Evaluación del tamaño del biofiltro de los sistemas RAS

Es fundamental controlar la concentración de nitrógeno amoniacal total (TAN)

Los filtros percoladores son filtros biológicos simples y potentes que proporcionan nitrificación, desgasificación de dióxido de carbono y suministro de oxígeno en un solo componente. Sin embargo, debido a la pequeña superficie específica del portador, generalmente son más grandes que la mayoría de los filtros modernos.

La producción de productos acuáticos en sistemas terrestres utilizando tanques y tecnología de acuicultura circulante (RAS) se está expandiendo en todo el mundo. Detrás de esta tendencia está la necesidad de prácticas de producción más intensivas que utilicen y gestionen menos agua.

Se puede encontrar una descripción de estas tecnologías en nuestras columnas anteriores en . Cuando la edición de julio / agosto de 2015 describió cómo determinar el flujo de recirculación requerido para un biofiltro en el RAS, este artículo se enfoca en cómo estimar el tamaño del biofiltro requerido para una aplicación en particular.

Potencia adecuada, velocidades de alimentación

Para aumentar el tamaño del biofiltro para su uso en el RAS, el objetivo principal del diseñador es proporcionar suficiente volumen de biofiltro para controlar la concentración de amoníaco-nitrógeno (TAN) en los recipientes de cultivo a un límite superior predeterminado. Conocer esta concentración es muy importante porque la velocidad de eliminación del biofiltro está relacionada con la concentración de amoníaco y nitrógeno disponible para las bacterias en el filtro.

Cuanto menor sea el límite de concentración de TAN seleccionado por el diseñador, menor será la tasa de eliminación del biofiltro. Como resultado, se requiere un biofiltro grande para una aplicación específica.

La determinación de la velocidad máxima de alimentación del sistema también es fundamental para el proceso de dimensionamiento del biofiltro. La tasa de producción de amoníaco y nitrógeno se puede estimar a partir de la tasa de adición de alimento y el contenido de proteína del alimento utilizado en el sistema.

Determinación de la videograbadora

El medio de biofiltro de este reactor de lecho móvil inicialmente se ve blanco y flota fácilmente.

En la columna de mayo / junio de 2015, se señaló que la mejor manera de determinar la capacidad de nitrificación de un biofiltro era determinar la tasa de conversión volumétrica (VTR) del medio del biofiltro en g TAN / m3 / día. Es fundamental que el diseñador comprenda las condiciones bajo las cuales se determina este VTR y las compare con las condiciones del RAS correspondiente durante el período pico.

Tenga en cuenta que cuanto menor sea la concentración de TAN que ingresa al biofiltro, menor será el VTR de ese filtro. Esta es la parte más difícil de determinar el tamaño de un biofiltro para un uso particular y, en la mayoría de los casos, se basa en la experiencia pasada en un entorno de biofiltro dado en una configuración de biofiltro particular.

Pasos de tamaño

Por lo tanto, hay cuatro pasos para determinar el tamaño del biofiltro utilizado para reciclar los sistemas de producción acuícola:

  • Determine la concentración máxima permitida de TAN en el tanque de cultivo.
  • Estime la tasa máxima de alimentación del sistema y calcule la tasa máxima de generación de amoníaco y nitrógeno.
  • Determine el VTR del medio de biofiltro utilizado según la experiencia pasada o las especificaciones del fabricante.
  • Calcule el volumen estimado del medio de biofiltro.

Ejemplo de tamaño de biofiltro

Después de cuatro meses, los medios «experimentados» se ven marrones y tienen menos flotabilidad.

Por ejemplo, considere un RAS de agua dulce que funciona a una temperatura del agua de 25 ° C y suponga que no hay límite de oxígeno porque la concentración de oxígeno disuelto en el agua es superior a 4 mg / l para el biofiltro. Suponga también que el pH y la alcalinidad del sistema son 7,2 y 100 mg / l, respectivamente, y que la concentración máxima de TAN deseada es 2 mg / l. Además, asumimos que la tasa máxima de alimentación para todo este sistema de biofiltros es más alta cuando 60 kg por día tienen un contenido de proteína del 40%.

