Sisteme recirculante

8/15/2019 Sisteme recirculante

1/290


2/290

Ingineria sistemelor recirculante

C U P R I N S

1. Consideraţii generale.....................................………...….………1

1.1. Consideraţii tehnologice privind asigurareacalităţii apei în sistemele recirculante........………….……....…3

1.2. Probleme specifice privind tratarea apei

în sistemele recirculante.............................………….…...……51.2.1. Controlul solidelor reziduale.............………….…...……61.2.2. Controlul azotului..............................…....…….……..…81.2.3. Controlul pH-ului şi alcalinităţii……...….…..................101.2.4. Controlul gazelor dizolvate.....………….…..................11

1.3. Aspecte economice privind acvacultura dinsistemele reciculante................................…………..………..14

1.4. Terminologie.........................................………….………......15

2. Estimarea debitelor şi a capacităţii portante…....….………...16

2.1. Conceptul de bilanţ de masă.....................………….….....…17

2.2. Estimarea debitelor.............................………….……........…192.2.1. Estimarea debitelor necesare asigur ării

conţinutului în oxigen dizolvat.............……….……..…192.2.2. Estimarea debitelor necesare asigur ării

controlului amoniacal neionizat (NH3-N).....................222.2.3. Estimarea debitului necesar controlului nitraţilor.........26


3/290

Cuprins

2.2.4. Estimarea debitului care să asigureconţinutul în oxigen dizolvat (DO) într-unfiltru biologic submers..................................................27

2.2.5. Exemple de estimare a debitului.................................282.3. Estimarea capacităţii portante a sistemului…….……........…34

2.3.1. Estimarea capacităţii portante în funcţiede conţinutul în oxigen dizolvat DO).......…….…….....34

2.3.2. Estimarea capacităţii portante în funcţiede concentraţia admisibilă în azot amoniacaltotal (TAN) ..................................................................35

2.3.3. Exemplu de estimare a capacităţii portante a unui

sistem recirculant........................................................36

3. Controlul particulelor solide ...............................……………...40

3.1. Noţiuni introductive …………………………...……………......403.2. Separarea gravitaţională …………….....…...………………...43

3.2.1. Sedimentarea …….........…………..…………………...433.2.2. Centrifugarea ………..........…………………..………...483.2.3. Separarea cu hidrocicloane ……….............…..……...49

3.3. Filtrarea mecanică …………………………………...…...…....503.3.1. Filtrarea cu site ……………………………................…503.3.2. Filtrarea cu material granular ….........……..……….....593.3.3. Filtrarea cu agenţi poroşi ………………….............…..65

3.4. Procedee fizico-chimice ………………….....……..………….683.4.1. Filtrarea cu carbon activ ……………………............….693.4.2. Filtre cu schimbători de ioni ……………............……..733.4.3. Fracţionarea (separarea) cu spumă ………...…..........753.4.4. Ozonizarea …………………………............………......84

3.5. Aplicaţii ale sistemelor de control al particulelorsolide …………………….....………………………...…....……84

4. Principiile filtrului nitrificator ………........................................88

4.1. Noţiuni introductive ……………………………………….........884.2. Cinetica procesului de nitrificare ………………………..........884.3. Configuraţia filtrului de nitrificare ………………………..........91

4.3.1. Filtrele submersate ……………………….....................914.3.2. Filtrele „trickling” ……………………...............…..........924.3.3. Filtrele cu tambur………...............………………..........934.3.4. Filtrele cu discuri ……………...............…………..........94


4/290


4.3.5. Filtrele cu paturi fluidizate ………………………..........954.3.6. Filtrele cu bile din plastic ……………………...............96

4.4. Factori care influenţează procesul de filtrare ...……….........984.4.1. Factori chimici ………………………............................984.4.2. Factori fizici ………………………..............................1024.4.3. Factori biologici ………………………........................107

5. Proiectarea filtrelor nitrificatoare………………………………109

5.1. Noţiuni introductive.…………………………....….............…1095.2. Metodologia proiectării filtrelor nitrificatoare ………...........1105.3. Biofiltre granulare expandabile ………………….......……...119

5.3.1. Filtre cu nisip ascentente………………….................1205.3.2. Filtre cu bile din plastic ……………………….............1245.3.3. Filtre cu pat fluidizat ……………………….................127

5.4. Filtrele “trickling” …….….….…………………………...........1315.5. Filtrele biologice rotative (RBC) ……………………….........139

6. Aerarea şi oxigenarea…...……………………………………….147

6.1. Noţiuni introductive...............…………………………………1476.2. Caracteristicile gazelor dizolvate ……………………...........1486.3. Teoria transferului gazelor ……………………………..........151

6.3.1. Solubilitatea gazului ……………………….................151

6.3.2. Viteza de transfer ……………………….....................1526.3.3. Indicatori de performanţă ai sistemelor

de aerare-oxigenare…………………….....................1546.4. Sisteme de contact cu oxigen pur …….........………………161

6.4.1. Variante constructive de contactori apă-oxigen........1636.4.2. Surse de oxigen .......................................................1716.4.3. Monitoring şi control..................................................1716.4.4. Metodologia de proiectare ........................................1726.4.5. Exemplu de proiectare a unei

coloane cu umplutur ă................................................1756.5. Sisteme de contact cu aerul .……….....……………...……..181

6.5.1. Variante constructive de contactori aer- apă.............1826.5.2. Surse de aer .............................................................1896.5.3. Monitoring şi control .................................................1906.5.4. Metodologia de proiectare ........................................191


5/290

Cuprins

7. Controlul dioxidului de carbon .……..……………………..….195

7.1. Noţiuni introductive ………………………….........………….1957.2. Echilibrul carbonaţilor şi controlul dioxidului

de carbon prin managementul pH-ului ………………..........1997.3. Controlul dioxidului de carbon prin schimb de gaze ….......203

7.3.1. Schimbul de gaze .....................................................2037.3.2. Coeficient de transfer al dioxidului de carbon...........2057.3.3. Caracterizarea curgerii gazelor.................................209

7.4. Cinetica reacţiilor de echilibru a carbonaţilor..….….........…2127.5. Dehidroxilarea bicarbonaţilor în dioxid de carbon..........….213

7.6. Schimbul de gaze combinat cu cinetica reacţiilor…............2168. Controlul pH-ului în sistemele din acvacultur ă

cu ciclu închis ….................................................…....………..221

8.1. Alcalinitatea şi controlul pH-ului .........................................2218.1.1. Sistemele non-volatile...............................................2228.1.2. Sistemele volatile......................................................2238.1.3. Controlul pH-ului........................................................224

8.2. Nitrificarea ..........................................................................2258.3. Managementul sistemului...................................................226

8.3.1. Rata consumului alcalinităţii......................................227

8.3.2. Substanţa folosite ca suplimente de alcalinitate........2288.4. Exemple de calcul ..............................................................230

9. Metode de dezinfecţie a apei......................................……….2329.1. Noţiuni introductive .............................................................2329.2. Clorinarea ...........................................................................2369.3. Tratarea termică..................................................................2409.4. Tratarea cu radiaţii ultraviolete............................................242

9.4.1. Consideraţii generale................................................2429.4.2. Lămpi UV...................................................................2509.4.3. Sisteme de dezinfecţie cu radiaţii UV .......................253

9.5. Ozonul ................................................................................259

9.5.1. Consideraţii generale ...............................................2599.5.2. Eficacitatea acţiunii dezinfectante a ozonului............2609.5.3. Toxicitatea ozonului ..................................................2629.5.4. Sisteme de dezinfecţie a apei cu ozon .....................263

9.6. Compararea metodelor de dezinfecţie ...............................265


6/290


10.Managementul proiectării şi oper ării bazinelor de cultur ă..26710.1. Ingineria bazinelor de creştere ........................................26710.2. Structuri de admisie a apei în bazinele circulare..............27010.3. Structuri de evacuare a apei din bazinele circulare.........27610.4. Structuri de drenaj dublu pentru

concentrarea şi îndepărtarea solidelor ............................28110.5. Bilanţul solidelor ..............................................................28310.6. Managementul tehnologic al bazinelor circulare .............285

10.6.1. Sisteme de îndepărtare a peştilor mor ţi ................28510.6.2. Structuri de observare a reziduurilor

de hrană................................................................28711.Operarea şi conducerea sistemelor recirculante.................290

11.1. Noţiuni introductive..........................................................29011.2. Cerinţe de management la proiectarea

componentelor sistemelui................................................29111.2.1. Bazine ...................................................................29111.2.2. Sisteme de filtrare biologică .................................29211.2.3. Toxicitatea amoniacului şi nitriţilor.........................29411.2.4. Aclimatizarea biofiltrelor........................................295

11.3. Controlul particulelor solide de natur ă organică .............297

11.3.1. Solide sedimentabile ............................................29811.3.2. Solide suspendate ................................................29811.3.3. Solide dizolvate ....................................................299

11.4. Sisteme de aerare-oxigenare .........................................30011.5. Dioxidul de carbon ..........................................................30111.6. Managementul pH-ului ....................................................30211.7. Managementul tehnologic ...............................................303

11.7.1. Popularea .............................................................30311.7.2. Asigurarea materialului de populare .....................30311.7.3. Densitatea de populare ........................................30411.7.4. Hr ănire ..................................................................305

11.7.5. Dimensiunea granulelor ........................................30611.7.6. Frecvenţa hr ănirii ..................................................30611.7.7. Intensitatea hr ănirii ...............................................30811.7.8. Comportamentul la hr ănire ...................................308

11.8. Mirosuri str ăine („off-flavours”).........................................30811.9. Controlul îmbolnăvirilor şi stresului .................................309


7/290

Cuprins

11.10. Sisteme de siguranţă ....................................................31111.11. Cerinţe suplimentare de proiectare

şi management.............................................................31211.11.1. Conservarea energiei............................................31211.11.2. Eficienţa managementului operaţional..................31411.11.3. Menţinerea capacităţii de încărcare.......................31511.11.4. Menţinerea producţiei în flux continuu...................318

11.12. Concluzii........................................................................318

12. Bibliografie.………………………….….………………………....319


8/290

P refa ţă Lucrarea de faţă, rod al unei minuţioase documentări din literatura

de specialitate, î şi propune să pună la dispoziţia studenţilor şi dascălilor lor,doctoranzilor şi celor implicaţi în activitatea de cercetare fundamental-aplicativă informaţiile tehnice de bază necesare proiectării unor sistemesuperintensive de creştere a peştelui sau a altor vieţuitoare acvatice încondiţiile asigur ării unui înalt grad de refolosire şi recirculare a apei.

