1. Kata Pengantar
Dengan peningkatan teknologi akuakultur air laut dan perluasan permintaan pasar, akuakultur pabrik air laut Tiongkok telah berkembang pesat dalam 10 tahun terakhir. Pakan sisa, residu kimia, dan buangan biologis yang kaya akan nitrogen, fosfor, bahan organik, dan zat beracun yang terkandung dalam air limbah akuakultur akan memperburuk eutrofikasi dan pencemaran air di air laut yang berdekatan, yang menyebabkan pasang merah yang berbahaya dan masalah lingkungan ekologi laut lainnya. Pada saat yang sama, pencemaran air pada gilirannya membatasi perkembangan akuakultur. Oleh karena itu, pengolahan dan daur ulang air limbah akuakultur secara bertahap mendapat perhatian. Dalam beberapa tahun terakhir, para sarjana di dalam dan luar negeri telah melakukan penelitian terapan pada teknologi pengolahan fisik, kimia, dan biologis konvensional untuk karakteristik air limbah akuakultur pabrik air laut, dan telah mencapai banyak hasil praktis. Setelah pengolahan fisik, kimia, dan biologis, konsentrasi kebutuhan oksigen kimia (COD), padatan tersuspensi (SS), dan nitrogen amonia (NH3-N) dalam air limbah akuakultur dikurangi dan kemudian didaur ulang.
2. Teknologi pengolahan fisik limbah cair akuakultur
Teknik pengolahan fisik konvensional terutama meliputi penyaringan, netralisasi, penyerapan, pengendapan, aerasi, dan metode pengolahan lainnya, yang merupakan komponen penting dari proses pengolahan air limbah. Filtrasi mekanis, teknologi pemisahan busa, dan pemurnian ozon efektif untuk pembuangan dan daur ulang air limbah akuakultur industri.
2.1 Filtrasi mekanis
Karena sebagian besar sisa pakan dan kotoran dari air limbah akuakultur ada dalam bentuk partikel besar yang tersuspensi, teknologi filtrasi fisik merupakan metode pembuangan yang tercepat dan paling ekonomis. Peralatan penyaringan umum meliputi filter mekanis, filter bertekanan, filter pasir, dll. Dalam rekayasa praktis, filter mekanis (mesin mikrofiltrasi) banyak digunakan dan memiliki efek penyaringan yang baik. Di Jepang terdapat jenis mesin filter yang bekerja dengan cara menyedot air kolam dengan pompa air dan menyemprotkannya ke tangki filter melalui pipa semprot. Tangki filter berisi lapisan zeolit partikel kecil dan filter yang dirancang khusus, dan air yang disaring mengalir kembali ke kolam ikan.
2.2 Teknologi pemisahan busa
Teknologi pemisahan busa telah banyak digunakan dalam pengolahan air limbah industri. Teknologi ini tidak hanya dapat menghilangkan zat organik seperti protein sebelum dimineralisasi menjadi amoniat dan zat beracun lainnya, menghindari akumulasi zat beracun di badan air, tetapi juga menyediakan oksigen terlarut yang diperlukan untuk badan air akuakultur, yang memiliki peran baik dalam menjaga lingkungan ekologis badan air akuakultur.
2.3 Pemurnian Ozon
Zat antara radikal hidroksil (· OH) yang terurai oleh ozon di dalam air memiliki sifat pengoksidasi yang kuat dan dapat menguraikan senyawa organik yang sulit terurai dengan oksidan umum. Oleh karena itu, penggunaan ozon untuk mengolah air limbah tidak hanya dapat dengan cepat menghilangkan zat-zat berbahaya seperti bakteri, virus, dan amonia, tetapi juga meningkatkan oksigen terlarut dalam air, sehingga mencapai tujuan pemurnian air limbah akuakultur. Ada laporan bahwa ozon memiliki efek yang signifikan terhadap budidaya ikan dan udang. Penelitian Ito Shingo dari Jepang tentang penggunaan ozon untuk mengolah air laut menunjukkan bahwa 99,9% berbagai bakteri di air laut dapat dihilangkan oleh ozon. Kombinasi ozon dan biofilter menghasilkan kandungan oksigen terlarut yang tinggi dalam limbah, yang dapat digunakan kembali untuk meningkatkan kepadatan akuakultur.
