Progressi nella teoria e nella pratica del trattamento delle acque reflue dell'acquacoltura
Scritto da: Gelsomino
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Le acque reflue dell'acquacoltura sono composte principalmente da urina animale, letame e acqua di gestione per l'acquacoltura e contengono elevate concentrazioni di materia organica, azoto, fosforo e solidi sospesi, oltre ad alcuni elementi che costituiscono il sale. Al fine di comprendere più chiaramente le principali scoperte nella tecnologia delle acque reflue dell'acquacoltura del mio paese e i problemi incontrati finora nelle applicazioni pratiche, questo documento riassume inoltre il legame tra l'utilizzo delle risorse e il trattamento avanzato dei rifiuti dell'acquacoltura oltre al tema di questo campo . Il contenuto di sostanze inquinanti ha attirato molta attenzione, così come i progressi in alcuni campi tecnici. Infine, vengono avanzati alcuni suggerimenti per lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di trattamento delle acque reflue dell'acquacoltura.
L’allevamento degli animali è una parte importante dell’economia agricola del mio paese. Tuttavia, con il rapido sviluppo della meccanizzazione e della scala della zootecnia, sono sorti seri problemi ambientali, tra cui le acque reflue degli allevamenti sono una delle principali fonti di inquinamento. Le acque reflue dell'acquacoltura sono acque reflue organiche ad alta concentrazione contenenti materia organica, azoto, fosforo e solidi sospesi, nonché metalli pesanti, antibiotici, geni di resistenza agli antibiotici e microrganismi patogeni. Se non adeguatamente trattata, porterà a cambiamenti nell’ambiente circostante e nell’ecologia, minacciando gli animali. e la salute umana. Attualmente esistono due principali modalità di trattamento delle acque reflue dell'acquacoltura: una è la modalità di trattamento avanzato delle acque reflue (scarico standard), utilizzata principalmente nelle aziende agricole del sud con meno strutture fondiarie. Le acque reflue dell'acquacoltura vengono sottoposte a separazione solido-liquido, trattamento anaerobico/aerobico e, dopo trattamento avanzato, vengono scaricate a norma o riciclate; l'altro è la modalità di trattamento dell'utilizzo delle risorse (fertilizzante, energia), che viene utilizzata principalmente nelle aziende agricole del nord con più strutture fondiarie e le acque reflue sono innocue attraverso la sedimentazione, la fermentazione anaerobica, ecc. Dopo il trattamento, il biogas viene utilizzato per l'utilizzo energetico e i liquami di biogas vengono utilizzati per l'utilizzo delle risorse dei terreni agricoli. Questo articolo riassume brevemente la situazione attuale e i problemi tecnici da superare nell’implementazione del trattamento delle acque reflue nelle imprese di acquacoltura su larga scala nel mio paese, ad uso del personale impegnato nella produzione, nella ricerca scientifica e nella gestione.
1 L’esitazione tra l’utilizzo delle risorse e il trattamento avanzato dei rifiuti dell’acquacoltura
Il trattamento delle acque reflue dell’acquacoltura è ancora il campo che ha ricevuto maggiore attenzione e ha investito di più nella protezione ambientale nel settore dell’acquacoltura negli ultimi dieci anni. Le imprese di acquacoltura su larga scala devono scegliere tra l’utilizzo delle risorse e il trattamento avanzato quando smaltiscono i rifiuti dell’acquacoltura. Sebbene la combinazione di piantagione, allevamento e utilizzo delle risorse di scarto sia stata sostenuta e incoraggiata negli ultimi anni, per vari motivi, il trattamento avanzato delle acque reflue dell’acquacoltura, lo scarico standard o lo scarico zero sono ancora necessari per la sopravvivenza di molte imprese di acquacoltura.
