Typy biologických filtrací
Biologická filtrace je nejdůležitější součást filtračního systému všech zahradních jezírek. Je založena na činnosti bakterií, které jsou schopny z vody poutat a přeměňovat nebezpečné dusíkaté látky pomocí nitrifikačních a denitrifikačních procesů. V omezené míře jsou schopny využívat i fosforečnany. Pro tyto bakterie potřebujeme vytvořit v technologické části jezírka pomocí biologických filtrů vhodné prostředí, abychom dokázali využít jejich potenciál.
Princip biologické filtrace
Nitrifikace je proces oxidace amoniaku (NH3, resp. NH4+) na dusičnany (NO3−), a to přes dusitany (NO2−). Z tohoto důvodu je proces nitrifikace rozdělen na dvě fáze, nitritace a nitratace. Souhrnné rovnice nitrifikace jsou následující
1. nitritace: NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e− + 275 kJ energie
2. nitratace: NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e− + 76kJ energie
Z rovnice jasně vyplývá, že nitrifikace dokáže pomocí nitrifikačních bakterií např. rodu Nitrosocystis nebo Nitrosospira přeměnit volný amoniak (čpavek) nebo amonné soli na dusitany = nitratace.
Dále jsou dusitany NO2− dusitany oxidovány pomocí bakterií rodu Nitrobacter na dusičnany NO3− = nitritace.
Celý proces je aerobní, a proto je třeba nitrifikační komoru ve filtraci neustále provzdušňovat jemnými bublinkami vzduchu (tzv. jemnobublinková areace).
Při procesech nitrifikace, zejména nitrataci dochází k uvolňování vodíkových iontů H+, čímž dochází k okyselování prostředí, to znamená k poklesu pH někdy až kolem 4-4,5. Aby však nitrifikační bakterie optimálně pracovaly, potřebují pH spíše neutrální nebo lehce zásadité 6,5 – 8,5. Dalšími podmínkami pro optimální průběh nitrifikace je dostatek výživy pro bakterie, což jsou nejčastěji amonné soli (NH4+), dále teplota vody (12-26 0C) a zdroj energie (CO2).
Denitrifikace je anaerobní (bezkyslíkatý) proces kdy denitrifikační bakterie např. rodu Pseudomonas nebo Paracoccus redukují dusičnany NO3- přes několik meziproduktů až na elementární, volný dusík N2.
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
Pro optimální průběh denitrifikace je potřeba pH mezi 7-8, dostatek NO3- a zdroj uhlíku, nejčastěji z biomasy, která je v každém jezírku přítomna.
Pokud denitrifikace v jezírku nefunguje a obsah dusičnanů (NO3) stoupne nad 100mg/l, může dojít k redukci dusičnanů na dusitany (NO2), což může v extrémním případě vést až k úhynu obsádky.
Typy biologických filtrací
Komorové filtrace s ponořenými náplněmi
- Jsou to filtrační jednotky, které mohou být kompaktní vícekomorové nebo složené z jednotlivých modulů.
- Filtrační náplně (materiály), jsou v nich trvale ponořené, jednotlivé komory se dají odkalovat.
- Bývají vyrobeny z plastu, sklolaminátu, antikorové oceli apod.
- Objemné filtrace velkých jezírek a recirkulačních odchovných systémů je lepší vyzdít a izolovat, neboli vytvořit tzv. zděný filtr.
- V komorových typech biologických filtrací voda protéká většinou vertikálně se shora dolů a naopak.
- Na filtračních materiálech dochází pomocí přisedlých bakterií k biologickému čištění a zároveň k mechanickému dočištění filtrované vody, jde tedy spíše o mechanicko-biologický typ filtrace.
- Zachycené látky postupnou degradací tvoří hnědý nebo hnědozelený kal, který by se u dobře konstruovaných filtrů měl usazovat na dně filtrace, odkud by měl být pomocí odkalovacích ventilů lehce odstranitelný.
Komorové filtrace s pohyblivým ložem (moving bed system)
- Tyto filtrační jednotky mohou konstrukčně vycházet z klasických komorových filtrací.
- Rozdíl je však v použitých filtračních materiálech, intenzitě vzduchování a toku filtrované vody filtrem.
- Jako filtrační médium se používají speciální plovoucí filtrační média typu Kaldnes K1, které poskytují díky své stavbě poměrně veliký povrch pro nitrifikační bakterie.
- Filtrační komory jsou intenzivně vzduchovány a média jsou stále ve vznosu.
- Dochází tak k optimální situaci ve filtraci, kdy celý objem filtračních materiálů pracuje naprosto stejně, nedochází k usazování kalů jen v určitých místech a tvorbě tzv.“hluchých míst“, tak jak je tomu u klasických komorových filtrací.
- Moving bed filtrace jsou bilogicky velmi účinné, je však vždy lepší v systému filtrace zařadit za tuto jednotku ještě tzv. dočišťovací modul nebo komoru, kde dojde k mechanickému usazení nejjemnějších částí, které často moving bed filtrem projdou
- Nejlepším řešením je zařadit před biologický filtr s pohyblivým ložem mikrosítový bubnový filtr.
Flotační filtrace (Bead filtry)
- Velmi účinné filtrační systémy, které pracují na principu tlakově uzavřené nádoby.
- Jako filtrační materiál jsou v těchto typech filtrů použity tzv. „beads“ neboli perličky či čočky, což je v podstatě PP, PE nebo PVC granulát či regranulát o velikosti 2-3mm.
- Velké množství filtračních částic vytváří obrovský filtrační povrch pro bakterie a zároveň zajišťuje vynikající mechanickou filtrační schopnost.
- Výhodou těchto filtrů je příjemné a jednoduché čištění pomocí intenzivního vzduchovače, který je v jednotce integrován a pomocí šesticestného ventilu.
- Při použití elektromagnetického šesticestného ventilu a regulace k čerpadlu a vzduchovači, může být proces čištění filtru zcela automatizován.
- Další výhodou je malý nárok na prostor při budování filtrační šachty a jednoduchá instalace.
- Nevýhodou těchto filtrů je nutnost použití čerpadel o vyšším příkonu, protože filtr má poměrně velkou tlakovou ztrátu.
- Nejlepší je zařadit před bead filtr funkční mechanický předfiltr.
Skrápěné filtrace
- Jsou považovány za nejúčinnější typ biologického filtru.
- Principiálně jde o nádobu nebo sestavu nádob, která je umístěna nad jezírkem či odchovnou nádrží.
- Voda je do ní přiváděna čerpadlem a ze shora dolů rovnoměrně propadává přes filtrační materiály. Posledním segmentem filtrace je sběrná nádoba, která odvádí vyfiltrovanou vodu zpět do jezírka nebo nádrže.
- Tato filtrace je velmi účinná a poměrně jednoduchá na výrobu.
- Nevýhodou je její velikost a nutnost instalace nad jezírkem, což působí v zahradě neesteticky, proto se s ní lze setkat spíše u odchovných nádrží a v recirkulačních systémech.
- Z podstaty biologické filtrace vyplývá, že na skrápěné filtraci nebude docházet k denitrifakci (odbourávání dusičnanů), protože jde o anaerobní proces probíhající v bezkyslíkatém prostředí. Proto je třeba do filtračních systémů, kde je tento typ filtrace používán, zařadit prvek, kde k této fázi biologického odbourávání dusičnanů bude docházet.
Prohlédněte si galerii biologických filtrů
Navštivte nás nebo nám zašlete zprávu
