Particulele solide în suspensie afectează negativ toate aspectele sistemelor de acvacultură industrializate cu recirculare-terrestre. Prin urmare, îndepărtarea particulelor solide în suspensie este scopul principal al recirculării epurării apei de acvacultură. În sistemele de acvacultură cu recirculare, majoritatea particulelor în masă sunt mai mici de 100 de micrometri. Datorită turbulenței apei, biodegradării și agitației mecanice, particulele în suspensie care nu sunt îndepărtate prompt se pot descompune în particule mai fine în suspensie, de obicei mai mici de 30 de micrometri. În aceste condiții, tratamentul prin sedimentare și filtrarea mecanică devin ineficiente.
Fracționarea spumei este o tehnică utilizată pentru îndepărtarea particulelor fine în suspensie. Aceasta implică introducerea de aer în corpul de apă, permițând surfactanților din apă să fie adsorbiți pe microbule. Aceste bule, care transportă materialul adsorbit, se ridică la suprafață prin flotabilitate pentru a forma spumă, eliminând astfel substanțele dizolvate și în suspensie din apă. În prezent, fracţionarea spumei este recunoscută ca unul dintre procesele primare pentru îndepărtarea eficientă a particulelor fine din sistemele de acvacultură cu recirculare şi este o componentă crucială a acestor sisteme.
I. Principiul Skimmer-ului de proteine
1. Principiul fracționării spumei
Skimmer-ul de proteine funcționează în primul rând pe baza principiului fracționării spumei. În sistemele de acvacultură cu recirculare, excrețiile din organismele de cultură, furajele neconsumate etc., conțin cantități mari de materie organică. Proteinele și alți agenți tensioactivi din această materie organică posedă o natură amfifilă (atât hidrofilă, cât și lipofilă). Când un număr mare de microbule sunt introduse în apă, aceste substanțe tensioactive se adsorb pe suprafețele bulelor. Pe măsură ce bulele se ridică, bulele cu proteine adsorbite și alte substanțe formează un strat de spumă pe suprafața apei. Stratul de spumă, având o densitate mai mică, se separă ușor de corpul de apă, eliminând astfel proteinele și alte materii organice din apă.
2. Procesul fizico-chimic
Dintr-o perspectivă microscopică, tensiunea superficială există între bule și apă. Pe măsură ce bulele se ridică prin apă, moleculele organice din apă se agregă spre suprafața bulei sub influența tensiunii superficiale. Acesta este un proces fizic de adsorbție, însoțit de unele modificări chimice, cum ar fi interacțiunile dintre moleculele organice și reacțiile chimice cu suprafața bulei. De exemplu, unele molecule de proteine pot suferi denaturare, făcându-le mai ușor adsorbite pe bule.
II. Rolul skimmerelor de proteine în acvacultura recirculară
(I) Purificarea apei
1. Îndepărtarea materiei organice
Skimmer-urile de proteine îndepărtează eficient materia organică din apă, inclusiv proteinele, grăsimile, carbohidrații etc. Dacă aceste substanțe organice se acumulează în apă, ele vor fi descompuse de microorganisme, consumând cantități mari de oxigen dizolvat și producând substanțe nocive precum azotul amoniac și nitriții. Îndepărtarea acestor substanțe organice prin intermediul skimmer-ului de proteine reduce sarcina pentru filtrarea biologică ulterioară și scade producția de substanțe nocive în apă. De exemplu, fără un skimmer de proteine, cererea chimică de oxigen (COD) în apă poate crește rapid peste 100 mg/L, în timp ce cu un skimmer de proteine, COD poate fi controlată în jur de 30 - 50 mg/L.
2. Reducerea producției de azot amoniac
Prin eliminarea materiei organice care conțin azot-cum ar fi proteinele, skimmerele de proteine reduc sursele potențiale de azot amoniac din apă. Acest lucru este crucial pentru menținerea concentrațiilor scăzute de azot amoniac în sistemele de acvacultură cu recirculare, deoarece azotul amoniac este foarte toxic pentru organismele de cultură.
(II) Îmbunătățirea clarității apei
În timp ce elimină materia organică, skimmer-urile de proteine îndepărtează și unele particule în suspensie mai mici de 30 de micrometri, îmbunătățind astfel claritatea apei, ceea ce aduce beneficii creșterii organismelor de cultură.
(III) Reducerea transmiterii bolilor
Îndepărtarea vectorilor patogeni: Materia organică și particulele în suspensie din apă servesc adesea ca purtători pentru agenți patogeni, cum ar fi bacterii, viruși și paraziți. Îndepărtând acești purtători, skimmer-ul proteic reduce șansele de transmitere a agenților patogeni în apă, scăzând riscul de infecție a bolii în organismele de cultură.