Vermifilter – Wikipedia

Aerobes Behandlungssystem, bestehend aus einem biologischen Reaktor, der Medien enthält

Vermifilter für häusliches Abwasser mit angesammeltem Inhalt (Kompostierungswürmer ausgesetzt)

EIN Vermifilter (ebenfalls Vermi-Fermenter oder Lumbrifilter) ist ein aerobes Behandlungssystem, das aus einem biologischen Reaktor besteht, der Medien enthält, die organisches Material aus Abwasser filtern. Die Medien bieten auch einen Lebensraum für aerobe Bakterien und kompostierende Regenwürmer, die das Abwasser reinigen, indem sie Krankheitserreger und den Sauerstoffbedarf beseitigen. Die “Tropfwirkung” des Abwassers durch die Medien löst Sauerstoff im Abwasser auf und stellt sicher, dass die Behandlungsumgebung aerob ist, um organische Substanzen schnell zu zersetzen.

Vermifilter werden am häufigsten zur Abwasserbehandlung und zur agroindustriellen Abwasserbehandlung eingesetzt.[1] Vermifilter können zur primären, sekundären und tertiären Abwasserbehandlung eingesetzt werden, einschließlich Schwarzwasser und Grauwasser in Systemen vor Ort und kommunales Abwasser in großen zentralen Systemen.

Vermifilter werden dort eingesetzt, wo Abwasser behandelt werden muss, bevor es sicher in die Umwelt eingeleitet wird. Das behandelte Abwasser wird entweder auf Oberflächen- oder Untergrundlaugungsfeldern entsorgt. Festes Material (wie Fäkalien und Toilettenpapier) wird von Bakterien und Regenwürmern zurückgehalten, entwässert und zu Humus verdaut, der in das Filtermedium integriert ist. Die Flüssigkeit passiert das Filtrationsmedium, wo die anhaftenden aeroben Mikroorganismen Krankheitserreger und andere organische Verbindungen biologisch abbauen, was zu behandeltem Abwasser führt.

Vermifiltration ist eine kostengünstige aerobe Abwasserbehandlungsoption.[2] Da für die Belüftung keine Energie benötigt wird, können Vermifilter als “passive Behandlungssysteme” betrachtet werden (Pumpen können erforderlich sein, wenn kein Schwerkraftfluss möglich ist). Ein weiterer Vorteil ist die hohe Behandlungseffizienz bei geringem Platzbedarf.

Terminologie[edit]

Alternative Begriffe, die zur Beschreibung des Vermifiltrationsprozesses verwendet werden, umfassen aeroben Biodigester, biologischen Filter mit Regenwürmern oder feuchte Vermikompostierung. Das Behandlungssystem kann unter Verwendung von Begriffen wie Vermi-Digester und Vermi-Tropfkörper beschrieben werden.

Wenn diese Art von Hygienesystem verwendet wird, um nur die Mischung aus Ausscheidungen und Wasser aus Spültoiletten oder Gießspültoiletten (Schwarzwasser genannt) zu behandeln, wird dem Namen des Prozesses der Begriff “Toilette” hinzugefügt, z. B. Vermifiltertoilette.

Überblick[edit]

Vermifiltration wurde erstmals 1992 von Forschern der Universität von Chile als kostengünstige nachhaltige Technologie für die dezentrale Abwasserbehandlung in ländlichen Gebieten befürwortet.[3] Vermifilter bieten eine ähnliche Behandlungsleistung wie herkömmliche dezentrale Abwasserbehandlungssysteme, jedoch mit möglicherweise höheren hydraulischen Verarbeitungskapazitäten.[3]

Vermifilter sind eine Art Biofilter oder Tropfkörper zur Abwasserbehandlung, jedoch mit Regenwürmern zur Verbesserung der Behandlungseffizienz.[4] Vermifilter bieten eine aerobe Umgebung und ein feuchtes Substrat, das das Wachstum von Mikroorganismen als Biofilm erleichtert. Mikroorganismen führen einen biochemischen Abbau der im Abwasser vorhandenen organischen Substanz durch. Regenwürmer regulieren die mikrobielle Biomasse und Aktivität durch direkte oder / und indirekte Beweidung von Mikroorganismen.[5] Biofilm und organische Stoffe, die durch die Kompostierung von Regenwürmern verbraucht werden, werden dann zu biologisch inerten Gussteilen (Humus) verdaut.[6] Der Vermicast wird in das Mediensubstrat eingearbeitet, wodurch sein Volumen langsam erhöht wird. Wenn sich dies aufbaut, kann es entfernt und als Änderung zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit und -struktur auf den Boden aufgetragen werden.

