来自盐水水产养殖系统的氮物质的消毒和去除技术方案

本发明专利技术公开了来自盐水水产养殖系统的氮物质的消毒和去除。更具体而言，本发明专利技术提供了一种物理化学工艺，用于在基于盐水(例如，海水)的水产养殖系统中连续和同时地水消毒、氧化异味剂、最小化三卤甲烷(THM)产生、减少硝酸盐和亚硝酸盐的产生以及氧化氨以便去除氮物质。水产养殖系统可以是用于鱼或其他水产养殖物种的任何处理/储存/运输系统，例如再循环水产养殖系统(RAS)。产养殖系统(RAS)。产养殖系统(RAS)。

【技术实现步骤摘要】
来自盐水水产养殖系统的氮物质的消毒和去除
[0001]本申请是申请日为2017年03月08日、题为“来自盐水水产养殖系统的氮物质的消毒和去除”的专利技术专利申请201780024246.4的分案申请。


[0002]本专利技术涉及物理化学工艺，用于在基于海水或基于其他盐水的水产养殖系统中连续和同时地水消毒、氧化异味剂、最小化三卤甲烷(THM)产生、减少硝酸盐和亚硝酸盐的产生以及氧化氨以便去除氮物质。水产养殖系统可以是用于鱼或其他水产养殖物种的任何处理/储存/运输系统，例如再循环水产养殖系统(RAS)。

技术介绍

[0003]水产养殖，也被称为水生生物体的养殖，提供了目前世界上消耗的所有海产品的近三分之一。它构成捕鱼的替代选择，并且预期随着消费者对海产品的需求的增加和野生供应的减少将会扩大。水产养殖系统可以是广泛的、半广泛的或集约的，这取决于每体积的水生长的生物体的数目。示例性的广泛的水产养殖系统是池塘养殖。网箱养殖(网栏)被认为是在网箱外半集约的并且在网箱内集约的。与瓦塘(earthen pond)水产养殖系统相关的主要缺点是它们的高的水消耗(典型地产生每千克鱼的3m3‑
5m3)。瓦塘和网栏系统两者也倾向于是环境不友好的。
[0004]世界银行预测，对鱼和渔业产品的全球需求从2011年的1.54亿吨扩大到2030年的1.86亿吨。由于在世界上最肥沃的渔区的过度捕捞，增长的需求与全球野生鱼类的减少一致，这可能导致进一步促进水产养殖。也将变得明显的是，传统的陆地水产养殖是不可持续的，这是由于需要大量的水和来自池塘的间歇性的污染物释放，这在很大程度上是不受控制的。
[0005]网栏水产养殖的严重的环境影响也已经被认识到，导致政策制定者赞成可持续的再循环水产养殖系统(RAS)技术，以提供其中鱼生长的受控环境。在这些系统中，鱼在缸(tank)中养殖，有时在封闭的建筑物中养殖，而水在整个系统中再循环，并且各种处理单元能够保持足够的水质。以这种方式，每天仅交换小百分比的水。处理单元中的任何一个的故障可以造成整个系统故障，通常杀死鱼群。RAS具有相对低的水消耗，并且因此可以建造在有利的位置，具有对水源的较小的依赖。RAS还提供全年生产、减轻环境风险(例如，营养物不受控制地释放至环境中)和污染。RAS是物种可适应的，允许操作者跟踪海产品偏好的市场趋势。此外，RAS构成污染的“点源”，其能够实现有效的固体废物处理和营养物去除，并且因此被认为是环境友好的。
[0006]RAS中的高的鱼密度需要有效的气体转移系统，所述气体转移系统溶解水中的氧气并从养殖水去除二氧化碳。此外，非离子化的氨(NH3)在低至0.0125mg NH3‑
N L
‑1的浓度对许多鱼物种是有毒的。为了避免氨的积累，总是采用硝化单元以将总氨氮(TAN，即NH3和NH
4+
的总和)降低至典型地低于3mg L
‑1的浓度(温水鱼)。当鱼鳃排泄的每当量的氨(NH3)在接近中性的pH被转化为铵离子(NH
4+
)时，针对每当量的氨(NH3)将一当量的碱度加入到水
中，池塘典型地在所述pH下操作。硝化每摩尔的氧化的铵消耗约两当量的碱度。因此，在采用硝化单元的RAS中，由鱼排泄的每摩尔的氮损失一当量的碱度。在高密度养殖中，这种碱度损失可以导致水缓冲容量的消除，这可以导致pH下降，这继而增加CO
2(aq)
浓度并且还阻碍硝化，造成氨积累并且可能最终导致鱼死亡。为了避免这种情况，通常将强碱例如氢氧化钠(NaOH)或弱碱例如碳酸氢钠(NaHCO3)加入到系统中。可选择地，补充水流速可以增加，或反硝化反应器的流出物可以再循环回到池塘中。
[0007]RAS相对于广泛的水产养殖和网栏水产养殖的优点是熟知的。然而，迄今为止，可用的RAS技术遭受若干个限制其广泛应用的限制性因素：(1)难以满足期望的环境标准，也就是与氮化合物和磷化合物的低效去除有关；和(2)生物过滤器限制，例如温度依赖性、病原体的可能扩增以及携带引起在鱼中产生异味的微生物。这些因素导致增加的生产成本，这是由于环境相关的费用和低的产品质量费用、影响生长和生存性能的鱼健康问题以及高的资本成本(特别地在冷水鱼RAS中是明显的，这需要大的生物过滤器表面积)。
[0008]最近已经提出依赖物理化学水处理的RAS技术(更具体地，池塘中产生的TAN的间接电氧化)(Diaz等人，2011；Gendel和Lahav，2013)。
[0009]本专利技术的一些专利技术人的WO 2012/066654教导了用于从淡水或盐水RAS去除氨同时将系统的水中的总氨氮(TAN)浓度保持在15mgN/L和50mgN/L之间的工艺。用于盐水的工艺包括(a)保持RAS中的水的pH低于7.5(优选地在6.5和7.5之间)；(b)从RAS提取水的一部分；(c)在包含Cl2的溶液的存在下，通过电化学处理或通过折点氯化(breakpoint chlorination)将水的一部分中的氨氧化成氮气，所述包含Cl2的溶液处于达到折点氯化所需的浓度；和(d)任选地，根据需要以连续的方式重复步骤(a)至步骤(c)。在电解步骤期间，为了防止pH下降，加入强碱，并且pH值保持恒定在约6.0
‑
6.5。

