It is currently Wed Aug 12, 2020 3:07 pm

All times are UTC + 2 hours [ DST ]




Post new topic Reply to topic  [ 29 posts ]  Go to page 1, 2, 3  Next
Author Message
 Post subject: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Wed Apr 03, 2013 6:19 am 
Offline
User avatar

Joined: Mon Sep 05, 2011 5:15 pm
Posts: 596
Location: Bucuresti
Daca cineva mi-ar fi spus cu 2 ani in urma ca am sa ma apuc sa citesc ceea ce nu mi-a
placut in liceu, in speta chimia, as fi zis ca este o gluma buna :) Si totusi in ultimii 2 ani
am citit mai mult decat in tot liceul lucrari si lucruri cu si despre chimia apei in
acvaristica. Si chiar si in sisteme de acvacultura :)

Si m-am gandit ca nu ar fi rau sa impartasesc si altora din ceea ce am citit in ultimul
timp.

In acest thread am sa vorbesc despre filtrarea biologica si despre cum ar trebui ales si
dimensionat un filtru biologic. Datele pe care le prezint in continuare sint o compilatie
a ceea ce am citit si nu am pretentia ca sint litera de lege. Cum internetul este plin de
informatii si cum lumea in care traim evolueaza foarte rapid e posibil ca datele pe care
le stiu eu sa fie depasite in anumite cazuri. Daca aveti o alta parere, din experienta sau
din documentare, va rog sa o impartasiti cu noi.

Mai toata lumea cunoaste ciclul azotului, sau cel putin are idee despre ce se vorbeste
in propozitie. Ciclul azotului are doua mari componente: nitrificarea si denitrificarea.
Dintre multele forme sub care nitrogenul (azotul) este prezent in sistemele acvatice
cele mai importante sint amoniacul, nitritii si nitratii. Formele organice de nitrogen (azot)
prezente in sistemele acvatice sint descompuse de bacterii in forme inorganice,
principala forma inorganica fiind amoniacul. Amoniacul este toxic pentru pesti si alte
vietati acvatice chiar si in concentratii mici, de aceea el trebuie eliminat din apa. In apa
amoniacul se prezinta sub doua forme, forma ionizata, NH4+ amoniul, si forma
neionizata, NH3 amoniacul. Cele doua forme se pot gasi concomitent in apa si raportul
dintre ele depinde in principal de pH-ul apei si de temperatura. Reactia de echilibru
este:

NH4+ + OH- <=> NH3 + H2O

Suma celor doua forme, ionizata si neionizata, a amoniacului se numeste Total
Ammonia Nitrogen (TAN).

Dintre cele doua forme, varianta neionizata, NH3, este mai toxica pentru organismele vii
decat varianta ionizata. Raportul dintre cele doua forme se modifica asa cum am spus
functie de pH-ul si temperatura apei, cresterea pH-ului si a temperaturii apei duce la
modificarea raportului in favoarea amoniacului, forma neionizata, NH3. Astfel de la
un pH aproximativ neutru (7,2-7,4) in jos avem numai forma ionizata, NH4+. La un
pH de aproximativ 9,2 la 25 de grade C avem 50%-50% intre cele doua forme, dupa
cum se vede in graficul de mai jos:

Image

Influenta temperaturii asupra raportului dintre cele doua forme se vede in graficele
de mai jos:

Image

Image

Se poate observa in al doilea grafic ca la o valoare a pH-ului de 8,5 cantitatea de
amoniac neionizat NH3 creste de 4 ori functie de cresterea temperaturii de la 10
grade C la 30 de grade C (de la o fractie de 0,05 la 0,20).

Un articol interesant pe tema calculelor din reactia de echilibru a amoniacului, de
unde am si luat cele trei grafice, gasiti aici:

http://www.irishfishkeepers.com/index.php/articles/28-health-water-and-illinesses/142-ammonia-calculations

Cele doua componente ale ciclului azotului ajuta la neutralizarea amoniacului.
Nitrificarea este oxidarea amoniacului in nitrat (NO3) printr-o etapa intermediara,
nitrit (NO2). Nitrificarea este facuta de bacterii autotrofe. Bacterii autotrofe inseamna
ca bacteriile respective metabolizeaza prin fixare carbonul din dioxidul de carbon, CO2,
iar bacterii heterotrofe inseamna ca bacteriile respective metabolizeaza carbonul din
compusi organici ai carbonului (surse organice de carbon). Cyanobacteria este spre
exemplu o bacterie autotrofa(nu este o alga, chiar daca mai apare in acvariile noastre).
Bacteriile autotrofe responsabile pentru procesul de nitrificare sint Nitrosomonas, pentru
oxidarea amoniacului in nitrit, si Nitrobacter, pentru oxidarea nitritului in nitrat.

Nitrosomonas oxideaza amoniacul in nitrit dupa urmatoarele reactii:

2 NH4+ + 3 O2 => 4 H+ + 2 NO2- + 2 H2O
sau
2 NH3 + 3 O2 => 2 NO2- + 2 H2O + 2 H+

Nitrobacter oxideaza nitritul in nitrat dupa urmatoarea reactie:

2 NO2- + 1 O2 => 2 NO3-

Reactia totala a bacteriilor nitrificatoare, asa cum am gasit-o intr-o lucrare,
este urmatoarea (Gujer and Boller, 1986):

NH4+ + 2 HCO3 + 1.9 O2 =>NO3 + 2.9 H2O + 1.9 CO2 +0.1 CH2O

unde CH2O reprezinta biomasa celulara.

Din reactia de mai sus se pot deduce 3 elemente cheie ale nitrificarii: cantitatea
de oxigen necesara, cantitatea de alcalinitate necesara, cantitatea de biomasa
produsa si cantitatea de nitrat produsa. Astfel oxidarea a 1g de amoniac consuma
4,34g oxigen, consuma 7,14g alcalinitate, si produce 0,21g de biomasa si 4,43g de
nitrat. Ceea ce ne poate ajuta la calculele privind dimesionarea filtrarii, dupa cum
vom vedea mai tarziu.

