فصل المواد الصلبة والسائلة في أحواض تربية الأحياء المائية: دور PAM المغفل

ابحث عن دراسات حالة للبولي أكريلاميد وستجد الحمأة البلدية ومخلفات المناجم والمياه المنتجة في حقول النفط مغطاة بالتفصيل. بالكاد يتم ذكر تربية الأحياء المائية. وهو أمر غريب، لأن مزرعة واحدة مكثفة للروبيان تدير نظام إعادة تدوير تربية الأحياء المائية قادرة على توليد قدر أكبر من المواد الصلبة العالقة لكل متر مكعب من المياه مقارنة بمحطة معالجة بلدية صغيرة، ولكن من دون الأنابيب والتصاريح التي تجعل المشكلة واضحة للعيان.

جزء من سبب بقاء هذا التطبيق تحت الرادار هو الحجم. تعتبر الأحواض الفردية صغيرة مقارنة بغسالة الفحم أو مصنع الورق، لذلك نادرا ما تظهر الصناعة في الأدبيات المندفية. لكن المنطق التشغيلي أبعد ما يكون عن البساطة. تتراكم في قيعان الأحواض البراز والأعلاف غير المأكولة والكتلة الحيوية الميتة التي يجب إزالتها أثناء التصريف والتنظيف. تولد وحدات RAS تيارًا مستمرًا من المواد الصلبة الدقيقة التي تسد المرشحات الحيوية إذا تركت دون علاج. كلتا المشكلتين تعودان إلى نفس السؤال الأساسي وهو عناوين فصل المواد الصلبة والسائلة عبر إدارة النفايات بشكل عام : كيف يمكنك سحب المواد العضوية الناعمة، والتي غالبًا ما تكون هلامية، من الماء بسرعة كافية للحفاظ على استمرار العملية.

▶ ما الذي يجعل حمأة البركة ونظام إعادة التدوير مختلفين؟

لا تتصرف النفايات السائلة من تربية الأحياء المائية مثل تيارات مياه الصرف الصحي التي كتبت عنها معظم أدلة الندف. ثلاث خصائص تميزه.

• يهيمن المحتوى العضوي على المحتوى المعدني. تكون المادة البرازية والأعلاف المتبقية ناعمة ومنخفضة الكثافة وقابلة للانضغاط بدرجة كبيرة، لذلك تنهار الكتل أو يتم تعليقها بسهولة أكبر من الحمأة المعدنية من منجم أو مقلع؛
• تحميل النيتروجين مرتفع. إن الأعلاف غير المأكولة والنفايات الأيضية تدفع مستويات الأمونيا والنيتروجين الإجمالي إلى أعلى بكثير مما يمكن أن يحمله تيار مياه الصرف الصناعي المماثل، مما يؤثر على كل من الحدود التنظيمية والاستقرار البيولوجي للكتلة؛
• تأرجح الملوحة ودرجة الحرارة حسب الأنواع والموسم. يمكن أن تمتد بركة الجمبري في أي مكان من المياه العذبة القريبة إلى المياه المالحة الكاملة لمياه البحر، وتعمل أنظمة RAS البحرية في ظروف لا تراها مزارع تراوت المياه العذبة أبدًا. يغير كلا المتغيرين كيفية تمدد سلسلة البوليمر في المحلول ومدى السرعة التي يمكنها من خلالها سد الجزيئات.

في الولايات المتحدة، تندرج البرك وأنظمة التدفق التي تنتج ما لا يقل عن 100 ألف رطل من الحيوانات المائية سنويًا تحت المبادئ التوجيهية الفيدرالية للنفايات السائلة، وحتى العمليات الأصغر حجمًا لا تزال بحاجة إلى تصريح تصريف. ال إطار السماح بتصريف تربية الأحياء المائية التابع لوكالة حماية البيئة (EPA). يضع حدودًا للمواد الصلبة العالقة التي لا يمكن لمعظم مياه الأحواض السائلة غير المعالجة أن تلبيها عند الترسيب بمفردها، وهو بالضبط المكان الذي تكتسب فيه خطوة التلبد تكلفتها.

▶ حيث يحدث فصل المواد الصلبة والسائلة فعليًا في المزرعة

هناك ثلاث نقاط متميزة حيث تظهر هذه المشكلة، وكل منها يدعو إلى نهج مختلف قليلا.

