De behandeling van recirculerend aquacultuurafvalwater dat hoge concentraties stikstof en fosfor bevat, blijft een aanzienlijke uitdaging in de aquacultuursector. Veelgebruikte behandelingsmethoden zijn onder meer schuimscheiding, ozonoxidatie en biologische filtratie.
Schuimscheiding, ook bekend als opgeloste luchtflotatie (DAF), verwijdert verontreinigende stoffen door ze te adsorberen aan opstijgende bellen in water, waardoor het water wordt gezuiverd. De efficiëntie ervan wordt echter beïnvloed door meerdere factoren, zoals temperatuur, belgrootte en vlokkarakteristieken, wat resulteert in relatief lage behandelingsprestaties. Ozonoxidatie maakt gebruik van de sterke oxiderende kracht van ozon om micro-organismen in water effectief te doden, maar het proces is complex en kostbaar, waardoor het voor aquacultuurbedrijven moeilijk te implementeren is. Biologische filtratie is afhankelijk van de absorptie en metabolische activiteit van waterplanten en micro-organismen om organisch materiaal en stikstof- en fosforvoedingsstoffen in afvalwater af te breken. Niettemin is deze methode zeer gevoelig voor omgevingsomstandigheden en heeft een lange behandelingscyclus, waardoor deze onvoldoende is voor hoog-efficiënte recirculerende aquacultuursystemen. Daarom blijft de ontwikkeling van efficiënte technologieën voor de behandeling van recirculerend afvalwater van de aquacultuur urgent.
Membraanbehandelingstechnologie verwijdert schadelijke stoffen uit water door middel van membraanfiltratie. Het heeft steeds meer aandacht getrokken vanwege de eenvoudige bediening, de kleine voetafdruk en de hoge scheidingsefficiëntie. Op basis van de poriegrootte kunnen membranen worden geclassificeerd als microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie en omgekeerde osmose. Onder hen heeft de nanofiltratietechnologie (NF) een relatief volwassen toepassingsstadium bereikt. NF-membranen hebben kleinere poriegroottes, zijn in staat fijne deeltjes, opgeloste stoffen en ionen te verwijderen en bieden een hoge selectiviteit en scheidingsefficiëntie. Studies hebben aangetoond dat NF-membranen effectief zijn bij het verwijderen van stikstof en fosfor, de zuivering en het hergebruik van industrieel afvalwater, de behandeling van gemeentelijk afvalwater, de ontzilting van zeewater en brak water, en de zuivering en ontharding van drinkwater.
De permeabiliteit van NF-membranen is de sleutel tot het bereiken van efficiënte filtratie. Grote hoeveelheden gesuspendeerde vaste stoffen in afvalwater kunnen echter membraanvervuiling veroorzaken, waardoor de levensduur van het membraan wordt verkort en een knelpunt kan worden voor op membraan-gebaseerde afvalwaterzuivering. Daarom is een effectieve voorbehandeling noodzakelijk om de hoeveelheid zwevende deeltjes te verminderen voordat afvalwater het NF-membraan binnendringt, waardoor de levensduur van het membraan wordt verlengd. Gebruikelijke voorbehandelingsmethoden omvatten coagulatie, sedimentatie, oxidatie, adsorptie en ultrafiltratie, waarbij ultrafiltratie en coagulatie de meest gebruikte en effectieve benaderingen zijn.
Uit onderzoek blijkt dat afvalwater dat is behandeld met coagulatie-sedimentatievoorbehandeling vóór NF-filtratie lagere vervuilingsindexen vertoont en minder membraanvervuilingstrends vertoont vergeleken met directe NF. Ultrafiltratie-nanofiltratie (UF-NF) dubbele-membraansystemen kunnen een diepgaande zuivering van water met lage- temperatuur en lage-troebelheid bereiken, waarbij UF-membranen zorgen voor een stabiele werking op lange- termijn onder goede voedingswateromstandigheden, waardoor de levensduur van het NF-membraan effectief wordt verlengd. Dubbele-membraansystemen verwijderen op efficiënte wijze vaste deeltjes en opgelost organisch materiaal uit regenwater en laten goede verwijderingspercentages zien voor de totale hoeveelheid opgeloste vaste stoffen, de totale hoeveelheid organische koolstof en de geleidbaarheid, wat resulteert in hoogwaardig- effluent zonder secundaire vervuiling en een hoge zuiveringsefficiëntie.
In het afvalwater van de aquacultuur kunnen grote hoeveelheden uitwerpselen, voerresten en colloïdaal organisch materiaal onomkeerbare vervuiling veroorzaken als ze rechtstreeks in NF-membranen worden gevoerd. Coagulatie- of ultrafiltratievoorbehandeling vermindert effectief de vervuiling van het NF-membraan, verlaagt de operationele kosten en zorgt voor een economische en efficiënte afvalwaterbehandeling.
