تؤثر الجزيئات الصلبة العالقة سلبًا على جميع جوانب أنظمة تربية الأحياء المائية الصناعية المعاد تدويرها القائمة على الأرض. ولذلك، فإن إزالة الجزيئات الصلبة العالقة هو الهدف الأساسي لإعادة تدوير معالجة مياه تربية الأحياء المائية. وفي أنظمة تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها، تكون غالبية الجسيمات من حيث الكتلة أصغر من 100 ميكرومتر. بسبب اضطراب الماء، والتحلل الحيوي، والإثارة الميكانيكية، فإن الجسيمات العالقة التي لم تتم إزالتها على الفور يمكن أن تتحلل إلى جزيئات معلقة أصغر، عادة أصغر من 30 ميكرومتر. في ظل هذه الظروف، تصبح معالجة الترسيب والترشيح الميكانيكي غير فعالة.
تجزئة الرغوة هي تقنية تستخدم لإزالة الجزيئات العالقة الدقيقة. وهو يتضمن إدخال الهواء إلى الجسم المائي، مما يسمح بامتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي الموجودة في الماء على الفقاعات الدقيقة. وترتفع هذه الفقاعات التي تحمل المادة الممتزة إلى السطح عن طريق الطفو لتشكل رغوة، وبالتالي إزالة المواد الذائبة والعالقة من الماء. في الوقت الحالي، يتم التعرف على تجزئة الرغوة باعتبارها إحدى العمليات الأولية لإزالة الجزيئات الدقيقة بشكل فعال في أنظمة تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها، وهي عنصر حاسم في هذه الأنظمة.
I. مبدأ مقشدة البروتين
1. مبدأ تجزئة الرغوة
تعمل مقشدة البروتين بشكل أساسي على مبدأ تجزئة الرغوة. في أنظمة تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها، تحتوي إفرازات الكائنات المستزرعة والأعلاف غير المأكولة وما إلى ذلك على كميات كبيرة من المواد العضوية. تمتلك البروتينات والمواد الخافضة للتوتر السطحي الأخرى الموجودة في هذه المادة العضوية طبيعة amphiphilic (سواء محبة للماء أو محبة للدهون). عندما يتم إدخال عدد كبير من الفقاعات الدقيقة في الماء، فإن هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي تمتز على أسطح الفقاعات. ومع ارتفاع الفقاعات، تشكل الفقاعات التي تحتوي على بروتينات ممتصة ومواد أخرى طبقة رغوية على سطح الماء. تنفصل الطبقة الرغوية، ذات الكثافة المنخفضة، بسهولة عن الجسم المائي، وبالتالي تزيل البروتينات والمواد العضوية الأخرى من الماء.
2. العملية الفيزيائية والكيميائية
من منظور مجهري، التوتر السطحي موجود بين الفقاعات والماء. عندما ترتفع الفقاعات عبر الماء، تتجمع الجزيئات العضوية الموجودة في الماء باتجاه سطح الفقاعة تحت تأثير التوتر السطحي. وهي عملية امتزاز فيزيائي، يصاحبها بعض التغيرات الكيميائية، مثل التفاعلات بين الجزيئات العضوية والتفاعلات الكيميائية مع سطح الفقاعة. على سبيل المثال، قد تخضع بعض جزيئات البروتين لعملية تمسخ، مما يجعلها أكثر سهولة في الامتصاص على الفقاعات.
ثانيا. دور كاشطات البروتين في إعادة تدوير تربية الأحياء المائية
(ط) تنقية المياه
1. إزالة المواد العضوية
تعمل كاشطة البروتين على إزالة المواد العضوية من الماء بشكل فعال، بما في ذلك البروتينات والدهون والكربوهيدرات وما إلى ذلك. وإذا تراكمت هذه المواد العضوية في الماء، فسوف تتحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، وتستهلك كميات كبيرة من الأكسجين المذاب وتنتج مواد ضارة مثل نيتروجين الأمونيا والنتريت. تؤدي إزالة هذه المواد العضوية عبر مقشدة البروتين إلى تقليل العبء على الترشيح البيولوجي اللاحق وتقليل إنتاج المواد الضارة في الماء. على سبيل المثال، بدون كاشطة البروتين، يمكن أن يرتفع الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) في الماء بسرعة فوق 100 ملجم/لتر، بينما مع كاشطة البروتين، يمكن التحكم في الطلب على الأكسجين الكيميائي بحوالي 30 - 50 ملجم/لتر.
2. تقليل إنتاج نيتروجين الأمونيا
ومن خلال إزالة النيتروجين-الذي يحتوي على مواد عضوية مثل البروتينات، تعمل كاشطات البروتين على تقليل المصادر المحتملة لنيتروجين الأمونيا في الماء. وهذا أمر بالغ الأهمية للحفاظ على تركيزات منخفضة من نيتروجين الأمونيا في أنظمة تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها، حيث أن نيتروجين الأمونيا شديد السمية للكائنات الحية المستزرعة.
(ثانيا) تحسين وضوح المياه
أثناء إزالة المواد العضوية، تقوم كاشطات البروتين أيضًا بإزالة بعض الجزيئات العالقة التي يقل حجمها عن 30 ميكرومترًا، وبالتالي تحسين نقاء المياه، مما يفيد نمو الكائنات الحية المستزرعة.
(ثالثا) الحد من انتقال المرض
إزالة نواقل الأمراض: غالبًا ما تعمل المواد العضوية والجزيئات العالقة في الماء كحاملات لمسببات الأمراض، مثل البكتيريا والفيروسات والطفيليات. ومن خلال إزالة هذه الناقلات، تقلل مقشدة البروتين من فرصة انتقال مسببات الأمراض داخل الماء، مما يقلل من خطر الإصابة بالمرض في الكائنات المستزرعة.