Mozgóágyas-biofilmes rendszerek MBBR médiafilterek

 

Forradalmian új technológia a vízkezelésben. Sokak számára új szűrési technika még a mozgóágyas biomédia vagy a recirkulációs szűrés technika. A legnagyobb különbség a hagyományos szűrés és a mozgóágyas szűrés között az, hogy az oxigén és a víz segítségével a hasznosbaktériumok számára könnyedén feldolgozhatóvá válik az egyébként vízben lassan lebomló haltáp. A lebomló haltáp és halürülék ammóniát termel. A feladatunk ezt az ammóniát kivonni a vízből, amilyen gyorsan lehet, mert a halak számára toxikus. Ennek a folyamatnak a neve a nitrifikáció.

Megfelelő nitrifikácós szűrés élhető, egészséges környezetet biztosít halainknak. Amennyiben a nitrifikációs folyamat teljes, abban az esetben nem csak a vízminőségünk lesz kiváló, hanem az algák is éhen pusztulnak, így megszabadulhatunk a különböző tókezelő szerek használatától. Amennyiben egy recirkulációs rendszerbe (RAS) beépítve alkalmazzuk a mozgóágyas biomédiát, akkor a tótakarítás, vízcsere sem lesz többé feladat. Kényelmesen hátradölhetünk és élvezhetjük a tavazást!

Mi a mozgóágyas biofilm:

Maga a biofilm egy összetett „élő közösség”. A biofilmek alkalmazásának az alapvető célja a nitrifikáló kapacitás megnövelése. A hasznosbaktériumok sejthártyájában az említett mikroorganizmusok sejtjei a hordozó felületére tapadnak ki egyfajta ragasztó, az őket körülvevő extracelluláris polimer mátrix (EPS) segítségével. Az EPS adja a biofilm fő tömegét, alkotói javarészt poliszacharidok, fehérjék, aminosavak és lipidek. Ez felelős a biofilmek mechanikai stabilitásáért, összetétele természetesen függ a mikroorganizmusok fajtájától, a biofilm korától és különböző környezeti tényezőktől, mint pl. pH, hőmérséklet, tápanyag-koncentráció, toxikus anyagok jelenléte stb.

A biofilm vastagsága 100 mikrométertől az 1-2 milliméterig terjed, a lassú diffúzió (kémiai keveredés) miatt tápanyag-koncentráció alakul ki. A szerves anyag a felsőbb rétegben megkötődik, majd az ott hidrolizál (a szerves anyagba vízmolekula épül be), majd a kisebb molekulaméretű származékai diffúzióval juthatnak a mélyebb biofilmrétegekbe, ahol további bomlásuk lezajlik. Az oxigén, az ammónium, és az utóbbiból keletkező nitrát esetében is megfelelő koncentráció gradiens alakul ki a biofilmben, melyben a nitrát tud a legmélyebbre hatolni. A fentiek eredményeként a biofilmben eltérő környezeti feltételek alakulnak ki a mélység függvényében. Megfelelő mélység esetén a legbelső rétegek akár oxigén- ill. nitrátmentesek (tehát anaerobok) is lehetnek. Ennek megfelelően a biofilm különböző rétegeiben nagyon eltérő folyamatok lejátszódásának kedvezőek a környezeti feltételek, így szimultán akár többféle tisztítási folyamat is lejátszódhat (szerves szén eltávolítása, nitrifikáció és denitrifikáció – nitrogéneltávolítás is egyidejűleg).

A biofilmes recuirkulációs szűrés kapacitásának növelését a megfelelő tápanyag-ellátásukhoz szükséges kompresszoros buborékoztatással, továbbá a levegőmozgás, folyadékturbulencia fokozásával (biodrum, Aerostrip) érhetjük el.

Nézzük mi is pontosan ez a szűrés.

A mozgóágyas-biofilmes rendszerek (angolul: Moving Bed Biofilm Reactor – MBBR) a biofilmes víztisztító rendszerek legkorszerűbb, nagy hatékonyságú változatai.

MBBR fajtái:

Műanyag mozgóágyas médiafilterek

Műanyag mozgóágyas médiafiltereket sokan ismerik már. Ezek a Biogömbök 600 m2/m3 a Hel-X17KLL 720 m2/m3 a Hel-X plus 806 m2/m3 védett felülettel rendelkeznek.

