התקדמות בתיאוריה ובפרקטיקה של טיפול בשפכים בחקלאות מים

התקדמות בתיאוריה ובפרקטיקה של טיפול בשפכי חקלאות ימית

נכתב על ידי: יסמין

דוא"ל ליצירת קשר: Kate@aquasust.complastic.com

שפכי חקלאות מים מורכבים בעיקר משתן של בעלי חיים, זבל ומי ניהול לחקלאות ימית, ומכילים ריכוזים גבוהים של חומרים אורגניים, חנקן, זרחן ומוצקים מרחפים, וכן כמה יסודות המהווים מלח. על מנת לקבל הבנה ברורה יותר של פריצות הדרך המרכזיות בטכנולוגיית שפכי החקלאות הימית של ארצי והבעיות בהן נתקלו ביישומים מעשיים עד כה, מאמר זה מסכם בנוסף את ההסתבכות בין ניצול משאבים וטיפול מתקדם בפסולת חקלאות ימית בנוסף לנושא של תחום זה . התוכן של מזהמים שמשכו תשומת לב רבה, כמו גם ההתקדמות בכמה תחומים טכניים. לבסוף, מועלות כמה הצעות לפיתוח ויישום של טכנולוגיה לטיפול בשפכים בחקלאות ימית.

גידול בעלי חיים הוא חלק חשוב מהכלכלה החקלאית של ארצי. עם זאת, עם ההתפתחות המהירה של המיכון והיקף גידול בעלי החיים, נוצרו בעיות סביבתיות חמורות, שביניהן שפכים רבייה הם אחד ממקורות הזיהום העיקריים. שפכי חקלאות מים הם שפכים אורגניים בריכוז גבוה המכילים חומרים אורגניים, חנקן, זרחן ומוצקים מרחפים, כמו גם מתכות כבדות, אנטיביוטיקה, גנים לעמידות לאנטיביוטיקה ומיקרואורגניזמים פתוגניים. אם לא יטופל כראוי, זה יוביל לשינויים בסביבה ובאקולוגיה שמסביב, מאיים על בעלי חיים. ובריאות האדם. כיום ישנם שני אופני טיפול עיקריים לשפכים של חקלאות ימית: האחד הוא אופן הטיפול המתקדם בשפכים (הזרמה סטנדרטית), המשמש בעיקר בחוות הדרום עם פחות מתקני קרקע. שפכי החקלאות הימיים עוברים הפרדת מוצקים-נוזלים, טיפול אנאירובי/אירובי ולאחר טיפול מתקדם הם מוזרמים בתקן או ממוחזרים; השני הוא אופן הטיפול של ניצול משאבים (דשן, אנרגיה), המשמש בעיקר בחוות צפוניות עם יותר מתקני קרקע, והשפכים אינם מזיקים באמצעות שיקוע, תסיסה אנאירובית וכו'. לאחר הטיפול, ביוגז משמש לניצול אנרגיה, וכן תמיסת ביוגז משמשת לניצול משאבי קרקע חקלאית. מאמר זה מסכם בקצרה את המצב הנוכחי ואת הבעיות הטכניות שיש להתגבר עליהן ביישום של טיפול בשפכים במפעלי חקלאות ימית בקנה מידה גדול במדינה שלי, לעיונם של אנשים העוסקים בייצור, במחקר מדעי ובניהול.

1 ההיסוס בין ניצול משאבים וטיפול מתקדם בפסולת חקלאות ימית

טיפול בשפכים בחקלאות ימית הוא עדיין התחום שזכה להכי הרבה תשומת לב והשקיע הכי הרבה בשמירה על איכות הסביבה בענף החקלאות הימית בעשור האחרון. מפעלי חקלאות ימית בקנה מידה גדול חייבים לבחור בין ניצול משאבים לבין טיפול מתקדם בעת פינוי פסולת חקלאות ימית. למרות שהשילוב בין שתילה וגידול וניצול משאבי פסולת זוכה בשנים האחרונות לסיפוק, אך מסיבות שונות, טיפול מתקדם בשפכי חקלאות ימית, הזרמה סטנדרטית או אפס הזרמה עדיין הכרחי עבור מפעלי חקלאות ימיים רבים כדי לשרוד.

