Твърдите суспендирани частици влияят неблагоприятно върху всички аспекти на-наземните индустриализирани системи за рециркулация на аквакултури. Следователно отстраняването на твърдите суспендирани частици е основната цел на пречистването на рециркулираща вода от аквакултури. В системите за рециркулация на аквакултури по-голямата част от частиците по маса са по-малки от 100 микрометра. Поради турбуленцията на водата, биоразграждането и механичното разбъркване, суспендираните частици, които не са отстранени своевременно, могат да се разпаднат на по-фини суспендирани частици, обикновено по-малки от 30 микрометра. При тези условия седиментационната обработка и механичната филтрация стават неефективни.
Фракционирането на пяна е техника, използвана за отстраняване на фини суспендирани частици. Това включва въвеждане на въздух във водното тяло, което позволява на повърхностно активните вещества във водата да бъдат адсорбирани върху микромехурчетата. Тези мехурчета, носещи адсорбирания материал, се издигат на повърхността чрез плаваемост, за да образуват пяна, като по този начин отстраняват разтворените и суспендирани вещества от водата. Понастоящем фракционирането на пяна е признато за един от основните процеси за ефективно отстраняване на фини частици в системи за рециркулация на аквакултури и е решаващ компонент на тези системи.
I. Принцип на протеиновия скимер
1. Принцип на фракциониране на пяна
Протеиновият скимер работи основно на принципа на фракциониране на пяна. В системите за рециркулация на аквакултури екскрециите от култивирани организми, неизяден фураж и т.н. съдържат големи количества органични вещества. Протеините и другите повърхностноактивни вещества в тази органична материя притежават амфифилна природа (както хидрофилна, така и липофилна). Когато голям брой микромехурчета се въведат във водата, тези повърхностно активни вещества се адсорбират върху повърхностите на мехурчетата. Докато мехурчетата се издигат, мехурчетата с адсорбирани протеини и други вещества образуват слой пяна върху водната повърхност. Слоят от пяна, който има по-ниска плътност, се отделя лесно от водното тяло, като по този начин премахва протеини и други органични вещества от водата.
2. Физикохимичен процес
От микроскопична гледна точка между мехурчетата и водата съществува повърхностно напрежение. Докато мехурчетата се издигат през водата, органичните молекули във водата се агрегират към повърхността на мехурчето под въздействието на повърхностното напрежение. Това е процес на физическа адсорбция, придружен от някои химични промени, като например взаимодействия между органични молекули и химични реакции с повърхността на мехурчето. Например, някои протеинови молекули могат да претърпят денатурация, което ги прави по-лесно адсорбирани върху мехурчетата.
II. Ролята на протеиновите скимери в рециркулационните аквакултури
(I) Пречистване на водата
1. Отстраняване на органична материя
Протеиновите скимери ефективно премахват органичните вещества от водата, включително протеини, мазнини, въглехидрати и др. Ако тези органични вещества се натрупат във водата, те ще бъдат разложени от микроорганизми, консумирайки големи количества разтворен кислород и произвеждайки вредни вещества като амонячен азот и нитрит. Отстраняването на тези органични вещества чрез протеиновия скимер намалява натоварването при последваща биологична филтрация и намалява производството на вредни вещества във водата. Например, без протеинов скимер, ХПК във водата може бързо да нарасне над 100 mg/L, докато с протеинов скимер, ХПК може да се контролира около 30 - 50 mg/L.
2. Намаляване на производството на амонячен азот
Чрез премахване на-съдържаща азот органична материя като протеини, протеиновите скимери намаляват потенциалните източници на амонячен азот във водата. Това е от решаващо значение за поддържане на ниски концентрации на амонячен азот в системи за рециркулация на аквакултури, тъй като амонячният азот е силно токсичен за култивираните организми.
(II) Подобряване на чистотата на водата
Докато премахват органичната материя, протеиновите скимери премахват и някои суспендирани частици, по-малки от 30 микрометра, като по този начин подобряват чистотата на водата, което е от полза за растежа на култивираните организми.
(III) Намаляване на предаването на болести
Отстраняване на патогенни вектори: Органичните вещества и суспендираните частици във водата често служат като носители на патогени, като бактерии, вируси и паразити. Чрез премахването на тези носители протеиновият скимер намалява възможността за предаване на патогени във водата, намалявайки риска от заразяване с болести в култивирани организми.