Akuakultur memainkan peran penting dalam memastikan pasokan protein dan memecahkan masalah kekurangan pangan global. Dalam beberapa tahun terakhir, produksi produk akuatik di negara saya meningkat dari tahun ke tahun. Umpan dalam jumlah besar dimasukkan dalam proses pembiakan. Fosfor merupakan unsur yang sangat diperlukan dalam umpan, namun tingkat pemanfaatan fosfor dalam umpan oleh ikan umumnya rendah.
Penelitian menunjukkan bahwa sebagian besar fosfor yang dimasukkan dalam proses pembiakan tetap dalam bentuk fosfor aktif pada sisa umpan dan kotoran, dan akhirnya tertinggal di air ekor pembiakan. Fosfor aktif mudah digunakan oleh tumbuhan, bakteri dan alga. Apabila mencapai konsentrasi tertentu akan merangsang perkembangbiakan alga, menurunkan konsentrasi oksigen terlarut dalam badan air, menyebabkan eutrofikasi badan air, dan kemudian mempengaruhi keseimbangan ekologi, kesehatan manusia dan menyebabkan kerugian ekonomi pada tingkat tertentu. . Oleh karena itu, sangat penting untuk mengambil metode yang tepat dalam mengolah air ekor budidaya untuk mengurangi dampak buruknya terhadap lingkungan ekologis di daerah perkembangbiakan.
Saat ini, metode penghilangan fosfor yang umum digunakan dalam air ekor budidaya adalah metode pengendapan kimia/koagulasi, yaitu mentransfer fosfat dalam fase cair ke fase padat melalui reaksi pengendapan ion logam dan fosfat atau reaksi koagulasi garam besi dan garam aluminium. . Meskipun metode ini mudah dioperasikan, namun memiliki cacat yang jelas, seperti warna air yang diolah (disebabkan oleh Fe3+), larutannya sangat asam (pH kurang dari 3), polusi sekundernya serius, dan lumpur kimia perlu ditangani dengan hati-hati.
Selain itu, lahan basah buatan, metode elektrokimia, dan metode lain juga digunakan dalam proyek sebenarnya untuk menghilangkan fosfor dari air ekor budidaya, namun metode ini memiliki masalah seperti efek pengolahan yang buruk, biaya infrastruktur atau operasional yang tinggi, dan stabilitas yang buruk. Oleh karena itu, pengembangan/penerapan material baru atau metode baru sangatlah mendesak untuk mencapai penghilangan fosfor yang efisien dari air ekor budidaya.
Biochar merupakan bahan adsorpsi dengan bahan baku yang murah dan akses yang mudah. Ada banyak laporan mengenai penghilangan fosfor dengan biochar atau biochar yang dimodifikasi. Pada penelitian sebelumnya telah diselidiki karakteristik adsorpsi fir biochar (WBC), biochar residu jamur (VBC) dan modifikasi fir biochar (SBC) terhadap fosfor dalam air limbah simulasi. Diantaranya, WBC hampir tidak memiliki efek penghilangan fosfor, dan kapasitas adsorpsi maksimum VBC dan SBC pada fosfor masing-masing adalah 86,70 dan 181,07 mg/g. Namun, efek penghilangan ketiga biochar tersebut terhadap fosfor pada tailwater budidaya perikanan dengan latar belakang kualitas air yang berbeda masih belum jelas. Dalam produksi sebenarnya, berbagai jenis air limbah budidaya biasanya memiliki kualitas air yang berbeda dan jauh lebih kompleks dibandingkan air limbah simulasi.
Selain itu, pembuatan biochar dari kotoran belut sangat penting untuk mendorong pengembangan budidaya perikanan yang ramah lingkungan, namun masih belum jelas apakah biochar kotoran belut (MBC) memiliki kemampuan untuk menghilangkan fosfor.
