تصنيف ووظائف معقمات الأشعة فوق البنفسجية في أنظمة تربية الأسماك الدائرية

نظام تعقيم المزارع المائية الدائرية

في أنظمة المزارع المائية الدائرية، لا يمكن التقليل من مخاطر البكتيريا والفيروسات. تستهلك البكتيريا كمية كبيرة من الأكسجين الذائب في الماء، مما يؤدي إلى نقص الأكسجين في الكائنات المزروعة، ونمو بطيء، وحتى الموت. تشمل البكتيريا المسببة للأمراض مثل  Flavobacterium columnare و Aeromonas hydrophila يمكن أن تسبب أمراضًا مثل تعفن الخياشيم والدمامل في الكائنات المُرباة، مما يؤدي إلى وفيات واسعة النطاق وخسائر اقتصادية كبيرة للمزارعين السمكيين. تعتبر العدوى الفيروسية مميزة بنقل سريع وصعوبة في السيطرة، حيث يمكنها أن تصيب عددًا كبيرًا من الأفراد المربيين في وقت قصير، وتُعطل وظائفهم الفسيولوجية، وتؤثر بشكل خطير على كفاءة التربية المائية.

الأشعة فوق البنفسجية (UV) وال Ozon فعّالان للغاية في قتل البكتيريا والفطريات. تخترق الأشعة فوق البنفسجية غشاء الخلية للميكروبات من خلال أمواج ضوئية إشعاعية قوية، لتصل إلى النواة وتكسر هيكل الحمض النووي المزدوج، مما يمنع البكتيريا من التكاثر ويؤدي إلى موتها. وهي فعالة بشكل خاص ضد الميكروبات العائمة في الماء. يعمل الأوزون بخصائصه المؤكسدة القوية على التفاعل السريع مع البكتيريا والفطريات، مما يؤدي إلى تدمير الأعضاء الداخلية للخلايا، والحمض النووي (DNA)، والحمض النووي الريبي (RNA)، وتعديل انتقال المواد عبر الغشاء الخلوي، مما يؤدي إلى تمزق الخلايا ومماتها. يمكنه قتل مجموعة متنوعة من الكائنات الدقيقة بما في ذلك الخلايا النباتية للبكتيريا، والسبورات، والفطريات، والفيروسات. بسبب قابليته الجيدة للانتشار، يمكن للأوزون تعقيم المياه المستخدمة في تربية الأحياء المائية بدون وجود زوايا ميتة.

التعقيم بأشعة فوق البنفسجية

1. التصنيف حسب طريقة التركيب

يمكن تصنيف مصابيح التعقيم فوق البنفسجية إلى نوعين بناءً على طريقة التركيب: مثبتة داخل الأنابيب ومثبتة داخل القنوات:

• تُركب مصابيح التعقيمaviolet فوق الأشعة عادةً داخل أنابيب توصيل المياه لأنظمة تربية الأحياء المائية الدائرية. يتدفق الماء مباشرة عبر القسم الأنبوبي الذي يحتوي على مصباح التعقيم، مما يضمن التلامس الكامل بين الماء وضوء الأشعة فوق البنفسجية، مما يؤدي إلى تعقيم الماء الجارٍ بكفاءة. من مزاياها هيكلها المدمج الذي يتماشى جيدًا مع نظام الأنابيب، مما يجعلها مناسبة لتعقيم المياه في السيناريوهات ذات معدلات التدفق المنخفضة نسبيًا.

• تُركب مصابيح التعقيم فوق الأشعة في القنوات عادةً فوق أو على جانبي قنوات المياه المفتوحة التي لها عرض وعمق معين، حيث تقوم بإصدار الإشعاع وتعقيم المياه الجارية عبر القناة. يمكنها تغطية منطقة واسعة من المياه، مما يجعلها مناسبة للتعامل مع معدلات تدفق كبيرة والمياه المفتوحة، مما يضمن أن منطقة واسعة من المياه يتم إشعاعها بفعالية بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية لضمان أداء التعقيم.

2. تصنيف حسب شدة الجهد

تُقسم مصابيح التعقيم بالموجات فوق البنفسجية (UV) إلى نوعين بناءً على شدة الجهد: منخفضة الضغط وذات الضغط المتوسط:

تعمل مصابيح التعقيم بالموجات فوق البنفسجية ذات الضغط المنخفض (LP) بجهد كهربائي منخفض نسبيًا وتنتج عادةً ضوءًا فوق بنفسجيًا ذا طول موجي واحد، معظمها يدور حول 254 نانومتر . هذا الطول الموجي له تأثير قوي في القضاء على الجراثيم، استهلاك منخفض للطاقة واستقرار جيد. ومع ذلك، فإن قوتها محدودة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للاستخدامات الصغيرة أو الأماكن التي لا تتطلب فيها شدة تعقيم عالية جدًا.

