Войти
Biosolids насыпь биофильтра компостного завода - обратите внимание на спринклер, видимый спереди справа для поддержания надлежащего уровня влажности для оптимального функционирования Биофильтрация - это метод борьбы с загрязнением с использованием биореактора содержащие живой материал для улавливания и биологического разложения загрязнителей. Обычные применения включают обработку сточных вод, улавливание вредных химикатов или ила из поверхностных стоков и микробиотическое окисление загрязняющих веществ в воздухе.
Примеры биофильтрации включают :
Применительно к фильтрации и очистке воздуха биофильтры используют микроорганизмы для удаления загрязнения воздуха. Воздух проходит через уплотненный слой, и загрязнитель переносится в тонкую биопленку на поверхности упаковочного материала. Микроорганизмы, включая бактерии и грибки, иммобилизуются в биопленке и разлагают загрязнитель. Капельные фильтры и биоскрубберы полагаются на биопленку и действие бактерий в рециркуляционной воде.
Эта технология находит наибольшее применение при обработке соединений с неприятным запахом и водорастворимых летучих органических соединений (ЛОС). Отрасли, в которых используется эта технология, включают продукты питания и продукты животного происхождения, отходящие газы сточных вод очистных сооружений, фармацевтику, производство изделий из дерева, нанесение и производство красок и покрытий, а также смол производство и применение и т.д. Обрабатываемые соединения обычно представляют собой смешанные ЛОС и различные соединения серы, включая сероводород. Можно обрабатывать очень большие воздушные потоки, и хотя обычно требуется большая площадь (площадь основания) - большой биофильтр (>200000 acfm ) может занимать столько же или больше земли, чем футбольное поле - это было одним из основные недостатки технологии. Спроектированные биофильтры, спроектированные и изготовленные с начала 1990-х годов, обеспечили значительное сокращение занимаемой площади по сравнению с обычными плоскими органическими средами.
Система воздушного цикла на заводе по компостированию твердых биологических веществ. Большой канал на переднем плане предназначен для отвода воздуха в биофильтр, показанного на предыдущем фото . Одна из основных проблем для оптимальной работы биофильтра - поддержание надлежащей влажности во всей системе. Воздух обычно увлажняется перед тем, как попасть в слой с помощью системы полива (распыления), камеры увлажнения, биоскруббера или биотермического фильтра. При правильном уходе натуральные органические упаковочные материалы, такие как торф, овощная мульча, кора или древесная щепа, могут служить несколько лет, но специально разработанные, комбинированные натуральные органические и синтетические упаковочные материалы, как правило, служат намного дольше, до 10 лет. Ряд компаний предлагают эти типы или запатентованные упаковочные материалы и многолетние гарантии, которые обычно не предоставляются с обычными биофильтрами для компоста или древесной стружки.
Несмотря на широкое применение, научное сообщество все еще не уверено в физических явлениях, лежащих в основе работы биофильтров, и информация о задействованных микроорганизмах продолжает собираться. Система биофильтра / биоокисления представляет собой довольно простое устройство для создания и эксплуатации и предлагает экономичное решение при условии, что загрязняющее вещество является биоразлагаемым в умеренные сроки (увеличение времени пребывания = увеличенный размер и капитальные затраты) при разумных концентрациях (и фунт / час) и что воздушный поток имеет приемлемую для организма температуру. При больших объемах воздуха биофильтр может быть единственным рентабельным решением. Вторичное загрязнение отсутствует (в отличие от случая сжигания, где дополнительные CO 2 и NO x образуются при сжигании топлива), а продукты разложения образуют дополнительную биомассу, углерод диоксид и вода. Вода для орошения сред, хотя многие системы рециркулируют ее часть для снижения эксплуатационных расходов, имеет умеренно высокую биохимическую потребность в кислороде (БПК) и может потребовать обработки перед утилизацией. Однако эта "продувочная вода", необходимая для надлежащего обслуживания любой системы биоокисления, обычно принимается муниципальными государственными очистными сооружениями без какой-либо предварительной обработки.
Биофильтры используются в Колумбия-Фолс, Монтана на заводе древесноволокнистых плит компании Plum Creek Timber. Биофильтры уменьшают загрязнение, выбрасываемое производственным процессом, а выхлопные газы чисты на 98%. Самый новый и самый крупный биофильтр, добавленный к Plum Creek, обошелся в 9,5 миллионов долларов, но, несмотря на то, что эта новая технология стоит дорого, в долгосрочной перспективе она будет стоить меньше сверхурочных, чем альтернативные мусоросжигательные печи с очисткой выхлопных газов, работающие на природном газе (которые не так экологически безопасны). дружелюбный).
