Аквакультура играет жизненно важную роль в обеспечении поставок белка и решении глобальной проблемы нехватки продовольствия. В последние годы производство водной продукции в моей стране растет из года в год. В процессе размножения закладывается большое количество приманки. Фосфор является незаменимым элементом в прикормке, но степень использования фосфора в прикормке рыбой, как правило, невелика.
Исследования показали, что большая часть фосфора, внесенного в процесс размножения, остается в форме активного фосфора в остатках прикормки и фекалиях и, наконец, остается в хвостовой воде разведения. Активный фосфор легко используется растениями, бактериями и водорослями. Когда он достигнет определенной концентрации, он будет стимулировать размножение водорослей, снижать концентрацию растворенного кислорода в водоеме, приводить к эвтрофикации водоема, а затем влиять на экологический баланс, здоровье человека и вызывать определенную степень экономических потерь. . Поэтому необходимо срочно принять соответствующие методы очистки сточных вод аквакультуры, чтобы снизить ее вред для экологической среды района размножения.
В настоящее время обычно используемым методом удаления фосфора из сточных вод аквакультуры является химический/коагуляционный метод осаждения, который переводит фосфат из жидкой фазы в твердую фазу посредством реакции осаждения ионов металлов и фосфата или реакции коагуляции солей железа и солей алюминия. . Хотя этот метод прост в использовании, он имеет очевидные недостатки, такие как цвет очищенной воды (вызванный Fe3+), раствор сильно кислый (pH менее 3), серьезное вторичное загрязнение, и с химическим осадком следует обращаться с осторожностью.
Кроме того, в реальных проектах по удалению фосфора из сточных вод аквакультуры также используются искусственные водно-болотные угодья, электрохимические методы и другие методы, но эти методы имеют такие проблемы, как плохой эффект очистки, высокие инфраструктурные или эксплуатационные затраты, а также низкая стабильность. Поэтому необходимо срочно разработать/применить новые материалы или новые методы для достижения эффективного удаления фосфора из сточных вод аквакультуры.
Биоуголь – это адсорбционный материал с дешевым сырьем и легким доступом. Есть много сообщений об удалении фосфора с помощью биоугля или модифицированного биоугля. В предыдущем исследовании были исследованы характеристики адсорбции пихтового биоугля (WBC), биоугля из остатков грибов (VBC) и модифицированного пихтового биоугля (SBC) на фосфоре в смоделированных сточных водах. Среди них WBC практически не обладали эффектом удаления фосфора, а максимальная адсорбционная способность VBC и SBC по фосфору составляла 86,70 и 181,07 мг/г соответственно. Однако эффект удаления этих трех биоуглей на фосфор в реальных сточных водах аквакультуры с разным качеством воды до сих пор неясен. В реальном производстве разные типы сточных вод аквакультуры обычно имеют разное качество воды и являются гораздо более сложными, чем моделируемые сточные воды.
Кроме того, получение биоугля из фекалий угря имеет большое значение для содействия экологическому развитию аквакультуры, но до сих пор неясно, обладает ли биоуголь фекалий угря (MBC) способностью удалять фосфор.
Поэтому в этом исследовании в качестве сырья для биомассы были выбраны пихта, остатки ванкомицина и фекалии угрей для приготовления адсорбентов WBC, VBC, MBC и SBC для очистки трех типов реальных сточных вод аквакультуры, а также изучено влияние удаления различных биоуглей на фосфор в сточных водах аквакультуры. Эффект удаления и механизм удаления биоугля из различных форм фосфора при различном качестве воды были выявлены с помощью кинетического анализа и различных методов характеристики.
Результаты показывают, что среди четырех типов биоуглей SBC имеет лучший эффект, тогда как MBC выделяет фосфор в воду. После обработки SBC TP в пресной воде и концентрированных отходящих сточных водах аквакультуры ниже, чем пределы первого и второго уровня для приемных вод пресной воды, указанные в «Стандарте сброса хвостовых вод прудовой аквакультуры» (DB 32/4043-2021), а морская аквакультура хвостовой отвод отвечает требованиям первого уровня сброса морских приемных вод.
SBC имеет высокую скорость адсорбции активного фосфора в трех типах сточных вод аквакультуры и может достичь равновесия адсорбции через 30-60 мин со степенью удаления 76,78%-93,07%; при этом эффект удаления органического фосфора из нижних вод низок (14%-17%), и может происходить десорбция. Процесс адсорбции активного фосфора и органического фосфора СБЦ соответствует кинетической модели псевдовторого порядка. Механизм адсорбции активного фосфора СБЦ в основном включает лигандный обмен и химическое осаждение.
Ожидается, что это исследование предоставит эффективное руководство по очистке реальных фосфорсодержащих сточных вод с помощью биоугля, чтобы способствовать применению биоугольных материалов при очистке сточных вод от фундаментальных исследований до практического применения.
Результаты
(1) ПД трех сточных вод аквакультуры, использованных в этом исследовании, превышало предел сброса «Стандарта сброса хвостовых вод прудовой аквакультуры» и содержало определенную концентрацию органического фосфора. Результаты характеристики показали, что морфология поверхности и фазовая структура четырех выбранных биоуглей значительно различались. Поверхность WBC была гладкой; поверхность СБК была шероховатой и содержала преимущественно нанолисты Mg(OH)2; поверхность ВБК содержала преимущественно массивный CaSO4 и наночастицы Fe3O4; а поверхность МБК содержала AlPO4 и SiO2.
(2) Эффект удаления фосфора из сточных вод WBC, SBC и VBC увеличивался с увеличением дозировки. SBC показал лучший эффект, за ним следовал VBC. У WBC были плохие показатели, а у MBC в воду попал фосфор. После обработки SBC TP в пресноводных и концентрированных сточных водах аквакультуры был ниже пределов сброса первого и второго уровня вышеупомянутых стандартных приемных вод пресной воды, а отводящие воды морской аквакультуры соответствовали требованиям первого уровня сброса морских приемных вод.
(3) SBC имеет высокую скорость адсорбции активного фосфора в трех сточных водах аквакультуры и может достичь равновесия адсорбции через 30-60 мин, при этом степень удаления варьируется от 76,78% до 93,07%; однако эффект удаления органического фосфора из сточных вод относительно невелик (14%-17%), и может иметь место десорбция. Процесс адсорбции активного фосфора и органического фосфора СБЦ соответствует кинетической модели псевдовторого порядка.
(4) Механизм адсорбции активного фосфора СБЦ в основном включает лигандный обмен и химическое осаждение.
Первый автор: Чэнь Юньчао
Авторское подразделение: Школа инженерии окружающей среды и безопасности Университета Фучжоу.
DOI статьи: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0592