Die vorhandenen Mikroorganismen sind heterotrop und autotrop. Heterotrophe Mikroorganismen sind wichtig für die Oxidation von Kohlenstoff (Zersetzung), während autotrophe Mikroorganismen für die Nitrifikation wichtig sind.

Infolge von Oxidationsreaktionen, biologischem Abbau und mikrobieller Stimulation durch enzymatische Wirkung kommt es im Vermifilter zum Abbau organischer Stoffe und zur Zerstörung von Krankheitserregern. In einer Studie, in der kommunales Abwasser in einem Vermifilter behandelt wurde, wurden Entfernungsverhältnisse für den biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) ermittelt5) wurden zu 90%, der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) zu 85%, die gesamten suspendierten Feststoffe (TSS) zu 98%, der Ammoniakstickstoff zu 75% und die fäkalen Coliformen auf ein Niveau eliminiert, das den Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation für eine sichere Wiederverwendung in Kulturpflanzen entspricht.[7]

Prozesstypen[edit]

Vermifilter können zur primären, sekundären und tertiären Behandlung von Schwarzwasser und Grauwasser verwendet werden.

Primärbehandlung von Schwarzwasser[edit]

Primärbehandlung Haushalts-Vermifilter mit Feststoffstapel auf der Oberfläche (bestehend aus Kot und Toilettenpapier) auf Vermicast-Humus-Substrat (1 m)2 Oberfläche)

Vermifilter können zur aeroben Primärbehandlung von häuslichem Schwarzwasser verwendet werden.[8] Unbehandeltes Schwarzwasser tritt in ein belüftetes Gehäuse über einem Filtermediumbett ein. Feststoffe sammeln sich auf der Oberfläche des Filterbettes an, während Flüssigkeit durch das Filtermedium abfließt und aus dem Reaktor abgegeben wird. Die Feststoffe (Kot und Toilettenpapier) werden von aeroben Bakterien aerob verdaut und Regenwürmer zu Gussteilen (Humus) kompostiert, wodurch das Volumen an organischem Material erheblich reduziert wird.

Zweikammer-Vermifilter zur Erstbehandlung, der von einer häuslichen Spültoilette gespeist wird.

Vermifilterreaktoren für die Primärbehandlung dienen zum Aufschluss von festem Material, wie es beispielsweise in Rohabwasser enthalten ist. Zweikammer-Parallelreaktoren bieten den Vorteil, dass einer ruhen kann, während der andere aktiv ist, um die hygienische Entfernung von Humus mit reduzierten Krankheitserregern zu erleichtern.

Würmer verdauen aktiv das feste organische Material. Mit der Zeit wird ein Gleichgewicht erreicht, in dem das von einer stabilen Population von Würmern verdaute Volumen gleich dem Eingangsvolumen fester Abfälle ist. Saisonale und Umweltfaktoren (wie Temperatur) und variable Zuflussmengen können dazu führen, dass sich fester Abfall als Haufen ansammelt. Obwohl Sauerstoff aus der Mitte dieses “nassen” Komposthaufens ausgeschlossen ist, arbeiten Würmer von außen nach innen und führen nach Bedarf Luft in den Stapel ein, um ihren Nährstoffbedarf zu decken. Dieser Nahrungsmittelpuffer stellt sicher, dass Vermifilter in der Primärbehandlung ein gewisses Maß an Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit aufweisen, vorausgesetzt, es wird Platz für den Aufbau eines Stapels bereitgestellt. Es gibt Hinweise darauf, dass die feuchte Umgebung die Verdauung fester Abfälle durch Würmer erleichtert.[9] Das Volumen des Vermicast-Humus nimmt nur langsam zu und muss gelegentlich aus dem Primärbehandlungsreaktor entfernt werden.

Die Primärbehandlung von feuchtem Schwarzwasser kann auch Grauwasser umfassen, das Lebensmittelfeststoffe, Fett und andere biologisch abbaubare Abfälle enthält. Festes Material wird zu stabilem Humus (Wurmguss) mit bis zu zehnfachen Volumenreduzierungen reduziert.[1]

