Postępy w teorii i praktyce oczyszczania ścieków akwakulturowych
Napisał: Jasmine
Adres e-mail kontaktowy: Kate@aquasust.complastic.com
Ścieki z akwakultury składają się głównie z moczu zwierząt, odchodów i wody stosowanej w akwakulturze i zawierają wysokie stężenia materii organicznej, azotu, fosforu i zawiesin stałych, a także niektórych pierwiastków wchodzących w skład soli. Aby lepiej zrozumieć kluczowe przełomy w technologii oczyszczania ścieków z akwakultury w moim kraju oraz problemy napotkane dotychczas w praktycznych zastosowaniach, w artykule tym dodatkowo podsumowano powiązania pomiędzy wykorzystaniem zasobów a zaawansowanym przetwarzaniem odpadów z akwakultury, oprócz tematu tej dziedziny . Zawartość substancji zanieczyszczających wzbudziła duże zainteresowanie, a także postęp w niektórych dziedzinach techniki. Na koniec przedstawiono pewne sugestie dotyczące rozwoju i zastosowania technologii oczyszczania ścieków z akwakultury.
Hodowla zwierząt jest ważną częścią gospodarki rolnej mojego kraju. Jednak wraz z szybkim rozwojem mechanizacji i skali hodowli zwierząt pojawiły się poważne problemy środowiskowe, wśród których jednym z głównych źródeł zanieczyszczeń są ścieki hodowlane. Ścieki z akwakultury to ścieki organiczne o wysokim stężeniu, zawierające materię organiczną, azot, fosfor i zawiesiny, a także metale ciężkie, antybiotyki, geny oporności na antybiotyki i mikroorganizmy chorobotwórcze. Niewłaściwie leczone doprowadzi do zmian w otaczającym środowisku i ekologii, zagrażając zwierzętom. i zdrowie ludzkie. Obecnie istnieją dwa główne tryby oczyszczania ścieków z akwakultury: jeden to tryb zaawansowanego oczyszczania ścieków (zrzut standardowy), który jest stosowany głównie w gospodarstwach południowych z mniejszą infrastrukturą gruntową. Ścieki z akwakultury poddawane są separacji substancji stałych i ciekłych, oczyszczaniu beztlenowemu/aerobowemu, a po zaawansowanym oczyszczaniu są odprowadzane do normy lub poddawane recyklingowi; drugi to sposób oczyszczania wykorzystujący zasoby (nawozy, energię), stosowany głównie w gospodarstwach północnych z większą liczbą obiektów gruntowych, a ścieki są nieszkodliwe w wyniku sedymentacji, fermentacji beztlenowej itp. Po oczyszczeniu biogaz wykorzystuje się do wykorzystania energii, a Gnojowica biogazowa wykorzystywana jest do wykorzystania zasobów pól uprawnych. W artykule krótko podsumowano obecną sytuację i problemy techniczne, które należy przezwyciężyć przy wdrażaniu oczyszczania ścieków w dużych przedsiębiorstwach akwakultury w moim kraju, w celach informacyjnych dla personelu zaangażowanego w produkcję, badania naukowe i zarządzanie.
1 Wahania pomiędzy wykorzystaniem zasobów a zaawansowanym przetwarzaniem odpadów z akwakultury
Oczyszczanie ścieków z akwakultury jest nadal dziedziną, której w ciągu ostatniej dekady poświęcono najwięcej uwagi i w którą zainwestowano najwięcej w ochronę środowiska w branży akwakultury. Przedsiębiorstwa akwakultury na dużą skalę muszą wybierać pomiędzy wykorzystaniem zasobów a zaawansowanym przetwarzaniem podczas usuwania odpadów akwakultury. Chociaż w ostatnich latach z różnych powodów zalecano i zachęcano do łączenia sadzenia i hodowli oraz wykorzystania zasobów odpadowych, aby wiele przedsiębiorstw akwakultury mogło przetrwać, nadal konieczne jest zaawansowane oczyszczanie ścieków z akwakultury, standardowy lub zerowy zrzut.
