Виды вентиляции в биофильтрах

Обновлено: 03.07.2024

Биофильтры: расчет, принцип работы, преимущества

Биологические фильтры или биофильтры — система биологической очистки воздуха или воды от органических соединений.

Биофильтр подходит для очистки от органических соединений, частиц пыли различного происхождения, неприятных запахов, фенола и формальдегида, различных аэрозолей, паров, смесей кислот.

Сферы применения биофильтров: станции по очистке сточных вод, полигоны твёрдых бытовых отходов (ТБО), заводы по переработки мусора, предприятия по покраске поверхностей с использованием растворителей, производства по переработке продуктов питания, сельское хозяйство и другие.

Этапы расчета биофильтра

Определить характер загрязнений для правильного подбора бактерий.
Рассчитать объем ёмкости, чтобы правильно распределить бактерии внутри биофильтр.
Рассчитать оптимальную скорость фильтрации и распределить поток загрязняющего вещества, чтобы бактерии успевали разрушить загрязнение.
Разработать габаритный чертеж.

Если сделать неверные расчеты и чертежи, биофильтр не сможет эффективно очищать воздух или воду на производстве. Рекомендуем за всеми расчетами и производством обращаться к профессионалам в этой сфере.

Технические характеристики биофильтров

В зависимости от типа производства и соединений, фильтр будет иметь разные характеристики.

Каждый параметр таблицы меняется в зависимости от задачи заказчика.

На примере биологического фильтра «Солар био» , покажем, какие можно сделать технические характеристики.

Технические характеристики биофильтров Технические характеристики биофильтров

Как проходит очистка в биофильтре

Принцип работы биофильтра основан на естественной способности микроорганизмов извлекать из проходящих сквозь них примеси органических и неорганических летучих веществ. Включая органические вещества искусственного происхождения, окислять и разлагать их до воды и углекислого газа.

Главным фильтрующим элементом биофильтра для очистки воздуха и воды является фильтрующий слой. На поверхности твердого пористого носителя микроорганизмы образуют биологически активную пленку. Токсические вещества из воздуха проходят сквозь фильтрующий элемент, который сорбирует их.

Далее эти вещества в растворенном виде проникают к микробным клеткам, включаются в них и подвергаются деструкции. В качестве носителя для фильтрующего слоя используются природные материалы. Эти материалы содержат в своем составе различные минеральные соли и вещества, необходимые для развития микроорганизмов.

Очиститель воздуха (газов) может активно работать при влажности воздуха от 60% до 100% включительно. Это связано с тем, что все химические реакции нейтрализации вредных выбросов происходят с продуктами жизнедеятельности микроорганизмов (ферментами), а микроорганизмы лучше развиваются во влажной среде.

Нюансы работы с биофильтром

Биофильтр это в первую очередь живой организм и для эффективной очистки воздуха или воды необходимо учитывать несколько важных нюансов:

Соблюдать благоприятный температурный режим.
Поддерживать необходимую влажность воздуха (60-100%).
Следить за тем, чтобы бактерии всегда получали нужное количество питательного продукта, чтобы они не погибали.

Плюсы и минусы биофильтров

Низкая эксплуатационная цена. Нет потребности менять фильтрующие инструмент, т.к. колонии бактерий могут жить до 5 лет.
Экологичная природная система очистки, основанная на естественных биологических процессах.
Большая эффективность в очистки.
Не требуется утилизации после очистки.
Правильно спроектированные биофильтры не требуют обслуживания.

Минусом биофильтра можно назвать его большой размер, поэтому он не подойдет для маленьких помещений.

Также при работе с биофильтром нужно понимать, что эта система очистки не очищает от частиц пыли и некоторых химических соединений, поэтому перед биофильтром нужно обеспечить очистку от них.

Строй-справка.ру

Для нормального функционирования биофильтров необходимо обеспечить достаточное поступление кислорода воздуха.

В зависимости от типа и конструкции биофильтров различают два типа вентиляции биофильтров: естественную и искусственную. Необходимость в использовании естественной или искусственной вентиляции определяется типом биофильтра и климатическими условиями размещения сооружений.

Искусственная вентиляция в основном используется в высокона-гружаемых биофильтрах (аэрофильтрах). Для других типов биофильтров искусственная аэрация применяется только для обеспечения необходимого воздухообмена внутри помещения, в котором размещается биофильтр, или поддержания требуемой температуры.

Для вентиляции высоконагружаемых биофильтров применяются вентиляторы низкого давления типа ЭВР или ЦЧ, обеспечивающие напор от 8 до 100 мм.

При применении искусственной аэрации большое значение имеет надёжная работа вентиляторов. Отсутствие понижения активной реакции среды и одинаковое содержание растворенного кислорода в очищенной воде, взятой с различной высоты биофильтров, указывают на достаточную аэрацию.

Перерывы в орошении аэрофильтров при сохранении продувки воздухом могут сопровождаться повышением температуры в теле фильтра до 50-60°С и появлением неприятного запаха, связанного с разложением отмирающей биопленки.