Das Verfahren erzeugt primär behandeltes Schwarzwasser, wobei ein Großteil des festen organischen Materials aus dem Abwasser entfernt wird. Da flüssiges Abwasser fast sofort beim Eintritt in den Fermenter abgelassen wird, verbraucht das Abwasser während der Filtrationsstufe wenig gelösten Sauerstoff. Der Sauerstoffbedarf wird jedoch durch den Filter in den Abwasserstrom ausgelaugt, wenn Würmer die zurückgehaltenen Feststoffe verdauen.[10] Dieser Sauerstoffbedarf kann mit Nachbehandlungs-Vermifilterreaktoren beseitigt werden.[10] Vermifilter zur Primärbehandlung bieten ein ähnliches Maß an flüssiger Abwasserbehandlung wie eine Klärgrube.[11] aber in kürzerer Zeit, da die Verdauung von Feststoffen durch Würmer in einer aeroben Umgebung schnell erfolgt.[9]

Das flüssige Abwasser wird entweder direkt in ein Abflussfeld eingeleitet oder einer Sekundärbehandlung unterzogen, bevor es zur Oberflächenbewässerung von landwirtschaftlichen Böden verwendet wird.

Sekundärbehandlung[edit]

Sekundärbehandlung Haus Vermifilter für Abwasser mit Tropfern

Vermifilter für die Sekundär- und Tertiärbehandlung können sich in einem einzigen Turm unter dem primären Vermifilter befinden, sind jedoch typischerweise Einzelreaktoren, bei denen mehrere Reaktoren als aufeinanderfolgende Vermifilter in Reihe geschaltet werden können. Die Entwässerung innerhalb des Reaktors erfolgt durch Filtermedien, die entsprechend der hydraulischen Leitfähigkeit und Permeabilität jedes im Vermifilter vorhandenen Materials verpackt sind. Die Filterpackung hält die im Abwasser vorhandenen festen Partikel zurück, erhöht die hydraulische Verweilzeit und bietet auch einen geeigneten Lebensraum für die Erhaltung einer Population kompostierender Regenwürmer. Diese Population erfordert einen angemessenen Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des Filtermediums, aber auch einen angemessenen Drainage- und Sauerstoffgehalt.

Sprinkler oder Tropfer können in Vermifilterreaktoren zur Sekundär- und Tertiärbehandlung eingesetzt werden (siehe Bild).

Hydraulische Faktoren (hydraulische Verweilzeit, hydraulische Belastungsrate und organische Belastungsrate) und biologische Faktoren (Regenwurmzahlen, Biofilmwerte) können die Behandlungseffizienz beeinflussen.

Beispiel für den Querschnitt eines Vermifilters in einem Fass. Das organische Filtermaterial ist in dem mit “Vermicompost” gekennzeichneten Material enthalten. Das Abwasser könnte auch einfach durch die Schwerkraft abfließen.

Vermifilter sind geschlossene Reaktoren aus haltbaren Materialien, die das Eindringen von Ungeziefer verhindern, normalerweise aus Kunststoff oder Beton. Die Belüftung muss ausreichen, um eine aerobe Umgebung für die Würmer und Mikroorganismen zu gewährleisten und gleichzeitig das Eindringen unerwünschter Fliegen zu verhindern. Die Temperatur im Reaktor muss in einem Bereich gehalten werden, der für die Art der verwendeten Kompostwürmer geeignet ist.[10]

Einflussreicher Eintritt[edit]

Der Zufluss erfolgt über dem Filtermedium. Vollspültoiletten können den Eintrittspunkt in die Seite des Reaktors haben, während Mikrospültoiletten im Allgemeinen direkt über dem Reaktor installiert werden, da diese nicht genügend Wasser liefern, um Feststoffe durch Abwasserrohre zu befördern. Für Primärbehandlungsreaktoren muss ausreichend vertikaler Raum für das Wachstum des Pfahls bereitgestellt werden. Dies ist abhängig vom Feststoffvolumen im Zufluss und der Zersetzungsrate. Sekundär- und Tertiärbehandlungsreaktoren können Sprinkler oder Trickler verwenden, um das einströmende Abwasser gleichmäßig über das Filtermedium zu verteilen, um die Behandlungseffizienz des Filtermediums zu verbessern.

Abschnitte[edit]

Ein anderes Beispiel. Beachten Sie hier die Verwendung von Geomembranen oder anderen synthetischen Tüchern zum Trennen von Schichten.

Vermifilter-Reaktoren können drei verschiedene Filterabschnitte aufweisen: einen organischen Filter als oberste Schicht, die den Regenwürmern Lebensraum bietet; der anorganische oder inerte Filter – eine Schicht aus Kies und eine Schicht aus Sand; und die Drainageschicht oder den Ausgleich (ein Sumpf, in dem das behandelte Abwasser abgelassen und / oder zur Oberseite des Reaktors zurückgeführt wird). Das Filtermedium kann über einem Sumpf in einem Korb aufgehängt sein. Alternativ kann das organische Filtermedium auf einer Drainageschicht aus grobem Kies oder einer durchlässigen Kunststoff-Drainagespule sitzen. Manchmal wird ein synthetisches Geotextilgewebe verwendet, um das Filtermedium über der Drainageschicht an Ort und Stelle zu halten. Um aerob zu bleiben, muss eine ausreichende Belüftung sowie ein Auslass vorhanden sein, damit das flüssige Abwasser abfließen kann.

