Biofilters
Een biofilter scheidt ongewilde stoffen volgens een natuurlijk proces. Een Biofilter maakt gebruik van biologisch actief materiaal, de biomassa. De biomassa is in de meeste gevallen opgebouwd uit een mengsel van bijvoorbeeld compost, heide, kokos vezels en wortel hout. De poriën van de biomassa waarin de micro organismen zich bevinden zijn gevuld met water, gedeeltelijk vrij en gedeeltelijk vast op het oppervlak van het vaste materiaal. Tijdens de doorgang van de vervuilde lucht door het filter gaan de vervuilende stoffen over van de gasfase naar de vloeistof fase. Vervolgens breken de micro organismen deze verbindingen af. Voor deze omzetting hebben deze micro organismen behoefte aan fosfaat, natrium en calcium.
Inhoud |
Geschiedenis
Op sommige plaatsen waar men landbouwgronden met afvalwater bemestte, maakte men gebruik van meren, sloten en kuilen als voorbehandeling. De zwaardere deeltjes in het afvalwater bezonken hierin, waardoor de vuilvracht werd verlaagd. Deze techniek werd vermoedelijk voor het eerst in 1829 toegepast in Edinburgh. In 1895 werd de septische tank uitgevonden door Donald Cameron en F.J. Cummins. Omdat er steeds minder landbouwareaal beschikbaar was, en er dus minder te bemesten akkergrond was, ontstond het idee dat waterzuivering efficiënter kon verlopen als gebruikgemaakt werd van organismen. Diverse onderzoekers bestudeerden aan het eind van de 19e eeuw "biologische" filters op basis van klei, zand of grind. Sir Edward Frankland ontdekte in 1870 dat de omzetting in stikstofzouten toenam als het door een gravelfilter gevloeid was. In het Lawrence Experimental Station in Massachusetts (VS) werd de techniek verder verfijnd en zo ontstonden omstreeks 1890 de zogenaamde biofilters. Enige jaren later ontwikkelde Joseph Corbett in het Verenigd Koninkrijk de eerste oxidatiebedden die continu bevloeid werden met afvalwater.
Proces
Bij biofiltratie wordt de te zuiveren gasstroom opwaarts doorheen een filterbed geleid, dat is opgebouwd uit biologisch materiaal, bv. compost, boomschors of turf. Het filtermateriaal is drager van een dunne waterfilm waarin micro-organismen leven. De verontreinigingen in de gasstroom worden door ad- en absorptie op het filtermateriaal weerhouden, en vervolgens door de aanwezige micro-organismen afgebroken. Het filtermateriaal doet hierbij dienst als leverancier van de nodige nutriënten. De afbraakproducten van de omzetting zijn koolstofdioxide, sulfaat, nitraat e.d.Het droge stofgehalte van de filter varieert typisch van 40 tot 60 %. Om uitdroging van het bed tegen te gaan dient de gasstroom vrijwel verzadigd te zijn met water. Daarom wordt de te behandelen lucht meestal vooraf bevochtigd. Dit kan met een voorafgeschakelde wasser. Het gas moet 95 % relatieve vochtigheid hebben. In de praktijk is het steeds beter om een bevochtiger voor te schakelen om de biofilter tegen uitdrogen te beschermen.Voor gemakkelijk afbreekbare stoffen bevat het filtermateriaal van nature voldoende diverse soorten micro-organismen. Voor moeilijk afbreekbare stoffen kan de filter met speciale culturen worden geënt om een snellere opstart van de filter te verkrijgen en is een nauwgezette opvolging om de correcte werkingsparameters te behouden cruciaal. Toevoeging van mineralen en voedingsstoffen kan gewenst zijn indien het filtermateriaal te weinig voedingsstoffen vrijzet.Voornamelijk mengsels van makkelijk en moeilijk afbreekbare stoffen zijn moeilijk af te breken in een biofilter omdat in de eerste plaats de makkelijk afbreekbare stoffen worden verwijderd en de complexere stoffen niet worden afgebroken.Bij biofiltratie is het belangrijk dat het filtermateriaal een pH tussen 7 en 8 heeft voor afbraak van organische componenten. Bij een pH kleiner dan 6,5 wordt de afbraaksnelheid snel minder.De verblijftijd van het gas door de filter moet minimaal 30 – 45 seconden zijn om een goede verwijdering te hebben van geur en solventen.
Typen
Meerdere lagen van filtermateriaal
Soms worden meerdere lagen gebruikt om verschillende bacterieculturen te verkrijgen In de eerste laag worden de makkelijk afbreekbare componenten verwijderd. In de tweede laag zullen vooral de moeilijk afbreekbare componenten in de afgassen zitten. Hier kunnen de gespecialiseerde (meestal traag groeiende) bacteriën overleven.
Open of gesloten
De biofilter kan boven open of gesloten zijn. Bij een open biofilter is de biofilter onderhevig aan regen, zon, vorst, … . Dit kan plantengroei veroorzaken, bij overvloedige regen een te natte biofilter, bij zon een te droge biofilter. Een gesloten biofilter is meer van de externe weersinvloeden afgeschermd en kan beter opgevolgd en gestuurd worden.
Luchtinlaat boven of onder bed
Bij de inlaat onder het bed gebeurende biologische afbraak en de irrigatie in verschillende gebieden. In de filter kan vochtophoping optreden vanwege luchtkanalisering waardoor op deze plaatsen anaërobe zones kunnen optreden. Bij de inlaat boven het bed gebeuren irrigatie en biologische afbraak vooral boven aanhet bed. Het bed zal een constantere vochtigheid hebben vermits de eventueel onverzadigde lucht en de bevochtiging op dezelfde plaats in het bed gaan. Hierdoor is ook het gevaar voor lokale vochtophoping kleiner.
Biofilter met bacteriën of schimmels
De klassieke biofilters functioneren meestal met bacteriën. Een nieuwere ontwikkeling is de inzet van schimmels. Deze zijn beter bestand tegen uitdroging, verzuring, tijdelijke stilstand van de filter. Van biofilter met schimmels bestaan voor zover gekend geen full-scale installaties.
Filtermateriaal
Afhankelijk van de beschikbaarheid en eisen aan de biofilter kan de samenstelling van het biofiltermateriaal aangepast worden. Voorbeelden van filtermateriaal zijn compost, boomschors, heide, turf, wortelhout, kokosmateriaal en geëxpandeerde kleimaterialen.
Voordelen
- Lage investerings- en werkingskosten
- Eenvoudige constructieGoede verwijdering van biologisch afbreekbare componenten (ook slecht wateroplosbare componenten zoals xylenen, styreen)
- Lage drukval
- Weinig afvalwater (percolaatwater)
- Weinig afvalmateriaal (enkel vervangen filtermateriaal)
Nadelen
- Groot oppervlakte nodig (dit kan worden opgelost door container biofilter op elkaar te plaatsen zodat het grondoppervlak kleiner wordt; dit verhoogt echter de kostprijs)
- Filtermateriaal moet periodiek worden vervangen
- Vochtigheid en pH van het filtermateriaal moeilijk te controleren
- Weinig regelparameters om de efficiëntie te verbeteren
- Verstoppingsgevaar door stof
- Fluctuaties in concentratie hebben grote invloed op de werkingsefficiëntieBed moet continu worden belucht om anaërobe condities te vermijden
Toepassingen
- waterzuiveringsinstallaties
- Composteringsinrichtingen
- Smaakstoffenindustrie
- Gieterijen
- Scheikundige industrie
- Kunstofproductie
- Voedingsindustrie bijv. vlees en visverwerkende industrie