Если температура поступающей сточной воды на биофильтр и, следовательно, в теле биофильтра опускается ниже 10°С, необходимо тщательно выполнять нормы по эксплуатации, так как при несоблюдении их возможно нарушение процесса нитрификации, восстановить который при низких температурах не удается даже при значительном и длительном уменьшении нагрузки.

Биофильтр в основном обогревается сточной водой, поэтому при понижении ее температуры ниже 6°С целесообразно присоединять к водо-отводящей сети трубопроводы условно-чистых тёплых конденсационных вод.

Существует мнение, что при естественной аэрации воздух в тело биофильтра поступает лишь вследствие разности температур внутри биофильтра и вне его. Разность температур, безусловно, ускоряет воздухообмен, но, при этом необходимо учитывать влияние и диффузионных процессов, протекающих при окислительно-восстановительных реакциях в биофильтре.

Величина слоя биоплёнки оказывает влияние на условия равновесия вне биофильтра и внутри его при диффузионных потоках кислорода и углекислого газа. Поэтому при достаточно большом слое биоплёнки может наступить момент, когда потребление кислорода биопленкой прекратится. В этом случае в теле биофильтров могут начаться процессы гниения, опасность такого явления в наибольшей степени возникает в капельных биофильтрах.

Строй-справка.ру

Биофильтры могут работать на полную и неполную биологическую очистку и классифицируются по различным признакам, основными из которых являются конструктивные особенности и вид загрузочного материала.

По виду загрузочного материала биофильтры делятся на: биофильтры с объемной загрузкой (гравий, шлак, керамзит, щебень и др.) и биофильтры с плоскостной загрузкой (пластмассы, асбестоцемент, керамика, металл, ткани и др.).

Объемный загрузочный материал имеет плотность 500-1500 кг/м3 и пористость 40-50%.

Пропускная способность биофильтров зависит от конструктивных особенностей того или иного типа сооружения и объясняется содержанием активной биомассы на единицу объема биофильтра.

Схема работы капельных биофильтров следующая. Сточная вода, осветленная в первичных отстойниках, самотеком (или под напором) поступает в распределительные устройства, из которых периодически напускается на поверхность биофильтра. Вода, профильтровавшаяся через толщу загрузки, проходит через дренажную систему, а далее по непроницаемому днищу стекает к отводным лоткам, расположенным за пределами биофильтра. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых отмершая биоплёнка отделяется от очищенной воды. При нагрузке по органическим загрязнениям больше допустимой, загрузочный материал быстро заиливается, и работа капельных биофильтров резко ухудшается.

Отличительной особенностью этих сооружений является более высокая, по сравнению с капельными биофильтрами, окислительная мощность, что обусловлено меньшей заиляемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха в них. Достигается это благодаря крупным фракциям загрузочного материала и повышенной в несколько раз нагрузке по воде. Высокая скорость движения сточной воды в биофильтре обеспечивает постоянный вынос задержанных трудноокисляемых нерастворенных примесей и отмирающей биопленки. Поступающий в тело биофильтра кислород воздуха расходуется в основном на биологическое окисление части загрязнений, не вынесенных из тела биофильтра. Конструкции аэрофильтров были предложены Н.А. Базякиной и С.Н. Строгановым и в 1929 г. построены на Кожуховской биологической станции. Они предназначаются для неполной и полной биологической очистки сточных вод.

Как видно из таблицы, плотность плоскостных загрузочных материалов (12,2-140 кг/м3) значительно меньше, чем традиционных из гравия или щебня (1350-1500 кг/м3), что позволяет упростить и облегчить фундамент и ограждающие конструкции биофильтров. Пористость плоскостных загрузочных материалов (87-99%) более чем вдвое выше, чем у объемных загрузок (40-50%), что позволяет отказаться от принудительной вентиляции и сэкономить значительное количество электроэнергии. Удельная поверхность плоскостных загрузочных материалов 80-450 м /м , против 50-80 м /м3 у объемных. Однако, даже при одинаковой удельной поверхности активная поверхность плоскостных загрузочных материалов значительно больше за счет отсутствия мертвых зон, образующихся при соприкосновении фракций засыпного загрузочного материала.

Установлено, что на производительность биофильтра большое влияние оказывает конфигурация загрузочного материала. В загрузочных материалах, где жидкость движется строго вертикально по гладкой поверхности, гидравлический режим ламинарный (идеальный вытеснитель), а в загрузочном материале со сложной формой поверхности, где поток отклоняется по вертикали (Флокор, Пласдек и др.), режим движения жидкости турбулентный. По данным зарубежных ученых, производительность сложных загрузочных материалов, по сравнению с гладкими (при одинаковой площади удельной поверхности и в одинаковых условиях работы), на 67% выше.

Биофильтры насчитывают столетнюю историю использования их в качестве биологических окислителей. Но с конца 50-х годов XX столетия число строящихся станций биофильтрации в нашей стране по субъективным и объективным причинам стало уменьшаться. Среди этих причин можно выделить следующие: неиндустриальность строительства; отсутствие загрузочного материала; малая пропускная способность; изменение состава поступающих на очистку сточных вод; ненадежность работы при перегрузках (особенно по органическим загрязнениям) и ряд других. Из общего числа проектируемых и строящихся биологических окислителей на долю биофильтров приходится не более 10%.

