Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Biologické procesy

Skupina technologií

Biofilmové reaktory

Název procesu

Aerobní biofiltry

Popis technologie

Biologická oxidace především biologicky rozložitelných organických látek a redukovaných forem dusíku (N_amon ) prostřednictvím směsné kultury mikroorganismů (bakterie, houby, prvoci atd.) přítomných v biofilmové kultuře narostlé na povrchu nosiče. Oxidace N_amon probíhá v procesu nitrifikace, tj. biologická oxidace na dusičnany s dusitany jako meziproduktem. Oxidují se i další redukované polutanty. Např. sulfidy se oxidují na sírany.

Proces probíhá za přístupu vzduchu, typické koncentrace rozpuštěného kyslíku se pohybují mezi 0,5 a 2 mg/l. Vyšší koncentrace kyslíku (do 2 mg/l) je nutná, pokud je požadována účinná oxidace N_amon. Pokud je hlavním cílem odstranit N, biofiltry většinou nejsou vhodnou volbou.

Proces vyžaduje separační stupeň pro zachycení biomasy vzniklé odlupováním biofilmu, typicky usazovací nádrž.

Aktuálnost

stávající běžná

Vhodné pro srážkové vody

Ne

Typické reaktory a jejich uspořádání

Skrápěné kolony s rovnoměrnou distribucí přítoku na povrchu (většinou Segnerovo kolo). Kyslík je dodáván do dolní části kolony buď s použitím komínového efektu nebo dmychadly, částečně také vlivem rozstřikování na povrchu biofiltru.

Většinou se zařazuje recirkulace s recirkulační poměrem R = 0 - 2.

Nosič biofilmu je přírodní (štěrk) nebo umělý (sypané plastové segmenty, plastové tvárnice atd.).

Typické schéma

Cílené znečištění

Organické látky (ChSK_Cr, BSK₅)

N_amon 

Typické koncentrace cílového znečištění

ChSK_Cr: 100 - 1500 mg/l

BSK₅: do 1000 mg/l

N_amon: do 100 mg/l, možné i v g/l

Kritické parametry

Objemové zatížení:

BSK₅: 0,08 - 2,4 kg/m³/d (Při částečném odstranění až 3,5 kg/m³/d. Hodnoty nad 0,3 kg/m³/d lze dosáhnout jen s použitím dmychadel.)

N_amon: do 0,2 kg/m³/d

povrchové hydraulické zatížení: 1 - 100 m³/m²/d

Inhibiční vlivy

Obecně toxické látky, např. těžké kovy řádově v desetinách mg/l.

pH je potřeba udržovat v rozmezí 7,0 - 8,0

RAS  inhibují proces v koncentracích vyšších než cca 10 g/l.

Další relevantní parametry

Obecně rychlost biologických procesů se snižuje s teplotou. Teplota pod 12 °C je považována za nedostatečnou pro nitrifikaci, oxidace organických látek probíhá běžně do 5 °C.

Teplota nad 25 °C je problematická vzhledem k nízké rozpustnosti kyslíku ve vodě.

Pro růst bakterií aktivovaného kalu je vyžadováno 0,09 - 0,12 g N/g NL_zž  a 0,01 - 0,03 g P/g NL_zž . V aktivaci se dá očekávat v rámci inkorporace do biomasy odstranění cca 0,07 - 0,13 g N/g ChSK a 0,10 - 0,15 g P/g ChSK. Požadavky na nutrienty klesají s rostoucím stářím kalu.

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

BSK₅ do 20 - 30 mg/l

N_amon do 3 mg/l

Hygienizační funkce

Částečná - Patogenní organismy většinou v podmínkách aerobního biofiltru nepřežívají.

Investiční náklady

Hlavní je cena reaktorů a náplně kolon.

Prostorová náročnost

Typické hydraulické zatížení aerobních biofiltrů je 1 - 75 m³/m²/d.

Bezpečnostní rizika

Pokud se dodává methanol jako externí substrát, jde o manipulace s velmi nebezpečným jedem.

Energetická náročnost

Typicky 0,25 kWh/m³ vyčištěné vody (především čerpání).

Náročnost na obsluhu

Nízká

Provozní náklady

Nízké co do energie i osobních nákladů. Hlavním nákladem je čerpání vstupní vody.

Chemikálie

Hlavní externě dodávanou chemikálií je kyslík (cca 1 kg O₂/kg odstraněné ChSK a 4,6 kg O₂/kg zoxidovaného N_amon), většinou dodávaný dmychadly, ale může jít i o komínový tah.

Měření a regulace

Průtoky.

Plynné

Skleníkové plyny: CO₂ cca 0,5 kg/kg ChSK (vzhledem původu nezvyšuje uhlíkovou stopu), N₂O.

Kapalné

Pouze odtok

Pevné

Přebytečný aktivovaný kal: Typicky 0,45 kg NL₁₀₅/kg ChSK.

Koncentrace přebytečného kalu z dosazovací nádrže typicky cca 10 kg/m³ (NL₁₀₅).

Vyžadovaná předúprava

Odstranění hrubých nečistot: Hrubé a jemné česle, lapák písku.

Vyžadované dočištění

Pokud konfigurace filtru nezahrnuje denitrifikační zónu a je vyžadováno odstranění N-NO₃^-, je vždy nutná post-denitrifikace.

Typická průmyslová odvětví

Potravinářský průmysl Chemický průmysl Farmaceutický průmysl Městské odpadní vody Skládkové výluhy Papírenský průmysl

Tchobanoglous, G., et al. (2014). Wastewater engineering: treatment and resource recovery. New York, NY, McGraw-Hill Education.

Cheremisinoff, N. P. (2002). Handbook of water and wastewater treatment technologies. Boston, Butterworth-Heinemann.