Kiinteät suspendoituneet hiukkaset vaikuttavat haitallisesti kaikkiin{0}}maalla sijaitseviin teollisiin kierrätysvesiviljelyjärjestelmiin. Siksi kiinteiden suspendoituneiden hiukkasten poistaminen on vesiviljelyveden kierrätyksen ensisijainen tavoite. Kierrättävissä vesiviljelyjärjestelmissä suurin osa hiukkasista on massaltaan pienempiä kuin 100 mikrometriä. Veden turbulenssista, biohajoamisesta ja mekaanisesta sekoituksesta johtuen suspendoituneet hiukkaset, joita ei poisteta nopeasti, voivat hajota hienommiksi suspendoituneiksi hiukkasiksi, jotka ovat tyypillisesti pienempiä kuin 30 mikrometriä. Näissä olosuhteissa sedimentaatiokäsittely ja mekaaninen suodatus tulevat tehottomiksi.
Vaahtofraktiointi on tekniikka, jota käytetään hienojen suspendoituneiden hiukkasten poistamiseen. Se sisältää ilman syöttämisen vesistöihin, jolloin vedessä olevat pinta-aktiiviset aineet voivat adsorboitua mikrokupliin. Nämä kuplat, jotka kantavat adsorboitua materiaalia, nousevat pintaan kelluvuuden vaikutuksesta muodostaen vaahtoa ja poistavat siten liuenneita ja suspendoituneita aineita vedestä. Tällä hetkellä vaahdon fraktiointi tunnustetaan yhdeksi pääprosesseista pienten hiukkasten tehokkaassa poistamisessa kierrätettävistä vesiviljelyjärjestelmistä, ja se on näiden järjestelmien keskeinen osa.
I. Protein Skimmerin periaate
1. Vaahdon fraktiointiperiaate
Proteiininkeräin toimii ensisijaisesti vaahtofraktioinnin periaatteella. Kierrättävissä vesiviljelyjärjestelmissä viljeltyjen organismien eritteet, syömätön rehu jne. sisältävät suuria määriä orgaanista ainesta. Proteiinit ja muut pinta-aktiiviset aineet tässä orgaanisessa aineessa ovat amfifiilisiä (sekä hydrofiilisiä että lipofiilisiä). Kun suuri määrä mikrokuplia tuodaan veteen, nämä pinta-aktiiviset aineet adsorboituvat kuplien pinnoille. Kun kuplat nousevat, kuplat adsorboituneiden proteiinien ja muiden aineiden kanssa muodostavat vaahtokerroksen veden pinnalle. Vaahtokerros, jonka tiheys on pienempi, irtoaa helposti vesistöstä ja poistaa siten vedestä proteiineja ja muuta orgaanista ainesta.
2. Fysikaalis-kemiallinen prosessi
Mikroskooppisesta näkökulmasta kuplien ja veden välillä on pintajännitys. Kun kuplat nousevat veden läpi, vedessä olevat orgaaniset molekyylit aggregoituvat kohti kuplan pintaa pintajännityksen vaikutuksesta. Tämä on fysikaalinen adsorptioprosessi, johon liittyy joitain kemiallisia muutoksia, kuten orgaanisten molekyylien välisiä vuorovaikutuksia ja kemiallisia reaktioita kuplan pinnan kanssa. Esimerkiksi jotkut proteiinimolekyylit voivat denaturoitua, jolloin ne adsorboituvat helpommin kupliin.
II. Proteiininkerääjien rooli kierrättävässä vesiviljelyssä
(I) Veden puhdistus
1. Orgaanisen aineen poisto
Proteiininkeräimet poistavat vedestä tehokkaasti orgaanisia aineita, kuten proteiineja, rasvoja, hiilihydraatteja jne. Jos nämä orgaaniset aineet kerääntyvät veteen, ne hajoavat mikro-organismien toimesta, kuluttavat suuria määriä liuennutta happea ja tuottavat haitallisia aineita, kuten ammoniakkityppeä ja nitriittiä. Näiden orgaanisten aineiden poistaminen proteiininkeräimen kautta vähentää myöhemmän biologisen suodatuksen taakkaa ja vähentää haitallisten aineiden tuotantoa vedessä. Esimerkiksi ilman proteiininkerääjää veden kemiallinen hapenkulutus (COD) voi nousta nopeasti yli 100 mg/L, kun taas proteiininkeräimellä COD voidaan hallita noin 30 - 50 mg/l.
2. Ammoniakkitypen tuotannon vähentäminen
Poistamalla typpeä-pitoista orgaanista ainetta, kuten proteiineja, proteiininkeräimet vähentävät mahdollisia ammoniakkitypen lähteitä vedessä. Tämä on ratkaisevan tärkeää ammoniakkityppipitoisuuksien pitämiseksi alhaisina kierrättävissä vesiviljelyjärjestelmissä, koska ammoniakkityppi on erittäin myrkyllistä viljellyille organismeille.
(II) Veden kirkkauden parantaminen
Samalla kun proteiininkeräimet poistavat orgaanista ainesta, ne poistavat myös joitain alle 30 mikrometrin kokoisia suspendoituneita hiukkasia, mikä parantaa veden kirkkautta, mikä edistää viljeltyjen organismien kasvua.
(III) Taudin leviämisen vähentäminen
Patogeenivektorien poistaminen: Vedessä olevat orgaaniset aineet ja suspendoituneet hiukkaset toimivat usein patogeenien, kuten bakteerien, virusten ja loisten, kantajina. Poistamalla nämä kantajat proteiininkerääjä vähentää patogeenien leviämisen mahdollisuutta vedessä, mikä alentaa tautitartuntojen riskiä viljellyissä organismeissa.