Factorii care influenteaza nitrificarea sint urmatorii: pH, alcalinitate, temperatura,
oxigen dizolvat, salinitate, lumina si nivelul de amoniac:

- nivelul de amoniac este factor limitativ pentru nitrificare, de la un prag de
aproximativ 2mg/l in sus, nitrificare nu mai are loc

- pH-ul optim pentru nitrificare este intre 6 si 9, cu cat este mai mare pH-ul
(mai aproape de 9) cu atat nitrificarea este mai rapida, dar pe de alta parte
cu cat pH-ul este mai mare cu atat avem o cantitate mai mare de amoniac
in forma neionizata NH3 care este mai toxic

- alcalinitate este factor limitativ, datorita consumului de alcalinitate din
procesul de nitrificare trebuie avut in vedere refacerea nivelului de
alcalinitate (prin schimburi de apa sau aditii, cel mai la indemana fiind
bicarbonatul de sodiu)

- temperatura este factor limitativ, sub -5 grade C si peste 38 de grade C
nitrificare nemaiavand loc; cu cat temperatura este mai mare cu atat rata
nitrificarii este mai mare, pina la un punct de la care bacteriile mor

- oxigenul dizolvat este si el factor limitativ, o apa cu un nivel de oxigen
dizolvat mai mic de 2mg/l incepe sa nu mai sustina nitrificarea; acest
nivel de 2mg/l se refera numai la procesul de nitrificare, pestii si alte
vietati, plante, alge sau bacterii consuma si ele oxigen, un nivel considerat
sigur pentru un sistem acvatic fiind de la 5-6 mg/l in sus

- salinitatea influenteaza nitrificarea, o salinitate constanta fiind optima
pentru nitrificare; totusi bacteriile nitrificatoare din apele dulci sint
complet inhibate in ape sarate, iar bacteriile nitrificatoare din apele
sarate sint foarte sensibile la nivelul de oxigen dizolvat

- lumina este factor limitativ pentru bacteriile nitrificatoare, un procent de
1% din intensitatea lumini solare inhiband bacteriile

Pe langa factorii limitativi de mai sus, mai exista si altii. Antibioticele sint in general
toxice pentru bacteriile nitrificatoare, tratamente bazate pe formol, permanganat de
potasiu, peroxid sint toxice. Solidele in suspensie din apa care pot astupa canalele
mediilor biologice afecteaza nitrificarea. In principiu ceea ce poate fi toxic pentru
pesti poate fi toxic si pentru bacteriile nitrificatoare.

Cam atat pentru astazi, maine continuam cu denitrificarea :D

_________________
Scubaline 460, 8x54W T5, GHL Profilux 3 eX controller, 2xEheim 3e 2078
http://www.discus-club.ro/phpBB3/viewtopic.php?f=10&t=3031
http://deepspace9.mypets.ws:81


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Fri Apr 05, 2013 4:39 am 
Offline
User avatar

Joined: Mon Sep 05, 2011 5:15 pm
Posts: 596
Location: Bucuresti
Inainte sa trecem mai departe la denitrificare, cateva observatii pe care le-am primit
de la colegi pe forumurile unde am postat.

Pestii elimina azot sub forma de amoniac, aminoacizi, uree si acid uric, plantele elimina
azot sub forma de aminoacizi si proteine, si mai exista si alte surse in sistemele acvatice,
plante si vietati moarte in descompunere, resturi de mancare, celule bacteriene si alte resturi.
Cu alte cuvinte ciclul azotului este mult mai complex, dar depaseste scopul acestui articol.
In sistemele de acvacultura, pentru simplitate, la proiectarea si calcularea filtrarii biologice
se pleaca de la cantitatea de hrana administrata care intr-o forma sau alta este excretata de
pesti sub forma de amoniac, aminoacizi, uree si acid uric si se considera ca 1 kg de hrana
(de obicei 40% proteina) produce 0,03 kg de amoniac (30 de grame). Celelalte surse de
amoniac/azot pot fi considerate de mai mica importanta, si de obicei se supradimensioneaza
putin filtrarea pentru a acoperi si aceste surse.

Dupa aceasta scurta paranteza sa trecem mai departe la denitrificare.

Dupa cum am mentionat ciclul azotului se compune din nitrificare si denitrificare. Denitrificarea
este faza finala a ciclului, in aceasta faza se ajunge la producerea de azot (N2)
care se elimina in atmosfera. Practic acesta este un proces respirator care reduce forme
oxidate ale azotului (NO3-, NO2-, NO, N2O) ducand in final la N2. Acest proces este
realizat in principal de catre bacterii heterotrofe, dar exista si bacterii autotrofe care
realizeaza acest proces. Pentru acvariile noastre importante sint bacteriile heterotrofe.

