Биофилтри

ЕкологияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2008

 

Нискоенергоемки решения за пречистване на промишлени отпадни води

Битовите и голяма част от промишлените отпадни води съдържат значителни количества биологични замърсители. Сред основните пречиствателни съоръжения, използвани за очистване на отпадните води, от този род замърсители са биофилтрите. Биофилтрите са реактори, изградени от стоманобетон и запълнени с пълнежен филтърен материал. Причисляват се към съоръженията за аеробно пречистване, в които процесът протича с участието на аеробни организми в присъствието на свободен кислород.

Не са подходящи за силно замърсени води

За отстраняване на биологичните замърсители от отпадните води се използват микроорганизми с много малки размери. Процесът се основава на способността им да усвояват разнообразни вещества като източник на енергия и биологични елементи за клетъчната им структура. Този процес на превръщане на органичните вещества в крайни минерални продукти вследствие на окислителни процеси се нарича минерализация. Тя може да протича в аеробна и в анаеробна среда. В биофилтрите минерализацията протича в аеробна среда и тъй като аеробните процеси са подходящи за по-слабо замърсени отпадни води, биофилтрите не се препоръчват при отпадни води с висока замърсеност по БПК5. Процесът протича през няколко етапа.

При постъпването си в биофилтъра отпадната вода обтича пълнежния материал, в резултат на което върху него се формира биофилм (биоципа). Биофилмът е съставен от едноклетъчни и многоклетъчни организми, които в процеса на своята жизнена дейност окисляват адсорбиралите се върху ципата органични вещества. Това води до нарастване на биоципата, което възпрепятства проникването на кислорода през цялото й сечение и подпомага развитието на анаеробни бактерии. Те лесно се отмиват от преминаващата вода, тъй като по-трудно се закрепват към твърди повърхности. На тяхно място започва образуването на нов слой биологична ципа. Непрекъснатото изнасяне на част от биофилма се осигурява чрез поддържане на подходящ хидравличен режим. За нормалното протичане на биохимичните процеси чрез изкуствена или естествена вентилация се осигурява приток на достатъчно количество кислород.

Конструкция на биофилтрите

Биофилтрите са пречиствателни съоръжения със сравнително несложна конструкция. Обикновено са с кръгла, правоъгълна или многоъгълна форма. В повечето случаи за изграждане на околовръстните им стени се използва стоманобетон, но е възможно залагането и на готови елементи или панели от гофрирана ламарина с пристягащи метални шини. Дъното обикновено се прави от бетон.

При изграждането стените се изпълняват плътни по цялата височина на филтърния пълнеж. Основните изисквания при изграждането им са осигуряване на добра вентилация във филтъра на принципа на коминната тяга. Също така, основни изисквания към биофилтрите са висока издръжливост на натоварването, формирано от насипните пълнежи, устойчивост на атмосферни влияния с оглед предпазване на пълнежа. За да се осигури по-лесно отвеждане на водата, дъното обикновено се изпълнява с наклон от 1 до 2% към събирателни улеи. Използването на събирателни улеи се препоръчва, когато биофилтърът е с диаметър над 10 m. За биофилтри с диаметър до 8-10 m, водата се отвежда от центъра към периферията. Начинът на отвеждане на водата основно се определя в зависимост от диаметъра на филтъра.

Свободното преминаване на отпадната вода и циркулацията на въздуха през филтърното тяло се осигурява от междинна основа. Конструктивно тя може да бъде изпълнена от стоманобетонни елементи с надлъжни процепи, полутръби с отвори, тухли, елементи със специфична форма и други. Условието е площта на отворите да бъде от 5 до 10% от площта на биофилтъра, а височината от дъното до междинната основа се приема за равна на стойности от 0.60 до 0.80 m.

Видове филтърни пълнежи

Голямо е разнообразието от видове филтърни пълнежи, използвани в биофилтрите, включително от изкуствен или естествен материал. Сред използваните пълнежи от естествен материал с най-добри филтрационни качества се характеризират речният чакъл, трошеният камък и други. Едрината се определя в зависимост от вида на биофилтъра и обикновено е еднаква по височината на съоръжението. Границите, в които варира едрината, са от 20 до 70 mm, а височината - от 2 до 8 или повече метра. Необходимо е в долната част на съоръжението да се предвиди поддържащ слой с височина около 0.20 m, с едрина на зърната около 70 – 100 mm.

От изкуствените пълнежи широко се използват различни блокови или насипни перфорирани елементи от различни видове пластмаси. Блоковите пълнежи се изпълняват от съединени помежду си профилирани листове и тръби. Насипните материали обикновено са различни пръстени като рашигови, пръстени с различни прегради и други. Размерите на насипните елементи обикновено варират в диапазона от 25 до 90 mm.

Използваните филтърни пълнежи следва да притежават определени качества, за да се осигури добра пречиствателна способност и висока степен на производителност на биофилтъра. Сред основните изисквания към пълнежите са те да притежават голяма специфична повърхнина, осигуряваща оптималното им обтичане. Също така, пълнежът трябва да е с висока порестост, за да се осигури свободна циркулация на въздуха. Необходимо условие е пълнежът да е издръжлив на температурни и други въздействия, да не е токсичен за микроорганизмите и да притежава добри якостни качества.

Водоразпределителни устройства

Чрез водоразпределителните устройства се осигурява равномерното разпределение на водата по цялата повърхност на биофилтъра. Счита се, че за биофилтрите е подходящо използването както на подвижни, така и на неподвижни водоразпределителни устройства. От многообразието използвани водоразпределителни устройства, днес от групата на неподвижните най-вече се използват спринклерни устройства, а най-широко приложение от подвижните намират реактивните водоразпределителни устройства.

