مطالعه حذف فسفر از دم آبزی پروری توسط بیوچارهای مختلف

آبزی پروری نقش حیاتی در تضمین تامین پروتئین و حل مشکل کمبود غذا در جهان ایفا می کند. در سال های اخیر، تولید آبزیان در کشورم سال به سال افزایش یافته است. مقدار زیادی طعمه در فرآیند پرورش قرار می گیرد. فسفر یک عنصر ضروری در طعمه است، اما میزان استفاده از فسفر در طعمه توسط ماهی به طور کلی کم است.

مطالعات نشان داده است که بیشتر فسفر وارد شده در فرآیند پرورش به صورت فسفر فعال در طعمه و مدفوع باقی مانده باقی می ماند و در نهایت در آب دم پرورش باقی می ماند. فسفر فعال به راحتی توسط گیاهان، باکتری ها و جلبک ها استفاده می شود. هنگامی که به غلظت معینی می رسد، تکثیر جلبک ها را تحریک می کند، غلظت اکسیژن محلول را در بدنه آبی کاهش می دهد، منجر به اتروفیکاسیون بدنه آبی می شود و سپس بر تعادل اکولوژیکی، سلامت انسان تأثیر می گذارد و باعث درجاتی از خسارات اقتصادی می شود. . بنابراین، اتخاذ روش های مناسب برای تصفیه آب دنبه آبزی پروری به منظور کاهش آسیب آن به محیط زیست محیطی منطقه پرورشی ضروری است.

در حال حاضر روش متداول حذف فسفر در آب دنبه آبزی پروری روش رسوب شیمیایی/انعقادی است که فسفات را در فاز مایع از طریق واکنش رسوبی یون های فلزی و فسفات یا واکنش انعقاد نمک های آهن و نمک های آلومینیوم به فاز جامد منتقل می کند. . اگرچه کار با این روش آسان است، اما دارای عیوب آشکار است، مانند رنگ آب تصفیه شده (ناشی از Fe{0}})، محلول به شدت اسیدی است (PH کمتر از 3)، آلودگی ثانویه جدی است، و لجن شیمیایی باید با احتیاط برخورد شود.

علاوه بر این، تالاب‌های مصنوعی، روش‌های الکتروشیمیایی و روش‌های دیگر نیز در پروژه‌های واقعی برای حذف فسفر از دنبه آبزی‌پروری مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما این روش‌ها مشکلاتی مانند اثر ضعیف تصفیه، هزینه‌های زیرساختی یا عملیاتی بالا و پایداری ضعیف دارند. بنابراین، توسعه/به‌کارگیری مواد جدید یا روش‌های جدید برای دستیابی به حذف موثر فسفر از دم آبزی‌پروری ضروری است.

Biochar یک ماده جذبی با مواد اولیه ارزان و دسترسی آسان است. گزارش های زیادی در مورد حذف فسفر توسط بیوچار یا بیوچار اصلاح شده وجود دارد. در مطالعه قبلی، ویژگی‌های جذب بیوچار صنوبر (WBC)، بیوچار باقی‌مانده قارچ (VBC) و بیوچار صنوبر اصلاح‌شده (SBC) روی فسفر در فاضلاب شبیه‌سازی‌شده بررسی شد. در این میان، WBC تقریباً هیچ اثر حذف فسفر نداشت و حداکثر ظرفیت جذب VBC و SBC روی فسفر به ترتیب 70/0 86 و 07/181 میلی‌گرم بر گرم بود. با این حال، اثر حذف این سه بیوچار بر روی فسفر در دنبه آبزی پروری واقعی با پس‌زمینه‌های کیفیت آب متفاوت هنوز نامشخص است. در تولید واقعی، انواع مختلف دنبه آبزی پروری معمولاً کیفیت آب متفاوتی دارند و بسیار پیچیده تر از فاضلاب شبیه سازی شده هستند.

علاوه بر این، تهیه بیوچار از مدفوع مارماهی برای ترویج توسعه سبز آبزی پروری اهمیت زیادی دارد، اما هنوز مشخص نیست که آیا بیوچار مدفوع مارماهی (MBC) توانایی حذف فسفر را دارد یا خیر.

