Klasifikacija i funkcije ultravijoletnih sterilizatora u sustavima za ponovno korištenje ribarstvenih voda

Sustav dezinfekcije za recirkulacijske akvakultne sustave

U recirkulacijskim akvakultnim sustavima, opasnosti bakterija i virusa ne smiju se podcenjivati. Bakterije potroše veliku količinu otopljenog kisika u vodi, što uzrokuje manjkavu količinu kisika kod odgojenih organizama, usporiti rast i čak smrt. Patogeni bakteriji kao što su  Flavobacterium columnare i Aeromonas hydrophila mogu uzrokovati bolesti poput gnilje žabica i septicemije kod riječnih organizama, što vodi do velikih gubitaka i značajnih ekonomskih šteta za ribarstvo. Viraške infekcije karakteriziraju brza rasprostranjenja i teškoća u upravljanju, što može zaraziti veliki broj uzgojničkih jedinki u kratkom vremenu, ponarušiti njihove fiziološke funkcije i ozbiljno utjecati na učinkovitost ribarstva.

Ultraljubičasto (UV) zračenje i ozon su izuzetno učinkoviti u uništavanju bakterija i virusa. UV zračenje pronikne kroz ćelijsku membranu mikroorganizama putem jakih radiativnih valova, dostigne jezgra i razbije dvostruki heliksni oblik DNA-ja, što sprečava reproduciranje bakterija i vodi do njihove smrti. Posebno je učinkovito protiv bakterijskih mikroorganizama u suspenziji u vodi. Ozon, snažnim oksidacijskim svojstvima, brzo reagira s bakterijama i virusima, uništavajući im organelle, DNA i RNA, te mijenjaću prividnost ćelije, što vodi do liza i smrti ćelije. Može uništiti širok spektar mikroorganizama, uključujući vegetativne stanice bakterija, spore, virusa i gljive. Zbog dobre difuzibilnosti, ozon može dezinficirati cijelu ribarstvenu vodu bez mrtvih kutova.

UV Sterilizacija

1. Klasifikacija prema načinu montiranja

UV sterilizacijske lampe se mogu podijeliti u dvije vrste prema načinu montiranja: montirane u cijevi i montirane u kanalu:

• Lampe za UV sterilizaciju montirane na cijevi obično se montiraju unutar vodovoda za distribuciju vode u recirkulacijskim akvakulturnim sustavima. Voda protječe direktno kroz odjeljak cijevi s lamplom za sterilizaciju, osiguravajući puni kontakt između vode i UV zraka, čime se učinkovito sterilizira tekuća voda. Njihove prednosti uključuju kompaktnu strukturu koja se dobro integrira u sustav cijevi, čime postaju prikladne za sterilizaciju vode u scenarijima s relativno niskim stopama protoka.

• Lampe za UV sterilizaciju montirane na kanalu općenito se montiraju iznad ili na stranama otvorenih vodenih kanala određene širine i dubine, ožarevajući i sterilizirajući vodu koja protječe kroz kanal. One mogu pokriti veliku površinu vode, što ih čini prikladnim za obradu velikih stopa protoka i otvorene vodene tijele, osiguravajući da velika površina vode bude učinkovito ožarena UV zrakom kako bi se osigurala performansа sterilizacije.

2. Klasifikacija prema intenzitetu napona

UV sterilizacijske lampe su podijeljene u dvije vrste ovisno o intenzitetu napona: niskog tlaka i srednjeg tlaka:

UV sterilizacijske lampe niskog tlaka (LP) rade na relativno niskim napovima i tipično generiraju jednodobnu UV zraku, uglavnom oko 254 nanometra . Ta valna duljina ima značajan bakteriološki učinak, niska potrošnja energije i dobra stabilnost. Međutim, njihova snaga je relativno ograničena, što ih čini prikladnim za male primjene ili mjesta gdje nije potrebna ekstremno visoka intensitet sterilizacije.

