Budowa i zasada działania filtra

Filtr wykorzystywany w wermifiltracji ma stosunkowo prostą budowę. Jest zwykle zbiornikiem składającym się z dwóch części: jednostki zapełnionej glebą, piaskiem lub żwirem, w której znajdują się dżdżownice oraz urządzenia odprowadzającego ścieki. Zanieczyszczenia trafiają do górnej części filtra z dżdżownicami, a następnie ulegają rozdrobnieniu w ich żołądkach wraz z pożeraną przez nie glebą. W ten sposób zmieniane są ich właściwości chemiczne, fizyczne oraz biologiczne i oczyszczona woda może być ponownie użyta w procesach, po których była zanieczyszczona. Oprócz pożerania i wydalania dżdżownice wpływają na zanieczyszczenia również za pomocą specjalnego śluzu, który wytwarzają na swoim ciele. Wydzielina ta zawiera w sobie enzymy, które pomagają w mineralizacji niektórych zanieczyszczeń. Utrzymuje także odpowiedni stosunek węgla do azotu w otoczeniu dżdżownic, co wspomaga ich aktywność biochemiczną. W glebie znajdują się też mikroorganizmy, które wspomagają proces oczyszczania ścieków. Wraz z dżdżownicami rosną i rozmnażają się dzięki elementom zawartym w glebie, a dodatkowo mogą żywić się odchodami dżdżownic. Co więcej, część z glebą pełni także funkcję sorpcyjną oraz filtracyjną. Umożliwia zatrzymywanie większych zanieczyszczeń stałych, a sorpcja wspomaga usuwanie mniejszych. W wyniku trawienia gleby przez dżdżownice jest ona wydalana jako mniejsze cząstki niż początkowe. Dzięki temu zwiększana jest powierzchnia właściwa oraz właściwości sorpcyjne złoża, co również wpływa korzystnie na proces oczyszczania ścieków. Zwiększenie powierzchni właściwej oraz porowatości umożliwia dłuższe użytkowanie filtra, ze względu na mniejsze ryzyko jego zapchania. 

Głównymi parametrami, które należy uwzględnić podczas projektowania wermifiltra, są: gatunek dżdżownic, retencja zanieczyszczeń, wysokość złoża oraz obciążenie hydrauliczne, które bierze pod uwagę wielkość strumienia dostarczanych ścieków. Jednym z wyzwań podczas rozwijania tej technologii staje się więc maksymalne zwiększenie obciążenia hydraulicznego, aby móc oczyścić jak największy strumień ścieków. Obecnie współczynnik obciążenia hydraulicznego wynosi od 1 do 2,5 m³/m² złoża/dzień, co jest zbyt małą wartością, aby metoda mogła być wykorzystana w większych oczyszczalniach. Aby wermifiltracja zachodziła z jak największą wydajnością, należy również mieć na uwadze odpowiednie pH oraz ilość tlenu rozpuszczonego. pH ścieków dostarczanych do filtra wpływa na przetrwanie i funkcjonowanie mikroorganizmów, natomiast tlen, oprócz tego, że umożliwia pełnienie funkcji życiowych, jest też konieczny do utleniania zanieczyszczeń. Najczęściej do wermifiltracji wykorzystuje się takie gatunki dżdżownic, jak: Eisenia fetida, Perionyx sansibaricus, Lumbricus rubellus, Eudrilus Eugeniae oraz Eisenia Hortensis. Naturalnie zamieszkują Europę, jednak są w stanie przeżyć również w innych strefach klimatycznych. Gatunki te wykazują największą wydajność oczyszczania ścieków w środowisku o dość dużej wilgotności, jakim jest wermifiltr.

Zastosowanie wermifiltracji

Przeprowadzone badania wykazały, że ścieki oczyszczane za pomocą wermifiltracji charakteryzują się znacznym obniżeniem parametrów, takich jak: biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT), chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) oraz całkowita ilość rozpuszczonych (TDS) i nierozpuszczonych (TSS) ciał stałych. Według badań wykonanych w Indiach wermifiltracja powoduje zmniejszenie wszystkich wymienionych parametrów o ponad 90% podczas oczyszczania ścieków bytowych. Natomiast w przypadku zastosowania wermifiltracji do oczyszczania ścieków przemysłowych wydajność znacznie różniła się w zależności od rodzaju produkcji. Ścieki pochodzące z produkcji żelatyny, ziołowych substancji farmaceutycznych, produktów mlecznych oraz browarów odznaczały się wysokim stopniem oczyszczenia po wermifiltracji – parametry BZT i ChZT ulegały zmniejszeniu o ok. 90%. Mniejszym stopniem oczyszczenia charakteryzowały się natomiast ścieki pochodzące z hodowli świń, upraw oleju palmowego lub przemysłu petrochemicznego. Opracowane zostały również rozwiązania umożliwiające oczyszczanie wody po produkcji farb, która jest źródłem wielu zanieczyszczeń organicznych oraz metali ciężkich w środowisku. Znaczący wpływ na BZT oraz ChZT wermifiltracja wykazała ponadto w przypadku zanieczyszczenia substancjami farmaceutycznymi, m.in. ampicyliną, gentamycyną oraz chloramfenikolem.

Wyzwania dotyczące rozwoju wermifiltracji

Wermifiltry odznaczają się dużą przydatnością w odzyskiwaniu zanieczyszczonej wody w celu ponownego jej użycia w procesie lub bezpiecznego odprowadzenia do kanalizacji. Stanowią też naturalne rozwiązanie, które nie wymaga wysokiego nakładu kapitałowego i kosztów utrzymania. Do ich funkcjonowania nie są również potrzebne duże zasoby energii, jak w przypadku innych metod. Mimo tego istnieją pewne ograniczenia w ich wykorzystaniu w skali przemysłowej. Przede wszystkim filtry te nie mogą operować w warunkach podwodnych z uwagi na niebezpieczeństwo uśmiercenia całej populacji dżdżownic. Ze względu na dużą ich wrażliwość na ciepło i światło przeniesienie skali z laboratoryjnej do przemysłowej może powodować pewne wyzwanie, zwłaszcza gdy filtry będą działać w dużym nasłonecznieniu. Dodatkowo problem stanowi sposób podawania ścieków do oczyszczenia, głównie odpowiednie rozproszenie kropel lub ciał stałych. W przeciwnym razie dżdżownice mogą zostać zranione przez dużą siłę uderzenia. Badania sugerują, iż wermifiltr może pracować ze stałą częstotliwością czyszczenia wynoszącą 7-8 miesięcy, co może stanowić problem dla procesów ciągłych i wiązać się z dodatkowymi nakładami inwestycyjnymi. Jednym z rozwiązań na stawiane wyzwania jest obsadzenie wermifiltrów roślinami. Zmniejszy to siłę uderzenia ścieków, może również zapewnić ochronę przed słońcem, a finalnie – korzystnie wpłynąć na wydajność oczyszczania.