חלקיקים מרחפים מוצקים משפיעים לרעה על כל ההיבטים של-מערכות חקלאות ימית מתועשות מתועשות. לכן, סילוק חלקיקים מרחפים מוצקים היא המטרה העיקרית של טיפול חוזר במים בחקלאות ימית. במערכות של חקלאות ימית חוזרת, רוב החלקיקים לפי מסה קטנים מ-100 מיקרומטר. עקב מערבולת מים, פירוק ביולוגי וערבול מכני, חלקיקים מרחפים שלא הוסרו מיד יכולים להתפרק לחלקיקים מרחפים עדינים יותר, בדרך כלל קטנים מ-30 מיקרומטר. בתנאים אלה, טיפול בשקיעה וסינון מכני הופכים ללא יעילים.
חלוקת קצף היא טכניקה המשמשת להסרת חלקיקים מרחפים עדינים. זה כרוך בהחדרת אוויר לגוף המים, מה שמאפשר לספיגת פעילי שטח במים על גבי המיקרו-בועות. בועות אלו, הנושאות את החומר הנספג, עולות אל פני השטח באמצעות ציפה ויוצרות קצף, ובכך מסירות חומרים מומסים ותלויים מהמים. נכון לעכשיו, חלוקה של קצף מוכרת כאחד התהליכים העיקריים להסרה יעילה של חלקיקים עדינים במערכות חקלאות ימית חוזרות ומהווה מרכיב מכריע במערכות אלו.
I. עקרון רחפן החלבון
1. עקרון שברי קצף
רחפן החלבון פועל בעיקר על בסיס עיקרון חלוקת הקצף. במערכות חקלאות ימיות חוזרות, הפרשות מאורגניזמים מתורבתים, מזון שלא נאכל וכו' מכילות כמויות גדולות של חומר אורגני. חלבונים וחומרי שטח אחרים בחומר אורגני זה הם בעלי אופי אמפיפילי (הן הידרופילי והן ליפופילי). כאשר מספר רב של בועות מיקרו מוכנסות למים, חומרים פעילי שטח אלו נספגים על פני הבועות. כאשר הבועות עולות, בועות עם חלבונים נספגים וחומרים אחרים יוצרות שכבת קצף על פני המים. שכבת הקצף, בעלת צפיפות נמוכה יותר, נפרדת בקלות מגוף המים ובכך מוציאה מהמים חלבונים וחומרים אורגניים אחרים.
2. תהליך פיזיקוכימי
מנקודת מבט מיקרוסקופית, מתח פני השטח קיים בין בועות ומים. כאשר בועות עולות במים, מולקולות אורגניות במים מתקבצות לעבר פני הבועות בהשפעת מתח פני השטח. זהו תהליך ספיחה פיזיקלי, המלווה בכמה שינויים כימיים, כגון אינטראקציות בין מולקולות אורגניות ותגובות כימיות עם פני הבועות. לדוגמה, חלק ממולקולות החלבון עשויות לעבור דנטורציה, מה שגורם להן להיספג בקלות רבה יותר על הבועות.
II. תפקידם של רחפני חלבון בחקלאות מים במחזור
(ט) טיהור מים
1. סילוק חומר אורגני
רחפני חלבון מסירים ביעילות חומרים אורגניים מהמים, לרבות חלבונים, שומנים, פחמימות וכו'. אם חומרים אורגניים אלו יצטברו במים, הם יתפרקו על ידי מיקרואורגניזמים, יצרכו כמויות גדולות של חמצן מומס וייצרו חומרים מזיקים כמו חנקן אמוניה וניטריט. הסרת חומרים אורגניים אלו באמצעות רחפן החלבון מפחיתה את העומס על הסינון הביולוגי שלאחר מכן ומפחיתה את ייצור החומרים המזיקים במים. לדוגמה, ללא רחפן חלבון, צריכת החמצן הכימית (COD) במים יכולה לעלות במהירות מעל 100 מ"ג/ליטר, בעוד שבעזרת רחפן חלבונים, ניתן לשלוט ב-COD בסביבות 30 - 50 מ"ג/ליטר.
2. הפחתת ייצור חנקן אמוניה
על ידי הסרת חנקן-המכיל חומרים אורגניים כמו חלבונים, רחפני חלבון מפחיתים את המקורות הפוטנציאליים של חנקן אמוניה במים. זה חיוני לשמירה על ריכוזי חנקן אמוניה נמוכים במערכות חקלאות ימית חוזרות, שכן חנקן אמוניה רעיל מאוד לאורגניזמים מתורבתים.
(II) שיפור צלילות המים
תוך כדי הסרת חומר אורגני, רחפני חלבון מסירים גם חלקיקים מרחפים שקטנים מ-30 מיקרומטר, ובכך משפרים את צלילות המים, מה שמועיל לצמיחה של אורגניזמים מתורבתים.
(III) הפחתת העברת מחלות
הסרת וקטורים של פתוגנים: חומר אורגני וחלקיקים מרחפים במים משמשים לעתים קרובות כנשאים לפתוגנים, כגון חיידקים, וירוסים וטפילים. על ידי הסרת נשאים אלה, רחפן החלבון מפחית את ההזדמנות להעברת פתוגנים בתוך המים, ומפחית את הסיכון לזיהום במחלה באורגניזמים מתורבתים.