Asa cum am mentionat anterior, bacteriile autotrofe metabolizeaza prin fixare carbonul din
dioxidul de carbon, CO2, iar bacteriile heterotrofe metabolizeaza carbonul din compusi
organici ai carbonului (surse organice de carbon). In acvariile noastre principalul factor
limitativ pentru bacteriile heterotrofe este nivelul de carbon organic. Pe de alta parte,
daca nivelul de carbon organic din sistem este mare, un bazin in care exista mult
detritus, resturi etc. care duc la un nivel mare de carbon organic, bacteriile heterotrofe
profita de acest nivel de carbon organic. Bacteriile heterotrofe supravietuiesc si in
conditii cu nivel de oxigen mare si cu nivel de oxigen mic sau inexistent (anoxic).
Spre deosebire de bacteriile autotrofe care se divid odata la 12-20 de ore (din acest
motiv ciclarea unui filtru dureaza mult), bacteriile heterotrofe se divid odata la 20 de
minute. O parte din tipurile de bacterii heterotrofe sint facultativ aerobe, isi indeplinesc
rolul indiferent daca exista sau nu oxigen, dar rolurile sint complet diferite functie de
nivelul de oxigen, si aceste bacterii sint cele care ne intereseaza. Putand functiona si
in conditii cu nivel mare de oxigen si cu nivel redus sau absent de oxigen, bacteriile
heterotrofe sint in competitie directa cu bacteriile autotrofe atat pentru oxigen cat si
pentru spatiu pentru colonizare. Datorita vitezei cu care se multiplica (divid) si consuma
oxigen pot fi o problema pentru acvariu. Din acest motiv in marea majoritate a
cazurilor de “bacteria bloom” - apa laptoasa, este vorba despre bacteriile heterotrofe si
nu despre cele autotrofe, si in aceste cazuri apa laptoasa nu inseamna deciclarea acvariului
sau a filtrului, ci mult prea mult carbon organic in apa (o intretinere precara pe fondul
unei hraniri exagerate duce la apa laptoasa). Apa laptoasa apare si in timpul ciclarii dar
de obicei in acele cazuri nu este vorba de bacteriile heterotrofe. In cazul apei laptoase
cauzata de bacteriile heterotrofe pericolele apar din cauza consumarii oxigenului
disponibil, dar si pentru ca bacteriile heterotrofe descompun resturile rezultand amoniac
si spikeuri de amoniac pot apare. De aceea primul lucru in cazul aparitiei apei laptoase
este marirea oxigenarii. Pentru a preveni o astfel de situatie trebuie limitat nivelul
de carbon organic din apa, si asta se face prin doua metode: mentinerea unui acvariu
curat si folosirea de medii chimice de filtrare care reduc nivelul de carbon organic,
cum este carbunele activ (dar care trebuie schimbat des, altfel se transforma in sursa
de hrana pentru bacteriile heterotrofe).

Denitrificarea are loc in conditii speciale, in zone fara oxigen (anoxice), in acest caz
bacteriile “respira” nitrat in loc de oxigen ca un terminal acceptor de electroni.
Reactia denitrificarii este urmatoarea:

NO3- => NO2- => NO + N2O => N2

Procesul complet de denitrificare poate fi scris si ca o reactie redox:

2 NO3- + 10 e- + 12 H+ => N2 + 6 H2O

Reducerea in conditii anoxice se poate produce si printr-un alt proces, numit oxidare
anaeroba a amoniacului, si este definit de urmatoarea reactie:

NH4+ + NO2- => N2 + 2 H2O

Acest procedeu se foloseste in unele uzine de tratare a apelor, unde metanol, etanol,
acetat, glicerina si produse proprietare sint adaugate in apa pentru a asigura sursa de
carbon organic necesara.

In acvaristica exista mai multe metode consacrate pentru denitrificare, in special in
acvaristica marina: DSP (deep sand bed), filtre(reactoare) anaerobe denitrificatoare
(cu aditie de carbon organic), reactoare cu sulf, reactoare cu biopeleti (polimeri organici
care sint sursa de carbon organic), dozare de vodca sau otet, dozare de probiotice
impreuna cu surse de carbon organic. La un debit suficient de mic mediile biologice
dintr-un filtru pot face o denitrificare partiala. Parerile sint impartite in privinta debitului
necesar intr-un reactor pentru a face denitrificare. In orice caz debitul de apa trebuie sa fie
sub 200 de litri pe ora. Depinde foarte mult si de mediile biologice folosite, de marimea
reactorului/filtrului, un reactor mic in care apa nu sta suficient pentru a fi consumat cat
mai mult oxigen nu poate asigura denitrificare. Pe de alta parte nici un debit foarte mic
nu este recomandat datorita faptului ca poate sa apara hidrogen sulfurat, care este
deosebit de toxic. Preferabil un debit in limita de siguranta si care sa asigure o denitrificare
partiala decat aparitia hidrogenului sulfurat. In momentul de fata eu am instalat in sumpul
acvariului de recif un reactor cu Seachem Denitrate la un debit de aproximativ 80-100 litri
pe ora si dupa o luna si jumatate de la pornire pot sa spun ca ajuta la denitrificare, pina la
instalarea acestui reactor nivelul de nitrati in acvariu era undeva intre 2 si 5 (am si un
reactor cu biopeleti care imi asigura mare parte din denitrificare), iar la o luna dupa
instalare nivelul a scazut undeva intre 0,5 si 1, masurat cu test Salifert.

Este de asemenea interesant de mentionat ca in mediile unde apare denitrificare
poate sa apara si reducerea fosfatilor, anumite bacterii fiind capabile sa reduca fosfatii.

Continuarea in episodul urmator, cand vom discuta despre proiectarea si dimensionarea
filtrarii biologice :D

_________________
Scubaline 460, 8x54W T5, GHL Profilux 3 eX controller, 2xEheim 3e 2078
http://www.discus-club.ro/phpBB3/viewtopic.php?f=10&t=3031
http://deepspace9.mypets.ws:81


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Fri Apr 05, 2013 9:45 am 
Offline
User avatar

Joined: Tue Feb 16, 2010 11:11 pm
Posts: 2604
Location: 25856-St. Peter-Ording
Ai creeat un topic cu volare istorica pentru DCR, ai muncit si, dupa cum vad, esti hotarat sa continui cu un elan deosebit, vei castiga stima celor care stiu sa-ti aprecieze corect contributia, daaaaaar, (banuiai ca urmeaza cuvantul asta :lol: ) traim in vremuri in care timpul trece pentru unii intr-o viteza ametitoare, ne cade printre degete, il scapam si,... dus a fost! Tema urmatoare, prezisa, proiectarea si dimensionarea filtrarii biologice, este deosebit de importanta pentru toti, fara exceptie.
Sper ca ne pregatesti, la sfarsitul temei, un rezumat si niste concluzii scrise scurt si concis, te rog sa nu le subapreciezi importanta, pentru ca
acelea vor fi cele mai citite. ;)
Respect, recunostinta si multumiri pentru efortul depus!


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Fri Apr 05, 2013 12:15 pm 
Offline
User avatar

Joined: Mon Sep 05, 2011 5:15 pm
Posts: 596
Location: Bucuresti
Multumesc Ioan, la sfarsitul "povestirii" :D va urma si un rezumat. Sper sa termin in
weekendul asta.