3. Perawatan elektrokimia
Hasil penelitian tentang penghilangan nitrit terlarut dan nitrogen amonia dalam air dengan metode elektrokimia menunjukkan bahwa waktu dan konsumsi energi untuk penghilangan nitrit secara menyeluruh berkurang seiring dengan peningkatan konduktivitas. Ketika arus masukan maksimum adalah 2A, konsumsi energi adalah yang terendah, dan pH hampir tidak berpengaruh pada arus masukan dan konduktivitas; Dalam kondisi asam, bermanfaat untuk menghilangkan nitrit, sedangkan dalam kondisi basa, bermanfaat untuk menghilangkan amonia. Laju penghilangan amonia lebih rendah daripada nitrit.
4. Teknologi pengolahan biologis
Pengolahan biologis limbah air akuakultur merupakan cara umum untuk menstabilkan polutan organik, termasuk proses lumpur aktif dan proses biofilm.
Terutama memanfaatkan penyerapan dan metabolisme mikroorganisme untuk mendegradasi bahan organik dan nutrisi dalam badan air, saat ini merupakan cara yang paling ekonomis dan efektif untuk mengolah polutan terlarut. Pakan dan kotoran yang dikeluarkan selama proses pembiakan terutama terdiri dari karbohidrat, protein, lemak, dan unsur-unsur lain seperti karbon, nitrogen, dan fosfor, yang memiliki biodegradabilitas yang baik. Oleh karena itu, teknologi pengolahan biologis dapat digunakan secara efektif untuk mengolah air limbah akuakultur industri, di antaranya efisiensi strain biologis dan mode pertumbuhan tetapnya merupakan dua aspek penting yang menentukan efek pengolahan.
4.1 Proses Lumpur Aktif
Sistem pengolahan lumpur aktif merupakan salah satu teknologi utama dalam teknologi pengolahan limbah biologis. Sistem ini terdiri dari mikroorganisme baik dan zat organik dan anorganik yang diserap dan melekat, serta memiliki kemampuan untuk menyerap dan menguraikan polutan organik dalam air, yang menunjukkan aktivitas oksidasi biokimianya. Proses lumpur aktif tradisional telah dikembangkan menjadi proses lumpur aktif intermiten (SBR) parit oksidasi dan proses pengolahan metode AB. Meske dkk. mempelajari pengolahan air daur ulang akuakultur menggunakan proses lumpur aktif, dan menemukan bahwa kandungan NH4+- N tidak dapat memenuhi persyaratan untuk digunakan kembali. Umbl dkk. menggunakan metode operasi yang mendekati SBR untuk pengolahan aerobik anaerobik di saluran drainase akuakultur, dan efeknya bagus. Nugul dkk. menggunakan metode SBR untuk mengolah air limbah akuakultur air laut dan mengeksplorasi efek salinitas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam kondisi salinitas rendah, efek denitrifikasinya bagus.
4.2 Metode Biofilm
Metode biofilm terutama mencakup biofilter, meja putar biologis, peralatan oksidasi kontak biologis, dan tempat tidur terfluidisasi biologis. Karena keragaman mikroorganisme, teknologi ini telah diterapkan dalam penggunaan air limbah akuakultur siklus tertutup. Kunci untuk secara efektif menangani air limbah akuakultur industri adalah memilih komunitas mikroba yang efisien dan berkembang biak dengan cepat yang dapat tumbuh subur dan berkembang di lingkungan air laut. Saat ini, aplikasi bakteri fotosintetik, bakteri Yulei, dan bakteri nitrifikasi dalam pengolahan air limbah akuakultur telah banyak dipelajari baik di dalam negeri maupun internasional [9]. Karena kepadatannya yang tinggi, aktivitas yang kuat, dan laju reaksi yang cepat, mikroorganisme yang diimobilisasi memiliki efek penghilangan yang signifikan terhadap nitrogen amonia dan senyawa organik tertentu yang sulit didegradasi secara biologis dibandingkan dengan teknologi pengolahan biologis biofilm mikroba konvensional [10]. Oleh karena itu, teknologi ini diharapkan menjadi teknologi pengolahan biokimia yang penting untuk pengolahan air limbah akuakultur industri air laut.