Oleh karena itu, penelitian ini memilih cemara, residu vankomisin, dan kotoran belut sebagai bahan baku biomassa untuk menyiapkan adsorben WBC, VBC, MBC, dan SBC untuk mengolah tiga jenis air ekor budidaya yang sebenarnya, dan menyelidiki efek penghilangan biochar yang berbeda pada fosfor dalam air ekor budidaya. Efek penghilangan dan mekanisme penghilangan biochar pada berbagai bentuk fosfor dengan latar belakang kualitas air yang berbeda terungkap melalui analisis kinetik dan metode karakterisasi yang berbeda.
Hasilnya menunjukkan bahwa diantara keempat jenis biochar, SBC memiliki efek paling baik, sedangkan MBC melepaskan fosfor ke dalam air. Setelah pengolahan SBC, TP pada air tawar dan air ekor budi daya terkonsentrasi lebih rendah dari batas pembuangan tingkat pertama dan kedua air penerima air tawar dalam "Standar Pembuangan Air Ekor Budidaya Kolam" (DB 32/4043-2021), dan budidaya laut tailwater memenuhi persyaratan pembuangan tingkat pertama dari perairan penerima laut.
SBC memiliki laju adsorpsi fosfor aktif yang cepat di tiga jenis tailwater budidaya, dan dapat mencapai kesetimbangan adsorpsi setelah 30-60 menit, dengan laju penghilangan 76,78%-93,07%; sedangkan efek penghilangan fosfor organik di air ekor rendah (14%-17%), dan desorpsi dapat terjadi. Proses adsorpsi fosfor aktif dan fosfor organik oleh SBC sesuai dengan model kinetika orde kedua semu. Mekanisme adsorpsi fosfor aktif oleh SBC terutama mencakup pertukaran ligan dan pengendapan kimia.
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan panduan yang efektif untuk pengolahan air limbah yang sebenarnya mengandung fosfor dengan biochar, sehingga dapat mendorong penerapan bahan biochar dalam pengolahan air limbah mulai dari penelitian dasar hingga penerapan praktis.
Hasil
(1) TP ketiga air ekor budidaya yang digunakan dalam penelitian ini melebihi batas debit “Standar Pembuangan Air Ekor Budidaya Kolam” dan mengandung konsentrasi fosfor organik tertentu. Hasil karakterisasi menunjukkan morfologi permukaan dan struktur fasa keempat biochar terpilih berbeda nyata. Permukaan WBC halus; permukaan SBC kasar dan sebagian besar mengandung lembaran nano Mg(OH)2; permukaan VBC sebagian besar mengandung CaSO4 masif dan nanopartikel Fe3O4; dan permukaan MBC mengandung AlPO4 dan SiO2.
(2) Efek penghilangan fosfor dalam air ekor oleh WBC, SBC dan VBC meningkat seiring dengan peningkatan dosis. SBC mempunyai efek terbaik, diikuti oleh VBC. WBC memiliki kinerja yang buruk, sedangkan MBC melepaskan fosfor ke dalam air. Setelah pengolahan SBC, TP di air tawar dan air ekor budidaya perikanan terkonsentrasi lebih rendah dari batas pembuangan tingkat pertama dan kedua dari standar air tawar penerima yang disebutkan di atas, dan air ekor budidaya laut memenuhi persyaratan pembuangan tingkat pertama dari perairan penerima laut.
(3) SBC memiliki laju adsorpsi fosfor aktif yang cepat di tiga ekor air budidaya, dan dapat mencapai kesetimbangan adsorpsi setelah 30-60 menit, dengan laju penyisihan berkisar antara 76,78% hingga 93,07%; namun, efek penghilangan fosfor organik di tailwater relatif rendah (14%-17%), dan desorpsi mungkin terjadi. Proses adsorpsi fosfor aktif dan fosfor organik oleh SBC sesuai dengan model kinetika orde kedua semu.
(4) Mekanisme adsorpsi fosfor aktif oleh SBC terutama meliputi pertukaran ligan dan pengendapan kimia.
Penulis pertama: Chen Yunchao
Unit penulis: Sekolah Teknik Lingkungan dan Keselamatan, Universitas Fuzhou
Makalah DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0592