БИОФИЛЬТР

Биологический фильтр — сооружение для искусственной биологической очистки сточных вод. Первые биофильтры появились в Англии в 1893, а в России — в 1908. Примерно в середине XX в. интерес к биофильтрам резко понизился, т.к. было установлено, что аэротенки более производительны и легко управляемы, но их эксплуатация связана с большими энергозатратами. В 60—70-е гг. в связи с энергетическими проблемами и появлением пластмассовой загрузки биофильтры вновь получили широкое распространение. Биофильтр состоит из: фильтрующего загрузочного материала биофильтра, помещенного в резервуар круглой или прямоугольной в плане формы; водораспределительной системы биофильтра, обеспечивающей равномерное орошение поверхности загрузки биофильтра обрабатываемой сточной водой; дренажного устройства для удаления смеси обработанной сточной воды и отработавшей биопленки биофильтра; воздухоподающей системы, с помощью которой обеспечивается поступление внутрь биофильтра необходимого для окислительных процессов воздуха. Высота слоя загрузочного материала, размещаемого над дренажным устройством, составляет в зависимости от конструкции биофильтра 1—16 м, однако наиболее распространенной является высота слоя загрузки 2—4 м. Расстояние между дренажным устройством и днищем биофильтра не менее 0,6 м. С учетом климатических условий района строительства, пропускной способности очистных сооружений, режима притока сточных вод, их температуры и вида загрузочного материала, размещают в отапливаемых или неотапливаемых помещениях либо на открытом воздухе, что обосновывают технологическим расчетом.
Сточная вода фильтруется через загрузочный материал, поверхность которого покрыта биопленкой. Органические загрязнения сточных вод, находящиеся в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях, сорбируются на биопленке и служат источником питания, энергии и развития сообщества микроорганизмов. Отработавшая биопленка смывается протекающей водой и выносится из биофильтра. Последующее разделение вынесенной биопленки и обработанной сточной воды осуществляется в отстойниках. Кислород, необходимый микроорганизмам для нормального хода биохимических процессов окисления органических загрязнений сточных вод, поступает в толщу загрузки как естественным путем за счет разницы парциального давления кислорода и температуры в газовых фазах внутри загрузочного материала биофильтра и вне его, так и искусственно за счет вентиляции биофильтра. Температуpa внутри биофильтра должна быть не менее 6°С во избежание прекращения биохимических процессов окисления органических загрязнений сточных вод микроорганизмами биопленки. В биофильтрах большой пропускной способности необходимая температуpa поддерживается за счет круглосуточного притока сточных вод, температура которых практически всегда превышает 8—10°С. В этом случае утепления биофильтрам не требуется. Биофильтры малой пропускной способности (до 500—1000 м/сут) следует размещать в утепленных помещениях во избежание переохлаждения обрабатываемых сточных вод и биопленки или их замерзания, особенно в ночное время (зимой), когда приток воды уменьшается или прекращается. В зимнее время внутрь биофильтров может подаваться подогретый воздух.
Биофильтр, как и любой другой биоокислитель, представляет собой открытую экологичную систему, ограниченную в пространстве, включающую живую (биоценоз биопленки) и неживую (конструктивная часть биофильтра, компоненты движущихся жидкой и газовой фаз) среду, обеспеченную источниками энергии и питания. Экологическая система — биофильтр отличается устойчивым равновесием, т.е. способностью за счет саморегулирования возвращаться в исходное состояние по пропускной способности и эффективности работы после отклонений от стабильного режима в результате воздействия окружающей среды и условий функционирования. Многообразие видового состава биоценозов является показателем жизнестойкости системы. Эффективность и пропускная способность работы биофильтров зависят от многих факторов: влияния окружающей среды, состава сточных вод, режима эксплуатации, конструкции биофильтра, состава биоценозов биопленки и др.
Биофильтры, как правило, устанавливают после сооружений механической очистки. Они могут осуществлять полную и неполную биологическую очистку. Биофильтры классифицируют по различным признакам, основным из которых является конструктивная особенность загрузочного материала. По этому признаку биофильтры делят на биофильтры с объемной загрузкой и биофильтры с плоскостной загрузкой. По технологической схеме работы станций биофильтрации биофильтры могут устанавливаться в одну, две и более ступеней. При двухступенчатой биологической очистке в качестве первой ступени целесообразно применять биофильтры с плоскостной загрузкой, а в качестве второй — биофильтры с объемной загрузкой или аэротенк. На каждой ступени рекомендуется иметь не менее двух рабочих секций биофильтров. Расчет биофильтров производится с учетом таких факторов, как состав сточных вод и необходимая степень их очистки, конструктивные особенности сооружения и загрузочного материала, местные условия и др. При необходимости снижения концентрации органических загрязнений (по БПК) в сточных водах перед подачей их на биофильтр применяют рециркуляцию. Такой технологический прием заключается в смешивании сточных вод, прошедших стадии первичной механической и биологической очистки. Полученную смесь подают в водораспределительную систему биофильтра. Рециркуляционный расход или коэффециент рециркуляции определяют в зависимости от допустимых значений БПК смеси и сточных вод после первичной механической и биологической очистки. Рециркуляцию сточных вод применяют также на станциях биофильтрации при перерывах в поступлении сточных вод более 0,5—1 ч во избежание пересыхания биопленки и снижения эффективности работы биофильтра. В отечественной практике биофильтры применяют для очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод при пропускной способности очистных сооружений до 50 тысяч м/сут. В зарубежной практике имеются станции биофильтрации более высокой пропускной способности.