Biofiltration ist ein biologisches Verfahren zur Reinigung von Wasser und Abwasser, das auf der Verwendung von Mikroorganismen basiert, die in speziellen Filtermedien angesiedelt sind. Diese Mikroorganismen bauen organische und anorganische Verunreinigungen durch biochemische Prozesse ab. Biofiltration ist besonders effizient bei der Entfernung von organischen Reststoffen, Stickstoffverbindungen und anderen gelösten Verunreinigungen, die in der Wasseraufbereitung problematisch sein können. In der industriellen Abwasserbehandlung wird Biofiltration häufig als Teil einer Vorbehandlung oder als Nachbehandlung eingesetzt, insbesondere in Kombination mit Membranverfahren wie der Umkehrosmose.
Inhaltsverzeichnis
Technische Hintergründe der Biofiltration
In der Biofiltration fließt das Wasser oder Abwasser durch ein mit Aufwuchsträgern (Filtermaterialien) gefülltes Medium, das eine große Oberfläche für das Wachstum von Mikroorganismen bietet. Diese Mikroorganismen siedeln sich auf den Aufwuchsträgern an und bilden einen Biofilm, der die organischen Stoffe im Wasser abbaut. Der Prozess läuft in aeroben oder anoxischen Bedingungen ab, je nachdem, ob Sauerstoff zur Verfügung steht oder nicht. Zu den typischen biofiltrativen Prozessen gehören:
Kohlenstoffelimination: Organische Verbindungen, wie Kohlenwasserstoffe und Proteine, werden von den Mikroorganismen als Nahrungsquelle verwendet und in Kohlendioxid (CO₂) und Wasser umgewandelt.
Denitrifikation und Nitrifikation: Biofiltration ist auch in der Lage, Stickstoffverbindungen zu entfernen. Bei der Nitrifikation werden Ammoniumionen (NH₄⁺) zu Nitrit (NO₂⁻) und anschließend zu Nitrat (NO₃⁻) oxidiert. Im anschließenden Schritt der Denitrifikation wird Nitrat unter anoxischen Bedingungen durch spezialisierte Bakterien zu Stickstoffgas (N₂) reduziert und damit aus dem Wasserkreislauf entfernt.
Anwendung in der industriellen Wasser- und Abwasserbehandlung
In der industriellen Praxis wird die Biofiltration insbesondere zur Behandlung von Abwasser mit hohen organischen Belastungen sowie zur Wasseraufbereitung eingesetzt. Dabei spielt sie eine entscheidende Rolle als Vorbehandlung für Umkehrosmoseanlagen, um organische Restbelastungen und Stickstoffverbindungen effizient zu entfernen. Dies ist besonders wichtig im Kontext von Wasserrecycling (Water ReUse) und der Prozesswasserherstellung aus Abwasser.
Ein typisches Beispiel für den Einsatz der Biofiltration sind Brüdenkondensate aus der Lebensmittelindustrie (insbesondere Molkereien), die aufgrund ihrer hohen organischen Restbelastungen vor der Weiterverarbeitung aufbereitet werden müssen. Die Biofiltration sorgt dafür, dass die organischen Verbindungen vor der Membranfiltration (z.B. Umkehrosmose) entfernt werden, was das Biofouling der Membranen reduziert und die Lebensdauer der Membrananlagen verlängert.
Foto: Umkehrosmoseanlage ALMA BHU BiosS-Treat zur Gewinnung von Prozesswasser aus Abwasser
ALMAWATECH Biofiltrationsprodukte: ALMA BHU BAF und ALMA BioFil Compact
ALMAWATECH bietet zwei spezifische Biofiltrationslösungen an, die je nach Wasser- oder Abwasserstrom und Anwendungsfall eingesetzt werden:
1. ALMA BHU BAF
Die ALMA BHU BAF (Biologisch Aktivierte Filtration) ist für Wasserströme bis 1.000 m³/h ausgelegt und wird in Betonbauweise realisiert. Diese großskalige Biofiltrationstechnologie eignet sich ideal für industrielle Prozesse mit hohen Wasserströmen, bei denen eine kontinuierliche und effiziente Entfernung von organischen Stoffen erforderlich ist. Typische Einsatzbereiche sind große Produktionsanlagen oder Prozessketten, in denen das Wasser für den Wiederverwendungskreislauf aufbereitet werden soll.
