Классификация и функции ультрафиолетовых стерилизаторов в системах переработки аквакультуры

Система дезинфекции для замкнутых аквакультурных систем

В замкнутых аквакультурных системах нельзя недооценивать опасность бактерий и вирусов. Бактерии потребляют большое количество растворенного кислорода в воде, что приводит к недостатку кислорода у выращиваемых организмов, замедленному росту и даже смерти. Патогенные бактерии, такие как ...  Flavobacterium columnare и Aeromonas hydrophila могут вызывать заболевания, такие как гниение жабр и септицемия у выращиваемых организмов, что приводит к массовой гибели и значительным экономическим потерям для рыбоводов. Вирусные инфекции характеризуются быстрой передачей и трудностью контроля, что может заразить большое количество выращиваемых особей за короткое время, нарушить их физиологические функции и серьезно повлиять на эффективность аквакультуры.

Ультрафиолетовое (UV) излучение и озон высокоэффективны в уничтожении бактерий и вирусов. УФ-излучение проникает через клеточную мембрану микроорганизмов благодаря сильным световым волнам, достигает ядра и разрушает двойную спираль ДНК, предотвращая размножение бактерий и приводя к их гибели. Особенно эффективно оно против плавающих в воде бактериальных микроорганизмов. Озон, обладая сильными окислительными свойствами, быстро реагирует с бактериями и вирусами, разрушая их органеллы, ДНК и РНК, а также изменяя проницаемость клеток, что приводит к лизису клеток и их гибели. Он может уничтожать различные микроорганизмы, включая вегетативные клетки бактерий, споры, вирусы и грибы. Благодаря хорошей диффузии, озон может дезинфицировать всю аквакультурную воду без слепых зон.

УФ-стерилизация

1. Классификация по методу установки

УФ-лампы для стерилизации могут быть разделены на два типа в зависимости от метода установки: трубчатые и каналообразные:

• Лампы ультрафиолетовой стерилизации, установленные на трубах, обычно монтируются внутри водопроводных труб линий доставки воды систем круговоротного рыбоводства. Вода непосредственно протекает через секцию трубы с лампой стерилизации, обеспечивая полный контакт между водой и ультрафиолетовым светом, что эффективно стерилизует текущую воду. Их преимущества включают компактную конструкцию, хорошо интегрирующуюся с системой трубопроводов, что делает их подходящими для стерилизации воды в условиях относительно низких расходов.

• Лампы ультрафиолетовой стерилизации, установленные над каналами, как правило, крепятся сверху или на сторонах открытых водных каналов определенной ширины и глубины, облучая и стерилизуя воду, протекающую через канал. Они могут охватывать большую площадь воды, что делает их подходящими для обработки больших расходов и открытых водоемов, гарантируя, что большая площадь воды эффективно облучается ультрафиолетовым светом для обеспечения стерилизации.

2. Классификация по напряжению

УФ-лампы для стерилизации делятся на два типа в зависимости от напряжения: низкого давления и среднего давления:

Лампы низкого давления (LP) для УФ-стерилизации работают при относительно низком напряжении и обычно излучают монохроматический ультрафиолетовый свет, преимущественно около 254 нанометра . Эта длина волны обладает значительным бактерицидным эффектом, низким потреблением энергии и хорошей стабильностью. Однако их мощность относительно ограничена, что делает их подходящими для маломасштабных применений или мест, где не требуется крайне высокая интенсивность стерилизации.

Лампы средневольтной (MP) ультрафиолетовой стерилизации работают на более высоких напряжениях, вырабатывая многочастотный ультрафиолетовый свет с более широким охватом и более сильным бактерицидным действием. Они обладают большей мощностью, что позволяет быстро обрабатывать большие объемы сильно загрязненной воды. Однако они потребляют больше энергии и имеют более высокую стоимость оборудования, поэтому их часто используют в крупных системах рециркуляционного рыбоводства с высокими требованиями к эффективности стерилизации и пропускной способности.

3. Принципы и факторы, влияющие на УФ-стерилизацию

УФ-излучение — это тип электромагнитного излучения, разделённый на несколько диапазонов длин волн. Основной диапазон, используемый для стерилизации, — это диапазон УФС (200-280 нанометров), при этом длина волны около 254 нанометров является наиболее эффективной для бактерицидных целей. Когда циркулирующая вода, содержащая микроорганизмы, такие как бактерии, проходит через зону облучения ультрафиолетовой лампы стерилизации, энергия УФ-фотонов поглощается генетическим материалом (например, ДНК или РНК) внутри микробных клеток. После поглощения достаточной УФ-энергии химические связи в этих генетических материалах разрушаются — например, разрываются водородные связи в двойной спирали ДНК, что нарушает процессы обработки генетической информации, такие как репликация и транскрипция. Это препятствует размножению микроорганизмов, таких как бактерии, что приводит к их гибели и, следовательно, к стерилизации и очистке циркулирующей воды, обеспечивая безопасность качества воды и создавая здоровую среду для выращивания организмов.

Основные факторы, влияющие на эффективность УФ-стерилизации в рециркулирующем рыбоводстве, следующие:

1.Доза УФ

Доза УФ, определяемая интенсивностью УФ и временем облучения, критически важна для эффективности стерилизации. Недостаточная доза не может разрушить структуру ДНК или РНК микроорганизмов, таких как бактерии и вирусы, что приводит к неэффективной стерилизации. Только при достижении необходимой дозы для целевых микроорганизмов можно обеспечить хорошую степень стерилизации.

2.Замутненность воды

Взвешенные частицы и органические вещества в воде увеличивают замутненность. Эти примеси рассеивают и поглощают ультрафиолетовое излучение, препятствуя его проникновению в воду и снижая фактическое воздействие УФ на микроорганизмы, что уменьшает эффективность стерилизации. Чем выше замутненность, тем больше происходит ослабление УФ-излучения, и тем хуже способность к стерилизации.

• Скорость потока воды

Слишком высокая скорость потока воды сокращает время пребывания микроорганизмов в зоне облучения УФ, препятствуя их получению достаточной дозы УФ-излучения и приводя к неполному обеззараживанию. Слишком низкая скорость потока, хотя и обеспечивает время облучения, может повлиять на общую эффективность системы рециркуляции воды.

• Виды микроорганизмов

Разные микроорганизмы имеют различную устойчивость к УФ-излучению. Например, бактериальные споры, благодаря своей особой структуре, более устойчивы к УФ-облучению, чем обычные бактериальные клетки. Вирусы, не имеющие клеточной структуры, также отличаются в своей чувствительности к УФ от бактерий. Таким образом, виды присутствующих микроорганизмов влияют на эффективность обеззараживания.

• Степень старения лампы

При увеличении времени использования световая эффективность ультрафиолетовых ламп постепенно снижается, что приводит к уменьшению интенсивности выходящего УФ-излучения и эффективной дозы стерилизации. Это вызывает снижение показателей дезинфекции по сравнению с тем периодом, когда лампы были новыми.