Filtersubstrat[edit]

Die Entwässerung innerhalb des Vermifilterreaktors erfolgt durch das Filtermedium. Das Filtermedium hat den doppelten Zweck, das feste organische Material zurückzuhalten und gleichzeitig einen Lebensraum bereitzustellen, der zur Erhaltung einer Population von Kompostwürmern geeignet ist. Diese Population erfordert einen angemessenen Feuchtigkeitsgehalt in den Medien sowie eine gute Drainage und aerobe Bedingungen.

Übliche Filterverpackungsmaterialien umfassen Sägemehl,[12][13]Holzspäne, Kokos, Rinde, Torf und Stroh für die organische Schicht. Für die anorganische Schicht werden üblicherweise Kies, Quarzsand, runde Steine, Bimsstein, Schlammkugeln, Glaskugeln, Keramik und Holzkohle verwendet. Die Oberfläche und Porosität dieser Filtermaterialien beeinflussen die Behandlungsleistung.[14] Daher können Materialien mit geringer Granulometrie (kleine Partikel) und großer Oberfläche die Leistung des Vermifilters verbessern.

Vermifilter können als Einzelturmsysteme oder als separate Stufenreaktoren (entweder durch Schwerkraft oder durch Pumpe betrieben) zur Abwasserbehandlung gemäß den Entwurfsanforderungen (Primär-, Sekundär-, Tertiärbehandlung) konstruiert werden. Weitere Stufen [15][16] kann den Behandlungsgrad erhöhen, da mehrstufige Systeme akkumulierende aerobe Bedingungen bieten, die für die Nitrifikation von Ammonium und die Entfernung von CSB geeignet sind.

Für einen höheren Behandlungsgrad können Vermifilter in Reihe angeordnet werden. (Q.r sollte zum ursprünglichen Abwassertank zurückkehren.)

Die Konstruktionsparameter von Vermifiltern umfassen die Besatzdichte von Regenwürmern[17] (obwohl die Regenwurmpopulation im Laufe der Zeit dazu neigt, sich selbst zu moderieren), Filtermedienzusammensetzung,[18] hydraulische Belastungsrate,[19]hydraulische Verweilzeit[13][20] und organische Beladungsrate. Die hydraulische Verweilzeit und die hydraulische Belastungsrate beeinflussen beide die Abwasserqualität. Die hydraulische Verweilzeit ist die tatsächliche Zeit, in der das Abwasser mit dem Filtermedium in Kontakt kommt, und hängt mit der Tiefe des Vermifilters (die im Laufe der Zeit aufgrund der Ansammlung von Regenwurm-Vermicastings zunehmen kann), dem Reaktorvolumen und der Art des verwendeten Materials (Porosität) zusammen. . Die hydraulische Verweilzeit bestimmt die Abwasserzuflussrate (hydraulische Belastung als Zuflussvolumen pro Stunde).

Wenn die Umgebung aerob ist, ist der BSB im Prinzip umso größer, je länger das Abwasser im Filter verbleibt5 und CSB-Entfernungseffizienz wird sein, jedoch auf Kosten der hydraulischen Belastung. Abwasser erfordert eine ausreichende Kontaktzeit mit dem Biofilm, um die Adsorption, Umwandlung und Reduzierung von Verunreinigungen zu ermöglichen.[21] Die hydraulische Belastungsrate ist ein wesentlicher Konstruktionsparameter, der aus dem Abwasservolumen besteht, das ein Vermifilter in einer bestimmten Zeit angemessen behandeln kann. Bei einem bestimmten System führen höhere hydraulische Belastungsraten dazu, dass sich die hydraulische Verweilzeit verringert und somit das Behandlungsniveau verringert. Die hydraulische Belastungsrate kann von Parametern wie Struktur, Abwasserqualität und Schüttdichte der Filterpackung sowie der Methode der Abwasseranwendung abhängen.[22] Übliche Werte für die hydraulische Verweilzeit in Vermifiltrationssystemen liegen zwischen 1 und 3 Stunden.[23] Die hydraulischen Belastungsraten variieren üblicherweise zwischen 0,2 m3 m−2 Tag−1,[24] 3,0 m3 m−2 Tag−1[25] oder 10-20 g L.−1.[26] Die organische Beladungsrate ist definiert als die Menge an löslichem und partikulärem organischem Material (als BSB)5) pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit.[22][27]

