Feste Schwebstoffe wirken sich nachteilig auf alle Aspekte landbasierter, industrialisierter Aquakultursysteme mit Kreislauf aus. Daher ist die Entfernung fester Schwebstoffe das Hauptziel der Kreislaufwasseraufbereitung in Aquakulturen. In zirkulierenden Aquakultursystemen ist der Großteil der Partikel massemäßig kleiner als 100 Mikrometer. Aufgrund von Wasserturbulenzen, biologischem Abbau und mechanischer Bewegung können suspendierte Partikel, die nicht sofort entfernt werden, in feinere suspendierte Partikel zerfallen, die typischerweise kleiner als 30 Mikrometer sind. Unter diesen Bedingungen werden Sedimentationsbehandlung und mechanische Filterung unwirksam.
Die Schaumfraktionierung ist eine Technik zur Entfernung feiner Schwebstoffe. Dabei wird Luft in den Wasserkörper eingebracht, wodurch die im Wasser enthaltenen Tenside an den Mikrobläschen adsorbiert werden. Diese Blasen, die das adsorbierte Material tragen, steigen durch Auftrieb an die Oberfläche, bilden Schaum und entfernen so gelöste und suspendierte Stoffe aus dem Wasser. Derzeit gilt die Schaumfraktionierung als eines der primären Verfahren zur effektiven Entfernung feiner Partikel in zirkulierenden Aquakultursystemen und ist ein entscheidender Bestandteil dieser Systeme.
I. Prinzip des Eiweißabschäumers
1. Prinzip der Schaumfraktionierung
Der Eiweißabschäumer arbeitet grundsätzlich nach dem Prinzip der Schaumfraktionierung. In zirkulierenden Aquakultursystemen enthalten Ausscheidungen von kultivierten Organismen, Futterresten usw. große Mengen an organischem Material. Proteine und andere Tenside in dieser organischen Substanz besitzen einen amphiphilen Charakter (sowohl hydrophil als auch lipophil). Wenn eine große Anzahl von Mikrobläschen in das Wasser eingebracht wird, adsorbieren diese Tensidsubstanzen an den Blasenoberflächen. Wenn die Blasen aufsteigen, bilden Blasen mit adsorbierten Proteinen und anderen Substanzen eine Schaumschicht auf der Wasseroberfläche. Die Schaumschicht mit geringerer Dichte löst sich leicht vom Wasserkörper und entfernt so Proteine und andere organische Stoffe aus dem Wasser.
2. Physikochemischer Prozess
Aus mikroskopischer Sicht besteht eine Oberflächenspannung zwischen Blasen und Wasser. Wenn Blasen durch das Wasser aufsteigen, aggregieren organische Moleküle im Wasser unter dem Einfluss der Oberflächenspannung zur Blasenoberfläche. Hierbei handelt es sich um einen physikalischen Adsorptionsprozess, der von einigen chemischen Veränderungen begleitet wird, wie z. B. Wechselwirkungen zwischen organischen Molekülen und chemischen Reaktionen mit der Blasenoberfläche. Beispielsweise können einige Proteinmoleküle denaturiert werden, wodurch sie leichter an den Blasen adsorbiert werden.
II. Rolle von Eiweißabschäumern in der Kreislaufaquakultur
(I) Wasserreinigung
1. Entfernung organischer Stoffe
Eiweißabschäumer entfernen effektiv organische Stoffe aus dem Wasser, darunter Proteine, Fette, Kohlenhydrate usw. Wenn sich diese organischen Stoffe im Wasser ansammeln, werden sie von Mikroorganismen zersetzt, wobei große Mengen an gelöstem Sauerstoff verbraucht werden und schädliche Stoffe wie Ammoniak, Stickstoff und Nitrit entstehen. Die Entfernung dieser organischen Stoffe über den Eiweißabschäumer entlastet die anschließende biologische Filterung und verringert die Schadstoffproduktion im Wasser. Ohne einen Eiweißabschäumer kann der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) im Wasser beispielsweise schnell auf über 100 mg/L ansteigen, wohingegen der CSB mit einem Eiweißabschäumer auf etwa 30 - 50 mg/L kontrolliert werden kann.
2. Reduzierung der Ammoniak-Stickstoff-Produktion
Durch die Entfernung stickstoffhaltiger organischer Stoffe wie Proteine reduzieren Eiweißabschäumer die potenziellen Quellen von Ammoniakstickstoff im Wasser. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung niedriger Ammoniak-Stickstoff-Konzentrationen in zirkulierenden Aquakultursystemen, da Ammoniak-Stickstoff für kultivierte Organismen hochgiftig ist.
(II) Verbesserung der Wasserklarheit
Neben der Entfernung organischer Stoffe entfernen Eiweißabschäumer auch einige Schwebeteilchen, die kleiner als 30 Mikrometer sind, wodurch die Wasserklarheit verbessert wird, was dem Wachstum kultivierter Organismen zugute kommt.
(III) Reduzierung der Krankheitsübertragung
Entfernung von Krankheitserregern: Organische Stoffe und Schwebstoffe im Wasser dienen häufig als Überträger für Krankheitserreger wie Bakterien, Viren und Parasiten. Durch die Entfernung dieser Träger verringert der Eiweißabschäumer die Möglichkeit der Übertragung von Krankheitserregern im Wasser und verringert so das Risiko einer Krankheitsinfektion in Kulturorganismen.