技术实现思路

[0010]本专利技术涉及物理化学工艺，用于在基于海水和基于其他盐水的水产养殖系统中连续和同时地水消毒、氧化异味剂、最小化三卤甲烷(THM)产生、减少硝酸盐和亚硝酸盐的产生以及氧化氨以便完全地去除氮物质。水产养殖系统可以是用于鱼或其他水产养殖物种的任何处理/储存/运输系统，例如再循环水产养殖系统(RAS)。
[0011]WO 2012/066654教导了用于从淡水或高盐度水RAS去除氮物质的工艺，所述工艺包括间接电解步骤(在与鱼缸(fish tank)水隔离的罐中进行)以将氨氧化成氮气。间接氨电氧化指的是将氯离子电氧化成氯物质，所述氯物质将氨氧化成N
2(g)
。在电解步骤期间，为了防止pH下降，加入强碱，并且pH值保持恒定在约6.0
‑
6.5。相反地，本专利技术基于意想不到的发现，即在电解步骤期间将pH小心地控制在约4.0或低于约4.0的pH(例如，通过加入强酸)，不仅能够实现有效的氨去除，而且还提供极其有效的消毒系统(即去除微生物，其中的病原微生物和硝化细菌，从而最小化鱼疾病和池塘水中的亚硝酸盐和硝酸盐的形成两者)，最小化三卤甲烷(已知其是致癌的并且具有粘附至鱼肉的潜力)的形成，并且最小化或消除(经由氧化/降解)引起鱼中的异味的化合物。本专利技术的工艺的另一个优点是显著节约了分别被加入到电解槽(electrolysis tank)和鱼塘中的强碱和强酸的量：根本不加入碱，并且由于在电解步骤中形成的酸度被再循环至鱼塘中，因此所需的强酸的量仅是根据WO 2012/06654所需的量的一部分。根据本专利技术的原理，电解槽可以仅在工艺开始时被酸化(从池塘
中的pH下降至pH≤4)。此后，系统自身酸化，这是因为氨的电氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于从盐水水产养殖系统去除氨的工艺，所述工艺包括以下步骤：a.将所述盐水水产养殖系统中的水的pH保持低于约7.5；b.从所述系统提取所述水的一部分；c.在约2.2和约3.5之间的pH，通过电解将所述水的所述部分中的所述氨氧化成氮气；和d任选地，以连续的方式重复步骤(a)至步骤(c)。2.如权利要求1所述的工艺，其中所述水产养殖系统的所述水中的总氨氮(TAN)浓度被保持在约10mgN/L和约100mgN/L之间。3.如权利要求2所述工艺，其中所述水产养殖系统的所述水中的所述总氨氮(TAN)浓度被保持在约15mgN/L和约65mgN/L之间。4.如权利要求1所述的工艺，所述工艺还导致在所述电解的步骤期间所述水的消毒。5.如权利要求1所述的工艺，其中所述盐水水产养殖系统是用于至少一种水产养殖物种的饲养容器或运输容器。6.如权利要求5所述的工艺，其中所述至少一种水产养殖物种选自由以下组成的组：鱼、虾、对虾、贻贝、牡蛎、螃蟹、龙虾、扇贝、海螺、鳗鱼及其任何组合。7.如权利要求1所述的工艺，其中所述水产养殖系统选自由以下组成的组：再循环水产养殖系统(RAS)、水产养殖物种池塘、水产养殖物种池、水产养殖物种容器、水产养殖物种缸和活水产养殖物种运输设备。8.如权利要求7所述的工艺，其中所述水产养殖系统是再循环水产养殖系统(RAS)。9.如权利要求1所述的工艺，其中步骤(b)和步骤(c)连续地进行。10.如权利要求1所述的工艺，还包括将所述水的在步骤(c)之后获得的所述部分中的至少一些再循环回至所述水产养殖系统的步骤。11.如权利要求10所述的工艺，还包括在将步骤(c)之后获得的所述水再循环回至所述水产养殖系统之前，对所述水脱氯的步骤。12.如权利要求1所述的工艺，其中步(b)和步骤(c)包括：(i)将所述水的第一部分从所述系统提取至第一容器；(ii)将所述水从所述第一容器转移至电解单元并电解所述水；(iii)将所述水的第二部分从所述系统提取至第二容器，其中步骤(ii)和步骤(iii)任选地同...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥里，
申请(专利权)人：技术研究及发展基金有限公司，
类型：发明
国别省市：