Laseliniai biologiniai filtrai: efektyvi nuotekų ir oro valymo technologija
Valymo įrenginių saugi eksploatacija ir aplinkos apsauga yra neatsiejama šiuolaikinės visuomenės dalis. Nuotekose esantys teršalai turi būti efektyviai pašalinami, siekiant išvengti aplinkos taršos, kas yra ypač svarbu atsižvelgiant į griežtus aplinkosauginius reikalavimus. Biocheminio valymo įrenginių tipas parenkamas atsižvelgiant į daugelį veiksnių: klimatines ir vietines sąlygas, valomo nutekamojo vandens užterštumo laipsnį ir reikiamą išvalymo efektyvumą. Vienas iš tokių efektyvių sprendimų yra laseliniai biologiniai filtrai, kurie plačiai naudojami tiek nuotekoms, tiek orui valyti.
Biologinis nuotekų valymas: mikroorganizmų vaidmuo
Nuotekose esančių organinių teršalų oksidacija aerotankuose vyksta dėl mikroorganizmų, sudarančių veikliąjį dumblą, gyvybinės veiklos. Šių mikroorganizmų gyvybinei veiklai palaikyti, nuotekų ir veikliojo dumblo mišinys aerotankuose turi būti nuolat aeruojamas. Intensyviai apkrautuose biologiniuose filtruose valomas nutekamasis vanduo papildomai praskiedžiamas. Visoje sistemoje įvedami specialiai adaptuoti mikroorganizmai, kurie efektyviai naikina tokius teršalus kaip naftos produktai ir plovimo priemonės. Sistemoje vyksta įvairūs procesai, tokie kaip sedimentacinis atskyrimas, biologinis valymas, flotacija ir filtravimas.
Panaudoti teršalai, tokie kaip tepalai ir naftos produktai, dažnai patenka į kanalizaciją. Specializuotose plovyklų sistemose šie teršalai surenkami į specialias talpas, kur vanduo apdorojamas biologiniu būdu. Tai atliekama prileidžiant bakterijų, kurios minta naftos produktais ir dauginasi, taip efektyviai valydamos vandenį. Kuo didesnis teršalų kiekis, tuo geresnė terpė bakterijoms daugintis ir valyti vandenį. Vandens nuotekų perteklius į aplinką patenka tik tinkamai išvalytas, o naujosios valymo sistemos dažnai būna aprobuotos aplinkosaugininkų. Tokios sistemos yra skirtos degalinių, automobilių plovyklų, servisų, stovėjimo aikštelių ir kitų objektų aptarnavimui, efektyviai šalinant tepalus bei naftos produktus iš paviršinių lietaus bei gamybinių nutekamųjų vandenų.
Paprasčiausias būdas naftos produktų fazei atskirti nuo vandens yra sedimentacija, nes naftos produktų lyginamasis svoris yra mažesnis nei vandens, todėl jie išplaukia į paviršių. Skirtuvai ištuštinami, kai atskirtų naftos produktų kiekis pasiekia 4/5 maksimalios jų sukaupimo talpos. Koalescencinių paketų išvalymui skirtuvuose būtina juos visiškai ištuštinti, nusiurbiant pirmiausia iškilusį naftos produktų sluoksnį, o tik po to - vandenį. Paketų išvalymą geriausiai atlikti vandens srove virš purvo nusodintuvo arba specialios vonios. Woolspill absorbcinės medžiagos filtras valomas išcentriniu būdu ar išspaudžiant ne rečiau kaip kartą per 6 mėnesius.
Riebalų separatoriai, skirti gyvulinės ir augalinės kilmės riebalų, taukų ir aliejų atskyrimui iš nuotekų gravitacijos būdu, netinka naftos produktų valymui ar nuotekoms, kuriose riebalai arba aliejai yra emulsinėje formoje. Jie dažniausiai naudojami restoranuose, kavinėse, valgyklose ir kitose maisto pramonės įmonėse. Riebalų gaudyklę sudaro cilindrinė vertikali polipropileno talpa, kurią lengva transportuoti ir montuoti. Į ją gali būti sumontuotas automatinis signalizacijos blokas su davikliu, kuris informuoja apie susikaupusių riebalų kiekį. Įrenginio viduje nėra judančių dalių, todėl jį paprasta sumontuoti ir eksploatuoti.