أ) الأول هو رواسب قاع البركة أثناء التصريف أو التنظيف الدوري. يجب إزالة مياه الحمأة المتراكمة لسنوات قبل التخلص منها أو وضعها في الأرض، وبدون خطوة تخثر، يمكن أن تستغرق هذه الحمأة أيامًا حتى تستقر وتظل تترك بقايا حساء يصعب التعامل معها؛

ب) والثاني هو الغسيل العكسي للترشيح الميكانيكي من RAS. تلتقط المرشحات الأسطوانية وخزانات الترسيب المواد الصلبة بشكل مستمر، ولكن تيار الحمأة الناتج غالبًا ما يتكون من 1-2٪ فقط من المواد الصلبة من حيث الوزن. إن الحصول على هذا التركيز قبل التخلص منه، أو قبل إدخاله في هاضم الغاز الحيوي، هو المكان المناسب دور بولي أكريلاميد الكاتيوني في نزح المياه من الحمأة تصبح ذات صلة مباشرة، على الرغم من أن تركيبة الحمأة بيولوجية وليست بلدية؛

ج) والثالث هو توضيح مياه التصريف. قبل أن تصل مياه البركة أو تدفقات RAS السائلة إلى المسطحات المائية المستقبلة، يجب أن تنخفض المواد الصلبة العالقة والعكارة إلى مستويات متوافقة مع التصريح، وعادة ما يكون التلبد أسرع طريقة للوصول إلى هناك دون وجود مساحة كبيرة لأحواض الترسيب.

▶ الاختيار بين PAM الموجبة والأنيونية لهذا الإعداد

تحمل المواد الصلبة العضوية من العلف والبراز شحنة سطحية سالبة صافية، ولهذا السبب يميل بولي أكريلاميد الكاتيوني إلى التفوق على الدرجات الأنيونية في هذا التطبيق. تعمل الشحنة الموجبة على تحييد سطح الجسيمات مباشرة وتعزز تكوين كتلة سريعة ومضغوطة، وهو أمر مهم عندما يريد مشغلو المزرعة التحول السريع بين التنظيف وإعادة ملء البركة.

في حين أن الدرجات الأنيونية أو غير الأيونية لا تزال لها مكان. في الأنظمة التي يتم فيها بالفعل جرعات مادة تخثر مثل كلوريد متعدد الألومنيوم للتعامل مع التعكر المعدني أو الفوسفات، يمكن أن يعمل البوليمر الأنيوني كعامل جسر ثانوي لبناء كتل أكبر وأكثر استقرارًا. ال المنطق العام للاختيار بين بولي أكريلاميد أنيوني وكاتيوني لا يزال ينطبق هنا، ولكن الافتراض المبدئي يجب أن يميل إلى الكاتيوني نظرًا للطبيعة العضوية ذات الشحنة السالبة للمواد الصلبة في تربية الأحياء المائية.

الوزن الجزيئي مهم بقدر أهمية نوع الشحنة. تتميز جزيئات التغذية والبيوفلوك بأنها خفيفة نسبيًا ومنخفضة الكثافة، لذلك عادة ما تكون هناك حاجة إلى درجة وزن جزيئي أعلى لبناء كتلة كبيرة بما يكفي للاستقرار بسرعة، خاصة في أنظمة المياه الباردة مثل مزارع السلمون حيث تنخفض سرعة الترسيب مع درجة الحرارة. هنغفنغ خط مستحلب بولي أكريلاميد الكاتيوني و خط مستحلب بولي أكريلاميد أنيوني يقدم كلاهما مجموعة من الأوزان الجزيئية التي يمكن مطابقتها لهذه الظروف بدلاً من التعامل مع الاختيار على أنه مقاس واحد يناسب الجميع.

▶ اعتبارات الجرعات الفريدة لمياه تربية الأحياء المائية

تغير الملوحة سلوك سلسلة بولي أكريلاميد في المحلول. وفي المياه عالية الملوحة، تنقبض لفائف البوليمر، مما يقلل من قدرتها الفعالة على ربط الجزيئات معًا. المزارع التي تعمل في ظروف معتدلة الملوحة أو البحرية غالبا ما تحتاج إلى جرعة أعلى قليلا من عملية المياه العذبة التي تعالج حمولة مماثلة من المواد الصلبة، وذلك ببساطة للتعويض عن هذا الانكماش.

تضيف درجة الحرارة طبقة ثانية. يعمل الماء البارد على إبطاء كل من حركية التفاعل الكيميائي ومعدل الاستقرار الفيزيائي للندف، وهذا هو السبب في أن عمليات المناخ البارد تعمل أحيانًا على إطالة وقت تلامس التلبد بدلاً من زيادة الجرعة، نظرًا لأن الجرعة الزائدة يمكن أن تعيد استقرار الجزيئات وتؤدي في الواقع إلى تفاقم التعكر.

هناك أيضًا عائق بيولوجي لا يجب أن تأخذه معالجة مياه الصرف الصناعي في الاعتبار: البوليمر المتبقي أو المونومر غير المتفاعل الذي يصل إلى بركة حية أو نظام إعادة تدوير في اتجاه مجرى النهر يمكن أن يضغط أو يضر بالحيوانات التي يتم تربيتها. تحتاج الجرعات إلى هامش أمان مدمج، ويجب اختبار المياه المعالجة المخصصة لإعادة الاستخدام بحثًا عن البوليمر المتبقي قبل إعادة دخولها إلى خزان الاستزراع.