Controlul calităţii unei ape cu o încărcare organică foarte ridicată,situaţie specifică sistemelor recirculante din acvacultur ă, impune folosireaunor echipamente şi instalaţii adecvate, prudent integrate tehnicilor demanagement tehnologic.

Principalele aspecte tehnice ale sistemelor recirculante, dezvoltate în prezenta lucrare, se refer ă la estimarea debitelor şi capacităţii portante,controlul particulelor solide, proiectarea filtrelor nitrificatoare şi aleechipamentelor de aerare şi oxigenare, controlul dioxidului de carbon şi alpH-ului, dezinfecţia apei, ingineria bazinelor de cultur ă şi, nu în ultimulrând, operarea şi conducerea acestor sisteme.

Fiind vorba de o lucrare inedită în domeniul literaturii tehnice dindomeniul acvaculturii româneşti, este posibil, datorită complexităţiifenomenelor abordate, ca unele probleme fundamentale să fie insuficientaprofundate şi dezvoltate. De aceea, ne exprimăm speranţa că, după lectur ă, cititorul va găsi r ăgazul să-şi expună critic propriul punct de vederedespre carte, astfel încât eventualele apariţii editoriale ulterioare dindomeniu să poată înregistra saltul calitativ aşteptat.

Autorii nutresc speranţa că prezentul volum se constituie într-o

modestă contribuţie la asigurarea premizelor necesare promovării şidezvoltării unor sisteme moderne de acvacultur ă în ţara noastr ă.

Autori i


9/290


1

1 CONSIDERAŢII GENERALE

Preocupările actuale privind diversificarea şi intensificareatehnologiilor din acvacultur ă precum şi cele referitoare la conservareabioresurselor din ecosistemele acvatice naturale impun investiţii majore(financiare, umane) pentru realizarea unor complexe sisteme de producţierecirculante.

Costul ridicat al peştelui produs în sistemele recirculante determină o multitudine de probleme de natur ă tehnică şi financiar ă ce trebuierezolvate în vederea asigur ării competitivităţii acestora în raport cusistemele tradiţionale de creştere în heleştee.

Lucrarea de faţă î şi propune să furnizeze specialiştilor informaţiile

tehnice de bază necesare proiectării unor sisteme superintensive decreştere a peştelui şi a altor vieţuitoare acvatice în condiţiile asigur ării unui înalt grad de refolosire şi recirculare a apei.

Acvacultura tradiţională, practicată în heleşteie, necesită cantităţimari de apă. Astfel, inundarea unui heleşteu având suprafaţa de 1 hanecesită, în medie, cca. 15 mii m3 de apă, în timp ce compensareapierderilor de apă din bazin, consecinţă a evaporaţiei şi infiltraţiei,presupune, de asemenea, un volum echivalent de apă. In aceste condiţii, lao producţie unitar ă medie de 3000 kg peşte/ha rezultă un consum specifical apei destul de ridicat, anume 10 m3 apă/kg peşte. Drept rezultat, înnumeroase zone ale României acvacultura în heleşteie nu este posibilă datorită rezervelor limitate de apă sau absenţei unor terenuri adecvate

pentru construirea heleşteielor.Sistemele recirculante de producţie acvatică constituie o alternativă

importantă la acvacultura tradiţională, de heleşteu. Ca urmare a tratării apeişi reutilizării acesteia, sistemele recirculante necesită o cantitate mult maimica de apă decât un heleşteu pentru a realiza o producţie similar ă.Deoarece sistemele recirculante folosesc, în mod obişnuit, diferite tipuri debazine (tancuri, silozuri etc.), dens populate, pentru obţinerea produsului de


10/290

Consideraţii generale

2

cultur ă, cerinţa privind necesarul de suprafaţă de teren este, de asemenea,mult mai redusă decât în cazul acvaculturii clasice.

Creşterea unor vieţuitoare acvatice în condiţii de mediu controlateprin tratarea şi recircularea apei constituie o problemă minuţios studiată înultimele decenii pe plan mondial. Deşi aceste tehnologii sunt costisitoare,posibilitatea obţinerii produsului de cultur ă în flux continuu, pe tot parcursulanului, şi în locaţii apropiate unor pieţe de desfacere, constituie importanteargumente pentru abordarea acvaculturii în sisteme recirculante. S-aurealizat, în ultimul timp, o multitudine de facilităţi de producţie ce utilizează tehnologia tratării şi recirculării apei. Complexitatea managementuluioperaţional şi rezultatele economice demonstrează, în cele mai multecazuri, că facilităţile de mari dimensiuni sunt mai puţin viabile. Deosebit deacestea, facilităţile de capacitate mică sau medie, constituie, ca urmare asimplităţii şi flexibilităţii managementului tehnologic, aspecte reflectate învaloarea mai redusă a cheltuielilor de exploatare, o importantă alternativă de dezvoltare a acvaculturii în sisteme recirculante.

Fezabilitatea şi eficienţa activităţii unui sistem recirculant decreştere depind de măsura în care este asigurată o optimă corelaţie întremanagementul tehnologic, capacitatea portantă şi calitatea apei.

Abordarea unor tehnologii de acvacultur ă în condiţii de mediucontrolate prin tratarea şi recircularea apei presupune cunoaşterea, decătre investitori şi acvacultori, a unor potenţiale riscuri de natur ă tehnică sau economică.

Principalele probleme tehnice avute în vedere la proiectarea,realizarea şi exploatarea unui sistem recirculant în acvacultur ă sunt:

- fundamentarea capacităţii portante şi a debitelor de apă necesarepentru asigurarea unor condiţii mediale optime în ceea ce priveşte, înprincipal, conţinutul în oxigen şi compuşi ai azotului;

- optimizarea managementului privind controlul particulelor solide dincadrul sistemului, în corelaţie cu intensivitatea producţiei, respectiv cucantitatea de hrană administrată;

- realizarea unor adecvate sisteme de nitrificare biologică pentrumenţinerea concentraţiei compuşilor azotului în domeniul optim impusde cerinţa tehnologică;

- proiectarea sistemelor de oxigenare (aerare) a apei în funcţie departicularităţile ecofiziologice şi tehnologice ale speciei de cultur ă;

- fundamentarea sistemelor de monitoring şi control al dioxidului decarbon şi al alcalinităţii apei în sistemul de cultur ă;

- controlul microsuspensiilor şi substanţei organice dizolvate;


11/290


3

- optimizarea managementului tehnologic, în sensul integr ării diferitelorsecvenţe ale tehnologiei de creştere cu cele de condiţionare a calităţiiapei;

- definirea şi alegerea unui sistem adecvat de monitoring şi control înscopul funcţionării sistemului în condiţii de maximă siguranţă.

În măsura rezolvării şi optimizării problemelor enunţate anterior,sistemele recirculante permit realizarea unui înalt grad de intensivitate aproducţiei de biomasă printr-un control avansat al parametrilor hidrochimiciai sistemului de creştere, în concordanţă cu cantitatea şi structurabiochimică a furajelor administrate şi cu exigenţele impuse de asigurareaunor optime condiţii de igienă piscicolă.

În condiţiile utilizării sistemelor recirculante la capacitatea lormaximă de stocare, o parte dintre factorii abiotici acţionează în senslimitativ asupra componentei biotice. De aceea, controlul factorilor demediu prin intermediul facilităţilor sistemului, este determinant pentrurealizarea indicatorilor biotehnologici preconizaţi

1.1. Consideraţii tehnologice privind asigurareacalităţii apei în sistemele recirculante

Principalul deziderat tehnologic ce trebuie realizat într-un sistemrecirculant din acvacultur ă constă în asigurarea unor condiţii mediale caresă corespundă, într-o cât mai mare măsur ă, particularităţilor ecofiziologiceale speciei de cultura.

Calitatea apei dintr-un sistem recirculant de cultur ă estedeterminată, la modul critic, de concentraţia acesteia în oxigen dizolvat,azot amoniacal neionizat, nitriţi şi dioxid de carbon. Nivelul concentraţiei înazotaţi, pH-ului şi alcalinităţii constituie, de asemenea, parametri importanţide apreciere a calităţii apei.

Obţinerea produsului de cultur ă în condiţii de maximă profitabilitateimpune realizarea unui ritm de creştere cât mai ridicat al biomasei,respectiv o perioadă cât mai scurtă de timp până la atingerea taliei

comercializabile. Pentru a asigura un asemenea ritm de creştere peşteleeste hr ănit, în mod obişnuit, cu furaje granulate având un conţinut ridicat deproteină. Intensitatea hr ănirii este variabilă pe durata perioadei de creştere, în funcţie de stadiul de dezvoltare al speciei, respectiv talia acesteia la unmoment dat. Astfel, în primele stadii, la formele juvenile, se administrează zilnic o cantitate de hrană egală cu 15% din masa corporală a acestora,pentru ca spre sfâr şitul perioadei de creştere, când peştii se apropie de


12/290


4

talia comercializabilă, cantitatea de hrană distribuită într-o zi să se reducă până la 1,5%.

Intensitatea hr ănirii, compoziţia hranei, intensitatea metabolismuluişi cantitatea de hrană neconsumată influenţează calitatea apei din bazinelede creştere.

Cea mai mare parte din hrana introdusă în sistem este consumată de peşti, în timp ce hrana neconsumată urmează să se descompună încadrul sistemului. Produşii rezultaţi din metabolismul peştilor (metaboliţi)includ dioxidul de carbon, azotul amoniacal şi solidele fecaloide. Dacă hrana neconsumată şi metaboliţii amintiţi sunt lăsaţi în cadrul sistemului,concentraţiile în dioxid de carbon şi azot amoniacal ale apei de cultur ă potatinge valori ce nu se mai încadrează în domeniul optim din punct devedere tehnologic. Excesul de hrană neconsumată şi metaboliţi au, deasemenea, un puternic impact şi asupra stării de sănătate a materialuluipiscicol, de care depinde, în cele din urmă, măsura în care sunt realizaţiindicatorii biotehnologici preconizaţi.