Hel-X flakes

A másik médiafilter csoport a chipsek vagy másnéven flakes-ek. Hatalmas ugrás a PP, HDPE, LPDE műanyag médiafilterekhez képest. A Chipsek porózusok, ennek következtében a biomassza súrlódási vesztesége a mozgóágy miatt szinte minimálisra csökkent. Speciális rácsszerkezetének köszönhetően a mélyebb üregekben lehetővé teszik a biofilmek gyors telepesedését, továbbá megvédi a baktériumokat a sokkterheléstől. Ezek a mélyebb üregek lehetővé teszik olyan speciális hasznosbaktérium törzsek kialakulását, ami a nitrifikálási folyamatot gyorsítja és tökéletesíti, szemben a műanyag mozgóágyas töltetekkel, amelyek nem porózusak. Így már érthető, hogy a védett felületük jóval nagyobb. Míg a műanyag mozgóágyas médiafilterek védett felülete 500 és 900 m2/m3 között van, addig az új technológiájú  Hell-X flakes médiafilter védett felülete már 5.000 m2/m3 !

Levapor

A harmadik csoport az aktívszenes LEVAPOR médiafilter. Hatalmas áttörés a mozgóágyas médiafilterek történetében. Porozitása 90%-os. Polimer habok (szivacsok) felületaktív adszorbens tulajdonságát aktívszénnel vegyítve fokozták tovább. Eredményképp nagyobb adszorbciós területetet és vízkötő képességet nyertek. Porózusságának – amelyben az aktívszén felülete is bele számít – köszönhetően (ugyanúgy, mint a chipseknél) a mélyebb üregekben gyorsabb a baktériumok kolonizálódása biomassza veszteség nélkül. Továbbá biztosítja a bizonyos típusú mikroorganizmusok, például Anammox baktériumok és Denitrifikáló baktériumok szaporodását a belső pórusokban, ami növeli a folyamat hatékonyságát és megbízhatóságát. Az aktívszénnek pluszban a méregtelenítő hatását is kiemelném ennél a terméknél. Összességében ennek a fejlesztésnek figyelemre méltó eredménye a LEVAPOR aktívszenes médiafilter, ami 20.000 m2/m3 védett szűrőfelülettel rendelkezik! 

MBBR médiák összehasonlítása:

A hordozó szűrőtöltet kiválasztásánál, méretén, anyagán kívül a tervezésnél a töltet mennyiségét is figyelembe kell vennünk. Általánosságban az ilyen rendszereknél a szűrőmedence kb. 1/3 – 1/2 részét tölti ki a szűrőtöltet. A maradék szabad folyadéktérfogat, vagyis víz. Fontos, hogy a szűrőtöltet kimosódását meggátoljuk rácsok, sziták segítségével.

Műanyag mozgóágyas médiafilterek esetén az aktív szűrőfelület 700-1000 m2/m3, ami 1 köbméteres szűrőmedence esetén 40-60% szűrőtöltettel napi 4-6 kg haltápot képes lebontani.

Chips Hell-X flakes médiafilter esetén az aktív szűrőfelület 5000 m2/m3, ami 1 köbméteres szűrőmedence esetén azonos mennyiségű szűrőtöltettel, mint a műanyag (PP, HDPE, LDPE) médiafilterek esetében, már 50%-al többet, 6-8 kg haltápot képes lebontani naponta.

Levapor esetén, ahol az aktív szűrőfelület – felülmúlja a többi MBBR médiák nitrifikációs volumenét – 20.000 m2/m3, ami 1 köbméteres szűrőmedence esetén 15-18% szűrőtöltettel 10-12 kg haltápot képes lebontani, továbbá az aktív szénnek köszönhetően a méreganyagokat is eltávolítja a vízből. Évi 5-10% töltet frissítés mellet.

Figyelembe kell vennünk a számításnál a takarmány mennyiségét, a táp összetételét és emészthetőségét, a biofilm korát, vastagságát, a víz hőmérsékletét és egyéb környezeti tényezőket is.

