التقدم في النظرية والتطبيق في معالجة مياه الصرف الصحي في تربية الأحياء المائية

التقدم في النظرية والممارسة في معالجة مياه الصرف الصحي في تربية الأحياء المائية

بقلم : ياسمين

البريد الإلكتروني للاتصال: Kate@aquasust.complastic.com

تتكون مياه الصرف الصحي الخاصة بتربية الأحياء المائية بشكل رئيسي من بول الحيوانات والسماد ومياه الإدارة المخصصة لتربية الأحياء المائية، وتحتوي على تركيزات عالية من المواد العضوية والنيتروجين والفوسفور والمواد الصلبة العالقة، بالإضافة إلى بعض العناصر التي تشكل الملح. من أجل الحصول على فهم أوضح للاختراقات الرئيسية في تكنولوجيا مياه الصرف الصحي لتربية الأحياء المائية في بلدي والمشاكل التي تمت مواجهتها في التطبيقات العملية حتى الآن، تلخص هذه الورقة بالإضافة إلى ذلك التشابك بين استخدام الموارد والمعالجة المتقدمة لنفايات تربية الأحياء المائية بالإضافة إلى موضوع هذا المجال. . وقد حظي محتوى الملوثات باهتمام كبير، فضلاً عن التقدم في بعض المجالات التقنية. وأخيرا، تم طرح بعض الاقتراحات لتطوير وتطبيق تكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي في تربية الأحياء المائية.

تعتبر تربية الحيوانات جزءًا مهمًا من الاقتصاد الزراعي في بلدي. ومع ذلك، مع التطور السريع للميكنة وحجم تربية الحيوانات، نشأت مشاكل بيئية خطيرة، من بينها مياه الصرف الصحي التي تعد أحد مصادر التلوث الرئيسية. مياه الصرف الصحي الخاصة بتربية الأحياء المائية هي مياه صرف عضوية عالية التركيز تحتوي على مواد عضوية ونيتروجين وفوسفور ومواد صلبة عالقة، بالإضافة إلى معادن ثقيلة ومضادات حيوية وجينات مقاومة للمضادات الحيوية والكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. وإذا لم يتم علاجها بشكل صحيح، فإنها ستؤدي إلى تغيرات في البيئة والبيئة المحيطة، مما يهدد الحيوانات. وصحة الإنسان. في الوقت الحاضر، هناك طريقتان رئيسيتان لمعالجة مياه الصرف الصحي من تربية الأحياء المائية: أحدهما هو وضع المعالجة المتقدمة لمياه الصرف الصحي (التفريغ القياسي)، والذي يستخدم بشكل رئيسي في المزارع الجنوبية التي تحتوي على مرافق أقل من الأرض. تخضع مياه الصرف الصحي الخاصة بتربية الأحياء المائية لفصل المواد الصلبة والسائلة، والمعالجة اللاهوائية/الهوائية، وبعد المعالجة المتقدمة، يتم تصريفها إلى المستوى القياسي أو إعادة تدويرها؛ والآخر هو وضع معالجة استخدام الموارد (الأسمدة والطاقة)، ​​والذي يستخدم بشكل رئيسي في المزارع الشمالية التي تحتوي على المزيد من مرافق الأراضي، والمياه العادمة غير ضارة من خلال الترسيب، والتخمير اللاهوائي، وما إلى ذلك. بعد المعالجة، يتم استخدام الغاز الحيوي لاستخدام الطاقة، و يتم استخدام ملاط ​​الغاز الحيوي لاستخدام موارد الأراضي الزراعية. تلخص هذه الورقة بإيجاز الوضع الحالي والمشاكل الفنية التي يجب التغلب عليها في تنفيذ معالجة مياه الصرف الصحي في مؤسسات تربية الأحياء المائية واسعة النطاق في بلدي، لتكون مرجعًا للعاملين في الإنتاج والبحث العلمي والإدارة.

