Biologische Filter: Typen, Belastungen und Funktionsweise

Biologische Filter

Arten und Eigenschaften biologischer Filter

Biologische Filter sind eine künstliche biologische Behandlungsmethode, die auf der Grundlage von intermittierenden Sandfiltern und Kontaktfiltern entwickelt wurde. In einem biologischen Filter wird das Abwasser durch einen Verteiler gleichmäßig über die Filteroberfläche verteilt, während der Filter mit Filtermedium gefüllt ist. Das Abwasser fließt durch die Hohlräume im Filtermedium nach unten zum Boden des Tanks. Während das Abwasser den Filter passiert, werden Schwebstoffe vom Filtermedium zurückgehalten, während kolloidale und gelöste Stoffe an seiner Oberfläche adsorbiert werden. Die organischen Stoffe im Abwasser fördern ein schnelles mikrobielles Wachstum, und diese Mikroorganismen adsorbieren weitere Schwebstoffe, kolloidale oder gelöste Stoffe, wodurch allmählich ein Biofilm entsteht. Sobald der Biofilm ausgereift ist, verstoffwechseln die darin lebenden Mikroorganismen organische Schadstoffe im Abwasser als Nährstoffe und erleichtern so die Adsorption und Oxidation. Auf diese Weise wird das Abwasser beim Durchgang durch den biologischen Filter gereinigt.

Zu den gängigen biologischen Filtertypen gehören konventionelle Biofilter, Hochleistungs-Biofilter und Turm-Biofilter. Tabelle 1-1 listet die grundlegenden Parameter dieser drei Typen auf.

Beladungsraten biologischer Filter

Die Beladungsraten biologischer Filter werden kategorisiert in organische BelastungUnd hydraulische Belastung.

• Hydraulische Belastung: Bezieht sich auf die tägliche Abwassermenge, die pro Volumeneinheit des Mediums oder pro Oberflächeneinheit des Filters behandelt werden kann, während die Abwasserqualität gewährleistet bleibt. Ersteres wird genannt hydraulische Volumenbelastung, mit Einheiten von m³/(m³·d), während letzteres genannt wird hydraulische Flächenbelastung, mit Einheiten von m³/(m²·d)oder m/d (auch bezeichnet als Filtrationsrate). Wenn ein Umwälzsystem verwendet wird, muss die Berechnung der hydraulischen Belastung den Umwälzstrom berücksichtigen.

• Organische Belastung: Bezieht sich auf die Menge an organischer Substanz, die pro Volumeneinheit Filtermedium pro Tag eindringt oder entfernt wird, auch bekannt als organische Volumenbelastung, mit Einheiten von kg BSB₅/(m³·d). Letzterer stellt die Oxidationskapazität des Biofilters dar, während ersterer die Entfernungseffizienz angeben muss, um die Leistung des Filters wirklich widerzuspiegeln. Im Wesentlichen spiegelt die organische Beladungsrate die Behandlungskapazität des biologischen Filters wider.

Bei herkömmlichen Biofiltern, die häusliches Abwasser oder kommunales Abwasser, das hauptsächlich aus häuslichem Abwasser besteht, behandeln, liegt die typische hydraulische Belastung zwischen 1–3 m³/(m²·d)und die BSB-Volumenbelastung beträgt im Allgemeinen 0,15–0,30 kg BSB₅/(m³·d).

Eigenschaften biologischer Filter

Der größte Vorteil biologischer Filter ist ihre einfache Konstruktion, einfache Bedienung, und die Fähigkeit, Stoßbelastungen durch giftige oder organische Abwässer standzuhalten. Dies liegt daran, dass die hydraulische Verweilzeit (HRT) in Biofiltern relativ kurz ist. Selbst wenn Oberflächenmikroorganismen abgetötet und abgestoßen werden, wird eine neue Schicht unberührter Biomasse freigelegt. Hält die Stoßbelastung durch giftiges Abwasser oder organische Stoffe jedoch über einen längeren Zeitraum an oder sammeln sich giftige Substanzen im Biofilm an, wird die Reinigungsleistung des Biofilters stark beeinträchtigt.

Da Mikroorganismen an der festen Oberfläche des Filtermediums haften, kann sich die Biomasse im Reaktor nicht dynamisch an Umweltveränderungen anpassen. Daher gibt es keine wirksame Methode zur Kontrolle der Abwasserqualität. Folglich:

• Steigt die Konzentration oder Durchflussrate des Zulaufs (d. h. die organische oder hydraulische Belastung steigt), verschlechtert sich die Qualität des Abwassers.

• Wenn die Zulauftemperatur oder die Umgebungstemperatur sinkt, nimmt auch die Substratabtragsrate ab.

Diese feste Filmnatur begrenzt die betriebliche Flexibilität, gewährleistet jedoch Stabilität bei moderaten Schwankungen.