Сточные воды и осадок в УЗВ: обращение и утилизация

Откуда в УЗВ берутся стоки, сколько азота и осадка уходит с хозяйства, как осадок сгущают и используют повторно и какие правила регулируют сброс.

Откуда берутся потоки отходов

Руководство FAO по рециркуляционной аквакультуре описывает три выходящих потока установки замкнутого водоснабжения (УЗВ). Переливная вода уравновешивает поступление и убыль; это та же вода, в которой живёт рыба, и загрязнителем она не считается, пока её объём не становится чрезмерным. Основные сточные воды идут из шламового выпуска механического фильтра, где отделяются фекалии и другая органика, а также от чистки и промывки биофильтров. Публикация SRAC 452 добавляет, что УЗВ производят много осадка с очень сильным запахом, и его нужно утилизировать экологически безопасно, например вносить на сельскохозяйственные земли или компостировать.

Азот и фосфор покидают рыбу разными путями. По данным FAO, большую часть азота рыбы выделяют в растворённом виде через жабры и лишь меньшую — с фекалиями, а фосфор выходит только с фекалиями. Поэтому механический фильтр улавливает гораздо больше фосфора, чем азота. Данные Рыбохозяйственной исследовательской станции Баден-Вюртемберга, приведённые FAO, показывают такую эффективность удаления для самоочищающегося бассейна с последующим сетчатым фильтром.

• Сито 40 мкм: удаляется 60–91 % взвешенных веществ, 65–84 % общего фосфора, 25–32 % общего азота.
• Сито 90 мкм: удаляется 50–80 % взвешенных веществ, 45–75 % общего фосфора, 15–22 % общего азота.

Сколько уходит с хозяйства

FAO приводит теоретический пример форелевого хозяйства мощностью 500 тонн в год с общим объёмом воды 4000 м3, из которых 3000 м3 — объём бассейнов. Прямоточное хозяйство с отстойным прудом расходует около 30 м3 новой воды на кг произведённой рыбы и сбрасывает около 20 тонн азота в год. УЗВ с обработкой осадка и биопрудом с растениями расходует около 3 м3 на кг и сбрасывает около 10 тонн азота. Сверхинтенсивная УЗВ с обработкой осадка и денитрификацией расходует около 0,3 м3 на кг и сбрасывает около 5 тонн. FAO подчёркивает, что снижение даёт очистка сточных вод, а не сама рециркуляция; рециркуляция помогает тем, что концентрирует отходы в гораздо меньшем объёме, который проще очищать.

Измеренные свойства осадка сильно различаются. Осадок из отстойника одного пресноводного хозяйства радужной форели в Корее, просеянный перед анализом, содержал около 87,6 г/л общих взвешенных веществ, 36,7 г/л летучих взвешенных веществ и 1,21 г/л общего азота (Chun et al., 2024, Frontiers in Microbiology). В той же работе приводится диапазон солёности аквакультурного осадка 0,2–44,0 psu, что важно для любой биологической обработки.

Сгущение и обезвоживание

FAO описывает типичную цепочку обработки: буферная ёмкость собирает сточную воду, осадок отделяют от сбрасываемой воды, и он поступает в накопитель для отстаивания или дальнейшего механического обезвоживания. Среди вариантов, показанных FAO, — отстойники, флокуляция, ленточные фильтры и геотекстильные контейнеры. Механическое обезвоживание облегчает обращение с осадком и уменьшает его объём, что снижает расходы и сборы за утилизацию.

Очистка фугата и переливной воды

Вода, отделённая от осадка, называется фугатом (reject water). FAO отмечает, что в ней обычно высокая концентрация азота, тогда как фосфор при обработке осадка может удаляться почти полностью. Фугат чаще всего сбрасывают вместе с переливной водой. Остаточный азот и фосфор можно дополнительно снизить в биопруду с растениями, корневой зоне или инфильтрационной системе либо денитрификацией, которая превращает нитрат в газообразный азот. Фугат может также удобрять растения в аквапонике; для крупных хозяйств FAO предлагает направлять осадок на поля и в биогаз, а фугат — в аквапонику, где его проще дозировать. Аквапонике посвящено отдельное руководство.

Пути повторного использования осадка

• Удобрение: Brod et al. (2023, Science of the Total Environment) испытали высушенные продукты из осадка и дигестаты с норвежских смолтовых заводов. Сухие продукты содержали 27–70 г азота на кг сухого вещества, в основном в виде медленно доступного органического азота, и давали меньший урожай зерна, чем минеральное удобрение, тогда как жидкий дигестат действовал так же, как минеральный азот. Кадмий и цинк были ниже лимитов ЕС для органических удобрений во всех продуктах, кроме одного, а анализируемые органические загрязнители обнаружены во всех.
• Биогаз: FAO, Nofima и исследователи Кембриджского университета, писавшие для Global Seafood Alliance, называют анаэробное сбраживание одним из главных путей. Эти исследователи сообщают, что по ряду работ биогаз из осадка мог бы покрыть около 5 % энергопотребления УЗВ.
• Корм для беспозвоночных: Sele et al. (2024, Journal of Environmental Management) проанализировали 47 проб осадка с береговых хозяйств атлантического лосося (Salmo salar) в Норвегии. Осадок был богат белком и жиром, но мышьяк превышал максимальные уровни ЕС для полнорационных кормов в 43 % проб, кадмий — в 84 %. Ветеринарные препараты, вирусы и бактерии лососёвых не обнаружены.

Пределы «нулевого сброса»

FAO отмечает, что в некоторых случаях хозяйство может вообще не возвращать воду в окружающую среду, но такие хозяйства с нулевым сбросом дороги в строительстве, несут значительные эксплуатационные расходы на очистку и требуют пристального ежедневного внимания. Определённый водообмен нужен всегда, чтобы в системе не накапливались металлы и соединения фосфора. FAO заключает, что власти и рыбовод должны согласовать разрешение на сброс, которое защищает среду и сохраняет хозяйство жизнеспособным.

Регулирование сброса

В США руководящие нормы EPA по сточным водам для концентрированного производства водных животных (40 CFR Part 451), окончательно принятые 23 августа 2004 года, охватывают прямоточные, рециркуляционные и садковые хозяйства, которые напрямую сбрасывают сточные воды и производят не менее 100 000 фунтов рыбы, моллюсков или ракообразных в год (около 45 тонн, пересчёт наш). Требования включаются в разрешения NPDES; более мелким хозяйствам разрешение NPDES на сброс тоже нужно, но эти нормы на них не распространяются. Для подкатегории прямоточных и рециркуляционных систем раздел 451.11 требует лучших управленческих практик: контроль твёрдых отходов, безопасное хранение препаратов, пестицидов и корма с порядком действий при разливах, техобслуживание, ведение учёта и обучение персонала. В Европейском союзе Водная рамочная директива (2000/60/EC) задаёт рамки охраны всех водных объектов; разрешение на сброс согласуется с компетентным органом, как описывает FAO.