Classificatie en functies van ultraviolette sterilisatoren in recirculerende aquaculturesystemen

Systeem voor desinfectie in recirculerende aquacultuur

In recirculerende aquacultuursystemen kun je de gevaren van bacteriën en virussen niet onderschatten. Bacteriën verbruiken een groot aantal aan opgeloste zuurstof in het water, wat leidt tot zuurstoftekort bij geteelde organismen, traag groei en zelfs dood. Pathogene bacteriën zoals  Flavobacterium columnare en Aeromonas hydrophila kunnen ziektes zoals kieuwenrot en septiceemie veroorzaken bij geteelde organismen, wat leidt tot grote sterfte en aanzienlijke economische verliezen voor aquacultuurondernemers. Virale infecties worden gekenmerkt door snel overdragen en moeilijk te beheersen, wat een groot aantal geteelde individuen in korte tijd kan besmetten, hun fyysiologische functies verstoort en ernstig de efficiëntie van de aquacultuur beïnvloed.

Ultraviolet (UV) en ozon zijn zeer effectief in het doden van bacteriën en virussen. UV-straling dringt door de celmembranen van microorganismen heen via sterke stralende lichtgolven, bereikt het nucleus en breekt de DNA-dubbelhelixstructuur, waardoor bacteriële vermenigvuldiging wordt voorkomen en dit leidt tot hun dood. Het is bijzonder effectief tegen in water opgeloste bacteriële microorganismen. Ozone, met sterke oxidatiemogelijkheden, reageert snel met bacteriën en virussen, vernietigt hun organelles, DNA en RNA, en verandert de cel-doorlatendheid, wat leidt tot cellyse en dood. Het kan verschillende soorten micro-organismen doden, inclusief vegetatieve bacteriële cellen, sporen, virussen en schimmels. Door zijn goede diffusie-eigenschappen kan ozon het volledige aquacultuurwater ontsmetten zonder dode hoekjes.

UV-sterilisatie

1. Classificatie volgens installatiemethode

UV-sterilisatie-lampen kunnen op basis van de installatiemethode worden ingedeeld in twee typen: in de pijp gemonteerd en in de沟gemonteerd:

• Lampen voor UV-sterilisatie gemonteerd in buizen worden meestal binnen de waterleidingbuizen van recirculerende aquaculturesystemen geïnstalleerd. Het water stroomt rechtstreeks door het buisgedeelte met de sterilisatielamp, wat volledige contact garandeert tussen water en UV-licht, waardoor het stromende water efficiënt wordt gesteriliseerd. Hun voordelen omvatten een compacte structuur die goed samenwerkt met het buizensysteem, waardoor ze geschikt zijn voor watersterilisatie in situaties met relatief lage debieten.

• Lampen voor UV-sterilisatie gemonteerd in kanalen worden doorgaans boven of aan de zijkanten van open waterkanalen met een bepaalde breedte en diepte geïnstalleerd, waarbij ze het water dat door het kanaal stroomt bestrijlen en ontsmetten. Ze kunnen een groot wateroppervlak bedekken, waardoor ze geschikt zijn voor grote debieten en open watermassa's, waarbij wordt gegarandeerd dat een groot wateroppervlak effectief wordt bestraald met UV-licht om de sterilisatieprestatie te waarborgen.

2. Classificatie op basis van spanningsterkte

UV-sterilisatie-lampen worden onderverdeeld in twee typen op basis van spanningssnelheid: laagdruk en mediumdruk:

Laagdruk (LP) UV-sterilisatie-lampen werken bij relatief lage spanningen en genereren meestal enkelgolf UV-licht, voornamelijk rond 254 nanometer . Deze golflengte heeft een belangrijk germicide effect, lage energieverbruik en goede stabiliteit. Toch is hun vermogen relatief beperkt, waardoor ze geschikt zijn voor kleine toepassingen of plaatsen waar extreem hoge sterilisatie-intensiteit niet vereist is.

