Капельный фильтр — это тип системы очистки сточных вод . Он состоит из фиксированного слоя камней , кокса , гравия , шлака , полиуретановой пены , сфагнового торфа , керамики или пластиковой среды, по которой сточные воды или другие сточные воды стекают вниз и вызывают рост слоя микробной слизи ( биопленки ), покрывающего слой среды. Аэробные условия поддерживаются за счет разбрызгивания, диффузии и либо принудительного потока воздуха через слой, либо естественной конвекции воздуха, если фильтрующая среда пористая. Очистка сточных вод или других сточных вод капельными фильтрами является одной из старейших и наиболее хорошо изученных технологий очистки.
Основными компонентами полной системы капельного фильтра являются:
Термины капельный фильтр, капельный биофильтр, биофильтр , биологический фильтр и биологический капельный фильтр часто используются для обозначения капельного фильтра. Эти системы также описываются как фильтры грубой очистки, прерывистые фильтры, фильтры с набивным слоем, альтернативные септические системы, фильтрующие фильтры, процессы прикрепленного роста и процессы с фиксированной пленкой.
.jpg/1280px-Collapsed_trickling_filter_at_the_WWTP_in_Norton_(6845984347).jpg)
Обычно отстоявшийся поток сточных вод поступает на высоком уровне и протекает через первичный отстойник. Надосадочная жидкость из резервуара поступает в дозирующее устройство, часто опрокидывающееся ведро, которое подает поток в плечи фильтра. Смыв воды протекает через плечи и выходит через ряд отверстий, направленных под углом вниз. Это приводит плечи в движение, равномерно распределяя жидкость по поверхности фильтрующего материала. Большинство из них открыты (в отличие от прилагаемой схемы) и свободно вентилируются в атмосферу.
Удаление загрязняющих веществ из потока сточных вод включает как абсорбцию , так и адсорбцию органических соединений и некоторых неорганических видов (таких как ионы нитрита и нитрата ) слоем микробной биопленки . Фильтрующий материал обычно выбирается так, чтобы обеспечить очень высокое отношение поверхности к объему. Типичные материалы часто являются пористыми и имеют значительную внутреннюю площадь поверхности, в дополнение к внешней поверхности материала. Прохождение сточных вод через материал обеспечивает растворенный кислород , который необходим слою биопленки для биохимического окисления органических соединений и выделяет углекислый газ, воду и другие окисленные конечные продукты. По мере того, как слой биопленки утолщается, он в конечном итоге отслаивается в поток жидкости и впоследствии становится частью вторичного ила. Обычно за капельным фильтром следует осветлитель или отстойник для разделения и удаления отслаивающейся пленки. Фильтры, использующие более плотные среды, такие как песок, пена и торфяной мох, не производят осадок, который необходимо удалять, но могут потребовать использования воздуходувок с принудительной подачей воздуха, обратной промывки и/или закрытой анаэробной среды. [ необходима ссылка ]
Биопленка, которая образуется в капельном фильтре, может достигать толщины в несколько миллиметров и обычно представляет собой желатиновую матрицу, которая может содержать множество видов бактерий , инфузорий и амебоидных простейших, кольчатых червей , круглых червей , личинок насекомых и другую микрофауну. (Если кольчатых червей много, фильтр можно считать вермифильтром . ) Это сильно отличается от многих других биопленок, толщина которых может быть менее 1 мм. Внутри биопленки могут существовать как аэробные, так и анаэробные зоны, поддерживающие как окислительные , так и восстановительные биологические процессы. В определенное время года, особенно весной, быстрый рост организмов в пленке может привести к тому, что пленка станет слишком толстой, и она может отслаиваться участками, что приведет к «весеннему шелушению». [1]
Типичный капельный фильтр имеет круглую форму и имеет диаметр от 10 до 20 метров и глубину от 2 до 3 метров. Круглая стена, часто кирпичная, содержит слой фильтрующего материала, который, в свою очередь, покоится на основании нижних дренажей. Эти нижние дренажи выполняют функцию как удаления жидкости, проходящей через фильтрующий материал, так и обеспечения свободного прохода воздуха через фильтрующий материал. В центре поверх фильтрующего материала установлен шпиндель, поддерживающий две или более горизонтальных перфорированных трубы, которые простираются до края материала. Перфорации на трубах предназначены для обеспечения равномерного потока жидкости по всей площади материала, а также расположены под углом так, что когда жидкость вытекает из труб, вся сборка вращается вокруг центрального шпинделя. [1] Отстоявшиеся сточные воды подаются в резервуар в центре шпинделя с помощью некоторого дозирующего механизма, часто опрокидывающегося ковшового устройства на небольших фильтрах.
