การศึกษาการกำจัดฟอสฟอรัสจากน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำด้วยถ่านชีวภาพชนิดต่างๆ

การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำมีบทบาทสำคัญในการรับประกันการจัดหาโปรตีนและการแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหารทั่วโลก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผลผลิตผลิตภัณฑ์สัตว์น้ำในประเทศของฉันเพิ่มขึ้นทุกปี มีการใช้เหยื่อจำนวนมากในกระบวนการผสมพันธุ์ ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในเหยื่อ แต่โดยทั่วไปแล้วอัตราการใช้ฟอสฟอรัสในเหยื่อของปลาโดยทั่วไปจะต่ำ

การศึกษาพบว่าฟอสฟอรัสส่วนใหญ่ที่ใส่ในกระบวนการผสมพันธุ์ยังคงอยู่ในรูปของฟอสฟอรัสที่ใช้งานอยู่ในเหยื่อและอุจจาระที่ตกค้าง และสุดท้ายจะยังคงอยู่ในน้ำหางผสมพันธุ์ ฟอสฟอรัสที่ออกฤทธิ์สามารถนำไปใช้ได้ง่ายโดยพืช แบคทีเรีย และสาหร่าย เมื่อถึงความเข้มข้นหนึ่ง มันจะกระตุ้นการแพร่กระจายของสาหร่าย ลดความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ นำไปสู่การยูโทรฟิเคชันของแหล่งน้ำ แล้วส่งผลกระทบต่อความสมดุลของระบบนิเวศ สุขภาพของมนุษย์ และทำให้เกิดการสูญเสียทางเศรษฐกิจในระดับหนึ่ง . ดังนั้นจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องใช้วิธีการที่เหมาะสมในการบำบัดน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเพื่อลดอันตรายต่อสภาพแวดล้อมทางนิเวศน์ของพื้นที่เพาะพันธุ์

ปัจจุบันวิธีการกำจัดฟอสฟอรัสที่นิยมใช้กันทั่วไปในน้ำหางของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำคือวิธีการตกตะกอนทางเคมี/การจับตัวเป็นก้อน ซึ่งถ่ายโอนฟอสเฟตในสถานะของเหลวไปเป็นสถานะของแข็งโดยผ่านปฏิกิริยาตกตะกอนของไอออนของโลหะและฟอสเฟต หรือปฏิกิริยาการแข็งตัวของเกลือของเหล็กและเกลืออะลูมิเนียม . แม้ว่าวิธีนี้จะใช้งานง่าย แต่ก็มีข้อบกพร่องที่ชัดเจน เช่น สีของน้ำที่ผ่านการบำบัด (เกิดจาก Fe3+) สารละลายมีความเป็นกรดสูง (pH น้อยกว่า 3) มลภาวะทุติยภูมินั้นร้ายแรง และต้องมีการจัดการกากตะกอนเคมีด้วยความระมัดระวัง

นอกจากนี้ พื้นที่ชุ่มน้ำเทียม วิธีเคมีไฟฟ้า และวิธีการอื่นๆ ยังถูกนำมาใช้ในโครงการจริงเพื่อกำจัดฟอสฟอรัสออกจากน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ แต่วิธีการเหล่านี้มีปัญหา เช่น ผลการบำบัดไม่ดี โครงสร้างพื้นฐานหรือต้นทุนการดำเนินงานสูง และความเสถียรต่ำ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องพัฒนา/ใช้วัสดุใหม่หรือวิธีการใหม่เพื่อให้บรรลุการกำจัดฟอสฟอรัสจากน้ำหางของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ถ่านไบโอชาร์เป็นวัสดุดูดซับที่มีวัตถุดิบราคาถูกและเข้าถึงได้ง่าย มีรายงานมากมายเกี่ยวกับการกำจัดฟอสฟอรัสด้วยถ่านไบโอชาร์หรือถ่านไบโอชาร์ดัดแปลง ในการศึกษาก่อนหน้านี้ ได้ทำการศึกษาลักษณะการดูดซับของเฟอร์ไบโอชาร์ (WBC) ไบโอชาร์ที่ตกค้างจากเชื้อรา (VBC) และไบโอชาร์เฟอร์เฟอร์ดัดแปลง (SBC) บนฟอสฟอรัสในน้ำเสียจำลอง ในบรรดาสิ่งเหล่านั้น WBC แทบไม่มีผลในการกำจัดฟอสฟอรัส และความสามารถในการดูดซับสูงสุดของ VBC และ SBC บนฟอสฟอรัสคือ 86.70 และ 181.07 มก./กรัม ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ผลการกำจัดถ่านชีวภาพทั้งสามชนิดนี้ต่อฟอสฟอรัสในน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำจริงที่มีพื้นหลังคุณภาพน้ำต่างกันยังไม่ชัดเจน ในการผลิตจริง น้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำประเภทต่างๆ มักจะมีคุณภาพน้ำที่แตกต่างกันและมีความซับซ้อนมากกว่าน้ำเสียจำลองมาก

นอกจากนี้ การเตรียมถ่านไบโอชาร์จากอุจจาระปลาไหลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการส่งเสริมการพัฒนาสีเขียวของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าไบโอชาร์อุจจาระปลาไหล (MBC) มีความสามารถในการกำจัดฟอสฟอรัสหรือไม่