פתרון בעיות הגנת הסביבה וניצול משאבים אינם מושגים שווים לחלוטין. עבור מפעלים, כדי לפתור בעיות הגנת הסביבה, עליהם לקבל תחילה את היתר הערכת ההשפעה על הסביבה, ולאחר מכן לנקוט באמצעים לפינוי פסולת בהתאם לדרישות הערכת ההשפעה הסביבתית ולעמוד בדרישות; ציות לחוק, חסכוני ואפקטיבי זה לא פשוט כמו "להפוך פסולת לאוצר" מילולית. קודם כל, יש צורך במשאבי קרקע מספקים ברדיוס חסכוני ויעיל (בהתאמה לעקרון הניצול המקומי והסמוך), וחשוב מכך, "להפוך אוצרות", כלומר את עליית הערך מאחור. סוף השרשרת התעשייתית מתממש באמצעות המוצרים שנקטפו. אם המוצרים שנקטפו הם רק תשואות תיאורטיות ללא מימוש ניצול משלהם או המרתם לשווי שוק, דוח בדיקת ההיתכנות של ניצול המשאבים יעוות; מנקודת המבט של הגנת הסביבה, למנוע זיהום משני (כולל מים, אדמה ואוויר). כיום, קשה לקדם בארצי את ניצול המשאבים של פסולת חקלאות ימית, שקשור גם לגורמים הבאים: ראשית, חסרים הנחיות הערכה סביבתית לענף המדגה, ויש הרבה תקנים רלוונטיים. לדוגמה, רוב המקומות דורשים ששפכי חקלאות ימית חייבים לעמוד ב"תקני איכות המים להשקיית קרקע חקלאית" (GB 5084-2005) לפני ניצול המשאבים. שנית, מסיבות היסטוריות, לחוות רבות בקנה מידה גדול אין עוד מספיק משאבי קרקע תומכים סביבן.

2 מחקר על מזהמים בנקודה חמה

בטיפול בשפכי חקלאות ימית, בנוסף לאינדיקטורים לדרישות הגנת הסביבה הנוכחיות [כגון דרישת חמצן כימית (COD), חנקן אמוניה, זרחן כולל (TP) וכו'], המחקר והפרקטיקה בשנים האחרונות הראו כי יש צורך להקדיש תשומת לב רבה יותר למזהמים הבאים: חיידקי תרופות וגנים עמידות (ARGs), מליחות (מליחות), חנקן כולל (TN) ובוץ שנוצר במהלך שפכים טיפול. בוצה היא מוצר רגיל בתהליך הטיפול במים. עקב השינוי במצב פינוי הזבל ושיפור דרישות התקן של קולחין האחורי, ייצור הבוצה עולה בדרך כלל. הקושי בטיפול בבוצה טמון בתכולת המים הגבוהה שלה. מחקרים רבים הראו שלמרות שהאינדיקטורים הכימיים של הקולחין בסוף תהליך הטיפול הנוכחי במים עומדים בתקנים, עדיין קיימים סיכונים סביבתיים של חיידקים עמידים לתרופות וגנים עמידים לתרופות. הצטברות המלח תגרום לפגיעה בקרקע ובגידולים, ולכן יש צורך להישמר מפניו בתהליך ניצול המשאבים. מקומות מסוימים מגבילים את הזרמת החנקן הכולל משפכי חקלאות ימית, מה שיעלה מאוד את עלות הטיפול במים ברמה הטכנית הנוכחית ויגדיל משמעותית את העומס על המפעלים.

3 פיתוחים ופריצות דרך בתחומים טכניים חשובים

כיום, התהליכים הנפוצים לטיפול בשפכים בחקלאות ימית כוללים טיפול ביולוגי אנאירובי, טיפול ביולוגי אירובי, טיפול טבעי וטכנולוגיות טיפול מתקדמות, מיקרו אצות, הפרדת ממברנות וטכנולוגיות טיפול אחרות במחקר ופיתוח, כמו גם ניקוי חוות הקשור למים בקצה האחורי. יַחַס. תהליך הזבל וכו' הוצג במאמרים אחרים בגיליון מיוחד זה. מאמר זה מתאר רק בקצרה אנמוקס, ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו-זמנית, וניטריפיקציה ודניטריפיקציה לטווח קצר.

3.1 טכנולוגיית Anammox

טכנולוגיית אנמוקס היא סוג חדש של טכנולוגיית טיפול ביולוגי אנאירובי, שהוא תהליך שבו חיידקי אנמוקס ממירים ישירות חנקן אמוניה וניטריט לגז חנקן בסביבה אנאירובית. חיידקי המפתח של טכנולוגיית אנמוקס הם חיידקי אנמוקס, שיכולים להמיר חנקן אמוניה במי שפכים של חקלאות ימית לגז חנקן באמצעות תגובה ביוכימית בתנאים אנאירוביים כדי לממש את סילוק חנקן אמוניה. לכן, טכנולוגיית anamox היא טכנולוגיית טיפול ביולוגי אנאירובי, ושייכת גם לסוג טכנולוגיית הניטריפיקציה והדניטריפיקציה הסימולטנית. בשל הצמיחה האיטית של חיידקי אנמוקס וגורמי השפעה רבים, מיטות קבועות, ערוגות בוצה פעילה וביוריאקטורים ממברניים משמשים לרוב בייצור כדי להגביר את שימור חיידקי אנמוקס ולשלב עם טכנולוגיות טיפול אחרות, לשפר את היעילות והיציבות של טיפול בשפכים. לטכנולוגיית Anammox יש יתרונות של יעילות וחסכון גבוהים, ויש לה סיכויי יישום גדולים בכיוון של דניטריפיקציה של שפכים של חקלאות ימית, אך ישנן בעיות כמו זמן הפעלה ארוך וגורמי הפרעה רבים, שצריך לפתור עוד יותר. בתנאים של עבודת שטח, יש צורך בפריצות דרך נוספות בחקירה ובוויסות של תנאים טכניים של אנמוקס.

3.2 טכנולוגיית ניטריפיקציה ודניטריפיקציה במסלול קצר

תהליך אנוקסי/אוקסי (Anoxi/oxic, A/O) מממש בעיקר דניטריפיקציה (NH{{0}}→NO2→NO3) וניטריפיקציה (NO3→NO2→N2) על ידי הגדרת בריכה אנוקסית ובריכה אירובית, בהתאמה . סילוק חנקן אמוניה ממי שפכים. עם זאת, מחקרים הראו כי הצטברות חנקן ניטריט תתרחש בתהליך הניטריפיקציה והדניטריפיקציה המסורתיים [3]. לשם כך, מוצעת התיאוריה של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה לטווח קצר. על ידי קידום צמיחת חיידקים מחמצנים אמוניה (חיידקי ניטריט) ועיכוב צמיחת חיידקים מחמצנים ניטריטים (חיידקים מחמצנים), מתממש תהליך הניטריפיקציה והדניטריפיקציה לטווח קצר (NH+4→NO2). →N2). מחזור הצמיחה של חיידקים מחמצנים אמוניה קצר יותר מזה של חיידקים מחמצנים ניטריט, ביניהם גיל הבוץ, טמפרטורה, pH וחמצן מומס הם הגורמים העיקריים המשפיעים על חיידקים מחמצנים אמוניה וחיידקים מחמצנים ניטריט. כאשר הטמפרטורה גבוהה מ-28 מעלות, זה תורם לצמיחה של חיידקים מחמצנים אמוניה ומעכב את הצמיחה של חיידקים מחמצנים ניטריט; pH סביב 8.0 תורם גם להצטברות של חיידקים מחמצנים אמוניה; הזיקה של חיידקים מחמצנים אמוניה לריכוזים נמוכים של חמצן מומס גדולה מזו של חיידקים מחמצנים ניטריט[4-6] . תיאורטית, ניטריפיקציה ודניטריפיקציה לטווח קצר מקצרים את זמן התגובה, חוסכים באספקת מקורות חמצן ופחמן ומפחיתים את ייצור הבוצה [7]. עם זאת, במהלך הפעלת המתקן לטיפול במים, מופקת מדי יום כמות גדולה של בוצה עקב הצורך בהגברת הזרמת הבוצה להורדת גיל הבוצה. בנוסף, עקב גורמים משפיעים רבים, גם יציבותו זקוקה לשיפור נוסף.