Типичная полная система капельного фильтра для очистки сточных вод. 
Изображение 1: схематическое поперечное сечение контактной поверхности слоя среды в капельном фильтре. Биофильтрация была впервые представленный в Англии в 1893 году в качестве капельного фильтра для очистки сточных вод, с тех пор успешно используется для очистки различных типов воды. Биологическая очистка используется в Европе для фильтрации поверхностных вод в питьевых целях с начала 1900-х годов и в настоящее время вызывает все больший интерес во всем мире. Биофильтрация также распространена в очистке сточных вод, аквакультуре и переработке серой воды как способ минимизировать замену воды при одновременном повышении качества воды.
Биофильтр - это слой среды, на котором микроорганизмы прикрепляются и растут, образуя биологический слой, называемый биопленкой. Поэтому биофильтрацию обычно называют процессом с фиксированной пленкой. Как правило, биопленка образована сообществом различных микроорганизмов (бактерии, грибки, дрожжи и т. Д.), Макроорганизмов (простейшие, черви, личинки насекомых и др.) И внеклеточные полимерные вещества (EPS) (Flemming and Wingender, 2010). Внешний вид биопленки обычно слизистый и мутный.
Вода, подлежащая обработке, может наноситься на среду периодически или непрерывно посредством восходящего или нисходящего потока. Обычно биофильтр состоит из двух или трех фаз, в зависимости от стратегии питания (перколяционный или погружной биофильтр):
Органические вещества и другие компоненты воды диффундируют в биопленку, где происходит обработка, в основном за счет биоразложения. Процессы биофильтрации обычно аэробны, что означает, что микроорганизмы нуждаются в кислороде для своего метаболизма. Кислород может подаваться в биопленку одновременно или противотоком с потоком воды. Аэрация происходит пассивно за счет естественного потока воздуха через технологический процесс (трехфазный биофильтр) или за счет принудительной подачи воздуха вентиляторами.
Активность микроорганизмов - ключевой фактор эффективности процесса. Основными влияющими факторами являются состав воды, гидравлическая нагрузка на биофильтр, тип среды, стратегия подачи (перколяция или погруженная среда), возраст биопленки, температура, аэрация и т. Д.
В большинстве биофильтров используются такие среды, как песок, щебень, речной гравий или какой-либо пластик или керамический материал в форме маленьких шариков и колец.
Хотя биологические фильтры имеют простые поверхностные структуры, их внутренняя гидродинамика, а также биология и экология микроорганизмов сложны и разнообразны. Эти характеристики придают процессу надежность. Другими словами, процесс может поддерживать свою производительность или быстро возвращаться к исходным уровням после периода отсутствия потока, интенсивного использования, токсичных шоков, обратной промывки среды (процессы высокоскоростной биофильтрации) и т. Д.
Структура биопленки защищает микроорганизмы от сложных условий окружающей среды и сохраняет биомассу внутри процесса, даже если условия не оптимальны для ее роста. Процессы биофильтрации имеют следующие преимущества: (Rittmann et al., 1988):
.
Из-за фильтрации и роста биомассы приводит к накоплению вещества в фильтрующей среде, этот тип процесса с фиксированной пленкой подвержен биоблокированию и формированию каналов. В зависимости от типа применения и среды, используемой для роста микробов, биоблокировку можно контролировать с помощью физических и / или химических методов. По возможности, можно проводить операции обратной промывки с использованием воздуха и / или воды, чтобы разрушить биомат и восстановить поток. Также можно использовать такие химические вещества, как окислители (пероксид, озон ) или биоцидные агенты.
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 адаптированным к небольшим потокам (< 1 m3/d), such as onsite сточные воды, а также к потокам, создаваемым муниципалитетом (>240 000 м3 / сут). 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.
Использование биофильтров широко распространено в закрытых системах аквакультуры, таких как рециркуляционные системы аквакультуры (RAS). Используются многие конструкции, с различные преимущества и недостатки, однако функция та же: уменьшение водообмена за счет преобразование аммиака в нитрат. Аммиак (NH 4 и NH 3) 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, поскольку этот цикл нитрификации производит H, pH может снижаться, что требует использования буферов, таких как известь.
