Akvakultura igra vitalnu ulogu u osiguravanju opskrbe proteinima i rješavanju globalnog problema nestašice hrane. Posljednjih godina proizvodnja vodenih proizvoda u mojoj zemlji raste iz godine u godinu. U procesu uzgoja stavlja se velika količina mamca. Fosfor je neizostavan element u mamcu, ali je stopa iskorištenja fosfora u mamcu od strane riba općenito niska.
Istraživanja su pokazala da većina fosfora unesenog u proces uzgoja ostaje u obliku aktivnog fosfora u zaostalom mamcu i izmetu, te na kraju ostaje u repnoj vodi za uzgoj. Aktivni fosfor lako koriste biljke, bakterije i alge. Kada dosegne određenu koncentraciju, potaknut će proliferaciju algi, smanjiti koncentraciju otopljenog kisika u vodenom tijelu, dovesti do eutrofikacije vodenog tijela, a zatim utjecati na ekološku ravnotežu, zdravlje ljudi i uzrokovati određeni stupanj gospodarskih gubitaka . Stoga je hitno potrebno poduzeti odgovarajuće metode za obradu otpadne vode akvakulture kako bi se smanjila šteta za ekološki okoliš područja uzgoja.
Trenutno je uobičajeno korištena metoda uklanjanja fosfora u otpadnoj vodi akvakulture kemijska/koagulacijska metoda taloženja, koja prenosi fosfat iz tekuće faze u krutu fazu reakcijom taloženja metalnih iona i fosfata ili reakcijom koagulacije soli željeza i soli aluminija . Iako je ova metoda jednostavna za rukovanje, ona ima očite nedostatke, kao što su boja tretirane vode (uzrokovana Fe3+), otopina je jako kisela (pH manji od 3), sekundarno onečišćenje je ozbiljno, a s kemijskim muljem treba postupati oprezno.
Osim toga, umjetne močvare, elektrokemijske metode i druge metode također se koriste u stvarnim projektima za uklanjanje fosfora iz repne vode akvakulture, ali te metode imaju probleme kao što su loš učinak obrade, visoki infrastrukturni ili operativni troškovi i loša stabilnost. Stoga je hitno potrebno razviti/primijeniti nove materijale ili nove metode za postizanje učinkovitog uklanjanja fosfora iz repne vode akvakulture.
Biougljen je adsorpcijski materijal s jeftinim sirovinama i lakim pristupom. Postoje mnoga izvješća o uklanjanju fosfora pomoću biougljena ili modificiranog biougljena. U prethodnoj studiji ispitivane su adsorpcijske karakteristike biougljena jele (WBC), biougljena ostataka gljiva (VBC) i modificiranog biougljena jele (SBC) na fosforu u simuliranoj otpadnoj vodi. Među njima, WBC nije imao gotovo nikakav učinak uklanjanja fosfora, a maksimalni adsorpcijski kapacitet VBC i SBC na fosforu bio je 86.70 odnosno 181.07 mg/g. Međutim, učinak uklanjanja ova tri biougljena na fosfor u stvarnoj repnoj vodi akvakulture s različitom pozadinom kvalitete vode još uvijek nije jasan. U stvarnoj proizvodnji, različite vrste otpadne vode iz akvakulture obično imaju različitu kvalitetu vode i daleko su složenije od simulirane otpadne vode.
Osim toga, priprema biougljena iz izmeta jegulje od velike je važnosti za promicanje zelenog razvoja akvakulture, no još uvijek nije jasno ima li biougljen izmeta jegulje (MBC) sposobnost uklanjanja fosfora.
Stoga je ova studija odabrala jele, ostatke vankomicina i izmet jegulje kao sirovine biomase za pripremu WBC, VBC, MBC i SBC adsorbenata za tretiranje tri vrste stvarne vode iz akvakulture, te je istražila učinak uklanjanja različitih biougljena na fosfor u ostatku vode iz akvakulture. Učinak i mehanizam uklanjanja biougljena na različitim oblicima fosfora pod različitim pozadinama kvalitete vode otkriveni su kinetičkom analizom i različitim metodama karakterizacije.
