Aqu @teach: El biofiltro

El biofiltro es el corazón de cada sistema acuícola recirculante. La salud de los peces, y por lo tanto el éxito económico, dependen del correcto funcionamiento del biofiltro. Los altos niveles de amoníaco y nitrito en los acuarios de peces pueden ser causados por varios factores. Uno de ellos puede ser mal diseñado o mal funcionamiento del biofiltro (demasiado pequeño, no mezclado de manera uniforme, niveles de nitrato demasiado altos, pH demasiado bajo, intoxicación del biofiltro por sal o tratamiento médico, aireación demasiado baja o demasiado alta, etc.). El otro aspecto principal del fallo de diseño es la recirculación insuficiente del agua. El biofiltro solo puede degradar lo que recibe de la pecera. Si la tasa de recirculación es demasiado baja, incluso un biofiltro sobredimensionado no dará lugar a una buena calidad del agua. Para evitar esto, siga el ejemplo de Chapter 2 para calcular la tasa de recirculación correcta para su sistema.

¿Se requiere un biofiltro separado?

En sistemas con baja densidad de población de peces, un lecho de cultivo de medios puede asumir el papel de eliminación de sólidos y biofiltración. Si la carga de sólidos es demasiado alta, pueden producirse áreas de obstrucción y anaeróbicas, lo que reduce la eficiencia de la biofiltración. Por lo tanto, si el lecho de crecimiento va a funcionar como un biofiltro, se recomienda una media de peces muy baja o un dispositivo de eliminación de sólidos separado.

Elegir el biofiltro

El tipo de biofiltro más comúnmente utilizado en acuapónica y en RAS es el reactor de biofiltro de lecho móvil (MBBR) (Figura 13, Tabla 6). El medio de un filtro de lecho móvil consiste en pequeñas estructuras de plástico (1-2 cm) con una superficie específica elevada (por ejemplo, Kaldness k1). Este medio filtrante se mantiene en constante movimiento por aireación (por ejemplo, a través de la entrada de aire a través de placas de aire en la parte inferior del tanque de biofiltro). El movimiento constante de los medios tiene un efecto autolimpiante sobre los medios filtrantes y evita el crecimiento de bacterias extensas. Para limpiar el filtro de lecho móvil debe desconectarse del RAS y luego volver a lavar aproximadamente una vez por semana.

El medio portador apoya el crecimiento de la biopelícula microbiana proporcionando una gran superficie. Típicamente, MBBR se llenan 40 -60% con bioportadores, creando una superficie absoluta de 300-600 m²/m³volumen biorreactor. El movimiento del aire crea fuerzas de corte en los biofilms y mantiene el crecimiento y la ruptura de la biopelícula en equilibrio. Si el biofilm en los portadores se vuelve demasiado grueso, entonces la aireación es demasiado baja, y si no existe, entonces la aireación es demasiado alta. Una ventaja importante de MBBR es la desgasificación y aireación por flujo de aire, que no es proporcionada por filtros de lecho fijos.

Filtros de cama fijo tienen medios fijos de biofiltro. El filtro de lecho fijo también funciona como un dispositivo de eliminación de sólidos, ya que tiene capacidad de filtración para filtrar los restos de sólidos y compuestos orgánicos que no se han filtrado en la unidad de separación de sólidos. Si la carga orgánica es mayor que la degradación natural en la superficie, la torta filtrante puede obstruirse por el crecimiento de partículas y bacterias. El filtro debe lavarse regularmente y el agua de lavado debe tratarse por separado (por sedimentación, etc.). (cuadro 6).

Filtros de filtración son el último de los tres tipos de filtro comunes y funcionan por goteo de agua a través de una pila de portadores de biopelícula. El mayor beneficio del filtro de goteo es el alto efecto de desgasificación a través de la alta superficie de agua a aire causada por el goteo. La principal desventaja son los altos costos de bombeo necesarios para llevar el agua a la altura requerida. Dado que estos portadores no se mueven regularmente como en un MBBR, el biofilm crece más grueso en estos portadores y reduce la tasa de nitrificación. Los filtros de goteo son muy comunes en acuapónica, ya que permiten el intercambio de gases (desgasificación de CO₂ y aireación) en un solo paso. Además, solo necesitan circulación de agua y ningún dispositivo de aireación adicional como MBBR (por ejemplo, un soplador), lo que los hace un sistema muy fácil de construir.

