Klassificering och funktioner av ultraviolett sterilisatorer i återcirkulerande fiskodlingsanläggningar

System för avloppsrenning i recirkulerande akvakultur

I recirkulerande akvakultursystem kan farerna med bakterier och virus inte underbedömas. Bakterier förbrukar en stor mängd upplöst syre i vattnet, vilket leder till syremangel hos odlingar, långsamt växtväxande och till och med döden. Patogena bakterier som...  Flavobacterium columnare och Aeromonas hydrophila kan orsaka sjukdomar som näshinna och septikemi hos odlingar, vilket leder till omfattande dödlighet och betydande ekonomiska förluster för akvakulturare. Virussmittor kännetecknas av snabb spridning och svårigheter att kontrollera, vilket kan infektera ett stort antal odlade individer på kort tid, störa deras fysiologiska funktioner och allvarligt påverka effektiviteten i akvakulturen.

Ultraviolett (UV) och ozon är mycket effektiva i att döda bakterier och virus. UV-strålning tränger in i cellmembranen hos mikroorganismer genom stark radiativ ljusbåge, når kärnan och bryter DNA-dubbelspiralstrukturen, vilket förhindrar att bakterier kan multiplicera och leder till deras död. Det är särskilt effektivt mot upphängda bakteriella mikroorganismer i vatten. Ozon, med sina starka oxidationsegenskaper, reagerar snabbt med bakterier och virus, förstör deras organeller, DNA och RNA, och ändrar cellpermeabiliteten, vilket leder till celllysys och död. Det kan döda en mängd olika mikroorganismer, inklusive vegetativa bakterieceller, sporer, virus och svampar. Tack vare sin goda diffusionsförmåga kan ozon desinficera allt uppfostringsvatten utan döda vinklar.

UV-sterilisering

1. Indelning efter monteringsmetod

UV-steriliseringslampar kan indelas i två typer baserat på monteringsmetod: rörmonterad och kanalmonterad:

• Rörmonterade UV-steriliseringslampor installeras vanligtvis inuti vattenförsyningsrören i recirkulerande akvakultursystem. Vattnet flöder direkt genom rördelarna med steriliseringslampan, vilket säkerställer full kontakt mellan vattnet och UV-ljuset, så att det effektivt steriliserar det strömmande vattnet. Deras fördelar inkluderar en kompakt struktur som integrerar väl med rörsystemet, vilket gör dem lämpliga för vattensterilisering i situationer med relativt låga flöden.

• Kanalmonterade UV-steriliseringslampor installeras vanligtvis ovanför eller på sidorna av öppna vattenkanaler med en viss bredd och djup, vilket strålar och steriliserar vattnet som flödar genom kanalen. De kan täcka ett stort vattenområde, vilket gör dem lämpliga för hantering av höga flöden och öppna vattenytor, och säkerställer att ett stort vattenområde effektivt strålas av UV-ljus för att garantera steriliseringsprestationen.

2. Klassificering efter spänningsintensitet

UV-steriliseringslampar delas in i två typer baserat på spänningsintensitet: lågtryck och mediumtryck:

Lågtrycks (LP) UV-steriliseringslampar fungerar vid relativt låga spänningar och genererar vanligtvis enkelvågs UV-ljus, främst kring 254 nanometer . Denna våglängd har en betydande germicida effekt, låg energiförbrukning och god stabilitet. Dock är deras kapacitet relativt begränsad, vilket gör dem lämpliga för småskaliga tillämpningar eller platser där extremt hög steriliseringsintensitet inte krävs.

Mellantryck (MP) UV-steriliseringslampar fungerar vid högre spänningar och genererar flervågs UV-ljus med bredare täckning och starkare germicida förmåga. De har högre effekt, vilket tillåter snabb behandling av stora vattenmassor med hög förorening. Dock förbrukar de mer energi och har högre utrustningskostnader, vilket gör dem vanligtvis använda i storskaliga recirkulerande akvakultursystem med höga krav på steriliserings-effektivitet och behandlingskapacitet.

3. Principer och påverkansfaktorer för UV-sterilisering

UV-ljus är en typ av elektromagnetisk strålning, indelad i flera våglängdsband. Det huvudsakliga bandet som används för sterilisering är UVC-bandet (200-280 nanometer), där ungefär 254 nanometer är den mest effektiva våglängden för germicida ändamål. När cirkulerande vatten som bär mikroorganismer som bakterier flödar genom utsättningsområdet för en UV-steriliseringslampa absorberas energin från UV-fotoner av det genetiska materialet (som DNA eller RNA) inom mikrobiella celler. De kemiska bindningarna i dessa genetiska material bryts efter att ha absorberat tillräckligt med UV-energi – till exempel förstöras vätebindningarna i DNA:s dubbelspiralstruktur – vilket stör genetiska informationsprocesser som replikation och transkription. Detta förhindrar att mikroorganismer som bakterier kan multiplicera, vilket leder till deras död och därmed steriliserar och renar det cirkulerande vattnet, vilket säkerställer vattenkvalitets-säkerhet och skapar en hälsosam växtmiljö för odlingar.

De huvudsakliga faktorerna som påverkar effektiviteten av UV-sterilisering i recirkulerande akvakultur är följande:

1.UV-dos

UV-dos, som bestäms av UV-intensitet och utsättnings tid, är avgörande för steriliseringsverkan. En otillräcklig dos kan inte förstöra DNA- eller RNA-strukturen hos mikroorganismer som bakterier och virus, vilket leder till en ineffektiv sterilisering. Endast när den specifika dos som krävs av målmikroorganismerna uppnås kan en bra steriliseringsgrad garanteras.

2.Vattenmulet

Upplösta partiklar och organiska material i vattnet ökar mulet. Dessa föroreningar sprider och absorberar UV-ljus, vilket förhindrar att det tränger genom vattnet och minskar den faktiska UV-utsättningen för mikroorganismer, vilket leder till en minskad steriliserings-effektivitet. Ju högre mulet, desto mer attentueras UV-ljuset och desto sämre blir steriliseringsförmågan.

• Vattenflödeshastighet

En för hög vattenflödeshastighet kortar ned boverksam tid för mikroorganismerna i UV-bestraffningsområdet, vilket hindrar dem från att få tillräcklig UV-dos och leder till ofullständig avstavningsning. För långsam flödeshastighet, även om den säkerställer bestraffningstid, kan påverka den totala effektiviteten hos det cirkulerande vattnessystemet.

• Mikroberarter

Olika mikroorganismer har varierande tolerans mot UV-ljus. Till exempel är bakteriesporer, på grund av deras speciella struktur, mer motståndskraftiga mot UV-bestraffning än vanliga baktericeller. Virus, som saknar cellstruktur, skiljer sig också i sin UV-känslighet från bakterier. Därför påverkar de närvarande mikroorganismtyperna avstavningsens effektivitet.

• Lampåldern

När användningstiden ökar minskar den lysande effektiviteten hos UV-lamporna alltmer, vilket leder till en försvagning av UV-intensiteten och den effektiva desinfekteringsdos som tillhandahålls. Detta medför en försämring av desinfekteringseffekten i jämförelse med när lamporna var nysatta.