Биопленка в биофильтре

Главным элементом биофильтра является субстрат или загрузка биофильтра. Субстрат оценивают по развитости его поверхности в рабочем состоянии, то есть в активной зоне биофильтра. Оценка ведется по удельной поверхности субстрата Sуд. в м2 /м3 . Здесь м2 - поверхность, создаваемая субстратом, м3 - объем активной зоны биофильтра, занимаемый субстратом. Чем выше удельная поверхность, тем больше бактерий может поселиться в кубическом метре активной зоны фильтра. Бактерии, заселяющие субстрат биофильтра, создают сплошную пленку на его поверхности.

Процессы изъятия загрязнений из воды биологической пленкой подчиняются основным законам массообмена. На первом этапе изъятие загрязнений происходит путем прилипания частиц загрязнения и их сорбции (поглощения) биопленкой. Интенсивность этих процессов тем выше, чем больше поверхность контакта воды и биопленки, чем выше концентрация загрязнений и чем сильнее турбулентность движения воды по биопленке. Турбулентность движения воды по биопленке активно сменяет слои воды, из которых изъято загрязнение на слои воды еще не вступившими в контакт с биопленкой. Когда частицы загрязнений попадают в контакт с биопленкой, начинается процесс аммонификации нерастворенных органических соединений с выделением аммония.

Аммоний, поступивший вместе с водой и полученный в результате аммонификации нерастворенной органики, утилизируется группами бактерий Nitrosomonas, осуществляющими первый этап нитрификации - окисление аммония до нитритов. Нитриты окисляются бактериями группы Nitrobacter до нитратов. Так как нитраты относительно малотоксичный продукт для рыб, то его концентрация может быть значительной без ущерба для результатов рыбоводства. Это обстоятельство позволяет строить биофильтры для очистки рыбоводных стоков без блока денитрификации.

Жизнь биологической пленки имеет свои закономерности. Потребляя для своего питания азотные загрязнения из воды, биопленка растет по толщине и стареет. Биомасса пленки накапливается. Если в биофильтре не решены проблемы удаления стареющей пленки, то последняя, в свою очередь, отмирает, разлагается и загрязняет воду. Проблема обновления биопленки одна из самых главных. Эта проблема решается главным образом за счет создания таких гидродинамических нагрузок на субстрат, при которых рыхлые слои старой пленки отрываются и уносятся с током воды. В дальнейшем мигрирующие кусочки биопленки выделяются из воды и выносятся из системы. В местах отрыва старой биопленки на субстрате остается тонкий активный слой биопленки, который продолжает процесс изъятия и переработки загрязнений...