Aqu @teach: O biofiltro

O biofiltro é o coração de cada sistema de aquicultura recirculante. A saúde dos peixes e, portanto, o sucesso econômico dependem do funcionamento correto do biofiltro. Altos níveis de amônia e nitrito em tanques de peixes podem ser causados por vários fatores. Um deles pode ser mal projetado ou sub-ótimo funcionamento do biofiltro (muito pequeno, não misturado uniformemente, níveis de nitrato muito altos, pH muito baixo, intoxicação do biofiltro por sal ou tratamento médico, aeração muito baixa ou muito alta, etc.). O outro aspecto principal da falha do projeto é a recirculação insuficiente da água. O biofiltro só pode degradar o que recebe do aquário. Se a taxa de recirculação for muito baixa, mesmo um biofiltro superdimensionado não conduzirá a uma boa qualidade da água. Para evitar isso, siga o exemplo em Capítulo 2 para calcular a taxa de recirculação correta para o seu sistema.

É necessário um biofiltro separado?

Em sistemas com baixa densidade de estoque de peixe, um leito de crescimento pode assumir o papel de remoção de sólidos e biofiltração. Se a carga de sólidos for muito alta, podem ocorrer áreas de entupimento e anaeróbicas, o que reduz a eficiência da biofiltração. Portanto, se o leito de cultivo funcionar como biofiltro, recomenda-se uma meia de peixe muito baixa ou um dispositivo de remoção de sólidos separado.

Escolhendo o biofiltro

O tipo de biofiltro mais utilizado na aquapônica e na RAS é o reator de biofiltro de leito móvel (MBBR) (Figura 13, Tabela 6). O meio de um filtro de cama móvel consiste em estruturas plásticas pequenas (1-2 cm) com uma superfície específica elevada (por exemplo, Kaldness k1). Este meio filtrante é mantido em movimento constante por arejamento (por exemplo, através da entrada de ar através de placas de ar na parte inferior do tanque de biofiltro). O movimento constante da mídia tem um efeito de auto-limpeza no meio filtrante e evita o crescimento extensivo de bactérias. Para a limpeza, o filtro de cama móvel deve ser desconectado do RAS e, em seguida, retrolavado aproximadamente uma vez por semana.

O meio transportador suporta o crescimento do biofilme microbiano fornecendo uma grande área de superfície. Normalmente, MBBR são preenchidos 40 -60% com biocarriers, criando uma área de superfície absoluta de 300-600 m²/m³volume de biorreator. O movimento do ar cria forças de cisalhamento nos biofilmes e mantém o crescimento e a quebra do biofilme em equilíbrio. Se o biofilme nos transportadores ficar muito grosso, então a aeração é muito baixa e, se for inexistente, a aeração é muito alta. Uma grande vantagem do MBBR é a desgaseificação e arejamento pelo fluxo de ar, que não é fornecido por filtros de leito fixo.

Filtros de cama fixos possuem meios de biofiltro fixos. O filtro de leito fixo também funciona como um dispositivo de remoção de sólidos, pois possui capacidades de filtração para filtrar sólidos e compostos orgânicos que não foram filtrados na unidade de separação de sólidos. Se a carga orgânica for maior do que a degradação natural na superfície, o bolo de filtro pode ficar entupido pelo crescimento de partículas e bactérias. O filtro deve ser lavado regularmente e a água de retrolavagem tratada separadamente (por sedimentação, etc.). (Quadro 6).

Filtros de gotejamento são os últimos dos três tipos de filtros comuns e funcionam através de água escorrendo através de uma pilha de transportadores de biofilme. O maior benefício do filtro de gotejamento é o alto efeito de desgaseificação através da alta superfície de água para ar causada através do gotejamento. A principal desvantagem são os altos custos de bombeamento necessários para levar a água à altura necessária. Como esses transportadores não são movidos regularmente como em um MBBR, o biofilme cresce mais espessa nesses transportadores e reduz a taxa de nitrificação. Filtros de gotejamento são muito comuns na aquapônica, uma vez que permitem a troca gasosa (desgaseificação de CO₂ e aeração) em um único passo. Além disso, eles só precisam de circulação de água e nenhum dispositivo de aeração adicional como o MBBR (por exemplo, um ventilador), o que os torna um sistema muito fácil de construir.

