Le particelle solide sospese influiscono negativamente su tutti gli aspetti dei sistemi di acquacoltura a ricircolo industrializzati a terra-. Pertanto, la rimozione delle particelle solide sospese è l’obiettivo primario del trattamento dell’acqua di acquacoltura a ricircolo. Nei sistemi di acquacoltura a ricircolo, la maggior parte delle particelle in massa sono inferiori a 100 micrometri. A causa della turbolenza dell'acqua, della biodegradazione e dell'agitazione meccanica, le particelle sospese non rimosse tempestivamente possono rompersi in particelle sospese più fini, generalmente inferiori a 30 micrometri. In queste condizioni il trattamento di sedimentazione e la filtrazione meccanica diventano inefficaci.
Il frazionamento della schiuma è una tecnica utilizzata per rimuovere le particelle fini sospese. Implica l'introduzione di aria nel corpo idrico, consentendo ai tensioattivi presenti nell'acqua di essere adsorbiti sulle microbolle. Queste bolle, trasportando il materiale adsorbito, risalgono in superficie per galleggiamento formando schiuma, rimuovendo così dall'acqua le sostanze disciolte e sospese. Attualmente, il frazionamento con schiuma è riconosciuto come uno dei processi principali per rimuovere efficacemente le particelle fini nei sistemi di acquacoltura a ricircolo ed è una componente cruciale di questi sistemi.
I. Principio dello schiumatoio di proteine
1. Principio di frazionamento della schiuma
Lo schiumatoio di proteine funziona principalmente secondo il principio del frazionamento della schiuma. Nei sistemi di acquacoltura a ricircolo, le escrezioni di organismi coltivati, mangimi non consumati, ecc. contengono grandi quantità di materia organica. Le proteine e altri tensioattivi all'interno di questa materia organica possiedono una natura anfifila (sia idrofila che lipofila). Quando nell'acqua vengono introdotte numerose microbolle, queste sostanze tensioattive vengono adsorbite sulle superfici delle bolle. Quando le bolle salgono, le bolle con proteine adsorbite e altre sostanze formano uno strato di schiuma sulla superficie dell'acqua. Lo strato di schiuma, avendo una densità inferiore, si separa facilmente dal corpo idrico, rimuovendo così proteine e altre sostanze organiche dall'acqua.
2. Processo fisico-chimico
Da una prospettiva microscopica, esiste una tensione superficiale tra le bolle e l’acqua. Quando le bolle salgono attraverso l'acqua, le molecole organiche nell'acqua si aggregano verso la superficie della bolla sotto l'influenza della tensione superficiale. Si tratta di un processo di adsorbimento fisico, accompagnato da alcuni cambiamenti chimici, come interazioni tra molecole organiche e reazioni chimiche con la superficie della bolla. Ad esempio, alcune molecole proteiche possono subire una denaturazione, rendendole più facilmente adsorbite nelle bolle.
II. Ruolo degli schiumatoi di proteine nell'acquacoltura a ricircolo
(I) Purificazione dell'acqua
1. Rimozione della materia organica
Gli schiumatoi rimuovono efficacemente la materia organica dall'acqua, comprese proteine, grassi, carboidrati, ecc. Se queste sostanze organiche si accumulano nell'acqua, verranno decomposte dai microrganismi, consumando grandi quantità di ossigeno disciolto e producendo sostanze nocive come azoto ammoniacale e nitrito. La rimozione di queste sostanze organiche tramite lo schiumatoio riduce il carico sulla successiva filtrazione biologica e riduce la produzione di sostanze nocive nell'acqua. Ad esempio, senza uno schiumatoio di proteine, la domanda chimica di ossigeno (COD) nell'acqua può aumentare rapidamente oltre i 100 mg/l, mentre con uno schiumatoio di proteine, il COD può essere controllato intorno a 30 - 50 mg/l.
2. Riduzione della produzione di azoto ammoniacale
Rimuovendo l'azoto-contenente materia organica come le proteine, gli schiumatoi riducono le potenziali fonti di azoto ammoniacale nell'acqua. Ciò è fondamentale per mantenere basse le concentrazioni di azoto ammoniacale nei sistemi di acquacoltura a ricircolo, poiché l’azoto ammoniacale è altamente tossico per gli organismi coltivati.
(II) Miglioramento della limpidezza dell'acqua
Oltre a rimuovere la materia organica, gli schiumatoi rimuovono anche alcune particelle sospese inferiori a 30 micrometri, migliorando così la limpidezza dell'acqua, a vantaggio della crescita degli organismi coltivati.
(III) Riduzione della trasmissione delle malattie
Rimozione dei vettori degli agenti patogeni: la materia organica e le particelle sospese nell'acqua spesso fungono da vettori di agenti patogeni, come batteri, virus e parassiti. Rimuovendo questi trasportatori, lo schiumatoio riduce la possibilità di trasmissione di agenti patogeni nell'acqua, diminuendo il rischio di infezione di malattie negli organismi coltivati.