Pevné suspendované částice nepříznivě ovlivňují všechny aspekty pozemních{0}}industrializovaných recirkulačních systémů akvakultury. Proto je odstranění pevných suspendovaných částic primárním cílem recirkulační úpravy vody z akvakultury. V recirkulačních systémech akvakultury je většina hmotnostních částic menší než 100 mikrometrů. V důsledku turbulence vody, biologického rozkladu a mechanického míchání se suspendované částice, které nejsou okamžitě odstraněny, mohou rozpadnout na jemnější suspendované částice, obvykle menší než 30 mikrometrů. Za těchto podmínek se sedimentační úprava a mechanická filtrace stávají neúčinnými.
Pěnová frakcionace je technika používaná k odstraňování jemných suspendovaných částic. Zahrnuje přivádění vzduchu do vodního útvaru, což umožňuje adsorbovat povrchově aktivní látky ve vodě na mikrobubliny. Tyto bubliny, nesoucí adsorbovaný materiál, stoupají k povrchu vztlakem a vytvářejí pěnu, čímž odstraňují rozpuštěné a suspendované látky z vody. V současné době je pěnová frakcionace uznávána jako jeden z primárních procesů pro účinné odstraňování jemných částic v recirkulačních systémech akvakultury a je klíčovou součástí těchto systémů.
I. Princip proteinového skimmeru
1. Princip frakcionace pěny
Proteinový skimmer funguje primárně na principu pěnové frakcionace. V recirkulačních systémech akvakultury obsahují exkrementy z kulturních organismů, nespotřebované krmivo atd. velké množství organické hmoty. Proteiny a další povrchově aktivní látky v této organické hmotě mají amfifilní povahu (jak hydrofilní, tak lipofilní). Když se do vody zavede velké množství mikrobublin, tyto povrchově aktivní látky se adsorbují na povrch bublin. Jak bublinky stoupají, bublinky s adsorbovanými bílkovinami a dalšími látkami vytvářejí na vodní hladině pěnovou vrstvu. Pěnová vrstva, která má nižší hustotu, se snadno odděluje od vodního tělesa, čímž odstraňuje bílkoviny a další organické látky z vody.
2. Fyzikálně-chemický proces
Z mikroskopického hlediska existuje povrchové napětí mezi bublinami a vodou. Jak bubliny stoupají vodou, organické molekuly ve vodě se agregují směrem k povrchu bubliny pod vlivem povrchového napětí. Jedná se o fyzikální adsorpční proces doprovázený některými chemickými změnami, jako jsou interakce mezi organickými molekulami a chemické reakce s povrchem bubliny. Například některé proteinové molekuly mohou podstoupit denaturaci, díky čemuž se snadněji adsorbují na bubliny.
II. Role proteinových skimmerů v recirkulační akvakultuře
(I) Čištění vody
1. Odstranění organické hmoty
Proteinové skimmery účinně odstraňují z vody organické látky, včetně bílkovin, tuků, sacharidů atd. Pokud se tyto organické látky nahromadí ve vodě, dojde k jejich rozkladu mikroorganismy, spotřebovávání velkého množství rozpuštěného kyslíku a produkování škodlivých látek, jako je amoniakální dusík a dusitany. Odstranění těchto organických látek pomocí proteinového skimmeru snižuje zátěž následné biologické filtrace a snižuje produkci škodlivých látek ve vodě. Například bez proteinového skimmeru může chemická spotřeba kyslíku (CHSK) ve vodě rychle vzrůst nad 100 mg/l, zatímco s proteinovým skimmerem lze CHSK regulovat kolem 30 - 50 mg/l.
2. Snížení produkce amoniakálního dusíku
Odstraňováním dusíku-obsahujících organickou hmotu, jako jsou bílkoviny, redukují proteinové skimmery potenciální zdroje čpavkového dusíku ve vodě. To je zásadní pro udržení nízkých koncentrací amoniakálního dusíku v recirkulačních systémech akvakultury, protože amoniakální dusík je pro kultivované organismy vysoce toxický.
(II) Zlepšení čistoty vody
Při odstraňování organické hmoty odstraňují proteinové skimmery také některé suspendované částice menší než 30 mikrometrů, čímž zlepšují čirost vody, což prospívá růstu kulturních organismů.
(III) Snížení přenosu nemocí
Odstranění vektorů patogenů: Organická hmota a suspendované částice ve vodě často slouží jako nosiče patogenů, jako jsou bakterie, viry a paraziti. Odstraněním těchto přenašečů snižuje proteinový skimmer možnost přenosu patogenů ve vodě, čímž snižuje riziko infekce nemocí u kultivovaných organismů.