Biokilereaktor

Biokilereaktor ehk biofilter ehk biokilepuhasti on reovee aeroobse biokeemilise puhastamise seade, mis on poorse täidisega (30–60 mm), täitematerjaliks võib olla tardkivikillustik, keramsiit, räbu või plastelement. Filtrielementidele moodustub 2–3 mm paksune bioloogiline kile, milles elavad organismid toituvad reovees sisalduvast orgaanilisest aineist. Biokile on üldjuhul kahekihiline, koosnedes aeroobsest ja anaeroobsest kihist. Aeroobne kiht paikneb anaeroobse kihi peal. Aeroobses kihis elavad peamiselt heterotroofsed bakterid, kes paljunevad kiiresti, ning autotroofsed nitrifitseerijad, kes kasvavad aeglasemini juurde. Alumises kihis (anaeroobsses kihis) on obligatoorsed ja fakultatiivsed anaeroobid – nende hulgas ka denitrifitseerijad. Pealiskihis on tihti ka seeni ja filtri pinnal vetikaid, ainurakseid, usse ja putukaid. Kõigepealt asuvad elama piirpinnale vabalt elavad mikroorganismid. Nende külge seonduvad järgmised mikroobid. Tulemusena tekivad piirpinnale mikrokolooniad ja hakkab moodustuma biokile maatriks. Järgnevalt biokile kasvab ja sinna sisse moodustuvad veekanalid. Biokile võib osade kaupa pinnalt eralduda. Mikroobid saavad säilitada biokiles endale sobiva kasvukoha. Pindadele kinnitunud mikroobid eritavad rakuväliseid hüdrolüütilisi ensüüme. Bakterid, kellel endal neid pole, saavad kasutada laguprodukte. Süntroopia. Mikroobid võivad üksteist "abistada". Mitmed sobivad elupaigad eri tüüpi bakteritele. Biokile kaitseb keskkonnategurite eest (nt antibiootikumid, raskmetallid jne). Biokilel on ühiseid jooni kudedega. Biofiltrid on töökindlamad kui aktiivmudapuhastid ning taluvad paremini koormuse kõikumist: puhastusvõime on hea ka väikeste reoveemahtude juures. Mudatagastus ei ole biofiltrites vajalik, sest biokiles on piisav arv mikroorganisme. Positiivne omadus on see, et nitrifitseerijatel on biokiles aega paljuneda. Võrreldes muude puhastitega kulub nõrg- ja sukelbiofiltritele vähem energiat. Biofiltrite puuduseks on väike lämmastiku kõrvaldamise võime (<30%). Biokile kasvab pidevalt, osa sellest irdub ja kandub välja, seetõttu peab biofiltril olema järelsetiti. Biofiltrite puuduseks on see, et moodsamad neist (plasttäidisega ja ketasbiofilter) peavad olema köetavas ruumis. Ka teised biofiltrid kardavad külma ja võivad olla lageda taeva all vaid siis, kui juurdevool on pidev ja reovesi piisavalt soe. Biofilter peab olema projekteeritud õigele koormusele, nii et biokilet ei tekiks liialt palju, tagajärjeks võib olla filtermaterjali ummistamine, ega liiga vähe. Biokile kasv võtab aega mõnest päevast mõne nädalani. Mürgid võivad biokilet kahjustada. See väljendub biokile intensiivses irdumises. Tavaliselt taastub puhasti töövõime siiski kiiresti. Chesleri ja Eskelundi kohaselt reovees olevad toksilised ained biokeemiline hapnikutarve (BHT) ja keemiline hapnikutarve (KHT) ärastamise efektiivsust oluliselt ei mõjuta, küll aga esinevad toksilised ained reovee väljavoolus . Biokilepuhastisse juhitav reovesi peab kindlasti olema võreseadmes ja (väikepuhastitel) septikus mehaaniliselt puhastatud. Biofiltreid võib liigitada mitmete tunnuste järgi. Olenevalt reostuskoormusest ja puhastusastmest on biofiltrid vastavalt madala või kõrge koormusastmega. Tehnoloogilise skeemi poolest võivad olla biofiltrid kas ühe- või kaheastmelised. Õhu vajaduse järgi võib eristada loomulikku ja sundventilatsiooniga filtreid. Vee liikumise järgi võivad filtrid olla retsirkulatsiooniga või ilma. Biofiltri täitematerjalid on teralised või lehekujulised (vastavalt siis tasapinnalised või gofreeritud). Täitematerjalidel