Stałe zawieszone cząstki niekorzystnie wpływają na wszystkie aspekty-lądowych uprzemysłowionych systemów akwakultury z recyrkulacją. Dlatego też usuwanie stałych zawieszonych cząstek jest głównym celem uzdatniania wody z recyrkulacją w akwakulturze. W systemach akwakultury z recyrkulacją większość cząstek masowych jest mniejsza niż 100 mikrometrów. Z powodu turbulencji wody, biodegradacji i mieszania mechanicznego zawieszone cząstki, które nie zostaną szybko usunięte, mogą rozpaść się na drobniejsze zawieszone cząstki, zwykle mniejsze niż 30 mikrometrów. W tych warunkach obróbka sedymentacyjna i filtracja mechaniczna stają się nieskuteczne.
Frakcjonowanie pianowe jest techniką stosowaną do usuwania drobnych zawieszonych cząstek. Polega na wprowadzeniu do zbiornika wodnego powietrza, dzięki czemu zawarte w wodzie środki powierzchniowo czynne mogą zostać zaadsorbowane na mikropęcherzykach. Pęcherzyki te, niosąc zaadsorbowany materiał, unoszą się na powierzchnię pod wpływem wyporu, tworząc pianę, usuwając w ten sposób rozpuszczone i zawieszone substancje z wody. Obecnie frakcjonowanie piany uznawane jest za jeden z podstawowych procesów skutecznego usuwania drobnych cząstek w systemach akwakultury z recyrkulacją i stanowi kluczowy element tych systemów.
I. Zasada działania odpieniacza białek
1. Zasada frakcjonowania piany
Odpieniacz białkowy działa przede wszystkim w oparciu o zasadę frakcjonowania piany. W systemach akwakultury z recyrkulacją wydaliny hodowanych organizmów, niezjedzona pasza itp. zawierają duże ilości materii organicznej. Białka i inne środki powierzchniowo czynne w tej materii organicznej mają charakter amfifilowy (zarówno hydrofilowy, jak i lipofilowy). Kiedy do wody wprowadza się dużą liczbę mikropęcherzyków, te substancje powierzchniowo czynne adsorbują się na powierzchniach pęcherzyków. Gdy pęcherzyki unoszą się, pęcherzyki z zaadsorbowanymi białkami i innymi substancjami tworzą warstwę piany na powierzchni wody. Warstwa pianki, posiadająca mniejszą gęstość, łatwo oddziela się od wody, usuwając w ten sposób z wody białka i inne substancje organiczne.
2. Proces fizykochemiczny
Z mikroskopowego punktu widzenia pomiędzy pęcherzykami a wodą istnieje napięcie powierzchniowe. Gdy pęcherzyki unoszą się w wodzie, cząsteczki organiczne w wodzie agregują w kierunku powierzchni pęcherzyków pod wpływem napięcia powierzchniowego. Jest to proces fizycznej adsorpcji, któremu towarzyszą pewne zmiany chemiczne, takie jak interakcje między cząsteczkami organicznymi i reakcje chemiczne z powierzchnią pęcherzyka. Na przykład niektóre cząsteczki białka mogą ulegać denaturacji, dzięki czemu są łatwiej adsorbowane na pęcherzykach.
II. Rola odpieniaczy białek w akwakulturze recyrkulacyjnej
(I) Oczyszczanie wody
1. Usuwanie materii organicznej
Odpieniacze białkowe skutecznie usuwają z wody materię organiczną, w tym białka, tłuszcze, węglowodany itp. Jeśli te substancje organiczne zgromadzą się w wodzie, ulegną rozkładowi przez mikroorganizmy, zużywając duże ilości rozpuszczonego tlenu i wytwarzając szkodliwe substancje, takie jak azot amonowy i azotyny. Usunięcie tych substancji organicznych za pomocą odpieniacza białkowego zmniejsza obciążenie późniejszej filtracji biologicznej i zmniejsza wytwarzanie szkodliwych substancji w wodzie. Na przykład bez odpieniacza białkowego chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) w wodzie może gwałtownie wzrosnąć powyżej 100 mg/l, podczas gdy przy użyciu odpieniacza białkowego ChZT można kontrolować w okolicach 30 - 50 mg/l.
2. Zmniejszenie produkcji azotu amonowego
Usuwając materię organiczną zawierającą azot, taką jak białka, odpieniacze białkowe zmniejszają potencjalne źródła azotu amonowego w wodzie. Ma to kluczowe znaczenie dla utrzymania niskiego stężenia azotu amonowego w systemach akwakultury z recyrkulacją, ponieważ azot amonowy jest wysoce toksyczny dla hodowanych organizmów.
(II) Poprawa przejrzystości wody
Usuwając materię organiczną, odpieniacze białkowe usuwają również niektóre zawieszone cząstki mniejsze niż 30 mikrometrów, poprawiając w ten sposób przejrzystość wody, co korzystnie wpływa na rozwój hodowanych organizmów.
(III) Ograniczenie przenoszenia chorób
Usuwanie wektorów patogenów: Materia organiczna i cząstki zawieszone w wodzie często służą jako nośniki patogenów, takich jak bakterie, wirusy i pasożyty. Usuwając te nośniki, odpieniacz białkowy zmniejsza możliwość przenoszenia patogenów w wodzie, zmniejszając ryzyko infekcji chorobowej w hodowanych organizmach.