Resirkulerende akvakultursystemer (RAS) har blitt en viktig utviklingsretning i moderne akvakultur, og gir fordeler innen vannsparing, stabil produksjon og reduksjon av miljøutslipp. Disse systemene produserer imidlertid avløpsvann som inneholder høye konsentrasjoner av suspendert stoff, nitrogen- og fosfor-baserte forurensninger, og store mengder oppløst organisk materiale. Hvis slikt avløpsvann kommer inn i et nanofiltreringssystem (NF) uten riktig forbehandling, vil det oppstå alvorlig membranbegroing, som raskt reduserer fluksen og øker driftskostnadene. Av denne grunn er det avgjørende å velge en effektiv forbehandlingsteknologi for å opprettholde stabiliteten til NF-drift.
Nyere forskning sammenlignet to viktige forbehandlingsteknologier-flokkulering og ultrafiltrering-for å analysere ytelsen til fjerning av forurensninger, innflytelse på NF-fluksreduksjon og membranbegroingsegenskaper. Funnene gir verdifull teknisk veiledning for valg av egnede forbehandlingsprosesser i RAS avløpsvannbehandling.
I flokkuleringsforbehandling viste natriumalginat den beste ytelsen blant de tre testede flokkuleringsmidlene. Ved en optimal dosering på 45 mg/L og en rørehastighet på 1200 r/min oppnådde den en maksimal fjerningshastighet for suspendert stoff på 79,70 %. Imidlertid var fjerningseffektiviteten for ammoniakknitrogen, nitrat, nitritt og sulfider generelt under 40 %, noe som indikerer at flokkulering er utilstrekkelig for oppløste forurensninger som vanligvis finnes i akvakulturbakvann. Studien fant også at natriumalginat danner små, kompakte flokker som har en tendens til å avsettes på NF-membranoverflaten, og skaper et tett kakelag. På grunn av sin naturlige polysakkaridstruktur, gir natriumalginat også et substrat for mikrobiell vekst i den forlengede sedimenteringsperioden, noe som betydelig øker biologisk begroing på NF-membranen. Som et resultat er fluksgjenvinningen etter rengjøring relativt dårlig, noe som tyder på at tilsmussing forårsaket av flokkulering er mer klebende og vanskelig å fjerne.
I motsetning til dette viser ultrafiltreringsmembraner (UF) med porestørrelser på 0,01–0,1 μm utmerket ytelse når det gjelder å fjerne suspendert stoff, og oppnår en fjerningshastighet så høy som 98,54 %. Selv om UF har begrenset evne til å fjerne nitrogen- og fosforforurensninger, reduserer det effektivt partikkelbelastningen som kommer inn i NF-systemet. Som et resultat danner NF-membranen et løsere kakelag under drift, noe som reduserer poreblokkering og bremser økningen av transmembrantrykket. I følge NF-ytelsestester, viste avløpsvann forbehandlet med UF høyere initial fluks, langsommere fluksnedgang og signifikant bedre fluksgjenvinning etter gjentatte rengjøringer sammenlignet med flokkulerings-forbehandlet vann. Dette indikerer at UF betydelig kan forsinke irreversibel begroing på NF-membranen.
Ytterligere analyse ved bruk av eksitasjons-emisjonsmatrise (EEM) fluorescens viste at renseløsningen til flokkulering-NF-systemet inneholdt sterke topper som representerte løselige mikrobielle biprodukter, mens disse toppene var nesten fraværende i UF-NF-systemet. Dette bekrefter at forlenget bunnfelling og polysakkarid-naturen til natriumalginat fremmer mikrobiell vekst, og øker dermed membranbegroing i NF-stadiet.
Samlet sett viser sammenligningen tydelig at ultrafiltrering er mer effektivt enn flokkulering som forbehandlingsmetode for nanofiltrering av resirkulerende akvakulturavløpsvann. Selv om flokkulering gir et rimelig-alternativ for innledende partikkelfjerning, fører dens flokkegenskaper og mikrobielle risikoer til mer alvorlig irreversibel membranbegroing. Derfor forventes en UF + NF integrert membranprosess å bli en nøkkelteknologi for avansert behandling og gjenbruk av RAS-avløpsvann.
Når vi ser fremover, ettersom akvakulturproduksjonen skaleres opp og miljøbestemmelsene blir strengere, vil emner som nanofiltreringsbegroing, optimalisering av ultrafiltreringsforbehandling og utvikling av lav-høy{1}}høyeffektiv NF-membraner fortsette å få oppmerksomhet. Å integrere UF og NF i mer kompakte og-energieffektive membransystemer vil fremme transformasjonen av akvakulturavløpsvannbehandling mot ressursgjenvinning, redusert utslipp og mer bærekraftig vannforvaltning.
