Тверді зважені частинки негативно впливають на всі аспекти-наземних індустріалізованих рециркуляційних систем аквакультури. Таким чином, видалення твердих зважених часток є основною метою рециркуляційної обробки води аквакультури. У рециркуляційних системах аквакультури більшість частинок за масою менше 100 мікрометрів. Через турбулентність води, біодеградацію та механічне перемішування зважені частинки, які не видалені своєчасно, можуть розпадатися на дрібніші зважені частинки, як правило, менше 30 мікрометрів. За цих умов седиментаційна обробка та механічна фільтрація стають неефективними.
Пінне фракціонування – це техніка, яка використовується для видалення дрібних зважених частинок. Він передбачає введення повітря у водойму, що дозволяє поверхнево-активним речовинам у воді адсорбуватися на мікробульбашках. Ці бульбашки, несучи адсорбований матеріал, піднімаються на поверхню за допомогою плавучості, утворюючи піну, видаляючи таким чином розчинені та зважені речовини з води. В даний час пінне фракціонування визнано одним із основних процесів для ефективного видалення дрібних частинок у рециркуляційних системах аквакультури та є ключовим компонентом цих систем.
I. Принцип білкового скиммера
1. Принцип фракціонування піни
Скимер протеїну працює в основному за принципом пінного фракціонування. У рециркуляційних системах аквакультури виділення культивованих організмів, нез’їдені корми тощо містять велику кількість органічних речовин. Білки та інші поверхнево-активні речовини в цій органічній речовині мають амфіфільну природу (як гідрофільну, так і ліпофільну). Коли у воду потрапляє велика кількість мікробульбашок, ці поверхнево-активні речовини адсорбуються на поверхні бульбашок. Коли бульбашки піднімаються, бульбашки з адсорбованими білками та іншими речовинами утворюють на поверхні води шар піни. Шар піни, маючи меншу щільність, легко відділяється від водойми, таким чином видаляючи білки та інші органічні речовини з води.
2. Фізико-хімічний процес
З мікроскопічної точки зору між бульбашками і водою існує поверхневий натяг. Коли бульбашки піднімаються у воду, органічні молекули у воді агрегують до поверхні бульбашки під впливом поверхневого натягу. Це фізичний процес адсорбції, що супроводжується деякими хімічними змінами, такими як взаємодія між органічними молекулами та хімічні реакції з поверхнею бульбашки. Наприклад, деякі білкові молекули можуть піддаватися денатурації, завдяки чому вони легше адсорбуються на бульбашках.
II. Роль протеїнових скиммерів у рециркуляційній аквакультурі
(I) Очищення води
1. Видалення органічних речовин
Протеїнові скиммери ефективно видаляють з води органічні речовини, включаючи білки, жири, вуглеводи тощо. Якщо ці органічні речовини накопичуються у воді, вони будуть розкладатися мікроорганізмами, споживаючи велику кількість розчиненого кисню та виробляючи шкідливі речовини, такі як аміачний азот і нітрит. Видалення цієї органіки за допомогою білкового скиммера зменшує навантаження на подальшу біологічну фільтрацію та знижує утворення шкідливих речовин у воді. Наприклад, без білкового скиммера хімічна потреба в кисні (ХПК) у воді може швидко піднятися вище 100 мг/л, тоді як за допомогою білкового скиммера ХПК можна контролювати на рівні 30 - 50 мг/л.
2. Зменшення виробництва аміачного азоту
Видаляючи -органіку, що містить азот, наприклад білки, білкові скиммери зменшують кількість потенційних джерел аміачного азоту у воді. Це має вирішальне значення для підтримки низьких концентрацій аміачного азоту в рециркуляційних системах аквакультури, оскільки аміачний азот дуже токсичний для культивованих організмів.
(II) Покращення прозорості води
Видаляючи органічні речовини, білкові скиммери також видаляють деякі зважені частинки розміром менше 30 мікрометрів, тим самим покращуючи прозорість води, що сприяє росту культивованих організмів.
(III) Зменшення передачі захворювань
Видалення переносників патогенів: органічні речовини та зважені частинки у воді часто служать переносниками патогенів, таких як бактерії, віруси та паразити. Видаляючи ці носії, білковий скиммер зменшує можливість передачі патогенів у воді, знижуючи ризик зараження хворобою культивованих організмів.