on kindlad erinõuded, millest olulisemad on osakeste kindel suurus, mehaaniline tugevus, külma-, happe- ja leelisekindlus. Tähtsamad biofiltrite liigid on aero-, nõrg-, torn-, ketas- ja plasttäidisega biofiltrid. Nõrgfiltrid võivad olla plaanilt nii nelinurksed kui ka ümmargused. Täitematerjaliks on 25–40 mm tükisuurusega graniitkillustik, keramsiit või räbu. Alumine (kandekiht) koosneb 70–100 mm suurustest tükkidest (kogu kihi paksus on 0,2 m). Tugimaterjal ei ole kunagi üleni vee sees ning seetõttu saavad bakterid hapnikku nii õhust kui ka veest. Reovee juhtimiseks filtrisse on kaks võimalust: läbi veejaoturi või pritsitakse täidisele vihmutite abil. Kui vesi nõrgub läbi täidise, haaravad biokiles olevad mikroorganismid veest toitaineid, ning kui vesi ära nõrgub ja täidise vahele pääseb õhk, saavad nad hingata. Mõnel seadmel puhub ventilaator täidise alaossa õhku, et mikroorganismid hapnikupuudusse ei jääks. Kui biokile kasvab paksuks, siis irdub see täidise pinnalt ning vesi kannab kiletükid biofiltri all olevasse lehtrikujulise põhjaga pumpa või järelsetitisse. Sealt edasi pumbatakse biokilesete settemahutisse või septikusse. Aerofiltrid erinevad nõrgbiofiltritest suurema reoveekoormuse ja sundventilatsiooni poolest. Enamasti on nad üheastmelised, sageli reovee retsirkulatsiooniga. Filtri alumisse ossa ventilaatoriga antava õhu kogus on 8–12 m ühe m³ reovee kohta. Filtri täitematerjali terasuurus on 40–70 mm. Väljakanduva jääkbiokile koguseks loetakse 28 g kuivainet inimekvivalendi kohta ööpäevas. Tänapäeval kasutatakse reoveepuhastites pigem aerofiltreid kui nõrgbiofiltreid, eelkõige tänu nende suuremale läbilaskevõimele. Tornbiofiltrid on suhteliselt kõrged ja väikese põhjapindalaga. Töörežiimilt kuuluvad nad samuti kõrge koormusega biofiltrite hulka (nagu ka aerofiltrid). Biofiltri kõrgus on võrdeline reovee algse BHT-ga. Filtrikeha paremaks ventileerimiseks jagatakse täitekiht umbes 3 m kõrgusteks sektsioonideks, mis toetuvad vahepõhjadele. Täitematerjali terasuurus on samast suurusjärgust aerofiltri omaga. Plasttäidisega biofiltrid kuuluvad samuti kõrge töökoormusega filtrite hulka (koos torn- ja aerofiltritega). Filtrikeha ehitamiseks kasutatakse vinüülplaati, polüetüleeni, polüstürooli või jäigast gofreeritud lehtplastist valmistatud ruumilisi plokke. Mõnikord kasutatakse täitematerjalina ka pikuti poolitatud või perforeeritud torudest koostatud plokke. Võrreldes muudest materjalidest filtritega on plastfiltrid ehitusmaksumuselt 1,5–2,5 korda odavamad, sest nende industriaalsus on kõrge, täitemass väike ja kasutamine lihtsam. Biorootori ehk ketasbiofiltri korral on tegemist biofiltriga, milles biokilekandja on pidevas liikumises. Täitematerjal on asendatud ühisele horisontaalsele võllile paigutatud vertikaalsete plastjate ketastega, mis osaliselt ulatuvad reovette. Ketaste aeglase pöörlemise tagajärjel moodustub pinnale biokile. Ketasbiofiltrites kasutatavad kettad valmistatakse tavaliselt vintplastist, polüetüleenist või asbestist. Ketasbiofiltrid on kõige sobivamad tööstusreovee eelpuhastamiseks. Biorootor toimib reovee segajana ja õhustajana ning mikroorganismide kasvulavana ja biokile paksuse kontrollijana. Biorootorite tööd mõjutavad tegurid: reaktori hüdraulika ja õhutusvõime, mikrobioloogiline protsess lahustunud ainete eraldamisel, biokile kvaliteet ja kontrollimisvõimalus . Biorootorid peavad olema kaetud või paiknema suletud kambris, et neid ei mõjutaks madalad temperatuurid, vihm ja päike, mis rabestavad plastjaid kettaid ning soodustavad vetikate kasvu. Et saavutada BHT ärastamisel