Lampice za srednje tlakove (MP) UV sterilizacije rade na višim naprezima, generirajući višeznačnu UV zraku s širegom pokrivačom i jačim germicidnim mogućnostima. Imaju veću moć, što omogućuje brzu obradu velikih obujmina i vrlo onesvježene vode. Međutim, potroše više energije i imaju veće troškove opreme, što ih čini često korištenim u velikim recirkulacijskim ribarstvenim sustavima s visokim zahtjevima za učinkovitosti sterilizacije i kapacitet obrade.

3. Principi i utjecajni faktori UV sterilizacije

UV zraka je vrsta elektromagnetske radijacije, podijeljena u više odsečaka valne dužine. Glavni odsečak koji se koristi za sterilizaciju jest UVC odsečak (200-280 nanometara), pri čemu je valna dužina od oko 254 nanometra najučinkovitija za germicidalne svrhe. Kada cirkulirajuća voda koja nosi mikroorganizme poput bakterija teče kroz oblast irradijacije UV lampe za sterilizaciju, energija UV fotonima absorbirana je od strane genetskih materijala (poput DNA ili RNA) unutar mikrobioloških stanica. Kemikalne veze u tim genetskim materijalima prekidaju nakon što apsorbiraju dovoljno UV energije – na primjer, vodika veze u dvostruko spiralskoj strukturi DNA uništavaju se – time se ruši procesiranje genetskih informacija poput replikacije i transkripcije. To sprečava da se mikroorganizmi kao što su bakterije razmnožavaju, što dovodi do njihove smrti i tako se sterilizira i očišćuje cirkulirajuća voda, osiguravajući sigurnost kvalitete vode i stvarajući zdravo okruženje za rast uzgojenih organizama.

Glavni čimbenici koji utječu na učinkovitost UV sterilizacije u recirkulacijskim ribarstvenim sustavima su sljedeći:

1.UV doza

UV doza, određena UV intenzitetom i vremenom zračenja, ključno je za učinkovitost sterilizacije. Premala doza ne može razrušiti DNA ili RNA strukturu mikroorganizama poput bakterija i virusa, što dovodi do neefikasne sterilizacije. Samo kada se postigne specifična doza koja je potrebna za ciljane mikroorganisme, može se osigurati dobra stopa sterilizacije.

2.Turbidnost vode

Održine i organski čestici u vodi povećavaju turbidnost. Ove nepure se rasipuju i apsorbiraju UV svjetlo, sprečavajući ga da pronikne u vodu i smanjujući stvarnu UV ekspoziciju mikroorganizama, time smanjujući učinkovitost sterilizacije. Čim viša je turbidnost, više se UV svjetlo širom smanjuje, a slablja je sposobnost sterilizacije.

• Toku vode

Prebrz točak vode smanjuje vrijeme boravka mikroorganizama u području UV zračenja, što im sprečava da primaju dovoljnu UV dozu i uzrokuje nepotpunu sterilizaciju. Preuspor točak, iako osigurava vrijeme zračenja, može utjecati na ukupnu učinkovitost sustava za ponovno cirkuliranje vode.

• Vrste mikroorganizama

Različiti mikroorganizmi imaju različite tolerancije prema UV zračenju. Na primjer, bakterijske špore, zbog svoje posebne strukture, su otpornije na UV zračenje od običnih bakterijskih stanica. Virusi, koji nemaju ćelijsku strukturu, također se razlikuju u svojoj UV osjetljivosti od bakterija. Stoga vrste prisutnih mikroorganizama utječu na učinkovitost sterilizacije.

• Stepen starenja lampe

S povećanjem vremena korištenja, svjetlosna učinkovitost UV lampa postepeno opada, smanjujući izlaznu UV intenzitetu i efektivnu sterilnu dozu koju pružaju. To uzrokuje pad performansi sterilizacije u usporedbi s onima kada su lampe bile novo instalirane.