L'aqüicultura té un paper vital per garantir el subministrament de proteïnes i resoldre el problema global de l'escassetat d'aliments. En els últims anys, la producció de productes aquàtics al meu país ha anat augmentant any rere any. Es posa una gran quantitat d'esquer en el procés de cria. El fòsfor és un element indispensable en l'esquer, però la taxa d'utilització de fòsfor a l'esquer pels peixos és generalment baixa.
Els estudis han demostrat que la major part del fòsfor posat en el procés de cria es manté en forma de fòsfor actiu a l'esquer residual i les femtes, i finalment es queda a l'aigua de la cua de la reproducció. El fòsfor actiu és fàcilment utilitzat per plantes, bacteris i algues. Quan arribi a una certa concentració, estimularà la proliferació d'algues, reduirà la concentració d'oxigen dissolt a la massa d'aigua, conduirà a l'eutrofització de la massa d'aigua i, a continuació, afectarà l'equilibri ecològic, la salut humana i provocarà un cert grau de pèrdues econòmiques. . Per tant, és urgent adoptar mètodes adequats per tractar l'aigua de la cua de l'aqüicultura per reduir el seu dany a l'entorn ecològic de la zona de cria.
Actualment, el mètode d'eliminació de fòsfor que s'utilitza habitualment a l'aigua de la cua d'aqüicultura és el mètode de precipitació química/coagulació, que transfereix el fosfat en fase líquida a la fase sòlida mitjançant la reacció de precipitació d'ions metàl·lics i fosfat o la reacció de coagulació de sals de ferro i sals d'alumini. . Tot i que aquest mètode és fàcil d'utilitzar, té defectes evidents, com ara el color de l'aigua tractada (causada per Fe3+), la solució és fortament àcida (pH inferior a 3), la contaminació secundària és greu, i els fangs químics s'han de manejar amb precaució.
A més, els aiguamolls artificials, els mètodes electroquímics i altres mètodes també s'utilitzen en projectes reals per eliminar el fòsfor de l'aigua de cua de l'aqüicultura, però aquests mètodes tenen problemes com ara un efecte de tractament deficient, costos d'infraestructura o d'operació elevats i una poca estabilitat. Per tant, és urgent desenvolupar/aplicar nous materials o nous mètodes per aconseguir l'eliminació eficient del fòsfor de l'aigua de cua de l'aqüicultura.
Biochar és un material d'adsorció amb matèries primeres barates i de fàcil accés. Hi ha molts informes sobre l'eliminació de fòsfor mitjançant biochar o biochar modificat. En l'estudi anterior, es van investigar les característiques d'adsorció del biochar d'avet (WBC), el biochar de residus de fongs (VBC) i el biochar d'avet modificat (SBC) sobre fòsfor en aigües residuals simulades. Entre ells, el WBC gairebé no va tenir cap efecte d'eliminació de fòsfor i la capacitat màxima d'adsorció de VBC i SBC sobre fòsfor va ser de 86, 70 i 181, 07 mg/g, respectivament. Tanmateix, encara no està clar l'efecte d'eliminació d'aquests tres biocarbons sobre el fòsfor a l'aigua de cua real de l'aqüicultura amb diferents fons de qualitat de l'aigua. En la producció real, els diferents tipus d'aigua de cua d'aqüicultura solen tenir una qualitat d'aigua diferent i són molt més complexes que les aigües residuals simulades.
A més, la preparació de biochar a partir de femtes d'anguila és de gran importància per promoure el desenvolupament verd de l'aqüicultura, però encara no està clar si el biocarbàbil de les femtes d'anguila (MBC) té la capacitat d'eliminar el fòsfor.
Per tant, aquest estudi va seleccionar residus d'avet, vancomicina i excrements d'anguila com a matèries primeres de biomassa per preparar adsorbents WBC, VBC, MBC i SBC per tractar tres tipus d'aigua de cua d'aqüicultura real i va investigar l'efecte d'eliminació de diferents biochars sobre el fòsfor a l'aigua de cua de l'aqüicultura. L'efecte d'eliminació i el mecanisme d'eliminació del biochar sobre diferents formes de fòsfor sota diferents fons de qualitat de l'aigua es van revelar mitjançant l'anàlisi cinètica i diferents mètodes de caracterització.