Более крупные фильтры могут иметь прямоугольную форму, а распределительные рычаги могут приводиться в действие гидравлическими или электрическими системами. [1]
Отдельные капельные фильтры могут использоваться для очистки небольших сточных вод жилых септиков и очень небольших сельских систем очистки сточных вод. Более крупные централизованные очистные сооружения обычно используют много капельных фильтров параллельно.
Системы могут быть сконфигурированы для однопроходного использования, когда очищенная вода подается на капельный фильтр один раз перед утилизацией, или для многопроходного использования, когда часть очищенной воды возвращается обратно и повторно очищается через замкнутый контур . Многопроходные системы обеспечивают более высокое качество очистки и способствуют удалению уровней общего азота (TN), способствуя нитрификации в слое аэробной среды и денитрификации в анаэробном септике. Некоторые системы используют фильтры в двух рядах, работающих последовательно, так что сточные воды проходят два прохода через фильтр со стадией осаждения между двумя проходами. Каждые несколько дней фильтры переключаются, чтобы сбалансировать нагрузку. Этот метод очистки может улучшить нитрификацию и денитрификацию, поскольку большая часть углеродистого окислительного материала удаляется при первом проходе через фильтры.
Капельный фильтр может иметь различные типы фильтрующих материалов, используемых для поддержки биопленки. Типы материалов, которые чаще всего используются, включают кокс , пемзу , пластиковый матричный материал, полиуретановую пену с открытыми ячейками , клинкер, гравий, песок и геотекстиль . Идеальный фильтрующий материал оптимизирует площадь поверхности для прикрепления микробов, время удержания сточных вод, обеспечивает поток воздуха, устойчив к засорению, механически прочен в любую погоду, позволяя ходить по фильтру, и не разрушается. Некоторые бытовые системы требуют устройств принудительной аэрации, что увеличит расходы на обслуживание и эксплуатацию.
Синтетические фильтрующие материалы могут представлять значительный риск возгорания, как это было продемонстрировано в Крайстчерче , Новая Зеландия, в мае 2022 года, когда загорелись два больших капельных фильтра, заполненных пластиковыми фильтрующими тюками. Возникший запах оказал значительное влияние на многих жителей города, и это событие вывело из строя значительную часть мощностей по очистке сточных вод. [2]
Очистка промышленных сточных вод может включать специализированные капельные фильтры, которые используют пластиковую среду и высокие скорости потока. Сточные воды от различных промышленных процессов очищаются в капельных фильтрах. Такие промышленные капельные фильтры сточных вод состоят из двух типов:
Доступность недорогих пластиковых насадок для колонн привела к их использованию в качестве капельных фильтров в высоких башнях, некоторые из которых достигали высоты 20 метров. [6] Еще в 1960-х годах такие башни использовались на нефтеперерабатывающем заводе Pine Bend компании Great Northern Oil в Миннесоте , на нефтеперерабатывающем заводе Trafalgar компании Cities Service Oil в Оквилле, Онтарио , и на фабрике по производству крафт-бумаги. [7]
Очищенные сточные воды из промышленных капельных фильтров сточных вод обычно обрабатываются в осветлителе для удаления шлама, который отделяется от слоя микробной слизи, прикрепленного к фильтрующему материалу капельного фильтра, как и в других случаях применения капельных фильтров.
Некоторые из новейших технологий капельной фильтрации включают аэрируемые биофильтры из пластиковых материалов в сосудах с использованием воздуходувок для нагнетания воздуха на дно сосудов с нисходящим или восходящим потоком сточных вод. [8]