1 التردد بين استغلال الموارد والمعالجة المتقدمة لمخلفات الاستزراع المائي

لا تزال معالجة مياه الصرف الصحي في تربية الأحياء المائية هي المجال الذي حظي بأكبر قدر من الاهتمام واستثمر أكبر قدر ممكن في حماية البيئة في صناعة تربية الأحياء المائية في العقد الماضي. يجب على شركات تربية الأحياء المائية واسعة النطاق الاختيار بين استخدام الموارد والمعالجة المتقدمة عند التخلص من نفايات تربية الأحياء المائية. على الرغم من أن الجمع بين الزراعة والتربية واستخدام موارد النفايات قد تم الدعوة إليه وتشجيعه في السنوات الأخيرة، لأسباب مختلفة، فإن المعالجة المتقدمة لمياه الصرف الصحي لتربية الأحياء المائية، أو التصريف القياسي أو التصريف الصفري لا تزال ضرورية للعديد من مؤسسات تربية الأحياء المائية للبقاء على قيد الحياة.

إن حل مشاكل حماية البيئة واستخدام الموارد ليسا مفهومين متكافئين تمامًا. بالنسبة للمؤسسات، لحل مشاكل حماية البيئة، يجب عليها أولاً الحصول على تصريح تقييم الأثر البيئي، ثم اتخاذ التدابير للتخلص من النفايات وفقًا لمتطلبات تقييم الأثر البيئي وتلبية المتطلبات؛ الامتثال القانوني والاقتصادي والفعال ليس بهذه البساطة "تحويل النفايات إلى كنز" لفظيًا. بادئ ذي بدء، من الضروري أن يكون لديك موارد كافية من الأراضي ضمن دائرة نصف قطرها اقتصادية وفعالة (بما يتماشى مع مبدأ الاستخدام المحلي والقريب)، والأهم من ذلك، "تحويل الكنوز"، أي زيادة القيمة في الخلف يتم تحقيق نهاية السلسلة الصناعية من خلال المنتجات المحصودة. إذا كانت المنتجات المحصودة مجرد عوائد نظرية دون تحقيق الاستفادة منها أو تحويلها إلى قيمة سوقية، فسيتم تشويه تقرير دراسة الجدوى الخاصة باستغلال الموارد؛ من منظور حماية البيئة، منع التلوث الثانوي (بما في ذلك الماء والتربة والهواء). في الوقت الحاضر، من الصعب تعزيز استخدام الموارد من نفايات تربية الأحياء المائية في بلدي، وهو ما يرتبط أيضًا بالعوامل التالية: أولاً، هناك نقص في المبادئ التوجيهية للتقييم البيئي لصناعة تربية الأحياء المائية، وهناك العديد من المعايير ذات الصلة. على سبيل المثال، تتطلب معظم الأماكن أن تستوفي مياه الصرف الصحي الخاصة بتربية الأحياء المائية "معايير جودة المياه لري الأراضي الزراعية" (GB 5084-2005) قبل استخدام الموارد. ثانياً، لأسباب تاريخية، لم يعد لدى العديد من المزارع الكبيرة ما يكفي من موارد الأراضي الداعمة من حولها.