تُعمل مصابيح التعقيمaviolet ذات الضغط المتوسط (MP) بجهد كهربائي أعلى، مما يولد ضوء ultraviolet متعدد الأطوال الموجية بverage أوسع وقدرة قاتلة للجراثيم أقوى. ولديها قدرة أعلى، مما يسمح بمعالجة سريعة لمصادر مياه كبيرة وملوثة بشدة. ومع ذلك، تستهلك المزيد من الطاقة ولديها تكاليف معدات أعلى، مما يجعلها تُستخدم عادة في أنظمة تربية الأحياء المائية الدائرية الكبيرة التي تتطلب كفاءة عالية في التعقيم وسعة معالجة.

3. المبادئ والعوامل المؤثرة على التعقيمaviolet بالأشعة فوق البنفسجية

الضوء فوق البنفسجي هو نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي، مقسم إلى عدة نطاقات طول موجي. النطاق الأساسي المستخدم للتعقيم هو نطاق UVC (200-280 نانومتر)، حيث يكون الطول الموجي حوالي 254 نانومتر الأكثر فعالية للأغراض الجرثومية. عندما يتدفق الماء الدائري الذي يحمل الميكروبات مثل البكتيريا عبر منطقة الإشعاع لمصباح التعقيم فوق البنفسجي، يتم امتصاص طاقة الفوتونات فوق البنفسجية بواسطة المادة الوراثية (مثل الحمض النووي أو الحمض النووي الريبوزي) داخل الخلايا المجهرية. تكسر الروابط الكيميائية في هذه المواد الوراثية بعد امتصاص كمية كافية من طاقة الأشعة فوق البنفسجية - على سبيل المثال، يتم تدمير الروابط الهيدروجينية في بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي، مما يؤدي إلى تعطيل عمليات المعلومات الوراثية مثل التكرار والنقل. هذا يمنع البكتيريا وغيرها من الكائنات الدقيقة من التكاثر، مما يؤدي إلى موتها وبالتالي تعقيم وتنقية المياه الدائرية، مما يضمن سلامة جودة المياه ويخلق بيئة نمو صحية للمخلوقات المرباة.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على فعالية التعقيمaviolet في مزارع الأحياء المائية الدائرية هي كما يلي:

1.جرعة الأشعة فوق البنفسجية

جرعة الأشعة فوق البنفسجية، والتي تحددها شدة الأشعة فوق البنفسجية ووقت الإشعاع، هي أمر حاسم لفعالية التعقيم. الجرعة غير الكافية لا يمكنها أن تكسر بنية الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي للميكروبات مثل البكتيريا والفيروسات، مما يؤدي إلى تعقيم غير فعال. فقط عندما يتم تحقيق الجرعة المحددة المطلوبة من قبل الميكروبات المستهدفة يمكن ضمان معدل تعقيم جيد.

2.اضطراب المياه

تزيد المواد الصلبة العالقة والجزيئات العضوية في الماء من اضطراب المياه. هذه الشوائب تشتت وتaborb الأشعة فوق البنفسجية، مما يمنعها من اختراق الماء ويقلل من التعرض الفعلي للميكروبات للأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي يقلل كفاءة التعقيم. كلما زاد الاضطراب، زادت تلاشي الأشعة فوق البنفسجية، وكانت قدرة التعقيم أضعف.

• معدل تدفق المياه

معدل تدفق الماء السريع جدًا يقلل من وقت الإقامة للميكروبات في منطقة الإشعاعaviolet، مما يمنعها من الحصول على جرعة كافية من الأشعة فوق البنفسجية، مما يؤدي إلى تعقيم غير كامل. معدل التدفق البطيء جدًا، رغم ضمانه لوقت الإشعاع، قد يؤثر على الكفاءة العامة لنظام إعادة تدوير المياه.

• أنواع الكائنات الدقيقة

لكن الكائنات الدقيقة لديها تحمل متفاوت للأضواء فوق البنفسجية. على سبيل المثال، البكتيريا الحبيبية بسبب هيكلها الخاص تكون أكثر مقاومة للإشعاع فوق البنفسجي مقارنة بالخلايا البكتيرية العادية. الفيروسات، التي لا تحتوي على بنية خلوية، تختلف أيضًا في حساسيتها للأشعة فوق البنفسجية عن البكتيريا. لذلك، فإن أنواع الكائنات الدقيقة الموجودة تؤثر على فعالية التعقيم.

• درجة تقادم المصباح

مع زيادة وقت الاستخدام، تنخفض كفاءة إنتاج الضوء لمصابيح الأشعة فوق البنفسجية تدريجيًا، مما يقلل من شدة الأشعة فوق البنفسجية المقدمة والجرعة الفعالة للتعقيم. وهذا يؤدي إلى انخفاض في أداء التعقيم مقارنة عندما كانت المصابيح جديدة.