Fasta suspenderade partiklar påverkar alla aspekter av land-baserade industrialiserade återcirkulerande vattenbrukssystem negativt. Därför är avlägsnandet av fasta suspenderade partiklar det primära målet för recirkulerande vattenbruksrening. I recirkulerande vattenbrukssystem är majoriteten av partiklarna i massa mindre än 100 mikrometer. På grund av vattenturbulens, biologisk nedbrytning och mekanisk omrörning kan suspenderade partiklar som inte avlägsnas omedelbart bryta ner till finare suspenderade partiklar, vanligtvis mindre än 30 mikrometer. Under dessa förhållanden blir sedimentationsbehandling och mekanisk filtrering ineffektiva.
Skumfraktionering är en teknik som används för att ta bort fina suspenderade partiklar. Det innebär att luft förs in i vattenkroppen, vilket gör att ytaktiva ämnen i vattnet kan adsorberas på mikrobubblorna. Dessa bubblor, som bär det adsorberade materialet, stiger upp till ytan genom flytkraft för att bilda skum, och tar därigenom bort lösta och suspenderade ämnen från vattnet. För närvarande är skumfraktionering erkänd som en av de primära processerna för att effektivt avlägsna fina partiklar i recirkulerande vattenbrukssystem och är en avgörande komponent i dessa system.
I. Principen för proteinskummaren
1. Skumfraktioneringsprincip
Proteinskummaren arbetar främst utifrån principen om skumfraktionering. I recirkulerande vattenbrukssystem innehåller utsöndringar från odlade organismer, oätat foder etc. stora mängder organiskt material. Proteiner och andra ytaktiva ämnen i detta organiska material har en amfifil natur (både hydrofila och lipofila). När ett stort antal mikrobubblor förs in i vattnet adsorberas dessa ytaktiva ämnen på bubbelytorna. När bubblorna stiger bildar bubblor med adsorberade proteiner och andra ämnen ett skumskikt på vattenytan. Skumskiktet, som har en lägre densitet, separeras lätt från vattenkroppen, vilket tar bort proteiner och annat organiskt material från vattnet.
2. Fysikalisk-kemisk process
Ur ett mikroskopiskt perspektiv finns ytspänning mellan bubblor och vatten. När bubblor stiger upp genom vattnet samlas organiska molekyler i vattnet mot bubbelytan under påverkan av ytspänning. Detta är en fysisk adsorptionsprocess, åtföljd av vissa kemiska förändringar, såsom interaktioner mellan organiska molekyler och kemiska reaktioner med bubbelytan. Till exempel kan vissa proteinmolekyler genomgå denaturering, vilket gör att de lättare adsorberas på bubblorna.
II. Roll av proteinskummare i recirkulerande vattenbruk
(I) Vattenrening
1. Avlägsnande av organiskt material
Proteinskummare tar effektivt bort organiskt material från vatten, inklusive proteiner, fetter, kolhydrater etc. Om dessa organiska ämnen ackumuleras i vattnet kommer de att brytas ner av mikroorganismer, förbruka stora mängder löst syre och producera skadliga ämnen som ammoniakkväve och nitrit. Att ta bort dessa organiska ämnen via proteinskummaren minskar belastningen på efterföljande biologisk filtrering och minskar produktionen av skadliga ämnen i vattnet. Till exempel, utan en proteinskummare, kan det kemiska syrebehovet (COD) i vattnet snabbt stiga över 100 mg/L, medan med en proteinskummare kan COD kontrolleras runt 30 - 50 mg/L.
2. Minskning av produktionen av ammoniakkväve
Genom att ta bort kväve-innehållande organiskt material som proteiner minskar proteinskummare de potentiella källorna till ammoniakkväve i vattnet. Detta är avgörande för att upprätthålla låga koncentrationer av ammoniakkväve i recirkulerande vattenbrukssystem, eftersom ammoniakkväve är mycket giftigt för odlade organismer.
(II) Förbättring av vattnets klarhet
Samtidigt som de tar bort organiskt material tar proteinskummare också bort vissa suspenderade partiklar som är mindre än 30 mikrometer, vilket förbättrar vattnets klarhet, vilket gynnar tillväxten av odlade organismer.
(III) Minskning av överföring av sjukdomar
Avlägsnande av patogenvektorer: Organiskt material och suspenderade partiklar i vattnet fungerar ofta som bärare för patogener, såsom bakterier, virus och parasiter. Genom att ta bort dessa bärare minskar proteinskimmern möjligheten för patogenöverföring i vattnet, vilket minskar risken för sjukdomsinfektion i odlade organismer.