Биологические фильтры очистных сооружений

История появления биологических фильтров

Биофильтрация родом из Англии и с 1893 года нашла применение для очистки разнообразных стоков. В Европе применялась с начала 1900 г. Биофильтры были разработаны для переработки отходов животноводства, свалок, очистки загрязненных сточных вод.

Биологический фильтр (биофильтр) — это сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов.

Классификация биофильтров

Данный вид оборудования разделяется по следующим признакам:

• По степени очистки — на полную и неполную.
• По способу подачи воздуха — с искусственной аэрацией (аэрофильтры) и естественной подачей воздуха.
• По режиму работы — с рециркуляцией сточной воды и без нее.
• По технологической схеме — одно- и двухступенчатые фильтры.
• По пропускной способности — малые (капельные) и высоконагружаемые.
• По виду загрузочного материала — фильтры с объемной (гравий, шлак, щебень) или плоскостной загрузкой (пластмасса, керамика, металл).

Микроорганизмы в биофильтрах прикрепляются и размножаются, образуется биопленка из грибков, дрожжей и бактерий и макроорганизмов (черви, простейшие и др.).

Визуально пленка из себя представляет мутную, слизистую биомассу. Органические вещества из стоков попадают на биопленку и происходит их разложение, обязательно в присутствии кислорода. Загрузка биофильтров: песок, щебень, речной гравий, пластик или керамика.

В век новых технологий активно рассматривается вопрос экологической безопасности. Проблема сброса неочищенных стоков от населенных пунктов стоит очень остро, так как наносит особый вред всему живому вокруг.

Загрязнение водоемов негативно сказывается на их внешнем виде и делает их непригодными для купания и отдыха. Один из методов очистки стоков — биофильтрация с использованием биореакторов. Биореакторы заполняют загрузкой, на которой развиваются бактерии. 

Животные белки и жиры, которые попадают в воду без очистки, начинают быстро гнить. Губительными для природы компонентами являются органические вещества (кровь, животные и растительные масла, сиропы, рассолы, усилители вкуса, консерванты и многое другое).

Загрязненные стоки попадают и в воду, и в почву, и даже в скважину, из которой Вы берете воду.

Нужно выбирать очистные сооружения с использованием тех методов очистки, которые максимально подходят для каждого конкретного клиента.

Для чего предназначены биофильтры

Для очистки бытовых сточных вод нужно сделать правильное их водоотведение и фильтрацию.

Биологический фильтр – это емкость, заполненная загрузкой, в которой за счет создания биопленки происходит разложение органических соединений.

Разрушение органики более интенсивно происходит в присутствии кислорода, который необходим бактериям, и при рециркуляции воздуха вследствие разницы температур окружающей среды и воды, поступающей на очистку.

Существует два режима подачи стоков в биофильтр:

• вода с большой концентрацией загрязнений поступает четко дозированными небольшими порциями для более глубокой очистки 
• без рециркуляции – при небольшом загрязнении воды

Биофильтры имеют различное наполнение: гальку, щебень, песок, а также могут быть заполнены объемной загрузкой — блоками ББЗ производства компании ООО «НПО «Агростройсервис».

Преимущества работы биофильтров — надежность, стабильность, саморегуляция прироста массы, простота в обслуживании.

Недостатками являются частота промывки для предотвращения биоблокирования и восстановления потока.

Что касается питьевой воды, то биологическая очистка воды включает использование встречающихся в природе микроорганизмов в поверхностных водах для улучшения качества воды. В оптимальных условиях, включая относительно низкую мутность и высокое содержание кислорода, организмы расщепляют материал в воде и, таким образом, улучшают качество воды. Медленные песочные фильтры или угольные фильтры используются для поддержки роста этих микроорганизмов. Эти системы биологической очистки эффективно снижают количество передаваемых через воду заболеваний, растворенного органического углерода, мутности и цвета поверхностных вод, тем самым улучшая общее качество воды.

Биофильтрация используется для очистки сточных вод из широкого диапазона источников с различным органическим составом и концентрацией. Многие примеры применения биофильтрации описаны в литературе. Изготовленные на заказ биофильтры были разработаны и внедрены в производство для обработки отходов животноводства, свалок сточных вод.

