Твердые взвешенные частицы отрицательно влияют на все аспекты наземных-систем промышленной рециркуляционной аквакультуры. Поэтому удаление твердых взвешенных частиц является основной целью оборотной очистки воды для аквакультуры. В системах рециркуляционной аквакультуры масса большинства частиц составляет менее 100 микрометров. Из-за турбулентности воды, биоразложения и механического перемешивания взвешенные частицы, не удаленные своевременно, могут распасться на более мелкие взвешенные частицы, обычно размером менее 30 микрометров. В этих условиях седиментационная очистка и механическая фильтрация становятся неэффективными.
Пенное фракционирование – это метод, используемый для удаления мелких взвешенных частиц. Он включает в себя подачу воздуха в водоем, что позволяет поверхностно-активным веществам в воде адсорбироваться на микропузырьках. Эти пузырьки, несущие адсорбированный материал, под действием плавучести поднимаются на поверхность, образуя пену, тем самым удаляя из воды растворенные и взвешенные вещества. В настоящее время пенное фракционирование признано одним из основных процессов эффективного удаления мелких частиц в циркуляционных системах аквакультуры и является важнейшим компонентом этих систем.
I. Принцип белкового скиммера
1. Принцип фракционирования пены
Протеиновый скиммер работает главным образом по принципу пенного фракционирования. В системах замкнутой аквакультуры выделения культивируемых организмов, несъеденный корм и т. д. содержат большое количество органических веществ. Белки и другие поверхностно-активные вещества в этом органическом веществе обладают амфифильной природой (как гидрофильной, так и липофильной). Когда в воду попадает большое количество микропузырьков, эти поверхностно-активные вещества адсорбируются на поверхности пузырьков. По мере подъема пузырьки с адсорбированными белками и другими веществами образуют на поверхности воды слой пены. Слой пены, имея меньшую плотность, легко отделяется от водоема, удаляя таким образом из воды белки и другую органику.
2. Физико-химический процесс.
С микроскопической точки зрения между пузырьками и водой существует поверхностное натяжение. Когда пузырьки поднимаются через воду, органические молекулы в воде агрегируются по направлению к поверхности пузырька под действием поверхностного натяжения. Это физический процесс адсорбции, сопровождающийся некоторыми химическими изменениями, такими как взаимодействие органических молекул и химические реакции с поверхностью пузырька. Например, некоторые белковые молекулы могут подвергаться денатурации, что облегчает их адсорбцию на пузырьках.
II. Роль белковых скиммеров в циркуляционной аквакультуре
(I) Очистка воды
1. Удаление органических веществ
Белковые скиммеры эффективно удаляют из воды органические вещества, в том числе белки, жиры, углеводы и т. д. Если эти органические вещества накапливаются в воде, они будут разлагаться микроорганизмами, потребляя большое количество растворенного кислорода и производя вредные вещества, такие как аммиачный азот и нитрит. Удаление этих органических веществ с помощью протеинового скиммера снижает нагрузку на последующую биологическую фильтрацию и снижает образование вредных веществ в воде. Например, без протеинового скиммера химическая потребность в кислороде (ХПК) в воде может быстро подняться выше 100 мг/л, тогда как при использовании протеинового скиммера ХПК можно контролировать на уровне 30 - 50 мг/л.
2. Снижение производства аммиачного азота.
Удаляя азотсодержащие-органические вещества, такие как белки, скиммеры уменьшают количество потенциальных источников аммиачного азота в воде. Это имеет решающее значение для поддержания низких концентраций аммиачного азота в циркуляционных системах аквакультуры, поскольку аммиачный азот очень токсичен для культивируемых организмов.
(II) Улучшение прозрачности воды
Удаляя органические вещества, протеиновые скиммеры также удаляют некоторые взвешенные частицы размером менее 30 микрометров, тем самым улучшая прозрачность воды, что способствует росту культивируемых организмов.
(III) Сокращение передачи заболеваний
Удаление переносчиков патогенов. Органические вещества и взвешенные частицы в воде часто служат переносчиками патогенов, таких как бактерии, вирусы и паразиты. Удаляя эти носители, белковый скиммер снижает возможность передачи патогенов в воде, снижая риск заражения болезнями культивируемых организмов.