Si am facut si o corectura, bacteriile denitrificatore heterotrofe sint in mod uzual facultativ
aerobe, desi exista si bacterii denitrificatoare facultativ anaerobe.

O zi buna,
Dragos

LE banuiam ca urmeaza cuvantul "dar", dar nu ca in "dar"-ul din calul troian :)
si nici nu as fi vrut altceva. Asa cum am spus si mai sus, si am spus si in alt thread,
astept eventuale comentarii si contributii pentru a face impreuna o treaba cat ma buna :)

_________________
Scubaline 460, 8x54W T5, GHL Profilux 3 eX controller, 2xEheim 3e 2078
http://www.discus-club.ro/phpBB3/viewtopic.php?f=10&t=3031
http://deepspace9.mypets.ws:81


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Fri Apr 05, 2013 4:01 pm 
Offline
User avatar

Joined: Mon Aug 16, 2010 5:31 pm
Posts: 1204
Location: tg mures
De apreciat efortul si multumiri pentru articol ;unii citim nu doar concluziile ; avand in vedere ca oricum e o sinteza la multa informatie prelucrata, asteptam continuarea


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Sat Apr 06, 2013 6:19 am 
Offline
User avatar

Joined: Tue Feb 16, 2010 11:11 pm
Posts: 2604
Location: 25856-St. Peter-Ording
kirucd wrote:
Multumesc Ioan,... Sper sa termin in weekendul asta.
De ce te grabesti? Mai ai si alta treaba? :D
kirucd wrote:
Si am facut si o corectura, bacteriile denitrificatore heterotrofe sint in mod uzual facultativ aerobe, desi exista si bacterii denitrificatoare facultativ anaerobe.
Subiectul m-a preocupat la inceputul secolului atat de mult incat mi-am achizitionat un filtru pentru nitrat. Este si acum nefolosit, in ambalajul original, pentru ca am aflat la scurt timp dupa achizitionare ca eliminarea nitratului nu scuteste de schimburile de apa, pentru ca o data cu nitratul mai trebuie eliminate si alte impuritati daunatoare, cum sunt bacterii, paraziti si ouale lor, hormoni inhibatori de crestere si cine mai stie cate si mai cate altele. Va ramane, ca si filtrul cu rasini pentru nitrat si lampa cu UV de 25 Watt una dintre posibilitatile "Ultima ratio", cand nu mai merge altceva, de ex. daca se tripleaza rata inflatiei, sau se injumatateste salariul, sau dubleaza pretul apei si nu mai ploua destul. :?


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Sat Apr 06, 2013 7:04 am 
Offline
User avatar

Joined: Wed Jan 18, 2012 12:59 pm
Posts: 709
Location: (Piatra-Neamt) Helsinki - Finland
Mai Ioan... or sa te dea nemtii afara ca le subminezi economia : pai ei ce or sa mai vanda "dupa"? Ca apa e ieftina.... :)) =))

@ KirucDragos: scuze de off... nu ma baga in seama, da-i inainte... ca eu "stiu" materialul tot. Sau mai bine zis banuiesc ce urmeaza.
Daca ar sti unii cam cate nopti am pierdut ca sa deslusesc si sa pricep ceva din asta...
http://www.mmm.fi/attachments/elinkeinokalatalousloppuraportit/5oJlzZ7vP/Biologinen_vedenkasittely_ja_energiantarve_kiertovesikalalaitoksessa_0822016.pdf
nu ar mai stramba din nas cand sunt invitati la lectura pentru ca au informatia "pusa pe tava"...

_________________
Situatia in care te afli este consecinta faptelor si actiunilor tale!


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Sat Apr 06, 2013 10:40 am 
Offline
User avatar

Joined: Mon Sep 05, 2011 5:15 pm
Posts: 596
Location: Bucuresti
Nu ma grabesc Ioan, doar ca partea urmatoare e la fel de stufoasa si sper sa am timpul
necesar sa compilez si partea asta.

Schimbul de apa nu poate fi eliminat dar poate fi redus :D

Nimeni, esti pe aproape, oricum nu inteleg prea multa suomi, dar e pe acolo,
cu mici modificari, completari si ajustari :)

O zi buna,
Dragos

_________________
Scubaline 460, 8x54W T5, GHL Profilux 3 eX controller, 2xEheim 3e 2078
http://www.discus-club.ro/phpBB3/viewtopic.php?f=10&t=3031
http://deepspace9.mypets.ws:81


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Fri Apr 12, 2013 12:05 am 
Offline
User avatar

Joined: Mon Sep 05, 2011 5:15 pm
Posts: 596
Location: Bucuresti
Inainte de a trece la partea de filtre biologice as vrea sa mai fac o mica observatie.

In prima parte – nitrificarea – am observat ca nivelul de oxigen dizolvat in apa este
factor limitativ pentru nitrificare, la un nivel de 2 mg/l, cu un nivel sigur pentru
vietatile acvatice de 5-6 mg/l. Acest nivel de oxigen dizolvat, 5-6 mg/l, este un nivel
sigur pentru vietati, dar mai exista o conditie necesara pentru supravietuirea lor, si
anume nivelul de CO2 dizolvat in apa. Dioxidul de carbon (CO2) difera de oxigen,
nitrogen si alte gaze dizolvate in apa, pentru ca nivelul de CO2 dizolvat depinde nu
numai de relatia de echilibru gaz/lichid prin transferul de CO2 dintre aer in apa, dar
depinde si de reactiile acizi/baze care determina forma chimica in care carbonul
inorganic dizolvat este prezent in apa. Functie de diferiti autori, nivelul de la care
CO2-ul dizolvat in apa devine periculos pentru pesti este undeva la 25-35 mg/l.
Relatia dintre oxigen si dioxid de carbon in aceste conditii nu este o relatie directa,
in apa, este insa o relatie la nivel de organism datorata efectului Bohr-Root.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_effect