В настоящее время сотни построенных станций биофильтрации работают в режиме, превышающем их расчетную пропускную способность, как по расходу сточных вод, так и нагрузкам по органическим загрязнениям. Весьма актуальной стала проблема модернизации таких станций биофильтрации, что явилось стимулом для разработки новых высокопроизводительных загрузочных материалов. Следствием этого и стало появление новых биофильтров с плоскостной загрузкой. Они имеют высокую индуст-иальность строительства, включая заводское изготовление блочного загрузочного материала или комплекса сооружений небольшой пропускной способности. Им свойственна высокая пропускная способность, как по расходу сточных вод, так и по снижению органических загрязнений, превышающая соответствующие показатели биофильтров с объемной загрузкой в 3-8 раз.

Что такое биофильтры для очистки сточных вод?

Во время очистительных работ происходит постоянная циркуляция воздуха благодаря температурной разнице атмосферы и очищаемой воды. Вентиляция является обязательным условием поддержания жизни – обеспечение микроорганизмов кислородом.

Классификация биофильтров

В биологических фильтрах предусмотрены разные материалы для загрузки. Выделяют:

Биофильтры с объемной нагрузкой. Они содержат горный щебень, керамзит, гальку и т.д.
Фильтры плоской нагрузки. Используются прочные пластмассы, работающие в температурном диапазоне от 6 до 30 градусов.

По используемой технологической схемы выделяют:

Фильтры с двумя ступенями очистки, которые выдают высокоочищенную воду. Их применяют при ограничении высоты устройства или при неблагоприятном климате.
Биофильтры с одной ступенью очистки.

По степени очистки биофильтры бывают:

с полной очисткой;
с неполной очисткой.

В зависимости от способа подачи воздуха биофильтры делятся:

с естественной циркуляцией воздуха;
с искусственной воздушной подачей.

Различают два режима работы биологических фильтров:

В зависимости от пропускной способности классифицируются на:

Биофильтры с объемной нагрузкой

Их принято разделять на:

Капельные, которые характеризуются малой производительностью. Зернистость тела загрузки будет 20-30 миллиметров при двухметровой высоте слоя.
Высоконагружаемые с размером загрузочного материала 40-60 миллиметров и четырехметровый слой.
Башенные биофильтры имеют большую высоту – 16 метров, а зернистостью 40-60 миллиметров.

Биофильтры с плоской загрузкой

Жесткая нагрузка обеспечивается кольцами, частями труб и подобными элементами. В бак засыпают крошку из металла, керамики или пластмассы. Их плотность доходить до 600 кг/м 3 , пористость материалов от 70%. Очищающий слой доходит до шести метров.
Жесткая нагрузка с блочной или решетчатой нагрузкой. Блоки изготавливают из асбестовых листов (плотность до 250 кг/м 3 , пористость от 80%, шесть метров загрузки) или некоторых разновидностей пластмасс (плотность от 40 до 100 кг/м 3 , пористость от 90%, фильтрующий слой до 16 метров).
Рулонная или мягкая нагрузка создается сеткой из металла, синтетическими тканями, пленкой из пластмассы. Загрузку выкладывают рулонами или закрепляют на каркас. Плотность до 60 кг/м3, пористость от 95% при высоте загрузки до 8 метров.
Биофильтры для погружения – резервуары с вогнутым днищем. Диски из пластмассы, металла или асбеста монтируются выше уровня очищаемых вод. Диски расположены 10-20 миллиметров друг от друга, их диаметр – 06-3 метра. Вал вращается с частотой до 40 мин -1 .

Засыпная и мягкая нагрузка используется при максимальном расходе 10 000 м 3 /сутки, блочная нагрузка – 50 000 м 3 /сутки. Погружные биофильтры эффективны при низких нагрузках.

Капельные биофильтры

Схема работы фильтра

Подача водной массы осуществляется капельным или струйным методом. Воздух проходит через дренаж фильтра или забирается с поверхности. Предварительно очищенная сточная вода с невысокой концентрацией загрязнений сама течет в распределитель, который порциями подает ее на поверхность загрузочной массы. Далее вода идет в систему дренажа, а оттуда на водные лотки за границами биологического фильтра. Во втором отстойнике удаляется биопленка.

Капельные биофильтры характеризуются низкой органической нагрузкой. Что бы вовремя очистить тело фильтра от мертвой биопленки, используют гидравлическую нагрузку.

Должно быть обеспечено равномерное орошение всей загрузки биофильтра. Это необходимо для исключения возникновения повышенной или пониженной гидравлической нагрузки.

Капельные фильтры почти невозможно регулировать под изменения внешних условий. При эксплуатации следят за показателями загрязненности и состоянием биофильтров. Очистка загрузки имеет высокую стоимость – используют полную ее замену. В биофильтр должна поступать сточная вода с количеством взвешенных частиц менее 100 мг/л.

При эксплуатации важным является аэрация фильтра. Концентрация кислорода не должна снижаться за 2 мг/л. Необходимо обеспечить периодическую очистку полости под дренажем и над днищем.