Этот процесс универсален, поскольку может быть адаптирован к небольшим потокам сточных вод, а также к потокам, создаваемым муниципалитетом. Для децентрализованного производства бытовых сточных вод, например, для изолированных жилищ, было продемонстрировано, что существуют важные ежедневные, еженедельные и ежегодные колебания производительности гидравлической и органической продукции, связанные с образом жизни современных семей. В этом контексте биофильтр, расположенный после септика, представляет собой надежный процесс, способный выдержать наблюдаемую изменчивость без ущерба для эффективности очистки.

Применение биофильтров

Использование биофильтров широко распространено в закрытых системах аквакультуры, таких как рециркуляционные системы аквакультур. Используются многие конструкции, с различными преимуществами и недостатками, однако функция та же: уменьшение водообмена за счет преобразования аммиака в нитрат. Аммиак образуется в результате плечевого выделения из жабр водных животных и от разложения органических веществ. Поскольку аммиак-N очень токсичен, он превращается в менее токсичную форму нитрита (Nitrosomonas sp.), а затем в еще менее токсичную форму нитрата (Nitrobacter sp.). Для этого процесса «нитрификации» требуется кислород (аэробные условия), без которого биофильтр может выйти из строя. Кроме того, требуется использование буферов, таких как известь.

Модернизация биофильтров

Проблемы, связанные с окружающей средой и здоровьем, из-за обилия сточных вод приводят к разработке новых и усовершенствованных систем очистки. Во-первых, в отдельных секциях представлены различные системы и методы окисления, а также мембранные реакторы и биореакторы. В качестве рассматриваемой цели обсуждаются комбинации передовых подходов к окислению в роли предварительной обработки, последующей обработки и одновременной обработки с использованием биологических и простых мембранных реакторов.

Биофильтрация сточных вод — это особый процесс по сравнению с другими видами биологической очистки, поскольку микроорганизмы закреплены на опоре, и сточные воды проходят через нее для обработки. Технологию процесса биофильтрации можно условно разделить на две категории: самоприкрепляющиеся естественные системы (обычные) и искусственная фиксация микроорганизмов на полимерных материалах (последние достижения в исследованиях).

В современных системах биофильтрации микроорганизмы либо иммобилизуются на подложке, либо захватываются мембранами, либо инкапсулируются и часто обеспечивают повышенную биохимическую потребность в кислороде (БПК) и удаление взвешенных твердых частиц по сравнению с традиционными технологиями фиксированной пленки. Далее, улучшение БПК, удаление взвешенных твердых частиц из сточных вод возможно благодаря контролю механизмов и параметров, которые усиливают связывание биопленок с искусственными поверхностями.

Если на вашем промышленном или муниципальном предприятии образуются отходы, содержащие органические вещества, биологическая очистка сточных вод может быть подходящим выбором для вашего предприятия. Эти системы могут быть эффективными и экономичными технологиями для разрушения и удаления органических загрязнителей из отходов, например, производимых в пищевой, химической, нефтегазовой и коммунальной промышленности.

Система очистки сточных вод биофильтрацией

Но что такое система очистки сточных вод биофильтрацией и как она работает?

Несмотря на то, что термин «биофильтрация» может заставить вас подумать о каком-то типе мембраны, таком как обратный осмос, эти системы не отфильтровывают загрязняющие вещества, просто отделяя их, но они используют бактерии для разложения и поглощения нежелательных загрязняющих веществ. 

Эти системы, в основном используемые для контроля запахов, могут биоразлагать соединения в их паровой или газовой фазе, но они также используются для очистки сточных вод, на которых мы сосредоточимся здесь.

Как упоминалось ранее, биофильтрация использует бактерии для разложения загрязняющих веществ из промышленных сточных вод. Эти бактерии иммобилизуются на среде, которая обеспечивает бактериям большую площадь поверхности для размножения. Эти среды с большой площадью поверхности бывают разных форм. Например, когда в конце 1800-х годов была разработана биофильтрация сточных вод, они использовали различный гравий и щебень. Затем, после того как мы начали использовать пластик, появились пластиковые кольца и гофрированный пластик.

