Системы замкнутого цикла аквакультуры (УЗВ) стали важным направлением развития современной аквакультуры, обеспечивая преимущества в водосбережении, стабильном производстве и снижении сбросов в окружающую среду. Однако эти системы производят сточные воды, содержащие высокие концентрации взвешенных веществ, загрязняющих веществ на основе азота- и фосфора-, а также большое количество растворенных органических веществ. Если такие сточные воды попадут в систему нанофильтрации (NF) без надлежащей предварительной обработки, произойдет серьезное засорение мембраны, что приведет к быстрому снижению потока и увеличению эксплуатационных затрат. По этой причине выбор эффективной технологии предварительной обработки имеет решающее значение для поддержания стабильности работы ЯО.
Недавние исследования сравнили две основные технологии предварительной обработки -флокуляцию и ультрафильтрацию-, чтобы проанализировать их эффективность удаления загрязняющих веществ, влияние на снижение потока NF и характеристики загрязнения мембраны. Полученные результаты служат ценным техническим руководством для выбора подходящих процессов предварительной очистки при очистке сточных вод УЗВ.
При предварительной флокуляции альгинат натрия показал наилучшие характеристики среди трех протестированных флокулянтов. При оптимальной дозировке 45 мг/л и скорости перемешивания 1200 об/мин была достигнута максимальная степень удаления взвешенных веществ 79,70%. Однако эффективность удаления аммиачного азота, нитратов, нитритов и сульфидов обычно была ниже 40%, что указывает на то, что флокуляция недостаточна для растворенных загрязняющих веществ, обычно встречающихся в сточных водах аквакультуры. Исследование также показало, что альгинат натрия образует небольшие компактные хлопья, которые имеют тенденцию откладываться на поверхности мембраны NF, образуя плотный слой осадка. Благодаря своей природной полисахаридной структуре альгинат натрия также обеспечивает субстрат для роста микробов в течение длительного периода оседания, что значительно увеличивает биологическое загрязнение мембраны NF. В результате восстановление флюса после очистки является относительно плохим, что позволяет предположить, что загрязнения, вызванные флокуляцией, более клейкие и их трудно удалить.
Напротив, мембраны для ультрафильтрации (УФ) с размером пор 0,01–0,1 мкм демонстрируют превосходные характеристики по удалению взвешенных твердых частиц, достигая степени удаления до 98,54%. Хотя UF имеет ограниченную способность удалять загрязняющие вещества азота и фосфора, он эффективно снижает количество твердых частиц, попадающих в систему NF. В результате мембрана NF во время работы образует более рыхлый слой корки, уменьшая закупорку пор и замедляя рост трансмембранного давления. Согласно тестам производительности NF, сточные воды, предварительно обработанные УФ, показали более высокий начальный поток, более медленное снижение потока и значительно лучшее восстановление потока после повторных очисток по сравнению с водой, -предварительно обработанной флокуляцией. Это указывает на то, что UF может значительно замедлить необратимое загрязнение мембраны NF.
Дальнейший анализ с использованием матричной флуоресценции возбуждения-эмиссии (ЭЭМ) показал, что очищающий раствор системы флокуляция-НФ содержит сильные пики, представляющие растворимые микробные побочные продукты, тогда как в системе УФ-НФ эти пики практически отсутствуют. Это подтверждает, что длительное осаждение и полисахаридная природа альгината натрия способствуют росту микробов, тем самым увеличивая засорение мембран на стадии NF.
В целом, сравнение ясно показывает, что ультрафильтрация более эффективна, чем флокуляция, в качестве метода предварительной обработки нанофильтрации оборотных сточных вод аквакультуры. Хотя флокуляция обеспечивает недорогой- вариант первоначального удаления частиц, ее свойства хлопьев и микробный риск приводят к более серьезному необратимому загрязнению мембраны. Таким образом, ожидается, что интегрированный мембранный процесс УФ + НФ станет ключевой технологией для усовершенствованной очистки и повторного использования сточных вод УЗВ.
В будущем, по мере расширения производства аквакультуры и ужесточения экологических норм, такие темы, как контроль загрязнения нанофильтрацией, оптимизация предварительной обработки ультрафильтрацией и разработка НФ-мембран с низким-давлением и высокой-эффективностью, будут продолжать привлекать внимание. Интеграция UF и NF в более компактные и энергосберегающие-мембранные системы будет способствовать трансформации очистки сточных вод аквакультуры в сторону восстановления ресурсов, сокращения сбросов и более устойчивого управления водными ресурсами.