Капельный биологические фильтры плохо переносит зимой ветер. Для эффективной работы предусматривают противоветровую защиту. Неоднородная нагрузка приводит к заболачиванию фильтра, которая ликвидируется заменой загрузки. Работу нарушают и посторонние предметы в загрузочной массе и дозирующих баках.

Высоконагружаемые биофильтры

Этот тип фильтров имеет повышенный воздухообмен и, соответственно, окислительную способность. Обеспечивается повышенный обмен воздуха крупной фракцией загрузки и повышенной водонагрузки.

Очищаемые воды двигаются с большой скоростью и выносят трудноокисляемые вещества и отработанную биопленку. Кислород расходуется на оставшиеся загрязнения.

Высоконагружаемые биофильтры имеют высокий загрузочный слой, повышенную зернистость дренажа и днище особой формы для обеспечения искусственной циркуляции воздуха.

Промывка фильтра будет происходить только условиях постоянного беспрерывного и высокой подаче воды.

Высота массы загрузки прямо пропорциональна эффективности биофильтра.

Состав и работа биофильтров

В состав биологических фильтров могут входить:

тело фильтра – фильтрующая загрузка, которая расположена в резервуаре, доступном для проникновения воды. Наполнители (пластмасса, шлак, щебень, керамзит и т.д.) должны иметь низкую плотность и повышенную поверхностную площадь;
устройство для распределения воды, позволяющее равномерно орошать фильтрующую загрузку грязной водой;
дренаж;
устройство распределения воздуха – подает кислород для окислительных реакций.

Окислительные процессы в биофильтрах схожи с орошением полей или как в сооружениях биологической очистки, но интенсивнее.

Схема работы биофильтра

Загрузочная масса очищает воду от нерастворенных примесей, которые остались после пройденных отстойников. Биопленка сорбирует растворенную органику. Микроорганизмы в биопленки живут за счет окисления органических веществ. Так же часть органики идет на увеличении биомассы. Происходит два эффективных действия: уничтожение ненужной органики из воды и увеличения биологической пленки. Поток сточной воды уносит с собой омертвевшую часть пленки. Кислород подается естественным и искусственным путем с помощью вентиляции.

Расчет биофильтров

Капельные биофильтры

Расчет производится для поиска эффективной толщины загрузочной массы и характеристик водораспределительного устройства, фракции дренажа и диаметра лотков, отводящих воду.

Эффективный размер загрузочной массы рассчитывают по окислительной мощности – ОМ. ОМ – это масса необходимого кислорода в сутки. На нее влияет температура воды и окружающей среды, материала загрузочной массы, типа загрязнения, способа воздухообмена и т.д. Если за год средняя температура менее 3 градусов, то биофильтр переносят в более теплое помещение с возможностью обогрева и пятикратной подачей свежего.

Часто используют следующий алгоритм:

Определяют коэффициент К как произведение БПК20 входящей и выходящей воды.
Из таблиц определить высоту фильтра и допустимую гидравлическую нагрузку, зависящая от среднезимней температуры окружающей среды и К.
Общая площадь определяется делением расхода входящей воды на гидравлическую нагрузку.

Высоконагружаемые биофильтры

Для них существует точная методика расчета:

Определяется допустимая концентрация загрязнения входящей воды: табличный коэффициент К умножается на БПК вышедшей воды.
Рассчитывается коэффициент рециркуляции по специальной формуле. Он равен частному двух разностей: БПК поступающей сточной воды минус ее допустимая концентрация и допустимая концентрация минус БПК очищенной воды.
Для определения площади фильтра берется произведение объема среднесуточной подачи воды, увеличенное на 1 отношение рециркуляционного расхода к расходу сточной воды и коэффициента с пункта 2. Все нежно разделить на допустимую нагрузку и температуру.

Существуют дополнительные методы расчета биологических фильтров, которые используют сложные формулы и дают более точные результаты.

Вентиляция биофильтров

Схема вентиляции биофильтра

Как уже упоминалось выше, биофильтры имеют два способа подачи кислорода: искусственный и естественны. Вид вентиляции зависит от климатических условий и типа фильтра.

Обеспечивают постоянную циркуляцию воздуха, так как перерывы могут поднять температуру до 60 градусов и вызвать плохие запах от разложения отработанной биопленки.

Биофильтр эффективно работает при температуре выше 6 градусов. Если вода будет меньшей температуры, то следует предусмотреть подогрев подаваемой воды.

Что бы в зимнее время фильтр не переохлаждался, устанавливают противоветровую защиту в виде купольного сооружения и снижают коэффициент неравномерности подачи сточных вод. Так же вводят ограничение по подаче холодного воздуха: на квадратный метр за час должно подаваться только 20 кубических метров. В вентиляционные решетки вставляют жалюзи, экраны из тканевых материалов.

Толщина биопленки оказывает влияние на равновесие в фильтре. Большая толщина может привести к прекращению потребления кислорода и начнется гниение. Наиболее распространено в капельных фильтрах.

Ранее считалось, что естественная подача кислорода происходит только благодаря разности температур. Сегодня доказано, что на естественную вентиляцию влияют диффузные процессы во время окислительно-восстановительных реакций.