بنابراین، این مطالعه بقایای صنوبر، وانکومایسین و مدفوع مارماهی را به عنوان مواد خام زیست توده برای تهیه جاذب های WBC، VBC، MBC و SBC برای تصفیه سه نوع دم آبزی پروری واقعی انتخاب کرد و اثر حذف بیوچارهای مختلف بر فسفر در آب دنبه آبزی پروری را بررسی کرد. اثر حذف و مکانیسم حذف بیوچار بر روی اشکال مختلف فسفر تحت پس‌زمینه‌های مختلف با کیفیت آب از طریق آنالیز سینتیکی و روش‌های مختلف مشخصه‌یابی آشکار شد.

نتایج نشان می دهد که در بین چهار نوع بیوچار، SBC بهترین اثر را دارد، در حالی که MBC فسفر را در آب آزاد می کند. پس از تصفیه SBC، TP در دم آب شیرین و آبزی پروری متمرکز کمتر از حد تخلیه سطح اول و دوم آبهای دریافت کننده آب شیرین در "استاندارد تخلیه آب ته آب برکه آبزی پروری" (DB 32/4043-2021) و آبزی پروری دریایی است. آب دنبالچه نیازهای تخلیه سطح اول آبهای دریافت کننده دریایی را برآورده می کند.

SBC نرخ جذب سریعی برای فسفر فعال در سه نوع دنبه آبزی پروری دارد و می تواند پس از 30-60 دقیقه به تعادل جذب با نرخ حذف %76.78-93.07% برسد. در حالی که اثر حذف فسفر آلی در آب دنباله کم است (14%-17%)، و ممکن است دفع رخ دهد. فرآیند جذب فسفر فعال و فسفر آلی توسط SBC با مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم مطابقت دارد. مکانیسم جذب فسفر فعال توسط SBC عمدتاً شامل تبادل لیگاند و رسوب شیمیایی است.

انتظار می‌رود این مطالعه راهنمایی مؤثری برای تصفیه فاضلاب واقعی حاوی فسفر توسط بیوچار ارائه کند تا کاربرد مواد بیوچار در تصفیه فاضلاب را از تحقیقات پایه به کاربرد عملی ارتقا دهد.

(1) TP از سه دنبالچه آبزی پروری مورد استفاده در این مطالعه از حد تخلیه "استاندارد تخلیه آب ته آب برکه آبزی پروری" فراتر رفته و حاوی غلظت مشخصی از فسفر آلی است. نتایج مشخص‌سازی نشان داد که مورفولوژی سطح و ساختار فاز چهار بیوچار انتخاب‌شده به‌طور معنی‌داری متفاوت بود. سطح WBC صاف بود. سطح SBC ناهموار بود و عمدتا حاوی نانوصفحات Mg(OH)2 بود. سطح VBC عمدتا حاوی CaSO4 عظیم و نانوذرات Fe3O4 بود. و سطح MBC حاوی AlPO4 و SiO2 بود.

(2) اثر حذف فسفر در آب دم توسط WBC، SBC و VBC با افزایش دوز افزایش یافت. SBC بهترین اثر را داشت و پس از آن VBC قرار گرفت. WBC عملکرد ضعیفی داشت، در حالی که MBC فسفر را در آب منتشر کرد. پس از تصفیه SBC، TP در دم آب شیرین و آبزی پروری متمرکز کمتر از حد تخلیه سطح اول و دوم آبهای دریافت کننده آب شیرین استاندارد ذکر شده در بالا بود و دم آبزیان دریایی الزامات تخلیه سطح اول آبهای دریافت کننده دریایی را برآورده کرد.

(3) SBC نرخ جذب سریعی برای فسفر فعال در سه دم آبزی پروری دارد و می تواند پس از 30-60 دقیقه به تعادل جذب برسد، با نرخ حذف در محدوده 76.78٪ تا 93.07٪. با این حال، اثر حذف بر روی فسفر آلی در دم آب نسبتا کم است (14%-17%)، و ممکن است دفع وجود داشته باشد. فرآیند جذب فسفر فعال و فسفر آلی توسط SBC با مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم مطابقت دارد.

(4) مکانیسم جذب فسفر فعال توسط SBC عمدتاً شامل تبادل لیگاند و رسوب شیمیایی است.

نویسنده اول: چن یونچائو
واحد نویسنده: دانشکده مهندسی محیط زیست و ایمنی، دانشگاه فوژو
Paper DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.{2}}