Avancées en théorie et en pratique du traitement des eaux usées aquacoles
Écrit par : Jasmin
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Les eaux usées de l'aquaculture sont principalement composées d'urine animale, de fumier et d'eau de gestion pour l'aquaculture, et contiennent de fortes concentrations de matière organique, d'azote, de phosphore et de matières en suspension, ainsi que certains éléments qui constituent le sel. Afin de mieux comprendre les avancées clés dans la technologie des eaux usées aquacoles de mon pays et les problèmes rencontrés jusqu'à présent dans les applications pratiques, cet article résume en outre l'intrication entre l'utilisation des ressources et le traitement avancé des déchets aquacoles en plus du thème de ce domaine. . La teneur en polluants a beaucoup retenu l'attention, ainsi que les progrès réalisés dans certains domaines techniques. Enfin, quelques suggestions sont avancées pour le développement et l’application de technologies de traitement des eaux usées aquacoles.
L'élevage est une partie importante de l'économie agricole de mon pays. Cependant, avec le développement rapide de la mécanisation et l'ampleur de l'élevage, de graves problèmes environnementaux sont apparus, parmi lesquels les eaux usées d'élevage constituent l'une des principales sources de pollution. Les eaux usées aquacoles sont des eaux usées organiques à haute concentration contenant de la matière organique, de l'azote, du phosphore et des matières en suspension, ainsi que des métaux lourds, des antibiotiques, des gènes de résistance aux antibiotiques et des micro-organismes pathogènes. S’il n’est pas correctement traité, il entraînera des changements dans l’environnement et l’écologie, menaçant les animaux. et la santé humaine. À l'heure actuelle, il existe deux principaux modes de traitement des eaux usées de l'aquaculture : l'un est le mode avancé de traitement des eaux usées (décharge standard), qui est principalement utilisé dans les fermes du sud disposant de moins d'installations foncières. Les eaux usées de l'aquaculture subissent une séparation solide-liquide, un traitement anaérobie/aérobie et après un traitement avancé, elles sont évacuées selon les normes ou recyclées ; l'autre est le mode de traitement par utilisation des ressources (engrais, énergie), qui est principalement utilisé dans les fermes du Nord avec plus d'installations foncières, et les eaux usées sont inoffensives par sédimentation, fermentation anaérobie, etc. Après traitement, le biogaz est utilisé pour l'utilisation de l'énergie, et la boue de biogaz est utilisée pour l'utilisation des ressources des terres agricoles. Ce document résume brièvement la situation actuelle et les problèmes techniques à surmonter lors de la mise en œuvre du traitement des eaux usées dans les entreprises aquacoles à grande échelle de mon pays, pour référence du personnel engagé dans la production, la recherche scientifique et la gestion.
1 L’hésitation entre utilisation des ressources et traitement avancé des déchets aquacoles
Le traitement des eaux usées de l’aquaculture reste le domaine qui a reçu le plus d’attention et qui a le plus investi dans la protection de l’environnement dans l’industrie aquacole au cours de la dernière décennie. Les entreprises aquacoles à grande échelle doivent choisir entre l’utilisation des ressources et un traitement avancé lorsqu’elles éliminent les déchets aquacoles. Bien que la combinaison de la plantation et de l'élevage et l'utilisation des déchets aient été préconisées et encouragées ces dernières années, pour diverses raisons, un traitement avancé des eaux usées de l'aquaculture, un rejet standard ou un rejet nul sont encore nécessaires à la survie de nombreuses entreprises aquacoles.
