Undersøgelser vurderer gennemførligheden af ​​metoder til behandling af akvakulturspildevand

Akvakulturproduktionsoperationer, der hjælper med at brødføde verdens voksende befolkning, genererer også forurenet spildevand, der skader miljøet. Fire undersøgelser udgivet af Purdue University-forskere siden maj sidste år dokumenterer gennemførligheden af ​​tidligere ubeviste metoder til vellykket behandling af spildevandet.

"Det spildevand er ikke godt for miljøet, fordi det udleder en stor mængde næringsstoffer som nitrogen og fosfor," sagde Jen-Yi Huang, lektor i fødevarevidenskab.

"Disse næringsstoffer forårsager skadelige forhold såsom iltsvind og algeopblomstring, når de udledes i vandmiljøet. Vi ønsker at bruge mikroalger som en tilgang til spildevandsbehandling. Vi dyrker alger i akvakulturspildevandet," siger Huang, der har ledet en undersøgelse med fokus på om mikrobiel brug af næringsstoffer som biologisk spildevandsbehandlingsmetode.

Huangs undersøgelse blev offentliggjort i maj 2024-udgaven af ​​Bioresource Technology . Halis Simsek, adjunkt i landbrugs- og biologisk teknik, ledede de tre andre undersøgelser. En vil blive offentliggjort 1. juni i Environmental Research , og de andre blev udgivet i numrene 15. august 2023 og 15. marts 2024 af Environmental Pollution . Et dusin videnskabsmænd ved Purdue og institutioner i Egypten, Indien og Tyrkiet bidrog til forskningen.

I Bioresource Technology , præsenterede Huang og hans medforfattere resultaterne af deres livscyklusvurdering (LCA) på mikroalgebaserede behandlinger af spildevand fra et recirkulerende akvakultursystem til rejer. LCA analyserede miljøpåvirkningen af ​​rejeproduktionsprocessen fra foderproduktion til spildevandsbehandling for en kommerciel farm i Fowler, Indiana.

"Resultatet af dette papir giver beviset på konceptet i eksperimentel skala," sagde Huang.

USDA-projekterne søger at udvikle akvakultur uden affald (dyrkning af akvatiske organismer under kontrollerede forhold) og akvaponik (kombinerer akvakultur med plantedyrkning i næringsstofberiget vand). "Vi ønsker fuldt ud at genvinde næringsstofferne fra spildevandet ved hjælp af mikroalger," sagde Huang.

Målet er at sikre, at nul-spild fødevareproduktion er både teknisk gennemførlig og miljømæssig bæredygtig. Sidstnævnte kræver et produktionssystem, der undgår at skabe et stort miljøaftryk.

"Der er en afvejning, fordi driften af ​​mikroalger spildevandsbehandling stadig kræver noget energitilførsel," sagde Huang. "LCA'en evaluerede afvejningen mellem genvinding af næringsstoffer og yderligere energitilførsel til algespildevandsbehandlingen."

Huangs team fandt ud af, at behandlingen af ​​mikroalger spildevand er miljømæssigt mulig. Derudover fandt teamet ud af, at selv med energikravene indregnet, virker mikroalgebehandlingen bedre end den konventionelle metode til rensning af aktivt slam.

"Brug af mikroalgerne som spildevandsbehandlingsmetode kan faktisk forbedre akvakulturproduktionens miljømæssige ydeevne," sagde Huang.

Alle tre undersøgelser af Simseks team blev udført på Purdues Aquaculture Research Laboratory. I to af disse undersøgelser analyserede forskerne behandling af separate tilapia- og rejerspildevandsstrømme med de samme fire algestammer og to bakteriestammer.

"Spildevand har altid bakterier," sagde Simsek. "Vi bruger naturlige bakterier, der allerede findes i spildevandet til at fjerne forurenende stoffer."

Forskerholdet målte nitrat, nitrit, ammonium og andre parametre i spildevandet under forsøgene. Disse omfattede kemisk iltforbrug, et mål for miljøskadelig spildevandsudledning.

"Alle disse parametre kan fjernes i spildevandet ved at bruge alger og bakterier sammen," sagde Simsek. De typer af alger og bakterier, der er udvalgt til undersøgelsen, er de mest almindeligt forekommende naturlige stammer. "Hvert spildevand er forskelligt," bemærkede han, hvilket betyder, at forskellige industrisektorer producerer forskelligt spildevand og derfor kan have brug for forskellige behandlingsmetoder.

Den 15. marts 2024, Miljøforurening undersøgelsesresultater viste potentialet for at anvende mikroalger og indfødte bakterier sammen til behandling af tilapia-spildevand i større skala.

I 2023-undersøgelsen evaluerede Simsek og hans medforfattere elektrokoagulation (EC) og elektrooxidation (EO) behandlinger af rejerspildevand, både separat og sammen. EC og EO, udbredte metoder til behandling af landbrugs- og andre typer spildevand, fjerner forurenende stoffer via elektricitet for at drive kemiske reaktioner.

Forskerne anvendte også en modelleringstilgang, der ofte bruges til at bestemme optimale faktorer, der påvirker den elektrokemiske metode.

"Resultaterne af undersøgelsen viser, at EC- og EO-processer er potentielt gavnlige til behandling af akvakulturspildevand," skrev Simsek og hans medforfattere. De foreslog større test af EC og EO til behandlingen for at reducere toksiske miljøeffekter.

"Det udviklede behandlingssystem kombineret med andre behandlingsmetoder kan være nyttigt til at behandle forskellige typer spildevand i hele verden, hvilket kan hjælpe med at understøtte udviklingen af ​​nul-affaldspolitikken," skrev de.

Flere oplysninger: April J. Arbor et al., Livscyklusvurdering af miljømæssig gennemførlighed af mikroalgebaseret spildevandsbehandling til recirkulerende akvakultursystemer til rejer, Bioresource Technology (2024). DOI:10.1016/j.biortech.2024.130578

Pankaj Bhatt et al., Elektrokemisk behandling af spildevand fra akvakulturspildevand og optimering af parametrene ved hjælp af responsoverflademetodologi, Miljøforurening (2023). DOI:10.1016/j.envpol.2023.121864

Yolanys Aranda-Vega et al., Bionedbrydelighed og biotilgængelighed af opløste stoffer i akvakulturspildevand:Indfødte bakterier, cyanobakterier og grønne mikroalger, Miljøforurening (2024). DOI:10.1016/j.envpol.2024.123468

Journaloplysninger: Miljøforskning , Miljøforurening , Bioressourceteknologi

Leveret af Purdue University