Classification et fonctions des stérilisateurs ultraviolets dans les systèmes d'aquaculture en récirculation

Système de désinfection en aquaculture en circuit fermé

Dans les systèmes d'aquaculture en circuit fermé, les dangers des bactéries et des virus ne doivent pas être sous-estimés. Les bactéries consomment une grande quantité d'oxygène dissous dans l'eau, entraînant une carence en oxygène pour les organismes cultivés, une croissance lente et même la mort. Les bactéries pathogènes telles que  Flavobacterium columnare et Aeromonas hydrophila peuvent provoquer des maladies comme la nécrose branchiale et la septicémie chez les organismes d'élevage, entraînant une mortalité à grande échelle et des pertes économiques importantes pour les aquaculteurs. Les infections virales sont caractérisées par une transmission rapide et une difficulté de contrôle, ce qui peut infecter un grand nombre d'individus élevés en peu de temps, perturber leurs fonctions physiologiques et affecter sévèrement l'efficacité de l'aquaculture.

Les ultraviolets (UV) et l'ozone sont très efficaces pour tuer les bactéries et les virus. Les rayonnements UV pénètrent la membrane cellulaire des micro-organismes grâce à des ondes lumineuses radiatives puissantes, atteignent le noyau et détruisent la structure en double hélice de l'ADN, empêchant ainsi la reproduction des bactéries et entraînant leur mort. Cela est particulièrement efficace contre les micro-organismes bactériens en suspension dans l'eau. L'ozone, grâce à ses propriétés d'oxydation forte, réagit rapidement avec les bactéries et les virus, détruisant leurs organites, leur ADN et ARN, et modifiant la perméabilité des cellules, ce qui conduit à la lyse et à la mort des cellules. Il peut tuer une variété de micro-organismes, y compris les cellules végétatives bactériennes, les spores, les virus et les champignons. En raison de sa bonne diffusibilité, l'ozone peut désinfecter toute l'eau d'aquaculture sans angles morts.

Stérilisation UV

1. Classification par méthode d'installation

Les lampes stérilisatrices UV peuvent être classifiées en deux types selon la méthode d'installation : montées sur tuyau et montées sur canal :

• Les lampes de stérilisation UV montées sur tube sont généralement installées à l'intérieur des conduites d'alimentation en eau des systèmes d'aquaculture en circuit fermé. L'eau circule directement à travers la section du tuyau contenant la lampe de stérilisation, garantissant un contact complet entre l'eau et la lumière UV, ce qui permet une stérilisation efficace de l'eau en mouvement. Leurs avantages incluent une structure compacte qui s'intègre bien au système de tuyauterie, les rendant adaptées pour la stérilisation de l'eau dans des scénarios avec des débits relativement faibles.

• Les lampes de stérilisation UV montées sur canal sont généralement installées au-dessus ou sur les côtés des canaux d'eau ouverts ayant une certaine largeur et profondeur, irradiant et stérilisant l'eau qui coule à travers le canal. Elles peuvent couvrir une grande surface d'eau, les rendant adaptées pour traiter de grands débits et des masses d'eau ouvertes, en assurant qu'une grande surface d'eau est efficacement irradiée par la lumière UV pour garantir les performances de stérilisation.

2. Classification par intensité de tension

Les lampes de stérilisation UV sont divisées en deux types en fonction de l'intensité du voltage : à basse pression et à moyenne pression :

Les lampes de stérilisation UV à basse pression (LP) fonctionnent à des voltages relativement faibles et génèrent généralement de la lumière UV à un seul wavelength, principalement autour de 254 nanomètres . Cette longueur d'onde a un effet germicide significatif, une faible consommation d'énergie et une bonne stabilité. Cependant, leur puissance est relativement limitée, les rendant adaptées pour des applications à petite échelle ou des lieux où une intensité de stérilisation extrêmement élevée n'est pas requise.

