Recyrkulacyjne systemy akwakultury (RAS) stały się ważnym kierunkiem rozwoju współczesnej akwakultury, zapewniając korzyści w zakresie ochrony wody, stabilnej produkcji i ograniczenia emisji do środowiska. Jednakże systemy te wytwarzają ścieki zawierające duże stężenia zawieszonych ciał stałych, substancji zanieczyszczających na bazie azotu- i fosforu-oraz duże ilości rozpuszczonej materii organicznej. Jeśli takie ścieki dostaną się do systemu nanofiltracji (NF) bez odpowiedniego oczyszczenia wstępnego, nastąpi poważne zanieczyszczenie membrany, szybko zmniejszając strumień i zwiększając koszty operacyjne. Z tego powodu wybór skutecznej technologii obróbki wstępnej ma kluczowe znaczenie dla utrzymania stabilności działania NF.
W niedawnym badaniu porównano dwie główne technologie obróbki wstępnej,-flokulację i ultrafiltrację-, aby przeanalizować ich skuteczność usuwania zanieczyszczeń, wpływ na spadek strumienia NF i charakterystykę zanieczyszczania membran. Odkrycia dostarczają cennych wskazówek technicznych dotyczących wyboru odpowiednich procesów obróbki wstępnej w oczyszczaniu ścieków RAS.
W obróbce wstępnej metodą flokulacji alginian sodu wykazał najlepsze działanie spośród trzech testowanych flokulantów. Przy optymalnej dawce 45 mg/l i szybkości mieszania 1200 obr./min osiągnięto maksymalną szybkość usuwania zawiesiny wynoszącą 79,70%. Jednakże skuteczność usuwania azotu amonowego, azotanów, azotynów i siarczków wynosiła na ogół poniżej 40%, co wskazuje, że flokulacja jest niewystarczająca w przypadku rozpuszczonych substancji zanieczyszczających powszechnie występujących w wodach odpadowych z akwakultury. Badanie wykazało również, że alginian sodu tworzy małe, zwarte kłaczki, które mają tendencję do osadzania się na powierzchni membrany NF, tworząc gęstą warstwę placka. Ze względu na swoją naturalną strukturę polisacharydową, alginian sodu zapewnia również substrat dla wzrostu drobnoustrojów podczas wydłużonego okresu osadzania, co znacznie zwiększa zanieczyszczenie biologiczne membrany NF. W rezultacie odzysk topnika po czyszczeniu jest stosunkowo słaby, co sugeruje, że zanieczyszczenia spowodowane flokulacją są bardziej przyczepne i trudniejsze do usunięcia.
Natomiast membrany ultrafiltracyjne (UF) o wielkości porów 0,01–0,1 μm wykazują doskonałą skuteczność w usuwaniu zawieszonych cząstek stałych, osiągając stopień usuwania aż do 98,54%. Chociaż UF ma ograniczoną zdolność usuwania zanieczyszczeń azotowych i fosforowych, skutecznie zmniejsza ładunek cząstek stałych przedostających się do układu NF. W rezultacie membrana NF podczas pracy tworzy luźniejszą warstwę placka, zmniejszając zatykanie porów i spowalniając wzrost ciśnienia transmembranowego. Według testów wydajności NF ścieki poddane wstępnej obróbce UF wykazały wyższy strumień początkowy, wolniejszy spadek strumienia i znacznie lepszy odzysk topnika po wielokrotnym czyszczeniu w porównaniu z wodą poddaną wstępnej obróbce flokulacyjnej-. Oznacza to, że UF może znacznie opóźnić nieodwracalne zanieczyszczenie membrany NF.
Dalsza analiza z wykorzystaniem fluorescencji matrycy wzbudzenia i emisji (EEM) wykazała, że roztwór czyszczący układu flokulacji-NF zawierał silne piki reprezentujące rozpuszczalne mikrobiologiczne produkty uboczne, podczas gdy piki te były prawie nieobecne w układzie UF-NF. Potwierdza to, że przedłużone osadzanie i polisacharydowy charakter alginianu sodu sprzyjają wzrostowi drobnoustrojów, zwiększając w ten sposób zanieczyszczenie membrany w fazie NF.
Ogólnie rzecz biorąc, porównanie wyraźnie pokazuje, że ultrafiltracja jest skuteczniejsza niż flokulacja jako metoda wstępnej obróbki nanofiltracji recyrkulujących ścieków z akwakultury. Chociaż flokulacja zapewnia tanią-opcję wstępnego usuwania cząstek, jej charakterystyka kłaczków i ryzyko mikrobiologiczne prowadzą do poważniejszego, nieodwracalnego zanieczyszczenia membrany. Dlatego oczekuje się, że zintegrowany proces membranowy UF + NF stanie się kluczową technologią zaawansowanego oczyszczania i ponownego wykorzystania ścieków RAS.
Patrząc w przyszłość, wraz ze wzrostem skali produkcji akwakultury i zaostrzeniem przepisów środowiskowych, takie tematy jak kontrola zanieczyszczeń nanofiltracyjnych, optymalizacja wstępnej obróbki ultrafiltracyjnej oraz rozwój nisko-ciśnieniowych i wysokowydajnych-membran NF będą nadal zyskiwać na popularności. Integracja UF i NF w bardziej kompaktowe i-efektywne energetycznie systemy membranowe będzie promować transformację oczyszczania ścieków w akwakulturze w kierunku odzyskiwania zasobów, ograniczenia zrzutów i bardziej zrównoważonej gospodarki wodnej.
