Cietās suspendētās daļiņas nelabvēlīgi ietekmē visus{0}}zemes rūpnieciskās recirkulācijas akvakultūras sistēmu aspektus. Tāpēc akvakultūras ūdens attīrīšanas recirkulācijas galvenais mērķis ir cieto suspendēto daļiņu noņemšana. Recirkulācijas akvakultūras sistēmās lielākā daļa daļiņu pēc masas ir mazākas par 100 mikrometriem. Ūdens turbulences, bioloģiskās noārdīšanās un mehāniskās maisīšanas dēļ suspendētās daļiņas, kas netiek nekavējoties noņemtas, var sadalīties smalkākās suspendētās daļiņās, kas parasti ir mazākas par 30 mikrometriem. Šādos apstākļos sedimentācijas apstrāde un mehāniskā filtrēšana kļūst neefektīva.
Putu frakcionēšana ir paņēmiens, ko izmanto smalku suspendētu daļiņu noņemšanai. Tas ietver gaisa ievadīšanu ūdenstilpē, ļaujot ūdenī esošajām virsmaktīvām vielām adsorbēties uz mikroburbuļiem. Šie burbuļi, kas nes adsorbēto materiālu, ar peldspēju paceļas uz virsmas, veidojot putas, tādējādi izvadot no ūdens izšķīdušās un suspendētās vielas. Pašlaik putu frakcionēšana ir atzīta par vienu no primārajiem procesiem smalko daļiņu efektīvai noņemšanai recirkulācijas akvakultūras sistēmās, un tā ir būtiska šo sistēmu sastāvdaļa.
I. Olbaltumvielu skimmera princips
1. Putu frakcionēšanas princips
Olbaltumvielu skimmers galvenokārt darbojas, pamatojoties uz putu frakcionēšanas principu. Recirkulācijas akvakultūras sistēmās izdalījumi no kultivētiem organismiem, neapēstā barība utt. satur lielu daudzumu organisko vielu. Proteīniem un citām virsmaktīvām vielām šajā organiskajā vielā ir amfifīls raksturs (gan hidrofils, gan lipofīls). Kad ūdenī tiek ievadīts liels skaits mikroburbuļu, šīs virsmaktīvās vielas adsorbējas uz burbuļu virsmām. Burbuļiem augot, burbuļi ar adsorbētiem proteīniem un citām vielām veido putu slāni uz ūdens virsmas. Putu slānis ar mazāku blīvumu viegli atdalās no ūdenstilpes, tādējādi izvadot no ūdens olbaltumvielas un citas organiskās vielas.
2. Fizikāli ķīmiskais process
No mikroskopiskā viedokļa starp burbuļiem un ūdeni pastāv virsmas spraigums. Burbuļiem paceļoties pa ūdeni, ūdenī esošās organiskās molekulas virsmas spraiguma ietekmē agregējas burbuļa virsmas virzienā. Tas ir fizikāls adsorbcijas process, ko pavada dažas ķīmiskas izmaiņas, piemēram, mijiedarbība starp organiskajām molekulām un ķīmiskās reakcijas ar burbuļa virsmu. Piemēram, dažas olbaltumvielu molekulas var tikt denaturētas, padarot tās vieglāk adsorbētas uz burbuļiem.
II. Olbaltumvielu skimmeru loma recirkulācijas akvakultūrā
(I) Ūdens attīrīšana
1. Organisko vielu noņemšana
Olbaltumvielu skimmeri efektīvi izvada no ūdens organiskās vielas, tostarp olbaltumvielas, taukus, ogļhidrātus u.c.. Ja šīs organiskās vielas uzkrājas ūdenī, tās sadalās mikroorganismi, patērējot lielu daudzumu izšķīdušā skābekļa un radot kaitīgas vielas, piemēram, amonjaka slāpekli un nitrītus. Šo organisko vielu atdalīšana ar proteīna skimmera palīdzību samazina turpmākās bioloģiskās filtrēšanas slogu un samazina kaitīgo vielu veidošanos ūdenī. Piemēram, bez proteīna skimmera ķīmiskais skābekļa patēriņš (ĶSP) ūdenī var strauji pieaugt virs 100 mg/l, savukārt, izmantojot proteīna skimmeru, ĶSP var kontrolēt aptuveni 30 - 50 mg/l.
2. Amonjaka slāpekļa ražošanas samazināšana
Atdalot slāpekli,{0}}kurā ir organiskas vielas, piemēram, olbaltumvielas, proteīnu skimmeri samazina potenciālos amonjaka slāpekļa avotus ūdenī. Tas ir ļoti svarīgi, lai saglabātu zemu amonjaka slāpekļa koncentrāciju recirkulācijas akvakultūras sistēmās, jo amonjaka slāpeklis ir ļoti toksisks kultivētiem organismiem.
(II) Ūdens dzidrības uzlabošana
Atdalot organiskās vielas, proteīnu skimmeri noņem arī dažas suspendētās daļiņas, kas ir mazākas par 30 mikrometriem, tādējādi uzlabojot ūdens dzidrumu, kas labvēlīgi ietekmē kultivēto organismu augšanu.
(III) Slimību pārnešanas samazināšana
Patogēnu vektoru noņemšana: Organiskās vielas un suspendētās daļiņas ūdenī bieži kalpo kā patogēnu, piemēram, baktēriju, vīrusu un parazītu, nesēji. Noņemot šos nesējus, proteīna skimmers samazina patogēnu pārnešanas iespēju ūdenī, samazinot slimības infekcijas risku kultivētos organismos.