chaque filtre
- 16 Étape 12 - Fabrication - Peinture à l'argent colloïdal
- 17 Étape 13 - Fabrication - Empaquetage des filtres
- 18 Étape 14 - Utilisation - Entretien - Remplacement
- 19 Étape 15 - Etudes de cas
- 20 Notes et références
- 21 Commentaires
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。
- 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。
- 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：
- 準備原料：黏土粉、木屑或稻殼粉、水
- 混合原料（黏土粉、木屑或稻殼粉、水）至可塑形的泥狀物
- 將黏土混合物塑形成塊狀
- 將黏土塊壓製成罐狀
- 打磨濾水罐表面，在每個濾水罐上做標記
- 乾燥：去除罐中多餘的水分
- 在烤爐中烤制：完成脫水和玻璃化
- 為每個濾水罐做排水測試：保留或棄用
- 在濾水罐表面塗抹膠態銀
- 包裝濾水器
Étape 4 - 第四步 - 製作 - 原料準備
- Argile:En fonction de sa provenance, l'argile doit parfois être broyé, tamisé et séché avant de pour être utilisé.
- Matériau combustible : En fonction de sa nature (sciure de bois, balle de riz, etc), le matériau combustible doit être coupé, tamisé, séché et mis en sac.
Étape 5 - Fabrication - Mélange des matières prémières
La poudre d'argile et le matériau combustible (sciure de bois, les balles de riz moulues, etc) sont mélangées à sec, puis de l'eau est ajoutée uniformément et bien mélangée pour former une pâte modulable et homogène.
Il est prudent d'assurer un gradient de densité constant dans tout le mélange d'argile pour minimiser les défauts potentiels pendant le processus de cuisson de l'argile (élimination des poches d'air, etc.). Un mélange et une machinerie adéquats sont donc cruciaux.
Proportion utilisée par RDIC:
30 kg de poudre d'argile + 8,9 -10 kg de balles de riz + 12,5 L d'eau
Étape 6 - Fabrication - Former des cubes d'argiles pour la presse
Le mélange d'argile humide peut être formé en cubes manuellement avant d'être pressé. Mais il est fortement conseillé d'utiliser une machine pour comprimer et extruder le mélange d'argile en cubes. L'extrudeuse est similaire à celles utilisées pour extruder des briques d'argile, mais l'ouverture de la sortie est plus grande pour permettre d'obtenir la taille requise du cube d'argile pour le pressage.
Les cubes d'argiles souhaités doivent peser environ 8kg.
On découpe un cube de la longueur équivalente et on le transfert vers la presse.
Étape 7 - Fabrication - Presser les cubes d'argiles pour leur donner la forme du filtre
L'utilisation d'une presse hydraulique réduit considérablement les besoins en main-d'œuvre du processus et augmente considérablement l'efficacité et la consistance du produit. Les filtres sont pressés entre un moule mâle et un moule femelle qui sont recouverts de sacs en plastique pour éviter qu'ils ne collent. La presse hydraulique comprend une plaque fixe dans le moule inférieur qui pousse le moule pressé vers l'extérieur lorsque le moule s'ouvre.
Cette presse fut originelement developpée et construit par les équipes de Potters for Peace :
Étape 8 - Fabrication - Finition de surface et marquage/numérotation de chaque filtre
Une finition de surface minimale est nécessaire après le moulage, mais elle est effectuée pour garantir la solidité du rebord et l'uniformité de la surface. Les filtres sont étiquetés pour indiquer la date de pressage, le lot et le numéro du filtre.
- Utiliser un grattoir en plastique pour lisser les contours de la bordure.
- Marquez chaque filtre avec une date, un numéro de série et le nom du fabricant en utilisant un "tampon" métallique. Une base de données peut ensuite être utilisée pour le suivi des filtres.
Étape 9 - Fabrication - Séchage des filtres
Le séchage des filtres permet d'éliminer l'excès d'eau en vue de la cuisson dans le four. Si l'eau n'est pas éliminée avant la cuisson, elle se réchauffera, s'évaporera et se dilatera, provoquant la fissuration du filtre. À la fin du processus de cuisson, les éléments filtrants auront perdu plus de 3 kg d'eau par rapport à leur première pression.
Déshydratation : le séchage initial des filtres se fait sur des étagères de séchage à l'air libre. Idéalement dans un endroit chaud et doté d'une bonne aération. Après cette période de séchage initial, les filtres peuvent conserver leur forme mais ne sont pas solides et restent solubles dans l'eau.
Étape 10 - Fabrication - Cuisson des filtres dans un four
- Le processus de cuisson, se fait au départ à une faible température d'environ 100ºC pendant 2 heures. Cela permet d'éliminer l'excès d'eau restant.
- Enfin, on augmente progressivement la température jusqu'à des températures élevées. A 866 °C, l'argile se vitrifie lorsque les molécules de silice et d'alumine fondent et se lient pour former un nouveau minéral aux structures fibreuses en forme d'aiguilles. L'argile vitrifiée est dure, résistante au stress et ne change pas de forme lorsqu'on y ajoute de l'eau. Après la vitrification, l'argile a une nouvelle structure chimique et ne peut pas être réduite en poudre et réutilisée comme poussière d'argile.