4.2.1. Filter biologis
Filter biologis yang digunakan dalam fasilitas budidaya ikan intensif meliputi aliran horizontal, aliran ke atas, dan aliran ke bawah. Bagian paling kritis dari pengoperasian biofilter adalah pembentukan membran. Jika biofilm tidak dapat terbentuk pada permukaan bahan filter, mustahil untuk membahas pengolahan air limbah oleh filter. Dari perspektif mikrobiologi, pembentukan biofilm mengacu pada inokulasi sel bakteri, yang memungkinkan mikroorganisme untuk menyerap ke permukaan bahan filter. Bahan pengemas dalam filter biologis adalah pembawa organisme, terutama termasuk batu pecah, kerikil, kokas, terak batu bara, sarang lebah plastik, dan berbagai produk yang disintesis secara artifisial; Filter biologis dapat digunakan terus menerus tanpa perlu mengganti bahan filter. Pemilihan bahan pengemas juga penting dalam desain biofilter, dan struktur serta luas permukaan bahan pengemas harus kondusif bagi pertumbuhan biofilm dan penangkapan partikel organik tersuspensi.Tiongkok dan negara-negara lain menggunakan proses tangki sedimentasi → filter biologis → tangki sedimentasi sekunder → filter biologis, yang mana bahan pengisinya adalah serat campuran, yang dapat digunakan kembali setelah mengolah air akuakultur intensif skala besar di muara sungai. Sauthier dkk. menggunakan kolam (aerasi) → filter mekanis → desinfeksi ultraviolet → filter biologis terendam (tangki denitrifikasi) → penggunaan kembali kolam ikan, dan efek pengolahannya sangat baik. Tian Wenhua dan yang lainnya telah menemukan bahwa penggunaan zeolit sebagai bahan filter dalam biofilter aerasi untuk pengolahan air limbah efektif.
4.2.2. Cakram Putar Biologis
Meja putar biologis terdiri dari serangkaian cakram yang dipasang pada poros, dengan celah di antara cakram. Setengah dari cakram ditempatkan di dalam air, dan setengah lainnya terekspos di atas permukaan air. Mikroorganisme dalam air dan udara menempel pada permukaan cakram, membentuk biofilm. Saat berputar, cakram yang terendam dalam air terekspos ke permukaan air, dan air pada cakram mengalir ke bawah sepanjang permukaan biofilm karena beratnya sendiri. Oksigen di udara diserap, dicampur, disebarkan, dan diinfiltrasi ke dalam air melalui putaran meja putar, meningkatkan oksigen terlarut dalam air dan memurnikan kualitas air.
4.2.3. Drum biologis
Drum bio-rotating merupakan varian dari cakram bio-rotating yang dikembangkan pada pertengahan tahun 1970-an dan berkembang pesat di Denmark dan Jerman. Denmark telah mengembangkan jenis drum tunggal, sedangkan Jerman telah mengembangkan jenis drum ganda. Kemasan di dalam drum meliputi bola plastik, cincin plastik, dan cakram bergelombang. Beberapa rotor biologis juga dilengkapi dengan perangkat pengumpul gas di bagian luar untuk meningkatkan oksigen terlarut dalam air. Tiga bentuk rotor biologis yang umum adalah: (1) struktur cangkang luar terbuat dari plastik polietilena keras, dengan cakram bergelombang polivinil klorida di dalamnya, dan rotor terdiri dari 16 rotor kecil; (2) Cangkang luar silinder terbuat dari baja, dan permukaan riak polietilena keras yang dipasang pada poros di dalam silinder berbentuk poligonal; (3) Ada wadah kecil di sekitar badan drum putar. Ketika drum putar berputar ke atas, wadah kecil tersebut terisi air. Ketika berputar ke bawah, air ditaburkan pada bola plastik, dan wadah kosong terisi udara yang masuk ke dalam air.Volume air murni adalah 15-25 kali volume drum putar biologis.
