Recirkulācijas akvakultūras sistēmas (RAS) ir kļuvušas par nozīmīgu attīstības virzienu mūsdienu akvakultūrā, sniedzot priekšrocības ūdens saglabāšanā, stabilā ražošanā un vides izplūdes samazināšanā. Tomēr šīs sistēmas rada notekūdeņus, kas satur augstu suspendēto vielu, slāpekļa- un fosfora-bāzes piesārņotāju koncentrāciju, kā arī lielu daudzumu izšķīdušo organisko vielu. Ja šādi notekūdeņi nokļūst nanofiltrācijas (NF) sistēmā bez atbilstošas pirmapstrādes, notiks nopietna membrānas piesārņošana, strauji samazinot plūsmu un palielinot ekspluatācijas izmaksas. Šī iemesla dēļ efektīvas pirmapstrādes tehnoloģijas izvēle ir ļoti svarīga, lai saglabātu NF darbības stabilitāti.
Nesenie pētījumi salīdzināja divas galvenās pirmapstrādes tehnoloģijas -flokulācija un ultrafiltrācija-, lai analizētu to piesārņotāju noņemšanas veiktspēju, ietekmi uz NF plūsmas samazināšanos un membrānas piesārņojuma īpašības. Rezultāti sniedz vērtīgus tehniskos norādījumus piemērotu pirmapstrādes procesu izvēlei RAS notekūdeņu attīrīšanā.
Flokulācijas priekšapstrādē nātrija algināts uzrādīja vislabāko veiktspēju starp trim pārbaudītajiem flokulantiem. Pie optimālās devas 45 mg/l un maisīšanas ātruma 1200 apgr/min, tika sasniegts maksimālais suspendēto cieto vielu noņemšanas ātrums 79,70%. Tomēr amonjaka slāpekļa, nitrātu, nitrītu un sulfīdu atdalīšanas efektivitāte parasti bija zem 40%, kas norāda, ka flokulācija nav pietiekama izšķīdušajiem piesārņotājiem, kas parasti sastopami akvakultūras notekūdeņos. Pētījumā arī konstatēts, ka nātrija algināts veido mazus, kompaktus flokus, kas mēdz nogulsnēties uz NF membrānas virsmas, radot blīvu kūkas slāni. Pateicoties savai dabiskajai polisaharīda struktūrai, nātrija algināts nodrošina arī substrātu mikrobu augšanai pagarinātā nostādināšanas periodā, kas ievērojami palielina bioloģisko piesārņojumu uz NF membrānas. Rezultātā plūsmas atgūšana pēc tīrīšanas ir salīdzinoši slikta, kas liecina, ka flokulācijas izraisītais piesārņojums ir daudz lipīgāks un grūtāk noņemams.
Turpretim ultrafiltrācijas (UF) membrānas ar poru izmēru 0,01–0,1 μm demonstrē izcilu veiktspēju suspendēto cieto vielu noņemšanā, sasniedzot pat 98,54%. Lai gan UF ir ierobežota spēja noņemt slāpekļa un fosfora piesārņotājus, tas efektīvi samazina daļiņu slodzi, kas nonāk NF sistēmā. Rezultātā NF membrāna darbības laikā veido vaļīgāku kūkas slāni, samazinot poru aizsprostojumu un palēninot transmembrānas spiediena pieaugumu. Saskaņā ar NF veiktspējas testiem notekūdeņi, kas iepriekš apstrādāti ar UF, uzrādīja lielāku sākotnējo plūsmu, lēnāku plūsmas samazināšanos un ievērojami labāku plūsmas atjaunošanos pēc atkārtotas tīrīšanas, salīdzinot ar ūdeni, kas iepriekš apstrādāts ar flokulāciju{6}. Tas norāda, ka UF var ievērojami aizkavēt neatgriezenisku piesārņojumu uz NF membrānas.
Turpmāka analīze, izmantojot ierosmes-emisijas matricas (EEM) fluorescenci, parādīja, ka flokulācijas-NF sistēmas tīrīšanas šķīdumā bija spēcīgas virsotnes, kas attēlo šķīstošos mikrobu blakusproduktus, savukārt UF-NF sistēmā šo maksimumu gandrīz nebija. Tas apstiprina, ka nātrija algināta ilgstoša nogulsnēšanās un polisaharīda raksturs veicina mikrobu augšanu, tādējādi palielinot membrānas piesārņojumu NF stadijā.
Kopumā salīdzinājums skaidri parāda, ka ultrafiltrācija ir efektīvāka nekā flokulācija kā priekšapstrādes metode recirkulācijas akvakultūras notekūdeņu nanofiltrēšanai. Lai gan flokulācija nodrošina zemu -izmaksu iespēju sākotnējai daļiņu noņemšanai, tās floku īpašības un mikrobu riski izraisa smagāku, neatgriezenisku membrānas piesārņojumu. Tāpēc ir paredzams, ka UF + NF integrētais membrānas process kļūs par galveno tehnoloģiju progresīvai RAS notekūdeņu attīrīšanai un atkārtotai izmantošanai.
Raugoties nākotnē, pieaugot akvakultūras ražošanai un kļūstot stingrākiem vides noteikumiem, uzmanība joprojām tiks pievērsta tādām tēmām kā nanofiltrācijas piesārņojuma kontrole, ultrafiltrācijas pirmapstrādes optimizācija un zema -spiediena augsta-efektivitātes NF membrānu izstrāde. UF un NF integrēšana kompaktākās un energoefektīvākās-membrānu sistēmās veicinās akvakultūras notekūdeņu attīrīšanas pārveidi par resursu atgūšanu, samazinātu izplūdi un ilgtspējīgāku ūdens apsaimniekošanu.
