Biofiltratie is een biologisch proces voor het zuiveren van water en afvalwater dat gebaseerd is op het gebruik van micro-organismen die gekoloniseerd zijn in speciale filtermedia. Deze micro-organismen breken organische en anorganische onzuiverheden af via biochemische processen. Biofiltratie is bijzonder efficiënt in het verwijderen van organische residuen, stikstofverbindingen en andere opgeloste onzuiverheden die problematisch kunnen zijn bij waterbehandeling. Bij de behandeling van industrieel afvalwater wordt biofiltratie vaak gebruikt als onderdeel van de voor- of nabehandeling, vooral in combinatie met membraanprocessen zoals omgekeerde osmose.
Inhoudsopgave
Technische achtergrond van biofiltratie
Bij biofiltratie stroomt het water of afvalwater door een medium dat gevuld is met groeimedia (filtermaterialen), wat een groot oppervlak biedt voor de groei van micro-organismen. Deze micro-organismen koloniseren het groeimedium en vormen een biofilm die de organische stoffen in het water afbreekt. Het proces vindt plaats in aerobe of anoxische omstandigheden, afhankelijk van of er zuurstof beschikbaar is of niet. Typische biofiltratieve processen zijn
Koolstofverwijdering: Organische verbindingen, zoals koolwaterstoffen en eiwitten, worden door de micro-organismen gebruikt als voedselbron en omgezet in kooldioxide (CO₂) en water.
Denitrificatie en nitrificatie: Biofiltratie kan ook stikstofverbindingen verwijderen. Tijdens nitrificatie worden ammoniumionen (NH₄⁺) geoxideerd tot nitriet (NO₂-) en vervolgens tot nitraat (NO₃-). In de daaropvolgende denitrificatiestap wordt nitraat onder anoxische omstandigheden door gespecialiseerde bacteriën gereduceerd tot stikstofgas (N₂) en zo uit de waterkringloop verwijderd.
Toepassing in industriële water- en afvalwaterbehandeling
In de industriële praktijk wordt biofiltratie vooral gebruikt voor de behandeling van afvalwater met een hoge organische belasting en voor waterzuivering. Het speelt een beslissende rol als voorbehandeling voor omgekeerde osmose systemenom resterende organische verontreinigende stoffen en stikstofverbindingen efficiënt te verwijderen. Dit is vooral belangrijk in de context van waterrecycling (Water ReUse) en de productie van proceswater uit afvalwater.
Een typisch voorbeeld van het gebruik van biofiltratie zijn dampcondensaten uit de voedingsindustrie (vooral zuivelbedrijven), die behandeld moeten worden voor verdere verwerking vanwege hun hoge residuele organische inhoud. Biofiltratie zorgt ervoor dat de organische verbindingen verwijderd worden vóór membraanfiltratie (bv. omgekeerde osmose), wat de biofouling van de membranen vermindert en de levensduur van de membraansystemen verlengt.
Afbeelding: ALMA BHU BiosS-Treat omgekeerd osmose systeem voor het terugwinnen van proceswater uit afvalwater
ALMAWATECH biofiltratie producten: ALMA BHU BAF en ALMA BioFil Compact
ALMAWATECH biedt twee specifieke biofiltratieoplossingen die gebruikt kunnen worden afhankelijk van het water- of afvalwaterdebiet en de toepassing:
1. ALMA BHU BAF
De ALMA BHU BAF (Biologisch Geactiveerde Filtratie) is ontworpen voor waterdebieten tot 1.000 m³/u en wordt gerealiseerd in een betonnen constructie. Deze grootschalige biofiltratietechnologie is ideaal voor industriële processen met hoge waterdebieten waar een continue en efficiënte verwijdering van organische stoffen vereist is. Typische toepassingsgebieden zijn grote productiefabrieken of procesketens waarin het water moet worden behandeld voor de cyclus van hergebruik.