Обзор системы биологической очистки в УЗВ

Эффективная эксплуатация УЗВ возможна при условии биологической очистки воды. В её основе лежит способность микроорганизмов разлагать органические и неорганические вещества, скапливающиеся в воде при выращивании рыбы: соединений азота и фосфора, являющихся основными источниками загрязнений.
В данной статье мы рассмотрим особенности процесса нитрификации, зависимость концентрации аммиака от pH воды, значение биофильтра, параметры биозагрузки и его составляющие.

Биохимия процесса нитрификации

В процессе жизнедеятельности рыба, потребляя корм, выделяет в воду различные загрязнения, также выделяются растворенные примеси (главным образом с мочой), основная из которых – азот.

Эффективная эксплуатация УЗВ возможна при условии биологической очистки воды, в её основе лежит способность микроорганизмов разлагать органические и неорганические вещества, скапливающиеся в воде при выращивании рыбы: соединений азота и фосфора. Микроорганизмы естественным образом выделяются из пищеварительной системы рыбы и находятся во взвешенном состоянии в воде, однако количества бактерий недостаточно.

В системах УЗВ организовывается узел биологической очистки, в котором бактерии, оседая и закрепляясь в виде биопленки на специальной полимерной загрузке, образуют многочисленные скопления, что позволяет:
1) В десятки и даже сотни раз нарастить количество бактерий, обеспечивающих очистку воды, в системе УЗВ, тем самым увеличить окислительную способность биофильтра
2) Закрепить все бактерии в одном локальном участке, предотвратив их циркуляцию по всей системе УЗВ. Повысить контроль над работой биологической очистки
3) Предотвратить гибель бактерий от устройств обеззараживания, используемых в системе УЗВ (главным образом УФ-обеззараживателей)

Загрузка имеет развитую площадь поверхности и выполняет одну функцию - является субстратом для закрепления бактерий. Чем большую площадь поверхности имеет биозагрузка, тем большее количество бактерий может на ней закрепиться. Соответственно, тем большую окислительную мощность набирает биофильтр одних и тех же внешних габаритов.

Биофильтры в системе УЗВ, в отличие от биофильтров очистки коммунальных стоков имеют узкую направленность: осуществляют нитрификацию азотной группы.
Очистка воды от азота в биофильтрах производится в 2 стадии. Каждую из стадий осуществляет своя группа бактерий:
1) Окисление общего аммонийного азота (NH3+ NH4) в нитриты (NO2) осуществляется бактериями группы Nitrosomonas

2) Окисление нитритов (NO2) в нитраты (NO3) осуществляется бактериями группы Nitrobacter

Основная цель нитрификации – окислить токсичный аммиак NH3 в условно нетоксичные нитраты NO3.
Денитрификация - процесс, позволяющий очистить нитриты и перевести их в газообразный азот, сбросив в атмосферу, он применяется в отдельных случаях.

Бактериям для осуществления процессов нитрификации в обязательном порядке необходим кислород. Причем окислительная мощность биофильтра максимальна при содержании растворенного кислорода в воде не менее 80%. При отсутствии или низком содержании кислорода в воде биопленка начинает отмирать. Именно поэтому биофильтр зачастую принудительно аэрируют атмосферным воздухом.

Зависимость концентрации аммиака от pH воды

Аммонийный азот, выделяемый рыбой в процессе жизнедеятельности, состоит из 2 частей:

1) Аммоний (NH4). Не является токсичным для рыб

2) Аммиак (NH3). Является токсичным для рыб

Вместе аммоний и аммиак образуют общий аммонийный азот (TAN, total ammonia nitrogen).
Соотношение между аммиаком и аммонийным азотом в воде не является постоянным и зависит от рН и температуры воды. Необходимо корректно учитывать предельно допустимые концентрации общего аммонийного азота в воде: чем выше рН и температура воды, тем больше процент содержания аммиака в воде по отношению к общему аммонийному азоту.

Эффективность работы биофильтра

Окислительная мощность биофильтра – параметр, характеризующий производительность биофильтра, представляет собой количество общего аммонийного азота, которое биофильтр способен переработать в единицу времени (килограмм в сутки).

Окислительная способность биофильтра зависит от ряда факторов:
1) Удельная защищенная площадь поверхности загрузки.
Данная площадь не подвержена трению между гранулами и не зарастает, обеспечивая нормальную толщину пленки.
2) Температура воды
Чем она выше, тем быстрее протекает метаболизм бактерий и выше окислительная мощность биофильтра
3) Концентрация аммонийного азота в воде
С увеличением концентрация аммонийного азота в воде, повышается окислительная способность биофильтра.
4) Соленость воды
При проектировании важно учитывать, что в соленой воде окислительная мощность биофильтра примерно на 30% ниже, чем в пресной.
5) Концентрация взвешенных веществ в воде
Отсутствие в системе УЗВ качественной механической очистки (или выход её из строя) способствует нарастанию колоний гетеротрофных бактерий, не участвующих в процессе нитрификации, поэтому часть загрузки не будет работать на нитрификацию, и окислительная мощность биофильтра упадет.