Die Effizienz der Behandlung wird durch Gesundheit, Reife und Populationsreichtum der Regenwürmer beeinflusst. Überfluss ist ein grundlegender Parameter für den effizienten Betrieb eines Vermifiltrationssystems.[28] In der Literatur werden unterschiedliche Werte angegeben, üblicherweise in Gramm oder Anzahl der Individuen pro Volumen der Filterpackung oder Oberfläche der Filterpackung. Übliche Dichten variieren zwischen 10 g L.−1 und 40 g L.−1 von Filterpackungsmaterial.[29][30]

Eine Fülle von Regenwürmern verbessert die Behandlungseffizienz, insbesondere den BSB5, TSS und NH4+ Entfernung. Dies liegt daran, dass Regenwürmer organische Stoffe in das Filtermedium abgeben und die Stickstoffmineralisierung stimulieren. Regenwurmgussteile können Substanzen enthalten, die zu einem höheren BSB beitragen5 Entfernung.[31]

Betrieb und Instandhaltung[edit]

Ein Vermifilter hat geringe mechanische und manuelle Wartungsanforderungen und benötigt bei Schwerkraft keinen Energieeinsatz. Eine Umwälzung würde, falls dies für eine verbesserte Abwasserqualität erforderlich wäre, eine Pumpe erfordern.

Für Vermifilter der Sekundär- und Tertiärbehandlung kann eine jährliche Anwendung trockener organischer Materialien auf der Oberseite des Filtermediums erforderlich sein. Das Volumen der Wurmgüsse nimmt nur langsam zu und gelegentlich muss Vermicompost aus dem Vermifilter entfernt werden.

Feststoffe sammeln sich auf der Oberfläche des organischen Filtermediums (oder der Filterpackung) an. Die flüssige Fraktion läuft durch das Medium in den Sumpf oder Ausgleicher ab und wird entweder aus dem Reaktor abgelassen oder zur weiteren Behandlung zum oberen Eingang zurückgeführt. Das Abwasser wird durch direkte Anwendung oder durch Sprinkler, Tropfer oder Trickler an die Oberfläche des Filtermaterials abgeleitet.

Beispiele[edit]

  • Eine Haushalts-Spültoilette mit kombinierter primärer Vermifiltration und direkter Abwasserinfiltration in den Boden darunter wird als “Tiger-Toilette” bezeichnet und von Bear Valley Ventures und Primove Infrastructure Development Consultants im ländlichen Indien getestet. Im Gegensatz zu einer Grubenlatrine wurde festgestellt, dass sich über einen Zeitraum von einem Jahr praktisch keine Fäkalien ansammelten. Im Abwasser gab es eine 99% ige Verringerung der fäkalen Coliformen. Die Zufriedenheit der Benutzer ist hoch, was hauptsächlich auf einen Geruchsmangel zurückzuführen ist.[9][32] Dieses System wird jetzt kommerziell in Indien vermarktet, wo bis Mai 2017 über 2000 dieser Toiletten und Behandlungssysteme verkauft und installiert wurden.[33]
  • “Tigerwurmtoiletten” werden von Oxfam auch als Sanitärlösung in Flüchtlingslagern, Slums und Ballungsräumen in Afrika, beispielsweise in Liberia, beworben.[34]
  • Vermifilter-Toilettensysteme mit niedriger Spülung und direkter Untergrundaufnahme werden in Ghana und anderen afrikanischen Ländern vom Ghana Sustainable Aid Project (GSAP) mit Unterstützung des Providence College in den USA und der University of Ghana vermarktet.[citation needed]
  • Biofilcom ist ein in Ghana tätiges Unternehmen, das das Verfahren unter dem Namen “Biofil Digester” vermarktet.[citation needed]
  • In Australien und Neuseeland gibt es zahlreiche Anbieter, die Vermifiltersysteme für die Grau- und / oder Schwarzwasseraufbereitung im Haushalt anbieten, wobei das primär behandelte Abwasser auf unterirdischen Laugungsfeldern entsorgt wird. Beispiele sind Wormfarm, Zenplumb, Naturalflow, SWWSNZ und Autoflow.[citation needed]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

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Externe Links[edit]

Innoqua Projekt – kombiniert Vermifilter und Filter mit Daphnien, Mikroalgen und anderen Organismen zur Abwasserbehandlung und hat diese Zusammenfassung der Vermifilter..