Эти блоки и материалы устанавливаются в биореактор.

Биофильтрация, как правило, действительно хороша для любых более мелких органических соединений, таких как водород, сахара, спирты и алифатические соединения.

Некоторые из этих соединений разлагаются быстро, некоторые — медленно, а другие — очень, очень медленно, как, например, галогенированные углеводороды или сложные ароматические соединения. В этих случаях следует учитывать при проектировании системы биофильтрации. Потребуются биофильтры большего размера с более длительным временем пребывания, чтобы бактерии разлагали более твердые и сложные соединения.

Конструкция системы должна гарантировать, что у бактерий есть всё необходимое для уничтожения загрязняющих веществ:

• у них достаточно кислорода
• они работают в пределах правильного pH
• в них содержится нужное количество азота, фосфора, углерода и т. д.

Система запроектирована таким образом, чтобы контролировать окружающую среду, чтобы бактерии росли естественным образом и должным образом заботились о загрязнениях, то в систему поступает грязная вода, и выходит очищенная вода.

Блоки биологической загрузки как элемент биофильтра

Термин «биологические фильтры» или «биофильтры», используемый при очистке сточных вод, включает все процессы, которые сочетают биологическую очистку посредством прикрепленного роста с удержанием взвешенных твердых частиц.

Это обеспечивает более высокую концентрацию и, в особенности, активность биомассы, чем активный ил. По сравнению с активным илом этот метод имеет следующие основные преимущества:

• экономия места за счет исключения стадии осветления. Благодаря компактности системы, ее структуры легче покрыть, что позволяет контролировать обонятельные и шумовые помехи и создавать эстетически приемлемые растения.
• отсутствие опасности выщелачивания, поскольку биомасса прикреплена к опоре, которая используется для адаптации к изменениям скорости потока.
• подходит для использования с разбавленными сточными водами, так как скорость воды может быть очень высокой (см. ниже) без неблагоприятного воздействия на очистку.
• модульная конструкция и простота автоматизации (сопоставима с батареями фильтров для установок питьевой воды).

Компания ООО НПО «Агростройсервис» производит ББЗ 5.5.5. Преимуществом нашей загрузки является большая площадь поверхности, изготовление из качественного первичного полипропилена, обладание высокой механической прочностью, отсутствие образования вредных соединений в процессе эксплуатации, создание оптимальных потоков, способствующих быстрому нарастанию биомассы активного ила.

Специфика установки изготавливаемых нами блоков предусматривает их размещение над системой аэрации. Мы используем мелкопузырчатую аэрацию, что также способствует быстрому нарастанию микроорганизмов. Технологией предусмотрена очистка установленных блоков ББЗ в результате усиления тока воздуха из аэратора.

В начале 80-х разработали реакторы, в которых кислород переносился внутри реактора. В этом случае чрезвычайно важны соответствующие направления потока воздуха и воды. Практика фильтрации питьевой воды привела к первоначальному подходу, при котором реакторы были спроектированы с нисходящим потоком, движущимся против воздушного потока. Этот метод вызывает ряд проблем:

• загрязнение поверхности взвешенными твердыми частицами. Поднимающийся воздушный поток препятствует фронтальной фильтрации и глубокому загрязнению. Это приводит к быстрому увеличению потерь напора с уменьшением обрабатываемой мощности и более короткими циклами
• воздушное связывание. Обратный поток воды и воздуха вызывает слияние пузырьков воздуха. Внутри материала образуются воздушные карманы, в результате чего происходит «связывание воздуха»
• создание неприятных запахов. Неочищенные сточные воды будут находиться в верхней части фильтра, где пузырьки газа вызывают испарение продуктов с неприятным запахом

ООО «НПО «Агростройсервис» специализируется на проектировании и производстве индивидуальных систем очистки сточных вод уже более 30 лет. Мы готовы помочь вам с любыми вопросами, связанными с биологической очисткой сточных вод. Разработаем оптимальное решение и рассчитаем реалистичные затраты для вашего проекта. Звоните 8-800-222-45-62.