Klassifikation og funktioner af ultraviolette sterilisatorer i genbrugsakvakultur-systemer

System til desinfektion i genbrugsakvakultur

I genbrugsakvakultursystemer kan farerne ved bakterier og virusse ikke underestimes. Bakterier forbruger en stor mængde af det opløste syre i vandet, hvilket fører til syreforringelse hos dyrkede organismer, langsom vækst og endda død. Patogene bakterier såsom  Flavobacterium columnare og Aeromonas hydrophila kan forårsage sygdomme som blærebrand og septicemi hos dyrket organisme, hvilket kan føre til stor skala dødelighed og betydelige økonomiske tab for akvakulturere. Virusinfektioner er karakteriseret ved hurtig transmission og vanskelighed i kontrol, hvilket kan inficere et stort antal dyrkede individer på kort tid, forstyrre deres fysiologiske funktioner og alvorligt påvirke effektiviteten af akvakulturen.

Ultraviolette (UV) og ozon er højst effektive i at dræbe bakterier og virus. UV-stråling trænger ind i cellehinden på mikroorganismer gennem stærke radiative lysbølger, når frem til kernen og ødelægger den dobbelt-heliksoede DNA-struktur, hvilket forhindrer bakterierne i at multiplicere og fører til deres død. Det virker især godt mod suspenderede bakterielle mikroorganismer i vand. Ozon med sine stærke oxidationsegenskaber reagerer hurtigt med bakterier og virus, ødelægger deres organelle, DNA og RNA og ændrer celles permeabilitet, hvilket fører til cellernes sprækning og død. Det kan dræbe en række forskellige mikroorganismer, herunder vegetative bakterieceller, sporer, virus og snylter. På grund af sin gode diffusionsfærdighed kan ozon desinficere hele akvakulturvandet uden blinde vinkler.

UV-sterilisering

1. Inddeling efter installationsmetode

UV-steriliseringslamper kan inddeles i to typer baseret på installationsmetode: monterede i rør og monteret i kanaler:

• Rørmonterede UV-steriliseringslamper installeres normalt indeni vandforsyningsrør i cirkulær akvakultur. Vandet strømmer direkte gennem rørsekningen med steriliseringslampen, hvilket sikrer fuld kontakt mellem vandet og UV-lys, således effektivt at sterilisere det løbende vand. Deres fordele omfatter en kompakt struktur, der integrerer godt med rørsystemet, hvilket gør dem egnet til vandsterilisering i situationer med relativt lave strømningshastigheder.

• Kanalmonterede UV-steriliseringslamper installeres normalt ovenover eller på siderne af åbne vandkanaler med en bestemt bredde og dybde, hvor de udsender lys og steriliserer vandet, der strømmer gennem kanalen. De kan dække et stort vandområde, hvilket gør dem egnet til behandling af store strømningshastigheder og åbne vandmasser, og sikrer, at et stort vandområde effektivt bliver belyst af UV-lys for at garantere steriliseringsydeevne.

2. Inddeling efter spændingsstyrke

UV-steriliseringslamper er indelt i to typer ud fra spændingsintensitet: lavtryks- og mediumtryks-:

Lavtryks (LP) UV-steriliseringslamper fungerer ved relativt lave spændinger og genererer typisk enkelbølged UV-lys, hovedsagelig omkring 254 nanometer . Denne bølge længde har en betydelig germicidal effekt, lav energiforbrug og god stabilitet. Imidlertid er deres kapacitet relativt begrænset, hvilket gør dem egnet til småskalaanvendelser eller steder, hvor ekstremt høj steriliseringsintensitet ikke er nødvendig.

Mellempressions (MP) UV-steriliseringslamper fungerer ved højere spændinger, hvilket genererer flerlengdes UV-lys med en bredere dækning og stærkere germicidal effekt. De har højere magt, hvilket tillader hurtig behandling af store-strøms- og højtydeligheds vandmasser. Imidlertid forbruger de mere energi og har højere udstyrsomkostninger, hvilket gør dem almindeligt brugt i store skala genbrugsakvakultur-systemer med høje krav til steriliseringseffektivitet og behandlingskapacitet.

3. Principper og Påvirkende Faktorer for UV-sterilisering

UV-lys er en type elektromagnetisk stråling, indgivet i flere bølgelængdebånd. Det primære bånd, der bruges til sterilisering, er UVC-båndet (200-280 nanometer), hvor omkring 254 nanometer er den mest effektive bølgelængde til germicidal formål. Når cirkulerende vand med mikroorganismer såsom bakterier flyder gennem irradiationsområdet af en UV-steriliseringslampe, absorberes energien fra UV-fotonerne af det genetiske materiale (såsom DNA eller RNA) inde i mikroorganismernes celler. De kemiske bindinger i disse genetiske materialer brydes efter at have absorberet tilstrækkelig UV-energi – f.eks. de hydrogentabler i DNA-dobbeltspirastruktur ødelægges – hvilket forstyrer genetiske informationsprocesser såsom replikation og transkription. Dette forhindrer, at mikroorganismer som bakterier kan multiplicere sig, hvilket fører til deres død og dermed steriliserer og renser det cirkulerende vand, hvilket sikrer vands kvalitetsikkerhed og skaber et sundt vækstmiljø for opdragede organismer.

De vigtigste faktorer, der påvirker effektiviteten af UV-sterilisering i genbrugsakvakultur, er følgende:

1.UV-dosis

UV-dosis, bestemt af UV-intensitet og irradiations tid, er afgørende for steriliserings effektivitet. En utilstrækkelig dosis kan ikke ødelegge DNA- eller RNA-strukturen hos mikroorganismer som bakterier og virus, hvilket fører til en ineffektiv sterilisering. Kun når den specifikke dosis, der kræves af de ønskede mikroorganismer, opnås, kan en god steriliseringsrate sikres.

2.Vandturbiditet

Suspenderede partikler og organiske stoffer i vandet øger turbiditeten. Disse forurenninger spredes og absorberer UV-lys, hvilket forhindre lys fra at trænge ind i vandet og reducerer den faktiske UV-eksposition for mikroorganismer, hvilket mindsker steriliserings effektivitet. Jo højere turbiditet, jo mere bliver UV-lys svækket, og jo dårligere bliver steriliserings kapaciteten.

• Vandflodshastighed

For hurtig en vandflodshastighed forkorter opholdstiden for mikroorganismer i UV-bestralingsområdet, hvilket forhindrer dem i at modtage tilstrækkelig UV-dosis og fører til ufuldstændig sterilisering. For langsom en flodshastighed, som sikrer bestraletid, kan påvirke den samlede effektivitet af det cirkulierende vandsystem.

• Mikrobiologiske arter

Forskellige mikroorganismer har variabel tolerance overfor UV-lys. For eksempel er bakterielle sporer, på grund af deres specielle struktur, mere modstandsdygtige overfor UV-bestraling end almindelige bakterieceller. Virus, som mangler en cellearak, varierer også i deres UV-sensitivitet sammenlignet med bakterier. Derfor påvirker de tilstedeværende mikroorganismearter steriliseringseffektiviteten.

• Lampas ældregrad

Når brugstiden øges, aftager lyseffektiviteten af UV-lamper gradvist, hvilket reducerer den udgående UV-intensitet og den effektive steriliseringsdosis, der leveres. Dette medfører en nedgang i steriliseringsydeevne i forhold til, da lamperne var nyligt installeret.