養殖廃水処理の理論と実践の進歩
作者: ジャスミン
連絡先メールアドレス: Kate@aquasust.complastic.com
養殖廃水は主に動物の尿、ふん尿、養殖の管理水で構成されており、高濃度の有機物、窒素、リン、浮遊物質のほか、塩分を構成する一部の元素が含まれています。我が国の養殖廃水技術における重要な進歩と、これまでの実用化で直面した問題点をより明確に理解するために、この論文は、この分野のテーマに加えて、資源利用と養殖廃水の高度処理との絡み合いをさらに要約します。 。注目を集める汚染物質の内容と一部の技術分野の進歩。最後に,水産養殖廃水処理技術の開発と応用についていくつかの提案を行った。
畜産業は私の国の農業経済の重要な部分を占めています。しかし、畜産の機械化と大規模化の急速な進展に伴い、深刻な環境問題が生じており、中でも飼育廃水は主要な汚染源の一つとなっている。養殖排水は、有機物、窒素、リン、浮遊物質に加え、重金属、抗生物質、抗生物質耐性遺伝子、病原性微生物などを含む高濃度の有機性排水です。適切に処理しないと周囲の環境や生態に変化をもたらし、動物たちに脅威を与えます。そして人間の健康。現在、養殖排水の処理モードには主に 2 つのモードがあり、1 つは高度排水処理 (標準放流) モードで、主に土地設備の少ない南部の養殖場で使用されます。養殖排水は固液分離、嫌気・好気処理を経て高度な処理を行った後、基準値まで放流または再利用されます。もう1つは資源利用（肥料、エネルギー）処理モードで、主に土地設備の多い北部農場で使用され、廃水は沈降、嫌気発酵などにより無害化されます。処理後はバイオガスがエネルギー利用に使用され、バイオガススラリーは農地資源活用に利用されます。本稿は、生産、科学研究、管理に従事する関係者の参考のために、我が国の大規模養殖企業における廃水処理の現状と克服すべき技術的問題点を簡潔にまとめたものである。
1 資源活用と養殖廃棄物の高度処理の間の迷い
水産養殖廃水処理は、過去 10 年間で水産養殖業界の環境保護に最も注目され、最も多くの投資が行われてきた分野です。大規模養殖企業は、養殖廃棄物を処分する際に、資源利用か高度処理のどちらかを選択する必要があります。近年、植栽と繁殖の組み合わせや廃棄物資源の利用が提唱され奨励されていますが、さまざまな理由により、多くの養殖企業が存続するには、養殖廃水の高度な処理、標準排出またはゼロ排出が依然として必要です。
環境保護問題の解決と資源の活用は完全に同等の概念ではありません。企業が環境保護問題を解決するには、まず環境影響評価の許可を取得し、環境影響評価の要件に従って廃棄物の処理措置を講じ、要件を満たさなければなりません。法令順守、経済的、効果的 「廃棄物を宝に変える」というのは言葉で言うほど簡単ではありません。まず第一に、（地元および近隣利用の原則に沿って）経済的かつ有効な範囲内に十分な土地資源を確保する必要があり、さらに重要なのは、「宝を回す」、つまり背後にある価値を高めることです。産業チェーンの終焉は、収穫された製品を通じて実現されます。収穫された製品が、それ自体の利用を実現したり、市場価値に変換したりせずに、理論上の収量だけを示している場合、資源利用の実現可能性調査レポートは歪められます。環境保全の観点から、二次汚染（水、土壌、大気等）を防止します。現在、我が国において養殖廃棄物の資源利用を促進することは困難であり、これは以下の要因とも関係している。第一に、養殖産業のための環境アセスメントガイドラインが不足しており、関連基準が多数存在する。たとえば、ほとんどの場所では、資源を利用する前に、水産養殖廃水が「農地灌漑の水質基準」(GB 5084-2005) を満たしている必要があります。第二に、歴史的な理由により、多くの大規模農場の周囲には、支える十分な土地資源がなくなっています。