Биозагрузка

Биозагрузка – это субстрат для закрепления бактерий. Как правило, представляет собой пластиковые гранулы или блоки с максимально разветвленной структурой и высокой площадью поверхности для закрепления бактерий.

Параметры, характеризующие производительность биозагрузки:
• Общая площадь поверхности загрузки (удельная) - площадь всей поверхности, содержащаяся в 1 м3 загрузки, измеряется в м2/м3.
• Защищенная площадь поверхности загрузки (удельная) - самый основной параметр - это площадь защищенной части поверхности, которая не подвержена истиранию и зарастанию в процессе работы биофильтра, содержащаяся в 1 м3 загрузки, измеряется в м2/м3.

Типы биозагрузки:
Загрузка типа «кипящий слой» (random media) - пластиковая гранула диаметром 10-30мм с развитой площадью поверхности. В зависимости от плотности сырья может быть плавающей, нейтральной плавучести и тонущей.

Блочная загрузка - статичные блоки (фактически кубы), также выполненные из пластика, которые устанавливаются один на другой, формируя общий объем загрузки биофильтра

Иные типы получили менее широкое распространение в УЗВ (маты, ерши, полистирольная гранула и иные типы загрузки).

Типы биофильтров

Биофильтры, используемые при проектировании рыбоводных комплексов УЗВ, все основаны на закреплении бактерий на загрузке.

1) Биофильтр с «кипящим слоем» (Moving bed bio reactor)
Принцип работы основан на работе загрузки в погруженном состоянии при постоянном барботаже (аэрации). Представляет собой резервуар, заполненный водой, работающий по принципу вытеснения.

Плюсы:
· Не требует больших площадей и высот для установки (в отличие от капельных биофильтров)
· Стабильно и предсказуемо работает
· Не имеет мертвых и застойных зон (при правильном проектировании)
· Не требует обслуживания
· Дополнительно насыщает воду кислородом (за счет аэрации)
· Дополнительно обеспечивает дегазацию воды (за счет аэрации)
Минусы:
· Ограничен в глубине
· Относительно высокие энергозатраты на постоянную аэрацию

2) Биофильтр со «статичным слоем»
Принцип основан на нитрификации воды в слое статичной загрузки, находящейся без движения. Данный биофильтр идентичен по всем параметрам биофильтру с «кипящим» слоем за исключением следующего: в биофильтре использована тонущая гранула (плотность >1 г/см3); загрузка находится в статичном состоянии, отсутствует постоянная аэрация; на дне вместо диффузоров расположены перфорированные трубы для прочистки биофильтра; биофильтр требует периодической регенерации

Плюсы:
· Практически нулевое энергопотребление за счет отсутствия постоянной аэрации
· Компактность за счет возможности более «плотного» наполнения загрузкой по сравнению с кипящим слоем
· Дополнительно осуществляет механическую очистку воды
Минусы:
· Отсутствует способность насыщать воду кислородом. Особенно это критично там, где в воде, приходящей в биофильтр, изначально отсутствует кислород (например, УЗВ на африканского сома)
· Отсутствует способность обеспечивать дегазацию воды. При использовании фильтра как единственного узла биологической очистки в любом УЗВ независимо от рыбы и плотности посадки в обязательном порядке необходимо ставить отдельный узел дегазации
· Требует периодического обслуживания (цикл регенерации, как правило 1 раз в сутки)

3) Комбинированный биофильтр
Сочетание двух вышеперечисленных биофильтров. Работает следующим образом: очищаемая вода сперва попадает в отсек с плавающей загрузкой, где помимо биологической очистки происходит насыщение воды кислородом и дегазация от углекислого газа. Далее вода попадает в камеру с тонущей загрузкой, где помимо биологической очистки дополнительно удаляется мелкая механическая взвесь, которая проскочила барабанный фильтр, а также отмершая биопленка из камеры с плавающей загрузкой.

Принцип работы комбинированного биологического фильтра Принцип работы комбинированного биологического фильтра

Плюсы:
· Обеспечивает насыщение воды кислородом
· Обеспечивает дегазацию воды от углекислого газа
· Обеспечивает дополнительное задержание механической взвеси, чем повышает качество воды в УЗВ
· Снижает на 50% энергозатраты на аэрацию биофильтра (за счет того, что только половина биофильтра непрерывно аэрируется)
Минусы:
· В связи с тем, что объем подаваемого на аэрацию воздуха в 2 раза ниже, чем на биофильтре с кипящим слоем, то качество дегазации также будет ниже
· Несколько сложнее в проектировании
· Требует остановки для регенерации камеры с тонущей загрузкой

4) Капельный биофильтр
Широко использовался при проектировании рыбоводных ферм в 80е-90е годы. Принцип работы основан на капельном орошении статичной загрузки, таким образом загрузка не погружена в воду, а находится в атмосфере. Представляет собой емкость, внутри которой находятся блоки биозагрузки.

