10.2 水生物废水处理实施

在水生学中，含有固体物质（即污泥）的废水是一种宝贵的营养来源，需要进行适当的处理。 处理目标与传统废水处理不同，因为在水生物中，固体物质和节水是值得关注的。 此外，无论采用何种废水处理措施，其目标应该是减少固体物质，同时矿化其营养物质。 换句话说，目的是获得一种无固体污水，但含有丰富的溶解营养物（即阴离子和阳离子），这些物质可以在耦合设置中重新插入水循环（图 10.1a）或在分离设置中直接进入水培生长床（图 10.1b）。 鱼类污泥固体主要由可降解的有机物组成，因此固体还原可称为有机还原。 事实上，复杂的有机分子（例如蛋白质、脂质、碳水化合物等）主要由碳组成，并将相继减少为较低分子量的化合物，直到 COSub2/Sub 和 CHSuB4/Sub 的最终气态形式（在厌氧发酵的情况下）。 在这一降解过程中，与有机分子结合的大量营养素（即 N、P、K、钙、镁和 S）和微量营养素（即铁、锰、锌、铜、B 和 Mo）以其离子形式释放到水中。 这种现象被称为养分浸出或营养成分矿化。 可以假设，当实现高有机还原时，也可以实现高营养成分矿化。 一方面，污泥含有一定比例的未溶解矿物，另一方面，在矿化过程中释放一些宏观营养素和微量营养素。 它们可以迅速沉淀在一起，形成不溶性矿物质。 大多数宏观营养素和微量营养素的离子和沉淀矿物质之间的状态与 pH 值相关。 在生物反应器中沉淀最著名的矿物质是磷酸钙、硫酸钙、碳酸钙、黄铁矿和柱石（Peng 等人，2018 年；张等人，2016 年）。 Conroy 和 Couturier（2010 年）观察到，当 pH 值降至 6 以下时，厌氧反应器中释放了 Ca 和 P。 他们表明，释放完全相当于磷酸钙的矿化。 Goddek 等人（2018 年）还观察到 P、Ca 和其他大量营养素在转化为酸性的上流厌氧污泥毯反应器（UASB）中的溶解性。 荣格和洛维特（2011 年）报告，水产源污泥在非常低的 pH 值为 4 的情况下，有 90% 的营养物调动。 在这种情况下，所有的宏观营养素和微量营养素都是溶解的。 因此，有机还原和营养成分矿化之间存在对立。 事实上，当微生物活跃于降解有机化合物时，有机还原是最大的，这种情况发生在 pH 值范围为 6—8。 由于养分浸出在 pH 值低于 6，因此为了最佳的有机还原和营养成分矿化，最有效的方法是分为两个步骤，即 pH 值接近中性的有机还原步骤和酸性条件下的养分浸出步骤。 据我们所知，尚未报告采用这种两步方法的任何行动。 这为废水处理开辟了一个新的领域，需要进一步研究应用于水生物学。

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** 图 10.1** 单循环水生系统 ** (a) ** 和分离水生系统中污泥处理的示意图 ** (b) **

饲料的选择在这种情况下也很重要。 在以动物为基础的饲料中，主要成分部分仍然以动物来源（如鱼粉、骨粉）为基础，结合磷酸盐，例如磷灰石（来自骨粉），在酸性条件下很容易获得，而植物饲料则含有植物酸作为主要磷酸盐来源。 植物酸与磷灰石相比，例如磷灰石需要酶（植物酶）转化（Kumar 等人，2012 年），因此磷酸盐不是那么容易获得。