Sesiunea de comunicari stiintifice studentesti, 2008 Sectiunea de Pescuit si Acvacultura

Caracterizarea proceselor de nitrificare si denitrificare care au loc la nivelul unitatilor de filtrare biologica din cadrul sistemelor recirculante de acvacultura

GeneralitiFiltrarea biologic, n sensul cel mai larg, include orice tehnic de filtrare care utilizeaz organisme vii pentru a ndeprta o serie de compui toxici din ap. Pentru sistemele recirculante din acvacultur prezint un interes aparte sistemele de filtrare nitrificante/denitrificare ce permit controlul compuilor azotului i, n primul rnd, ndeprtarea amoniului.

Ciclul azotului reprezint un ciclu biogeochimic complex ce implic dou procese majore de conversie a azotului anume nitrificarea i denitrificarea .Materia organica

Amonificare

NH4+

Nitrificare

Fixare N2

NH2OH

ANAMMOXNO N 2O N2

NO2-

DenitrificareNO3-

Descompunerea compuilor cu azot are o importan deosebit n acvacultur deoarece o parte din produii de descompunere, n principal amoniacul-NH3 i azotiii-NO2-, sunt toxici; ntr-o msur mai mic i azotaii-NO3- sunt toxici atunci cnd, prin acumulare, ating concentraii mari: ntr-o prim faz, amoniul este oxidat de bacteriile autotrofe (Nitrosomonas) n nitrii (NO2-). n a doua faz, sub aciunea altor tipuri de bacterii autotrofe (Nitrobacter), nitriii se transform prin oxidare n nitrai (NO3-) deoarece i nitraii devin toxici cnd se acumuleaz ntr-o cantitate prea mare, este indicat s se limiteze conversia bacterian NH4+NO3-.

Aclimatizarea biofiltrului

n figura de mai sus este prezentat graficul variaiei concentraiilor de amoniac (NH3), nitrii (NO2-) i nitrai (NO3-) ntr-un biofiltru, n perioada de aclimatizare, perioad n care se dezvolt populaia de bacterii nitrificatoare. nainte cu o sptmn de adugarea petilor bacteriile din genul Nitrosomonas ncep s reduc cantitatea de amoniac pe care l oxideaz pn la nitrii (NO2-). Populaia de bacterii Nitrobacter este n continu dezvoltare ceea ce determin a scderii a cantitii de nitrii (NO2-) i o cretere a celei de nitrai (NO3-).

Factori care afecteaz nitrificarea

pH-ul. PH-ul optim pentru nitrificare variaza n general ntre 6 i 9. Alcalinitatea. Conversia amoniacului n azotai se realizeaz cu consum de alcalinitate.O vitez maxim de nitrificare se realizeaz la o alcalinitate de cel puin 1,5 meq/l. De asemenea, alcalinitatea previne modificrile de pH datorate eliberarii de acizi din procesul de nitrificare .

Oxigenul. Rata de nitrificare din biofiltru descrete atunci cnd cantitatea de oxigennecesar pentru desfurarea activiti bacteriene este insuficient (Kaiser i Wheaton, 1983; Nagel i Haworth, 1969). S-a demonstrat ns c oxigenul dizolvat trebuie s fie de cel puin 2 mg/l pentru meninerea unui nivel de nitrificare optim.

ceea ce privete efectul temperaturii asupra procesului de nitrificare. De exemplu, Jones i Morita (1985) au izolat bacterii capabile s oxideze amoniacul la -5C. Creterea optim pentru aceste celule are ns loc la 22C, n timp ce temperatura letal a fost de 29C. n orice caz, bacteriile adaptate la temperatura de 25C au avut o temperatur optim de cretere la 30C i o temperatur letal la 38C (Jones i Morita, 1985).

Temperatura. Se pare c n literatura de specialitate sunt numeroase contradicii n

Alti factori:Tipul i dimensiunile agentului filtrant Suprafaa specific Alimentarea hidraulic Grosimea filmului i biofilmului

Configuraia filtrului de nitrificaren acvacultur exist o diversitate de filtre de nitrificare. n funcie de soluia constructiv i de modul de funcionare se disting urmtoarele tipuri de filtre nitrificatoare: submersate, cu tambur, cu disc, cu paturi fluidizate i cu nisip. Filtrele submersate Principiul de funcionare al acestuia const n trecerea apei printr-un strat filtrant alctuit din diferite materiale, obinuit agregatele minerale (nisip, pietri, piatr spart) sau structurile granulare din material plastic.

agentul filtrant este n permanen imersat; trecerea apei prin filtru se poate face n sens ascendent sau descendent; necesar activitilor metabolice este reprezentat de oxigenul din ap; randamentul filtrului este determinat de nlimea coloanei de ap ce determin micarea apei prin filtru cu o anumit vitez.

Filtrele trickling Principiul de funcionare al acestor filtre const n trecerea apei prin mediul filtrant sub form de picturi. Circulaia apei n filtrul trickling este descendent, similar cu cea de la filtrul submersat. Spre deosebire, ns, de filtrul submersat unde apa curge n regim forat, la filtrul trickling apa circul gravitaional, sub aciunea greutii proprii.

agentul filtrant nu este inundat dar meninut permanent n stare umed; mediul filtrant este bine aerat asigurnd suficient oxigen pentru populaia de bacterii,prin circulaia aerului prin filtru.

