Purification of Water

Facilitator:

Dr. NAVPREETAssistant Professor, Department of Community MedicineGovt. Medical College & Hospital, Chandigarh.

Specific Learning Objectives

• At the end of session, the learner shall be able to:1.

Know the aim of water purification.

2.

Describe 

the 

purification 

of 

water 

on 

a 

large  scale.

3.

Differentiate 

between 

slow 

sand 

filter 

& 

rapid  sand filter

4.

Describe various methods of disinfection.5.

Describe 

the 

purification 

of 

water 

on 

a 

small 

scale.6.

Enumerate water quality –

criteria & standards.

Purification of water

• The 

aim 

of 

water 

purification 

is 

to 

produce  and maintain water that is: 

hygienically safe, aesthetically attractive and palatable, in an economical manner.

• On a large scale• On a small scale

Purification of water on a large scale

• The 

components 

of 

a 

typical 

water 

purification  system 

comprise 

one 

or 

all 

of 

the 

following 

measures:

Pre‐treatment, 

Filtration, and 

Disinfection

Pre‐treatment 

• The sub‐steps included in pre‐treatment are:

Storage, 

Coagulation, 

Rapid Mixing, 

Flocculation, and 

Sedimentation.

Storage

• Natural purification:Physical

Chemical

Biological

Filtration

• Slow sand or Biological filter• Rapid sand or Mechanical filter

SLOW SAND FILTER

• First 

used 

for 

treatment 

of 

water 

in 

1804 

in  Scotland and subsequently in London.

• The elements of slow sand filter are:

Supernatant (raw) water

A bed of graded sand

An under‐drainage system

A system of filter control valves.

Supernatant (raw) water

• 1 ‐

1.5 metre

• Purposes:To overcome the resistance of filter bed

To provide waiting period (3 to 12 hours)

• Level 

of 

supernatant 

water 

is 

always 

kept  constant.

Sand bed

• Most important part of the filter.

• 1 ‐

1.2 meter.

• Effective diameter of sand grains: 0.2‐0.3 mm.

• It 

is 

supported 

by 

layer 

of 

graded 

gravels 

(30‐ 40 cm)

• Rate 

of 

filtration: 

2‐3 

m.g.a.d. 

(million 

gallons  per acre per day)

• Vital layer

Vital layer

• Schmutzdecke

layer, 

Zoogleal 

layer 

or 

Biological  layer.

• ‘Ripening’

of the filter.

• ‘Heart’

of slow sand filter.

Under‐drainage system

• Porous or perforated pipes• Purpose:Provide an outlet for filtered water

Support the filter medium above

Filter box

• From top to bottom:

Supernatant water 1‐1.5 meter

Sand bed 1.2 meter

Gravel support 0.3‐0.4 meter

Filter bottom 0.16 meter

Filter control

• To maintain a constant rate of filtration.

• ‘Venturi meter’

• ‘Loss of head’

: if > 1.3 meter, it is  uneconomical.

• Filter cleaning:• Scrapping off the top portion of sand layer• Manually or by mechanical equipment.

Advantages of slow sand filter

• Simple to construct and operate.

• Cost of construction is cheaper.• Quality of filtered water is high.

RAPID SAND FILTER

• The first rapid sand filter was installed in the  USA in 1885.

• Two types:Gravity type (Paterson’s filter)

Pressure type (Candy’s filter)

Steps in purification of water by  Rapid Sand Filter

• Coagulation• Rapid mixing

• Flocculation• Sedimentation

• Filtration

Mixing  chamberFlocculation 

chamberFilterSedimentation 

tank

Alum

Filter beds

• Sand is the filtering medium

• Effective size of sand particle: 0.4‐0.7 mm.

• Depth of sand bed: 1 meter.

• Rate of filtration: 200 m.g.a.d.

• Gravel supports the sand.• Under drains at the bottom of the filter beds.

Filtration

• Formation of slimy layer by ‘alum‐floc’

which  are still not removed

• “Backwashing”

Advantages

• It can deal with raw water directly.• It occupies less space.• Filtration is rapid (40‐50 times that of a slow 

sand filter)

• More flexibility in its operation.

BUZZ!

• Slow sand filter vs. Rapid sand filter

DISINFECTION

• Chlorination• Ozonation• Membrane processes

Chlorination

• Principles• Breakpoint chlorination• Orthotolidine Test

Chlorine added ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

>

Chlorine

 residua

l ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐>

Chlorine destroyed  by reducing 

compound

Formation of  chloroganics & 

chloramines

Chlororganics &  Chloramines partly 

destroyed

Free available  residual formed

Combined residual

Free available  residual

Purification of water on a small scale

• Boiling• Chemical disinfection:Bleaching powder

Chlorine solution

High test hypochlorite

Chlorine tablets

Iodine

Potassium permanganate

• Filtration• Ultraviolet irradiation• Multi‐stage reverse osmosis

Water Quality‐

Criteria & Standards

• Acceptability aspectsPhysical parameters

Inorganic constituents

• Microbiological aspects

• Chemical aspectsInorganic constituents

Organic constituents

• Radiological aspects

Microbiological aspects

• Bacteriological indicatorsColiform organisms

Faecal streptococci

Clostridium perfringens

• Virological aspects• Biological aspectsProtozoa

Helminths

Surveillance of Drinking Water  Quality

• Sanitary survey• Sampling

• Bacteriological surveillance• Biological examination

• Chemical surveillance

Bacteriological surveillance

• Presumptive coliform testMultiple tube method

Membrane filtration technique

• Detection 

of 

Faecal 

Streptococci 

& 

Cl.  Perfringens

• Colony count

Take home message

• Purification 

of 

water 

is  essential.

• Rapid 

sand 

filters 

are  preferred 

but, 

slow 

sand 

filters are also in use.• Chlorination 

of 

water 

is 

effective 

and 

cheap  method for disinfection.

• Everyone can play his/her  role 

in 

purification 

of 

water e.g. at your home.