Siekiant užtikrinti visišką aplinkos apsaugą nuo avarinio kenksmingų skysčių išsiliejimo, gaminamos dviejų visiškai hermetiškų talpų sistemos. Vidinėje talpoje laikomas cheminis skystis, o išorinė talpa apsaugo nuo patekimo į aplinką. Šios talpos yra lengvai transportuojamos ir gali atlikti mobilių kaupyklų funkcijas.
Biotechnologija ir aplinkosauga
Didėjant suvartojamo vandens ir nuotekų išleidimo kaštams, atsiranda poreikis kokybiškesniam nuotekų išvalymui, saugesniam eksploatavimui ir uždarų vandens ciklų kūrimui įmonių viduje. Tam būtini efektyvūs, racionalūs ir subalansuoti technologiniai procesai. Remiantis pasauline patirtimi, pramoninio vandens naudojimo mažinimas ir atliekų tvarkymas visuose pramonės sektoriuose tampa pagrindiniu įrankiu, valdant vandens išteklius ir plėtojant aplinkos apsaugos inžineriją. Nuotekų panaudojimas - tai unikali galimybė tausoti įprastus vandens išteklius ir svarbus jų valdymo procesas. Tinkama vadyba pramonėje padeda sukurti reciklą ir uždarus vandens ciklus, tačiau dažnai tam reikia papildomų investicijų ir specialių žinių. Norint efektyviai ir saugiai naudoti vandens išteklius, reikia sukurti integruotą vandens ir nuotekų valdymo sistemą.
Biotechnologija, kaip gamtos mokslų ir inžinerijos sintezė, organizmų, ląstelių, jų dalių bei molekulių panaudojimą naujų produktų ir paslaugų gavyboje, turi didelę reikšmę aplinkos apsaugai. Aplinkos biotechnologija taiko tuos pačius principus aplinkos apsaugai ir kokybei užtikrinti. Nors šiuolaikinė biotechnologija yra naujas terminas, jos principai egzistavo seniai - komunaliniai nuotekų valymo įrenginiai bei oro filtrai pradėti naudoti dar amžių sandūroje. Nors tuomet apie biologinius jų veikimo principus buvo mažai žinoma, prietaisų efektyvumas ir nauda buvo akivaizdūs. Šiuo metu biologinio oro valymo įrenginiai plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose.
Pagrindiniai biologinio oro valymo principai paremti bakterijų, mielių bei grybų biologiniu skaidymu. Tokiam oro valymui gali būti naudojamos natūralios (gamtiniai ceolitai, kompostas, dirva, samanos, medienos skiedros, pušų žievės ir kt.) bei dirbtinės kilmės (PVC rutuliukai, poliuretano kubeliai, drobulė, keraminiai kubeliai, granuliuotas stiklas ir kt.) įkrovos. Svarbiausios fizinės savybės, kurias turi turėti įkrova, yra didelis paviršiaus plotas, poringa struktūra ir geros drėgmės sorbcijos savybės.
Laseliniai biofiltrai: veikimo principai ir klasifikacija
Biologiniai oro valymo įrenginiai skirstomi į keturias pagrindines klases: membraninius bioreaktorius, lašelinius biofiltrus, biofiltrus ir bioskruberius. Biofiltro įkrovoje esantys mikroorganizmai oksiduoja per bioįkrovą, ant kurios užauga arba užveisiamos mikroorganizmų populiacijos, sudarydamos aktyvią bioplėvelę, kuri praleidžia nedidelius organinių dujinių teršalų kiekius. Membraniniai bioreaktoriai naudojami didelės koncentracijos (5,0-10 g/m3) teršalams šalinti, kartais pasiekiamas net 74 proc. oro išvalymo efektyvumas. Lašeliniai biofiltrai, kuriuose neorganinės kilmės įkrova drėkinama užpurškiant ant jos aktyvintus vandens lašelius, naudojami dar didesnės koncentracijos (daugiau nei 2000 mg/m3) teršalams iš oro valyti. Bioskruberių našumas, kaip ir jų eksploatacijos sąnaudos, yra didesnis už biofiltrų, o jų valymo efektyvumas kai kuriais atvejais siekia net iki 99 proc.