Filtrele cu tambur

Constau dintr-un tambur cilindric perforat dispus ntr-o cuv prin care trece apa uzat. Tamburul este umplut cu un anumit tip de agent granular ce prezint valori ridicate ale porozitii, respectiv ale suprafeei active. Nivelul apei n cuv asigur imersarea unei jumti din diametrul tamburului.

pelicula biologic format pe agentul granular trece alternativ, cu o anumit frecven, att prin aer ct i prin ap; viteza de rotaie a tamburului este astfel stabilit nct durata meninerii n ap a peliculei biologice s nu afecteze dezvoltarea acesteia datorit lipsei de oxigen;

dar nici s nu conduc la meninerea n aer a peliculei biologice mai mult timp dect este necesar pentru a se evita deshidratarea (uscarea) peliculei biologice; datorit modului specific de funcionare, coninutul n oxigen al apei nu mai este att de important ca n cazul filtrului submersat; micarea de rotaie a tamburului determin un regim turbulent al apei n interiorul filtrului, motiv pentru care ritmul colmatrii agentului filtrant este destul de redus.

Filtrele cu discuri Principiul de funcionare al filtrelor nitrificatoare cu discuri este similar cu cel al filtrelor cu tambur, anume, punerea periodic n contact cu aerul a peliculei biologice active. Suprafaa activ, cea pe care se dezvolt pelicula biologic nitrificatoare, este reprezentat de suprafaa lateral a unor discuri dispuse spaiat pe un ax antrenat cu o anumit vitez, ntr-o continu micare de rotaie.

distana optim dintre discuri este, de regul, cca. 20-30 mm; viteza de rotaie a filtrelor tip RBC depinde, ca i n cazul filtrelor cu tambur, n primul rnd de ncrcarea apei n amoniu i azotii i, ntr-o mai mic msur, de coninutul n oxigen al apei; consumul specific de energie ce asigur funcionarea acestui tip de filtru, sunt mai mici dect n cazul filtrului cu tambur rotativ; ritmul colmatrii este foarte sczut iar frecvena splrilor este mic.

Filtrele cu paturi fluidizate Din punct de vedere constructiv, aceste filtre sunt alctuite dintr-un bazin cilindric ale crui dimensiuni (nlime i diametru) sunt stabilite n funcie de debitul de ap uzat i de ncrcarea acesteia n compuii toxici ai azotului (amoniu i azotii). Att la partea inferioar ct i la cea superioar, bazinul este prevzut cu armturi specifice ce asigur accesul apei uzate (afluentul), respectiv evacuarea apei curate (efluent). Se utilizeaz ageni filtrani cu greutate specific medie pentru a fi adui cu uurin n starea de plutire i cu o granulozitate ct mai fin, astfel nct suprafaa activ s fie ct mai mare. Agentul filtrant care corespunde n cea mai mare msur acestor exigene este nisipul fin.

apa uzat este introdus sub presiune, prin pompare, pe la partea inferioar a filtrului; viteza apei n filtru se stabilete astfel nct agentul filtrant s fie meninut n permanen suspendat n masa apei; n cazul filtrelor cu pat fluidizat oxigenul necesar peliculei biologice este furnizat exclusiv de curentul de ap; filtrele cu pat fluidizat necesit, n general, debite mari pe unitatea de suprafa i au dimensiuni mici, fiind compacte; se colmateaz greu i odat echilibrate au o eficien bun.

Filtrele cu bile din plastic

Din punct de vedere constructiv i funcional, filtrele cu bile din plastic sunt asemntoare cu cele cu pat fluidizat, descrise anterior. Deosebirea dintre acestea const n natura agentului filtrant care, n acest caz, este reprezentat de bile din material plastic avnd greutatea specific subunitar, deci, mai uoare dect apa. Pentru ca stratul filtrant s prezinte o suprafa superficial specific ct mai mare, dimensiunea bilelor din plastic este ct mai mic, de ordinul milimetrilor

circulaia apei n filtru este ascendent; viteza curentului ascensional de ap la un filtru cu bile din plastic poate fi mai mic dect la filtrul cu pat fluidizat; att la partea inferioar, ct i la cea superioar, bazinul filtrului este septat cu dou plci perforate, dispuse la nlimi diferite; filtrele cu bile din plastic asigur, n principal, filtrarea biologic (controlul compuilor azotului) dar realizeaz concomitent i o filtrare mecanic; diametrul mic al agentului filtrant asigur o suprafaa activ mare.

Denitrificarea

Denitrificarea reprezinta procesul de reducere a nitrailor via nitrii (NO2-), oxid de azot (NO) si peroxid de azot (N2O) pn la produsul final al nitrificrii, N2 azotul atmosferic. Cele mai cunoscute genuri de bacterii denitrificatoare sunt Pseudomonas sp., Bacillus sp., Thiobacillus sp. i Propionibacterium sp. (Zumft, 1997 Wrage, 2001). Majoritatea bacteriilor denitrificatoare sunt organisme aerobe heterotrofe care folosesc nitraii ca electron terminal acceptor n lanul respirator. Denitrificarea are loc atunci cnd predomin condiiile anoxice datorit faptului c enzimele responsabile pentru acest proces (nitrat reductaza, nitrit reductaza) sunt sensibile la concentraiile ridicate de oxigen. Asemenea bacteriilor nitrificatoare, bacteriile denitrificatoare sunt rspndite atat in mediul terestru cat si mediul acvatic, fie el dulcicol sau marin. Factorii care afecteaz rata de denitrificare sunt: concentraia de nitrai, concentraia in compui donori de electroni (compui cu carbon organic, sulf, hidrogen) i prezena/absena oxigenului reprezint un criteriu decisiv (Tiedje, 1988).

V mulumesc pentru atenie