Recirkulačné akvakultúrne systémy (RAS) sa stali dôležitým vývojovým smerom v modernej akvakultúre, poskytujúc výhody pri ochrane vody, stabilnej produkcii a znižovaní vypúšťania do životného prostredia. Tieto systémy však produkujú odpadové vody obsahujúce vysoké koncentrácie suspendovaných pevných látok, znečisťujúcich látok na báze dusíka- a fosforu-a veľké množstvá rozpustených organických látok. Ak sa takáto odpadová voda dostane do nanofiltračného (NF) systému bez náležitej predčistenia, dôjde k silnému znečisteniu membrány, čo rapídne zníži prietok a zvýši prevádzkové náklady. Z tohto dôvodu je výber účinnej technológie predúpravy rozhodujúci pre udržanie stability prevádzky NF.
Nedávny výskum porovnával dve hlavné technológie predúpravy-flokuláciu a ultrafiltráciu- s cieľom analyzovať ich účinnosť pri odstraňovaní znečisťujúcich látok, vplyv na pokles toku NF a vlastnosti zanášania membrán. Zistenia poskytujú cenný technický návod na výber vhodných procesov predúpravy pri čistení odpadových vôd RAS.
Pri predbežnej flokulačnej úprave vykazoval alginát sodný najlepší výkon spomedzi troch testovaných flokulantov. Pri optimálnom dávkovaní 45 mg/l a rýchlosti miešania 1200 ot./min. sa dosiahla maximálna rýchlosť odstraňovania nerozpustených látok 79,70 %. Účinnosť odstraňovania amoniakálneho dusíka, dusičnanov, dusitanov a sulfidov však bola vo všeobecnosti nižšia ako 40 %, čo naznačuje, že flokulácia je nedostatočná pre rozpustené znečisťujúce látky, ktoré sa bežne vyskytujú v odpadových vodách akvakultúry. Štúdia tiež zistila, že alginát sodný tvorí malé, kompaktné vločky, ktoré majú tendenciu ukladať sa na povrchu membrány NF, čím vytvárajú hustú vrstvu koláča. Vďaka svojej prirodzenej polysacharidovej štruktúre poskytuje alginát sodný tiež substrát pre mikrobiálny rast počas predĺženého obdobia usadzovania, čo výrazne zvyšuje biologické zanášanie na membráne NF. Výsledkom je, že regenerácia taviva po čistení je relatívne slabá, čo naznačuje, že znečistenie spôsobené flokuláciou je priľnavejšie a ťažko sa odstraňuje.
Naproti tomu ultrafiltračné (UF) membrány s veľkosťou pórov 0,01–0,1 μm demonštrujú vynikajúci výkon pri odstraňovaní nerozpustených látok, pričom dosahujú rýchlosť odstraňovania až 98,54 %. Hoci UF má obmedzenú schopnosť odstraňovať znečisťujúce látky dusík a fosfor, účinne znižuje zaťaženie časticami vstupujúcimi do systému NF. Výsledkom je, že membrána NF počas prevádzky vytvára voľnejšiu vrstvu koláča, čím sa znižuje upchávanie pórov a spomaľuje sa nárast transmembránového tlaku. Podľa výkonnostných testov NF odpadová voda predčistená UF vykazovala vyšší počiatočný tok, pomalší pokles toku a výrazne lepšiu regeneráciu toku po opakovanom čistení v porovnaní s flokulačnou-predupravenou vodou. To naznačuje, že UF môže výrazne oddialiť ireverzibilné znečistenie na membráne NF.
Ďalšia analýza pomocou fluorescencie excitačnej-emisnej matrice (EEM) ukázala, že čistiaci roztok flokulačného-NF systému obsahoval silné píky predstavujúce rozpustné mikrobiálne vedľajšie produkty, zatiaľ čo tieto píky v systéme UF–NF takmer chýbali. To potvrdzuje, že predĺžené usadzovanie a polysacharidová povaha alginátu sodného podporuje mikrobiálny rast, čím sa zvyšuje zanášanie membrány v štádiu NF.
Celkovo porovnanie jasne ukazuje, že ultrafiltrácia je účinnejšia ako flokulácia ako metóda predbežnej úpravy nanofiltrácie recirkulujúcej odpadovej vody z akvakultúry. Hoci flokulácia poskytuje lacnú-možnosť počiatočného odstraňovania častíc, jej flokulačné vlastnosti a mikrobiálne riziká vedú k závažnejšiemu ireverzibilnému znečisteniu membrány. Preto sa očakáva, že integrovaný membránový proces UF + NF sa stane kľúčovou technológiou pre pokročilé čistenie a opätovné použitie odpadových vôd RAS.
Pri pohľade do budúcnosti, keď sa produkcia v akvakultúre zväčšuje a environmentálne predpisy sa sprísňujú, budú témy ako kontrola znečistenia nanofiltráciou, optimalizácia predúpravy ultrafiltráciou a vývoj nízkotlakových a vysokoúčinných membrán NF aj naďalej získavať pozornosť. Integrácia UF a NF do kompaktnejších a energeticky-účinnejších membránových systémov podporí transformáciu čistenia odpadových vôd z akvakultúry smerom k obnove zdrojov, zníženiu vypúšťania a udržateľnejšiemu hospodáreniu s vodou.
