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8.2 矿化环

2 years ago

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在 RAS 中,必须从系统中去除固体和营养丰富的污泥,以保持水质。 通过增加一个额外的污泥回收循环,累积的 RAS 废物可转化为溶解的营养物质,供植物再利用,而不是丢弃(Emerenciano 等人,2017 年)。 在生物反应器内,微生物可以将这些污泥分解为生物可利用的营养物质,随后可以输送到植物(Deleide 等人,2018 年;Goddek 等人,2018 年;Monsees 等人,2017a,b)。 许多单循环水生系统已经包括有氧(Rakocy 等人,2004 年)和厌氧(Yogev 等人,2016 年)消化器,用于转化被困在鱼类污泥中的营养物质,使它们能够用于植物。 然而,将这种系统集成到耦合单循环水生系统中有几个缺点:

  1. 如果将富含营养的废水排放到单循环系统,则仅将其排放到水培单元,则稀释系数要高得多。 有效地,营养物质通过进入接触大量的鱼饲养水稀释。

  2. 鱼类不必要地接触到矿化反应堆的废水;例如,厌氧反应堆的废水可能包括挥发性脂肪酸和氨,可能会对鱼类造成伤害;这种反应堆也是引入病原体的另一个来源。

  3. 当 RassLudge 保持在 pH 值为 4 时,大约 90% 被困在污泥中的营养物质可以回收(荣格和洛维特,2011 年)。 当使用 pH 值约为 7 的生物反应器时,这种低 pH 值是不可能的(Goddek 等人,2018 年),这是单环水生系统中通常的 pH 值平衡。

图片-3

** 图 8.3** 不同系统组件以及工艺用水中水的近似 pH 值。 '~' 表示近似

关于 pH 值,图 8.3 显示了多循环水生系统中各自工艺水流量的近似 pH 值(如图 8.1c 所示)。 图 8.3 还显示了根据 Goddek 等人(2018 年)提出的厌氧反应堆,矿化反应堆对整个系统性能的影响。 这种制度只是处理污泥的一种可能的解决办法,第 [10] 章讨论了替代办法(社区/文章/第 10 章-有氧和厌氧处理-水喉-污泥-还原和矿化)。 从 RAS 子系统流入水培循环的过程水 pH 值下降,如图 8.3 所示,表明营养浓度循环中的酸化(即脱盐水的 pH 值为 7)。 因此,污水的 pH 值低于 RAS 出口,从而减少了调整 pH 值以实现最佳植物生长条件的需要。

** 表 8.1** 鱼类和植物的最佳生长条件和污泥养分回收处理的首选操作条件概览

表 海神 tr 类 = "标题” 系统/th 物种/功能/th thphH/th 温度(摄氏度)/次 硝酸盐(硝酸盐/子)(毫克/升)/次 /tr /thead Tbody tr 类 = "奇数” td 罗斯潘 = "2" 再循环水产养殖系统 (RAS) /td 二氧化铬尼罗提库斯 /i(尼罗罗非鱼)/td Td7-9(罗斯 2000 年) Td27—30(埃尔赛义德,2006 年) td<100—200 (达尔斯加尔德等人,2013 年) /td /tr tr 类 = "偶数” /i(虹鳟鱼)/td (粮农组织 2005 年) TD15 (科格兰和林格勒 2005 年) /td td<40 (戴维森等人,2011 年;施拉德等人,2013 年) /td /tr tr 类 = "奇数” td 罗斯班 = "2" 水培 /TD /i (生菜) /td 第 5 至第 6.5 段(2012 年瑞典) Td21—25 (2012 年瑞士) Td730 (2012 年瑞士) /tr tr 类 = "偶数” TDLYOCH(西红柿)/td 第 6.3—6.5 号决议(2002 年修订) 第 18 至 24 段(2002 年重新开始) td666 (索内费尔德和沃格特 2009) /td /tr tr 类 = "奇数” td. 罗斯潘 = "2" 厌氧反应器 /td TD/甲基发生/TD TD6.8—7-4 (德莱莫斯切尔尼查洛 2007) /td TD30—35(阿尔瓦雷斯和利登 2008 年;德莱莫斯切尔尼查洛 2007 年)/td TD-/td /tr tr 类 = "偶数” TD化/td TD4.0(荣格和洛维特 2011 年)/td tdn/A/td TD-/td /tr /tbody /表格 两级反应堆系统的工作原理如下:

-在第一阶段(pH 值约为 7,以便为甲烷生成提供最佳条件;表 8.1),对有机物进行细分,以维持高度的甲烷生产(即碳去除)。 Mirzoyan 和 Gross(2013 年)报告,采用上流厌氧污泥毯式反应器技术,悬浮固体总量减少了 90% 左右。 这样做的好处是:(1) 沼气作为可再生能源收获,(2) 在第二阶段产生的 VFA 减少。 第一阶段的污泥保留时间应为几个月,然后在第二阶段去除污泥中累积的营养物质(例如磷酸钙聚集)。

