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A revolução da nitrificação desligada: como os sistemas de filtragem tradicionais vencem a moderna tecnologia de oxigenação por "aerodinâmica".
Na prática de engenharia do sistema de filtragem de tanques de peixes, a eficiência da filtragem bioquímica está indissociavelmente ligada à atividade das bactérias nitrificantes e o fornecimento de oxigénio é o fator-chave que determina a sua capacidade metabólica. Os sistemas modernos totalmente automatizados aumentam ativamente o oxigénio dissolvido através de bombas de oxigénio e outros equipamentos, o que melhora significativamente a eficiência da nitrificação, mas os sistemas de filtragem tradicionais podem ainda manter uma função de filtragem bioquímica estável sem dispositivos de oxigenação adicionais. Por detrás deste fenómeno está o equilíbrio dinâmico do oxigénio conseguido pelos sistemas convencionais através de uma lógica de conceção natural e de propriedades físicas. Neste artigo, analisaremos a forma como o sistema de filtração tradicional satisfaz as necessidades de oxigénio das bactérias nitrificantes através do arejamento natural, da otimização do material filtrante, da circulação da água e da correspondência da carga biológica, do ponto de vista da hidrodinâmica, da ecologia microbiana e da integração do sistema, revelando o princípio subjacente ao seu funcionamento estável a longo prazo e fornecendo uma base científica para a conceção e melhoria do sistema de filtração.
Nos sistemas de filtração convencionais, a filtração bioquímica pode ser efectuada de forma eficaz, apesar da ausência de um dispositivo de oxigenação especializado, pelas seguintes razões principais
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arejamento naturalOs sistemas de filtragem tradicionais conseguem normalmente um arejamento natural através do movimento da água e do contacto da superfície com o ar. Por exemplo, numa conceção de gotejamento ou cascata, a água flui através do meio filtrante e entra em contacto com o ar, aumentando assim o teor de oxigénio dissolvido na água.
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Propriedades físicas dos meios filtrantesOs meios filtrantes utilizados nos sistemas de filtração tradicionais (por exemplo, anéis cerâmicos, casas bacterianas, algodão bioquímico, etc.) têm uma estrutura porosa que pode proporcionar um habitat para as bactérias nitrificantes, facilitando simultaneamente o contacto água-ar e aumentando indiretamente o fornecimento de oxigénio.
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Projeto de reciclagem de águaOs sistemas de filtragem convencionais estão normalmente equipados com uma bomba que fornece água rica em oxigénio ao meio filtrante através da circulação da água. Embora o número de ciclos possa não ser tão elevado como nos sistemas totalmente automáticos, um fluxo de água suficiente continua a fornecer o oxigénio necessário para as bactérias nitrificantes.
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Adaptação das bactérias nitrificantesEmbora as bactérias nitrificantes tenham uma maior necessidade de oxigénio, nos sistemas convencionais são capazes de se adaptar a concentrações de oxigénio mais baixas e completar a conversão de amoníaco e nitrito através de uma atividade metabólica lenta48.
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Equilíbrio do sistemaOs sistemas de filtragem convencionais são geralmente concebidos para assegurar um equilíbrio global no sistema, tendo em conta o volume de água, a densidade dos peixes e a proporção dos meios filtrantes. Este equilíbrio permite que as bactérias nitrificantes trabalhem eficazmente mesmo quando o fornecimento de oxigénio é limitado.
Por conseguinte, embora o sistema de filtragem tradicional não disponha de um dispositivo de oxigenação especial, é capaz de fornecer oxigénio suficiente às bactérias nitrificantes através do arejamento natural, das caraterísticas do material filtrante, da conceção da circulação da água e do equilíbrio do sistema para garantir que a filtragem bioquímica se processa sem problemas.
Análise pormenorizada do processo de filtração bioquímica do sistema de filtração tradicional
I. Filtragem física
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interdiçãoGrandes impurezas
velocidade da águaEscova/Filtro de algodão(Espessura 5-10cm) Interceção inicial de poluentes sólidos, tais como excrementos de peixes e resíduos de iscos, para evitar o entupimento subsequente dos meios filtrantes bioquímicos.- ponto de conceçãoA camada de filtragem física deve ser limpa regularmente para evitar o entupimento dos poros, o que bloqueia o fluxo de água.
