Čvrste suspendirane čestice negativno utječu na sve aspekte industrijskih recirkulirajućih sistema akvakulture na kopnu. Stoga je uklanjanje čvrstih suspendiranih čestica primarni cilj recirkulacijskog tretmana vode iz akvakulture. U recirkulacijskim sistemima akvakulture, većina čestica mase je manja od 100 mikrometara. Zbog turbulencije vode, biorazgradnje i mehaničkog miješanja, suspendirane čestice koje se ne uklone na vrijeme mogu se razbiti na finije suspendirane čestice, obično manje od 30 mikrometara. U ovim uslovima, tretman sedimentacijom i mehanička filtracija postaju neefikasni.
Frakcioniranje pjene je tehnika koja se koristi za uklanjanje finih suspendiranih čestica. To uključuje uvođenje zraka u vodeno tijelo, omogućavajući površinski aktivnim tvarima u vodi da se adsorbiraju na mikromjehuriće. Ovi mjehurići, noseći adsorbirani materijal, uzgonom se uzdižu na površinu i formiraju pjenu, uklanjajući tako otopljene i suspendirane tvari iz vode. Trenutno je frakcioniranje pjene prepoznato kao jedan od primarnih procesa za efikasno uklanjanje finih čestica u recirkulacijskim sistemima akvakulture i ključna je komponenta ovih sistema.
I. Princip proteinskog skimera
1. Princip frakcioniranja pjene
Proteinski skimmer radi prvenstveno na principu frakcionisanja pene. U recirkulacijskim sistemima akvakulture, izlučevine uzgojenih organizama, nepojedena hrana itd. sadrže velike količine organske tvari. Proteini i drugi surfaktanti unutar ove organske tvari posjeduju amfifilnu prirodu (i hidrofilnu i lipofilnu). Kada se veliki broj mikromjehurića unese u vodu, ove površinski aktivne tvari se adsorbiraju na površine mjehurića. Kako se mjehurići dižu, mjehurići s adsorbiranim proteinima i drugim tvarima formiraju sloj pjene na površini vode. Sloj pjene, koji ima manju gustinu, lako se odvaja od vodenog tijela, čime se uklanjaju proteini i druge organske tvari iz vode.
2. Fizičko-hemijski proces
Iz mikroskopske perspektive, površinska napetost postoji između mjehurića i vode. Kako se mjehurići dižu kroz vodu, organski molekuli u vodi se agregiraju prema površini mjehurića pod utjecajem površinske napetosti. Ovo je fizički proces adsorpcije, praćen nekim kemijskim promjenama, kao što su interakcije između organskih molekula i kemijske reakcije s površinom mjehurića. Na primjer, neki proteinski molekuli mogu biti podvrgnuti denaturaciji, zbog čega se lakše adsorbiraju na mjehuriće.
II. Uloga skidača proteina u recirkulirajućoj akvakulturi
(I) Prečišćavanje vode
1. Uklanjanje organske materije
Proteinski skimmeri efikasno uklanjaju organsku materiju iz vode, uključujući proteine, masti, ugljene hidrate itd. Ako se ove organske supstance akumuliraju u vodi, razgrađuju ih mikroorganizmi, trošeći velike količine rastvorenog kiseonika i proizvodeći štetne materije kao što su amonijačni azot i nitrit. Uklanjanje ovih organskih materija preko proteinskog skimmera smanjuje opterećenje naknadne biološke filtracije i smanjuje proizvodnju štetnih materija u vodi. Na primjer, bez proteinskog skimmera, hemijska potražnja za kisikom (COD) u vodi može brzo porasti iznad 100 mg/L, dok se sa proteinskim skimmerom COD može kontrolisati oko 30 - 50 mg/L.
2. Smanjenje proizvodnje amonijačnog azota
Uklanjanjem azota-koji sadrži organsku materiju poput proteina, proteinski skimmeri smanjuju potencijalne izvore amonijačnog azota u vodi. Ovo je ključno za održavanje niske koncentracije amonijačnog dušika u recirkulacijskim sustavima akvakulture, budući da je amonijačni dušik vrlo toksičan za uzgojene organizme.
(II) Poboljšanje čistoće vode
Dok uklanjaju organsku materiju, proteinski skimmeri uklanjaju i neke suspendovane čestice manje od 30 mikrometara, čime se poboljšava bistrina vode, što pogoduje rastu uzgojenih organizama.
(III) Smanjenje prenošenja bolesti
Uklanjanje vektora patogena: Organske tvari i suspendirane čestice u vodi često služe kao nosioci patogena, kao što su bakterije, virusi i paraziti. Uklanjanjem ovih nosača, proteinski skimmer smanjuje mogućnost prijenosa patogena unutar vode, smanjujući rizik od infekcije bolesti u uzgojenim organizmima.