Biologinis oro valymo būdas yra ne tik efektyvus ir nepavojingas aplinkai, bet ir pigesnis nei terminis, mechaninis ar cheminis. Valant orą biologiniais būdais nenaudojamos kenksmingos cheminės medžiagos, todėl nesusidaro pavojingų atliekų, teršiančių atmosferą. Teršalai suskaidomi iki ekologiškai neutralių junginių.
Uždara recirkuliacinė sistema (URS) akvakultūroje
Mūsų sąlygomis užauginti paklausias žuvis, pavyzdžiui, afrikinius šamus, įmanoma tik uždarosiose recirkuliacinėse sistemose (URS). URS leidžia sukurti optimalias sąlygas greitai augančioms žuvims, nes nepriklausomai nuo gamtos sąlygų galima palaikyti atitinkamą vandens temperatūrą, būtiną tam tikrai žuvų rūšiai. Tokioje sistemoje lengva kontroliuoti vandens fizinius bei cheminius parametrus ir prireikus juos koreguoti, kad jie atitiktų būtinas žuvų auginimo normas. URS taupo vandenį ir gali būti įrengta ten, kur vandens ištekliai riboti. Ji taupo ir vietą - keliasdešimt tonų žuvų per metus galima užauginti santykinai nedidelėse patalpose, dažnai buvusiose fermose ar kituose nenaudojamuose pastatuose.
URS valdymas yra visiškai mechanizuotas ir automatizuotas. Vandens cirkuliaciją užtikrina siurbliai, o vandenį mechaniškai ir biologiškai valo specialūs filtrai. Oksimetru sekamas vandens prisotinimas ištirpusiu deguonimi. URS leidžia pasiekti aukštą produktyvumą - URS baseino 1 m³ galima užauginti kelis šimtus kilogramų žuvies.
Kadangi dėl didelės auginamų žuvų koncentracijos vanduo greitai užteršiamas, sistemoje veikia efektyvūs vandens valymo įrenginiai - mechaninis ir biologinis filtrai, kurie užtikrina nuolatinį URS vandens valymą. Mechaninis filtravimas pašalina kietąsias daleles iš išmatų ir nesuėsto pašaro, taip apsaugodamas vamzdyną ir įrangą nuo užsiteršimo bei taupydamas vandenyje ištirpusį deguonį. Mechaninio vandens filtravimo sistemos apima būgninio, ekraninio filtravimo, putų frakcionavimo, nusistojimo talpų, smėlio filtrų ir kt. tipus.
Kaip veikia recirkuliacinė akvakultūros sistema (RAS)?
Biologinis filtras URS: amoniako ir nitratų skaidymas
Biologinis filtras naudojamas amoniako, kuris yra galutinis žuvų baltymų apykaitos produktas, suskaidymui į mažiau toksiškas medžiagas. Amoniakas sudaro 60-80 proc. visų azotinių junginių, kuriuos žuvys nuolat išskiria. Biologiniame vandens valymo procese dalyvauja mikroorganizmai (aktyvusis dumblas), pritvirtinti prie specialaus substrato (filtro užtaiso) sienelių arba laisvai plūduriuojantys vandenyje. Heterotrofai oksiduoja organinius, azoto turinčius komponentus, perdirbdami juos į paprastus neorganinius junginius - vandenį, anglies dvideginį ir amoniaką. Šis procesas vadinamas „amonifikacija" (mineralizacija).
