Η υδατοκαλλιέργεια διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στη διασφάλιση του εφοδιασμού με πρωτεΐνες και στην επίλυση του παγκόσμιου προβλήματος της έλλειψης τροφίμων. Τα τελευταία χρόνια, η παραγωγή υδρόβιων προϊόντων στη χώρα μου αυξάνεται χρόνο με το χρόνο. Μεγάλη ποσότητα δολώματος μπαίνει στη διαδικασία αναπαραγωγής. Ο φώσφορος είναι απαραίτητο στοιχείο στο δόλωμα, αλλά το ποσοστό χρησιμοποίησης του φωσφόρου στο δόλωμα από τα ψάρια είναι γενικά χαμηλό.
Μελέτες έχουν δείξει ότι το μεγαλύτερο μέρος του φωσφόρου που εισάγεται στη διαδικασία αναπαραγωγής παραμένει με τη μορφή ενεργού φωσφόρου στο υπολειμματικό δόλωμα και στα κόπρανα και τελικά παραμένει στο νερό της ουράς αναπαραγωγής. Ο ενεργός φώσφορος χρησιμοποιείται εύκολα από φυτά, βακτήρια και φύκια. Όταν φτάσει σε μια ορισμένη συγκέντρωση, θα διεγείρει τον πολλαπλασιασμό των φυκών, θα μειώσει τη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο υδάτινο σώμα, θα οδηγήσει σε ευτροφισμό του υδατικού συστήματος και στη συνέχεια θα επηρεάσει την οικολογική ισορροπία, την ανθρώπινη υγεία και θα προκαλέσει κάποιο βαθμό οικονομικών απωλειών . Ως εκ τούτου, είναι επείγουσα η λήψη κατάλληλων μεθόδων για την επεξεργασία του νερού της ουράς υδατοκαλλιέργειας ώστε να μειωθεί η βλάβη του στο οικολογικό περιβάλλον της περιοχής αναπαραγωγής.
Επί του παρόντος, η συνήθως χρησιμοποιούμενη μέθοδος αφαίρεσης φωσφόρου στο νερό της ουράς υδατοκαλλιέργειας είναι η μέθοδος χημικής/πηκτικής κατακρήμνισης, η οποία μεταφέρει φωσφορικά άλατα στην υγρή φάση στη στερεά φάση μέσω της αντίδρασης καθίζησης μεταλλικών ιόντων και φωσφορικών αλάτων ή της αντίδρασης πήξης αλάτων σιδήρου και αλάτων αλουμινίου. . Αν και αυτή η μέθοδος είναι εύκολη στη λειτουργία, έχει εμφανή ελαττώματα, όπως το χρώμα του επεξεργασμένου νερού (που προκαλείται από Fe3+), το διάλυμα είναι έντονα όξινο (pH μικρότερο από 3), η δευτερογενής ρύπανση είναι σοβαρή, και η χημική λάσπη πρέπει να αντιμετωπίζεται με προσοχή.
Επιπλέον, τεχνητοί υγρότοποι, ηλεκτροχημικές μέθοδοι και άλλες μέθοδοι χρησιμοποιούνται επίσης σε πραγματικά έργα για την απομάκρυνση του φωσφόρου από τα ύδατα της υδατοκαλλιέργειας, αλλά αυτές οι μέθοδοι έχουν προβλήματα όπως κακή επίδραση επεξεργασίας, υψηλό κόστος υποδομής ή λειτουργίας και κακή σταθερότητα. Ως εκ τούτου, είναι επείγουσα η ανάπτυξη/εφαρμογή νέων υλικών ή νέων μεθόδων για την επίτευξη αποτελεσματικής απομάκρυνσης του φωσφόρου από το νερό της ουράς υδατοκαλλιέργειας.
Το Biochar είναι ένα προσροφητικό υλικό με φθηνές πρώτες ύλες και εύκολη πρόσβαση. Υπάρχουν πολλές αναφορές για την απομάκρυνση του φωσφόρου με βιοαπανθράκωση ή τροποποιημένο βιοαπάνθρακα. Στην προηγούμενη μελέτη, διερευνήθηκαν τα χαρακτηριστικά προσρόφησης βιοαπάνθρακα ελάτου (WBC), βιοκάρβουνου υπολειμμάτων μύκητα (VBC) και βιοαπάνθρακα τροποποιημένου ελάτου (SBC) σε φώσφορο σε προσομοιωμένα λύματα. Μεταξύ αυτών, το WBC δεν είχε σχεδόν κανένα αποτέλεσμα αφαίρεσης φωσφόρου και η μέγιστη ικανότητα προσρόφησης των VBC και SBC στον φώσφορο ήταν 86,70 και 181,07 mg/g, αντίστοιχα. Ωστόσο, η επίδραση της απομάκρυνσης αυτών των τριών βιοαπανθράκων στο φώσφορο στο πραγματικό νερό της ουράς υδατοκαλλιέργειας με διαφορετικό υπόβαθρο ποιότητας νερού είναι ακόμα ασαφές. Στην πραγματική παραγωγή, διαφορετικοί τύποι υδάτινων αποβλήτων υδατοκαλλιέργειας έχουν συνήθως διαφορετική ποιότητα νερού και είναι πολύ πιο περίπλοκοι από τα προσομοιωμένα λύματα.
Επιπλέον, η παρασκευή βιοαπανθράκωσης από κόπρανα χελιού έχει μεγάλη σημασία για την προώθηση της πράσινης ανάπτυξης της υδατοκαλλιέργειας, αλλά δεν είναι ακόμη σαφές εάν το βιοκάρβουνο με κόπρανα χελιού (MBC) έχει την ικανότητα να αφαιρεί τον φώσφορο.
Ως εκ τούτου, αυτή η μελέτη επέλεξε υπολείμματα έλατου, βανκομυκίνης και περιττώματα χελιού ως πρώτες ύλες βιομάζας για την παρασκευή προσροφητικών WBC, VBC, MBC και SBC για την επεξεργασία τριών τύπων πραγματικού ουρανού νερού υδατοκαλλιέργειας και διερεύνησε την επίδραση της απομάκρυνσης διαφορετικών βιοαπανθράκων στο φώσφορο στο ουραίο νερό της υδατοκαλλιέργειας. Το αποτέλεσμα της απομάκρυνσης και ο μηχανισμός απομάκρυνσης του βιοκάρβουνου σε διαφορετικές μορφές φωσφόρου κάτω από διαφορετικά υπόβαθρα ποιότητας νερού αποκαλύφθηκαν μέσω κινητικής ανάλυσης και διαφορετικών μεθόδων χαρακτηρισμού.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μεταξύ των τεσσάρων τύπων βιοεξανθράκων, το SBC έχει το καλύτερο αποτέλεσμα, ενώ το MBC απελευθερώνει φώσφορο στο νερό. Μετά την επεξεργασία SBC, η TP στο ουραίο νερό του γλυκού νερού και της συμπυκνωμένης υδατοκαλλιέργειας είναι χαμηλότερη από τα όρια απόρριψης πρώτου και δεύτερου επιπέδου των υδάτων υποδοχής γλυκού νερού στο "Πρότυπο εκκένωσης υδάτινων πόρων Pond Aquaculture" (DB 32/4043-2021) και στη θαλάσσια υδατοκαλλιέργεια Το ουραίο νερό πληροί τις απαιτήσεις απόρριψης πρώτου επιπέδου των θαλάσσιων υδάτων υποδοχής.
Το SBC έχει γρήγορο ρυθμό απορρόφησης ενεργού φωσφόρου στους τρεις τύπους υδάτων ουράς υδατοκαλλιέργειας και μπορεί να φτάσει σε ισορροπία προσρόφησης μετά από 30-60 λεπτά, με ποσοστό απομάκρυνσης 76,78%-93,07%. ενώ η επίδραση απομάκρυνσης του οργανικού φωσφόρου στο νερό της ουράς είναι χαμηλή (14%-17%) και μπορεί να συμβεί εκρόφηση. Η διαδικασία προσρόφησης ενεργού φωσφόρου και οργανικού φωσφόρου από το SBC συμμορφώνεται με το ψευδοκινητικό μοντέλο δεύτερης τάξης. Ο μηχανισμός προσρόφησης του ενεργού φωσφόρου από το SBC περιλαμβάνει κυρίως ανταλλαγή προσδεμάτων και χημική καθίζηση.