Плюсы:
· Дополнительно обеспечивает эффективную дегазацию воды
Минусы:
· За счет низкой площади поверхности блоков биозагрузки имеет большие габариты, чем другие типы биофильтров. Требует больших пространств
· Как правило, требует высоких потолков в помещении
· Как правило, требует отдельных насосов для подъема воды в верхнюю часть сооружения (капитальные затраты + электроэнергия)
· Процессы биологической очистки менее стабильны, более «капризный»
· Является рассадником насекомых (мухи, комары и пр.)

5) Бусеничный фильтр
Принцип работы основан на очистке воды при помощи бактерий, закрепленных на статичной полистирольной грануле, особенности заключаются в следующем: полистирольная гранула более мелкая и выполнена из иного материала, нежели тонущая загрузка; гранула имеет более высокую площадь поверхности (1200-1500 м2/м3), чем тонущая гранула; вода через полистирольную гранулу пропускается снизу вверх, в отличие от тонущей гранулы, где вода пропускается сверху вниз

Плюсы:
· Высокая площадь поверхности, большая окислительная мощность в сравнении с другими биофильтрами
Минусы:
· Не обеспечивает дегазацию воды. Требует наличие в обязательном порядке вне зависимости от вида рыб и плотности посадки отдельного узла дегазации
· Отсутствует способность насыщать воду кислородом. Особенно это критично там, где в воде, приходящей в биофильтр, изначально отсутствует кислород (например, УЗВ на африканского сома)
· Коммерчески доступны только для малых объемов биофильтров
· Сравнительно мало опыта проектирования таких фильтров в целом по миру

6) Песчаный биофильтр
Был популярен в 80х-90х годах, сейчас практически вытеснен биореактором с кипящим слоем. До сих пор используется некоторыми проектировщиками, особенно в США. Представляет собой биофильтр с «кипящим» (псевдоожиженным) слоем, в котором вместо пластиковой гранулы используется песок определенной фракции. Песок непрерывно поддерживается во взвешенном состоянии восходящим потоком воды. Бактерии, закрепленные на частицах песка, осуществляют биологическую очистку воды.

Плюсы:
· Не требует промывки и прочистки
· Песок имеет самую высокую площадь поверхности среди всей загрузки, соответственно фильтр может быть в несколько раз более компактным, чем другие типы
Минусы:
· Очень капризен в проектировании, запуске и эксплуатации. Не терпит ошибок при проектировании, запускается долго (3-5 месяцев), в процессе работы могут быть сбои, не любит остановок системы УЗВ
· Песок является расходным материалом и требует регулярного пополнения
· В процессе работы песок выносится в систему УЗВ, загрязняет воду, истирает любые вращающиеся узлы, чем уменьшает ресурс работы узлов
· Требует наличие отдельного узла дегазации
· Отсутствует способность насыщать воду кислородом. Особенно это критично там, где в воде, приходящей в биофильтр, изначально отсутствует кислород (например, УЗВ на африканского сома)

Параметры, характеризующие биозагрузку для биофильтров с кипящим и статичным слоем

1) Плотность гранулы
В зависимости от использованных материалов при производстве загрузка может как плавать на поверхности, так и держаться в толще воды либо тонуть. Меняют плотность на заводе-производителе в зависимости от задачи, добавляя при производстве различные присадки: плотность плавающей загрузки 0,95-0,96 г/см3, тонущей 1,05-1,1 г/см3
2) Материал изготовления
На характеристики загрузки материал практически не оказывает никакого влияния, чаще всего встречается полиэтилен HPDE, также применяют полипропилен и другие типы полиэтилена.
3) Тип сырья
Для производства биозагрузки, как правило, может использоваться 2 типа сырья:
· Первичное сырье
Означает, что гранула произведена из материала, никогда не бывшего в употреблении. Считается сырьем высокого качества и рекомендуется к применению
· Вторичное сырье
Означает, что сырье, использованное при производстве гранулы, ранее было в употреблении и является продуктом переработки. Как правило, стоит дешевле первичного, но может содержать подводные камни, а именно: раскалибр (разные размеры в связи с низким качеством сырья), разные плотности (сложно достичь однородной плотности загрузки, гранулы могут двигаться в биофильтре непредсказуемо), проблемы с обрастанием.
Рекомендуется использовать с осторожностью и только от проверенных поставщиков.
4) Размер гранулы
Основное правило: чем меньше фракция гранулы, тем больше ее площадь поверхности.

Резервуары биофильтра

Материалы изготовления резервуаров:
· Бетон
· Пластик (полипропилен, полиэтилен)
· Иное (стеклопластик, мягкая мембрана и пр.)