efektiivsus <85%, tuleks hoida temperatuur alla 13 °C. Ketasbiofiltreid võib kasutada ka reovee puhastamiseks ilma eelneva mehaanilise töötluseta, paigutades kettad vahetult reovee kollektorisse või renni. Neid soovitatakse kasutada ajutistes puhastusseadmetes. Aeroobsete biorootorite uputussügavus on tavaliselt 40%. Biorootori töö efektiivsus väheneb, kui uputussügavus väheneb või suureneb üle 50%. Denitrifikatsiooniks kasutatakse täielikult uputatud biorootoreid. Biokiles toimub denitrifikatsioon, kui reovee hapnikusisaldus on vähemalt 1–2 mg/l. Lämmastikuärastuseks kasutatakse uputatud biorootoreid, kus süsinikuallikaks on reovee orgaaniline aine või näiteks metanool. Biorootori miinuseks on see, et biokile paksus ei ole juhitav. Seetõttu võib biokilega ummistumine tõkestada ainetransporti ning on ette tulnud, et liiga raskeks muutunud kettapakk või täidisega trummel on murdnud rootori võlli. Sukelbiofiltrite korral on biokile pidevalt üleni vee all. Nad on nõrgbiofiltritest oluliselt väiksemad ning nende pinnakoormus on 5–6 korda suurem ja reovee viibeaeg pikem. Sukelbiofiltrite puhul võib läbi saada ka eelsetitita – see teeb ehitamise lihtsamaks. Aktiivmudapuhastitest on biofiltrid töökindlamad ning taluvad koormusemuutusi paremini: puhastusvõime on hea nii väikestel kui ka suurtel koormustel. Mudatagastus ei ole vajalik, sest biokile on rohkesti mikroorganisme. Muda settimisomadused on head ja järelsetiti on seetõttu väike (energiakulu on väiksem). Õhustuskambrite mahu tõhus ärakasutamine ning astmeline biopuhastus võimaldavad enamiku orgaanilisest ainest mineraliseerida ning seetõttu tekib väga vähe jääksetet (kuni 40 korda vähem kui aktiivmudapuhastuse korral). Viimast punkti võib lugeda suurimaks plussiks, miks eelistatakse biokilereaktoreid aktiivmudapuhastitele. Biofiltri ees olevat võreseadet ja septikut tuleb hooldada regulaarselt. Hooldamist vajavad veel reovee jaotussüsteem ja -pumbad ning õhustussüsteem (puhur, õhustid. Ringlus- ja settepumpa ning puhurit peab hooldama tootja juhiste järgi. Kui nõrgbiofiltri vihmuti avadesse kasvab biokile, tuleb see kõrvaldada, muidu võib vihmuti ummistuda. Vees oleva täidisega biofiltri täidesealuste õhustite vahele kogunev sete tuleb aeg-ajalt kõrvaldada. Alasi, K., Heinsaar, Ü., Kriipsalu, M., Kuusik, A., Metsur, M. Omaveevärk ja Omakanalisatsioon, 2001 Tenno ,T. Väikeste reoveepuhastite hooldamise juhend, Tartu, 2001 Golz W.J. Biological Treatment in Recirculating Aquaculture Systems., 1995 "Biokile ehk biofilm". Originaali arhiivikoopia seisuga 12. märts 2016. Vaadatud 29. oktoobril 2015. Chesler, P.G., Eskelund, G.R. Rotating Biological Contactors for Munitions Wastewater Treatment "Arhiivikoopia". Originaali arhiivikoopia seisuga 18. jaanuar 2013. Vaadatud 27. jaanuaril 2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: arhiivikoopia kasutusel pealkirjana (link) Mölder, H., Paal, L., Tibar, H. Veevarustus ja kanalisatsioon, Tallinn, 1981 Mölder, H. Reovete puhastusseadmed I, Tallinn, 1975 Kuusik, A. Reoveeväikepuhastid Eestis. Tallinna Tehnikaülikool, Tallinn, 1995 Salvato, J.A., Nemerow, N.L., Agardy, F.J. Environmental Engineering. Fifth Edition, 2003 "Arhiivikoopia" (PDF). Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 29. august 2011. Vaadatud 27. jaanuaril 2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: arhiivikoopia kasutusel pealkirjana (link) "Arhiivikoopia". Originaali arhiivikoopia seisuga 9. jaanuar 2013. Vaadatud 27. jaanuaril 2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: arhiivikoopia kasutusel pealkirjana (link)