循環水産養殖システム (RAS) は現代の水産養殖における重要な開発方向となっており、水の節約、安定した生産、環境排出の削減に利点をもたらします。しかし、これらのシステムは、高濃度の懸濁物質、窒素-およびリン-ベースの汚染物質、および大量の溶解有機物を含む廃水を生成します。このような廃水が適切な前処理なしでナノ濾過 (NF) システムに入ると、深刻な膜汚れが発生し、流束が急速に低下し、運用コストが増加します。このため、NF 動作の安定性を維持するには、効果的な前処理技術を選択することが重要です。
最近の研究では、2 つの主要な前処理技術{0}}凝集と限外濾過-を比較し、それらの汚染物質除去性能、NF フラックス低下への影響、膜ファウリング特性を分析しました。この結果は、RAS 廃水処理における適切な前処理プロセスを選択するための貴重な技術的指針を提供します。
凝集前処理では、試験した 3 つの凝集剤の中でアルギン酸ナトリウムが最高の性能を示しました。最適投与量 45 mg/L、撹拌速度 1200 r/min で、最大浮遊物質除去率 79.70% を達成しました。しかし、アンモニア態窒素、硝酸塩、亜硝酸塩、硫化物の除去効率は一般に 40% 未満であり、養殖の放水によく見られる溶解汚染物質に対しては凝集が不十分であることを示しています。この研究では、アルギン酸ナトリウムが小さく緻密なフロックを形成し、NF膜表面に堆積する傾向があり、緻密なケーキ層を形成することもわかりました。アルギン酸ナトリウムは、その天然の多糖構造により、長期の沈降期間中に微生物の増殖の基質も提供し、NF 膜上の生物学的ファウリングを大幅に増加させます。その結果、洗浄後のフラックスの回収率は比較的悪く、凝集による汚れがより付着しやすく、除去が困難であることが示唆されます。
対照的に、孔径 0.01 ～ 0.1 μm の限外濾過 (UF) 膜は浮遊物質の除去に優れた性能を発揮し、98.54% もの高い除去率を達成します。 UF の窒素およびリン汚染物質の除去能力は限られていますが、NF システムに流入する粒子負荷を効果的に低減します。その結果、NF 膜は動作中に緩いケーキ層を形成し、細孔の閉塞を軽減し、膜間圧力の上昇を遅らせます。 NF 性能試験によると、UF で前処理した廃水は、凝集-前処理水と比較して、初期フラックスが高く、フラックス低下が遅く、繰り返し洗浄後のフラックス回復が大幅に優れていることがわかりました。これは、UF が NF 膜上の不可逆的なファウリングを大幅に遅らせることができることを示しています。
励起発光マトリックス（EEM）蛍光を使用したさらなる分析により、凝集-NF系の洗浄液には可溶性微生物副産物を表す強いピークが含まれているのに対し、UF-NF系ではこれらのピークがほとんど存在しないことが示されました。これは、長時間の沈降とアルギン酸ナトリウムの多糖類の性質が微生物の増殖を促進し、それによって NF 段階での膜ファウリングを増加させることを裏付けています。
全体として、この比較は、再循環する養殖排水のナノ濾過の前処理方法として、限外濾過が凝集よりも効果的であることを明確に示しています。凝集は初期の粒子除去に低コストのオプションを提供しますが、その凝集の特性と微生物のリスクにより、より深刻な不可逆的な膜汚れが発生します。-したがって、ＵＦ＋ＮＦ一体膜プロセスは、ＲＡＳ排水の高度処理および再利用のためのキーテクノロジーとなることが期待されている。
今後、水産養殖生産の規模が拡大し、環境規制が厳しくなるにつれて、ナノ濾過の汚れ管理、限外濾過前処理の最適化、低圧高効率 NF 膜の開発などのトピックが引き続き注目を集めることになるでしょう。{0}{1} UF と NF をよりコンパクトでエネルギー効率の高い膜システムに統合することで、資源回収、排出量の削減、より持続可能な水管理に向けた水産養殖廃水処理の変革が促進されます。-
