Phân loại và chức năng của máy khử trùng tia cực tím trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn

Hệ thống khử trùng thủy sản tuần hoàn

Trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn, mối nguy hiểm từ vi khuẩn và virus không thể được coi nhẹ. Vi khuẩn tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan trong nước, dẫn đến thiếu oxy ở sinh vật nuôi, làm chậm sự tăng trưởng và thậm chí gây tử vong. Các loại vi khuẩn có hại như  Flavobacterium columnare và Aeromonas hydrophila có thể gây ra các bệnh như thối mang và huyết độc ở sinh vật nuôi, dẫn đến tỷ lệ tử vong hàng loạt và gây thiệt hại kinh tế lớn cho người nuôi trồng thủy sản. Các nhiễm trùng do virus được đặc trưng bởi khả năng lây lan nhanh chóng và khó kiểm soát, có thể làm lây nhiễm một số lượng lớn cá thể nuôi trong thời gian ngắn, phá hủy chức năng sinh lý của chúng và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả nuôi trồng thủy sản.

Tia cực tím (UV) và ozone có hiệu quả rất cao trong việc tiêu diệt vi khuẩn và virus. Tia UV xuyên qua màng tế bào của vi sinh vật thông qua các sóng ánh sáng mạnh, đạt đến nhân và phá hủy cấu trúc xoắn kép DNA, ngăn chặn vi khuẩn nhân lên và dẫn đến cái chết của chúng. Nó đặc biệt hiệu quả đối với các vi sinh vật vi khuẩn lơ lửng trong nước. Ozone, với tính oxy hóa mạnh, phản ứng nhanh chóng với vi khuẩn và virus, phá hủy các cơ quan trong tế bào, ADN và ARN, làm thay đổi tính thấm của màng tế bào, dẫn đến sự vỡ tế bào và cái chết. Nó có thể tiêu diệt nhiều loại vi sinh vật khác nhau, bao gồm tế bào vi khuẩn, bào tử, virus và nấm. Do khả năng khuếch tán tốt, ozone có thể khử trùng toàn bộ nước nuôi trồng thủy sản mà không có góc chết.

Khử trùng UV

1. Phân loại theo phương pháp lắp đặt

Đèn khử trùng UV có thể được phân thành hai loại dựa trên phương pháp lắp đặt: lắp trong ống và lắp trong kênh:

• Đèn khử trùng UV lắp trên ống thường được lắp đặt bên trong đường ống vận chuyển nước của hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn. Nước chảy trực tiếp qua phần ống có đèn khử trùng, đảm bảo tiếp xúc đầy đủ giữa nước và ánh sáng UV, từ đó khử trùng nước hiệu quả khi nó chảy qua. Ưu điểm của chúng bao gồm cấu trúc nhỏ gọn, tích hợp tốt với hệ thống đường ống, phù hợp cho việc khử trùng nước trong các trường hợp có lưu lượng tương đối thấp.

• Đèn khử trùng UV lắp trong kênh thường được lắp đặt phía trên hoặc bên cạnh các kênh nước mở có chiều rộng và độ sâu nhất định, chiếu xạ và khử trùng nước chảy qua kênh. Chúng có thể phủ sóng một diện tích lớn nước, phù hợp để xử lý lưu lượng lớn và các vùng nước mở, đảm bảo rằng một khu vực lớn nước được chiếu xạ hiệu quả bởi ánh sáng UV để đảm bảo hiệu suất khử trùng.

2. Phân loại theo cường độ điện áp

Đèn khử trùng UV được chia thành hai loại dựa trên cường độ điện áp: áp suất thấp và áp suất trung bình:

Đèn khử trùng UV áp suất thấp (LP) hoạt động ở điện áp tương đối thấp và thường tạo ra ánh sáng UV đơn波dài, chủ yếu xung quanh 254 nanomet . Độ dài sóng này có tác dụng diệt khuẩn đáng kể, tiêu thụ năng lượng thấp và có độ ổn định tốt. Tuy nhiên, công suất của chúng tương đối hạn chế, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng quy mô nhỏ hoặc nơi không cần cường độ khử trùng cực cao.