-_ 在第二阶段 _,悬浮固体中的营养物质被有效地调动,并可用于植物摄取。 这种动员在低 pH 值环境中最有效(Goddek 等人,2018 年,荣格和洛维特 2011 年)。 一旦酸性反应器的 pH 值降低,它通常保持稳定;因此水培单元需要较少的 pH 调节。

富含营养物质的废水可能需要进行一些后处理,具体取决于测量的悬浮固体和 VFAs 的总量。 然而,重要的是要记住氨可以刺激植物生长,例如绿叶蔬菜,当它占总氮浓度的 5—25%(琼斯,2005 年)。 然而,水果蔬菜,如西红柿或甜椒是特别敏感的氨在营养液中。 在种植这些类型作物的系统中,需要进行有氧废水后处理或充气充足的水培水槽。

8.2.1 确定水和营养物流

对于系统尺寸(第 8.4 节),需要知道从 RAS 系统通过反应堆流入水培装置(QSubmin/Sub)的水量(如下所示):

$Q_ {分钟}(公斤/天)=\ 碎片 {n_ {饲料}\ 次 k_ {污泥}} {\ pi_ {污泥}} $ (8.1)

其中,nsubfeed /suba 是鱼饲料量(以公斤为单位),ksubslud/sub 是鱼饲料最终成为污泥的比例系数,而 πsubslud/sub 是进入矿化循环的污泥水流中总固体(即污泥)的比例。

通过在生物反应器之前添加重力分离装置,将 “透明” 上清剂引回 RAS 系统,可以增加污泥浓度。 这一公式也可用于根据水力保持时间获得反应堆大小的投入([第 10 章](./10-有氧和厌氧处理用于水喉-淤泥-还原和矿物化 .md))。 20 到 40% 的鱼饲料最终成为 RAS 衍生污泥中的总悬浮固体(蒂蒙斯和 Ebeling 2013 年)。 例如,已经发现罗非鱼污泥含有大约 55% 的营养物质通过饲料添加到系统中(Neto 和 Ostrensky 2013;Yavuzan Yildiz 等人,2017 年),这是作物生长的宝贵资源。

可以通过矿化过程回收的主要营养物质是 N 和 P. 由于污泥的主要成分之一) 在作物生产的成本和可用性方面是最有价值的大量营养素,因此它应该是水生系统中优化的第一个元素。

矿化循环的矿化率计算如下:

美元矿化(克/天)=(n_ {饲料}\ 次 1000)π_ {饲料}\ 乘以 π_ {污泥}\ 乘以 _ {分钟} $ (8.2)

其中 nsubfeed /sub 是给系统的饲料输入(以千克为单位);πsubfeed/亚是饲料配方中营养物的比例;πsubslud/ 子是特定饲料衍生元素最终在污泥中的比例;submin/亚是反应器系统的矿化和动化效率。

最后一步是确定矿化循环废水中各自元素的浓度:

美元营养成分\ 浓度\(毫克/升)=\ FRAC {矿化\ 次 1000} {Q_ {分钟}} $ (8.3)

** 示例 8.1**

我们的 RAS 系统每天供应 10 公斤鱼饲料。 我们假设 25% 的美联储饲料最终成为污泥。 在我们的系统中,我们使用径向流沉淀器 (RFS) 将污泥浓缩到 1% 的干物质。 因此,通过矿化环路从 RAS 到 HP 的流量计算如下:

$_ {最小值}\(公斤/天)=\ 碎片 {10 千克\ 次\ 0.25} {0.01} =250\ 约 250 公斤/天 $

我们决定在 P 上调整我们的系统。我们饲料的 P 含量(在大多数情况下由饲料制造商提供)为 1.5%,其中 55% 最终进入污泥(Neto 和 Ostrensky 2013)。 我们假设我们的反应堆实现了 90% 的矿化效率。 因此,可以确定每天转移到水培单元的 P 克:

美元矿化\(克/天)=(10 千克\ 乘以 1000)\ 乘以 0.55\ 乘以 0.015\ 倍 0.9 倍 = 74.25 美元

污水的浓度因此:

美元营养成分\ 浓度\(毫克/升)=\ 弗拉克 {74 25 克\ 倍 1000} {250 升} =297\ 毫克/立升

上述示例框中污水中的 P 浓度大约高于大多数水培养营养液的六倍。 Goddek 等人(2018 年)的研究是这一理论数据的基础,他们报告说,两个独立体系的 RAS 污泥分别含有 150 和 200 毫克/升的 P(1% TSS 污泥),后者的干物质饲料中鱼饲料 P 含量为 0.83%(200 毫克/升)。


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