Po to, kai organiniai junginiai tampa neorganiniais, biologinis valymas pereina į kitą stadiją - „nitrifikaciją". Nitrifikacija vyksta autotrofinių bakterijų dėka, kurioms nereikia organinių junginių. Dažniausiai naudojamos Nitrosomonas ir Nitrobacter rūšių bakterijos. Nitrosomonas naudoja amoniako oksidavimą iki nitritų energijai gauti, o Nitrobacter - nitritų oksidavimą iki nitratų. Nitrifikacijos procesas naudojamas neorganinio azoto oksidacijai. Tuo pat metu vyksta ir denitrifikacija, kai azotas iš nitratų pereina į dujinę būseną, o pagrindinės denitrifikacijos proceso bakterijos yra Pseudomonas, Achromobakter ir kitos.
Pats biologinis filtras yra talpykla, užpildyta įvairios kilmės užpildu, ant kurio paviršiaus įsikuria bakterijų plėvelė. Svarbiausia biofiltro charakteristika yra užpildo paviršiaus plotas. Ankstesniuose biofiltruose naudoti apimtį užimantys užpildai (žvyras, keramzitas, moliuskų geldelės), kurių bendras paviršiaus plotas buvo 20-100 kv. m. Vėliau pradėta naudoti plėvelinis ir kasetinis užpildas (100-150 kv. m). Dabar populiarėja filtrai, užpildomi specialiu plastikiniu užpildu (koriniu, smulkiagrūdžiu, biokamuoliukais) su skirtingu paviršiaus plotu (350-1 750 kv. m.), ir filtrai, užpildomi regeneruojamu smėliu (3 000-4 000 kv. m.). Padidinus biologinių filtrų užpildo plotą, atsirado galimybė sumažinti pačių biofiltrų talpyklas.
Užpildomi (panardinami) filtrai, kurių visa užpildomoji medžiaga yra žemiau vandens lygio, dažniausiai eksploatuojami su smulkiagrūdžiu regeneruojamu užpildu (polimerinės granulės, smėlis) arba plastikiniais elementais su nelygiu paviršiumi. Jie nereikalauja didelio vandens srauto, leidžia naudoti mažiau energijos reikalaujančius siurblius ir gali dirbti plačiame hidraulinių krūvių diapazone.
Lašeliniuose filtruose užpildo sluoksnis būna aukščiau vandens lygio filtro talpoje. Biologinis valymas vyksta ploname vandens sluoksnyje, tekančiame per užpildą, o tai leidžia palaikyti optimalų deguonies režimą ir padidinti mikroorganizmų bioplėvelės aktyvumą. Dažniausiai tokiuose filtruose naudojami plastikiniai koriniai elementai, specialios plastikinės kasetės. Lašeliniai biofiltrai turi didelę oksidacinę galią, jų konstrukcija paprasta, tačiau jiems reikia galingesnių vandens siurblių. Kartais užpildomas (panardinamasis) ir lašelinis filtrai sujungiami viename korpuse, sudarant kombinuotuosius filtrus. Besisukantys filtrai periodiškai maišo vandenį ir orą, gerindami deguonies režimą ir didindami filtrų produktyvumą.
Biofiltrų darbo efektyvumas priklauso nuo daugelio veiksnių: temperatūros, pH, ištirpusio vandenyje deguonies koncentracijos, vandens išlaikymo laiko, druskingumo, tiekiamo vandens užterštumo ir kt. Biofiltro bakterijų veiklą neigiamai veikia gliukozė, peptonas, kai kurios aminorūgštys, šlapalas, sunkiaisiais metalai, antibiotikai ir kiti vaistiniai preparatai. Kadangi žuvų auginimo URS procese vandenyje kaupiasi galutinis nitrifikacijos produktas - nitratai, kiekvieną parą URS reikia papildyti iki 10 proc. vandens. Po mechaninio ir biologinio valymo vanduo pašildomas, praturtinamas deguonimi ir grąžinamas į žuvų laikymo baseinus.