Figura 13: Duas versões de biofiltros de meios móveis inferiores: (esquerda) biofiltro contendo muitos biochips (foto R. Bolt); (direita) biofiltro sem aeração (foto: U. Strniša)

Tabela 6: Tipos de biofiltros e seus prós e contras em termos de desempenho do sistema: reator de biofilme de leito móvel (MBBR), filtro de leito fixo e filtro de gotejamento

Tipo de biofiltro	Construção básica	Prós e contras
Reator de biofilme de leito móvel (MBBR		Nitrificação ++ Filtragem - Desgaseificação +
Filtro de cama fixo		Nitrificação + Filtragem + Desgaseificação -
Filtro de escoamento		Nitrificação +filtração -Desgaseificação ++ (se arejado) -

Desgaseificação e aeração

O (s) aquário (s), o biofiltro e o (s) leito (s) de cultivo precisam de arejamento adequado. Existem muitas maneiras de fornecer isso, incluindo o uso de bombas de transporte aéreo, pulverizadores de água, rodas de pás, rotores, sopradores e compressores. Tal como acontece com o bombeamento de água, a aeração de água precisa ser confiável e eficiente em termos energéticos. A aeração em sistemas menores pode ser fornecida usando uma bomba de ar de longa duração e eficiência energética e tubulação de vinil de qualidade alimentar conectada a pedras de ar colocadas na parte inferior dos tanques ou perto da parte inferior dos canteiros. As bombas de ar geralmente não são grandes o suficiente para arejar sistemas maiores, que tendem a usar um ventilador regenerativo ou um gerador de oxigênio.

Na aquapônica, bombas de ar e pedras de ar são usadas para forçar o ar na água para fornecer oxigênio às raízes das plantas e aos peixes. As bombas de ar estão amplamente disponíveis em uma variedade de tamanhos, de muito pequeno a muito grande, com capacidade de operar de um a muitos airstones, cada um dos quais introduz centenas de pequenas bolhas de ar fresco e rico em oxigênio na solução. Embora seja mais fácil empurrar o ar para fora de uma pedra de ar que está em águas rasas, você não obtém tanto oxigênio na água quanto você faz se a pedra de ar é mais profunda. Quando o aeródromo é mais profundo, o grande número de bolhas que saem são menores devido à maior pressão da água, que juntos têm uma área de superfície maior do que menos bolhas maiores, e eles têm que viajar mais para a superfície, com a água circundante absorvendo oxigênio das bolhas até o topo do tanque onde eles explodem na superfície.

Entrada de oxigênio de alta eficiência

As tecnologias básicas de oxigenação são o tubo em U, o cone de oxigenação e o oxigenador de baixa cabeça (Figuras 14-16, Tabela 7).

Tabela 7: Características de diferentes possibilidades de enriquecimento de oxigênio de alta eficiência em RAS

Uma tecnologia simples de oxigenação para dissolver oxigênio na água do sistema é o U tubo (Figura 14). O oxigênio é injetado no fundo de um tubo de profundidade de 10-30 m através do qual a água do sistema flui. Devido à alta cabeça hidráulica, a alta pressão leva a uma alta dissolução do oxigênio na coluna de água. No entanto, como esta técnica exige que as estruturas sejam construídas profundamente no solo, o método geralmente não é implementável na prática.

Figura 14: Tubo em U

Um ** cone de oxigenação** (Figura 15) usa o mesmo princípio de um tubo em U. A diferença é que a alta pressão hidráulica é induzida por uma bomba (que usa muita energia). Esta tecnologia é especialmente adequada para cobrir picos de demanda de oxigênio, e tem uma alta eficiência em termos de dissolução de oxigênio.

Figura 15: Cone de oxigênio para dissolução de oxigênio puro em alta pressão Fonte: Timmons and Ebeling 2007 (esquerda), Bregnballe 2015 (direita)

O oxigenador de baixa cabeça (LHO) (Figura 16) usa outro método de enriquecimento de oxigênio. A água flui através de uma placa perfurada e provoca uma alta área de superfície de água para gás na câmara de mistura abaixo. Os LHOs operam de forma muito econômica, embora não possam atingir concentrações de oxigênio tão altas quanto os cones podem.

Figura 16: Oxigenador de cabeça baixa

Enriquecimento de oxigênio de baixa eficiência

A Figura 17 e a Tabela 8 mostram diferentes possibilidades de enriquecimento de oxigênio de baixa eficiência.

Figura 17: Diferentes possibilidades de enriquecimento de oxigênio de baixa eficiência na aquicultura

Tabela 8: Características das diferentes possibilidades de enriquecimento de oxigênio de baixa eficiência em RAS

*Copyright © Parceiros do Projeto Aqu @teach. Aqu @teach é uma Parceria Estratégica Erasmus+ no Ensino Superior (2017-2020) liderada pela Universidade de Greenwich, em colaboração com a Universidade de Zurique de Ciências Aplicadas (Suíça), a Universidade Técnica de Madrid (Espanha), a Universidade de Liubliana e o Centro Biotécnico Naklo (Eslovénia) . *