2 بحث عن الملوثات الساخنة

في معالجة مياه الصرف الصحي لتربية الأحياء المائية، بالإضافة إلى مؤشرات متطلبات حماية البيئة الحالية [مثل الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD)، ونيتروجين الأمونيا، والفوسفور الكلي (TP)، وما إلى ذلك]، أظهرت الأبحاث والممارسات في السنوات الأخيرة أن ومن الضروري الاهتمام أكثر بالملوثات التالية: البكتيريا الدوائية وجينات المقاومة (ARGs)، والملوحة (الملوحة)، والنيتروجين الكلي (TN)، والحمأة المتولدة أثناء معالجة مياه الصرف الصحي. الحمأة هي منتج طبيعي في عملية معالجة المياه. بسبب تغيير وضع إزالة السماد وتحسين المتطلبات القياسية للنفايات السائلة الخلفية، يزداد إنتاج الحمأة بشكل عام. تكمن صعوبة معالجة الحمأة في محتواها العالي من الماء. وقد أظهرت العديد من الدراسات أنه على الرغم من أن المؤشرات الكيميائية للنفايات السائلة في نهاية عملية معالجة المياه الحالية تلبي المعايير، إلا أنه لا تزال هناك مخاطر بيئية للبكتيريا المقاومة للأدوية والجينات المقاومة للأدوية. يؤدي تراكم الأملاح إلى الإضرار بالتربة والمحاصيل، لذا من الضروري الحذر منه أثناء عملية استغلال الموارد. وتقيد بعض الأماكن تصريف إجمالي النيتروجين من مياه الصرف الصحي الخاصة بتربية الأحياء المائية، الأمر الذي سيزيد بشكل كبير من تكلفة معالجة المياه في ظل المستوى الفني الحالي ويزيد العبء على الشركات بشكل كبير.

3 التطورات والإنجازات في المجالات التقنية الهامة

في الوقت الحاضر، تشمل عمليات معالجة مياه الصرف الصحي المستخدمة بشكل شائع المعالجة البيولوجية اللاهوائية، والمعالجة البيولوجية الهوائية، والمعالجة الطبيعية وتقنيات المعالجة المتقدمة، والطحالب الدقيقة، وفصل الأغشية وتقنيات المعالجة الأخرى قيد البحث والتطوير، بالإضافة إلى تنظيف المزرعة المتعلق بالمياه الخلفية. علاج. وقد تم عرض عملية الروث وما إلى ذلك في مقالات أخرى في هذا العدد الخاص. تصف هذه المقالة بإيجاز الأناموكس، والنترجة ونزع النتروجين المتزامنين، والنترجة ونزع النتروجين على المدى القصير.

3.1 تقنية أناموكس

تقنية أناموكس هي نوع جديد من تكنولوجيا المعالجة البيولوجية اللاهوائية، وهي عملية تقوم فيها بكتيريا أناموكس بتحويل نيتروجين الأمونيا والنتريت مباشرة إلى غاز النيتروجين في بيئة لا هوائية. البكتيريا الرئيسية في تكنولوجيا أناموكس هي بكتيريا أناموكس، التي يمكنها تحويل نيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي لتربية الأحياء المائية إلى غاز النيتروجين من خلال التفاعل الكيميائي الحيوي في ظل الظروف اللاهوائية لتحقيق إزالة نيتروجين الأمونيا. لذلك، فإن تقنية أناموكس هي تقنية معالجة بيولوجية لاهوائية، وتنتمي أيضًا إلى نوع تقنية النترجة ونزع النتروجين المتزامنة. نظرًا للنمو البطيء لبكتيريا الأناموكس والعديد من العوامل المؤثرة، غالبًا ما تستخدم الأسِرَّة الثابتة وطبقات الحمأة المنشطة والمفاعلات الحيوية الغشائية في الإنتاج لزيادة الاحتفاظ ببكتيريا الأناموكس والدمج مع تقنيات المعالجة الأخرى، وتحسين كفاءة واستقرار معالجة مياه الصرف الصحي. تتمتع تقنية Anammox بمزايا الكفاءة العالية والاقتصاد، ولها آفاق تطبيق كبيرة في اتجاه إزالة النتروجين من مياه الصرف الصحي لتربية الأحياء المائية، ولكن هناك مشاكل مثل وقت البدء الطويل والعديد من عوامل التداخل، والتي تحتاج إلى مزيد من الحل. في ظل ظروف العمل الميداني، هناك حاجة إلى مزيد من الاختراقات في استكشاف وتنظيم الظروف التقنية لأناموكس.