2 ホットスポット汚染物質に関する研究
養殖廃水の処理においては、現在の環境保護要件の指標［化学的酸素要求量（COD）、アンモニア態窒素、全リン（TP）など］に加えて、近年の研究と実践により、次の汚染物質にさらに注意を払う必要があります：薬剤細菌と耐性遺伝子（ARG）、塩分（塩分）、全窒素（TN）、および廃水処理中に生成される汚泥。汚泥は水処理プロセスにおける通常の生成物です。肥料除去モードの変更と後処理排水基準要件の改善により、汚泥の生成量は一般に増加しています。汚泥処理の難しさは、その含水量の多さにあります。現在の水処理プロセスの最終排水の化学指標は基準を満たしているにもかかわらず、薬剤耐性菌や薬剤耐性遺伝子による環境リスクが依然として存在することが多くの研究で示されています。塩の蓄積は土壌や作物に悪影響を与えるため、資源利用の過程で塩分の蓄積に注意する必要があります。養殖排水からの全窒素の排出を制限しているところもあり、現在の技術レベルでは水処理コストが大幅に上昇し、企業の負担が大幅に増加する。
3 重要な技術分野における発展と躍進
現在、養殖排水の処理プロセスとしては、嫌気性生物処理、好気性生物処理、自然処理技術や高度処理技術、研究開発中の微細藻類や膜分離などの処理技術、後水に関わる養殖場の清掃などが一般的に行われています。処理。糞の処理などについては、この特集の他の記事でも取り上げています。この記事では、アナモックス、同時硝化と脱窒、および短距離硝化と脱窒について簡単に説明するだけです。
3.1 アナモックス技術
アナモックス技術は、アナモックス細菌が嫌気環境下でアンモニア態窒素と亜硝酸塩を窒素ガスに直接変換する新しいタイプの嫌気性生物処理技術です。アナモックス技術の鍵となる細菌はアナモックス細菌で、嫌気条件下での生化学反応により養殖廃水中のアンモニア態窒素を窒素ガスに変換し、アンモニア態窒素の除去を実現します。したがって、アナモックス技術は嫌気性生物処理技術であり、硝化・脱窒同時技術の一種にも属します。アナモックス細菌の増殖は遅く、多くの影響因子があるため、生産では固定床、活性汚泥床、メンブレンバイオリアクターがよく使用され、アナモックス細菌の保持力を高め、他の処理技術と組み合わせて廃水処理の効率と安定性を向上させます。 Anammox技術は高効率かつ経済的という利点があり、養殖廃水の脱窒の方向に大きな応用の可能性を秘めていますが、起動時間が長い、干渉因子が多いなどの課題があり、さらに解決する必要があります。現場作業の条件下では、アナモックスの技術的条件の探索と規制において、さらなる画期的な進歩が必要です。
3.2 ショートパス硝化・脱窒技術
無酸素・酸素プロセス（Anoxi/oxic、A/O）では、主に無酸素プールと好気プールを設定することで、脱窒（NH{0}}→NO2→NO3）と硝化（NO3→NO2→N2）を実現します。 。廃水からのアンモニア態窒素の除去。しかし、従来の硝化および脱窒プロセスでは亜硝酸性窒素の蓄積が起こることが研究で示されています[3]。この目的のために、短距離硝化および脱窒の理論が提案されています。アンモニア酸化菌（亜硝酸菌）の増殖を促進し、亜硝酸酸化菌（硝化菌）の増殖を抑制することで、近距離硝化・脱窒プロセス（NH+4→NO2）を実現します。 →N2)。アンモニア酸化細菌の増殖サイクルは亜硝酸酸化細菌よりも短く、その中でも泥の年齢、温度、pH、溶存酸素がアンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌に影響を与える主な要因となります。温度が28度を超えると、アンモニア酸化細菌の増殖が促進され、亜硝酸酸化細菌の増殖が抑制されます。 pH 8.0 付近でも、アンモニア酸化細菌が蓄積しやすくなります。低濃度の溶存酸素に対するアンモニア酸化細菌の親和性は、亜硝酸酸化細菌の親和性よりも優れています[4-6]。理論的には、短距離硝化および脱窒により反応時間が短縮され、酸素および炭素源の供給が節約され、スラッジの生成が減少します[7]。しかし、水処理施設の運転中は、汚泥年齢を下げるために汚泥の排出量を増やす必要があるため、毎日大量の汚泥が発生します。さらに、多くの影響要因により、その安定性にもさらなる改善が必要です。