Ahora necesitamos estimar la tasa de generación de TAN que se genera diariamente a partir de esta tasa de alimentación. Consulte la Ecuación 1 a continuación (del abogado en julio / agosto de 2015).

Ecuación 1

TAN producido (kg / día) = 60 kg de alimento / día x 40% de proteína x

50% de nitrógeno desperdiciado x 0,16 g de nitrógeno / g de proteína x

1,2 g de TAN / g de nitrógeno

TAN producido = 2,3 kg TAN / día

Tenga en cuenta que el porcentaje de proteína y nitrógeno desperdiciado en la ecuación anterior debe ingresarse como una fracción decimal de 0.4 y 0.5, respectivamente.

Quizás la tercera tarea más difícil de este ejercicio es determinar el VTR que se utilizará. Como se señaló anteriormente, esta tasa depende del tipo de portador de biofiltro seleccionado y las condiciones del sistema.

La experiencia de los autores y los resultados de las investigaciones publicadas muestran que, en las condiciones de calidad del agua antes mencionadas, la VTR de flujo de los medios filtrantes biológicos con una superficie específica de 200 metros cuadrados es de aproximadamente 90 g TAN / m3 / día. De manera similar, en condiciones similares, la estimación conservadora del VTR de los medios en el reactor de lecho móvil es 350 g TAN / m3 / día. La ecuación 2 a continuación puede usarse para estimar el volumen de medio de biofiltro requerido para convertir TAN en nitrógeno nitrato relativamente inofensivo.

Ecuación 2

Volumen medio del biofiltro (m3) = producción de TAN (g TAN por día) ÷

VTR (g TAN / m3 / día)

Usando esta ecuación, podemos calcular la cantidad de medio que necesitaría un filtro de filtración:

2300 g TAN / día ÷ 90 g TAN eliminado / m3 / día = 25 m3

Si el tamaño de este filtro que fluye fuera de 2,5 m cuadrados, la altura del portador sería de 4,0 m. Al diseñar el filtro, hay espacio tanto por encima como por debajo del soporte del biofiltro. En total, este filtro de flujo puede tener 5,3 m de altura, 0,3 m por encima del medio de distribución de agua y 1 m por encima del medio para recoger y devolver el agua al sistema de producción.

De manera similar, en este ejemplo, podemos calcular la cantidad de medio de lecho móvil requerido para el sistema. Para estimar este volumen, la Ecuación 2 se usa de la siguiente manera:

2300 g TAN / día ÷ 350 g TAN eliminado / m3 / día = 6,57 m3

Para que el medio tenga espacio en los diseños de reactor de lecho móvil para mezclarse con aireación, el reactor está diseñado de manera que el ambiente consuma hasta el 70 por ciento del volumen del reactor. Así, el reactor con 6,6 m3 de medio sería de 9,4 m3. Si este reactor tuviera 2,5 m de diámetro, el volumen requerido para el medio y el agua requeriría una altura de 1,9 m. Si se añaden 0,3 m al reactor en un francobordo sobre el agua y el medio ambiente, la altura total del reactor sería de 2,2 m.

Perspectivas

A partir de estas estimaciones del tamaño de los biofiltros, los lectores pueden comprender fácilmente por qué los reactores de lecho móvil han comenzado a dominar la industria. Se pueden realizar evaluaciones similares para otros biofiltros. Sin embargo, el diseñador debe tener una buena idea de la capacidad de VTR de un medio en particular bajo las condiciones específicas que surgen durante la producción comercial de la acuicultura prevista del sistema.

Nota editorial: este artículo se basó en parte en una investigación del autor de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, publicada en el Volumen 23, Revista 2000 Equipo de acuicultura. La hoja de cálculo de esta publicación proporciona todo lo que se describe aquí.

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