4.2.4. Tempat tidur terfluidisasi biologis
Tempat tidur terfluidisasi biologis (BFBS) adalah metode biofilm beban tinggi yang diterapkan dalam pengolahan sekunder air limbah (oksidasi bahan organik, nitrifikasi parsial) untuk pengolahan air limbah organik dan denitrifikasi. Michael dkk. menggunakan reaktor yang menggabungkan filtrasi tetes nitrifikasi aerobik dengan tempat tidur terfluidisasi denitrifikasi anaerobik. Bahan organik yang kaya nitrat dan terlarut di permukaan dikirim ke tempat tidur sulfida, dan efek pengolahannya bagus. Jewell dkk. memanfaatkan efek nitrifikasi dan denitrifikasi dari tempat tidur yang diperluas dalam sirkulasi air akuakultur, sambil mengolah BOD5, SS, dan nitrogen, menghasilkan kadar nitrogen amonia limbah di bawah 0,5 mg/L. Teknologi ini banyak digunakan dalam pengolahan oksidasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi bahan organik dalam air dan air limbah. Sebagai teknologi inovatif dalam metode pengolahan air, proses tempat tidur terfluidisasi biologis akan memainkan peran yang lebih besar dalam rekayasa pengolahan air.
4.3 Pengolahan Biologis Alami pada Teknologi Akuakultur
Penggunaan organisme alami untuk mengolah badan air akuakultur terutama meliputi lahan basah, kolam stabilisasi, dan sistem pengolahan lahan. Keunggulannya adalah dapat mencapai efek pengolahan yang relatif menyeluruh untuk badan air yang mengandung nitrogen dan fosfor. Daerah perairan alami akuakultur non intensif merupakan sistem lahan basah yang khas dengan kemampuan pemurnian diri yang baik. Selama kemampuan pemurnian dirinya dimanfaatkan dan diperkuat secara wajar, maka akan memberikan dampak lingkungan dan ekonomi yang baik. Ekosistem perairan kolam ikan sendiri memiliki kemampuan yang kuat untuk memurnikan polutan, dan dalam pengolahan badan air akuakultur, kemampuan pemurnian kolam ikan terhadap polutan dapat dimanfaatkan sepenuhnya untuk memurnikan limbah.
5. Alur proses daur ulang limbah cair akuakultur
Ada berbagai jenis perangkat pengolahan air dengan struktur dan aliran proses yang berbeda. Di bawah ini adalah beberapa proses umum. Drainase kolam ikan → kolam pengumpulan → kolam oksidasi → kolam sedimentasi → kolam penghangat dan oksigenasi → penggunaan kembali kolam ikan, dalam proses ini, kolam oksidasi adalah drum putar biologis; Drainase kolam ikan → tangki sedimentasi → filter biologis aliran atas → menara penyemprot air oksigenasi → pemanasan dan desinfeksi → penggunaan kembali kolam ikan, dapat menghilangkan 99% nitrogen amonia, air tawar/air penggunaan kembali adalah 1/9; Drainase kolam ikan → oksigenasi → filter batu kapur aliran atas → tangki sedimentasi → oksigenasi → penggunaan kembali, dengan air tawar/air yang bersirkulasi menyumbang 1/5; Drainase kolam ikan → Filter kerikil aliran atas → Filter kerikil aliran bawah → Tangki penghangat → Penggunaan kembali;Drainase kolam ikan → bak penampung → filter zeolit aliran atas → filter zeolit aliran bawah → pengisian ulang air tawar, pengaturan suhu → penggunaan kembali kolam ikan. Berdasarkan prinsip dasar desain ekologi dan teknologi rekayasa lingkungan akuakultur, Liu Changfa et al. [17] menemukan bahwa dengan tujuan nol pembuangan air limbah dalam sistem akuakultur, rekayasa ekologi dan desain proses dapat dilakukan untuk sistem akuakultur, dan sistem akuakultur komposit industri tanpa pembuangan air limbah yang khas dapat dikembangkan.
6. Ringkasan
Dengan semakin parahnya kelangkaan air global dan polusi lingkungan, negara-negara akan mengadopsi metode akuakultur loop tertutup di masa depan. Di antara mereka, pemanfaatan komprehensif dan teknologi pembuangan yang tidak berbahaya dari air limbah akuakultur memiliki nilai penelitian dan pengembangan yang besar dan prospek aplikasi yang luas. Keragaman polutan dalam air limbah akuakultur pabrik air laut menentukan kompleksitas proses pengolahannya. Oleh karena itu, ketika merancang proses pengolahan untuk air limbah akuakultur pabrik air laut, prinsip-prinsip efisiensi dan ekonomi harus diikuti. Kombinasi organik dari teknologi pengolahan fisik, kimia, dan biologis harus digunakan untuk memenuhi persyaratan kualitas air setelah pengolahan, yang dapat mencapai efek pengolahan yang baik dan mencapai tujuan akuakultur sirkular.