3.3 硝化・脱窒同時技術
硝化・脱窒同時技術は、生物プール内の溶存酸素、pH、温度などのパラメータを制御することで硝化と脱窒を同時に実現し、廃水処理の効率を向上させます[8]。硝化と脱窒が同時に起こるメカニズムには、マクロ環境理論、ミクロ環境理論、微生物理論が含まれます [9]。マクロ環境理論とは、反応器内の溶存酸素の濃度と均一性を制御し、硝化菌と脱窒菌の両方が増殖するのに適した環境を作り出し、硝化と脱窒のプロセスを同期させることを指します[10]。微小環境理論とは、溶存酸素濃度、活性汚泥粒子径、生物膜の厚さなどのパラメータを制御し、活性汚泥粒子や生物膜の表面と内層に溶存酸素勾配を形成し、表面の好気性硝化反応、内層の低酸素状態を形成することを指します。 。脱窒反応。微生物理論とは、硝化と脱窒を同時に行うことができる微生物の利用を指します。研究により、環境中に好気性脱窒細菌と嫌気性硝化細菌が存在することが示されており、例えばアナモックス細菌はアンモニア性窒素を直接窒素に変換することができる。
上記技術に加え、廃水処理プロセスにおける高効率微生物の研究と応用、嫌気プロセスにおける生成物阻害の制御、発酵プロセス条件の最適化と自動制御、廃水処理システムにおけるパイプライン閉塞の原因となるリン結晶の分解、防止廃水処理プロセスにおける臭気の制御 繁殖、拡散、浸透防止などの技術の進歩は、リスクを制御し、コストを削減し、効率を向上させるのに役立ちます。
4 まとめと展望
農業排水処理技術には、好気性生物処理、嫌気性生物処理、高度処理、自然処理などがあります。その中で、A/O、上向流嫌気性汚泥床（UASB）、上向流固体嫌気性反応器（USR））、バイオガス消化装置、酸化池、化学酸化および凝固およびその他のプロセス技術は比較的成熟しており、広く使用されています。各治療法には独自の利点と限界があります。農場排水の特性や地域の政策に応じて、さまざまな技術の組み合わせを選択できます。たとえば、排水排出基準が高い農場では、嫌気性 + 好気性 + 高度な処理を選択できます。技術を組み合わせることで、十分な土地を持つ農場では、廃水を無害に処理するための嫌気性処理技術を優先することができます。さらに、ショートパス硝化と脱窒、同時硝化と脱窒、アナモックス、微細藻類処理、膜分離などのいくつかの新しい処理技術には高い応用の見通しがありますが、その処理パラメータと安定性パラメータについてはさらなる研究と最適化、または屋外工学的応用が必要です。
環境保護の強化に伴い、人々は養殖廃水処理技術の研究と応用に対する要求を高めています。新しい廃水処理技術の研究開発は依然として今後の研究の焦点であり、特に効率的で安定した低コストの廃水処理技術に対する市場の強い需要が挙げられます。今後は、好気性または嫌気性生物処理技術における機能性微生物の開発や、膜分離技術における高効率で耐久性の高い膜の研究開発など、既存の廃水処理技術の改良も研究の焦点となります。同時に、養殖廃水のリサイクルとエネルギー利用は、廃水リサイクルプロセスにおける安全性評価などの重要な研究方向である。バイオガスバイオエネルギーやバイオディーゼルなどのエネルギー利用技術の研究開発は、社会にとって重要な参考意義を持っている。養殖排水の安全な処理と利用。