Este cunoscut faptul că într-un heleşteu condiţiile mediale suntmenţinute la nivelul cerinţei tehnologice printr-o judicioasă echilibrare ainputurilor de hrană cu capacitatea asimilativă a heleşteului. In acest caz,productivitatea biologică naturală a heleşteului (alge, plante superioare,zooplancton, bacterii etc.) se comportă ca un filtru biolgic care procesează deşeurile. Intensificarea producţiei într-un heleşteu implică creşterea, înaceeaşi măsur ă, a intensităţii hr ănirii. De aceea, un anumit grad al

intensivităţii producţiei necesită aerarea suplimentar ă a apei. Capacitateaportantă a unui heleşteu cu aerarare suplimentar ă, menţionată de literaturade specialitate, este, în general, de cca. 5000÷7000 kg/ha ceea cereprezintă, în condiţiile unei adâncimi medii a apei din heleşteu de 1,5 m,aproximativ 0,33÷0,47 kg/m3.

Comparativ cu heleşteele obişnuite, capacitatea portantă a unuisistem recirculant trebuie să fie mult mai mare, pe măsura cheltuielioriniţiale de capital. In aceste condiţi, datorită costului ridicat al investiţiei şicapacităţii limitate de filtrare biologică a bazinelor, un principal criteriu demanagement tehnologic al unui sistem recirculant constă în asigurareacapabilităţii curentului de apă ce trece prin unităţile de creştere de a spălaşi evacua reziduurile metabolice digestive, în primul rând, şi hrana

neconsumată. In plus, o condiţie imperativă impusă de managementultehnologic constă în menţinerea unei concentraţii optime a oxigenuluidizolvat, prin aerarea continuă a apei sau prin injectare de oxigen pur înstare gazoasă.

Dinamica schimbării apei în bazinele de creştere dintr-un sistemrecirculant depinde de mai mulţi factori, cei mai importanţi fiind densitateade populare, intensitatea hr ănirii şi compoziţia biochimică a furajelor. În


13/290


5

exemplul următor, se consider ă că un bazin de creştere având capacitateade 18.900 litri trebuie să asigure, printr-o adecvată rată a schimbării apei,condiţii optimale pentru o densitate a biomasei de cultur ă de 0,06 kg/l (60kg/m3). Corespunzător datelor menţionate privind capacitatea şi densitateade populare rezultă o valoare a biomasei de cultur ă din bazin de cca. 1134kg. Cantitatea de hrană administrată zilnic reprezintă 1,5 % din masacorporală a biomasei de cultur ă, adică 17 kg furaj, iar conţinutul în proteină a furajului utilizat este de 32 %. Considerând, în baza datelor din literaturade specialitate, că 3 % din hrana cu conţinutul proteic menţionat setransformă în azot amoniacal, cele 17 kg furaj vor produce în sistemaproximativ 0,5 kg de N-NH3. Pentru a menţine în bazinul de cultur ă oconcentraţie admisibilă în azot amoniacal de 1 mg/l este necesar, încondiţiile în care rata producerii azotului amoniacal este de 0,5 kg/zi, să seasigure o intensă primenire a apei. Debitul de primenire al sistemului,rezultat din bilanţul de masă al azotului amoniacal, este, în condiţiileamintite, 42 l/min. Asigurarea necesarului de oxigen la nivelul cerinţeifiziologice a biomasei de cultur ă impune, chiar şi în cazul acestui debitdestul de ridicat, o aerare eficientă a apei de cultur ă.

1.2. Probleme specifice privind tratarea apei însistemele recirculante

Este cunoscut faptul că la nivelul unei anumite locaţii nu suntdisponibile, de cele mai multe ori, cantităţile de apă necesare pentruspălarea şi eliminarea reziduurilor metabolice digestive şi a hraneineconsumate dintr-un bazin de cultur ă, la o singur ă trecere a apei dealimentare prin acesta. Astfel, de cele mai multe ori, este dificil să seasigure, în condiţii tehnice şi economice acceptabile, debitul de primenirenecesar menţineriii unor condiţii mediale optime într-un sistem de cultur ă.Practica sistemelor recirculante demonstrează că debite de alimentare cuapă proaspătă mai mari de 300÷400 l/min sunt, de regulă, dificil deasigurat, constituind, din acest motiv, un principal criteriu restrictiv îndimensionarea capacităţii de producţie a acestora.

Recirculând apa din bazinele de cultur ă printr-un sistem de tratarece îndepărtează amoniacul, în primul rând, precum şi celelalte produsereziduale, se obţine acelaşi efect ca şi în cazul prezentat anterior, când apade alimentare trece o singur ă dată prin bazin. Eficienţa cu care sistemul detratare îndepărtează amoniacul, rata producţiei de amoniac a biomasei dinsistemul de cultur ă şi concentraţia impusă a azotului amoniacal din apa decultur ă constituie principalii factori ce determină intensitatea recirculării apeidin bazine spre unitatea de tratare. Folosind exemplul prezentat mai sus, în


14/290


6

cazul în care unitatea de tratare îndepărtează 50% din azotul amoniacal dinapă la o singur ă trecere a acesteia prin unitate, debitul recirculant alsistemului trebuie să fie de de două ori mai mare decât debitul dealimentare al unor bazine prin care apa, proaspătă, trece o singur ă dată (42l x min-1/0,5 = 84 l/min).

Performanţa economică a unui sistem de producţie recirculantdepinde, în mare măsur ă, de costul echipamentelor din cadrul unităţii detratare a apei. Toate sistemele recirculante din acvacultur ă îndepărtează solidele reziduale, oxidează amoniacul şi nitriţii, elimină dioxidul de carbonşi aerează sau oxigenează apa înainte de întoarcerea acesteia sprebazinul de cultur ă (fig. 1). În cazul unor sisteme cu un ridicat grad deintensivitate a producţiei sau atunci când specia de cultur ă este maisensibilă la condiţiile de mediu, se impune o tratare suplimentar ă a apeiconstând în îndepărtarea solidelor fine şi a substanţei organice dizolvateprecum şi aplicarea unor anumite procedee de dezinfectare.

1.2.1. Controlul solidelor reziduale

Furajele granulate utilizate în acvacultur ă conţin proteine,carbohidraţi, lipide, minerale, apă etc. Fracţia de hrană neasimilată debiomasa de cultur ă este excretată sub formă de deşeuri organice (solidefecaloide). În procesul de descompunere bacteriană a fecalelor solide şi ahranei neconsumate este consumat oxigenul dizolvat în apă şi se formează

azot amoniacal. De aceea, solidele reziduale trebuie să fie îndepărtate câtmai repede posibil din bazinele de creştere. Solidele reziduale pot ficlasificate în patru categorii: sedimentabile, suspendate, flotante şidizolvate. Îndepărtarea primelor două categorii constituie principalapreocupare în ceea ce priveşte controlul solidelor. Solidele organicedizolvate pot deveni o problemă în sistemele cu un schimb redus de apă.

Controlul solidelor sedimentabile. În cadrul celor patru categorii dereziduuri solide, cele sedimentabile sunt cel mai uşor de controlat şi estenecesar să fie eliminate din bazinele de cultur ă şi din componentele defiltrare în mod operativ. Sunt considerate sedimentabile, acele solide ce sedepun pe fundul bazinului în mai puţin de o or ă, în condiţii de apă liniştită.

Solidele sedimentabile pot fi îndepărtate, pe măsura acumulării lor, prinstructuri de drenaj adecvate ca soluţie constructivă şi poziţionare. Un altprocedeu pentru controlul solidelor sedimentabile constă în menţinerea lor în stare de suspensie printr-o continuă agitare şi îndepărtarea acestora dinapa uzată, în exteriorul bazinului de cultur ă, folosind, în mod obişnuit, unuldin următoarele echipamente: bazin de sedimentare (decantor), filtrumecanic (granular sau cu site), separator centrifugal.


15/290


7


16/290


8

Controlul solidelor suspendate. Diferenţa dintre solidele suspendateşi cele sedimentabile este, în primul rând, de ordin practic. În condiţiilespecifice privind circulaţia apei în bazinele de cultur ă, solidele suspendatenu se depun pe fundul acestora şi nu pot fi îndepărtate cu uşurinţă înbazine de sedimentare (decantoare). Într-un sistem recirculant, controlulsolidelor suspendate este mai dificil. În măsura în care solidele suspendatenu pot fi îndepărtate în totalitate din bazinele de cultur ă, acestea pot limitasemnificativ capacitatea portantă a sistemului sau pot irita branhiile peştilor.Cea mai obişnuită metodă de îndepărtare a solidelor suspendate implică, îngeneral, câteva procedee de filtrare mecanică, între care, cel mai frecventutilizate, sunt filtrarea cu site şi filtrarea cu mediu granular.

Controlul solidelor fine şi dizolvate. Sunt considerate solide fine,solidele suspendate al căror diametrul este mai mic de 30 µm. Într-un bazinde cultur ă, solidele fine reprezintă peste 50 % din conţinutul total în solidesuspendate. Solidele fine suspendate sporesc cerinţa în oxigen asistemului de cultur ă şi determină iritarea, eventual lezarea, branhiilorpeştilor. Solidele dizolvate sunt reprezentate, în cea mai mare parte, deproteine şi contribuie, de asemenea, semnificativ, la sporirea cerinţei înoxigen a sistemului.

Solidele dizolvate şi cele fine nu pot fi îndepărtate uşor, din punct devedere economic, prin sedimentare sau diferite tehnologii de filtrare,procedeul uzual de eliminare al acestora din apa uzată fiind separarea cuspumă. Procedeul constă în introducerea unor bule de aer la baza unei

coloane închise de apă. În deplasarea lor ascensională, bulele î şi mărescdiametrul şi realizează o suprafaţă considerabilă de contact la nivelulcăreia, urmare a unor complexe procese fizice, sunt ataşate solidele fine şidizolvate care se vor acumula la nivelul suprafeţei libere a apei din coloană (interfaţa aer-apă) sub formă de spumă. Spuma astfel formată este drenată din coloană spre un bazin de colectare a reziduurilor. Eficienţa îndepărtăriisolidelor fine prin procedeul separ ării cu spumă este ilustrată deconcentraţia acestora în bazinul de stocare a reziduurilor care este, în modobişnuit, de cca. 5 ori mai mare decât concentra ţia lor în bazinul decultur ă. Deşi eficienţa separ ării cu spumă este determinată, în maremăsur ă, de proprietăţile chimice ale apei, acest procedeu poate fi utilizat, îngeneral, pentru reducerea semnificativă a turbidităţii apei şi a consumului

de oxigen în cadrul sistemului de cultur ă.