Figura 13: Dos versiones de biofiltros de medios móviles subóptimos: (izquierda) biofiltro que contiene demasiados biochips (foto R. Bolt); (derecha) biofiltro sin aireación (foto: U. Strniša)

Tabla 6: Tipos de biofiltros y sus ventajas y contras en términos de rendimiento del sistema: reactor de biofilm de lecho móvil (MBBR), filtro de lecho fijo y filtro de goteo

Tipo de biofiltro	Construcción básica	Pros y contras
Reactor de biofilm de lecho móvil (MBBR		Nitrificación ++ Filtración - Desgasificación +
Filtro de cama fijo		Nitrificación + Filtración + Desgasificación -
Filtro de goteo		Nitrificación +Filtración -Desgasificación ++ (si se airea) -

Desgasificación y aireación

La (s) pecera (s), el biofiltro y el lecho (s) de cultivo necesitan una aireación adecuada. Hay muchas maneras de proporcionar esto, incluyendo el uso de bombas de transporte aéreo, aerosoles de agua, ruedas de paleta, rotores, sopladores y compresores. Al igual que con el bombeo de agua, la aireación del agua debe ser confiable y eficiente desde el punto de vista energético. La aireación en sistemas más pequeños se puede proporcionar mediante el uso de una bomba de aire de larga duración y un tubo de vinilo apto para uso alimentario conectado a piedras de aire colocadas en o cerca del fondo de los tanques y camas de cultivo. Las bombas de aire generalmente no son lo suficientemente grandes para airear sistemas más grandes, que tienden a utilizar un soplador regenerativo o un generador de oxígeno.

En acuapónica, las bombas de aire y las piedras de aire se utilizan para forzar el aire en el agua para proporcionar oxígeno a las raíces de las plantas y a los peces. Las bombas de aire están ampliamente disponibles en una amplia gama de tamaños, desde muy pequeñas hasta muy grandes, con una capacidad para funcionar de una a muchas piedras de aire, cada una de las cuales introduce cientos de pequeñas burbujas de aire fresco y rico en oxígeno en la solución. Si bien es más fácil empujar el aire de una piedra de aire que está en aguas poco profundas, no se obtiene tanto oxígeno en el agua como si la piedra de aire es más profunda. Cuando la piedra de aire es más profunda, la gran cantidad de burbujas que salen son más pequeñas debido a la mayor presión del agua, que en conjunto tienen una superficie mayor que menos burbujas más grandes, y tienen que viajar más lejos a la superficie, con el agua circundante absorbiendo oxígeno de las burbujas hasta la parte superior del tanque donde estallaron en la superficie.

Entrada de oxígeno de alta eficiencia

Las tecnologías básicas de oxigenación son el tubo en U, el cono de oxigenación y el oxigenador de cabeza baja (Figuras 14-16, Tabla 7).

Tabla 7: Características de las diferentes posibilidades de enriquecimiento de oxígeno de alta eficiencia en RAS

Una tecnología simple de oxigenación para disolver el oxígeno en el agua del sistema es el U-pipe (Figura 14). El oxígeno se inyecta en la parte inferior de una tubería de 10-30 m de profundidad a través de la cual fluye el agua del sistema. Debido al alto cabezal hidráulico, la alta presión conduce a una alta disolución del oxígeno en la columna de agua. Sin embargo, como esta técnica requiere que las estructuras se construyan profundamente en el suelo, el método a menudo no es implementable en la práctica.

Figura 14: Tubería en U

Un cono de oxigenación (Figura 15) utiliza el mismo principio que un tubo en U. La diferencia es que la alta presión hidráulica es inducida por una bomba (que usa mucha energía). Esta tecnología es especialmente adecuada para cubrir picos de demanda de oxígeno, y tiene una alta eficiencia en términos de disolución de oxígeno.

Figura 15: Cono de oxígeno para disolver oxígeno puro a alta presión Fuente: Timmons and Ebeling 2007 (izquierda), Bregnballe 2015 (derecha)

El oxigenador de cabeza (LHO) (Figura 16) utiliza otro método de enriquecimiento de oxígeno. El agua fluye a través de una placa perforada y provoca un alto nivel de agua a la superficie del gas en la cámara de mezcla inferior. Los LHO funcionan muy económicamente, aunque no pueden alcanzar concentraciones de oxígeno tan altas como los conos.

Figura 16: Oxigenador de cabeza baja

Enriquecimiento de oxígeno de baja eficiencia

La figura 17 y el cuadro 8 muestran diferentes posibilidades para el enriquecimiento de oxígeno de baja eficiencia.

Figura 17: Diferentes posibilidades de enriquecimiento de oxígeno de baja eficiencia en acuicultura

Cuadro 8: Características de las diferentes posibilidades de enriquecimiento de oxígeno de baja eficiencia en RAS

*Copyright © Socios del Proyecto Aqu @teach. Aqu @teach es una asociación estratégica Erasmus+ en educación superior (2017-2020) dirigida por la Universidad de Greenwich, en colaboración con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zúrich (Suiza), la Universidad Técnica de Madrid (España), la Universidad de Liubliana y el Centro Biotécnico Naklo (Eslovenia) . *