Rozwiązanie problemów ochrony środowiska i wykorzystanie zasobów nie są pojęciami całkowicie równoważnymi. W przypadku przedsiębiorstw, aby rozwiązać problemy ochrony środowiska, muszą najpierw uzyskać pozwolenie na ocenę oddziaływania na środowisko, a następnie podjąć działania w celu unieszkodliwiania odpadów zgodnie z wymogami oceny oddziaływania na środowisko i spełniać wymagania; zgodność z prawem, ekonomiczność i skuteczność Nie jest to tak proste, jak „zamienianie odpadów w skarb” werbalnie. Przede wszystkim konieczne jest posiadanie wystarczających zasobów ziemi w ekonomicznym i efektywnym promieniu (zgodnie z zasadą zagospodarowania lokalnego i bliskiego), a co ważniejsze, „zwracanie skarbów”, czyli wzrost wartości z tyłu koniec łańcucha przemysłowego realizowany jest poprzez zebrane produkty. Jeżeli zebrane produkty stanowią jedynie plon teoretyczny, bez świadomości ich własnego wykorzystania lub przekształcenia ich w wartość rynkową, raport ze studium wykonalności dotyczący wykorzystania zasobów zostanie zniekształcony; Z punktu widzenia ochrony środowiska należy zapobiegać wtórnym zanieczyszczeniom (m.in. wody, gleby i powietrza). Obecnie w moim kraju trudno jest promować wykorzystanie zasobów odpadów akwakultury, co jest również związane z następującymi czynnikami: Po pierwsze, brakuje wytycznych dotyczących oceny oddziaływania na środowisko dla branży akwakultury i istnieje wiele odpowiednich norm. Na przykład w większości miejsc ścieki z akwakultury muszą spełniać „Normy jakości wody do nawadniania pól uprawnych” (GB 5084-2005) przed wykorzystaniem zasobów. Po drugie, ze względów historycznych wiele dużych gospodarstw nie ma już wokół siebie wystarczających zasobów gruntów pomocniczych.
2 Badania zanieczyszczeń typu hot spot
Badania i praktyka ostatnich lat wykazały, że w oczyszczaniu ścieków z akwakultury, oprócz wskaźników odpowiadających aktualnym wymaganiom ochrony środowiska [takim jak chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT), azot amonowy, fosfor całkowity (TP) itp.] należy zwrócić większą uwagę na następujące zanieczyszczenia: bakterie lekowe i geny oporności (ARG), zasolenie (zasolenie), azot całkowity (TN) oraz osad powstający podczas oczyszczania ścieków. Osad jest normalnym produktem procesu uzdatniania wody. Ze względu na zmianę sposobu usuwania obornika i poprawę wymagań norm dotyczących ścieków końcowych, produkcja osadów generalnie wzrasta. Trudność w oczyszczaniu osadów wynika z dużej zawartości wody. Wiele badań wykazało, że chociaż wskaźniki chemiczne ścieków na końcu obecnego procesu uzdatniania wody spełniają standardy, nadal istnieje ryzyko dla środowiska ze strony bakterii lekoopornych i genów lekoopornych. Nagromadzenie soli spowoduje szkody w glebie i uprawach, dlatego należy się przed nią chronić w procesie wykorzystania zasobów. Niektóre miejsca ograniczają odprowadzanie azotu całkowitego ze ścieków akwakultury, co znacznie zwiększy koszty uzdatniania wody przy obecnym poziomie technicznym i znacznie zwiększy obciążenie przedsiębiorstw.
3 Rozwój i przełomy w ważnych dziedzinach techniki
Obecnie powszechnie stosowane procesy oczyszczania ścieków w akwakulturze obejmują beztlenowe oczyszczanie biologiczne, aerobowe oczyszczanie biologiczne, oczyszczanie naturalne i zaawansowane technologie oczyszczania, mikroalgi, separację membranową i inne technologie oczyszczania będące w fazie badań i rozwoju, a także czyszczenie gospodarstw związane z wodą końcową leczenie. Proces odchodów itp. został opisany w innych artykułach tego specjalnego wydania. W artykule tym jedynie pokrótce opisano anammox, jednoczesną nitryfikację i denitryfikację oraz nitryfikację i denitryfikację krótkiego zasięgu.