Видът на използваното устройство обикновено се определя от формата и натовареността на биофилтъра. За кръглите или многоъгълни биофилтри, например, се препоръчва използването на реактивни разпределители, докато за правоъгълните и нисконатоварени биофилтри се препоръчват спринклерите.

Как работи реактивният разпределител?

При реактивните разпределители водата постъпва през цилиндрична колона, разположена в центъра на биофилтъра, в разпределителни тръби. Броят им обикновено е от две до осем, които са разположени радиално на разстояние 0.2 – 0.3 m над повърхността на водата. Диаметърът на разпределителните тръби е от 150 до 400 mm. Водата изтича през едностранно разположените отвори на тръбата с диаметър, не по-малък от 10 mm. Равномерното оросяване на пълнежа се постига с постепенно намаляване на разстоянието между отворите от центъра към периферията. Едностранното изтичане на водата създава реактивни сили, под действието на които разпределителят се върти и се постига равномерно оросяване на филтърния пълнеж.

Специфики на спринклерни разпределители

Всъщност, спринклерите са само елемент от системата за спринклерно разпределение на водата. Освен тях системата се състои от дозиращ съд и разпределителна тръбна мрежа. Предназначението на дозиращия съд е да създаде достатъчен напор при подаване на отпадната вода в разпределителната мрежа. Независимо че постъпването на отпадната вода е неравномерно, изпразването винаги е с постоянна продължителност, зависеща от обема на съда и диаметъра на отвеждащата тръба. По този начин се постига периодично оросяване на пълнежа през неравни интервали от време, но при една и съща продължителност на оросяването.

Разпределителната мрежа е от стоманени тръби, които могат да бъдат разположени върху стоманобетонни колони или направо във филтърния пълнеж. Върху вертикалните разклонения се монтират спринклерите, които представляват дюзи, изработени от бронз или месинг.

Водоразпределителната система

За безпроблемното функциониране на системата е необходимо дозиращият съд да се оразмери така, че интервалите между отделните оросявания да не превишават от 5 до 8 минути. Между горното водно ниво в дозиращия съд и спринклерите следва да има денивелация от около 1 - 2 m. Тръбите се монтират под наклон и когато се разполагат в пълнежа, се поставят на дълбочина от 0.7 - 0.8 m от нивото му.

Естествена или изкуст-вена да е вентилацията?

Осигуряването на добра вентилация е сред базовите условия за осигуряване на нормално протичане на биохимичните процеси в биофилтъра и постигане на ефективната му работа. В зависимост от височината на биофилтъра, необходимото количество кислород, може да се доставя чрез естествена или принудена вентилация. На естествената вентилация би могло да се разчита при биофилтри с височина до два метра. Движението на въздуха се постига, благодарение на температурните разлики, чрез които се създават вертикални въздушни течения във възходяща или низходяща посока. Вентилационните отвори се разполагат в долната част на околовръстните стени на височината на междудънното пространство. Препоръчва се да са снабдени с устройства за регулиране.

За биофилтри с височина над два метра се препоръчва изкуствена аерация. Необходимият въздух се нагнетява с вентилатори в междудънното пространство.

Технологични показатели на биофилтрите

При оразмеряването на биофилтрите се използват технологични показатели като повърхностно и обемно хидравлично натоварване, органично натоварване и окислителна мощност.

Повърхностното хидравлично натоварване се дефинира като обема вода, подадена на 1 m2 филтърна повърхност за едно денонощие. Обемното хидравлично натоварване представлява обема вода, подадена на 1 m3 от обема на филтърния пълнеж в рамките на едно денонощие. Органичното обемно натоварване изразява зависимостта между постъпващото органично вещество в 1 kg БПК5 в 1 m3 филтърен пълнеж за едно денонощие. За регулиране на хидравличното и обемно натоварване се използва рециркулация на пречистените води след биофилтъра. Окислителната мощност би могла да се дефинира като количеството БПК5 в един грам, редуцирано в 1 m3 пълнежен материал за едно денонощие.

Освен тези показатели, върху пречиствателната ефективност на биофилтъра оказват влияние и височината на филтърния пълнеж, и времето за престой на водата в него. Обикновено времепрестоят на отпадните води в биофилтрите зависи от вида и височината на използвания филтърен материал. От съществено значение е и хидравличното натоварване.

Критерии за избор на пречиствателна схема

Изборът на технологична схема за пречистване е един от основните етапи в процесите на проучването и проектирането им. Той зависи от редица фактори, сред които са количеството и замърсеността на отпадните води, необходимата степен на пречистване, технологичните възможности и конструктивните особености на биофилтрите.

Обикновено използваните технологични схеми при биофилтрите са едностепенни и двустепенни и в редки случаи многостепенни. Едностепенните се прилагат за пълно биологично пречистване на води със замърсеност по БПК5 до 350 mg/dm3. Могат да се използват и за непълно пречистване на води с по-висока замърсеност. Двустепенните са подходящи за пречистване на води с БПК5 над 500 mg/dm3.

Сложността на протичащите в биореакторите биохимични процеси прави трудно създаването на математически модели, които пълно и точно да ги описват. Голямо е разнообразието от формули и методи, които се използват. По-голямата част от тях се базират на модели, разработени въз основа на експериментални данни за работата на биофилтри в полупроизводствени и производствени условия.




Top