La soluzione dei problemi di tutela ambientale e l'utilizzo delle risorse non sono concetti del tutto equivalenti. Per risolvere i problemi di protezione ambientale, le imprese devono prima ottenere il permesso di valutazione dell'impatto ambientale, quindi adottare misure per smaltire i rifiuti secondo i requisiti della valutazione dell'impatto ambientale e soddisfare i requisiti; conformità legale, economica ed efficace Non è semplice come "trasformare i rifiuti in tesoro" verbalmente. Innanzitutto è necessario disporre di sufficienti risorse fondiarie in un raggio economico ed efficace (secondo il principio dell'utilizzazione locale e vicina) e, soprattutto, "girare tesori", cioè aumentare il valore alle spalle fine della catena industriale si realizza attraverso i prodotti raccolti. Se i prodotti raccolti sono solo rendimenti teorici senza realizzare il proprio utilizzo o convertirli in valore di mercato, il rapporto dello studio di fattibilità sull’utilizzo delle risorse sarà distorto; Dal punto di vista della protezione ambientale, prevenire l’inquinamento secondario (compresi acqua, suolo e aria). Al momento, è difficile promuovere l’utilizzo delle risorse dei rifiuti dell’acquacoltura nel mio paese, il che è legato anche ai seguenti fattori: in primo luogo, mancano linee guida per la valutazione ambientale per il settore dell’acquacoltura e esistono molti standard pertinenti. Ad esempio, la maggior parte dei luoghi richiede che le acque reflue dell'acquacoltura debbano soddisfare gli "Standard di qualità dell'acqua per l'irrigazione dei terreni agricoli" (GB 5084-2005) prima dell'utilizzo delle risorse. In secondo luogo, per ragioni storiche, molte aziende agricole su larga scala non dispongono più di risorse sufficienti per sostenere il territorio circostante.
2 Ricerca sugli inquinanti dei punti caldi
Nel trattamento delle acque reflue dell'acquacoltura, oltre agli indicatori per le attuali esigenze di protezione ambientale [come la domanda chimica di ossigeno (COD), l'azoto ammoniacale, il fosforo totale (TP), ecc.], la ricerca e la pratica negli ultimi anni hanno dimostrato che è necessario prestare maggiore attenzione ai seguenti inquinanti: batteri farmacologici e geni di resistenza (ARG), salinità, azoto totale (TN) e fanghi generati durante il trattamento delle acque reflue. I fanghi sono un prodotto normale nel processo di trattamento delle acque. A causa del cambiamento della modalità di rimozione del letame e del miglioramento dei requisiti standard degli effluenti finali, la produzione di fanghi generalmente aumenta. La difficoltà del trattamento dei fanghi risiede nel loro elevato contenuto di acqua. Molti studi hanno dimostrato che, sebbene gli indicatori chimici degli effluenti al termine dell’attuale processo di trattamento dell’acqua soddisfino gli standard, esistono ancora rischi ambientali di batteri e geni resistenti ai farmaci. L’accumulo di sale causerà danni al suolo e ai raccolti, quindi è necessario prevenirlo nel processo di utilizzo delle risorse. Alcuni luoghi limitano lo scarico dell’azoto totale dalle acque reflue dell’acquacoltura, il che aumenterà notevolmente il costo del trattamento dell’acqua con l’attuale livello tecnico e aumenterà significativamente l’onere per le imprese.
3 Sviluppi e scoperte in importanti settori tecnici
Attualmente, i processi di trattamento delle acque reflue dell'acquacoltura comunemente utilizzati comprendono il trattamento biologico anaerobico, il trattamento biologico aerobico, il trattamento naturale e tecnologie di trattamento avanzate, microalghe, separazione a membrana e altre tecnologie di trattamento in fase di ricerca e sviluppo, nonché la pulizia dell'azienda agricola relativa alle acque di back-end. trattamento. Il processo dello sterco, ecc., è stato descritto in altri articoli di questo numero speciale. Questo articolo descrive solo brevemente anammox, nitrificazione e denitrificazione simultanea e nitrificazione e denitrificazione a corto raggio.