Foto: Biofiltration ALMA BHU BAF, Verfahrensschema
2. ALMA BioFil Compact
Die ALMA BioFil Compact ist eine kompakte Lösung für Abwasserströme bis 100 m³/h. Dieses System ist besonders für Anwendungen geeignet, in denen geringere Wassermengen behandelt werden müssen, wie zum Beispiel in kleineren Industrieanlagen oder bei spezifischen Prozessabwasserströmen. Dank der kompakten Bauweise kann es leicht in bestehende Anlagen integriert werden und bietet eine kosteneffiziente Lösung zur Vorbehandlung von Abwässern für Umkehrosmoseanlagen.
Foto: Biofiltrationsanlage ALMA BioFil Compact, 3d-Konstruktion
Beide Systeme basieren auf der Nutzung speziell aufbereiteter Tonperlen oder anderer Aufwuchsträger mit hoher Oberfläche, die sowohl aerobe als auch anoxische Mikroorganismen beherbergen. Dies erlaubt eine effiziente biologische Behandlung und die gleichzeitige Durchführung von Nitrifikation und Denitrifikation.
Biofiltration als Vorbehandlung für Umkehrosmoseanlagen
Ein zentraler Anwendungsbereich der Biofiltration, insbesondere bei den ALMAWATECH-Lösungen, ist die Vorbehandlung zu Umkehrosmoseanlagen im Rahmen von Wasserrecyclingprozessen. Umkehrosmoseanlagen sind darauf angewiesen, dass das zu behandelnde Wasser eine möglichst geringe organische Restbelastung aufweist, um Biofouling und das Verblocken der Membranen zu vermeiden. Hier spielt die Biofiltration eine entscheidende Rolle, indem sie die organischen Substanzen und Nährstoffe im Wasser reduziert.
Vorteile der Biofiltration als Vorbehandlung:
Effektive Reduktion organischer Stoffe: Die Biofiltration sorgt für eine deutliche Reduktion der biologisch abbaubaren organischen Stoffe und verringert dadurch das Biofouling in nachgeschalteten Membranprozessen.
Kosteneffiziente Lösung: Durch den Einsatz der Biofiltration als Vorbehandlung können die Betriebskosten von Umkehrosmoseanlagen erheblich gesenkt werden, da der Chemikalienverbrauch zur Membranreinigung und die Frequenz des Membrantauschs reduziert werden.
Verlängerung der Membranlebensdauer: Indem organische Reststoffe und Stickstoffverbindungen frühzeitig abgebaut werden, verlängert die Biofiltration die Lebensdauer der Membranen und minimiert die Notwendigkeit teurer Wartungsmaßnahmen.
Optimierung des Wasserrecyclings: Die Vorbehandlung von Abwässern, wie z.B. Brüdenkondensaten, ermöglicht eine effiziente Rückgewinnung von Wasser und trägt dazu bei, die Anforderungen an die Wasserqualität für den Prozesswasserkreislauf zu erfüllen.
Denitrifikation und Nitrifikation in der Biofiltration
In vielen industriellen Anwendungen, insbesondere im Bereich der Abwasserbehandlung, ist es notwendig, Stickstoffverbindungen zu entfernen. Dies geschieht durch die oben beschriebene Kombination von Nitrifikation (Umwandlung von Ammonium in Nitrat) und Denitrifikation (Reduktion von Nitrat zu Stickstoffgas). Diese Prozesse können in der Biofiltration gezielt gesteuert werden, indem spezifische aerobe und anoxische Zonen im Biofilter geschaffen werden, die die entsprechenden Mikroorganismen beherbergen.
Vorteile der Denitrifikation und Nitrifikation:
Effektive Stickstoffentfernung: Durch die gezielte Denitrifikation und Nitrifikation wird Stickstoff effizient entfernt, was insbesondere in Nährstoffbelasteten Abwässern wichtig ist.
Umweltschutz: Die Entfernung von Stickstoff reduziert das Risiko von Eutrophierung in Gewässern, da überschüssige Nährstoffe im Wasser zu einem übermäßigen Algenwachstum führen können.
Fazit
Die Biofiltration stellt eine hocheffiziente und nachhaltige Methode zur biologischen Wasser- und Abwasserbehandlung dar. Mit Produkten wie der ALMA BHU BAF für große Wasserströme und der ALMA BioFil Compact für kleinere Abwassermengen bietet ALMAWATECH flexible Lösungen, die in verschiedenen industriellen Anwendungen integriert werden können. Besonders als Vorbehandlung zu Umkehrosmoseanlagen für das Wasserrecycling spielt die Biofiltration eine zentrale Rolle, da sie eine kosteneffiziente Reduktion organischer Stoffe und Stickstoffverbindungen ermöglicht und die Lebensdauer der Membranen signifikant verlängert.
