Рециркуляційні системи аквакультури (RAS) стали важливим напрямком розвитку сучасної аквакультури, забезпечуючи переваги у збереженні води, стабільному виробництві та зменшенні викидів у навколишнє середовище. Однак ці системи виробляють стічні води, що містять високі концентрації зважених твердих речовин, забруднювачів на основі азоту- та фосфору-, а також велику кількість розчиненої органічної речовини. Якщо така стічна вода потрапляє в систему нанофільтрації (NF) без належної попередньої обробки, відбудеться серйозне забруднення мембрани, що швидко зменшить потік і збільшить експлуатаційні витрати. З цієї причини вибір ефективної технології попередньої обробки є критичним для підтримки стабільності роботи ЯП.
Нещодавні дослідження порівняли дві основні технології попередньої обробки -флокуляцію та ультрафільтрацію-, щоб проаналізувати ефективність видалення забруднюючих речовин, вплив на зниження потоку NF і характеристики забруднення мембран. Результати надають цінні технічні рекомендації для вибору відповідних процесів попередньої обробки при очищенні стічних вод RAS.
У попередній обробці флокуляцією альгінат натрію показав найкращу ефективність серед трьох випробуваних флокулянтів. При оптимальному дозуванні 45 мг/л і швидкості перемішування 1200 об/хв досягається максимальна швидкість видалення зважених частинок 79,70%. Однак ефективність видалення аміачного азоту, нітратів, нітритів і сульфідів була загалом нижче 40%, що вказує на те, що флокуляція є недостатньою для розчинених забруднюючих речовин, які зазвичай зустрічаються в нижній воді аквакультури. Дослідження також виявило, що альгінат натрію утворює невеликі, компактні пластівці, які мають тенденцію осідати на поверхні мембрани NF, утворюючи щільний шар корка. Завдяки своїй природній полісахаридній структурі альгінат натрію також забезпечує субстрат для росту мікробів протягом тривалого періоду осідання, що значно збільшує біологічне забруднення на мембрані NF. Як наслідок, відновлення флюсу після очищення є відносно низьким, що свідчить про те, що забруднення, спричинені флокуляцією, є більш адгезивними та їх важко видалити.
Навпаки, ультрафільтраційні (УФ) мембрани з розміром пор 0,01–0,1 мкм демонструють чудову продуктивність у видаленні зважених твердих частинок, досягаючи рівня видалення 98,54%. Незважаючи на те, що UF має обмежену здатність видаляти забруднювачі азоту та фосфору, він ефективно зменшує навантаження твердих часток, що надходять у систему NF. Як наслідок, мембрана NF утворює більш пухкий шар корка під час роботи, зменшуючи закупорку пор і сповільнюючи підвищення трансмембранного тиску. Згідно з випробуваннями продуктивності NF, стічні води, попередньо оброблені UF, показали вищий початковий потік, повільніше зниження потоку та значно краще відновлення потоку після повторного очищення порівняно з водою, попередньо обробленою флокуляцією-. Це вказує на те, що UF може значно затримати необоротне забруднення мембрани NF.
Подальший аналіз з використанням флуоресценції матриці збудження-випромінювання (EEM) показав, що розчин для очищення системи флокуляція-NF містить сильні піки, що представляють собою розчинні мікробні побічні продукти, тоді як ці піки майже відсутні в системі UF-NF. Це підтверджує, що тривале осідання та полісахаридна природа альгінату натрію сприяють росту мікробів, тим самим збільшуючи забруднення мембрани на стадії NF.
Загалом порівняння чітко показує, що ультрафільтрація є більш ефективною, ніж флокуляція, як метод попередньої обробки для нанофільтрації рециркуляційних стічних вод аквакультури. Незважаючи на те, що флокуляція забезпечує недорогий-варіант початкового видалення частинок, її характеристики флокуляції та мікробні ризики призводять до серйознішого необоротного забруднення мембрани. Таким чином, очікується, що інтегрований мембранний процес UF + NF стане ключовою технологією вдосконаленої обробки та повторного використання стічних вод RAS.
У майбутньому, оскільки виробництво аквакультури зростає, а екологічні норми стають суворішими, такі теми, як контроль забруднення нанофільтрацією, оптимізація попередньої обробки ультрафільтрацією та розробка високоефективних NF-мембран під низьким-тиском-будуть привертати увагу. Інтеграція UF та NF у більш компактні та енерго-ефективні мембранні системи сприятиме трансформації очищення стічних вод аквакультури в бік відновлення ресурсів, зменшення скидів і більш сталого управління водними ресурсами.