Les lampes d'ultraviolets de stérilisation à pression moyenne (MP) fonctionnent à des tensions plus élevées, générant une lumière UV multicapteuse avec une couverture plus large et une capacité germicide plus forte. Elles disposent d'une puissance supérieure, permettant un traitement rapide des masses d'eau importantes et très polluées. Cependant, elles consomment plus d'énergie et ont des coûts d'équipement plus élevés, ce qui les rend couramment utilisées dans les systèmes d'aquaculture en récirculation à grande échelle avec de hautes exigences en efficacité de stérilisation et en capacité de traitement.

3. Principes et facteurs influençant la stérilisation UV

La lumière UV est un type de rayonnement électromagnétique, divisé en plusieurs bandes de longueur d'onde. La bande principale utilisée pour la stérilisation est la bande UVC (200-280 nanomètres), avec environ 254 nanomètres étant la longueur d'onde la plus efficace à des fins germicides. Lorsque de l'eau recyclée contenant des micro-organismes tels que des bactéries passe par la zone d'irradiation d'une lampe de stérilisation UV, l'énergie des photons UV est absorbée par le matériel génétique (comme l'ADN ou l'ARN) à l'intérieur des cellules microbiennes. Les liaisons chimiques dans ces matériaux génétiques se rompent après avoir absorbé une quantité suffisante d'énergie UV — par exemple, les liaisons hydrogène dans la structure en double hélice de l'ADN sont détruites — perturbant ainsi les processus d'information génétique comme la réplication et la transcription. Cela empêche les micro-organismes comme les bactéries de se reproduire, entraînant leur mort et ainsi stérilisant et purifiant l'eau recyclée, assurant la sécurité de la qualité de l'eau et créant un environnement de croissance sain pour les organismes élevés.

Les principaux facteurs influençant l'efficacité de la stérilisation UV dans l'aquaculture en circuit fermé sont les suivants :

1.Dose d'UV

La dose d'UV, déterminée par l'intensité UV et le temps d'irradiation, est cruciale pour l'efficacité de la stérilisation. Une dose insuffisante ne peut pas briser la structure de l'ADN ou de l'ARN des micro-organismes tels que les bactéries et les virus, entraînant une stérilisation inefficace. Seulement lorsque la dose spécifique requise par les micro-organismes ciblés est atteinte peut-on garantir un bon taux de stérilisation.

2.Turbidité de l'eau

Les matières en suspension et les particules organiques dans l'eau augmentent la turbidité. Ces impuretés dispersent et absorbent la lumière UV, l'empêchant de pénétrer dans l'eau et réduisant l'exposition réelle des micro-organismes à l'UV, ce qui diminue l'efficacité de la stérilisation. Plus la turbidité est élevée, plus la lumière UV est atténuée, et plus la capacité de stérilisation est réduite.

• Débit d'eau

Un débit d'eau trop rapide réduit le temps de séjour des micro-organismes dans la zone d'irradiation UV, les empêchant de recevoir une dose suffisante d'UV et entraînant une stérilisation incomplète. Un débit trop lent, bien qu'assurant le temps d'irradiation, peut affecter l'efficacité globale du système de recyclage de l'eau.

• Espèces microbiennes

Différents micro-organismes ont des tolérances variées à la lumière UV. Par exemple, les spores bactériennes, en raison de leur structure spéciale, sont plus résistantes à l'irradiation UV que les cellules bactériennes ordinaires. Les virus, ne possédant pas de structure cellulaire, diffèrent également par leur sensibilité aux UV des bactéries. Par conséquent, les types de micro-organismes présents influencent l'efficacité de la stérilisation.

• Degré de vieillissement de la lampe

Au fur et à mesure que le temps d'utilisation augmente, l'efficacité lumineuse des lampes UV diminue progressivement, réduisant l'intensité du rayonnement UV en sortie et la dose de stérilisation effective fournie. Cela entraîne une diminution des performances de stérilisation par rapport à lorsque les lampes étaient neuves.