Middendruk (MP) UV-sterilisatie-lampen werken op hogere spanningen, waardoor multi-golflengte UV-licht wordt gegenereerd met een bredere dekking en een sterkere ontsmettingscapaciteit. Ze hebben een hogere kracht, wat snel behandeling van grote hoeveelheden en zeer vervuilde watermassa's toelaat. Ze verbruiken echter meer energie en hebben hogere apparatuurkosten, waardoor ze vaak worden gebruikt in grote schaal recirculerende aquaculturesystemen met hoge eisen voor ontsmettings-efficiëntie en behandelingcapaciteit.

3. Principes en Invloedsfactoren van UV-sterilisatie

UV-licht is een soort elektromagnetische straling, verdeeld in meerdere golflengtebanden. De primaire band die wordt gebruikt voor sterilisatie is de UVC-band (200-280 nanometer), met ongeveer 254 nanometer als de meest effectieve golflengte voor germicide doeleinden. Wanneer circulerend water met microorganismen zoals bacteriën door de irradiatiezone van een UV-sterilisatielamp stroomt, wordt de energie van UV-fotons opgenomen door het genetisch materiaal (zoals DNA of RNA) binnen de microbiële cellen. De chemische bindingen in dit genetisch materiaal breken na het opnemen van voldoende UV-energie – bijvoorbeeld worden waterstofbindingen in de dubbele helixstructuur van het DNA vernietigd – waardoor genetische informatieprocessen zoals replicatie en transcriptie worden verstoord. Dit voorkomt dat microorganismen zoals bacteriën zich kunnen voortplanten, wat leidt tot hun dood en daarmee het water steriliseert en zuivert, wat de watersicherheid waarborgt en een gezonde groeiomgeving schept voor geteelde organismen.

De belangrijkste factoren die invloed hebben op de effectiviteit van UV-sterilisatie in recirculerende aquacultuur zijn als volgt:

1.UV-dosering

De UV-dosering, bepaald door de UV-intensiteit en de belichtingstijd, is cruciaal voor de effectiviteit van de sterilisatie. Een ontoereikende dosering kan de DNA- of RNA-structuur van microorganismen zoals bacteriën en virussen niet verbreken, wat leidt tot een onvoldoende sterilisatie. Alleen wanneer de specifieke dosering wordt bereikt die nodig is voor het doelwitmicroorganisme, kan een goede sterilisatiegraad worden gegarandeerd.

2.Watertroebeling

Oplosbare stoffen en organische deeltjes in water verhogen de troebeling. Deze impurenheden verspreiden en absorberen UV-licht, waardoor het niet door het water kan dringen en de daadwerkelijke UV-blootstelling van microorganismen afneemt, wat de sterilisatie-efficiëntie vermindert. Hoe hoger de troebeling, hoe meer UV-licht wordt gedempt, en hoe slechter de sterilisatiecapaciteit.

• Waterdebiet

Een te hoog waterdebiet verkleint de verblijftijd van micro-organismen in de UV-bestralingzone, waardoor ze niet voldoende UV-dosis ontvangen en de ontsmetting ontoereikend is. Een te laag debiet, hoewel het de bestralingsduur waarborgt, kan de algemene efficiëntie van het circulerende watersysteem beïnvloeden.

• Microbiële soorten

Verschillende micro-organismen hebben verschillende toleranties tegenover UV-licht. Bijvoorbeeld, bacteriële sporen, door hun speciale structuur, zijn resisterender tegen UV-bestraling dan gewone bacteriële cellen. Virussen, zonder celstructuur, verschillen ook in hun UV-gevoeligheid van bacteriën. Daarom beïnvloeden de aanwezige soorten micro-organismen de ontsmettings-effectiviteit.

• Veroudering van de lamp

Naarmate de gebruikstijd toeneemt, neemt de lichtefficiëntie van UV-lampen geleidelijk af, waardoor ook de uitkomstende UV-intensiteit en het effectieve sterilisatiedosis afnemen. Dit resulteert in een daling van de sterilisatieprestaties in vergelijking met toen de lampen nieuw waren geïnstalleerd.