固体浮遊粒子は、陸上の工業化された循環水産養殖システムのあらゆる側面に悪影響を及ぼします。{0}したがって、固体浮遊粒子の除去は、養殖用水の再循環処理の主な目的です。循環水産養殖システムでは、粒子の大部分は質量で 100 マイクロメートル未満です。水の乱流、生分解、および機械的撹拌により、浮遊粒子がすぐに除去されないと、通常は 30 マイクロメートル未満のより微細な浮遊粒子に分解される可能性があります。このような条件下では、沈降処理や機械濾過は効果がありません。
泡分別は、微細な浮遊粒子を除去するために使用される技術です。これには、水域に空気を導入し、水中の界面活性剤をマイクロバブルに吸着させることが含まれます。吸着された物質を運ぶこれらの泡は、浮力によって表面に上昇して泡を形成し、それによって水から溶解および浮遊物質を除去します。現在、泡分別は、循環水産養殖システムにおいて微粒子を効果的に除去するための主要なプロセスの 1 つとして認識されており、これらのシステムの重要な構成要素となっています。
I. プロテインスキマーの原理
1. 泡の分別原理
プロテインスキマーは主に泡分別の原理に基づいて動作します。循環型養殖システムでは、養殖生物の排泄物や食べ残した餌などに多量の有機物が含まれています。この有機物内のタンパク質やその他の界面活性剤は、両親媒性 (親水性と親油性の両方) の性質を持っています。マイクロバブルを水中に大量に導入すると、これらの界面活性剤物質が泡表面に吸着します。泡が上昇すると、タンパク質などを吸着した泡が水面に泡の層を形成します。密度が低い泡層は水域から容易に分離するため、水からタンパク質やその他の有機物が除去されます。
2. 物理化学的プロセス
微視的に見ると、泡と水の間には表面張力が存在します。泡が水の中を上昇すると、水中の有機分子が表面張力の影響で泡の表面に向かって凝集します。これは、有機分子間の相互作用や気泡表面との化学反応など、いくつかの化学変化を伴う物理的な吸着プロセスです。たとえば、一部のタンパク質分子は変性を受け、泡に吸着されやすくなります。
II.循環水産養殖におけるプロテインスキマーの役割
(I) 水の浄化
1. 有機物の除去
プロテインスキマーは、水中のタンパク質、脂肪、炭水化物などの有機物を効果的に除去します。これらの有機物が水中に蓄積すると、微生物によって分解され、溶存酸素を大量に消費し、アンモニア態窒素や亜硝酸塩などの有害物質が生成されます。プロテインスキマーを介してこれらの有機物を除去すると、その後の生物ろ過の負担が軽減され、水中の有害物質の生成が減少します。たとえば、プロテインスキマーを使用しない場合、水中の化学酸素要求量 (COD) は 100 mg/L を超えて急速に上昇する可能性がありますが、プロテインスキマーを使用すると、COD は約 30 - 50 mg/L に制御できます。
2. アンモニア性窒素の生成量の削減
プロテインスキマーは、タンパク質などの有機物を含む窒素を除去することで、水中のアンモニア態窒素の潜在的な発生源を減らします。{0}アンモニア態窒素は養殖生物にとって非常に有毒であるため、これは循環水産養殖システムにおいてアンモニア態窒素濃度を低く維持するために非常に重要です。
(II) 水の透明度の向上
プロテインスキマーは有機物を除去すると同時に、30 マイクロメートル未満の浮遊粒子も除去するため、水の透明度が向上し、培養生物の成長に役立ちます。
(III) 病気の伝染の減少
病原体媒介物の除去: 水中の有機物や浮遊粒子は、多くの場合、細菌、ウイルス、寄生虫などの病原体のキャリアとして機能します。プロテインスキマーはこれらの担体を除去することで、水中での病原体伝播の機会を減らし、培養生物における病気感染のリスクを低減します。