Levapor aktívszenes MBBR médiafilter

Jelenleg a legnagyobb szűrőfelületű mozgóágyas biomédia. Védett felülete 20.000 m2/m3!

• A legmagasabb ammónia, nitrit és nitrogén eltávolítása a vízből
• Gyorsabb és jobb baktérium kolonizáció
• A halakra gyakorolt ​​toxicitás drasztikus csökkentése az újrahasznosított (recirkulációs) vízben található nitrogénfajták legalacsonyabb szintje miatt
• Egészségesebb halak és jobb növekedési ütem a kitűnő szűrésnek köszönhetően

Az ammónia > 1 ppm és a nitrit (NO2.N) > 0,5 ppm rendkívül mérgező a halakra nézve, továbbá a vízben található toxinok és méreganyagok úgyszintén. A Levapor aktívszénnel átitatott szivacsai megkötik az összes mérgező anyagot miközben hatalmas szűrőfelületüknek köszönhetően a nitrifikálást is kiválóan elvégzik.

A kisebb és mélyebb üregek lehetővé teszik a biofilmek gyors képződését a mélyebb pórusokban az indítási folyamat során bekövetkező kisebb leválás miatt. A finom pórusszerkezet mélyebb üregekkel megvédi a baktériumokat a mérgező sokkterheléstől. Így a finom pórusú szerkezetű MBBR adathordozók sokkal jobb védelmet nyújtanak a súrlódási terhelésekkel szemben, és gyorsabban indulnak el, mint a nagy és szabad üregekkel rendelkező elem.  A finomabb és mélyebb üregek lehetővé teszik bizonyos típusú mikroorganizmusok, például Anammox baktériumok és Denitrifikáló baktériumok szaporodását a belső pórusokban, ami növeli a folyamat hatékonyságát és megbízhatóságát.

Pár szóban a nitrifikásáról:

 Nitrifikáció (aerob folyamat) 

Az ammóniát (NH3) a nitrifikáló baktériumok két csoportja két lépésben nitráttá (NO3-) alakítja át. Először is, az ammóniát számos baktériumfaj oxidálja nitritté (NO2-), amelyek közül a leggyakoribb a Nitrosomonas. Másodszor, a nitritet – amely szintén mérgező a halakra – ezután számos baktériumcsoport tovább oxidálja, amelyek közül a legismertebb a Nitrobacter. Ez a végső oxidáció nitrátot termel. A nitrát felhalmozódik, ami kevésbé mérgező a halakra, bár nagy mennyiségben csökkentheti a takarmányfelvételt. továbbá az a lebegő algák fő tápláléka. Éppen ezért  denitrifikációval kell szabályozni. A baktériumoknak elegendő oxigénre van szükségük a nitrifikációhoz.

A nitrifikáló baktériumokról fontos tudnunk, hogy nagyon lassan szaporodnak. A Nitrosomonas Gram-negatív baktériumok a 7 óránként kétszerezik meg létszámukat, a Nitrobacter minden 13. órában. Valóságban inkább 15-20 órában! Ez borzalmasan lassú folyamat. Összehasonlítva a heterotróf baktériumokkal ami 20 perc alatt duplázza állományát.

Denitrifikáció (anoxikus folyamat)

A denitrifikáció a nitrát lebontása molekuláris nitrogén (N2) gázzá. Számos baktériumfaj képes végrehajtani a denitrifikációs folyamatot. A legtöbb denitrifikáló heterotróf baktérium, amely anoxikus vagy oxigénszegény körülmények között él. A folyamat során a nitrát biztosítja az oxigénmolekulát, a szerves anyagot pedig szénforrásként használják fel, ezáltal CO-t is termelnek. A harmadik folyamat a bioszűrőkben a heterotróf baktériumok általi szerves lebontás. Ez egy aerob folyamat. A pisztrángtenyésztésben gyakran alkalmazzák két bioszűrő kombinációját: a fix ágyas szűrőt és a mozgóágyas szűrőt. Esetünkben a Chips-ek és a LEVAPOR nyújt lehetőséget a finomabb és mélyebb üregeinek köszönhetően, hogy bizonyos típusú mikroorganizmusok, mint a Denitrifikáló baktériumok szaporodhassanak.