La solution des problèmes de protection de l’environnement et l’utilisation des ressources ne sont pas des concepts tout à fait équivalents. Pour que les entreprises puissent résoudre les problèmes de protection de l'environnement, elles doivent d'abord obtenir un permis d'évaluation de l'impact sur l'environnement, puis prendre des mesures pour éliminer les déchets conformément aux exigences de l'évaluation de l'impact sur l'environnement et répondre aux exigences ; conformité légale, économique et efficace Ce n'est pas aussi simple que de « transformer les déchets en trésor » verbalement. Tout d'abord, il faut disposer de ressources foncières suffisantes dans un rayon économique et efficace (conformément au principe d'utilisation locale et de proximité), et surtout, « transformer les trésors », c'est-à-dire augmenter la valeur à l'arrière. La fin de la chaîne industrielle est réalisée à travers les produits récoltés. Si les produits récoltés ne représentent que des rendements théoriques sans réaliser leur propre utilisation ni les convertir en valeur marchande, le rapport de l'étude de faisabilité sur l'utilisation des ressources sera faussé ; Du point de vue de la protection de l'environnement, prévenir la pollution secondaire (notamment l'eau, le sol et l'air). À l'heure actuelle, il est difficile de promouvoir l'utilisation des ressources des déchets aquacoles dans mon pays, ce qui est également lié aux facteurs suivants : Premièrement, il existe un manque de lignes directrices en matière d'évaluation environnementale pour l'industrie aquacole et il existe de nombreuses normes pertinentes. Par exemple, la plupart des endroits exigent que les eaux usées de l'aquaculture répondent aux « Normes de qualité de l'eau pour l'irrigation des terres agricoles » (GB 5084-2005) avant l'utilisation des ressources. Deuxièmement, pour des raisons historiques, de nombreuses exploitations à grande échelle ne disposent plus de suffisamment de ressources foncières autour d’elles.
2 Recherche sur les polluants des points chauds
Dans le traitement des eaux usées de l'aquaculture, outre les indicateurs des exigences actuelles en matière de protection de l'environnement [tels que la demande chimique en oxygène (DCO), l'azote ammoniacal, le phosphore total (TP), etc.], la recherche et la pratique de ces dernières années ont montré que il est nécessaire de prêter plus d'attention aux polluants suivants : les bactéries médicamenteuses et les gènes de résistance (ARG), la salinité (salinité), l'azote total (TN) et les boues générées lors du traitement des eaux usées. Les boues sont un produit normal dans le processus de traitement de l’eau. En raison du changement du mode d'élimination du fumier et de l'amélioration des exigences standard des effluents en aval, la production de boues augmente généralement. La difficulté du traitement des boues réside dans leur forte teneur en eau. De nombreuses études ont montré que, même si les indicateurs chimiques des effluents à la fin du processus actuel de traitement de l'eau répondent aux normes, il existe toujours des risques environnementaux liés aux bactéries et aux gènes résistants aux médicaments. L’accumulation de sel nuira au sol et aux cultures, il est donc nécessaire de s’en prémunir lors du processus d’utilisation des ressources. Certains endroits limitent le rejet de l'azote total des eaux usées de l'aquaculture, ce qui augmentera considérablement le coût du traitement de l'eau au niveau technique actuel et augmentera considérablement la charge pour les entreprises.
3 Développements et percées dans des domaines techniques importants
À l'heure actuelle, les processus de traitement des eaux usées aquacoles couramment utilisés comprennent le traitement biologique anaérobie, le traitement biologique aérobie, le traitement naturel et les technologies de traitement avancées, les microalgues, la séparation par membrane et d'autres technologies de traitement en cours de recherche et développement, ainsi que le nettoyage des exploitations agricoles lié aux eaux usées. traitement. Le processus de fumier, etc., a été présenté dans d'autres articles de ce numéro spécial. Cet article ne décrit que brièvement l'anammox, la nitrification et la dénitrification simultanées, ainsi que la nitrification et la dénitrification à courte portée.