3.1 Tecnologia Anammox
La tecnologia Anammox è un nuovo tipo di tecnologia di trattamento biologico anaerobico, ovvero un processo in cui i batteri anammox convertono direttamente l'azoto ammoniacale e il nitrito in azoto gassoso in un ambiente anaerobico. I batteri chiave della tecnologia anammox sono i batteri anammox, che possono convertire l'azoto ammoniacale nelle acque reflue dell'acquacoltura in azoto gassoso attraverso una reazione biochimica in condizioni anaerobiche per realizzare la rimozione dell'azoto ammoniacale. Pertanto, la tecnologia anammox è una tecnologia di trattamento biologico anaerobico e appartiene anche al tipo di tecnologia di nitrificazione e denitrificazione simultanea. A causa della crescita lenta dei batteri anammox e di molti fattori che influenzano, letti fissi, letti a fanghi attivi e bioreattori a membrana vengono spesso utilizzati nella produzione per aumentare la ritenzione dei batteri anammox e combinati con altre tecnologie di trattamento, migliorano l'efficienza e la stabilità del trattamento delle acque reflue. La tecnologia Anammox presenta i vantaggi di un'elevata efficienza ed economia e ha grandi prospettive di applicazione nella direzione della denitrificazione delle acque reflue dell'acquacoltura, ma ci sono problemi come lunghi tempi di avvio e molti fattori di interferenza, che devono essere ulteriormente risolti. Nelle condizioni del lavoro sul campo, sono necessari ulteriori progressi nell’esplorazione e nella regolamentazione delle condizioni tecniche dell’anammox.
3.2 Tecnologia di nitrificazione e denitrificazione a percorso breve
Il processo anossico/ossico (Anoxi/oxic, A/O) realizza principalmente la denitrificazione (NH{{0}}→NO2→NO3) e la nitrificazione (NO3→NO2→N2) impostando rispettivamente il pool anossico e il pool aerobico . Rimozione dell'azoto ammoniacale dalle acque reflue. Tuttavia, gli studi hanno dimostrato che l’accumulo di azoto nitrito avverrà nel tradizionale processo di nitrificazione e denitrificazione [3]. A tal fine viene proposta la teoria della nitrificazione e denitrificazione a corto raggio. Promuovendo la crescita dei batteri ossidanti l'ammoniaca (batteri nitriti) e inibendo la crescita dei batteri ossidanti i nitriti (batteri nitrificanti), viene realizzato il processo di nitrificazione e denitrificazione a breve raggio (NH+4→NO2). →N2). Il ciclo di crescita dei batteri ossidanti l'ammoniaca è più breve di quello dei batteri ossidanti i nitriti, tra cui l'età del fango, la temperatura, il pH e l'ossigeno disciolto sono i principali fattori che influenzano i batteri ossidanti l'ammoniaca e i batteri ossidanti i nitriti. Quando la temperatura è superiore a 28 gradi, favorisce la crescita di batteri ossidanti l'ammoniaca e inibisce la crescita di batteri ossidanti nitriti; Un pH intorno a 8,0 favorisce anche l'accumulo di batteri ossidanti l'ammoniaca; l'affinità dei batteri che ossidano l'ammoniaca a basse concentrazioni di ossigeno disciolto è maggiore di quella dei batteri che ossidano i nitriti[4-6] . Teoricamente, la nitrificazione e la denitrificazione a corto raggio riducono il tempo di reazione, risparmiano l’apporto di ossigeno e fonti di carbonio e riducono la produzione di fanghi [7]. Tuttavia, durante il funzionamento dell'impianto di trattamento delle acque, ogni giorno viene prodotta una grande quantità di fanghi a causa della necessità di aumentare lo scarico dei fanghi per ridurne l'età. Inoltre, a causa di molti fattori influenti, anche la sua stabilità necessita di ulteriori miglioramenti.