http://en.wikipedia.org/wiki/Root_effect

Intr-o descriere sumara, datorita efectului Bohr-Root o concentratie mare de CO2
dizolvat in apa scade capacitatea hemoglobinei din sange de a mai transporta oxigen.
Cu alte cuvinte, chiar daca nivelul de oxigen dizolvat in apa este in limita de siguranta,
5-6 mg/l, o concentratie suficient de mare de dioxid de carbon dizolvat in apa va duce
la moartea pestilor. Din acest motiv, in sisteme de mari dimensiuni (in acvacultura) se
pot folosi coloane pentru reducerea dioxidului de carbon (reactoare de mari dimensiuni).
In acvariile noastre rareori apare aceasta problema si daca apare ea poate fi rezolvata
prin o circulatie mai buna a apei, aerarea apei, in acvariile de apa dulce in cazul aditiei
de CO2 pentru plante printr-un mai bun control al aditiei (eventual cu ajutorul unui
controller de pH), iar in sistemele marine eu am testat cu succes pina acum un
reducator chimic de CO2 (folosit pentru scufundari sau pentru anestezii) care mi-a
stabilizat pH-ul la o valoare acceptabila (8,1-8,25).

Si acum sa revenim la “oile” noastre – filtrele biologice. Pentru ca la nivel
de acvaristica-hobby nu am gasit niciun fel de clasificare sau schematizare a
tipurilor de filtre biologice (poate nu am cautat eu suficient de mult :) ) vom
porni de la clasificarea utilizata in acvacultura (Malone si Pfeiffer 2006).
In fond diferentele intre acvacultura si acvaristica de tip hobby nu sint chiar
atat de mari, poate doar ca si dimensiune si scop final (crestere accelerata vs
crestere normala). Cu atat mai mult filtrarea biologica de la sistemele de
acvacultura unde exista crestere accelerata se poate aplica si in acvaristica
de tip hobby pentru ca nivelul de hranire este mai scazut, iar din cantitatea
de hrana provine principala sursa de nitrogen din acvariile noastre.

Inainte de a trece la clasificarea filtrelor biologice sa amintim ca exista si o
clasificare a sistemelor acvatice cu recirculare (la care sint folosite filtrele
biologice), clasificare bazata pe nivelul de salinitate, temperatura si nutrienti
(trophic levels):

Image

Din clasificarea de mai sus a fost extrasa o clasificare mai convenabila comunitatii
de acvacultura:

Image


In imaginea de mai jos gasiti o clasificare a tipurilor de filtre biologice folosite
in acvacultura (Malone si Pfeiffer 2006):

Image

Si o descriere mai pe larg a diferitelor tipuri de filtre biologice conform clasificarii
de mai sus gasiti in urmatorul document:

http://ag.arizona.edu/azaqua/ista/ISTA7/RecircWorkshop/Workshop%20PP%20%20&%20Misc%20Papers%20Adobe%202006/7%20Biofiltration/Nitrification-Biofiltration/Biofiltration-Nitrification%20Design%20Overview.pdf

Filtrele biologice de tip Crestere intrerupta (Suspended growth/activated sludge) sint
putin folosite in acvacultura, iar in acvaristica hobby un filtru derivat este folosit in
acvaristica marina, Algae Turf Scrubber – ATS (filtrare prin cultivarea unor alge care
reduc nutrientii din apa) care foloseste o biomasa (alge) atasata de un suport peste
care trece apa si care beneficiaza de niveluri ridicate de lumina, exportul nutrientilor
facandu-se prin indepartarea regulata a algelor. Acest tip de filtrare biologica
(Suspended growth/activated sludge) este insa folosit pe scara larga la tratarea apelor
municipale. Aceste tipuri de filtre biologice se bazeaza pe bacteriile heterotrofe care,
asa cum am vazut in prima parte, se multiplica mult mai repede decat bacteriile
autotrofe. In aceste tipuri de filtre biologice se adauga de obicei surse de carbon
organic – hrana pentru bacterii (melasă, zahăr, grâu, manioc). In cazul unui raport
mare intre carbonul organic si nitrogen (C/N) bacteriile heterotrofe metabolizeaza
amoniacul-nitrogen direct din apa, fara necesitatea existentei un filtru extern
cu film (pelicula) bacterian(a) fix(a).

Spre deosebire de filtrele biologice cu crestere intrerupta care se bazeaza pe bacteriile
heterotrofe, in sistemele traditionale de acvacultura cu apa recirculata se pune accent
pe dezvoltarea bacteriilor autotrofe, iar reproducerea bacteriilor heterotrofe si
acumularea de carbon organic este limitata prin indepartarea mecanica a solidelor din
apa si schimburi regulate de apa. In cazul acvaristicii hobby acest lucru se obtine prin
filtrare mecanica coroborat cu curatarea detritusului periodic, skimmare in cazul
acvariilor marine dar chiar si in cazul iazurilor, schimburi periodice de apa. Din acest
motiv este important ca la momentul proiectarii unui filtru biologic sa se ia in
considerare si proiectarea componentelor de filtrare mecanica si chimica, precum si un
program de mentenanta adecvat (inclusiv schimburi periodice de apa). Legat de filtrare
mecanica atat de necesara pentru o buna functionare a filtrelor biologice, exista cativa
termeni folositi in acvacultura precum si in acvaristica: solide care se decanteaza si
care sint mai usor de indepartat (solutia pentru acvaristi este sifonarea), solide care
stau in suspensie (TSS – total suspended solids) care sint mai greu de indepartat (in
acvaristica marina skimmerele pot indeparta si solide in suspensie, in acvaristica de apa
dulce se foloseste in mod intensiv perlonul), si solide dizolvate (TDS – total dissolved
solids) care sint cel mai greu de indepartat (skimmerele in acvaristica marina ajuta la
asta, schimburile de apa ajuta in acvaristica de apa dulce). Indepartarea solidelor din
apa este foarte importanta pentru ca indepartarea cu succes a lor scade nivelul de
incarcare al filtrelor biologice (solidele intra foarte repede in ciclul azotului si degradarea
lor consuma mult oxigen), reduce riscul de colmatare al mediilor biologice si asigura o
apa curata propice pestilor. Conform unor studii se estimeaza ca 1 kg de mancare
produce aproximativ 0,3-0,4 kg de solide in suspensie (TSS).