1.2.2. Controlul azotului

Azotul total amoniacal (TAN), produs final al transformăriiproteinelor, cuprinde două forme, anume amoniacul neionizat (NH3) şiamoniacul ionizat (NH4

+). Într-un sistem de cultur ă, TAN –ul este excretat la


17/290


9

nivelul branhiilor peştilor pe măsura asimilării hranei sau reprezintă produsul descompunerii bacteriene a solidelor reziduale organice din cadrulsistemului. Forma neionizată a azotului amoniacal este extrem de toxică lamarea majoritate a speciilor de peşti. Ponderea formei neionizate în cadrulTAN este dependentă de pH-ul şi temperatura apei. Astfel, la un pH de7,00 cea mai mare parte din TAN se prezintă sub forma ionizată, iar la unpH de 8,75, peste 30 % din TAN este reprezentat de forma neionizată.

În timp ce concentraţia letală a azotului amoniacal este cunoscută pentru multe din speciile de cultur ă, efectele subletale ale azotuluiamoniacal nu sunt, încă, bine definite. Reducerea ritmului de creştere abiomasei de cultur ă constituie unul din principalele efecte subletale.

În general, concentraţia în azot amoniacal neionizat a apei dintr-unbazin de cultur ă nu trebuie să fie mai mare de 0,05 mg/l.

Azotul din nitriţi (NO2-) este un produs al oxidării azotului amoniacal.

Bacteriile nitrificatoare (Nitrosomonas) folosesc azotul amoniacal ca sursă de energie pentru creştere, produsul metabolic al acestora fiind reprezentatde nitriţi. Bacteriile nitrificatoare constituie fundamentul filtr ării biologice. Acestea se dezvoltă, în principal, pe suprafaţa specifică a substratului dinbiofiltru dar, într-o măsur ă mai mică, ele se dezvoltă pe suprafaţa celorlaltecomponente ale sistemului. Cu toate că nu sunt la fel de toxici ca şi azotulamoniacal, nitriţii afectează speciile de peşti de cultur ă, motiv pentru careconcentraţia acestora trebuie menţinută, printr-un control adecvat, în limiteoptime.

Azotul din nitriţi se fixează la nivelul hemoglobinei rezultândmethemoglobina. Methemoglobina nu este capabilă să fixeze şi să transporte oxigenul fiind afectat, în consecinţă, procesul de respiraţie alpeştilor. Toxicitatea nitriţilor difer ă în funcţie de specia de cultur ă. Opractică obişnuită pentru reducerea toxicităţii nitriţilor constă în creştereaconcentraţiei în cloruri a apei de cultur ă. Menţinerea unui raport, consideratoptim, de 10:1 între cloruri şi nitriţi, constituie, în general, o eficientă metodă împotriva creşterii concentraţiei de methemoglobină şi a toxicităţiinitriţilor. Din fericire, bacteriile din genul Nitrobacter prezente, deasemenea, în biofiltrele biologice utilizează nitriţii ca sursă de energie şiproduc nitraţii ca rezultat final ai metabolismului.

Într-un sistem recirculant cu un biofiltru matur, concentraţia în nitriţi

a apei de cultur ă nu ar trebui să fie mai mare de 10 mg/l pentru perioade îndelungate de timp, concentraţia optimă pe durata exploatării fiind sub1 mg/l.

Nitraţii nu constituie, în mod normal, o problemă deosebită amanagementului calităţii apei dintr-un sistem recirculant. Diverse studiiindică faptul că speciile de peşti de cultur ă pot tolera niveluri extrem deridicate (≥ 200 mg/l) de nitraţi. Obişnuit, concentraţia în nitraţi a apei decultur ă nu atinge niveluri atât de ridicate în sistemele recirculante. Nitraţii


18/290


10

sunt eliminaţi din sistem în cadrul diferitelor faze ale managementuluioperaţional al sistemului, cum ar fi îndepărtarea solidelor sedimentate sauspălarea filtrului. De asemenea, nitraţii pot fi îndepărtaţi prin procesul dedenitrificare ce are loc în diferite componente ale sistemului de tratare aapei, cum ar fi bazinele de sedimentare. Denitrificarea apare atunci cândbacteriile anaerobe metabolizează nitraţii, rezultatul final al denitrificării fiindazotul gazos care este eliberat în atmosfer ă pe durata procesului deaerare.

Controlul concentraţiei azotului amoniacal neionizat (NH3) dintr-unbazin de creştere constituie un obiectiv esenţial în proiectarea unui sistemde tratare recirculant. Azotul amoniacal trebuie îndepărtat din bazinul decultur ă cu o viteză care este egală cu viteza producerii acestuia, în scopulmenţinerii concentraţiei de siguranţă. Există o diversitate de tehnologiidisponibile pentru îndepărtarea azotului amoniacal din apă, dintre acesteafiltrarea biologică fiind cel mai mult utilizată. În filtrarea biologică există unsubstrat cu o arie mare a suprafeţei de contact la nivelul căreia bacteriilenitrificatoare se pot fixa şi creşte. Într-un filtru biologic, amoniacul şi nitriţiidintr-un sistem recirculant sunt oxidaţi în nitriţi, respectiv nitraţi, de cătrebacteriile din genurile Nitrosomonas, respectiv Nitrobacter . Substraturile ceintr ă în alcătuirea biofiltrelor sunt reprezentate, uzual, de un agregatmineral (pietriş, nisip) sau diferite corpuri din plastic (inele, bile, tuburi etc.).Configuraţia substratului şi modul în care acesta intr ă în contact cu apauzată definesc mecanismul tratării apei într-o unitate de filtrare biologică.

Există o diversitate de filtre biologice întâlnite în practica sistemelorrecirculante între care, cel mai frecvent, sunt: contactorii biologici rotativi(RBC), filtrele submersate, filtrele „trickling”, filtrele cu tambur, filtrele cu patfluidizat, filtrele cu bile din plastic etc.

1.2.3. Controlul pH-ului şi alcalinităţii

Valoarea concentraţiei ionilor de hidrogen (H+), sau pH-ul, indică măsura în care o apă este acidă sau bazică. Reacţia apei influenţează omultitudine de parametri de calitate a apei, precum şi viteza majorităţiiproceselor biologice şi chimice. De aceea, pH-ul este considerat unimportant parametru ce trebuie monitorizat şi controlat într-un sistem

recirculant din acvacultur ă. Alcalinitatea este o măsur ă a capacităţii apei de a neutralizaaciditatea (ionii de hidrogen). Bicarbonaţii (HCO3

-) şi carbonaţii (CO3-) sunt

bazele predominante, respectiv sursele de alcalinitate în majoritatea apelor. Apele cu o alcalinitate pronunţată au o capacitate de tamponare mai marela variaţia pH-ului decât apele mai puţin alcaline.


19/290


11

Este cunoscut faptul că procesul de nitrificare determină creştereaacidităţii apei deoarece, pe măsur ă ce azotul amoniacal este transformat înnitraţi de către bacteriile nitrificatoare, rezultă ioni de hidrogen. Aceştia secombină cu bazele, carbonaţii şi bicarbonaţii din apă, proces în urma căruiaalcalinitatea este consumată iar pH-ul scade. Niveluri ale pH-ului sub 4,5sunt periculoase pentru peşti, în timp ce un pH mai mic de 7 reduceactivitatea bacteriilor nitrificatoare. Dacă sursa de apă a unui sistemrecirculant prezintă o alcalinitate scăzută, se impune monitorizarea pH-uluişi alcalinităţii, urmând ca prin adăugarea unei baze să se menţină alcalinitatea apei la valoarea optimă. În acest scop, cel mai frecvent, seutilizează laptele de var [Ca(OH)2], varul nestins (CaO) şi bicarbonatul desodiu (NaHCO3)

1.2.4. Controlul gazelor dizolvate

În timp ce creşterea concentraţiei de azot amoniacal poate limitadrastic capacitatea portantă a unui sistem recirculant, menţinerea uneiconcentraţii adecvate de oxigen dizolvat (DO) în bazinele de cultur ă şi filtrubiologic constituie, de asemenea, un parametru critic. În cele mai multecazuri, capacitatea unui sistem de a asigura conţinutul optim de oxigendizolvat în apă devine primul factor limitativ al capacităţii portante asistemului. Pentru a menţine un nivel adecvat al oxigenului dizolvat într-unbazin de cultur ă, rata introducerii acestuia trebuie să fie egală cu rata

consumului de către peşti şi bacterii. Rata consumului oxigenului dizolvateste dificil de calculat, însă o proiectare judicioasă a unui sistem recirculantimpune o estimare a acesteia cu un ridicat grad de acurateţe. Rata globală a consumului de oxigen dintr-un sistem include rata oxigenului consumat înrespiraţia peştilor, rata consumului de oxigen în procesul descompuneriireziduurilor metabolice şi a hranei neconsumate (consum biochimic deoxigen - BOD), precum şi rata consumului de oxigen în nitrificare.Cantitatea de oxigen necesar ă într-un sistem recirculant este, în foartemare măsur ă, dictată de durata menţinerii solidelor reziduale în cadrulsistemului şi de configuraţia biofiltrului. Astfel, în cazul sistemele cu filtrenesubmersate, unde solidele sunt îndepărtate rapid, la o cantitate de 0,453kg hrană introdusă se consumă cca. 0,13 kg oxigen, în timp ce la sistemele

cu filtre biologice submersate, unde solidele sunt menţinute în filtru pedurata dintre două operaţiuni de spălare-îndepărtare a acestora, pentruaceeaşi cantitate de hrană adăugată se consumă cca. 0,34 kg de oxigen.

Dioxidul de carbon acumulat în cadrul unui sistem recirculant dinacvacultur ă este un produs rezultat din respiraţia bacteriană şi a biomaseide cultur ă. Toxicitatea dioxidului de carbon este redusă, chiar în cazul uneiconcentraţii ridicate a acestuia, atunci când în apă există o cantitatesuficientă de oxigen dizolvat. Totuşi, pentru mai multe specii de peşti,


20/290


12

concentraţia dioxidului de carbon liber dintr-un bazin de cultur ă trebuiemenţinută la valori mai scăzute de 20 mg/l.

