Біологічний фільтр – це біологічний реактор із нерухомим завантаженням, який працює в (переважно) аеробних умовах. Попередньо відстояна стічна вода постійно розприскується над фільтром. У ході того, як вода просочується через пори фільтру, органіка розпадається під дією біоплівки, яка вкриває фільтруючий матеріал.

Біологічний фільтр заповнюється матеріалом з великою питомою поверхнею, наприклад, камінням, гравієм, подрібненими ПВХ пляшками або спеціально виготовленим фільтруючим матеріалом з пластику. Велика питома поверхня забезпечує велику площу для формування біоплівки. Організми, які ростуть у тонкій біоплівці на поверхні фільтруючого матеріалу, окислюють органічні фракції у стічній воді до діоксиду вуглецю і води, при цьому генеруючи нову біомасу. Вхідна попередньо оброблена стічна вода розподіляється тонкими потоками над фільтром, наприклад, із використанням розприскувача, який обертається. Таким чином фільтруючий матеріал почергово контактує з очищуваною водою і повітрям. Проте у біомасі зменшується рівень кисню, і внутрішні шари можуть бути безкисневими чи анаеробними.

Проєктні міркування

Фільтр зазвичай має глибину від 1 до 2,5 м, але фільтри, заповнені легшим пластиковим наповненням, можуть бути до 12 м глибиною. Первинна обробка є надзвичайно важливою для запобігання забивання і забезпечення ефективної очистки води. Достатній потік повітря є важливим для забезпечення достатньої ефективності обробки і запобігання появи неприємних запахів. Дренажні труби повинні забезпечувати достатній потік повітря при максимальному рівні заповнення. Перфорована плита перекриття підтримує дно фільтру, уможливлюючи збір стоків і надмірного мулу. Із часом біомаса стане густою, і приєднаний шар буде позбавленим кисню; вона перейде в ендогенний стан, втратить можливість утримуватися на фільтруючому завантаженні і відірветься. Високий рівень навантаження біофільтра стічсними водами також спричинить відшарування біомаси. Зібрані стоки потрібно просвітлені у відстійнику задля видалення будь-якої біомаси, яка могла змитися з фільтру. Рівень гідравлічного завантаження і поживних речовин (тобто скільки стічних вод можна обробляти у фільтрі) визначається на основі характеристик стічної води, виду фільтруючого матеріалу, температури навколишнього середовища та вимог щодо якості очищених вод.

Матеріали

Не всі компоненти і матеріали можуть бути наявними на місці. Ідеальний фільтруючий матеріал є недорогим і міцним, має велике співвідношення площі до об’єму, є легким і уможливлює циркуляцію повітря. За наявності, зазвичай найдешевшим варіантом є подрібнене каміння чи гравій. Частки завантаження повинні бути однорідними, і 95% з них повинні мати діаметр від 7 до 10 см. Зазвичай використовується матеріал із питомою площею поверхні від 45 до 60 м²/м^³ у випадку каміння та від 90 до 150 м²/м³ у випадку пластикового завантаження. Більші пори (у випадку завантаження з переробленого пластику) є менш схильними до забивання і забезпечують гарну циркуляцію повітря.

Застосовність

Біологічний фільтр зазвичай є частиною об’єкту з обробки стічної води в якості етапу вторинної чи третинної обробки і може застосовуватися лише у водних системах. Це доречне рішення на етапах стабілізації і відновлення в умовах надзвичайної ситуації, коли потрібне більш довгострокове рішення. Цю технологію можна використовувати лише після первинної очистки, оскільки високий рівень твердої фракції спричинить забивання фільтру. Можна спроєктувати біологічну систему із низькими вимогами щодо енергозабезпечення (яка працює від гравітації), але загалом потрібне постійне постачання енергії та стічних вод. Біологічні фільтри є компактними, вони найкраще підходять для приміських чи великих сільських населених пунктів. Біологічні фільтри можна споруджувати у широкому спектрі умов навколишнього середовища, але потрібні спеціальні заходи адаптації до холодного клімату.

Експлуатація та технічне обслуговування

Для контролю роботи фільтру і проведення ремонту насосу у разі виникнення проблем потрібен досвідчений оператор на повній ставці. Мул, який накопичується на фільтрі, потрібно періодично змивати задля попередження забивання і забезпечення того, що біоплівка лишається тонкою та аеробною. Високе гідравлічне навантаження (промивні дози) можна використовувати для промивання фільтру. Оптимальну швидкість подачі води та частотність промивання потрібно визначати на основі ефективності функціонування фільтру. Завантаження фільтру потрібно підтримувати у вологому стані. Це може бути проблематично вночі, коли зменшується потік води або коли трапляються відключення електропостачання. Слимаки, які харчуються біоплівкою, і мухи – це дві добре відомі проблеми, пов’язані з біологічними фільтрами, які потрібно вирішувати шляхом промивання та періодичного затоплення.

Витрати

Капітальні витрати варіюються від середніх до високих залежно від фільтруючого матеріалу та використаних насосів подачі води. Витрати на енергію також потрібно враховувати. Енергія необхідна для експлуатації насосів, які постачають воду у біологічний фільтр.

Соціальні міркування

Проблеми з неприємними запахами та мухами потребують, щоб фільтр споруджувався подалі від житлових будинків і підприємств. Потрібно вживати належних заходів щодо попередньої і первинної очистки, зливу стічних вод та обробки твердої фази, і всі вони все одно можуть становити ризики для здоров’я.