Biokilepuhastid

Biokilepuhastid

1.     Biokiletehnoloogial põhinev reoveepuhastus ja -puhastid

Tänapäeval on järjest enam reoveepuhastuses tähelepanu koondumas biokiletehnoloogiale, mis on näiteks täielikult inimese juhitava aktiivmudapuhastusega võrreldes märksa lähedasem looduses toimuvale. Kui aktiivmudaseadmes koonduvad orgaanilist ainet lagundavad mikroorganismid vees heljuvatesse aktiivmudahelvestesse, siis biokilepuhastis (bioreaktoris e biofiltris) kinnituvad nad tahkest ainest biokilekandjale e tugimaterjalile. Sundõhustusega heljuvtugimaterjaliga biokiletehnoloogial põhinevad kaasaegsed puhastid on oluliselt kompaktsemad ja  väiksema energiatarbega ning odavamad, võrreldes näiteks aktiivmudapuhastitega.

 2.    Ajalugu

Vanimad teadaolevad reoveepuhastusvõtted ja -seadmed võeti kasutusele 19. sajandil koos elanike arvu suurenemisega linnades. Olulist mõju avaldas ka WC-de kasutuselevõtt. Teisalt hakati juba ka seostama Euroopas levinud nakkushaiguseid (koolera) inimest poolt põhjustatud probleemidega, sh reoveega. Esmalt püüti reovett puhastada algeliste setitamisvõtetega (paksu ja vedela eraldamine). On teada 19 sajandi lõpust esimesed keemiliselt sadestamist tõhustavad võtted, sh lubja lisamine settimise tõhustamiseks. Teadaolevalt rajati esimene keemilise sadestamisega reoveepuhasti 1890 aastal USA-s. Mehaanilise puhastuse kõrval kasutati ka muid meetodeid, näiteks reovee lahjendamist sademeveega ja selle juhtimist seejärel veekogudesse. Hiljem siiski hakati reovett ja sademevett eraldama ning mõtlema reovee puhastamisele. Algseks bioloogilisteks puhastusvõteteks reovee loodusveekogudesse juhtimise kõrval oli selle juhtimine/immutamine pinnasesse (liivapinnas, turvas,  jm). Selleks ajaks olid juba esimesed liivafiltrid kasutusele võetud joogivee kvaliteedi parandamiseks ja loogiline on mõelda, et sarnaseid võtteid üritati kasutada ka reovee puhastamiseks (filtreerimiseks). Reovee puhastamist pinnases, sh pinnasfiltrites, võikski lugeda biokiletehnoloogia sünniks. Juba 19 sajandi keskelt on teada esmased viited nõrgbiofiltritest (fixed film wastewater treatment) Inglismaal ⁽²⁾, kus uuriti ja katsetati reovee puhastamist ning tehti algust reovee puhastamist läbiviivate bakterite uurimisega. 1868 aastal tehti teadaolevalt Inglismaal esmaseid laborkatsetusi reovee puhastamisel jämekruusa ja turbatäidisega nõrgbiofiltritritega.1890 aastal avastati  Nitrosomonas bakter ning järjest enam osati aru saada looduses elavate bakterkoosluste võimest osaleda reovee puhastamisel. See pani aluse ka biokiletehnoloogial põhinevale reoveepuhastusele.

Biokiletehnoloogia on seega vanim bioloogiline reoveepuhastusmeetod ning on mänginud olulist rolli kogu bioloogilise reoveepuhastuse edasises arengus. Läbi ajaloo on eestvedajateks olnud Inglismaa ja USA. Uudsemate biokiletehnoloogiate (näiteks ANAMMOKS) eestvedajateks on olnud mitmed Euroopa riigid (Holland jt).

Kõige lihtsam biokiletehnoloogial toimiv puhastitüüp on nõrgbiofilter. Esimese tööstuslikult rajatud nõrgbiofiltri osas on andmed lahknevad, kuid USA-s (Madison, Wisconsin)  tutvustati esimest töötavat nõrgbiofiltrit  aastal 1901. Sealt edasi arendati välja mitmeid nõrgbiofiltrite mudeleid ning muutus toimus peale tehismaterjalidest biofiltritäidiste kasutuselevõttu. Järgmine suur muutus biokiletehnoloogial toimivate puhastite valdkonnas maailmas 1980 aastatel, kui võeti kasutusele uut tüüpi, suure eripinnaga, biokilekandjad ning võeti kasutusele heljuvtäidisega biokilereaktorid. Üldnimetuseks seda tüüpi biokilereakktoritel on MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Alustajaks ja väljatöötajaks peetakse Norra Teaduse ja Tehnoloogia instituudi prof  Hallvard Ødegaardi poolt välja töötatud lahendusi, mille edasiarendusi tegi Rootsi firma Kaldnes Miljöteknologi (1991 aastal patenteeriti Kaldnes MBBR tehnoloogia). Seega tuntakse seda protsessi ka nimega AnoxKaldnes.

Biokiletehnoloogial põhinevaid seadmelahendusi on palju, neist enamlevinud ja tuntuimad on:

• nõrgbiofilter;
• sukel- e ketasbiofilter (ingl rotating biofilter või rotating biological contactor);
• sundõhustatav kinnistugimaterjaliga biokilereaktor/biokilepuhasti;
• sundõhustatav heljuvtugimaterjaliga biokilereaktor/biokilepuhasti.