Els resultats mostren que entre els quatre tipus de biochars, SBC té el millor efecte, mentre que MBC allibera fòsfor a l'aigua. Després del tractament SBC, el TP a l'aigua dolça i a l'aigua de cua concentrada d'aqüicultura és inferior als límits de descàrrega de primer i segon nivell de les aigües receptores d'aigua dolça a l'"Estàndard d'abocament d'aigua de cua per a l'aquacultura de l'estany" (DB 32/4043-2021) i a l'aqüicultura marina. L'aigua de cua compleix els requisits de descàrrega de primer nivell de les aigües marines receptores.
SBC té una taxa d'adsorció ràpida del fòsfor actiu en els tres tipus d'aigües de cua d'aqüicultura i pot arribar a l'equilibri d'adsorció després de 30-60 min, amb una taxa d'eliminació del 76,78%-93,07%; mentre que l'efecte d'eliminació del fòsfor orgànic a l'aigua de cua és baix (14%-17%), i es pot produir una desorció. El procés d'adsorció de fòsfor actiu i fòsfor orgànic per SBC s'ajusta al model cinètic de pseudosegon ordre. El mecanisme d'adsorció del fòsfor actiu per SBC inclou principalment l'intercanvi de lligands i la precipitació química.
S'espera que aquest estudi proporcioni una orientació eficaç per al tractament de les aigües residuals que contenen fòsfor mitjançant biochar, per tal de promoure l'aplicació de materials de biochar en el tractament d'aigües residuals des de la investigació bàsica fins a l'aplicació pràctica.
Resultats
(1) El TP de les tres aigües de cua d'aqüicultura utilitzades en aquest estudi va superar el límit de descàrrega de la "Estàndard d'abocament de l'aigua de cua de l'aigua de l'estany" i contenia una certa concentració de fòsfor orgànic. Els resultats de la caracterització van mostrar que la morfologia superficial i l'estructura de fase dels quatre biochars seleccionats eren significativament diferents. La superfície del WBC era llisa; la superfície SBC era rugosa i contenia principalment nanosheets de Mg(OH)2; la superfície del VBC contenia principalment CaSO4 massiu i nanopartícules Fe3O4; i la superfície MBC contenia AlPO4 i SiO2.
(2) L'efecte d'eliminació del fòsfor a l'aigua de cua per part de WBC, SBC i VBC va augmentar amb l'augment de la dosi. SBC va tenir el millor efecte, seguit de VBC. WBC va tenir un rendiment pobre, mentre que MBC va alliberar fòsfor a l'aigua. Després del tractament SBC, el TP a les aigües de cua d'aigua dolça i concentrada d'aqüicultura era inferior als límits de descàrrega de primer i segon nivell de les aigües receptores d'aigua dolça estàndard esmentades anteriorment, i l'aigua de cua de l'aqüicultura marina complia els requisits de descàrrega de primer nivell de les aigües receptores marines.
(3) SBC té una taxa d'adsorció ràpida del fòsfor actiu a les tres aigües de cua de l'aqüicultura i pot arribar a l'equilibri d'adsorció després de 30-60 min, amb una taxa d'eliminació que oscil·la entre el 76,78% i el 93,07%; tanmateix, l'efecte d'eliminació del fòsfor orgànic a l'aigua de cua és relativament baix (14%-17%), i pot haver-hi desorció. El procés d'adsorció de fòsfor actiu i fòsfor orgànic per SBC s'ajusta al model cinètic de pseudosegon ordre.
(4) El mecanisme d'adsorció del fòsfor actiu per SBC inclou principalment l'intercanvi de lligands i la precipitació química.
Primer autor: Chen Yunchao
Unitat d'autor: Escola d'Enginyeria Ambiental i de Seguretat, Universitat de Fuzhou
Document DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0592