(I) Filtrele biologice - o optiune pentru tratarea biologică a apelor uzate

FILTRELE BIOLOGICE – O OPŢIUNE PENTRU TRATAREA BIOLOGICĂA APELOR UZATE

(I)

dr.ing. Victor-Viorel SaftaUniversitatea Politehnica din Bucureşti

Summary: In the paper, there are presented the construction and working process of typical categories of trickling filters. Also there are presented modern solutions of solutions developed in Europe and in the world.

Filtrele biologice (biofiltrele) sunt obiecte tehnologice ale staţiilor de epurare în care impurităţile organice din apele uzate sunt eliminate de către o cultură de microorganisme aerobe care se găseşte sub formă de peliculă biologică fixată pe suprafaţa unui material granular de umplutură inert din punct de vedere biologic.

Pe scurt, procesul de epurare biologică într-un biofiltru are loc astfel: apa uzată cu conţinut de impurităţi organice este introdusă pe la partea superioară a biofiltrului, străbate materialul granular la suprafaţa căruia se dezvoltă pelicula biologică şi părăseşte instalaţia pe la partea inferioară. Ca urmare a activităţii microorganismelor, pelicula biologică se îngroaşe şi la anumite intervale de timp se desprinde de pe umplutura (fenomen de năpârlire) şi este antrenată de către efluent. Bucăţile desprinse de peliculă biologică se îndepărtează din efluent în cadrul unui decantor secundar cu care filtrul biologic lucreză în agregat. De menţionat că rolul principal în procesul de epurare îl au bacteriile aerobe, dar pe mai lângă acestea, în filtrele biologice mai trăiesc şi număr mare de alte microorganisme şi organisme cum ar fi: protozoare, viermi, crustacee, larve de insecte, etc. În general o singură parcurgere a materialului de umplutură nu este suficientă pentru obţinerea unei eficienţe corespunzătoare de epurare a efluentului şi din această cauză în cele mai multe cazuri efluentul se recirculă după decantare.

Schema de principiu a unei instalaţii de epurare cu biofiltru este prezentată în figura 1.

Fig. 1 Schema de principiu a unei instalaţii de epurare bilogică cu biofiltru

Constructiv filtrele biologice sunt ansambluri de construcţii supraterane şi instalaţii compuse, în principiu, din următoarele subansambluri principale (vezi figura 2):

Fig. 2 Schema de principiu a unui biofiltru

Pereţii laterali ai fitrului biologic se construiesc în general din beton armat şi au grosimi de 0,2 -0,3 m. Forma în plan transversal orizontal a filtrelor biologice (vezi figura 3) poate fi dreptunghiulară sau circulară (la început biofiltrele au avut mai ales formă dreptunghiulară, dar în prezent majoritatea biofiltrelor au formă circulară).

Fig. 3 Forma biofiltrelor

Radierul drenant este elementul de susţinere a materialului drenant de umplutură şi este executat de regulă din semifabricate (de exemplu: plăci din beton cu dimensiuni de 1m × 0,5m ×0,08m dispuse astfel încât să formeze între ele fante de 0,03m) aşezate pe grinzi de susţinere fixate pe radierul compact.

Radierul compact se execută din beton sau beton armat şi este asezat pe o fundaţie de nisip şi pietriş. Radierul compact este construit cu o pantă de 1 - 5% pentru a dirija scurgerea efluentului într-o rigolă periferică.

Materialul granular de umplutură trebuie îndeplinească o serie de condiţii şi anume: să aibă rezistenţă mecanică, să reziste la variaţiile de temperatură şi de compoziţie ale apelor uzate, să aibă o suprafaţă cât mai poroasă şi cât mai rugoasă pentru a oferi peliculei biologice suprafeţe de contact cât mai mari, să nu conţină substanţe inhibitoare pentru procesul de epurare biologică, să aibă o constituţie uniformă şi să nu conţină părţi fine care ar putea duce la colmatare şi să fie curat. Iniţial s-au utilizat materiale de umplutură cum ar fi: zgura provenită de la cazane, cocsul, roca spartă de diferite origini, cărămida, pietriş, materiale ceramice, etc (vezi figura 4). Dimensiunile ale particulelor constitutive ale umpluturii sunt în gama 30 – 100 mm, uzual 30 – 60 mm.

