Vaste zwevende deeltjes hebben een negatieve invloed op alle aspecten van-landgebaseerde geïndustrialiseerde recirculerende aquacultuursystemen. Daarom is de verwijdering van vaste zwevende deeltjes het primaire doel van recirculerende waterbehandeling in de aquacultuur. In recirculerende aquacultuursystemen is het merendeel van de deeltjes kleiner dan 100 micrometer. Als gevolg van waterturbulentie, biologische afbraak en mechanische beweging kunnen zwevende deeltjes die niet onmiddellijk worden verwijderd, worden afgebroken tot fijnere zwevende deeltjes, doorgaans kleiner dan 30 micrometer. Onder deze omstandigheden worden sedimentatiebehandeling en mechanische filtratie ineffectief.
Schuimfractionering is een techniek die wordt gebruikt voor het verwijderen van fijne zwevende deeltjes. Het omvat het inbrengen van lucht in het waterlichaam, waardoor oppervlakteactieve stoffen in het water aan de microbellen kunnen worden geadsorbeerd. Deze belletjes, die het geadsorbeerde materiaal vervoeren, stijgen door drijfvermogen naar de oppervlakte en vormen schuim, waardoor opgeloste en gesuspendeerde stoffen uit het water worden verwijderd. Momenteel wordt schuimfractionering erkend als een van de primaire processen voor het effectief verwijderen van fijne deeltjes in recirculerende aquacultuursystemen en is het een cruciaal onderdeel van deze systemen.
I. Principe van de eiwitafschuimer
1. Schuimfractioneringsprincipe
De eiwitafschuimer werkt voornamelijk op basis van het principe van schuimfractionering. In recirculerende aquacultuursystemen bevatten uitscheidingen van gekweekte organismen, niet opgegeten voer, enz. grote hoeveelheden organisch materiaal. Eiwitten en andere oppervlakteactieve stoffen in dit organische materiaal hebben een amfifiele aard (zowel hydrofiel als lipofiel). Wanneer een groot aantal microbellen in het water wordt gebracht, adsorberen deze oppervlakteactieve stoffen aan de bellenoppervlakken. Terwijl de bellen opstijgen, vormen belletjes met geadsorbeerde eiwitten en andere stoffen een schuimlaag op het wateroppervlak. De schuimlaag, die een lagere dichtheid heeft, scheidt gemakkelijk van het waterlichaam, waardoor eiwitten en ander organisch materiaal uit het water worden verwijderd.
2. Fysisch-chemisch proces
Vanuit microscopisch perspectief bestaat er oppervlaktespanning tussen bellen en water. Terwijl bellen door het water stijgen, aggregeren organische moleculen in het water onder invloed van oppervlaktespanning naar het beloppervlak. Dit is een fysisch adsorptieproces, dat gepaard gaat met enkele chemische veranderingen, zoals interacties tussen organische moleculen en chemische reacties met het beloppervlak. Sommige eiwitmoleculen kunnen bijvoorbeeld denaturatie ondergaan, waardoor ze gemakkelijker aan de belletjes worden geadsorbeerd.
II. Rol van eiwitafschuimers in recirculerende aquacultuur
(I) Waterzuivering
1. Verwijdering van organisch materiaal
Eiwitafschuimers verwijderen effectief organisch materiaal uit water, inclusief eiwitten, vetten, koolhydraten, enz. Als deze organische stoffen zich ophopen in het water, zullen ze worden afgebroken door micro-organismen, waarbij ze grote hoeveelheden opgeloste zuurstof verbruiken en schadelijke stoffen produceren zoals ammoniak, stikstof en nitriet. Het verwijderen van deze organische stoffen via de eiwitafschuimer vermindert de belasting van de daaropvolgende biologische filtratie en verlaagt de productie van schadelijke stoffen in het water. Zonder een eiwitafschuimer kan het chemisch zuurstofverbruik (CZV) in het water bijvoorbeeld snel boven de 100 mg/l stijgen, terwijl het CZV met een eiwitafschuimer onder controle kan worden gehouden rond de 30 - 50 mg/l.
2. Vermindering van de productie van ammoniak-stikstof
Door stikstof-dat organisch materiaal zoals eiwitten bevat, te verwijderen, verminderen eiwitafschuimers de potentiële bronnen van ammoniakstikstof in het water. Dit is van cruciaal belang voor het handhaven van lage ammoniak-stikstofconcentraties in recirculerende aquacultuursystemen, aangezien ammoniak-stikstof zeer giftig is voor gekweekte organismen.
(II) Verbetering van de waterhelderheid
Terwijl ze organisch materiaal verwijderen, verwijderen eiwitafschuimers ook enkele zwevende deeltjes kleiner dan 30 micrometer, waardoor de helderheid van het water verbetert, wat de groei van gekweekte organismen ten goede komt.
(III) Vermindering van de overdracht van ziekten
Verwijdering van ziekteverwekkervectoren: Organisch materiaal en zwevende deeltjes in het water dienen vaak als dragers voor ziekteverwekkers, zoals bacteriën, virussen en parasieten. Door deze dragers te verwijderen, verkleint de eiwitafschuimer de kans op overdracht van ziekteverwekkers in het water, waardoor het risico op ziekte-infectie in gekweekte organismen wordt verlaagd.