Klasyfikacja i funkcje ultrafioletowych sterilizatorów w systemach akwakultury z recyklingiem

System dezynfekcji w hodowli ryb z recyklingiem

W systemach hodowlanych z recyklingiem nie można przecenić zagrożeń bakteriami i wirusami. Bakterie zużywają dużą ilość rozpuszczonego tlenku w wodzie, co prowadzi do niedoboru tlenu u hodowanych organizmów, powolnego wzrostu oraz nawet śmierci. Patogenne bakterie, takie jak  Flavobacterium columnare i Aeromonas hydrophila mogą powodować choroby, takie jak zgnilizna żaberek i septycemię u organizmów hodowlanych, prowadzące do masowych umieralności i znaczących strat ekonomicznych dla hodowców ryb. Zakażenia wirusowe charakteryzują się szybkim rozprzestrzenianiem się i trudnością w kontroli, co może spowodować zainfekowanie dużej liczby jednostek hodowlanych w krótkim czasie, zakłócić ich funkcje fizjologiczne i poważnie wpłynąć na efektywność hodowli wodnych.

Ultrafiolet (UV) i ozon są wysoce skuteczne w zabijaniu bakterii i wirusów. Promieniowanie UV przenika przez błonę komórkową mikroorganizmów za pomocą silnych fal światła radiacyjnego, dociera do jądra i niszczy dwuliniową strukturę DNA, uniemożliwiając bakteriom rozmnażanie się, co prowadzi do ich śmierci. Jest szczególnie skuteczne wobec zawieszonych mikroorganizmów bakteryjnych w wodzie. Ozon, dzięki swoim silnym właściwościom utleniaczowym, szybko reaguje z bakteriami i wirusami, niszcząc ich organella, DNA i RNA oraz zmieniając przepuszczalność membran komórkowych, co prowadzi do lizysu i śmierci komórki. Może zabijać różnorodne mikroorganizmy, w tym komórki bakteryjne, puchy, wirusy i grzyby. Dzięki swojej dobrej dyfuzyjności, ozon może dezynfekować całą wodę hodowlaną bez martwych kątów.

Sterylizacja UV

1. Klasyfikacja według metody montażu

Lampy sterylizujące UV mogą być podzielone na dwa rodzaje w zależności od metody montażu: montowane na rurociągach i montowane w kanałach:

• Lampy sterilizujące UV montowane na rurach są zazwyczaj instalowane wewnątrz rurociągów do dostawy wody w systemach akwakultury z recyrkulacją. Woda przepływa bezpośrednio przez sekcję rury z lampą sterilizującą, co zapewnia pełny kontakt między wodą a światłem UV, efektywnie dezynfekując przepływającą wodę. Ich zaletami są kompaktowa konstrukcja dobrze integrująca się z systemem rurociągów, co czyni je odpowiednimi do dezynfekcji wody w sytuacjach o stosunkowo niskich przepływach.

• Lampy sterilizujące UV montowane na kanałach są ogólnie instalowane nad lub po bokach otwartych kanałów wodnych o określonej szerokości i głębokości, promieniując i dezynfekując wodę przepływającą przez kanał. Mogą one objąć dużą powierzchnię wody, co sprawia, że są odpowiednie do obsługi dużych przepływów i ciał wód otwartych, zapewniając, że duża powierzchnia wody jest skutecznie oświetlana światłem UV, aby zagwarantować wydajność dezynfekcji.

2. Klasyfikacja według natężenia napięcia

Lampy sterilizujące UV dzielą się na dwa typy według natężenia napięcia: niskiego ciśnienia i średniego ciśnienia:

Lampy sterilizujące UV o niskim ciśnieniu (LP) działają przy względnie niskich napięciach i zazwyczaj generują światło UV o pojedynczej długości fali, głównie wokół 254 nanometry . Ta długość fali ma istotny efekt bakterobójczy, niskie zużycie energii i dobrą stabilność. Jednak ich moc jest względnie ograniczona, co sprawia, że są one odpowiednie do zastosowań małej skali lub miejsc, gdzie nie wymagana jest ekstremalnie wysoka intensywność dezynfekcji.

