از گذشته های دور در اثر عبور آب آلوده از یک بستر شنی مقدار زیادی از آلودگی آب کاسته می شد. بعدها از این اصل استفاده شد و بیوفیلترها یا فیلترهای بیولوژیکی در صنعت فاضلاب مورد استفاده قرار گرفتند. بنابراین می توان گفت این فرایند تصفیه پساب، اولین سیستم تصفیه می باشد. فیلترهای بیولوژیک شباهت زیادی به ستون های پکینگ دارد که در بسیاری از پروسس های صنایع پتروشیمی استفاده می شود. فاضلابی که روی محیط (بستر) فیلتر پخش می شود به آهستگی به طرف پایین سرازیر می شود. میکروارگانیسم های موجود در بستر با تغذیه از مواد آلی فاضلاب رشد نموده و تکثیر می یابند. این میکروارگانیسم ها باعث به وجود آمدن یک قشر بیولوژیک روی بستر می شوند که عمده انتقال و حذف مواد آلی به وسیله آن صورت می گیرد.
فصل اول: اساس بیوفیلتراسیون و بررسی کاربرد آن
1-1- تاریخچه بیوفیلتراسیون
نقش طبیعت با دخالت میکروارگانیسم های موجود در آن در پاکسازی اکوسیستم و محیط زیست نقشی اساسی دارد و از نمونه های آن می توان به خود پالایی رودخانه و تصفیه هوا توسط گیاهان و میکروب ها اشاره نمود. آغاز بکارگیری بیوفیلتر در سال 1973 توسط دانشمندی به نام اسمیت جهت تصفیه هوا بود. بستر این فیلتر را خاک تشکیل می داد و اهمیت آن در جداسازی گازهایی نظیر H2S و CO و C2H2 و… بود. در سال 1957، اولین فیلتر خاکی توسط محققی به نام پومروی (Pomeroy) در آمریکا استفاده شد و پس از آن در سال 1959 نوعی از این بیوفیلتر در یک واحد تصفیه فاضلاب در نورمبرگ آلمان به کار گرفته شد. هم اکنون فیلترهای بیولوژیک بستری در سراسر جهان جهت پاکسازی اکوسیستم ها به کار می روند. عمده استفاده از این نوع تصفیه جهت حذف بیولوژیک نیتروژن و فسفر از فاضلاب ها و حذف بود از فاضلاب و هوا می باشد.
2-1- تئوری بیوفیلتراسیون
میکروارگانیسم ها اساسا باکتری ها و اکتیومس ها که به بستر بیوفیلترها اتصال دارند وظیفه تجزیه اجزای معدنی و آلی با قابلیت تجزیه بیولوژیک را دارند و عمدتا نتیجه فعالیت این میکروارگانیسم ها در خروجی از بیوفیلتر به صورت دی اکسید کربن، نمک های معدنی و آب مشاهده می شود. حذف مواد در داخل بیوفیلترها ممکن است به صورت یک خط سیر عبوری که سبب بهینه سازی یا تخریب ترکیبات آلی ناخواسته می شود مشاهده شود. این خط سیر غالبا شامل چندین مرحله می باشد.
برخلاف سایر سیستم های تصفیه بیولوژیک مواد زائد، اکوسیستم های بیوفیلتری به حد زیادی نسبت به مازاد یا فقدان مواد غذایی حساس هستند. همچنین تجمع محصولات سمی ناشی در متابولیسم میکروبی نیز به طور قابل توجهی شرایط اکوسیستم را تغییر می دهد و نیز برخی مواد غذایی معدنی در طول زمان در نتیجه تبخیر از میان می روند که این موارد در انتها به تغییرات نامطلوب در شرایط بیوفیلتر منجر می شود. از نقطه نظر سینتیکی دو فرایند در بیوفیلتراسیون روی می دهد:
1- فرایندهای ماکروسینتیک
2- فرایندهای میکروسنتیک

بیوفیلم حاصل از احاطه فاز جامد موجود در بستر توسط لایه فعال بیولوژیکی عمل نقل و انتقال مواد و تجزیه بیولوژیک را بر عهده دارد. ماکروسینتیک این تجزیه بیولوژیک در داخل بیوفیلم طبق رابطه میکائیلیس منتن توجیه می گردد. در نقل و انتقال و حذف آلاینده در لایه بیوفیلم، دو نوع محدودیت نقش دارند.
– محدودیت به جهت سرعت واکنش سینتیکی
– محدودیت در اثر نفوذ آلاینده
این محدودیت ها به فعالیت بیولوژیک داخل فیلم وابسته است.