Αυτή η μελέτη αναμένεται να παράσχει αποτελεσματική καθοδήγηση για την επεξεργασία των πραγματικών λυμάτων που περιέχουν φώσφορο με βιοαπανθράκωμα, έτσι ώστε να προωθηθεί η εφαρμογή υλικών βιοαπανθράκωσης στην επεξεργασία λυμάτων από τη βασική έρευνα στην πρακτική εφαρμογή.
Αποτελέσματα
(1) Η TP των τριών υδάτων ουράς υδατοκαλλιέργειας που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτήν τη μελέτη υπερέβαινε το όριο απόρριψης του "Πρότυπου εκκένωσης υδάτων ουράς υδατοκαλλιέργειας λίμνης" και περιείχε μια ορισμένη συγκέντρωση οργανικού φωσφόρου. Τα αποτελέσματα του χαρακτηρισμού έδειξαν ότι η επιφανειακή μορφολογία και η δομή φάσης των τεσσάρων επιλεγμένων βιοχαρακτηρίων ήταν σημαντικά διαφορετική. Η επιφάνεια του WBC ήταν λεία. η επιφάνεια του SBC ήταν τραχιά και περιείχε κυρίως νανοφύλλα Mg(OH)2. Η επιφάνεια VBC περιείχε κυρίως τεράστιο CaSO4 και νανοσωματίδιο Fe3O4. και η επιφάνεια MBC περιείχε AlPO4 και SiO2.
(2) Η επίδραση απομάκρυνσης του φωσφόρου στο νερό της ουράς από WBC, SBC και VBC αυξήθηκε με την αύξηση της δόσης. Το SBC είχε το καλύτερο αποτέλεσμα, ακολουθούμενο από το VBC. Το WBC είχε κακή απόδοση, ενώ το MBC απελευθέρωσε φώσφορο στο νερό. Μετά την επεξεργασία SBC, η TP στα ουραία ύδατα γλυκού νερού και συμπυκνωμένων υδάτων υδατοκαλλιέργειας ήταν χαμηλότερη από τα όρια απόρριψης πρώτου και δεύτερου επιπέδου των προαναφερθέντων τυπικών υδάτων υποδοχής γλυκού νερού και το ουραίο νερό της θαλάσσιας υδατοκαλλιέργειας πληρούσε τις απαιτήσεις απόρριψης πρώτου επιπέδου των θαλάσσιων υδάτων υποδοχής.
(3) Το SBC έχει γρήγορο ρυθμό προσρόφησης για ενεργό φώσφορο στα τρία ουραία ύδατα υδατοκαλλιέργειας και μπορεί να φτάσει σε ισορροπία προσρόφησης μετά από 30-60 λεπτά, με ποσοστό απομάκρυνσης που κυμαίνεται από 76,78% έως 93,07%. Ωστόσο, η επίδραση απομάκρυνσης του οργανικού φωσφόρου στο νερό της ουράς είναι σχετικά χαμηλή (14%-17%) και μπορεί να υπάρχει εκρόφηση. Η διαδικασία προσρόφησης ενεργού φωσφόρου και οργανικού φωσφόρου από το SBC συμμορφώνεται με το ψευδοκινητικό μοντέλο δεύτερης τάξης.
(4) Ο μηχανισμός προσρόφησης ενεργού φωσφόρου από το SBC περιλαμβάνει κυρίως ανταλλαγή προσδεμάτων και χημική καθίζηση.
Πρώτος συγγραφέας: Chen Yunchao
Συγγραφέας: Σχολή Μηχανικών Περιβάλλοντος και Ασφάλειας, Πανεπιστήμιο Fuzhou
Χαρτί DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0592