Các bóng đèn khử trùng UV áp suất trung bình (MP) hoạt động ở điện áp cao hơn, tạo ra ánh sáng UV đa bước sóng với phạm vi phủ rộng hơn và khả năng diệt khuẩn mạnh hơn. Chúng có công suất cao hơn, cho phép xử lý nhanh các nguồn nước có lưu lượng lớn và bị ô nhiễm nặng. Tuy nhiên, chúng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và có chi phí thiết bị cao hơn, khiến chúng thường được sử dụng trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn quy mô lớn với yêu cầu cao về hiệu suất khử trùng và khả năng xử lý.

3. Nguyên lý và các yếu tố ảnh hưởng đến khử trùng UV

Ánh sáng UV là một loại bức xạ điện từ, được chia thành nhiều dải bước sóng khác nhau. Dải chính được sử dụng cho việc khử trùng là dải UVC (200-280 nanomet), với khoảng 254 nanomet là bước sóng hiệu quả nhất cho mục đích diệt khuẩn. Khi nước tuần hoàn chứa vi sinh vật như vi khuẩn chảy qua khu vực chiếu xạ của đèn khử trùng UV, năng lượng của các photon UV được hấp thụ bởi vật liệu di truyền (chẳng hạn như DNA hoặc RNA) bên trong tế bào vi sinh. Các liên kết hóa học trong vật liệu di truyền này sẽ bị phá vỡ sau khi hấp thụ đủ năng lượng UV—ví dụ, các liên kết hidro trong cấu trúc xoắn kép của DNA bị phá hủy—điều này làm gián đoạn các quá trình xử lý thông tin di truyền như nhân bản và phiên mã. Điều này ngăn chặn khả năng sinh sản của vi sinh vật như vi khuẩn, dẫn đến sự chết của chúng và do đó khử trùng cũng như làm sạch nước tuần hoàn, đảm bảo an toàn chất lượng nước và tạo ra môi trường phát triển khỏe mạnh cho các sinh vật nuôi.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng bằng tia UV trong nuôi trồng thủy sản tuần hoàn như sau:

1.Liều lượng UV

Liều lượng UV, được xác định bởi cường độ UV và thời gian chiếu xạ, là yếu tố quan trọng đối với hiệu quả khử trùng. Liều lượng không đủ không thể phá hủy cấu trúc DNA hoặc RNA của vi sinh vật như vi khuẩn và virus, dẫn đến việc khử trùng không hiệu quả. Chỉ khi đạt được liều lượng cụ thể mà vi sinh vật mục tiêu yêu cầu thì mới có thể đảm bảo tỷ lệ khử trùng tốt.

2.Độ đục của nước

Chất rắn lơ lửng và các hạt hữu cơ trong nước làm tăng độ đục. Những tạp chất này tán xạ và hấp thụ ánh sáng UV, ngăn cản nó thâm nhập vào nước và làm giảm mức độ phơi nhiễm thực tế của vi sinh vật, từ đó làm giảm hiệu suất khử trùng. Độ đục càng cao, ánh sáng UV càng bị suy giảm và khả năng khử trùng càng kém.

• Tốc độ dòng nước

Tốc độ dòng nước quá nhanh làm giảm thời gian lưu trú của vi sinh vật trong khu vực chiếu xạ UV, ngăn chúng nhận đủ liều lượng UV và dẫn đến việc khử trùng không hoàn toàn. Tốc độ dòng chảy quá chậm, mặc dù đảm bảo thời gian chiếu xạ, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống tuần hoàn nước.

• Loài vi sinh vật

Các loài vi sinh vật khác nhau có mức độ chịu đựng tia UV khác nhau. Ví dụ, bào tử vi khuẩn, do cấu trúc đặc biệt của chúng, kháng lại chiếu xạ UV tốt hơn so với tế bào vi khuẩn thông thường. Virus, thiếu cấu trúc tế bào, cũng có sự nhạy cảm với UV khác với vi khuẩn. Do đó, các loại vi sinh vật hiện diện ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng.

• Mức độ lão hóa của đèn

Khi thời gian sử dụng tăng lên, hiệu suất phát sáng của đèn UV dần giảm xuống, làm giảm cường độ UV đầu ra và liều lượng khử trùng hiệu quả được cung cấp. Điều này dẫn đến sự suy giảm hiệu quả khử trùng so với khi các bóng đèn vừa được lắp đặt mới.