3.1 Technologie Anammox
La technologie Anammox est un nouveau type de technologie de traitement biologique anaérobie, qui est un processus dans lequel les bactéries anammox convertissent directement l'azote ammoniacal et le nitrite en azote gazeux dans un environnement anaérobie. Les bactéries clés de la technologie anammox sont les bactéries anammox, qui peuvent convertir l'azote ammoniacal présent dans les eaux usées de l'aquaculture en azote gazeux par réaction biochimique dans des conditions anaérobies pour réaliser l'élimination de l'azote ammoniacal. Par conséquent, la technologie anammox est une technologie de traitement biologique anaérobie et appartient également au type de technologie de nitrification et de dénitrification simultanées. En raison de la croissance lente des bactéries anammox et de nombreux facteurs d'influence, les lits fixes, les lits de boues activées et les bioréacteurs à membrane sont souvent utilisés en production pour augmenter la rétention des bactéries anammox et, en combinaison avec d'autres technologies de traitement, améliorent l'efficacité et la stabilité du traitement des eaux usées. La technologie Anammox présente les avantages d'une efficacité et d'une économie élevées et offre de grandes perspectives d'application dans le sens de la dénitrification des eaux usées de l'aquaculture, mais il existe des problèmes tels qu'un temps de démarrage long et de nombreux facteurs d'interférence qui doivent être résolus davantage. Dans les conditions du travail sur le terrain, d’autres avancées sont nécessaires dans l’exploration et la régulation des conditions techniques de l’anammox.
3.2 Technologie de nitrification et de dénitrification à court trajet
Le processus anoxique/oxique (Anoxi/oxique, A/O) réalise principalement la dénitrification (NH{{0}}→NO2→NO3) et la nitrification (NO3→NO2→N2) en définissant respectivement le pool anoxique et le pool aérobie. . Élimination de l’azote ammoniacal des eaux usées. Cependant, des études ont montré que l'accumulation d'azote nitrique se produirait dans le processus traditionnel de nitrification et de dénitrification [3]. À cette fin, la théorie de la nitrification et de la dénitrification à courte distance est proposée. En favorisant la croissance des bactéries oxydant l'ammoniac (bactéries nitrites) et en inhibant la croissance des bactéries oxydantes les nitrites (bactéries nitrifiantes), le processus de nitrification et de dénitrification à courte portée (NH +4 → NO2) est réalisé. →N2). Le cycle de croissance des bactéries oxydant l'ammoniac est plus court que celui des bactéries oxydant les nitrites, parmi lesquels l'âge de la boue, la température, le pH et l'oxygène dissous sont les principaux facteurs affectant les bactéries oxydant l'ammoniac et les bactéries oxydant les nitrites. Lorsque la température est supérieure à 28 degrés, elle est propice à la croissance des bactéries oxydantes de l'ammoniac et inhibe la croissance des bactéries oxydantes des nitrites ; Un pH autour de 8,0 est également propice à l’accumulation de bactéries oxydantes de l’ammoniac ; l'affinité des bactéries oxydant l'ammoniac pour de faibles concentrations d'oxygène dissous est supérieure à celle des bactéries oxydant les nitrites[4-6] . Théoriquement, la nitrification et la dénitrification à courte portée raccourcissent le temps de réaction, économisent l'approvisionnement en sources d'oxygène et de carbone et réduisent la production de boues [7]. Cependant, lors du fonctionnement de l'installation de traitement des eaux, une grande quantité de boues est produite chaque jour en raison de la nécessité d'augmenter le rejet des boues pour réduire leur âge. En outre, en raison de nombreux facteurs d’influence, sa stabilité doit également être améliorée.