Creşterea concentraţiei azotului gazos dizolvat constituie destul derar o problemă în acvacultura sistemelor recirculante cu apă caldă. Cutoate acestea, se impune o anumită precauţie atunci când sunt folositesisteme de aerare sub presiune sau de oxigenare a apei. În această situaţie, apa poate deveni suprasaturată cu azotul atmosferic antrenat decurentul de aer sau oxigen introdus sub presiune în apa de cultur ă.Organismele acvatice expuse într-o apă de cultur ă cu o concentraţie foarteridicată de azot gazos pot fi afectate de boala „bulelor de gaz”, al căruiprognostic este deosebit de grav, mai ales la stadiile juvenile.

Menţinerea unor niveluri adecvate ale oxigenului dizolvat şiminimizarea concentraţiei dioxidului de carbon într-un bazin de cultur ă constituie principale criterii privind managementul calităţii apei ce nu trebuieomise la proiectarea unui sistem recirculant.

Într-un sistem recirculant cu o încărcare ridicată de încărcare abiomasei, tipic intensivă, întreruperea funcţionării sistemului de oxigenaresau aerare poate conduce la pierderea totală a biomasei de cultur ă într-operioadă scurtă de timp (1/2 ore sau chiar mai puţin).

Aerarea şi degazarea. Introducerea de oxigen atmosferic în apă saueliberarea excesului dioxidului de carbon din apă pot fi realizate în cadrulunui sistem recirculant folosind o varietate de echipamente cum ar fi:

difuzoarele de aer, agitatoarele de suprafaţă şi coloanele cu umplutur ă (presurizate sau nepresurizate).Obişnuit, sistemele de aerare sunt plasate în bazinele de cultur ă.

Această locaţie nu este, totuşi, cea mai bună soluţie pentru suplimentareaconţinutului de oxigen dizolvat în apă. Explicaţia constă în faptul că eficienţa de transfer a acestor sisteme de aerare scade pe măsur ă ceconcentraţia oxigenului dizolvat în apă creşte până în apropierea nivelurilorde saturaţie. Deoarece starea de saturaţie în oxigen dizolvat constituie, dinpunct de vedere tehnologic, un principal deziderat în ceea ce priveştecalitatea apei, utilizarea sistemelor de aerare amplasate în interiorulbazinelor de cultur ă nu este recomandată.

În sistemele recirculante, o soluţie mai bună constă în aerarea şi

degazarea curentului reciclat chiar înainte de reintroducerea sa în bazinulde cultur ă. În cazul acestei locaţii, în sistemele ce utilizează filtrelebiologice submersate, concentraţia oxigenului dizolvat ar trebui să fie la celmai mic nivel al său iar concentraţia dioxidului de carbon va înregistra celemai mari valori. Aeratoarele de tip coloană cu umplutur ă (tip PCA)constituie un mijloc eficient şi simplu de aerare a unui curent de apă. Într-unaerator PCA, apa este introdusă, prin intermediul unui sistem special de


21/290


13

distribuţie, într-o coloană de înălţime relativ mică, umplută cu corpuri dinmaterial plastic, de forme diferite. Coloana cu umplutur ă este operată încondiţii de neinundare ceea ce asigur ă un eficient schimb gazos pe toată înălţimea sa.

Atunci când aeratorul tip PCA este folosit pentru îndepărtareadioxidului de carbon, se impune folosirea unei suflante de joasă presiunece asigur ă un debit suficient de mare al curentului de aer ce trece prinumplutura coloanei.

Există o multitudine de sisteme recirculante ce includ în configuraţiaunităţilor de tratare a apei pompe „aer-lift”. Echipamentele „aer-lift” au rolulde a amesteca apa cu bulele de aer în procesul de tratare în scopulcreşterii eficienţei îndepărtării dioxidului de carbon şi suplimentăriiconţinutului de oxigen dizolvat.

Injectarea de oxigen pur . În sistemele de producţie intensive rataconsumului oxigenului de către peşti şi biomasa bacteriană poate depăşicapacitatea unui echipament obişnuit de aerare de a difuza oxigenulatmosferic în apă. În aceste cazuri, difuziunea de oxigen gazos purconstituie un procedeu indicat pentru a creşte rata suplimentării oxigenului.Concentraţia de saturaţie a oxigenului atmosferic în apă rareori depăşeşte8,75 mg/l în cazul utilizării apei calde (> 20oC). În cazul folosirii sistemelorde difuziune a oxigenului gazos pur, concentraţia de saturaţie a oxigenului în apă creşte de aproape 5 ori, până la cca. 43 mg/l, în condiţiile unei

presiuni atmosferice standard. Această metodă permite un transfer mairapid al oxigenului în apă, chiar atunci când concentraţia în oxigen dizolvata mediului de cultur ă din bazin este menţinută aproape de valoarea desaturaţie atmosferică (> 7 mg/l).

Eficienţa absorbţiei oxigenului pur în apa de cultur ă a unui sistemrecirculant depinde de caracteristicile constructive şi funcţionale aleechipamentelor de injecţie sau difuziune utilizate. Eficienţa absorbţiei estedefinită ca un raport dintre masa oxigenului absorbit de către apă şi masaoxigenului introdus prin difuziune sau injecţie. Echipamentele de difuzie aoxigenului judicios proiectate pot asigura o eficienţă a absorbţiei mai marede 90 %. Bazinele de cultur ă nu constituie cea mai bună locaţie pentruintroducerea oxigenului în apă cu difuzoare obişnuite (piatr ă ponce). În

acest caz, datorită adâncimii mici a coloanei de apă din bazin, duratatransferului gazos la nivelul interfeţei apă-oxigen echivalentă cu timpulnecesar deplasării ascensionale a bulelor de gaz până la suprafaţa liber ă aapei este scurtă, motiv pentru care eficienţa absorbţiei fiind mai mică de 40%.

Performanţa unui sistem de injecţie a oxigenului este condiţionată de măsura în care se asigur ă optimizarea între mărimea suprafeţei decontact şi durata transferului gazos. Coloanele de contact în contracurent,


22/290


14

coloanele cu umplutur ă închise, tuburile tip U, contactorii descendenţi cubule, echipamente de oxigenare frecvent folosite în sistemele recirculante,satisfac această condiţie.

1.3. Aspecte economice privind acvacultura dinsistemele recirculante

Eficienţa acvaculturii practicată în sisteme de tip recirculant depindede o multitudine de factori între care cei mai importanţi suntamplasamentul, mărimea şi configuraţia sistemului, precum şi calitatea

managementului tehnologic şi a celui operaţional.Literatura de specialitate menţionează destul de puţine cazuri, bine

documentate, în care sistemele recirculante de mari dimensiuni permitobţinerea unor rezultate profitabile.

Cele mai multe informaţii privind realizarea unor indicatori deperformanţă superiori se refer ă la sistemele recirculante de mici dimensiunial căror produs de cultur ă poate fi valorificat, în stare vie sau refrigerată, lapreţuri rezonabile corespunzătoare nivelului costurilor de producţie, pe opiaţă de desfacere locală.

Structura cheltuielilor de producţie variabile (hrană, puiet,electricitate, manoper ă etc.) la un sistem recirculant nu este mult diferită faţă

de structura cheltuielilor din cadrul altor sisteme de creştere. Astfel, în

timp ce acvacultura intensivă de heleşteu necesită, pentru anumiteperioade de timp, variabile ca durată, puteri instalate de mărime apreciabilă (literatura de specialitate indică, de exemplu, pentru acţionareaechipamentelor de aerare pe timpul verii, o valoare a puterii specificeinstalate de cca. 2 kW/ha), sistemele recirculante prezintă un regimstaţionar în ceea ce priveşte puterea instalată pe tot parcursul anului,consumul specific de energie electrică (kW x h / kg peşte) fiind sensibil egal

în cele două variante tehnologice.Şi în ceea ce priveşte manopera, cheltuielile aferente celor două

sisteme de creştere (de heleşteu şi recirculant) sunt comparabile ca ordinde mărime. Chiar dacă, aparent, un sistem recirculant implică un volum mai

mare de manoper ă pentru întreţinere şi funcţionare, managementultehnologic al unui heleşteu presupune, în schimb, unele operaţii cu un gradmai ridicat de complexitate, realizate în condiţii dificile (pescuit,manipularea echipamentelor de aerare în cazuri de urgenţă etc), motivpentru care diferenţa dintre cheltuielile cu manopera, în cele două variante,este minimă.


23/290


15

În sistemele recirculante se obţine un randament superior deconversie a hranei şi, drept rezultat, cheltuiala specifică cu furajele este maimică comparativ cu cea înregistrată în acvacultura de heleşteu.

Totuşi, într-un sistem recirculant, se realizează costuri de producţiemai mari decât în cazul acvaculturii de eleşteu. Explicaţia constă învaloarea iniţială de capital, diferită în cazul celor două sisteme. Astfel, întimp ce investiţia specifică în cazul acvaculturii de heleşteu, menţionată deliteratura de specialitate, este de cca. 0,9 $/kg peşte, investiţia specifică pentru un sistem recirculant este apreciată la cca. 1÷4 $/kg peşte.Literatura de specialitate menţionează, de asemenea, că o creştere ainvestiţiei specifice cu 1 $ determină creşterea costurilor anuale deproducţie cu 0,1 $/kg peşte, date ce exprimă elocvent influenţa valoriicapitalului iniţial pentru realizarea investiţiei asupra profitabilităţii acestuia.

În aceste condiţii, trebuie cunoscut faptul că, pe o aceeaşi piaţă dedesfacere, produsele acvaculturii din sistemele recirculante pot finecompetitive cu produsele acvaculturii de heleşteu. Acvacultura practicată în sistemele recirculante prezintă, totuşi, o principală oportunitate, anume,posibilitatea obţinerii în flux continuu, pe tot parcursul anului, de produse înstare proaspătă. De asemenea, sistemele recirculante constituie facilităţicorespunzătoare pentru creşterea unor specii de peşti tropicali sauornamentali, specii recunoscute pentru exigenţa ridicată faţă de condiţiilede mediu.

1.4. Terminologie

Pentru a discuta despre refolosirea apei şi despre tehnologiile derecirculare se porneşte de la o bază comună de termeni, frecvent utilizată în literatura de specialitate, anume:

- refolosirea apei: procedeu prin care apa este trecută succesiv,deplasându-se într-o singura direcţie, prin mai multe mai bazine; apa nuva tranzita niciodată de 2 ori acelaşi bazin;

- recircularea apei: procedeu prin care apa trece din bazinele de creştere

în sistemul de tratare, după care revine în aceleaşi bazine;- volumul total al sistemului: volumul total de apă existent în bazinele de

creştere, reţeaua de conducte şi rezervoare şi sistemul de tratare aapei;

- procentul de înlocuire: partea din volumul total al sistemului care este înlocuită zilnic;


24/290


16

- procentul de reciclare: partea din volumul total al sistemului care estereţinută zilnic;

- biomasa total ă: masa produsului de cultur ă dintr-un sistem de creştere;

- densitatea de populare (stocare): masa produsului de cultur ă raportată la unitatea de volum a sistemului de creştere (se ignor ă efectuldislocuirii de către biomasă a unei păr ţi din volumul sistemului decreştere);

- debitul de recirculare: volumul de apă care trece prin bazinul decreştere în unitatea de timp;

- debitul de primenire: volumul de apă proaspătă ce trece printr-un bazin

de creştere în unitatea de timp;

- durata medie de rezidenţă hidraulic ă: timpul necesar pentru schimbareacompletă a volumului de apă dintr-un bazin, la o anumită rată a curgerii;

- aria suprafeţ ei specifice: aria suprafeţei raportată la unitatea de volum;uzual se refer ă la aria suprafeţei mediilor de filtrare sau acomponentelor sedimentabile;

- capacitatea de înc ărcare (portant ă ): cantitatea maximă de biomasă cepoate fi menţinută în interiorul sistemului; uzual se exprimă ca masă peunitatea de volum a sistemului de cultur ă.


25/290


17


26/290

Estimarea debitelor şi a capacităţii portante

16


27/290


17

2 ESTIMAREA DEBITELOR ŞI ACAPACITĂŢII PORTANTE

2.1. Conceptul de bilanţ de masă

În sistemele recirculante este necesar să se realizeze o optimă corelaţie între capacitatea portanta şi cea de producţie a sistemului. În cazcontrar, sistemul devine ineficient sub următoarele aspecte: ritm redus decreştere, conversie scăzută a hranei, încindenţă crescută a îmbolnăvirilor şimortalităţi ridicate. De asemenea, subdimensionarea capacităţii portante a

unui sistem determină exploatarea incompletă, respectiv ineficientă, aacestuia. Din aceste considerente, pentru a se evita fiesupradimensionarea, fie subdimensionarea capacităţii portante, primul pas în proiectarea unui sistem recirculant constă în optimizarea bilanţuluimaterial (bilanţ de masă).

Metoda de rezolvare a problemelor tehnologice şi tehnice cuajutorul analizei bilanţului de masa se bazează pe legea conservării masei, în sensul că masa în cadrul unui sistem închis nu poate fi creată saudistrusă, ci doar transformată.

Efectuarea bilanţului de masă în cadrul unui sistem recirculant dinacvacultur ă presupune parcurgerea următoarelor etape conceptuale:- definirea limitelor sistemului;

- izolarea şi identificarea debitelor afluente (input) şi a celor efluente(output) de materie la nivelul sistemului;

- identificarea materiilor ce intr ă în bilanţul de masă;

- identificarea proceselor de transformare ce au loc în interiorul limitelorsistemului cu efect asupra bilanţului de masă.


28/290


18

După parcurgerea acestor etape, se poate scrie ecuaţia bilanţuluide masă care, în condiţii de stare instabilă a sistemului, are forma:

debitulmasei

afluente însistem

debitulmasei

efluente dinsistem

debitul net detransformare a

masei îninteriorul

sistemului

gradul deacumulare a

masei îninteriorul

sistemului

= - +

Această ecuaţie se poate exprima sintetic sub forma :

2.1.consumuri - produceri ieşiri -intr ări acumul ări +=

În condiţii de stare stabilă, ecuaţia este mult simplificată, întrucâtstarea de stabilitate implică absenţa acumulărilor (sau pierderilor) dinsistem, situaţie în care ecuaţia bilanţului de masă devine:

2.2.consumuri - produceri ieşiri -intr ări +=0 sau, sub o altă formă:

2.3.consumuri ieşiri produceri intr ări +=+

Ecuaţia bilanţului de masă, într-una din formele prezentate anterior,

constituie fundamentul pentru elaborarea unor modele simple saucomplexe care să simuleze calitatea apei dintr-un sistem de creştere dinacvacultur ă.

Sistemele recirculante sunt bine definite în ceea ce priveşte limitelesistemului de cultur ă, intr ările şi ieşirile de materie precum şi procesele detransformare ale acesteia (fig. 2.1.).

În figura 2.1 termenii R, P, (Q·Cin), (Q·Cout) sunt debite masice[mg/s], iar notaţiile au următoarele semnificaţii:

- Q = debitul de primenire [volum/timp];- C = concentraţia materiei din sistem [masă/volum];- Cin = concentraţia materiei din afluent [masă/volum];- Cout = concentraţia materiei din efluent [masă/volum]

Ecuaţia bilanţului de masă se aplică în mod diferenţiat în funcţie demodul de circulaţie a apei în cadrul sistemului de creştere.


29/290


19

Concentraţia materiei însistemul de creştere (C)

Rata de producere amateriei în sistem (P)

Rata de eliminare amateriei din sistem (R)

Rataintr ărilor

de materie în sistem

(Q·Cin)

Rataieşirilor

de materiedin sistem

(Q·Cout)

Limitele sistemului

Fig. 2.1. Bilanţ simplificat al materiei într-un sistem de creştere dinacvacultur ă (după Timmons şi Losordo, 1994)

2.2. Estimarea debitelor

În majoritatea sistemelor de creştere din acvacultur ă în care apaeste refolosită sau recirculată, cel mai important parametru de calitate aapei, cu rol limitativ în stabilirea intensivităţii producţiei, este oxigenuldizolvat (DO). În condiţiile menţinerii concentraţiei optime în DO, se puneproblema controlului concentraţiei în azot amoniacal sub formă neionizată (NH 3 –N) care, de obicei, are rol restrictiv (factor de risc), la fel ca şiacumulările de particule solide în suspensie din masa apei. Un sistemrecirculant judicios proiectat permite menţinerea principalilor parametrifizico-chimici în domeniul optim tehnologic, principala problemă în ceea cepriveşte asigurarea calităţii apei constând în eliminarea produsului final alnitrificării, nitraţii.

2.2.1. Estimarea debitelor necesare asigur ării conţinutului înoxigen dizolvat

Ecuaţia bilanţului material pentru oxigenul dizolvat într-un sistem deproducţie din acvacultur ă exprimă dinamica concentraţiei oxigenuluidizolvat în bazin (gradientul de variaţie) şi poate fi scrisa astfel:

00000 R P C QC QV

dt

dC i

−+⋅−⋅=⋅ 2.4.


30/290


20

unde:- dC0/dt = gradientul de variaţie a concentraţiei oxigenului

[masă/timp]- Q = debitul de primenire [volum/timp];- V = volumul sistemului [volum];- C0 = concentraţia de DO in bazinele de cultur ă [masă/volum];- C0i = concentraţia de DO în afluentul sistemului [masă/volum];- P0 = rata producţiei de DO în cadrul sistemului [masă/timp];- R0 = rata consumului de DO în cadrul sistemului [masă/timp].

În condiţii de stare stabil

ă (concentra

ţie constant

ă a oxigenului în

interiorul bazinului de cultur ă, adică dC0/dt = 0), ecuaţia poate fi simplificatala:

2.5.

Rata producţiei de oxigen dizolvat (P0) se bazează, exclusiv, pesistemul de oxigenare prevăzut în cadrul sistemului recirculant. Gradul dedizolvare (adiţie) a oxigenului este funcţie de sursa de oxigen (atmosfericsau gaz pur), presiunea de injectare, conţinutul în oxigen al apei şi deeficienţa sistemului de distribuire şi menţinere a oxigenul în apă.

De menţionat că dacă P0 tinde spre R0 atunci Q tinde spre 0. În

această situaţie, sistemul nu presupune introducere de oxigen prin afluent. În sistemul de refolosire a apei în serie, f ăr ă aerare sau oxigenare între două utilizări succesive ale apei, P0 = 0.

Termenul R0, rata consumului de oxigen, reprezintă un parametrucritic, dificil de estimat. Rata totală a consumului de oxigen din cadrul unuisistem (R0) se determină cu relaţia:

0i0

00

CC

PR Q

−

−=

NOD BODr

R R R R ++=0 2.6.

unde:- R r = rata consumului de oxigen în procesul de respiraţie al biomasei

de cultur ă [masă/timp];

- R BOD = rata consumului de oxigen dizolvat în procesul oxidăriicompuşilor carbonici din reziduuri [masă/timp];

- R NOD = rata consumului de oxigen dizolvat în procesul de nitrificare[masă/timp].


31/290


21

Fiecare dintre aceste componente ale consumului de oxigen estedependentă de numeroase variabile fizice şi biologice asociate biomasei decultur ă şi sistemului de creştere.

De exemplu, intensitatea respiraţiei biomasei este dependentă despecia de cultur ă, vârsta, respectiv talia materialului biologic, densitatea depopulare, temperatura apei şi dinamica nutriţiei.

Pentru fracţia carbonatică din hrana neconsumată şi excrementelepeştilor există un consum corespunzător de oxigen pentru fiecare sistem deproducţie. Prin proiectare se poate reduce rata oxigenului carbonatic prin îndepărtarea rapidă a produşilor metabolici (deşeuri solide în suspensie)din sistem. Aceste solide pot fi îndepărtate efectiv cu ajutorul unui bazin dedecantare sau prin utilizarea unei alte tehnologii de filtrare mecanică (sitede filtrare, pat de nisip, bile din plastic). Dacă filtrarea mecanică esteasociată cu cea biologică (cazul filtr ării cu agenţi submersaţi), RBOD va fideterminat în funcţie de necesarul de oxigen în interiorul filtrului. În acestecondiţii, se poate aprecia că spălările frecvente în contracurent reducnecesarul de oxigen pentru oxidarea suspensiilor de natur ă organică datorită limitării descompunerilor biologice din interiorul filtrului.

Un alt mare consumator de oxigen este procesul de nitrificare dininteriorul filtrului biologic. O analiză primar ă a reacţiei chimice de nitrificarearată că la fiecare gram de azot amoniacal total (TAN), oxidat până laazotat, este folosită o cantitate de 4,57 g oxigen dizolvat. Rezultă că rataoxigenului azotic (RNOD) poate fi însemnată şi trebuie luată în considerare în

ecuaţia bilanţului material al oxigenului.Din ecuaţia bilanţului material al oxigenului se determină rataadaosului de oxigen necesar sistemului. Astfel, cunoscând niveluloxigenului dizolvat din afluent (C0i) şi impunând o valoare tehnologic optimă pentru oxigenul dizolvat din sistem (C0), rata producţiei de DO în cadrulsistemului se determină cu relaţia:

2.7.( ) 0000 R C C QP i +−⋅=

Dacă rata consumului de oxigen dizolvat din cadrul sistemului (R0)este redusă, atunci P0 poate lua valori negative, indicând faptul că nu enevoie de adaos de oxigen. De acest aspect se va ţine seama la alegerea

sistemului de aerare şi la planificarea costurilor de producţie. În sistemele de creştere la care se asigur ă în permananţă alimentarea cu un debit afluent, precum şi în sistemele de creştere în serieunde apa este refolosită, rata producţiei de DO este nulă (Po = 0), oxigenulprovenind, în acest caz, exclusiv din debitul afluent. Pentru întocmireabilanţului oxigenului în aceste sisteme, şi în mod deosebit la bazinele tip“raceway“, trebuie să se ţină cont de faptul că nu tot oxigenul din debitulafluent al apei este disponibil pentru sistemul de creştere, o parte din


32/290


22

oxigen trebuind să r ămână în debitul efluent pentru asigurarea uneiconcentraţii minime de oxigen dizolvat.

Ecuaţia 2.5 este folosită pentru estimarea debitului de apă necesarpentru diferite grade de încărcare cu biomasă a sistemului (sarcinibiologice), iar ecuaţia 2.7 este utilizată pentru determinarea ratei producţieide DO în cadrul sistemului în raport cu o sarcină biologică dată şi un debitafluent existent. Ambele ecuaţii pot fi, de asemenea, folosite pentrustabilirea dinamicii privind mărimea debitului afluent şi intensitatea aer ării înfuncţie de ritmul de hr ănire şi alte particularităţi tehnologice.

2.2.2. Estimarea debitelor necesare asigur ării controlului

azotului amoniacal neionizat (NH3 - N)

În sistemele de producţie în care apa este refolosită în serie,concentraţia de DO nu are caracter limitativ. În acest caz, necesitatea de amenţine o concentraţie optimă a azotului amoniacal neionizat (NH 3 - N) înbazinele de creştere impune un anumit debit afluent de apă care să asigurecontrolul azotului amoniacal.

În sistemele cu un înalt grad de recirculare a apei, debitulrecirculant va fi, în mod obişnuit, impus de necesitatea limitării concentraţieide azot amoniacal.

Concentraţia azotului amoniacal neionizat (NH3 - N) din apă estedeterminată de pH, temperatur ă şi de concentraţ ia azotului amoniacal total[TAN = (NH 3 + NH 4+ ) – N] .

Fracţia molar ă a azotului amoniacal neionizat (NH3 - N), notată cu a,se calculează în funcţie de temperatura şi pH-ul apei şi este prezentată întabelul 2.1.

Tabel 2.1. Frac ţ ia molar ă a azotului amoniacal neionizat – a(Huguenin şi Colt, 1989*)

T [oC] pH

7,0 7,8 7,9 8,0 8,1 8,3 9,0

5 0,0012 0,0078 0,0098 0,0123 0,0154 0,0242 0,1107

10 0,0019 0,0116 0.0145 0,0182 0,0229 0,0357 0,1567

15 0,0027 0,0169 0,0212 0,0266 0,0332 0,0516 0,214420 0,0039 0,0243 0,0304 0,0380 0,0474 0,0731 0,2833

25 0,0056 0,0346 0,0431 0,0537 0,0667 0,1017 0,3621

30 0,0080 0,0483 0,0600 0,0744 0,0919 0,1382 0,4455

35 0,0111 0,0663 0,0820 0,1011 0,1240 0,1833 0,5293

* citaţi de Timmons şi Losordo, 1994


33/290


23

Concentraţia în azot amoniacal neionizat (NH3 – N) poate ficalculată (Huguenin şi Colt, 1999 citaţi de Timmons şi Losordo, 1994) curelaţia:

2.8.TAN N NH C aC ⋅=−3

unde:- CNH3-N = concentraţia în azot amoniacal neionizat [masă/volum];- a = fracţia molar ă a NH3 – N [fracţie zecimală];- CTAN = concentraţia azotului amoniacal total [masă/volum].

Ecuaţia bilanţului de masă care descrie viteza de transformare aconcentraţiei de TAN în interiorul sistemului este:

TAN TAN TAN iTAN

TAN RPC QC QV dt

dC −+⋅−⋅=⋅ 2.9.

unde:- CTAN = concentraţia de TAN din bazinul de cultura [masă/volum];- dt = intervalul de timp [timp];- Q = debitul de primenire (înlocuire) a apei din sistem (afluent)

[volum/timp];- CTAN i = concentraţia de TAN a afluentului [masă/volum];- V = volumul sistemului [volum];

- PTAN = rata de producere a TAN [masă/timp];- RTAN = rata de îndepărtare a TAN [masă/timp].

Termenul PTAN se refer ă la rata producerii de TAN în sistem carezultat al metabolismului peştilor şi al degradării biochimice a hraneineconsumate. Rata producerii de TAN poate fi determinată, în modsimplificat, în funcţie de raţia alimentar ă şi de conţinutul în proteină alhranei cu relaţia:

t

K PC FAPTAN

⋅⋅= 2.10.

unde:

- FA = cantitatea de hrană distribuită [masă];- PC = conţinutul în proteina al hranei [fracţie zecimală];- t = perioada de timp între două hr ăniri consecutive [timp];- K = coeficient dependent de activitatea metabolică a biomasei

şi de conţinutul în azot al proteinei din hrană; se calculează curelaţia:

K = Pf ·Pa·Pe,


34/290


24

unde:- Pf = ponderea azotului din proteina furajului [%];- Pa = ponderea azotului asimilat de către biomasă [%];- Pe = ponderea azotului excretat [%];

Considerând Pf = 16 %, Pa = 80 % şi Pe = 80 %, rezultă K = 0,102.

Ecuaţia 2.10 se bazează pe două ipoteze simplificatoare, anume:- azotul neasimilat, prezent în excremente, este îndepărtat rapid din

bazin;- întreaga cantitate de TAN este eliminată în decursul a “t” ore; ipoteza

că TAN este eliminat în întregime prin excreţie într-o perioadă finită detimp, t, dintre două hr ăniri este justificată de faptul că activitateametabolică se intensifică imediat după distribuirea hranei (Page şi Andrews, 1974; Ruane et al. 1977 citaţi de Timmons şi Losordo, 1884).

Conform ecuaţiei 2.10. se observă că, în cazul administr ării unuinumăr mai mare de mese, cu raţii corespunzător mai mici, valoarea PTAN sereduce. Această observaţie determină strategia furajării automatizate apeştilor în condiţii de superintensivitate.

Menţinerea unei concentraţii constante de TAN, în limite optimtehnologice, adică dCTAN / dt = 0 în ecuaţia 2.9, presupune o anumită rată de îndepărtare a TAN din sistem (RTAN), care se determină cu relaţia:

2.11.La majoritatea sistemelor recirculante din acvacultur ă, îndepărtarea

azotului amoniacal are loc, de obicei, în compartimente specializate defiltrare (filtre biologice, filtre chimice), amplasate în exteriorul bazinelor decreştere. De aceea, o proiectare judicioasă a unui sistem recirculantimpune ca debitul efluent din bazinele de creştere, dirijat sprecompartimentele de filtrare, să se coreleze cu rata de îndepărtare a TANdin sistem (RTAN). În aceste condiţii, rata cu care TAN ajunge încompartimentul de filtrare se determină cu relaţia:

2.12.

[ ] TAN TAN i TAN TAN P C C QR +−⋅=

TAN f TAN C QF ⋅=

unde:- FTAN = debitul masic al TAN ajuns în filtru [masă/timp];- Qf = debitul de lucru al filtrului [volum/timp].

Pentru menţinerea unor condiţii stabile privind concentraţia de TAN în bazinele de cultur ă, debitul masic al TAN ajuns în filtru (FTAN) trebuie să fie mai mare sau cel mult egal cu rata recomandată de îndepărtare a TAN


35/290


36/290


37/290


27

În condiţiile unui proces normal de nitrificare ce are loc încompartimentul de filtrare biologică a unui sistem recirculant de creştere,rata de producere a nitraţilor (PNO3) este egală cu rata de îndepărtare aTAN (RTAN), deci:

2.19.TAN NO RP =3

În condiţii de stare stabilă, şi presupunând că viteza de scădere aTAN datorită circulaţiei apei prin sistem este foarte mică (CTAN i ≅ CTAN),conform relaţiei 2.11, RTAN = PTAN iar relaţia 2.19 devine:

2.20.TAN NO

PP =3

2.2.4. Estimarea debitului necesar asigur ării conţinutului în

oxigen dizolvat (DO) într-un filtru biologic submers

Un bilanţ al DO într-un filtru biologic submers (agentul filtrant estepermanent şi, în totalitate, submersat) se poate efectua punând condiţiaasigur ării, in interiorul acestuia, a unei concentraţii de oxigen dizolvat caresă asigure dezvoltarea optimă a populaţiei de bacterii nitrificatoare.

În ipoteza că filtrul biologic este un sistem independent, bilanţulmaterial al DO în condiţii de stare stabilă poate fi scris astfel:

( ) 0R R CCQ NODf BODf DOif DO'

f =−−−⋅ 2.21.

unde:- Q f

’ = debitul filtrului determinat după bilanţul material al DO

[volum/timp];- CDO f = concentraţia DO în filtru şi în efluentul filtrului [masă/volum];- C DO f i = concentraţia DO în afluentul filtrului [ masă/volum];- RBOD f = rata oxigenului carbonatic, folosit pentru descompunerea

substanţei organice din filtru [masă/timp];- RNOD = rata oxigenului azotic, necesar reacţiilor care au loc în

procesul de nitrificare [masă/timp].

Concentraţia DO în filtru şi în efluentul filtrului (CDO f ) trebuiemenţinută la o valoare de cel puţin 2,0 mg/l, valoare ce reprezintă limitainferioar ă la care se desf ăşoar ă nitrificarea.

În aceste condiţii, debitul necesar în filtru (Qf ’), cunoscândconcentraţiile de DO ale afluentului şi ale efluentului filtrului, rezultă dinecuaţia 2.21 şi are forma:


38/290


28

f DOif DO

NODf BOD'

f CC

R R Q

−

+= 2.22.

