Pevné suspendované častice nepriaznivo ovplyvňujú všetky aspekty pozemných{0}}industrializovaných recirkulačných systémov akvakultúry. Odstránenie pevných suspendovaných častíc je preto primárnym cieľom úpravy recirkulačnej vody z akvakultúry. V recirkulačných systémoch akvakultúry je väčšina hmotnostných častíc menšia ako 100 mikrometrov. V dôsledku turbulencie vody, biodegradácie a mechanického miešania sa suspendované častice, ktoré sa neodstránia okamžite, môžu rozpadnúť na jemnejšie suspendované častice, zvyčajne menšie ako 30 mikrometrov. Za týchto podmienok sa sedimentačná úprava a mechanická filtrácia stávajú neúčinnými.
Penová frakcionácia je technika používaná na odstraňovanie jemných suspendovaných častíc. Zahŕňa privádzanie vzduchu do vodného útvaru, čo umožňuje adsorbovať povrchovo aktívne látky vo vode na mikrobubliny. Tieto bubliny, ktoré nesú adsorbovaný materiál, stúpajú na povrch vztlakom a vytvárajú penu, čím odstraňujú rozpustené a suspendované látky z vody. V súčasnosti sa frakcionácia peny považuje za jeden z primárnych procesov na efektívne odstraňovanie jemných častíc v recirkulačných systémoch akvakultúry a je kľúčovou súčasťou týchto systémov.
I. Princíp proteínového skimmeru
1. Princíp frakcionácie peny
Proteínový skimmer funguje primárne na princípe penovej frakcionácie. V recirkulačných systémoch akvakultúry obsahujú výlučky z kultivovaných organizmov, neskonzumované krmivo atď. veľké množstvo organických látok. Proteíny a iné povrchovo aktívne látky v tejto organickej hmote majú amfifilnú povahu (hydrofilnú aj lipofilnú). Keď sa do vody zavedie veľké množstvo mikrobublín, tieto povrchovo aktívne látky sa adsorbujú na povrch bublín. Keď bubliny stúpajú, bubliny s adsorbovanými bielkovinami a inými látkami vytvárajú na vodnej hladine penovú vrstvu. Penová vrstva s nižšou hustotou sa ľahko oddelí od vodného útvaru, čím sa z vody odstránia proteíny a iné organické látky.
2. Fyzikálnochemický proces
Z mikroskopického hľadiska existuje povrchové napätie medzi bublinami a vodou. Keď bubliny stúpajú cez vodu, organické molekuly vo vode sa agregujú smerom k povrchu bubliny pod vplyvom povrchového napätia. Ide o fyzikálny adsorpčný proces sprevádzaný niektorými chemickými zmenami, ako sú interakcie medzi organickými molekulami a chemické reakcie s povrchom bublín. Napríklad niektoré proteínové molekuly môžu podstúpiť denaturáciu, vďaka čomu sa ľahšie adsorbujú na bubliny.
II. Úloha proteínových skimmerov v recirkulačnej akvakultúre
(I) Čistenie vody
1. Odstránenie organických látok
Proteínové skimmery efektívne odstraňujú organické látky z vody, vrátane bielkovín, tukov, sacharidov atď. Ak sa tieto organické látky nahromadia vo vode, rozložia ich mikroorganizmy, spotrebúvajú veľké množstvo rozpusteného kyslíka a produkujú škodlivé látky ako čpavkový dusík a dusitany. Odstránenie týchto organických látok pomocou proteínového skimmeru znižuje záťaž na následnú biologickú filtráciu a znižuje produkciu škodlivých látok vo vode. Napríklad bez proteínového skimmeru môže chemická spotreba kyslíka (CHSK) vo vode rýchlo stúpnuť nad 100 mg/l, zatiaľ čo s proteínovým skimmerom môže byť CHSK kontrolovaná okolo 30 - 50 mg/l.
2. Zníženie produkcie amoniakového dusíka
Odstránením dusíka-obsahujúceho organické látky, ako sú bielkoviny, bielkovinové skimmery znižujú potenciálne zdroje amoniakálneho dusíka vo vode. To je rozhodujúce pre udržanie nízkych koncentrácií amoniakálneho dusíka v recirkulačných akvakultúrnych systémoch, keďže amoniakálny dusík je pre kultúrne organizmy vysoko toxický.
(II) Zlepšenie čistoty vody
Pri odstraňovaní organických látok odstraňujú proteínové skimmery aj niektoré suspendované častice menšie ako 30 mikrometrov, čím zlepšujú čírosť vody, čo prospieva rastu kultúrnych organizmov.
(III) Zníženie prenosu chorôb
Odstránenie patogénnych vektorov: Organické látky a suspendované častice vo vode často slúžia ako nosiče patogénov, ako sú baktérie, vírusy a parazity. Odstránením týchto nosičov proteínový skimmer znižuje možnosť prenosu patogénov vo vode, čím sa znižuje riziko infekcie v kultivovaných organizmoch.