Fig. 4 Biofiltre cu materiale de umplutură clasice

În prezent au fost concepute si se utilizează pe o scară din ce în ce mai largă materiale de umplutură din mase plastice cu diferite forme şi structuri care oferă peliculei biologice suprafeţe de contact şi condiţii de dezvoltare mult superioare materialelor de umplutură clasice. În figura 5 este prezentat un filtru bilogic cu umplutură din material plastic, iar în figura 6 sunt prezentate diferite tipuri de materiale de umplutură din mase plastice cu diverse forme şi structuri.

Fig. 5 Biofiltru cu umplutură din material plastic

Fig. 6 Diferite tipuri de umpluturi din material plastic

Înălţimea uzuală stratului granular de umplutură variază între 1 – 4 m depinzând de mulţi factori cum ar fi: concentraţia impurităţilor organice în influentul de apă uzată, tratabilitatea biologigă a apei uzate, dimensiunile granulelor materialului de umplutură, modul de aerare a biofiltrului, gradul de epurare urmărit, etc. În general la biofiltrele obişnuite înălţimea stratului granular este de cca. 1,8 – 2 m.

Sistemul de distribuţie a influentului pe suprafaţa filtrului biologic are rolul de a repartiza cât mai uniform influentul de apă uzată pe suprafaţa materialului de umplutură. La modul cel mai general, distribuţia apei uzate în biofiltru se poate face continuu sau intermitent. În ambele cazuri pentru distribuţia apei sunt necesare distribuitoare, iar în cazul distribuţiei intermitente, pe lângă distribuitoare mai sunt necesare şi rezervoare de dozare. Distribuitoarele pot fi fixe sau mobile, iar la rândul lor cele mobile pot fi rotative (utilizate în cazul filtrelor biologice cu secţiune circulară) sau de translaţie, de regulă cu mişcare „du-te vino” (utilizate în cazul filtrelor biologice cu secţiune dreptunghiulară). Constructiv distribuitoarele pot fi sub forma unor conducte sau jgheaburi cu orificii sau de cunducte cu diuze (sprinklere). În figura 7 este prezentat un sistem de distrbuţie fix iar în figura 8 este prezentat un sistem de distribuţie rotativ.

Fig. 7 Sistem de distribuţie fix

Fig. 8 Sistem de distribuţie rotativ

Conductele cu diuze se poziţionează la o distanţă de 0,3 – 0,75 m de suprafaţa materialului de umplutură, iar în cazul în care se utilizează material granular de umplutură clasic, pentru o uniformitate superioară de distribuţie a influentului la suprafaţa umpluturii se formează un strat de repartiţie de cca. 0,2 m grosime din granule cu dimensiuni de 20-30 mm.

Aerarea în filtrele biologice este absolut necesară deoarece procesul de epurare este aerob. Aerul se introduce prin ventilaţie naturală sau artificială. Ventilaţia naturală se obţine ca urmare a diferenţei de temperatură dintre aerul din interiorul , respectiv exteriorul biofiltrului. Circulaţia aerului din biofiltru este în funcţie de climă şi anume: iarna, aerul din interiorul biofiltrului este de regulă mai cald decât cel din afara acestuia, şi se ridică favorizând admisia aerului proaspăt pe la partea inferioară a biofiltrului, deci o circulaţie a aerului de jos în sus; vara, aerul din interiorul biofiltrului este mai rece decât cel din afara, deci coboară şi paraseşte biofiltrul pe la partea inferioară, favorizând admisia aerului proaspăt pe la partea superioară a biofiltrului, deci o circulaţie a aerului de sus în jos; de multe ori, în anumite perioade, circulaţia aerului se inversează de câteva ori pe zi, deoarece temperatura aerului din interiorul biofiltrului este egală cu cea a apei care este relativ constantă pe când temperatura din exteriorul biofiltrului poate avea mari fluctuaţii; de asemenea se poate întâmpla ca în anumite condiţii circulaţia aerului din biofiltru chiar să stagneze, situaţie deloc favorabilă. Pentru a permite circulaţia aerului prin biofiltru, în zona inferioară a acestuia între radierul drenant şi cel compact sunt prevăzute deschideri pe unde să treacă curentul de aer (normele americane prevăd ca suprafaţa deschiderilor dintre radierele biofiltrului să reprezinte cca. 15% din suprafaţa transversală orizontală a acestuia). În anumite cazuri se practică ventilaţia artificială caz în care biofiltrele poartă numele de aerofiltre (vezi figura 9).

Fig. 8 Aerofiltru

(va continua)