Варианты высотной схемы:
· Размещение на полу
· Размещение в заглубленном варианте (ниже уровня пола)

Форма резервуара:
· Цилиндрический
· Прямоугольный

Расчет биофильтра включает:
1) Расчет выделения общего аммонийного азота
2) Расчет требуемой площади биозагрузки
3) Расчет количества биозагрузки
4) Расчет резервуара биофильтра
5) Расчет аэрации
6) Расчет площади удерживающей сетки
7) Деление биофильтра на камеры
8) Расчет количества мембраны для обработки бетонного резервуара биофильтра

Встраивание биофильтра в технологическую схему

· Биофильтр встраивается в технологическую схему после узлов механической очистки и до оксигенации
· Проектировщику необходимо руководствоваться высотной схемой для встраивания биофильтра в технологическую схему
· Подача воды в биофильтр может быть организована как в самотечном режиме, так и насосами
· Потери уровня в каждой камере биофильтра 5-10 см - чем больше камер, тем больше потери уровня
· Если глубина воды в биофильтре больше 2 метров, то в системе УЗВ в обязательном порядке должна быть установлена система дегазации
· Сухой запас нужен как буфер для дополнительного объема воды на случай аварийной ситуации (засорения выхода из биофильтра или остановки системы УЗВ со сливом части объема воды рыбоводных бассейнов в биофильтр).
· Аварийный перелив должен присутствовать в каждой камере биофильтра и соединен с системой канализации.

Запуск биофильтра

Основные пути запуска биофильтра:
1) Запуск на искусственном стоке
В системе УЗВ вода искусственно подготавливается при помощи различных реагентов: нашатырный спирт, нитрит натрия, корм (опционально), сода.
2) Запуск на рыбе
Б иофильтр запускается естественным образом на загрязнениях, выделяемых рыбой в процессе жизнедеятельности, а также на тех бактериях, которые выделяет рыба.

Типичные ошибки при проектировании биофильтра:
· Слишком мелкий / слишком глубокий резервуар биофильтра
· Не обеспечен достаточный сухой запас для приема воды, сливающейся из рыбоводных бассейнов в случае остановки системы УЗВ
· Неверно рассчитана или не рассчитана площадь удерживающей сетки
· Неверно подобраны пропорции биофильтра (слишком узкий / слишком широкий)
· Биофильтр не разделен на камеры должным образом

Резюмируя вышесказанное, представим э ксплуатацию биофильтра в тезисах

· Наиболее эффективно бактерии-нитрификаторы работают в темноте. Рекомендуется обеспечить полумрак в зоне расположения биофильтра
· Биофильтр для эффективной работы нуждается в стабильности. Следует избегать резкого колебания температуры, рН воды, освещенности, кормовых нагрузок
· Прежде, чем использовать любой химикат, лекарство или антисептик для лечения или профилактики рыб, проверить, как это влияет на бактерий в биофильтре
· В случае использования водопроводной воды обеспечить эффективную и надежную очистку от хлора, вызывающего гибель бактерий биофильтра

Хотите открыть собственную акваферму?

Мы предоставляем все инструменты для успешного старта бизнеса:
- Технология выращивания рыбы с пошаговой инструкцией
- Пошаговая инструкция по подготовке помещения
- Готовая технология продаж рыбы
- Поставка посадочного материала
- Обслуживание установки
- Поставка кормов

Вентиляция биофильтров

F — масса органических загрязнений, поступающих в сутки на 1 м* площади поверхности загрузочного материала:

здесь 5 — поверхность загрузки.

Значение k_t вычисляется по формуле (4.156).

Если L_t находится в интервале от 7 до 11 мг/л, то его значение определяется по формуле L_r=10 из-о.оббл _и

Вентиляция биофильтров

Естественная вентиляция в биофильтрах происходит вследствие разницы температур наружного воздуха и тела биофильтра.

Основная масса воздуха поступает в тело биофильтра через междудонное пространство и сверху вместе с водой по мере ее движения в фильтре. Если температура сточных вод выше температуры воздуха, то устанавливается восходящий (от дренажа к поверхности) поток воздуха, при обратном соотношении — нисходящий; при равенстве температур вентиляция может совсем прекратиться. Интенсивность вентиляции биофильтров зависит также от высоты слоя фильтрующей загрузки, размеров ее зерен и высоты междудонного пространства. Чем мельче загрузка, тем хуже условия вентиляции.

Исследования, проведенные Н. А. Базякиной, показали, что объем кислорода воздуха, используемого в биофильтрах, как и в других сооружениях биологической очистки, не превышает 7—8%.

Необходимый расход воздуха, м 3 на 1 м 3 сточной воды, определяется по уравнению

Температура внутри биофильтра не должна быть ниже 6° С, иначе окислительный процесс практически прекращается.

В установках большой и средней пропускной способности необходимая температура поддерживается вследствие постоянного притока сточных вод, температура которых почти всегда выше 8° С. Поэтому такие фильтры обычно не требуют утепления. Небольшие фильтры, как уже отмечалось, приходится размещать в утепленных помещениях во избежание их переохлаждения, особенно в ночное время, когда приток сточной воды уменьшается.

Распределение сточных вод по биофильтрам

Надежная работа биофильтра может быть достигнута только при равномерном орошении водой его поверхности. Орошение производится распределительными устройствами, которые подразделяются на две основные группы: неподвижные и подвижные.

К неподвижным распределителям относятся дырчатые желоба или трубы и разбрызгиватели (спринклеры), к подвижным — качающиеся желоба, движущиеся наливные колеса и вращающиеся реактивные распределители (оросители).

В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили спринклерное орошение и орошение при помощи подвижных оросителей.

Спринклерное орошение. Спринклерная система состоит из дозирующего бака, разводящей сети и спринклеров.

Читайте также: