Очистка сточных вод

Выращивание рыбы в системе рециркуляции, где вода постоянно используется повторно, не приводит к исчезновению отходов от рыбной продукции. Грязь или экскременты из рыбы все еще должны где-то заканчиваться.

Рис. 6.1 Выведение азота (N) и фосфора (P) из выращиваемой рыбы. Обратите внимание на количество N, выводимого в виде растворенного вещества. Источник: «Биомар» и Агентство по охране окружающей среды, Дания. _

Биологические процессы в РАС в меньших масштабах сократят количество органических соединений из-за простой биологической деградации или минерализации внутри системы. Тем не менее, значительная нагрузка органического ила из РСБУ еще предстоит решить.

Рис. 6.2 Эскиз течений в систему рециркуляции аквакультуры и из нее. _

Большинство RAS будет иметь переполнение технологической воды для балансировки воды, поступающей в систему и выходящей из нее. Эта вода является той же водой, в которой плавают рыба, и как таковая не является загрязнителем, если объем сброса воды из переполнения не является чрезмерным и ежегодный сброс через эту точку увеличивается. Чем интенсивнее скорость рециркуляции, тем меньше воды будет сброшено через перелив.

Сточные воды, выходящие из процесса рециркуляции, обычно поступают из механического фильтра, где фекалии и другие органические вещества отделяются в шлам фильтра. Очистка и промывка биофильтров также увеличивает общий объем сточных вод из цикла рециркуляции.

Очистка сточных вод, выходящих из РАН, может осуществляться различными способами. Довольно часто перед системой очистки осадка устанавливается буферный резервуар, где шлам отделяется от сточной воды. Осадок будет направляться на накопительную установку для осаждения или дальнейшего механического обезвоживания, прежде чем он будет распространяться на землю, как правило, в качестве удобрения и улучшения почвы на сельскохозяйственных фермах, или он может быть использован в производстве биогаза для производства тепла или электроэнергии. Механическое обезвоживание также облегчает обработку осадка и сводит к минимуму объем, в результате чего утилизация или возможные сборы становятся дешевле.

Рисунок 6.3 Пути шлама и воды внутри и снаружи рециркуляции в системе. Чем выше скорость рециркуляции, тем меньше количество воды, выпущенной из системы (dott ed line), и тем меньше количество сточных вод, подлежащих очистке. Источник: «Гидротех». _

Рис. 6.4 Ленточный фильтр Hydrotech используется в качестве вторичной очистки воды для обезвоживания осадка. _

Рисунок 6.5 Растительная лагуна, размещенная после рециркуляции форелевой фермы в Дании - до и после перерастания. Источник: Пер Бовбьерг, DTU Aqua. _

Чистые сточные воды от очистки осадка обычно имеют высокую концентрацию азота, в то время как фосфор может быть практически полностью удален в процессе обработки осадка. Эта сточная вода называется отбракованной водой и чаще всего сбрасывается в окружающую среду, реку, море и т.д. вместе с переливом воды из РАС. Содержание питательных веществ в отбракованной воде и в переливной воде может быть удалено путем направления их в растительную лагуну, корневую зону или систему просачивания, где остающиеся фосфорные и азотные соединения могут быть дополнительно уменьшены.

Рисунок 6.6 Проект EcoFutura исследовал возможность выращивания томатов с выращиванием Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Источник: Прива (Нидерланды)

В качестве альтернативы, отбракованная вода может использоваться в качестве удобрения в системах аквапоники. Аквапоника — это системы, в которых отходы рыбы используются для выращивания овощей, растений или трав, как правило, внутри теплиц. Для более крупных рыбохозяйственных систем рекомендуется использовать шлам для сельскохозяйственных угодий и биогаза, в то время как отбракованная вода используется для аквапоники, поскольку это проще обрабатывать и корректировать с учетом культур в теплицах.

Содержание азота в сточной воде также может быть удалено путем денитрификации. Как описано в главе 2, метанол чаще всего используется в качестве источника углерода для этого анаэробного процесса, который превращает нитрат в свободный азот в атмосферу, тем самым удаляя нитрат из отбракованной воды. Денитрификация также может использоваться внутри системы рециркуляции для уменьшения количества нитратов в технологической воде RAS с целью снижения концентрации нитратов, минимизируя тем самым потребность в новой воде в системе. Применение денитрификации вне системы рециркуляции осуществляется с целью уменьшения выбросов азота в окружающую среду. В качестве альтернативы использованию метанола в качестве источника углерода может использоваться отбракованная вода, поступающая из системы очистки осадка. Использование отбракованной воды в качестве источника углерода требует жесткого управления денитрификационной камерой, а обратная промывка и очистка камеры могут усложняться. В любом случае эффективная денитрификационная система может значительно снизить содержание азота в сточных водах.

Следует отметить, что рыба выделяет отходы иным образом, чем другие животные, такие как свиньи или коровы. Азот выводится в основном в виде мочи через жабры, в то время как меньшая часть выводится с фекалиями из ануса. Фосфор выводится только с фекалиями. Таким образом, основная доля азота полностью растворяется в воде и не может быть удалена в механическом фильтре. Удаление фекалий в механическом фильтре позволит улавливать меньшую часть азота, зафиксированного в фекалиях, и, в большей степени, количество фосфора. Оставшийся растворенный азот в воде будет преобразован в биофильтр в основном в нитраты. В этом виде азот легко поглощается растениями и может использоваться в качестве удобрения в сельском хозяйстве или просто удаляться в растительных лагунах или системах корневой зоны.

%

%

%

%

%

%

Рисунок 6.7 Удаление азота (N), фосфора (P) и взвешенных твердых веществ (SS) из механического фильтра. Источник: Рыболовная исследовательская станция Баден-Вюртемберга, Германия. _

Фекалии из емкостей для рыбы должны немедленно поступать в механический фильтр без дробления на пути. Чем более неповрежденными и твердыми являются фекалии, тем выше уровень удаляемых твердых веществ и других соединений. На рис. 6.7 показана оценка удаления азота, фосфора и взвешенных твердых веществ (органического вещества) в механическом фильтре размером 50 микрон.

Чем выше скорость рециркуляции, тем меньше будет использоваться новая вода, и тем меньше воды нужно будет обработать. В некоторых случаях вода вообще не вернется в окружающую среду. Однако строительство такого рода «нулевого сброса» рыбоводства сопряжено с большими затратами, а эксплуатационные расходы на обработку отходов являются значительными. Кроме того, ежедневная работа по переработке отходов потребует значительного внимания, чтобы она работала эффективно. Для рыбоводства с нулевым сбросом следует также учитывать, что для предотвращения накопления металлов и фосфорных соединений в системе всегда требуется определенное количество воды. Суть заключается в том, что власти и рыбоводческий фермер должны договориться о разрешении на сброс, которое позволит защитить окружающую среду, имея при этом экономически жизнеспособный рыбоводческий бизнес.

Рисунок 6.8 Сравнение выбросов азота при различной интенсивности рециркуляции. Расчеты основаны на теоретическом примере системы 500 тонн в год с общим объемом воды 4 000 м^3 ^, где 3 000 м^3 ^ - объем аквариума. Не степень рециркуляции сама по себе уменьшает сброс азота, а применение технологии очистки сточных вод. Тем не менее, более интенсивная скорость рециркуляции делает обработку сточных вод все более легкой, поскольку они уменьшаются в объеме. _

Сочетание интенсивного рыбоводства, как рециркуляции, так и традиционного, с обширными системами аквакультуры, такими как, например, традиционная культура карпа, может быть простым способом обращения с биологическими отходами. Питательные вещества интенсивной системы используются в качестве удобрения в обширных прудах, когда избыток воды из интенсивной фермы течет в район карпового пруда. Вода из обширной территории пруда может быть повторно использована в качестве технологической воды на интенсивной ферме. Рост водорослей и водных растений в обширных прудах будет съедать травоядный карп, который в конце концов собирается и используется для потребления. Эффективные условия выращивания получены в интенсивной системе, и воздействие на окружающую среду учитывалось в сочетании с обширной площадью пруда.

Рисунок 6.9 Комбинированные интенсивно экстенсивные рыбоводческие системы в Венгрии. Количество возможностей кажется неограниченным. Источник: Ласло Варади, Научно-исследовательский институт рыболовства, аквакультуры и ирригации (HAKI), Сарвас, Венгрия. _

• Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2015 год, Джейкоб Брегнбалле, Руководство по рециркуляции аквакультуры, http://www.fao.org/3/a-i4626e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *