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