3.3 Technologie de nitrification et de dénitrification simultanées
La technologie de nitrification et de dénitrification simultanées réalise une nitrification et une dénitrification simultanées en contrôlant des paramètres tels que l'oxygène dissous, le pH et la température dans la piscine biologique, et améliore l'efficacité du traitement des eaux usées [8]. Le mécanisme de nitrification et de dénitrification simultanées comprend la théorie du macroenvironnement, la théorie du microenvironnement et la théorie de la microbiologie [9]. La théorie macro-environnementale fait référence au contrôle de la concentration et de l'uniformité de l'oxygène dissous dans le réacteur, à la création d'un environnement propice à la croissance des bactéries nitrifiantes et des bactéries dénitrifiantes, et à la synchronisation des processus de nitrification et de dénitrification [10]. La théorie du microenvironnement fait référence au contrôle de paramètres tels que la concentration en oxygène dissous, la taille des particules de boues activées et l'épaisseur du biofilm, formant un gradient d'oxygène dissous sur la surface et la couche interne des particules de boues activées et des biofilms, la réaction de nitrification aérobie de surface et l'hypoxie de la couche interne. . réaction de dénitrification. La théorie de la microbiologie fait référence à l’utilisation de micro-organismes capables d’effectuer simultanément une nitrification et une dénitrification. Des études ont montré qu'il existe dans l'environnement des bactéries dénitrifiantes aérobies et des bactéries nitrifiantes anaérobies, telles que les bactéries anammox, qui peuvent convertir directement l'azote ammoniacal en azote.
En plus des technologies ci-dessus, recherche et application de micro-organismes à haute efficacité dans le processus de traitement des eaux usées, contrôle de l'inhibition des produits dans le processus anaérobie, optimisation et contrôle automatique des conditions du processus de fermentation, fissuration de la cristallisation du phosphore provoquant le blocage des canalisations dans le système de traitement des eaux usées, prévention. et contrôle des odeurs dans le processus de traitement des eaux usées. Les avancées technologiques telles que la sélection, la diffusion et l'anti-infiltration aideront à contrôler les risques, à réduire les coûts et à accroître l'efficacité.
4 Résumé et perspectives
Les technologies de traitement des eaux usées agricoles comprennent le traitement biologique aérobie, le traitement biologique anaérobie, le traitement avancé et le traitement naturel. Parmi eux, l'A/O, le lit de boues anaérobies à flux ascendant (UASB), le réacteur anaérobie solide à flux ascendant (USR), les digesteurs de biogaz, les bassins d'oxydation, l'oxydation chimique et la coagulation et d'autres technologies de processus sont relativement matures et largement utilisées. Chaque méthode de traitement a ses propres avantages et limites. Différentes combinaisons techniques peuvent être sélectionnées en fonction des caractéristiques des eaux usées agricoles et des politiques locales. Par exemple, les exploitations agricoles ayant des normes de rejet d’eaux usées plus élevées peuvent choisir un traitement anaérobie + aérobie + avancé. La combinaison de technologies et d'exploitations agricoles disposant de suffisamment de terres peuvent donner la priorité à la technologie de traitement anaérobie pour un traitement inoffensif des eaux usées. En outre, certaines nouvelles technologies de traitement telles que la nitrification et la dénitrification à court trajet, la nitrification et la dénitrification simultanées, l'anammox, le traitement des microalgues et la séparation par membrane ont des perspectives d'application élevées, mais leurs paramètres de traitement et leurs paramètres de stabilité nécessitent des recherches et une optimisation supplémentaires ou des applications d'ingénierie extérieures.
Avec l'augmentation de la protection de l'environnement, les gens mettent en avant des exigences plus élevées pour la recherche et l'application de la technologie de traitement des eaux usées aquacoles. La recherche et le développement de nouvelles technologies de traitement des eaux usées restent au centre des recherches futures, en particulier en raison de la forte demande du marché pour une technologie de traitement des eaux usées efficace, stable et peu coûteuse ; l'amélioration de la technologie de traitement des eaux usées existante est également l'objectif de recherche à l'avenir, comme l'aérobie ou le développement de micro-organismes fonctionnels dans la technologie de traitement biologique anaérobie, et la recherche et le développement de membranes à haute efficacité et durables dans la technologie de séparation par membrane ; dans le même temps, le recyclage et l'utilisation énergétique des eaux usées de l'aquaculture constituent une direction de recherche importante, comme l'évaluation de la sécurité dans le processus de recyclage des eaux usées. La recherche et le développement de technologies d'utilisation de l'énergie telles que le biogaz, la bioénergie et le biodiesel ont une importance de référence importante pour le traitement et utilisation sûrs des eaux usées de l’aquaculture.