Dacă valoarea rezultată a lui Qf ’ determinată cu relaţia 2.22 estemai mare decât valoarea calculată cu relaţia 2.16 (Qf ), atunci Qf ’ constituievaloarea ce se adoptă la proiectarea sistemului pentru a asigura unconţinut în DO suficient desf ăşur ării procesului de nitrificare.

Debitul filtrului (Qf ’) poate fi diminuat reducând rata oxigenuluicarbonatic folosit pentru descompunerea substanţei organice din filtru(R BOD f ) prin predecantarea şi filtrarea prealabilă a apei ce intr ă în filtru.

2.2.5. Exemple de estimare a debitului

Exemplul 1: Estimarea debitului necesar pentru menţinerea O2 într-un sistem de refolosire a apei în serie, f ăr ă aerare(Timmons şi Losordo, 1994)

Ipoteze de calcul:- specia de cultur ă: păstr ăv indigen (Salmo trutta fario);- număr de bazine: 3;- temperatura apei: 10 oC;

- concentraţia de saturaţie a apei în oxigen dizolvat (DO): 11.3 mg/l;- capacitatea de încărcare cu biomasă a bazinelor este aceeaşi;- concentraţia în O2 a efluentului ultimului bazin: 5 mg/l;

Având în vedere condiţionările privind concentraţia în DO din afluentul,respectiv efluentul sistemului, rezultă că la trecerea apei prin sistem se înregistrează o cădere a DO de 6,3 mg/l. În consecinţă, la nivelul fiecăruibazin, diferenţa dintre DO a afluentului respectiv efluentului, nu poate fi maimare de 2,1 mg/l.

Pentru estimarea debitului necesar cu ajutorul ecuaţiei 2.5. estenecesar să se evalueze cantitatea de O2 consumată în interiorul sistemului(Ro). Deoarece sistemul nu este prevăzut cu aerare suplimentar ă, termenulPo = 0. Pentru salmonide, consumul specific de oxigen este de 200 ÷ 250 gO2 / kg hrană (Westers, 1979 citat de Timmons şi Losordo, 1994).

Considerând că hrana este distribuită continuu pe parcursul uneizile iar sistemul este menţinut în condiţii stabile de funcţionare, atunci rataconsumului de oxigen în cadrul sistemului va fi, Ro = 200 ÷ 250 g O2 / kghrană x 24 ore.


39/290


29

Se presupune că această valoare estimată a lui Ro includenecesarul de oxigen pentru respiraţia peştilor (Rr ), pentru oxidareacompuşilor carbonici din reziduuri (RBOD), precum şi pentru desf ăşurareaprocesului de nitrificare (RNOD) din interiorul sistemului.

Considerând o valoare medie pentru Ro de 225 g O2 / kg hranaconsumată în 24 ore, din ecuaţia 2.5. rezultă debitul necesar Q:

hranakg

l

hranakgh

m

mgmg

hranakgh

Og

Q×

=×

=−

×=

min755,4

/2,9/3,11

24

2253

33

2

Astfel, in condiţiile ipotezelor şi restricţiilor asumate, se consider ă că

un debit de 75 l/min x kg.hrană asigur ă cantitatea de oxigen necesar ă,inclusiv în cel de-al treilea bazin din cadrul sistemului serial de reutilizare aapei.

Exemplul 2: Estimarea debitului necesar pentru un sistemrecirculant cu apă caldă (Timmons şi Losordo, 1994)

Ipoteze de calcul:- specia de cultur ă: somn de canal (Ictalurus nebulosus)

- temperatura apei: 25

o

C;- biomasa de cultur ă (SMB): 1000 kg;- masa individuală medie a peştilor (BW): 0,567 kg;- raţia furajer ă (% BW): 1,5 %;- conţinutul în proteină al furajului (PC): 32 %;- frecvenţa hr ănirii (F): 4 mese/zi;- timpul de excreţie a TAN: 6 ore;- concentraţia optimă de oxigen dizolvat în sistem (Co): 7 mg/l;- concentraţia de oxigen dizolvat în influent (Coi): 7,8 mg/l;- concentraţia în TAN a influetului (CTAN i): 0 mg/l;- concentraţia în NO3 a influentului (CNO3 i): 0 mg/l;- reacţia apei (pH): 7;

- concentraţia admisibilă în NH3-N (ANH3-N): 0,025 mg/l;- concentraţia admisibilă a NO3 în sistem (CNO3): 300 mg/l;- eficienţa filtrului biologic (E): 65%;- rata nitrificării pasive a TAN-ului în sistem: 30%;


40/290


41/290


31

Considerând că 30% din cantitatea de TAN a sistemului estetransformată în nitraţi prin nitrificare pasivă, atunci producţia de TAN (PTAN)luată în calcul pentru determinarea debitului recirculant va fi:PTAN = 20,4 x 0,70 = 14,280 g TAN/h.

În aceste condiţii, debitul recirculant (Qf ) se determină din ecuaţia2.16, astfel:

( ) ( )

min804821

65,046,4

1428046,4068l

ora

l

l

TAN mg

ora

TAN mg

l

TAN mg

ora

l

E A

PC C QQ

TAN

TAN TAN iTAN

f ==×

+⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −

=⋅

+−⋅=

Etapa 5: Determinarea ratei consumului de oxigen în sistem (R o )

Pentru determinarea ratei consumului de oxigen în sistem sedetermină parametrii de calcul din ecuaţia 2.6, astfel:

- în baza unei ecuaţii de regresie ce corelează consumul de oxigen înprocesul de respiraţie a peştilor (Rf ) cu greutatea corporală (BW) şitemperatur ă (T) (Boyd, 1978 citat de Timmons şi Losordo, 1994), sedetermină Rf astfel:

[ ]ora pestegOmgT BW T ××××+××− −− /103107,8 2726

−××+××+××−−= −−− T1027,3BW106BW1057,9999,0R log 2274f 10

Conform datelor asumate prin ipoteza de calcul (BW=567 g/buc;T=25oC) rezultă o valoare estimată a consumului specific de oxigen înprocesul de respiraţie a peştilor de 0,294 mg O2 / g peşte x or ă; astfel,pentru biomasa totală de 1000 kg rezultă Rr = 294 g O2 / or ă.

- în condiţii de stare stabilă în raport cu TAN şi cunoscând că pentruoxidarea fiecărui gram de TAN până la azotaţi se consumă 4,57 g O2,rata consumului de oxigen dizolvat în procesul de nitrificare (RNOD) sestabileşte din ecuaţia de bilanţ masic a TAN, scrisă sub forma:

( )ora

OgC QP

TAN g

Og R TAN TAN NOD

22 843,911

57,4=×−×=

unde termenul Q x CTAN reprezintă cantitatea de TAN eliminată din sistemprin debitul de primenire; valoarea acestui termen este:

ora

TAN g

l

TAN g

ora

lC Q TAN 30328,000446,068 =×=×

În aceste condiţii valoarea numerică a lui RNOD rezultă din relaţia:


42/290


32

ora

Og

ora

TAN g

ora

TAN g

TAN g

Og R

NOD22 843,91303,04,20

1

57,4=⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −×=

- literatura de specialitate (Wimberly, 1990, citat de Timmons şi Losordo,

1994) arată că necesarul de oxigen pentru oxidarea compuşilorcarbonici din reziduuri în filtru (RBOD f ) este apreciabil în cazul somnuluide canal. Experimental, s-a determinat că într-un filtru submersconsumul specific de oxigen pentru oxidarea compuşilor carbonici dinreziduuri (în principal excremente, hrană neconsumată etc.) este de5,29 mg O2/g peşte x zi.

În aceste condiţii, necesarul de oxigen pentru oxidareacompuşilor carbonici din reziduuri în filtru (RBOD f ) este:

ora

Omg

ziore

pesteg

zi pesteg

Omg R f BOD

2

3

2 220417/24

101000

1

29,5=

××

×=

Cu ajutorul ecuaţiei 2.6. se determină necesarul de oxigen dincadrul sistemului recirculant, anume:

ora

O.mg60626091843220417294000R R R R 2f BOD NODf O =++=++=

Etapa 6 Calculul ratei produc ţ iei (aportului) de oxigen în cadrulsistemului (R o ) astfel încât să fie menţ inut ă concentraţ iaoptimă în oxigen dizolvat

Rata producţiei de oxigen în cadrul sistemului (Ro) se determină cuecuaţia 2.7 folosind parametrii asumaţi în ipoteza de calcul:

( ) =+−⋅= 0i000 R CCQP

ora

Omg

ora

Omg

l

Omg

l

Omg

ora

l 2222 6062066062608,70,768 =+⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=

Se observă că rata producţiei (aportului) de oxigen în cadrulsistemului este determinată covâr şitor de termenul Ro; afluentul şi efluentulsistemului nu afectează semnificativ bilanţul de masă al oxigenului.

În concluzie, la proiectarea sistemului de aerare este necesar să seasigure o cantitate suplimentar ă de oxigen de aproximativ 0,61 kg O2/or ă.


43/290


33

Etapa 7 Calculul debitului filtrului biologic (Qf ’) pentru asigurareaconcentraţ iei minime în DO în filtru şi în efluentul filtrului

Pentru menţinerea concentraţiei minime a oxigenului dizolvat înfiltru (CDO f ) de 2,0 mg O2/l, este necesar să se asigure în filtrul biologicdebitul Qf ’ care rezultă din relaţia 2.22.

Există 2 variante de calcul pentru Qf ’ corespunzător modului defuncţionare al filtrului, anume:- varianta 1, în care biofiltrul este reprezentat de un mediu granular

expandabil imersat ce asigur ă reţinerea solidelor în suspensie din apă;- varianta 2, unde biofiltrul este reprezentat de un pat fluidizat sau o

coloană cu umplutur ă submersată, situaţie în care solidele nu suntreţinute.

În varianta 1, debitul filtrului biologic (Qf ’) necesar asigur ăriiconcentraţiei minime de oxigen dizolvat, se determină cu relaţia:

Din cele prezentate rezultă că debitul necesar pentru menţinereaconcentraţiei minime de oxigen în filtru (Qf ’) este de aproximativ 13 ori maimare decât debitu

Date post:	05-Jul-2018
Category:	Documents
Upload:	alexandra-anton
View:	226 times
Download:	1 times

Sisteme recirculante

Documents