3.3 Tecnologia di nitrificazione e denitrificazione simultanea
La tecnologia di nitrificazione e denitrificazione simultanea realizza nitrificazione e denitrificazione simultanee controllando parametri quali ossigeno disciolto, pH e temperatura nella piscina biologica e migliora l'efficienza del trattamento delle acque reflue [8]. Il meccanismo di nitrificazione e denitrificazione simultanea comprende la teoria del macroambiente, la teoria del microambiente e la teoria della microbiologia [9]. La teoria macroambientale si riferisce al controllo della concentrazione e dell’uniformità dell’ossigeno disciolto nel reattore, creando un ambiente adatto alla crescita sia dei batteri nitrificanti che dei batteri denitrificanti e sincronizzando i processi di nitrificazione e denitrificazione [10]. La teoria del microambiente si riferisce al controllo di parametri quali la concentrazione di ossigeno disciolto, la dimensione delle particelle di fango attivo e lo spessore del biofilm, formando un gradiente di ossigeno disciolto sulla superficie e sullo strato interno di particelle di fango attivo e biofilm, la reazione di nitrificazione aerobica superficiale e l'ipossia dello strato interno . reazione di denitrificazione. La teoria della microbiologia si riferisce all'utilizzo di microrganismi che possono eseguire simultaneamente nitrificazione e denitrificazione. Gli studi hanno dimostrato che nell'ambiente sono presenti batteri denitrificanti aerobici e batteri nitrificanti anaerobici, come i batteri anammox, che possono convertire direttamente l'azoto ammoniacale in azoto.
Oltre alle tecnologie di cui sopra, ricerca e applicazione di microrganismi ad alta efficienza nel processo di trattamento delle acque reflue, controllo dell'inibizione dei prodotti nel processo anaerobico, ottimizzazione e controllo automatico delle condizioni del processo di fermentazione, cracking della cristallizzazione del fosforo che causa il blocco delle tubazioni nel sistema di trattamento delle acque reflue, prevenzione e controllo degli odori nel processo di trattamento delle acque reflue Le innovazioni in tecnologie come l'allevamento, la diffusione e l'anti-infiltrazione contribuiranno a controllare i rischi, ridurre i costi e aumentare l'efficienza.
4 Riepilogo e prospettive
Le tecnologie di trattamento delle acque reflue agricole comprendono il trattamento biologico aerobico, il trattamento biologico anaerobico, il trattamento avanzato e il trattamento naturale. Tra questi, A/O, Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB), Upflow Solid Anaerobic Reactor (USR), digestori di biogas, vasche di ossidazione, ossidazione e coagulazione chimica e altre tecnologie di processo sono relativamente mature e ampiamente utilizzate. Ogni metodo di trattamento ha i suoi vantaggi e limiti. È possibile selezionare diverse combinazioni tecniche in base alle caratteristiche delle acque reflue agricole e alle politiche locali. Ad esempio, le aziende agricole con standard di scarico delle acque reflue più elevati possono scegliere il trattamento anaerobico + aerobico + avanzato. Grazie alla combinazione di tecnologie, le aziende agricole con sufficiente terreno possono dare priorità alla tecnologia di trattamento anaerobico per il trattamento innocuo delle acque reflue. Inoltre, alcune nuove tecnologie di trattamento come nitrificazione e denitrificazione a percorso breve, nitrificazione e denitrificazione simultanea, anammox, trattamento con microalghe e separazione a membrana hanno elevate prospettive di applicazione, ma i loro parametri di trattamento e parametri di stabilità necessitano di ulteriori ricerche e ottimizzazioni o applicazioni ingegneristiche all'aperto.
Con l’aumento della protezione ambientale, le persone avanzano requisiti più elevati per la ricerca e l’applicazione della tecnologia di trattamento delle acque reflue dell’acquacoltura. La ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie di trattamento delle acque reflue sono ancora al centro della ricerca futura, in particolare la forte domanda del mercato per una tecnologia di trattamento delle acque reflue efficiente, stabile e a basso costo; il miglioramento della tecnologia esistente di trattamento delle acque reflue è anche l'obiettivo della ricerca futura, come l'aerobica o lo sviluppo di microrganismi funzionali nella tecnologia di trattamento biologico anaerobico e la ricerca e lo sviluppo di membrane ad alta efficienza e durevoli nella tecnologia di separazione a membrana; allo stesso tempo, il riciclaggio e l'utilizzo energetico delle acque reflue dell'acquacoltura rappresentano un'importante direzione di ricerca, come la valutazione della sicurezza nel processo di riciclaggio delle acque reflue. La ricerca e lo sviluppo di tecnologie di utilizzo dell'energia come la bioenergia del biogas e il biodiesel hanno un importante significato di riferimento per il trattamento e utilizzo sicuri delle acque reflue dell’acquacoltura.