Sistemele de acvacultură cu recirculare (RAS) au devenit o direcție importantă de dezvoltare în acvacultura modernă, oferind avantaje în conservarea apei, producție stabilă și reducerea deversărilor în mediu. Cu toate acestea, aceste sisteme produc ape uzate care conțin concentrații mari de solide în suspensie, poluanți pe bază de azot- și fosfor-și cantități mari de materie organică dizolvată. Dacă astfel de ape uzate intră într-un sistem de nanofiltrare (NF) fără o pretratare adecvată, va avea loc o murdărie severă a membranei, reducând rapid fluxul și crescând costurile operaționale. Din acest motiv, selectarea unei tehnologii eficiente de pretratare este esențială pentru menținerea stabilității funcționării NF.
Cercetări recente au comparat două tehnologii majore de pretratare-floculare și ultrafiltrare-pentru a le analiza performanța de eliminare a poluanților, influența asupra scăderii fluxului NF și caracteristicile de murdărie a membranei. Constatările oferă îndrumări tehnice valoroase pentru selectarea proceselor de pretratare adecvate în tratarea apelor uzate RAS.
În pretratarea prin floculare, alginatul de sodiu a prezentat cea mai bună performanță dintre cei trei floculanti testați. La o doză optimă de 45 mg/L și o viteză de agitare de 1200 r/min, a atins o rată maximă de îndepărtare a solidelor în suspensie de 79,70%. Cu toate acestea, eficiența de îndepărtare a azotului de amoniac, azotați, nitriți și sulfuri a fost în general sub 40%, ceea ce indică faptul că flocularea este insuficientă pentru poluanții dizolvați întâlniți în mod obișnuit în apele de coadă de acvacultură. Studiul a mai constatat că alginatul de sodiu formează flocuri mici, compacte, care tind să se depună pe suprafața membranei NF, creând un strat dens de turtă. Datorită structurii sale naturale de polizaharidă, alginatul de sodiu oferă, de asemenea, un substrat pentru creșterea microbiană în timpul perioadei prelungite de sedimentare, ceea ce crește semnificativ murdărirea biologică a membranei NF. Ca urmare, recuperarea fluxului după curățare este relativ slabă, ceea ce sugerează că murdărirea cauzată de floculare este mai adeziv și mai dificil de îndepărtat.
În schimb, membranele de ultrafiltrare (UF), cu dimensiuni ale porilor de 0,01–0,1 μm, demonstrează performanțe excelente în îndepărtarea solidelor în suspensie, atingând o rată de îndepărtare de până la 98,54%. Deși UF are o capacitate limitată de a elimina poluanții cu azot și fosfor, reduce efectiv sarcina de particule care intră în sistemul NF. Ca rezultat, membrana NF formează un strat de turtă mai liber în timpul funcționării, reducând blocarea porilor și încetinind creșterea presiunii transmembranare. Conform testelor de performanță NF, apele uzate pretratate cu UF au prezentat un flux inițial mai mare, o scădere mai lentă a fluxului și o recuperare semnificativ mai bună a fluxului după curățări repetate, comparativ cu apa pretratată prin floculare-. Acest lucru indică faptul că UF poate întârzia în mod semnificativ murdărirea ireversibilă a membranei NF.
O analiză ulterioară utilizând fluorescența matricei de excitație-emisie (EEM) a arătat că soluția de curățare a sistemului de floculare-NF conținea vârfuri puternice reprezentând produse secundare microbiene solubile, în timp ce aceste vârfuri erau aproape absente în sistemul UF-NF. Acest lucru confirmă că decantarea prelungită și natura polizaharidă a alginatului de sodiu promovează creșterea microbiană, crescând astfel murdărirea membranei în stadiul NF.
În general, comparația arată în mod clar că ultrafiltrarea este mai eficientă decât flocularea ca metodă de pretratare pentru nanofiltrarea apelor uzate de acvacultură recirculate. Deși flocularea oferă o opțiune cu cost redus-pentru îndepărtarea inițială a particulelor, caracteristicile sale de floc și riscurile microbiene duc la murdărirea ireversibilă a membranei mai severă. Prin urmare, un proces cu membrană integrată UF + NF este de așteptat să devină o tehnologie cheie pentru tratarea avansată și reutilizarea apelor uzate RAS.
Privind în perspectivă, pe măsură ce producția de acvacultură crește și reglementările de mediu devin mai stricte, subiecte precum controlul murdării prin nanofiltrare, optimizarea pretratării prin ultrafiltrare și dezvoltarea membranelor NF cu presiune joasă-înaltă-eficiență vor continua să atragă atenția. Integrarea UF și NF în sisteme cu membrană mai compacte și mai eficiente-energetic va promova transformarea epurării apelor uzate din acvacultură către recuperarea resurselor, deversarea redusă și o gestionare mai durabilă a apei.