3.2 تكنولوجيا النترجة ونزع النتروجين قصيرة المدى

عملية نقص الأكسجين/الأكسجين (Anoxi/oxic، A/O) تحقق بشكل أساسي إزالة النتروجين (NH {{0}} → NO2 → NO3) والنترجة (NO3 → NO2 → N2) عن طريق ضبط تجمع نقص الأكسجين وحمام السباحة الهوائي، على التوالي . إزالة نيتروجين الأمونيا من مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، فقد أظهرت الدراسات أن تراكم النيتروجين النتريت سيحدث في عملية النترجة ونزع النتروجين التقليدية [3]. ولتحقيق هذه الغاية، تم اقتراح نظرية النترجة ونزع النتروجين قصيرة المدى. من خلال تعزيز نمو البكتيريا المؤكسدة للأمونيا (بكتيريا النتريت) وتثبيط نمو البكتيريا المؤكسدة النتريت (البكتيريا الآزوتية)، يتم تحقيق عملية النترجة ونزع النتروجين قصيرة المدى (NH +4 → NO2). →N2). دورة نمو البكتيريا المؤكسدة للأمونيا أقصر من دورة البكتيريا المؤكسدة النتريت، ومن بينها عمر الطين ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة والأكسجين المذاب هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على بكتيريا الأمونيا المؤكسدة وبكتيريا النتريت المؤكسدة. عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 28 درجة، فهي تساعد على نمو البكتيريا المؤكسدة للأمونيا وتمنع نمو البكتيريا المؤكسدة النتريت. الرقم الهيدروجيني حوالي 8.0 يفضي أيضًا إلى تراكم بكتيريا الأمونيا المؤكسدة. إن ألفة البكتيريا المؤكسدة للأمونيا إلى التركيزات المنخفضة من الأكسجين المذاب أكبر من ألفة البكتيريا المؤكسدة النتريت[4-6] . من الناحية النظرية، تعمل النترجة ونزع النتروجين على المدى القصير على تقصير وقت التفاعل، وتوفير مصادر الأكسجين والكربون، وتقليل إنتاج الحمأة [7]. ومع ذلك، أثناء تشغيل منشأة معالجة المياه، يتم إنتاج كمية كبيرة من الحمأة يوميًا بسبب الحاجة إلى زيادة تصريف الحمأة لتقليل عمر الحمأة. بالإضافة إلى ذلك، وبسبب العديد من العوامل المؤثرة، يحتاج استقرارها أيضًا إلى مزيد من التحسين.

3.3 تكنولوجيا النترجة ونزع النتروجين المتزامنة

تحقق تقنية النترجة ونزع النتروجين المتزامنين النترجة ونزع النتروجين المتزامنين من خلال التحكم في المعلمات مثل الأكسجين المذاب ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة في المجمع البيولوجي، وتحسن كفاءة معالجة مياه الصرف الصحي [8]. تتضمن آلية النترجة ونزع النتروجين المتزامنين نظرية البيئة الكلية ونظرية البيئة الدقيقة ونظرية علم الأحياء الدقيقة [9]. تشير النظرية البيئية الكلية إلى التحكم في تركيز وانتظام الأكسجين المذاب في المفاعل، مما يخلق بيئة مناسبة لنمو البكتيريا الآزوتية وبكتيريا إزالة النتروجين، ومزامنة عمليات النترجة ونزع النتروجين [10]. تشير نظرية البيئة الدقيقة إلى التحكم في المعلمات مثل تركيز الأكسجين المذاب، وحجم جسيمات الحمأة المنشطة وسمك الأغشية الحيوية، وتشكيل تدرج الأكسجين المذاب على السطح والطبقة الداخلية لجزيئات الحمأة المنشطة والأغشية الحيوية، وتفاعل النترجة الهوائية السطحية، ونقص الأكسجة في الطبقة الداخلية. . رد فعل نزع النتروجين. تشير نظرية علم الأحياء الدقيقة إلى استخدام الكائنات الحية الدقيقة التي يمكنها إجراء النترجة ونزع النتروجين في وقت واحد. أظهرت الدراسات أن هناك بكتيريا هوائية تعمل على إزالة النتروجين وبكتيريا آزوتية لاهوائية في البيئة، مثل بكتيريا الأناموكس، والتي يمكنها تحويل نيتروجين الأمونيا إلى نيتروجين مباشرة.