Rezultati pokazuju da među četiri vrste biougljena najbolji učinak ima SBC, dok MBC oslobađa fosfor u vodu. Nakon tretmana SBC-om, TP u slatkovodnoj i koncentriranoj repnoj vodi iz akvakulture niži je od granica ispuštanja prve i druge razine slatkovodnih prijamnih voda u "Standardu ispuštanja repne vode iz ribnjaka" (DB 32/4043-2021), a morska akvakultura otpadna voda zadovoljava zahtjeve prve razine ispuštanja morskih prijamnih voda.
SBC ima brzu stopu adsorpcije aktivnog fosfora u tri vrste repnih voda akvakulture i može postići adsorpcijsku ravnotežu nakon 30-60 min, sa stopom uklanjanja od 76,78%-93,07%; dok je učinak uklanjanja organskog fosfora u ostatku vode nizak (14%-17%) i može doći do desorpcije. Proces adsorpcije aktivnog fosfora i organskog fosfora pomoću SBC-a odgovara kinetičkom modelu pseudo-drugog reda. Mehanizam adsorpcije aktivnog fosfora pomoću SBC uglavnom uključuje izmjenu liganda i kemijsko taloženje.
Očekuje se da će ova studija pružiti učinkovite smjernice za pročišćavanje stvarnih otpadnih voda koje sadrže fosfor biougljenim, kako bi se promicala primjena materijala biougljena u pročišćavanju otpadnih voda od osnovnih istraživanja do praktične primjene.
Rezultati
(1) TP triju zaostalih voda iz akvakulture korištenih u ovoj studiji premašio je granicu ispuštanja "Standarda ispuštanja zaostalih voda za ribnjake" i sadržavao je određenu koncentraciju organskog fosfora. Rezultati karakterizacije su pokazali da su površinska morfologija i fazna struktura četiri odabrana biougljena značajno različite. WBC površina je bila glatka; površina SBC-a bila je hrapava i uglavnom je sadržavala nanoplohe Mg(OH)2; VBC površina uglavnom je sadržavala masivni CaSO4 i nanočestice Fe3O4; a površina MBC-a sadržavala je AlPO4 i SiO2.
(2) Učinak uklanjanja fosfora u repnoj vodi pomoću WBC, SBC i VBC povećavao se s povećanjem doze. SBC je imao najbolji učinak, a zatim VBC. WBC je imao loš učinak, dok je MBC ispuštao fosfor u vodu. Nakon tretmana SBC-om, TP u slatkovodnim i koncentriranim otpadnim vodama iz akvakulture bio je niži od granica ispuštanja prve i druge razine gore spomenutih standardnih slatkovodnih prijamnih voda, a repna voda morske akvakulture ispunjavala je zahtjeve prve razine ispuštanja za morske prijamne vode.
(3) SBC ima brzu stopu adsorpcije aktivnog fosfora u tri repne vode akvakulture i može postići adsorpcijsku ravnotežu nakon 30-60 min, sa stopom uklanjanja u rasponu od 76,78% do 93,07%; međutim, učinak uklanjanja organskog fosfora u ostatku vode je relativno nizak (14%-17%) i može doći do desorpcije. Proces adsorpcije aktivnog fosfora i organskog fosfora pomoću SBC-a odgovara kinetičkom modelu pseudo-drugog reda.
(4) Mehanizam adsorpcije aktivnog fosfora pomoću SBC uglavnom uključuje izmjenu liganda i kemijsko taloženje.
Prvi autor: Chen Yunchao
Autorska jedinica: Fakultet za okolišni i sigurnosni inženjering, Sveučilište Fuzhou
Dokument DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0592