 3.     Heljuvtäidisega biokilereaktorid (MBBR)

Üks kaasaegsemaid ja suuri võimalusi pakkuv reoveepuhastusmeetod on sundõhustusega heljuvtäidisega biokilerealtortehnoloogia. Nagu juba eespool juttu oli, sündisid esimesed heljuvtäidisega biokilereaktorid (MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor) eelmise sajandi 80-te aastate teises pooles. Tehnoloogiat arendati paralleelselt Euroopa (eeskätt Norra) ja Ameerika teadlaste koostöös ning esimesed suuremad MBBR reoveepuhastid Euroopas võeti kasutusele 1990-ndate alguses. Puhastust läbiviiv bakterkooslus areneb biokilekandematerjalil, kus moodustunud biokilel on sisuliselt kolmekihiline -  aeroobne, anoksiline ja anaeroobne. See võimaldab MBBR protsessis toimuda nii nitrifikatsioonil kui ka denitrifikatsioonil, mis toob kaasa lihtsa ja tõhusa lämmastikuärastuse reoveest.

Kaasaegsetel MBBR biokilereaktoritel on mitu eelist võrreldes näiteks aktiivmudatehnoloogial töötavate puhastusseadmetega:

• Kompaktsus, väikene energiatarve ja madalad rajamis- ja ekspluatatsioonikulud
• Väikene ökoloogiline „jalajälg“
• Bioloogiline puhastusprotsess on isereguleeruv
• Puudub mudaringlus
• Praktiliselt puuduv või väga väikese koguse liigmuda tekkimine (on olemas ka ilma järelsetitita biokilereaaktorid)
• Tõhus lämmastikuärastus ilma lisameetmeid rakendamata
• Puudub muda väljakandumise probleem (biokile on kinnitunud kandematerjalile)
• Häirete korral kiirelt taastuv bioloogiline puhastusprotsess
• Võimalus puhasti jõudluse suurendamiseks ilma lisarajatisi ehitamata (biokilekandematerjali lisamise võimalus olemasolevasse bioreaktorisse, kandematerjali osakaal võib olla vahemikus 20-70% aeratsioonikambri kasulikust mahust)

Tänaseks on nende MBBR areng teinud ülisuure tehnilise ja tehnoloogilise hüppe. Algselt kasutati biokilekandematerjalina heljuvtäidist plastelementide näol läbimõõduga 1-4 cm, eripinnaga 200-600 m²/m³.

Joonis 1. Heljuvtäidised eripinnaga 200-600 m²/m³

Viimase 10 aasta jooksul on täidiste osas toimunud ülisuur tehniline areng ning kasutusel on täidismaterjalid eripinnaga kuni 5500 m²/m³, näiteks Saksa firma Mutag täidiselemendid BioChip 30^TM. Sellist heljumtäidist kasutab Fixtec OÜ ka oma kõikides uuetüübilistes biokilereaktorites BioFix.

Joonis 2. Mutag biokilekandematerjal BioChip^TM

 4.     ANAMMOKS

Heljuvtäidisega biokilereaktortehnoloogial (MBBR) on ka mitmeid alavariante, tuntumad nende hulgast on IFAS (Integrated Fixed Film Activated Sludge) – bioloogiline puhastusprotsess, kus kasutatakse koos aktiivmudamenetlust ja heljuvtäidisega biokilemenetlust.

Uudseks ning revolutsiooniliseks reoveepuhastusprotsessiks biokiletehnoloogias loetakse nn ANAMMOX (ANaerobic AMMonium OXidation) protsessi. ANAMMOKS on lihtsustatult anaeroobne ammooniumi oksüdatsioon ehk anammox protsess on bioloogiline protsess, kus ammooniumi ja nitriti biotransformatsioonide tulemusel eraldub N₂.

Joonis 3. Anammox protsessi skeem biokilekandematerjalil

Seni tuntud nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni juurde on lisandunud uus ja suure perspektiiviga reoveepuhastustehnoloogia, milleks on anaeroobne ammooniumi oksüdatsioon (ANAMMOKS). Selle protsessi energiavajadus on oluliselt väiksem seni kasutuses olnud tehnoloogiatega. Seda tehnoloogiat peetakse reoveepuhastuse revolutsiooniliseks uuenduseks.

Esimene täielikult anammoks-protsessi rakendav reoveepuhastusjaam valmis 2002. aastal Hollandis. 2006 aastaks töötasid Hollandis juba kolm lämmastikuärastuse reaktorit, mis kasutasid anaeroobset ammooniumi oksüdatsiooni. Nendest jaamadest oli üks munitsipaalheitveepuhasti ning kaks tööstuslikku. Praeguseks on maailmas juba üle 100 anammoks tehnoloogial toimivat reoveepuhastusjaama.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et biokiletehnoloogia on väga tõhus ning tänapäevane reoveepuhastustehnoloogia, sh efektiivne lämmastikuärastuse meetod. Väga suure tõenäosusega kuulub sellele tehnoloogiale reoveepuhastuse tulevik.