Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) đã trở thành một hướng phát triển quan trọng trong nuôi trồng thủy sản hiện đại, mang lại lợi ích trong việc bảo tồn nguồn nước, sản xuất ổn định và giảm xả thải ra môi trường. Tuy nhiên, các hệ thống này tạo ra nước thải chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, các chất ô nhiễm dựa trên nitơ{1}} và phốt pho-cũng như một lượng lớn chất hữu cơ hòa tan. Nếu nước thải như vậy đi vào hệ thống lọc nano (NF) mà không được xử lý sơ bộ thích hợp thì tình trạng tắc nghẽn màng nghiêm trọng sẽ xảy ra, làm giảm dòng chảy nhanh chóng và tăng chi phí vận hành. Vì lý do này, việc lựa chọn công nghệ tiền xử lý hiệu quả là rất quan trọng để duy trì sự ổn định của hoạt động NF.
Nghiên cứu gần đây đã so sánh hai công nghệ tiền xử lý chính là-keo tụ và siêu lọc-để phân tích hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm, ảnh hưởng đến sự suy giảm dòng NF và đặc điểm tắc nghẽn màng. Các phát hiện này cung cấp hướng dẫn kỹ thuật có giá trị để lựa chọn quy trình tiền xử lý phù hợp trong xử lý nước thải RAS.
Trong tiền xử lý keo tụ, natri alginate cho thấy hiệu suất tốt nhất trong số ba chất keo tụ được thử nghiệm. Với liều lượng tối ưu là 45 mg/L và tốc độ khuấy 1200 vòng/phút, nó đạt được tỷ lệ loại bỏ chất rắn lơ lửng tối đa là 79,70%. Tuy nhiên, hiệu suất loại bỏ nitơ amoniac, nitrat, nitrit và sunfua nhìn chung là dưới 40%, cho thấy rằng quá trình keo tụ là không đủ đối với các chất ô nhiễm hòa tan thường thấy trong nước thải nuôi trồng thủy sản. Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng natri alginate tạo thành các khối nhỏ, đặc có xu hướng lắng đọng trên bề mặt màng NF, tạo ra một lớp bánh dày đặc. Do cấu trúc polysaccharide tự nhiên của nó, natri alginate cũng cung cấp chất nền cho sự phát triển của vi sinh vật trong thời gian lắng kéo dài, làm tăng đáng kể sự bám bẩn sinh học trên màng NF. Kết quả là, khả năng phục hồi từ thông sau khi làm sạch tương đối kém, cho thấy cặn bẩn do keo tụ gây ra sẽ bám dính hơn và khó loại bỏ hơn.
Ngược lại, màng siêu lọc (UF), với kích thước lỗ 0,01–0,1 μm, thể hiện hiệu suất tuyệt vời trong việc loại bỏ chất rắn lơ lửng, đạt tỷ lệ loại bỏ cao tới 98,54%. Mặc dù UF có khả năng hạn chế trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm nitơ và phốt pho nhưng nó có hiệu quả làm giảm gánh nặng hạt xâm nhập vào hệ thống NF. Kết quả là màng NF hình thành lớp bánh lỏng hơn trong quá trình hoạt động, giảm tắc nghẽn lỗ chân lông và làm chậm quá trình tăng áp suất xuyên màng. Theo các thử nghiệm hiệu suất NF, nước thải được xử lý trước bằng UF cho thấy dòng chảy ban đầu cao hơn, sự suy giảm dòng chảy chậm hơn và khả năng phục hồi dòng chảy tốt hơn đáng kể sau nhiều lần làm sạch so với nước-được xử lý trước bằng phương pháp keo tụ. Điều này chỉ ra rằng UF có thể trì hoãn đáng kể sự tắc nghẽn không thể khắc phục trên màng NF.
Phân tích sâu hơn bằng cách sử dụng huỳnh quang ma trận phát xạ kích thích (EEM) cho thấy dung dịch làm sạch của hệ thống keo tụ-NF chứa các đỉnh mạnh đại diện cho các sản phẩm phụ vi sinh vật hòa tan, trong khi các đỉnh này hầu như không có trong hệ thống UF-NF. Điều này khẳng định rằng quá trình lắng kéo dài và bản chất polysaccharide của natri alginate thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật, do đó làm tăng sự tắc nghẽn màng ở giai đoạn NF.
Nhìn chung, so sánh cho thấy rõ ràng rằng siêu lọc có hiệu quả hơn phương pháp keo tụ như một phương pháp tiền xử lý để lọc nano nước thải nuôi trồng thủy sản tuần hoàn. Mặc dù quá trình keo tụ cung cấp một lựa chọn chi phí thấp-cho việc loại bỏ hạt ban đầu, nhưng đặc tính kết bông và rủi ro vi sinh vật của nó dẫn đến tình trạng tắc nghẽn màng nghiêm trọng hơn và không thể khắc phục được. Do đó, quy trình màng tích hợp UF + NF được kỳ vọng sẽ trở thành công nghệ chủ chốt để xử lý tiên tiến và tái sử dụng nước thải RAS.
Trong tương lai, khi quy mô sản xuất nuôi trồng thủy sản tăng lên và các quy định về môi trường trở nên nghiêm ngặt hơn, các chủ đề như kiểm soát cặn lọc nano, tối ưu hóa tiền xử lý siêu lọc và phát triển màng NF hiệu suất cao-áp suất cao{1}}sẽ tiếp tục thu hút được sự chú ý. Việc tích hợp UF và NF vào các hệ thống màng nhỏ gọn hơn và tiết kiệm năng lượng-sẽ thúc đẩy quá trình chuyển đổi xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản theo hướng phục hồi tài nguyên, giảm xả thải và quản lý nước bền vững hơn.