ดังนั้น การศึกษานี้จึงเลือกเฟอร์ แวนโคมัยซินตกค้าง และอุจจาระปลาไหลเป็นวัตถุดิบชีวมวลเพื่อเตรียมตัวดูดซับ WBC, VBC, MBC และ SBC เพื่อบำบัดน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำจริงสามประเภท และตรวจสอบผลการกำจัดถ่านชีวภาพที่แตกต่างกันต่อฟอสฟอรัสในน้ำหางของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ผลการกำจัดและกลไกการกำจัดถ่านไบโอชาร์ต่อฟอสฟอรัสรูปแบบต่างๆ ภายใต้พื้นหลังคุณภาพน้ำที่แตกต่างกันถูกเปิดเผยผ่านการวิเคราะห์จลน์ศาสตร์และวิธีการจำแนกลักษณะที่แตกต่างกัน

ผลการวิจัยพบว่าในบรรดาถ่านชีวภาพทั้งสี่ประเภท SBC จะให้ผลดีที่สุด ในขณะที่ MBC จะปล่อยฟอสฟอรัสลงสู่น้ำ หลังการบำบัดด้วย SBC ค่า TP ในน้ำหางของน้ำจืดและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบเข้มข้นจะต่ำกว่าขีดจำกัดการปล่อยน้ำจืดระดับที่หนึ่งและที่สองของน้ำที่ได้รับน้ำจืดใน "มาตรฐานการปล่อยน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำในบ่อ" (DB 32/4043-2021) และการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำทางทะเล น้ำท้ายมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดการปล่อยน้ำระดับแรกของแหล่งน้ำรับทางทะเล

SBC มีอัตราการดูดซับฟอสฟอรัสที่ใช้งานได้อย่างรวดเร็วในน้ำหางของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำสามประเภท และสามารถเข้าถึงสมดุลการดูดซับได้หลังจาก 30-60 นาที โดยมีอัตราการกำจัด 76.78%-93.07%; ในขณะที่ผลการกำจัดฟอสฟอรัสอินทรีย์ในน้ำหางมีน้อย (14%-17%) และอาจเกิดการสลายได้ กระบวนการดูดซับของฟอสฟอรัสที่ใช้งานอยู่และฟอสฟอรัสอินทรีย์โดย SBC เป็นไปตามแบบจำลองจลนศาสตร์ลำดับที่สองหลอก กลไกการดูดซับของฟอสฟอรัสที่ใช้งานโดย SBC ส่วนใหญ่รวมถึงการแลกเปลี่ยนลิแกนด์และการตกตะกอนทางเคมี

การศึกษานี้คาดว่าจะให้คำแนะนำที่มีประสิทธิภาพสำหรับการบำบัดน้ำเสียที่มีฟอสฟอรัสจริงด้วยถ่านไบโอชาร์ เพื่อส่งเสริมการใช้วัสดุถ่านไบโอชาร์ในการบำบัดน้ำเสียตั้งแต่การวิจัยขั้นพื้นฐานไปจนถึงการใช้งานจริง

(1) TP ของน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำทั้งสามชนิดที่ใช้ในการศึกษานี้เกินขีดจำกัดการปล่อยของ "มาตรฐานการปล่อยน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำในบ่อ" และมีฟอสฟอรัสอินทรีย์ที่มีความเข้มข้นในระดับหนึ่ง ผลการศึกษาลักษณะเฉพาะพบว่าสัณฐานวิทยาของพื้นผิวและโครงสร้างเฟสของถ่านไบโอชาร์ทั้ง 4 ที่เลือกมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ พื้นผิว WBC นั้นเรียบ; พื้นผิว SBC นั้นหยาบและส่วนใหญ่ประกอบด้วย Mg (OH) 2 nanosheets; พื้นผิว VBC ส่วนใหญ่ประกอบด้วย CaSO4 ขนาดใหญ่และอนุภาคนาโน Fe3O4; และพื้นผิว MBC มี AlPO4 และ SiO2

(2) ผลการกำจัดฟอสฟอรัสในน้ำหางโดย WBC, SBC และ VBC เพิ่มขึ้นตามปริมาณที่เพิ่มขึ้น SBC ให้ผลดีที่สุด รองลงมาคือ VBC WBC มีประสิทธิภาพต่ำ ในขณะที่ MBC ปล่อยฟอสฟอรัสลงสู่น้ำ หลังการบำบัดด้วย SBC ค่า TP ในน้ำจืดและน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบเข้มข้นต่ำกว่าขีดจำกัดการปล่อยออกระดับที่หนึ่งและที่สองของน้ำรับน้ำจืดมาตรฐานที่กล่าวถึงข้างต้น และน้ำหางจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำทางทะเลก็ตรงตามข้อกำหนดการปล่อยน้ำในระดับแรกของน้ำรับจากทะเล

(3) SBC มีอัตราการดูดซับที่รวดเร็วสำหรับฟอสฟอรัสที่ใช้งานอยู่ในแหล่งน้ำหางของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำทั้งสามแห่ง และสามารถเข้าถึงสมดุลการดูดซับได้หลังจาก 30-60 นาที โดยมีอัตราการกำจัดอยู่ในช่วงตั้งแต่ 76.78% ถึง 93.07%; อย่างไรก็ตาม ผลการกำจัดฟอสฟอรัสอินทรีย์ในน้ำท้ายค่อนข้างต่ำ (14%-17%) และอาจเกิดการสลายได้ กระบวนการดูดซับของฟอสฟอรัสที่ใช้งานอยู่และฟอสฟอรัสอินทรีย์โดย SBC เป็นไปตามแบบจำลองจลนศาสตร์ลำดับที่สองหลอก

(4) กลไกการดูดซับของฟอสฟอรัสที่ใช้งานโดย SBC ส่วนใหญ่รวมถึงการแลกเปลี่ยนลิแกนด์และการตกตะกอนทางเคมี

ผู้เขียนคนแรก: เฉิน หยุนเฉา
หน่วยงานผู้แต่ง: คณะวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย มหาวิทยาลัยฝูโจว
DOI ฉบับกระดาษ: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0592