Recirkulerende akvakultursystemer (RAS) er blevet en vigtig udviklingsretning i moderne akvakultur, hvilket giver fordele inden for vandbevarelse, stabil produktion og reduktion af miljøudledning. Disse systemer producerer dog spildevand, der indeholder høje koncentrationer af suspenderede faste stoffer, nitrogen- og fosfor-baserede forurenende stoffer og store mængder opløst organisk materiale. Hvis sådant spildevand kommer ind i et nanofiltreringssystem (NF) uden ordentlig forbehandling, vil der opstå alvorlig membranbegroning, hvilket hurtigt reducerer fluxen og øger driftsomkostningerne. Af denne grund er det afgørende at vælge en effektiv forbehandlingsteknologi for at opretholde stabiliteten af NF-drift.
Nyere forskning sammenlignede to store forbehandlingsteknologier-flokkulering og ultrafiltrering-for at analysere deres ydeevne til fjernelse af forurenende stoffer, indflydelse på NF-fluxfald og membranbegroningsegenskaber. Resultaterne giver værdifuld teknisk vejledning til udvælgelse af egnede forbehandlingsprocesser i RAS spildevandsbehandling.
Ved flokkuleringsforbehandling viste natriumalginat den bedste ydeevne blandt de tre testede flokkuleringsmidler. Ved en optimal dosis på 45 mg/L og en omrøringshastighed på 1200 r/min opnåede den en maksimal fjernelseshastighed for suspenderede faste stoffer på 79,70 %. Fjernelseseffektiviteten for ammoniak nitrogen, nitrat, nitrit og sulfider var imidlertid generelt under 40 %, hvilket indikerer, at flokkulering er utilstrækkelig for opløste forurenende stoffer, der almindeligvis findes i akvakulturens slutvand. Undersøgelsen fandt også, at natriumalginat danner små, kompakte flokke, der har tendens til at aflejre sig på NF-membranoverfladen, hvilket skaber et tæt kagelag. På grund af sin naturlige polysaccharidstruktur giver natriumalginat også et substrat for mikrobiel vækst i den forlængede bundfældningsperiode, hvilket markant øger den biologiske begroning på NF-membranen. Som et resultat heraf er fluxgenvindingen efter rensning relativt dårlig, hvilket tyder på, at tilsmudsning forårsaget af flokkulering er mere klæbende og vanskeligt at fjerne.
I modsætning hertil viser ultrafiltreringsmembraner (UF) med porestørrelser på 0,01-0,1 μm fremragende ydeevne til at fjerne suspenderede faste stoffer, hvilket opnår en fjernelseshastighed så høj som 98,54 %. Selvom UF har begrænset evne til at fjerne nitrogen- og fosforforurenende stoffer, reducerer det effektivt partikelbelastningen, der kommer ind i NF-systemet. Som et resultat danner NF-membranen et løsere kagelag under drift, hvilket reducerer poreblokering og bremser stigningen af transmembrantryk. Ifølge NF-ydelsestests viste spildevand forbehandlet med UF højere initial flux, langsommere fluxfald og signifikant bedre fluxgenvinding efter gentagne rensninger sammenlignet med flokkulering-forbehandlet vand. Dette indikerer, at UF betydeligt kan forsinke irreversibel begroning på NF-membranen.
Yderligere analyse ved hjælp af excitation-emission matrix (EEM) fluorescens viste, at renseopløsningen af flokkulering-NF-systemet indeholdt stærke toppe, der repræsenterede opløselige mikrobielle biprodukter, mens disse toppe næsten var fraværende i UF-NF-systemet. Dette bekræfter, at forlænget bundfældning og natriumalginats polysaccharide natur fremmer mikrobiel vækst og derved øger membranforurening i NF-stadiet.
Samlet set viser sammenligningen tydeligt, at ultrafiltrering er mere effektiv end flokkulering som forbehandlingsmetode til nanofiltrering af recirkulerende akvakulturspildevand. Selvom flokkulering giver en billig-mulighed for indledende partikelfjernelse, fører dens flokkuleringsegenskaber og mikrobielle risici til mere alvorlig irreversibel membranbegroning. Derfor forventes en UF + NF integreret membranproces at blive en nøgleteknologi til avanceret behandling og genbrug af RAS-spildevand.
I takt med at akvakulturproduktionen opskaleres, og miljøbestemmelserne bliver strengere, vil emner som f.eks. kontrol med nanofiltrering, optimering af ultrafiltreringsforbehandling og udvikling af lav--høj- NF-membraner med lavt tryk fortsat vinde opmærksomhed. Integrering af UF og NF i mere kompakte og energieffektive-membransystemer vil fremme transformationen af akvakulturspildevandsrensning i retning af ressourcegenvinding, reduceret udledning og mere bæredygtig vandforvaltning.