3.1 Technologia Anammox
Technologia Anammox to nowy rodzaj technologii beztlenowego oczyszczania biologicznego, czyli proces, w którym bakterie anammox bezpośrednio przekształcają azot amoniakalny i azotyn w azot gazowy w środowisku beztlenowym. Kluczowymi bakteriami technologii anammox są bakterie anammox, które potrafią przekształcać azot amonowy znajdujący się w ściekach z akwakultury w azot gazowy w drodze reakcji biochemicznej w warunkach beztlenowych, w celu usunięcia azotu amonowego. Dlatego technologia anammox jest technologią beztlenowego oczyszczania biologicznego, a także należy do rodzaju technologii jednoczesnej nitryfikacji i denitryfikacji. Ze względu na powolny wzrost bakterii anammox i wiele czynników wpływających, w produkcji często stosuje się złoża stałe, złoża osadu czynnego i bioreaktory membranowe w celu zwiększenia retencji bakterii anammox i łączenia z innymi technologiami oczyszczania, poprawy wydajności i stabilności oczyszczania ścieków. Technologia Anammox ma zalety w postaci wysokiej wydajności i oszczędności oraz ma ogromne perspektywy zastosowania w kierunku denitryfikacji ścieków z akwakultury, ale istnieją problemy, takie jak długi czas rozruchu i wiele czynników zakłócających, które wymagają dalszego rozwiązania. W warunkach prac terenowych potrzebne są dalsze przełomy w badaniu i regulacji warunków technicznych anammoxu.
3.2 Technologia nitryfikacji i denitryfikacji krótką ścieżką
Proces beztlenowy/oksydacyjny (Anoxi/oxic, A/O) realizuje głównie denitryfikację (NH{0}} → NO2 → NO3) i nitryfikację (NO3 → NO2 → N2) poprzez ustawienie odpowiednio basenu beztlenowego i basenu tlenowego . Usuwanie azotu amonowego ze ścieków. Badania wykazały jednak, że w tradycyjnym procesie nitryfikacji i denitryfikacji będzie dochodzić do akumulacji azotu azotynowego [3]. W tym celu zaproponowano teorię nitryfikacji i denitryfikacji krótkiego zasięgu. Promując rozwój bakterii utleniających amoniak (bakterie azotynowe) i hamując rozwój bakterii utleniających azotyny (bakterie nitryfikacyjne), realizowany jest proces nitryfikacji i denitryfikacji krótkiego zasięgu (NH+4 →NO2). →N2). Cykl wzrostu bakterii utleniających amoniak jest krótszy niż bakterii utleniających azotyny, wśród których głównymi czynnikami wpływającymi na bakterie utleniające amoniak i bakterie utleniające azotyny są wiek osadu, temperatura, pH i rozpuszczony tlen. Gdy temperatura jest wyższa niż 28 stopni, sprzyja wzrostowi bakterii utleniających amoniak i hamuje rozwój bakterii utleniających azotyny; pH w okolicach 8,0 sprzyja także gromadzeniu się bakterii utleniających amoniak; powinowactwo bakterii utleniających amoniak do niskich stężeń rozpuszczonego tlenu jest większe niż bakterii utleniających azotyny[4-6]. Teoretycznie nitryfikacja i denitryfikacja krótkiego zasięgu skracają czas reakcji, oszczędzają źródła tlenu i węgla oraz zmniejszają powstawanie osadów [7]. Jednakże w trakcie funkcjonowania stacji uzdatniania wody codziennie powstają duże ilości osadów, co wynika z konieczności zwiększenia zrzutu osadu w celu zmniejszenia jego wieku. Ponadto, ze względu na wiele czynników wpływających, jego stabilność również wymaga dalszej poprawy.