Afbeelding: Biofiltratie ALMA BHU BAF, procesdiagram
2 ALMA BioFil Compact
De ALMA BioFil Compact is een compacte oplossing voor afvalwaterstromen tot 100 m³/u. Dit systeem is bijzonder geschikt voor toepassingen waar kleinere volumes water moeten worden behandeld, zoals in kleinere industriële installaties of voor specifieke procesafvalwaterstromen. Dankzij het compacte ontwerp kan het eenvoudig worden geïntegreerd in bestaande systemen en biedt het een kosteneffectieve oplossing voor de voorbehandeling van afvalwater voor omgekeerde osmose-installaties.
Foto: ALMA BioFil Compact biofiltratiesysteem, 3D ontwerp
Beide systemen zijn gebaseerd op het gebruik van speciaal geprepareerde kleikorrels of andere groeimedia met een hoog oppervlak die zowel aerobe als anoxische micro-organismen herbergen. Dit maakt een efficiënte biologische behandeling en de gelijktijdige uitvoering van nitrificatie en denitrificatie mogelijk.
Biofiltratie als voorbehandeling voor omgekeerde osmose systemen
Een belangrijk toepassingsgebied voor biofiltratie, vooral voor ALMAWATECH oplossingen, is de voorbehandeling voor omgekeerde osmose systemen als onderdeel van waterrecyclageprocessen. Omgekeerde osmose systemen zijn afhankelijk van het feit of het te behandelen water zo weinig mogelijk organische reststoffen bevat om biofouling en verstopping van de membranen te voorkomen. Biofiltratie speelt hierbij een doorslaggevende rol door de organische stoffen en voedingsstoffen in het water te reduceren.
Voordelen van biofiltratie als voorbehandeling:
Effectieve vermindering van organische stoffen: Biofiltratie zorgt voor een aanzienlijke vermindering van biologisch afbreekbare organische stoffen en vermindert zo de aangroei van biofouling in downstream membraanprocessen.
Kostenefficiënte oplossing: door biofiltratie als voorbehandeling te gebruiken, kunnen de bedrijfskosten van omgekeerde osmose systemen aanzienlijk verlaagd worden, aangezien het chemisch verbruik voor membraanreiniging en de frequentie van membraanvervanging verlaagd worden.
Verlenging van de levensduur van membranen: Door organische residuen en stikstofverbindingen in een vroeg stadium af te breken, verlengt biofiltratie de levensduur van de membranen en wordt de noodzaak voor dure onderhoudsmaatregelen geminimaliseerd.
Optimalisatie van waterrecycling: De voorbehandeling van afvalwater, zoals dampcondensaten, maakt een efficiënte terugwinning van water mogelijk en helpt te voldoen aan de waterkwaliteitseisen voor de proceswatercyclus.
Denitrificatie en nitrificatie in biofiltratie
In veel industriële toepassingen, vooral op het gebied van afvalwaterbehandeling, is het noodzakelijk om stikstofverbindingen te verwijderen. Dit wordt bereikt door de hierboven beschreven combinatie van nitrificatie (omzetting van ammonium in nitraat) en denitrificatie (omzetting van nitraat in stikstofgas). Deze processen kunnen specifiek gestuurd worden in biofiltratie door specifieke aerobe en anoxische zones in de biofilter te creëren die de overeenkomstige micro-organismen herbergen.
Voordelen van denitrificatie en nitrificatie:
Effectieve stikstofverwijdering: Stikstof wordt efficiënt verwijderd door gerichte denitrificatie en nitrificatie, wat vooral belangrijk is in afvalwater dat vervuild is met voedingsstoffen.
Milieubescherming: De verwijdering van stikstof vermindert het risico op eutrofiëring in waterlichamen, aangezien een teveel aan voedingsstoffen in het water kan leiden tot overmatige algengroei.
Conclusie
De biofiltratie is een zeer efficiënte en duurzame methode voor biologische water- en afvalwaterbehandeling. Met producten zoals de ALMA BHU BAF voor grote waterstromen en de ALMA BioFil Compact voor kleinere afvalwatervolumes, biedt ALMAWATECH flexibele oplossingen die kunnen worden geïntegreerd in diverse industriële toepassingen. Biofiltratie speelt een belangrijke rol, vooral als voorbehandeling voor omgekeerde osmose systemen voor waterrecycling, omdat het een kostenefficiënte reductie van organische stoffen en stikstofverbindingen mogelijk maakt en de levensduur van de membranen aanzienlijk verlengt.