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arejamento e oxigenação naturais
existirEstrutura de gotejamento/queda de águaQuando a água flui através do filtro multicamada de algodão ou do anel de cerâmica e entra em contacto com o ar, a concentração de oxigénio dissolvido aumenta para 3-5 mg/L, o que fornece a fonte básica de oxigénio para a reação bioquímica subsequente.
II. Filtração bioquímica central
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Estratificação do meio filtrante e fixação bacteriana
- Camada bioquímica primária: UtilizaçãoAnéis de cerâmica, pedras de coral, biosferasque acelera o contacto do amoníaco com as nitrosomonas (AOB) através da perturbação rápida do fluxo de água;
- Camada bioquímica profunda: AdoçãoCasa das bactérias, rochas vulcânicasO nitrogénio, que é um dos principais componentes do nitrogénio, aumenta o percurso do fluxo de água e promove a conversão de nitritos por Nitrobacter (NOB).
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Processo em cadeia da reação de nitrificação
- fase de nitrosaçãoO AOB oxida o amoníaco (NH₃) em nitrito (NO₂-) a oxigénio dissolvido >2 mg/L, sendo a taxa de reação influenciada pela capacidade de retenção de oxigénio dos poros do meio filtrante;
- fase de nitrificaçãoNOB: O NOB oxida ainda mais o nitrito em nitrato (NO₃-) no mesmo ambiente de oxigénio, e a região profunda e de baixo fluxo do meio filtrante prolonga o tempo de reação.
III. mecanismos de circulação e de equilíbrio do oxigénio
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Circulação de oxigénio por bomba de água
A bomba circula a uma velocidade 5-10 vezes superior ao caudal/hora da massa de água do tanque de peixes para fornecer continuamente água superficial enriquecida com oxigénio à área do meio filtrante bioquímico e formar microbolhas através dos poros do meio filtrante para prolongar o tempo de oxigénio dissolvido. -
Enriquecimento de oxigénio em zonas húmidas e secas
existirÁrea do meio filtrante semi-imersa(por exemplo, a metade superior da caixa de gotejamento), o material filtrante é exposto ao ar para adsorver oxigénio, formando um biofilme rico em oxigénio com uma espessura de cerca de 0,1-0,3 mm, o que aumenta a concentração local de oxigénio dissolvido para 6-8 mg/L.
IV. pós-manutenção e otimização do sistema
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Limpeza do meio filtrante e retenção de flora
Cada 3-6 meses com água crua do tanque de peixesMeio filtrante de retrolavagemAs obstruções dos poros foram removidas enquanto o antigo meio filtrante 20% foi mantido para manter a estabilidade da colónia de bactérias nitrificantes. -
Equilíbrio dinâmico da carga biológica
A densidade dos peixes é controlada de acordo com a quantidade total de meios filtrantes (recomenda-se que seja 5-10% do volume do tanque de peixes) e a qualidade da água é testada regularmente:- Concentração de amoníaco <0,02 mg/L6.;
- Concentração de nitritos <0,2 mg/L38.
Resumo das principais caraterísticas
Os sistemas convencionais são utilizados através daInterceção física → oxigenação natural → nitrificação estratificada → desinfeção bactericida → equilíbrio cíclicoA principal vantagem do processo em quatro etapas para uma filtração bioquímica eficiente é:
- Regulação da dinâmica do oxigénioBaseando-se no espaço poroso do meio filtrante para reter o oxigénio (eficiência de retenção do anel cerâmico >60%) e no arejamento natural, não é necessário qualquer equipamento externo de oxigenação;
- Adaptação da floraAs bactérias nitrificantes podem manter a eficiência metabólica de 60% ou superior num ambiente de baixo oxigénio (>2 mg/L) para garantir uma qualidade de água estável.
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