3.3 Technologia jednoczesnej nitryfikacji i denitryfikacji
Technologia jednoczesnej nitryfikacji i denitryfikacji realizuje jednoczesną nitryfikację i denitryfikację poprzez kontrolę parametrów takich jak rozpuszczony tlen, pH i temperatura w basenie biologicznym oraz poprawia efektywność oczyszczania ścieków [8]. Mechanizm jednoczesnej nitryfikacji i denitryfikacji obejmuje teorię makrośrodowiska, teorię mikrośrodowiska i teorię mikrobiologii [9]. Teoria makrośrodowiska odnosi się do kontrolowania stężenia i jednorodności rozpuszczonego tlenu w reaktorze, tworzenia środowiska odpowiedniego do wzrostu zarówno bakterii nitryfikacyjnych, jak i denitryfikacyjnych oraz synchronizowania procesów nitryfikacji i denitryfikacji [10]. Teoria mikrośrodowiska odnosi się do parametrów kontrolnych, takich jak stężenie rozpuszczonego tlenu, wielkość cząstek osadu czynnego i grubość biofilmu, tworząc gradient rozpuszczonego tlenu na powierzchni i wewnętrznej warstwie cząstek osadu czynnego i biofilmów, powierzchniowa reakcja tlenowej nitryfikacji i niedotlenienie warstwy wewnętrznej . reakcja denitryfikacji. Teoria mikrobiologii odnosi się do wykorzystania mikroorganizmów, które mogą jednocześnie przeprowadzać nitryfikację i denitryfikację. Badania wykazały, że w środowisku występują tlenowe bakterie denitryfikacyjne i beztlenowe bakterie nitryfikacyjne, takie jak bakterie anammox, które mogą bezpośrednio przekształcać azot amonowy w azot.
Oprócz powyższych technologii, badania i zastosowanie wysokowydajnych mikroorganizmów w procesie oczyszczania ścieków, kontrola inhibicji produktu w procesie beztlenowym, optymalizacja i automatyczna kontrola warunków procesu fermentacji, pękanie krystalizacji fosforu powodującego blokowanie rurociągów w oczyszczalniach ścieków, zapobieganie i kontrola odoru w procesie oczyszczania ścieków Przełom w technologiach takich jak hodowla, dyfuzja i przeciwdziałanie przesiąkaniu pomoże kontrolować ryzyko oraz obniżyć koszty i zwiększyć wydajność.
4 Podsumowanie i perspektywy
Technologie oczyszczania ścieków z gospodarstw rolnych obejmują tlenowe oczyszczanie biologiczne, beztlenowe oczyszczanie biologiczne, oczyszczanie zaawansowane i oczyszczanie naturalne. Wśród nich A/O, beztlenowe złoże osadu z przepływem w górę (UASB), stały reaktor beztlenowy z przepływem w górę (USR), komory fermentacyjne biogazu, zbiorniki utleniające, utlenianie chemiczne i koagulacja oraz inne technologie procesowe są stosunkowo dojrzałe i szeroko stosowane. Każda metoda leczenia ma swoje zalety i ograniczenia. Można wybrać różne kombinacje techniczne w zależności od charakterystyki ścieków z gospodarstw rolnych i lokalnych polityk. Na przykład gospodarstwa o wyższych standardach odprowadzania ścieków mogą wybrać oczyszczanie beztlenowe + aerobowe + zaawansowane. Połączenie technologii, gospodarstwa posiadające wystarczającą ilość gruntów mogą dać pierwszeństwo technologii oczyszczania beztlenowego w celu nieszkodliwego oczyszczania ścieków. Ponadto niektóre nowe technologie oczyszczania, takie jak nitryfikacja i denitryfikacja krótką ścieżką, jednoczesna nitryfikacja i denitryfikacja, anammox, obróbka mikroalgami i separacja membranowa mają duże perspektywy zastosowania, ale ich parametry oczyszczania i parametry stabilności wymagają dalszych badań i optymalizacji lub zastosowań w inżynierii zewnętrznej.
Wraz ze wzrostem ochrony środowiska ludzie stawiają wyższe wymagania dotyczące badań i stosowania technologii oczyszczania ścieków w akwakulturze. Badania i rozwój nowej technologii oczyszczania ścieków są nadal przedmiotem przyszłych badań, zwłaszcza dużego zapotrzebowania rynku na wydajną, stabilną i tanią technologię oczyszczania ścieków; Udoskonalanie istniejącej technologii oczyszczania ścieków jest również przedmiotem przyszłych badań, takich jak aerobic lub rozwój funkcjonalnych mikroorganizmów w beztlenowej technologii biologicznego oczyszczania oraz badania i rozwój wysokowydajnych i trwałych membran w technologii separacji membranowej; jednocześnie recykling i energetyczne wykorzystanie ścieków akwakultury jest ważnym kierunkiem badań, takim jak ocena bezpieczeństwa w procesie recyklingu ścieków. Badania i rozwój technologii wykorzystania energii, takich jak biogaz, bioenergia i biodiesel, mają istotne znaczenie referencyjne dla bezpieczne oczyszczanie i utylizacja ścieków z akwakultury.