Lampy sterilizujące UV o średnim ciśnieniu (MP) działają przy wyższych napięciach, generując światło UV o wielu długościach fal z większym zasięgiem i silniejszą zdolnością germicydalną. Posiadają większą moc, co umożliwia szybkie traktowanie dużych objętości wody o wysokim stopniu zanieczyszczenia. Jednakże, zużywają więcej energii i mają wyższe koszty wyposażenia, co sprawia, że są powszechnie używane w dużych systemach akwakultury recyklingowej o wysokich wymaganiach co do efektywności sterylizacji i pojemności obróbki.

3. Zasady i czynniki wpływu na sterylizację UV

Światło UV jest rodzajem promieniowania elektromagnetycznego, podzielonym na wiele pasm długości fali. Głównym pasmem używanym do sterylizacji jest pasmo UVC (200-280 nanometrów), przy czym około 254 nanometry jest najefektywniejszą długością fali w celach germicydalnych. Gdy woda recyklowana, przenosząca mikroorganizmy, takie jak bakterie, przepływa przez strefę irradiacji lampy sterylizującej UV, energia fotonów UV jest soaked przez materiał genetyczny (taki jak DNA lub RNA) w komórkach mikrobowych. Pochłonięcie wystarczającej ilości energii UV powoduje zerwanie wiązań chemicznych w tych materiałach genetycznych – na przykład wiązań wodorowych w strukturze dwuliniowej DNA są niszczone, co zakłóca procesy informacji genetycznej, takie jak replikacja i transkrypcja. To uniemożliwia bakteriom rozmnażanie się, prowadząc do ich śmierci i tym samym sterylizując oraz oczyszczając wodę recyklowaną, zapewniając bezpieczeństwo jakości wody i tworząc zdrowe warunki wzrostu dla hodowlanych organizmów.

Główne czynniki wpływające na skuteczność sterylizacji UV w akwakulturze z recyklingiem są następujące:

1.Dawka UV

Dawka UV, określana przez intensywność UV i czas irradiacji, jest kluczowa dla skuteczności sterylizacji. Niewystarczająca dawka nie może uszkodzić struktury DNA lub RNA mikroorganizmów, takich jak bakterie i wirusy, co prowadzi do nieskutecznego procesu sterylizacji. Dopiero osiągnięcie koniecznej dawki dla docelowych mikroorganizmów gwarantuje dobrą efektywność sterylizacji.

2.Zamglenie wody

Wieszczki zawieszone oraz organiczne cząstki w wodzie zwiększają zamglenie. Te nieczystości rozpraszają i absorbują światło UV, uniemożliwiając mu przeniknięcie wody i zmniejszając rzeczywisty czas ekspozycji mikroorganizmów na promieniowanie UV, co obniża efektywność sterylizacji. Im wyższe zamglenie, tym większa atenuacja światła UV i słabsza zdolność sterylizacyjna.

• Przepływ wody

Zbyt duży przepływ wody skraca czas pobytu mikroorganizmów w strefie irradiacji UV, uniemożliwiając im otrzymanie wystarczającej dawki promieniowania UV i prowadząc do niepełnej dezynfekcji. Zbyt wolny przepływ, mimo zapewnienia czasu irradiacji, może wpłynąć na ogólną wydajność systemu recyklingu wody.

• Gatunki mikrobiologiczne

Różne mikroorganizmy mają zróżnicowane tolerancje do światła UV. Na przykład bakterialne pęcherzyki, ze względu na swoją specjalną strukturę, są bardziej oporne na irradiację UV niż zwykłe komórki bakteryjne. Wirusy, nie posiadające struktury komórkowej, różnią się również w swojej wrażliwości na UV od bakterii. Dlatego rodzaje obecnych mikroorganizmów wpływają na efektywność dezynfekcji.

• Stopień starzenia się lampy

W miarę zwiększania się czasu użytkowania, efektywność luminarna lamp UV stopniowo maleje, co redukuje wyjściową intensywność promieniowania UV oraz dostarczane skuteczne dawki dezynfekcji. Spowoduje to spadek wydajności dezynfekcyjnej w porównaniu do stanu, gdy lampy były nowe.