Din clasificarea filtrelor biologice folosite in acvacultura putem intalni in acvaristica
hobby cateva dintre tipurile de filtre biologice:
1. filtre scufundate:
- filtrele compacte (filtrele noastre externe si interne se incadreaza in aceasta
categorie)
- filtre extinse, in pat fluidizat (folosite pe larg in acvaristica marina si iazuri)
- filtre extensibile (folosite in special la iazuri)
2. filtre emergente:
- filtre trickle (wet&dry) folosite cu succes si la apa dulce si la apa sarata

Mai departe vom trece la descrierea si proiectare filtrelor biologice, sper tot in seara
asta, dupa o scurta pauza :D

O seara placuta si spor la lectura :)
Dragos

_________________
Scubaline 460, 8x54W T5, GHL Profilux 3 eX controller, 2xEheim 3e 2078
http://www.discus-club.ro/phpBB3/viewtopic.php?f=10&t=3031
http://deepspace9.mypets.ws:81


Top
 Profile  
 
 Post subject: Re: Filtrarea biologica si filtrele biologice
PostPosted: Fri Apr 12, 2013 9:29 pm 
Offline
User avatar

Joined: Mon Sep 05, 2011 5:15 pm
Posts: 596
Location: Bucuresti
In descrierea si proiectarea filtrelor biologice sint folositi urmatorii termeni:
- Void space / porosity – spatiul gol dintre particulele mediului de filtrare care
permit solidelor din apa sa treaca, iar raportul de spatiu gol este raportul intre
volumul spatiului gol dintre particule si volumul total al filtrului ocupat de
mediile de filtrare
- Cross-sectional area – aria filtrului in sectiunea perpendiculara pe directia
de curgere a apei
- Hydraulic loading rate – rata de incarcare hidraulica este volumul de apa
pompat prin filtrul biologic pe unitatea de arie (Cross-sectional area) pe
unitatea de timp; se exprima in m3/m2 zi; pentru rata de incarcare hidraulica
exista un minim si un maxim
- Hydraulic retension time - timpul de retentie hidraulica se refera la timpul cat
o anumita cantitate de apa sta in filtrul biologic pe unitatea de timp; se calculeaza
ca raport intre volumul util de apa din filtrul biologic (doar apa, fara mediile
de filtrare) si debitul de apa recirculata intr-o ora prin filtrul biologic, (cu cat
mediile de filtrare sint mai poroase si au granulatie mica cu atat volumul de
apa util din filtru este mai mare si corespunzator timpul de retentie hidraulica
este mai mare, cu cat pompa de recirculare are debit mai mare cu atat timpul de
retentie hidraulica este mai mic)
- Specific surface area – este suprafata utila bacteriilor in mediile de filtrare pe
unitatea de volum si se exprima in m2/m3; cu cat este mai mare cu atat mai multe
bacterii pot coloniza mediile si cu atat capacitatea de filtrare este mai mare;
marimea mediilor de filtrare, spatiul gol dintre medii (void space) si suprafata
utila (specific surface area) sint corelate, cu cat este mai mica marimea mediilor
de filtrare cu atat este mai mare suprafata utila bacteriilor si cu atat mai mic
este spatiul gol dintre mediile de filtrare
- Volumetric TAN conversion rate – rata de conversie volumetrica a TAN (total
ammonia nitrogen) este folosita pentru a descrie performanta unui mediu de
filtrare bazat fie pe suprafata utila a mediilor sau pe volumul mediilor; pentru ca
anumite medii, cum ar fi nisipul, au o suprafata utila foarte mare, rata de
conversie se exprima in kgTAN / m3 zi (se foloseste volumul)
- Areal TAN conversion rate – rata de conversie plana a TAN este asemanatore cu
rata volumetrica dar se refera la unitatea de suprafata si se exprima in
kgTAN / m2 zi (se foloseste suprafata)

Si de aici putem incepe discutiile constructive :) Tinand cont de termenii definiti mai
sus, exista mai multe abordari ale proiectarii unui filtru biologic (daca va asteptati sa
va spun o formula si gata, am rezolvat problema, va anunt ca nu e asa :D )

O prima formula de calcul a volumului necesar pentru un filtru biologic se poate afla
din formula urmatoare:


V (filtru biologic in m3) = {Cantitatea de TAN produsa zilnic (in kgTAN/zi)} / {Rata de
conversie plana a TAN (in gTAN / m2 zi)} * {1000g / 1kg} / {Suprafata utila bacteriilor
in mediile de filtrare (in m2/m3)}

(unitatea de masura pentru volum, m3 = (kgTAN/zi) * ( m2 zi/gTAN) * (1000g/1Kg) *
( m3/m2)

Stiu ca la prima vedere pare complicat, dar ecuatia de mai sus este simpla:
Cantitatea de TAN produsa zilnic impartita la rata de conversie plana a TAN ne da
suprafata totala necesara pentru a reduce TAN-ul respectiv
mai departe Suprafata totala necasara pentru reducerea TAN-ului se imparte la
Suprafata utila bacteriilor in mediile de filtrare pe care le folosim si rezulta volumul
necesar (este vorba despre volumul filtrului in care incap respectivele medii)

Lucrurile par mai simple, dar (stiu ca va asteptati la un dar :) ) ele nu sint chiar asa de
simple. Cu formula de mai sus putem afla un volum util pentru filtrul nostru biologic,
dar mai sint si alti factori care influenteaza ecuatia de mai sus. Cantitatea de TAN
produsa zilnic se poate aproxima dupa tabelul de mai jos, la o cantitate de 250 grame
de mancare:

Image

Suprafata utila bacteriilor in mediile de filtrare pe unitatea de volum se cunoaste
de obicei pentru diferitele tipuri de medii, spre exemplu avem urmatoarele valori:
- nisip – intre 5000 si 11000 m2/m3
- micro-bead din polystyren – 3900 m2/m3
- beaduri folosite in filtrele cu presiune – 1150-1475 m2/m3
- medii folosite in filtre trickle sau filtre RBC – 100-300 m2/m3