Vandens kokybės kontrolė URS
Gamybiniai baseinai būna įvairaus dydžio ir formų, dažniausiai naudojami apvalūs 5 000-10 000 litrų plastiko ar stiklo pluošto rezervuarai. Populiariausi glotnūs, apvalūs baseinai su kūgine apačia, padedančia gerai išvalyti nusėdusias kietąsias daleles. Jei žuvys laikomos pastato viduje, joms turi būti sudarytos maksimaliai gamtinėms sąlygos, todėl būtinas dirbtinis apšvietimas, sukuriantis dienos/nakties režimo įspūdį, stimuliuojantis optimalią mitybą, elgesį ir užtikrinantis normalų augimą. Skirtingos žuvų rūšys reikalauja skirtingos temperatūros vandens optimaliam augimui, todėl vandeniui šildyti (šaldyti) naudojami įvairūs įrenginiai. Labai svarbu gerai izoliuoti pastatą nuo aplinkos triukšmo ir užtikrinti tinkamą ventiliaciją.
Labai svarbu, kad URS būtų palaikomas tinkamas vandens kokybės lygis. Vanduo perneša deguonį žuvims bei šalina atliekas - išmatas, amoniaką, anglies dvideginį ir nesunaudotą maistą. Šios atliekos pašalinamos iš URS arba paverčiamos mažiau žalingomis. Vandens kokybė yra svarbiausias veiksnys žuvims ir nitrifikuojančioms bakterijoms išgyventi, todėl ji turi būti kontroliuojama nuolat.
Ištirpęs deguonis yra vienas svarbiausių vandens kokybės rodiklių. Jo kiekis priklauso nuo vandens temperatūros, laikomų žuvų kiekio, šėrimo intensyvumo, vandens aeravimo sistemos ir įdiegtos URS. Ištirpusio deguonies koncentracija turi būti ne mažesnė kaip 60 proc. Deguonies kiekis svarbus ir biofiltrų bakterijoms - jų veikla tampa neefektyvi, kai deguonies kiekis yra žemas. Deguonies kiekio mažėjimui įtakos gali turėti daugelis priežasčių, tarp jų - didelė laikomų žuvų masė arba kiekis, organinių medžiagų skilimas. Sumažėjusio ištirpusio deguonies kiekio požymis gali būti tai, kad žuvys pradeda kilti į paviršių ir ryja orą. Reikalingas deguonies kiekis palaikomas naudojant aeravimo prietaisus.
Vandenilio jonų koncentraciją vandenyje parodo pH skalė (nuo 0 iki 14), kur pH 7 yra neutrali koncentracija. UR sistemose pH dažniausiai mažėja (vanduo rūgštėja) dėl anglies dvideginio, patenkančio į vandenį žuvims kvėpuojant, bei bakterijų veiklos biofiltruose. Anglies dvideginis, jungdamasis su vandeniu, sudaro angliarūgštę, kuri mažina pH. Per mažas pH neigiamai veikia žuvis - jos patiria stresą, yra jautresnės ligoms, mažėja jų priesvoris. Reikiamas pH lygis gali būti palaikomas panaudojant buferinius agentus (natrio bikarbonatą, kalcio karbonatą) bei labiau aeruojant vandenį, kad būtų pašalintas anglies dvideginio perteklius. Anglies dvideginį vandenyje gamina kvėpuodamos žuvys ir bakterijos. Jeigu jo koncentracija viršija leistiną normą, žuvims gali kilti respiratorinių problemų ir sumažėti deguonies įsisavinimas. Anglies dvideginis gali kauptis recirkuliacinėje sistemoje, jei jis nėra pašalinamas.
URS auginamas žuvis būtina rūšiuoti, atskiriant greičiau augančias nuo lėčiau augančių, kad būtų išvengta kanibalizmo. Būdamos lervos stadijoje, žuvys maitinasi zooplanktonu ir yra pratinamos prie sausų kombinuotojo pašaro granulių. Šėrimo dažnis yra labai svarbus, nes nesuėsti pašarai, irdami, naudoja vandenyje ištirpusį deguonį. Maitinimo dažnis ir pašarų tipas priklauso nuo auginamų žuvų rūšies.
tags: #laseliniai #biologiniai #filtrai
