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养殖废水处理理论与实践进展

3 重要技术领域的发展与突破1 养殖废弃物在资源化利用与深度处理之间的徘徊

养殖业废水处理仍然是近十年养殖行业环保最受关注、投入最大的领域。规模化养殖企业在处置养殖废弃物时必须在资源化利用和深度处理之中二选一。虽然近几年一直倡导和鼓励种养结合、废弃物资源化利用,但由于种种原因,养殖废水深度处理、达标排放或零排放仍然是许多养殖企业求生存所必需的。

环保问题的解决与资源化利用是不完全等同的概念,对于企业来说,解决环保问题至少首先要获得环评许可,然后按照环评要求采取措施处置废弃物并达到要求;而合法合规、经济有效的资源化利用,不是口头上“变废为宝”那么简单,首先需要在经济有效的半径范围内拥有足够的土地资源配套(符合就地就近利用原则),更重要的是要“变宝”,即通过收获物实现产业链后端的价值增加,如果收获物只是理论上的产量,而没有实现自身的利用或没有转变为市场价值,那资源化的可研报告会失真;资源化利用还要站在环保角度防止二次污染(包括对水、土、气)。当前我国养殖业废弃物资源化利用推进难,还与以下因素有关:一是养殖业环评导则缺失,相关标准众多,环评报告通常套用多个条文规章,各地执行资源化利用的标准不一,如多数地方要求养殖废水资源化利用前先要满足《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005)等;二是由于历史原因,许多规模化养殖场周边已不再拥有足够的配套土地资源。

2 热点污染物的研究

养殖废水处理,除了针对现行环保要求的指标[如化学需氧量(COD)、氨氮、总磷(TP)等]之外,近几年研究和实践表明,有必要进一步关注以下污染物:耐药菌和耐药基因(ARGs)、盐分(盐度)、总氮(TN),以及废水处理过程中所产生的污泥。污泥是水处理过程中的正常产物,由于清粪模式的改变以及后端出水标准要求的提升,污泥产量普遍增多;污泥的处理难点在于其含水率高。许多研究表明,现行的水处理工艺,其末端出水尽管化学指标达标,但仍然存在耐药菌和耐药基因的环境风险。盐分的积累会对土壤、农作物产生危害,因此更要在资源化利用过程中加以防范。一些地方对养殖废水总氮的排放进行限制,现有技术水平下会大幅增加水处理的成本,显著加重企业的负担。

3 重要技术领域的发展与突破

目前使用较普遍的养殖废水处理工艺包括厌氧生物处理、好氧生物处理、自然处理和深度处理技术,研发中的微藻、膜分离等处理技术,以及与后端水处理相关的养殖场清粪工艺等,已在本专刊的其他文章中专题阐述。本文仅针对厌氧氨氧化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化作扼要说明。

3.1 厌氧氨氧化技术

厌氧氨氧化技术是一种新型的厌氧生物处理技术,是在厌氧环境下厌氧氨氧化菌直接将氨氮和亚硝酸盐转化成氮气的过程。厌氧氨氧化技术的关键菌是厌氧氨氧化菌,其可以在厌氧条件下,通过生物化学反应,将养殖废水中的氨氮转化为氮气,实现对氨氮的去除。因此,厌氧氨氧化技术是一种厌氧生物处理技术,也属于同步硝化反硝化技术类型。由于厌氧氨氧化菌生长缓慢,影响因素较多,因此,在生产中常使用固定床、活性污泥床和膜生物反应器等,增加厌氧氨氧化菌的截留量,并与其他处理技术结合,提高废水处理效率和稳定性。厌氧氨氧化技术具有高效、经济等优点,在养殖废水脱氮方向具有较大的应用前景,但存在启动时间长、干扰因素多等问题,需要进一步解决。在野外工作条件下,厌氧氨氧化技术条件的摸索和调控能力还需要进一步突破。

3.2 短程硝化反硝化技术

缺氧好氧工艺(Anoxi/oxic,A/O)主要通过设置缺氧池和好氧池分别实现反硝化(NH+4→NO2→NO3)和硝化反应(NO3→NO2→N2),实现对废水氨氮的去除。但研究表明传统硝化反硝化过程中会产生亚硝态氮的累积现象[3]。为此,提出了短程硝化反硝化的理论,通过促进氨氧化菌(亚硝酸菌)生长,抑制亚硝酸氧化菌(硝酸菌)的生长,从而实现短程硝化反硝化的进程(NH+4→NO2→N2)。氨氧化菌的生长周期短于亚硝酸氧化菌,其中泥龄、温度、pH 和溶解氧等是影响氨氧化菌和亚硝酸氧化菌的主要因素。温度大于28 ℃时利于氨氧化细菌生长,抑制亚硝酸氧化菌的生长;pH 在 8.0 附近也利于氨氧化菌积累;氨氧化细菌对低浓度溶解氧的亲和力大于亚硝酸氧化菌[4-6]。理论上短程硝化反硝化缩短了反应时间,节约了氧气和碳源供应量,同时降低了污泥产量[7]。但在水处理设施运行过程中由于需要增加污泥排出,以降低泥龄,因而每日会产生大量的污泥。此外,由于影响因素较多,其稳定性也需要进一步的改进。

3.3 同步硝化反硝化技术

同步硝化反硝化技术通过控制生物池中溶解氧、pH 和温度等参数,从而实现硝化反应和反硝化反应同时进行,提高工艺对废水的处理效率[8]。同步硝化反硝化机理包括宏观环境理论、微观环境理论和微生物学理论[9]。宏观环境理论指控制反应器溶解氧的浓度和均匀度,创造硝化菌和反硝化菌都适宜生长的环境,使硝化和反硝化进程同步进行[10]。微观环境理论指控制溶解氧浓度、活性污泥颗粒大小和生物膜厚度等参数,在活性污泥颗粒和生物膜表面和内层形成溶解氧梯度,表面好氧发生硝化反应,内层缺氧发生反硝化反应。微生物学理论指能同时进行硝化和反硝化的微生物的利用。研究表明环境中存在好氧反硝化菌和厌氧硝化菌,如厌氧氨氧化菌可直接把氨氮转化成氮气

(本文来源:https://scl.bjx.com.cn/,侵删)

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