Problema apare la Rata de conversie plana a TAN (Areal TAN conversion rate) pentru
ca aceasta depinde nu numai de tipul mediilor de filtrare, dar depinde si de alti
factori. Printre altele depinde de rata de incarcare hidraulica, o rata de incarcare mica
la anumite tipuri de filtre (trickle) nu asigura ca apa ajunge la toate mediile de filtrare
(apa, ca si aerul, are tendinta de a gasi cel mai scurt drum), iar la o rata de incarcare
mare biofilmul de pe mediile de filtrare este curatat si nu se mai face nitrificare. Pentru
proiectarea filtrelor de tip trickle se considera o valoare medie de 50 m3/m2 zi, iar
valoarea de la care biofilmul este curatat este considerata in calcule 350 m3/m2 zi.
Intr-adevar daca facem un calcul aproximativ pentru un filtru extern (nu conteaza
producatorul) vedem ca ne incadram in jurul acestor valori. Spre exemplu un filtru
extern asemanator cu JBL cu laturile de 16 x 20 cm are o arie (Cross-sectional area)
de 0,032 m2 iar la un debit real de 500 litri pe ora inseamna un debit de 12 m3 pe zi,
de unde rezulta o rata de incarcare hidraulica = 12 m3 zi/ 0,032 m2 = 375 m3/m2 zi,
putin peste valoarea maxima pentru filtrele tip trickle (diferenta intre acvacultura
si acvaristica hobyy este ca mediile folosite pentru acvacultura in general au o
porozitate mult mai scazuta decat mediile folosite in acvaristica, si in cazul nostru
biofilmul bacterian apare si in interiorul mediilor, facandu-l mai greu de curatat de
catre debitul mai mare de apa). De aici avem si o prima concluzie, debitele prin
mediile de filtrare biologice pentru filtrele noastre nu trebuie sa fie atat de mari
precum ne imaginam noi.

In sprijinul acestei prime concluzii vine si o alta definitie, Hydraulic retension time,
timpul de retentie hidraulica. Asa cum am spus timpul de retentie hidraulica este
timpul cat sta o anumita cantitate de apa in filtru biologic si implicit in contact
cu mediile bilogice. Daca acest timp este prea mic atunci nitrificarea nu are loc
eficient (nu este redusa toata cantitatea de TAN din bazin/acvariu). Pe de alta
parte daca timpul de retentie este prea mare la fel nitrificarea nu are loc eficient
pentru ca nu toata cantitatea de apa apuca sa treaca treaca prin filtru suficient de
des pentru a reduce toata cantitatea de TAN. In plus de asta, o rata de retentie mare
inseamna un debit de recirculare scazut, care inseamna o viteza mica a apei prin
filtru, care poate duce la colmatarea prematura a mediilor de filtrare. Mai trebuie
luat in calcul si faptul ca hrana administrata pestilor nu se transforma in TAN pe
parcursul a 24 de ore, ci mai degraba undeva intre 1 si 4 ore. In aceste conditii este
de preferat hranirea pestilor cu cantitati mici si cat mai des pe parcursul zilei.

Si totusi care este timpul de retentie hidraulica optim? In lucrarile pe care le-am
citit acest timp varia de la 1-3 minute pina la 20 de minute. Daca am calcula un timp
de retentie pentru filtrele externe pe care le folosim in mod curent descoperim
ca in cazul filtrelor externe folosite in acvaristica acest timp de retentie hidraulica
este mult mai mic. Spre exemplu in cazul unui filtru JBL e1501 avem o capacitate
totala a filtrului de 12 litri din care spatiu ocupat de medii ar fi 8 litri. In cazul in
care filtrul este umplut cu materiale biologice volumul de apa se poate considera
a fi diferenta intre cele doua (chiar daca mediile biologice traditionale gen Matrix,
Substrate pro, Micromec etc. sint poroase, totusi porozitatea este reprezentata
de canale foarte inguste, microscopice, astfel incat volum de apa preluat nu este
foarte mare comparativ cu volumul mediilor). In acest caz putem considera
ca volumul de apa din filtru este de 4 litri. Debitul de recirculare al acestui filtru,
in mod real, este undeva la 500 de litri pe ora, de unde ne rezulta un timp de
retentie hidraulica (4 litri / 500 litri) * 60 minute = 0,48 minute. Dupa cum se
observa acesta este un timp foarte mic in comparatie cu timpii intalniti in acvacultura.
Si totusi aceste tipuri de filtre, daca sint dimensionate corect, isi treaba. Intrebarea
este de ce, iar raspunsul este dat de catre mediile de filtrare folosite care au o
suprafata utila pentru bacterii mult mai mare decat mediile folosite in acvacultura
(in acvacultura se urmareste in primul rand componenta economica si de aceea
se folosesc medii de filtrare mult mai ieftine, dar care folosite in cantitati suficiente
sint eficiente).

La dimensionarea filtrului biologic conteaza si rata de recirculare a apei. In
acvacultura se merge pe o recirculare a apei de 2-3 ori pe ora, la ponduri (crapi
Koi) se merge pe o recirculare a apei de 0,5-2 ori pe ora, iar la acvarii de 2-4
ori pe ora pentru plantate si pesti mici, de 5-6 ori pe ora pentru acvarii cu pesti multi
si mari (gen cichlide), de 5-10 ori pe ora pentru acvarii marine numai cu pesti si de
10-20 de ori pe ora pentru acvarii recif.

