Удельные энергозатраты при применении биофильтров с плоскостным загрузочным материалом в 10—20 раз ниже, чем на традиционных сооружениях биологической очистки, в 5—6 раз, чем в шахтных и башенных аэротенках, и в 2—3 раза, чем на дисковых биофильтрах.
Широкое внедрение биофильтров с плоскостной загрузкой в практику очистки сточных вод в нашей стране сдерживается дефицитом самого загрузочного материала. До последнего времени производство загрузок отечественной промышленностью не изучалось и не осваивалось. В последние годы благодаря сотрудничеству МИСИ им. В. В. Куйбышева, Союзводоканалпроекта и НПО «Пластик», а, также Загорского опытного завода пластмасс (ЗОЗП) появилась перспектива промышленного производства отечественных плоскостных загрузок.
На ЗОЗП было освоено опытное производство сотового загрузочного материала из гофрированного листа. Вначале загрузочный материал производился из винипластовой пленки методом формования вакуумом, затем было налажено более технологичное производство гофрированного листа на траковои машине. На траковои машине возможно производство гофрированного листа из менее дефицитного материала — полиэтилена различных марок.
Конфигурация плоскостной загрузки также влияет на пропускную способность биофильтра. Установлено, что в загрузках, где жидкость движется строго вертикально по гладкой поверхности, наблюдается гидравлический ламинарный режим (идеальное вытеснение). В загрузочных материалах со сложной формой поверхности где поток отклоняется от вертикали (типа Флокор, Пласдек и т. п.), режим движения жидкости турбулентный. При одинаковой площади поверхности гладких и гофрированных загрузок, окислительная мощность последних выше на 67%.
В связи с большой пористостью загрузки плоскостных биофильтров возможно переохлаждение очищаемой сточной жидкости, что отрицательно сказывается на работе сооружения. Однако, как показал опыт эксплуатации биофильтров с плоскостной загрузкой в Канаде, ограничение поступления холодного воздуха в вентиляционные окна биофильтра, расположенного непосредственно на открытом воздухе, предохраняет очищаемую сточную жидкость от переохлаждения. По мнению канадских ученых, для проведения аэробного процесса очистки сточных вод на биофильтрах достаточно поступление воздуха в количестве 20 м3/ч на 1 м2 площади горизонтального сечения биофильтра. Это достигается регулированием количества поступающего в биофильтр воздуха с помощью жалюзийных решеток, установленных в вентиляционных окнах. При наружных температурах воздуха — 30ч-40°С снижение температуры сточных вод составляло всего 1—2 °С при температуре поступающих на очистку сточных вод 10°С
Биофильтры с плоскостной загрузкой по сравнению с другими сооружениями биологической очистки занимают значительна меньшую площадь. Например, при одинаковой пропускной способности биофильтры с загрузкой Сэфпакс высотой слоя 6,5 м занимают всего 20% площади, которую занимают биофильтры с объемной загрузкой с высотой слоя 2,4 м. В Оксфордшире при расширении биологических очистных сооружений построены биофильтры с плоскостной загрузкой (высота 3,05 м), которые занимают площадь, равную 30% площади бывших сооружений биологической очистки, при этом их пропускная способность в 2 раза выше.
Большое значение имеет высота слоя загрузочного материала биофильтра. Рекомендуется проектировать биофильтры с высотой слоя плоскостной загрузки 6—12 м и более. Из практики длительной эксплуатации биофильтров с плоскостной загрузкой сделан вывод, что увеличение высоты слоя с 3 до 6 м позволяет в 2 раза сократить объем загрузочного материала при одинаковом эффекте очистки.
Гидравлическая нагрузка на биофильтры с плоскостной загрузкой должна быть достаточной для обеспечения пленочного течения жидкости и отсутствия мертвых зон. Так, для загрузки типа Флокор (330 м2/м3) гидравлическая нагрузка должна гбыть не менее 180 м3/(м2 сут), а для загрузки типа Флокор Е (90 м2/м3) — не менее 36 м3/ (м2 сут). Поддержание высокой гидравлической нагрузки возможно при введении рециркуляции. Недостаточная гидравлическая нагрузка приводит к снижению эффекта очистки сточных вод.
Высокая пропускная способность биофильтров с плоскостной загрузкой объясняется, в частности, значительным содержанием активной биомассы на единицу объема сооружения. Исследованиями МИСИ им. В. В. Куйбышева подтверждается, что средняя влажность биопленки 82,5%, а плотность по сухому веществу 1,4 т/м3. Отсюда количество биомассы по сухому веществу на 1 м2 площади поверхности загрузочного материала при толщине биопленки 1 мм будет равна 0,245 кг. Толщина биопленки может достигать 3 и даже 3,8 мм. Таким образом, на загрузочном материале с площадью удельной поверхности 220 м2/м3 при толщине биопленки всего 1 мм развивается биомасса, доза которой по сухому веществу составляет 53,9 кг/м3. Необходимо также отметить, что биоценоз биопленки разнообразнее биоценоза активного ила аэротенков, что способствует более полному изъятию многокомпонентного субстрата загрязнений из сточных вод.
Биофильтры с плоскостным загрузочным материалом работают в широком диапазоне нагрузок по органическим загрязнениям. При нагрузках до 27 кг/(м3-сут) по БПКБ происходит неполная биологическая очистка сточных вод, однако при этом случаев заиления биофильтров не наблюдается. Благодаря этому обстоятельству биофильтр с плоскостным загрузочным материалом становится незаменимым при неполной очистке высококонцентрированных сточных вод. Использование биофильтров с плоскостной загрузкой при нагрузках по загрязнениям менее 0,6 кг БПКб/(м3-сут) нерационально.
Очистка концентрированных сточных вод на биофильтрах с плоскостным загрузочным материалом целесообразна в несколько ступеней (обычно две-три). Такая схема очистки позволяет удалить 91—98% загрязнений по БПКб при очистке сточных вод различных отраслей промышленности, имеющих концентрацию загрязнений свыше 4000 мг/л. Во всех, исследованных случаях ступенчатой обработки сточной жидкости на биофильтрах с плоскостной загрузкой не отмечалось трудностей, связанных с накоплением в очищаемой сточной жидкости трудноокисляемых продуктов.
В одной схеме биологической очистки возможно сочетание биофильтров с плоскостной загрузкой и аэротенков. В этом случае биофильтры целесообразно применять в качестве первой ступени очистки. При этом будет происходить предварительное кондиционирование сточных вод перед их поступлением в аэро-тенк, что стабилизирует его работу и уменьшает опасность «вспухания» активного ила. Перспективно использовать биофильтры с плоскостным загрузочным материалом для расширения перегруженных станций аэрации. Возможна установка биофильтра с плоскостной загрузкой непосредственно над коридором аэротен-ка.
