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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

水产养殖废水深度脱氮研究进展

2023-11-24


创新点

针对水产养殖废水氮污染处理及氮排放现状,引出需深度脱氮的观点。本研究:

01

通过案例分析,验证了短程硝化反硝化、全程硝化反硝化及好氧反硝化脱氮是可以同时存在的,并以图画示意他们之间的联系和区别;

02

从多案例分析出发,整合图表,分析了目前深度脱氮的研究进展及不足之处;

03

针对日益严格的环保水处理要求,提出了今后养殖废水深度脱氮的进一步研究建议和方向。


作者简介

刘德钊  研究员

      刘德钊,博士,现任浙江大学生物系统工程与食品科学学院研究员,博士生导师,浙江大学“百人计划”引进人才。主要从事的研究方向包括水产养殖循环水系统节能增效减排新技术与装备研发、空气品质检测与减排技术与装备研发、废水及废弃物优化处理和资源化利用新技术、生物环境工程新技术与装备研发及城镇/农村水资源优化等。目前已在环境工程、化学工程、大气环境、农业工程等相关领域国际著名杂志和会议上发表论文60余篇,其中以第一作者或者通讯作者发表论文30余篇。主持或主参国家自然科学基金及科技部重点研发计划项目课题10余项。IWA(国际水协会)恶臭与挥发性排放物质专家组执行主席(2017-2022),中国农业工程学会畜牧工程分会副理事长,恶臭污染控制产业技术创新战略联盟专家委员会委员,中华环保联合会VOCs污染防治委员会委员等。

水产养殖废水深度脱氮研究进展


作者

由昆1,覃发挥1,李倩2,郭建林2,刘鹰3,肖艳4,刘德钊3,*


单位

1. 沈阳建筑大学 市政与环境工程学院

2. 浙江省淡水水产研究所

3. 浙江大学农业生物环境工程研究所,农业农村部设施农业装备与信息化重点实验室,浙江省农业智能装备与机器人重点实验室

4. 中煤科工集团杭州研究院有限公司


基金项目

1. 浙江省“领雁”研发攻关计划项目(2022C02045)

2. 浙江省重点研发计划项目(2021C02024)

3. 萧山区重大科技计划项目(2021224)

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摘要

      水产养殖业在促进我国经济发展和保障食品供应安全等方面发挥着重要作用。然而,近年来我国水产养殖业的迅猛发展导致每年大量废水和污染物的排放,给周边环境和近海带来严重污染。针对水产养殖废水,生物脱氮技术因其绿色环保、经济可靠等优点而得到广泛研究和应用。目前,大多工厂化养殖采用传统的好氧生物处理方法,注重氨氮的去除,往往忽略硝化反应带来的硝酸盐积累问题,进而导致水生生物如鱼类生长缓慢、免疫力下降等问题。依靠周期性换水以降低三氮危害的主流方式显然不利于节水减排。因此,必须追求经济高效的深度脱氮工艺,为水产养殖业的可持续发展提供可靠支持。针对养殖废水的深度脱氮,在分析传统脱氮方式的基础上,主要介绍了好氧反硝化及同步硝化反硝化的最新进展及应用情况,探讨了其关键影响因素和功能微生物群的作用,并介绍了潜在的深度脱氮前沿技术,以期为我国水产养殖废水深度脱氮工程实践提供有效的指导和依据。

研究背景

进入新世纪,我国水产养殖业迎来了政策利好,现已成为我国渔业生产的主体。据官方最新统计,2022年全国收获6800万余吨水产品,其中八成以上为养殖产出,远超同期捕捞产品产量。不仅如此,我国水产养殖占地较去年进一步扩大已达7107.50千公顷
水产养殖业每年排放的废水数以亿吨计,因而导致了不容忽视的环境和病害问题。根据《第二次全国污染源普查公报》,我国水产养殖业化学需氧量排放量是工业源的0.73倍,达66.60万吨总磷排放超过1.6万吨,同时总氮排放接近10万吨。养殖废水带来的氮污染往往最容易被人们忽视.约75%~80%的剩余饵料、鱼虾类的排泄物等以氨氮和有机氮的形式残留在养殖水体中。养殖尾水裹挟的污染物尤其是氮元素的过量排放,对水生生态环境具有极大的隐患。此外,养殖水体中以氨氮和亚硝态氮为主要危害源的三态氮对养殖水产品均具有毒性,任其在养殖环境中停留积累,也势必会降低水产品的品质及产量。因此,为了保障水产养殖业良性、可持续发展和减少对自然环境的危害,必须对养殖水采取合理、经济可行的处理措施。近年来,循环水养殖(Recirculating Aquaculture System,RAS)受到诸多政策利好和扶持,作为未来养殖行业发展的主力军,其养殖水处理工艺,既反映了该系统的先进性,也是行业健康发展的核心环节。图 1 展示了目前常规的循环养殖水处理工艺流程,及三态氮的转化、排放过程。
常见的机械过滤、泡沫分离、紫外消毒、臭氧净化、电化学法等物理化学技术,或活性污泥法、生物膜法衍生出的各种工艺都被广泛应用于水产养殖水净化领域,也可利用湿地生态系统、鱼塘水生生态系统以达到净化效果。在实际生产运行中,往往采用多种不同原理的工艺技术相互组合对污染物质的去除会更加有效。这其中,生物脱氮由于其成本低、绿色环保、无二次污染等优点被公认为是经济有效和具有发展前途的方法之一。硝化作用是目前大多数生物滤器的首要设计功能,可将毒性较强的氨氮和亚硝酸盐氮氧化,然而其产物硝酸盐在养殖水体中不断累积,会导致鱼类等养殖对象生长减缓等问题。采取养殖水缺氧或厌氧下的脱氧工艺以实现生物反硝化不失为一种有效的策略,然而实施此工艺增加了昂贵的设备采购投入、运行及维护成本。因此,如何经济高效地实现水产养殖水深度脱氮,既是痛点又是行业可持续发展的关键所在。
本文介绍了以下4种常用的生物脱氮技术原理及其在水产养殖水深度脱氮的应用,重点分析了同步硝化反硝化及好氧反硝化理论与实践,并对前沿技术进行了展望.以期为水产养殖行业废水深度脱氮提供参考。

部分图片

图1 循环水养殖系统水处理工艺

图2 水产养殖水深度脱氮技术原理图

图3 SND反应器示意图

引文格式

由昆,覃发挥,李倩,郭建林,刘鹰,肖艳,刘德钊.水产养殖废水深度脱氮研究进展[J/OL].能源环境保护:1-15[2023-11-15].https://doi.org/10.20078/j.eep.20231105.

YOU Kun,QIN Fahui,LI Qian,GUO Jianlin,LIU Ying,XIAO Yan,LIU Dezhao.Research progress on total nitrogen removal for aquaculture wastewater[J/OL].Energy Environmental Protection:1-15[2023-11-15].https://doi.org/10.20078/j.eep.20231105.


  责任编辑:宫在芹
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