Daca plecam de la aceste cifre si mergem pe o medie putem face cateva calcule
aproximative, considerand ca volumul de apa relativ la volumul mediilor de filtrare
este in raport de 60%/40%:
- la un acvariu plantat de 400 litri la o recirculare de 3 ori pe ora rezulta un debit
de 1200 litri pe ora, si cu un timp de retentie minim de 2 minute (0,033 ore)
rezulta ca volumul de apa al filtrului ar trebui sa fie de 1200 litri/ora * 0,033 ore
= 39,6 litri, de unde rezulta un volum al mediilor de filtrare de 26,4 litri,
adica aproximativ 6,6% din volumul acvariului
- la un acvariu cu cichlide de 400 litri la o recirculare de 6 ori pe ora cu un timp
de retentie de 2 minute ne-ar fi necesar un filtru cu un volum util de apa de
79,2 litri, si un volum al mediilor de filtrare de 52,8 litri, adica aproximativ
13,2% din volumul acvariului
- la un acvariu de recif de 600 litri la o recirculare de 8,33 ori pe ora cu un timp de
retentie de 2 minute ne-ar fi necesar un filtru cu un volum util de apa de
164,9 litri, si un volum al mediilor de filtrare de 109,9 litri adica aproximativ
18,3% din volumul acvariului (in reeful meu am in momentul de fata 8 litri de
Matrix, 4 litri de spartura de piatra vie, 60 kg ~ 45 litri, 4 litri Denitrate plus
doua DSB-uri de aproximativ 130 kg de nisip in total, DSB-uri in care
timpul de retentie este mult mai mare, la un calcul sumar am 61 de litri
material filtrant plus nisipul pe care nu stiu cum sa il apreciez, datele
pentru reef fiind de la acvariul meu, 600 litri cu recirculare de 8,33 ori)

Desigur ca aceste calcule sint aproximative, dar ne putem face o idee de ce
inseamna dimensionarea unui filtru biologic. In conditiile in care se respecta
regulile uzuale de mentenanta a acvariului si se folosesc si solutii de filtrare
mecanica si chimica eficiente cred ca o regula aproximativa ar fi dimensionarea
volumului filtrarii biologice la 10% din volumul acvariului. Si desigur ca aceste
cifre sint influentate de tipul materialului filtrant si de incarcatura biologica din
acvariu (care se traduce in cantitatea de hrana administrata).

O alta abordare in calcularea unui filtru biologic pleaca de la cantitatea de hrana
administrata. Cu cat hrana este mai bogata in proteine cu atat cantitatea de TAN
produsa este mai mare. Mancare congelata are in general niveluri reduse de
proteina de aproximativ 5%(cea comerciala uzuala, mysis, super shrimp,
cyclops etc), pe cand mancarea uscata, pelete si fulgi, are un nivel ridicat de
proteina de aproximativ 40-50%. Plecand de aici se pot face calculele pentru
filtrarea biologica.

Si sa plecam de la cazul reefului meu:
- hranesc in medie 8 cuburi de congelate pe zi, cu un procent de aproximativ
5% proteina si o greutate aproximativa de 22 de grame, plus fulgi cu un
procent de aproximativ 50% proteina si o greutate de aproximativ 1,75 grame
pe zi (o cutie ma tine cam 3 luni), plus Spirulina JBL cu un procent de
proteina de aproximativ 40% si o greutate de aproximativ 2 grame pe zi
(o cutie ma tine aproximativ 2,5 luni), in plus mai adaug aminoacizi,
vitamine, zooplancton, fitoplancton, reef pearls de 2-3 ori pe saptamana,
pentru usurinta am sa le echivalez cu inca 8 cuburi de congelate pe zi (nu
am gasit niciun calcul aproximativ care sa ma ajute la transformarea lor
in TAN)
- sistem de 600 litri de apa, cu o rata de recirculare de 5000 litri pe ora
- oxigen 7-8 mg/l (suficient pentru nitrificare)
- pH 8,15
- temperatura 25 de grade Celsius
- alcalinitate 8 dKH
- mediu biologic folosit Matrix, cu o suprafata utila de aproximativ
700 m2/m3 (este o estimare, nu am o cifra exacta)
- rata de conversie plana a TAN de 0,1g TAN/m2 zi
- mergem pe varianta proiectarii unui filtru trickle (wet/dry) si vrem sa aflam
volumul necesar filtrarii biologice

Conditiile de oxigenare, pH, temperatura si alcalinitate nu sint limitative in acest
caz, fiind propice pentru nitrificare. Hrana administrata zilnic in sistem ar trebui
sa produca urmatorul nivel de TAN, conform tabelului de mai sus:

16 cuburi congelate, 44 de grame cu proteina 5% => 0,2464g TAN
1,75 de frame fulgi cu proteina 50% => 0,0987g TAN
2 grame spirulina cu proteina 40% => 0,0904g TAN

Total 0,4355 grame TAN pe zi

V (filtru biologic in m3) = {Cantitatea de TAN produsa zilnic (in kgTAN/zi)} / {Rata de
conversie plana a TAN (in gTAN / m2 zi)} * {1000g / 1kg} / {Suprafata utila bacteriilor
in mediile de filtrare (in m2/m3)}

V (in m3) = 0,4355 g TAN/zi / ( 0,1 g TAN/m2 zi * 700 m2/m3) =
= 0,4355 g TAN/zi / 70 g TAN / m3 zi = 0,00622 m3 = 6,22 litri

Dupa cum se observa exista diferente mari intre cele doua tipuri de calculare
a volumului materialelor filtrante, dar unul se bazeaza pe timpul de retentie
hidraulica iar celalalt pe cantitatea de TAN produsa zilnic. Intre cele doua
exista o relatie, timpul de retentie hidraulica poate fi calculat in functie de
eficienta mediilor de filtrare (care este o functie de cantitatea de TAN si de
mediile biologice). Pentru aceasta corelare mai trebuie putin sapat. :)

Sper ca in weekendul asta sa facem si aceasta corelare si va urma un rezumat
care sa contina concluziile si o metoda (aproximativa) de a calcula necesitatile
unui filtru biologic.

O seara placuta,
Dragos

_________________
Scubaline 460, 8x54W T5, GHL Profilux 3 eX controller, 2xEheim 3e 2078
http://www.discus-club.ro/phpBB3/viewtopic.php?f=10&t=3031
http://deepspace9.mypets.ws:81


Top
 Profile  
 
Display posts from previous:  Sort by  
Post new topic Reply to topic  [ 29 posts ]  Go to page 1, 2, 3  Next

All times are UTC + 2 hours [ DST ]


Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum

Search for:
Jump to:  
cron
Aripi spre viata
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group