3.3 טכנולוגיית ניטריפיקציה ודניטריפיקציה סימולטנית

טכנולוגיית ניטריפיקציה ודניטריפיקציה סימולטנית מיישמת ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית על ידי שליטה על פרמטרים כמו חמצן מומס, pH וטמפרטורה בבריכה הביולוגית, ומשפרת את יעילות הטיפול בשפכים [8]. המנגנון של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו-זמנית כולל את תורת סביבת המאקרו, תורת הסביבה המיקרו ותיאוריית המיקרוביולוגיה [9]. התיאוריה המאקרו-סביבתית מתייחסת לשליטה בריכוז ובאחידות החמצן המומס בכור, ליצירת סביבה המתאימה לגדילה של חיידקים מניטריפיים וגם לחיידקים דניטריפיקציה, וסנכרון תהליכי הניטריפיקציה והדניטריפיקציה [10]. תיאוריית המיקרו-סביבה מתייחסת לפרמטרים שליטה כמו ריכוז חמצן מומס, גודל חלקיקי בוצה פעילה ועובי ביופילם, יצירת שיפוע חמצן מומס על פני השטח והשכבה הפנימית של חלקיקי בוצה פעילה וביופילם, תגובת הניטריפיקציה האירובית של פני השטח והיפוקסיה בשכבה הפנימית. . תגובת דניטריפיקציה. תיאוריית המיקרוביולוגיה מתייחסת לניצול של מיקרואורגניזמים שיכולים לבצע ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית. מחקרים הראו כי קיימים בסביבה חיידקים אירוביים המניטריפיציה וחיידקים אנאירוביים, כגון חיידקי אנמוקס, שיכולים להמיר באופן ישיר חנקן אמוניה לחנקן.

בנוסף לטכנולוגיות הנ"ל, מחקר ויישום של מיקרואורגניזמים בעלי יעילות גבוהה בתהליך טיפול בשפכים, בקרת עיכוב מוצר בתהליך אנאירובי, אופטימיזציה ובקרה אוטומטית של תנאי תהליך התסיסה, פיצוח של התגבשות זרחן הגורם לחסימת צנרת במערכת טיהור שפכים, מניעה ובקרה על ריחות בתהליך טיפול בשפכים פריצות דרך בטכנולוגיות כמו רבייה, דיפוזיה ומניעת חלחול לעזור לשלוט בסיכונים ולהפחית עלויות ולהגביר את היעילות.

4 סיכום ואאוטלוק

טכנולוגיות טיפול בשפכים בחווה כוללות טיפול ביולוגי אירובי, טיפול ביולוגי אנאירובי, טיפול מתקדם וטיפול טבעי. ביניהם, A/O, Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB), Upflow Solid Anaerobic Reactor (USR) ), מעכלי ביו-גז, בריכות חמצון, חמצון וקרישה כימיים וטכנולוגיות תהליכיות אחרות בשלות יחסית ושימוש נרחב. לכל שיטת טיפול יתרונות ומגבלות משלה. ניתן לבחור שילובים טכניים שונים על פי המאפיינים של שפכי חווה ומדיניות מקומית. למשל, חוות עם תקני הזרמת שפכים גבוהים יותר יכולות לבחור בטיפול אנאירובי + אירובי + מתקדם. השילוב של טכנולוגיות, חוות עם מספיק קרקעות יכול לתת עדיפות לטכנולוגיית טיפול אנאירובי לטיפול לא מזיק בשפכים. בנוסף, לכמה טכנולוגיות טיפול חדשות כגון ניטריפיקציה ודניטריפיקציה קצרה, ניטריפיקציה ודניטריפיקציה סימולטנית, אנמוקס, טיפול באצות והפרדת ממברנות יש סיכויי יישום גבוהים, אך פרמטרי הטיפול ופרמטרי היציבות שלהם זקוקים למחקר ואופטימיזציה נוספים או יישומים הנדסיים חיצוניים.

עם הגדלת ההגנה על הסביבה, אנשים הציגו דרישות גבוהות יותר למחקר ויישום של טכנולוגיית טיפול בשפכים של חקלאות ימית. המחקר והפיתוח של טכנולוגיה חדשה לטיפול בשפכים הם עדיין במוקד המחקר העתידי, במיוחד הדרישה החזקה בשוק לטכנולוגיית טיפול יעילה, יציבה ובעלות נמוכה; שיפור הטכנולוגיה הקיימת לטיפול בשפכים הוא גם המוקד המחקרי בעתיד, כגון אירובי או פיתוח מיקרואורגניזמים פונקציונליים בטכנולוגיית טיפול ביולוגי אנאירובי, ומחקר ופיתוח של ממברנות יעילות ועמידות בטכנולוגיית הפרדת ממברנות; יחד עם זאת, המיחזור וניצול האנרגיה של שפכי חקלאות ימית הם כיוון מחקרי חשוב, כגון הערכת הבטיחות בתהליך מיחזור שפכים למחקר ופיתוח טכנולוגיות ניצול אנרגיה כגון ביו-גז ביו-אנרגיה וביו-דיזל יש משמעות התייחסות חשובה עבור טיפול בטוח וניצול שפכים של חקלאות ימית.