بالإضافة إلى التقنيات المذكورة أعلاه، بحث وتطبيق الكائنات الحية الدقيقة عالية الكفاءة في عملية معالجة مياه الصرف الصحي، والتحكم في تثبيط المنتج في العملية اللاهوائية، والتحسين والتحكم الآلي في ظروف عملية التخمير، وتكسير بلورة الفوسفور مما يسبب انسداد خط الأنابيب في نظام معالجة مياه الصرف الصحي، والوقاية والسيطرة على الرائحة في عملية معالجة مياه الصرف الصحي ستساعد التطورات في التقنيات مثل التكاثر والانتشار ومكافحة التسرب على التحكم في المخاطر وخفض التكاليف وزيادة الكفاءة.

4 ملخص وتوقعات

تشمل تقنيات معالجة مياه الصرف الصحي في المزارع المعالجة البيولوجية الهوائية، والمعالجة البيولوجية اللاهوائية، والمعالجة المتقدمة والمعالجة الطبيعية. من بينها، A/O، وطبقة الحمأة اللاهوائية ذات التدفق العلوي (UASB)، والمفاعل اللاهوائي الصلب ذو التدفق العلوي (USR)، وهاضمات الغاز الحيوي، وبرك الأكسدة، والأكسدة الكيميائية والتخثر وغيرها من تقنيات العمليات هي تقنيات ناضجة نسبيًا ومستخدمة على نطاق واسع. كل طريقة علاج لها مزاياها وقيودها. يمكن اختيار مجموعات فنية مختلفة وفقًا لخصائص مياه الصرف الصحي في المزرعة والسياسات المحلية. على سبيل المثال، يمكن للمزارع التي تتمتع بمعايير أعلى لتصريف مياه الصرف الصحي اختيار المعالجة اللاهوائية + الهوائية + المعالجة المتقدمة. إن الجمع بين التقنيات والمزارع ذات الأراضي الكافية يمكن أن يعطي الأولوية لتكنولوجيا المعالجة اللاهوائية لمعالجة مياه الصرف الصحي بشكل غير ضار. بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض تقنيات المعالجة الجديدة مثل النترجة ونزع النتروجين على المدى القصير، والنترجة ونزع النتروجين المتزامنين، والأناموكس، ومعالجة الطحالب الدقيقة وفصل الأغشية لها آفاق تطبيق عالية، ولكن معلمات المعالجة ومعلمات الاستقرار الخاصة بها تحتاج إلى مزيد من البحث والتحسين أو التطبيقات الهندسية الخارجية.

مع زيادة حماية البيئة، طرح الناس متطلبات أعلى للبحث وتطبيق تكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي في تربية الأحياء المائية. لا يزال البحث والتطوير في مجال تكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي الجديدة محور البحث المستقبلي، وخاصة الطلب القوي في السوق على تكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي الفعالة والمستقرة ومنخفضة التكلفة؛ إن تحسين تكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي الحالية هو أيضًا محور البحث في المستقبل، مثل الهوائية أو تطوير الكائنات الحية الدقيقة الوظيفية في تكنولوجيا المعالجة البيولوجية اللاهوائية، والبحث والتطوير للأغشية عالية الكفاءة والمتينة في تكنولوجيا فصل الأغشية؛ وفي الوقت نفسه، تعد إعادة التدوير واستخدام الطاقة لمياه الصرف الصحي لتربية الأحياء المائية اتجاهًا بحثيًا مهمًا، مثل تقييم السلامة في عملية إعادة تدوير مياه الصرف الصحي. إن البحث والتطوير في تقنيات استخدام الطاقة مثل الطاقة الحيوية للغاز الحيوي والديزل الحيوي له أهمية مرجعية مهمة بالنسبة لـ المعالجة والاستخدام الآمن لمياه الصرف الصحي الخاصة بتربية الأحياء المائية.