- On laisse cuire à 900°C pendant9h.
On peut utiliser différents type de fours et différents type de combustibles (bois, gaz, etc). Potters for Peace a créé 2 documents pour apprendre à construire un four en terre traditionnel "Mani Kiln"[20] [21]
Étape 11 - Fabrication - Tests de débit de chaque filtre
Le contrôle du débit est une étape importante de l'assurance qualité qui indique la vitesse à laquelle l'eau s'écoule à travers le filtre. Une fois que la formule et le processus de production de l'argile ont été établis, le test de débit est effectué sur CHAQUE filtre produit afin de s'assurer de sa viabilité.
Un filtre passe le contrôle si son débit est compris en 1,5-3L par heure. Sinon, il est déclassé et devra être détruit.
- Un débit élevé est un indicateur de fissures ou d'imperfections dans le filtre qui pourraient réduire l'efficacité de la filtration et ne pas éliminer les bactéries, parasites et autres impuretés nécessaires. En outre, un débit élevé réduit le temps d'exposition de l'eau filtrée à la solution d'argent, réduisant ainsi la capacité à tuer les bactéries présentes dans l'eau.
- Un débit trop faible peut s'avérer peu pratique pour les ménages qui pourraient choisir de ne plus utiliser le filtre et donc de gaspiller leur investissement et de mettre leur santé en danger.
- On remplit chaque filtre d'eau et l'on mesure le niveau d'eau atteint au bout d'un certain temps.
Étape 12 - Fabrication - Peinture à l'argent colloïdal
L'argent est reconnu pour sa capacité à tuer les microorganismes. L'argent colloïdal a été utilisé dans les hôpitaux et les cliniques comme agent antimicrobien pour les coupures, les brûlures et pour prévenir les infections oculaires chez les nouveau-nés (Lantagne, 2001) et pour désinfecter l'eau potable et les piscines (Russell, 1994, dans Lantagne, 2001). L'argent est utilisé par la NASA pour purifier l'eau des vols spatiaux (NASA CASI, 2007).
- Préparer votre solution d'argent colloïdal en fonction de la concentration et de la forme de votre argent.
Par exemple, le manuel RDIC décrit :
- Ajouter 100 g de cristaux d'AgNO3 (le RDIC achète de l'AgNO3 cristallin d'une pureté d'environ 99,8%) à 500 ml d'eau déionisée et bien mélanger
- Ajouter 1000 ml d'eau déionisée à la solution et mélanger pendant 1 minute.
- Stocker cette solution concentrée d'argent dans un récipient en plastique résistant à la lumière.
- Pour constituer la solution d'argent, prendre 100 ml de la solution concentrée d'argent et les placer dans un récipient résistant à la lumière. Ajoutez 18 litres d'eau distillée et mélangez. 18,1 L donnent une solution suffisante pour environ 60 filtres. (Note : Les conteneurs doivent être maintenus fermés car l'argent dans la solution s'oxyde lorsqu'il est exposé à l'air.)
- ~ 47 mg ou environ 200 ml de solution sont appliqués à l'intérieur du filtre à l'aide d'un pinceau.
- ~ 23 mg ou 100 ml de solution sont appliqués à l'extérieur du filtre
- Laisser les filtres sécher pendant quelques heures.
Étape 13 - Fabrication - Empaquetage des filtres
Chaque filtre est associé à un récipient muni d'un robinet. Il peut exister des récipients de différents matériaux (plastique, céramique, verre, inox). L'empaquetage s'effectue de manière a bien protéger le contenu du carton pendant son transport.
Étape 14 - Utilisation - Entretien - Remplacement
Il est important de distribuer ces filtres avec de bons manuels d'instructions détaillant son utilisation, son entretien et le remplacement des filtres.
- Fonctionnement et entretien :L'utilisateur verse de l'eau dans le filtre. L'eau se déplace lentement à travers le pot en céramique par gravité; elle est ensuite recueillie dans un réservoir de conservation hygiénique.Les utilisateurs ont accès à l'eau traitée grâce à un robinet.
- Entretien: Le réservoir inférieur, le robinet et le couvercle doivent être nettoyés régulièrement. Le pot en céramique doit être nettoyé tous les 6 mois avec un chiffon ou une brosse douce, en prenant soin de ne pas toucher le fond du pot avec quoi que ce soit qui pourrait être contaminé.
- Remplacement : Les pots en céramique doivent être remplacés tous les 2-3 ans, ou plus tôt si des fissures visibles apparaissent.
Étape 15 - Etudes de cas
Si vous êtes intéressés par cette technologie et souhaitez vous renseigner plus en détail sur la mise en place d'une usine localement, nous vous invitons à consulter ces études des cas proposés par le CAWST :
- Implementation Case Study: Ceramic Pot Filters, Cambodia
- Implementation Case Study: Ceramic Pot Filters, Myanmar
- Ceramic Pot Filter Production China: JiaRun
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
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.
13. Virus removal efficiency of Cambodian ceramic pot water purifiers.
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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