Mineralização – Nitrificação – Desnitrificação na filtragem

A filtração biológica é um dos aspectos mais importantes do projeto de filtragem para o bem-estar dos animais aquáticos, existem três processos distintos que se enquadram no título de filtragem biológica: mineralização, nitrificação e desnitrificação. A nitrificação é tipicamente a faceta mais comumente discutida e amplamente conhecida da filtração biológica e é sem dúvida a mais crítica, pois lida com a decomposição de resíduos animais altamente tóxicos, mas todos os aspectos da filtragem biológica são importantes e devem ser considerados ao projetar um suporte funcional vital.

 

Mineralização é uma decomposição do material orgânico complexo é degradado pelas bactérias em suas partes mais simples, em aquicultura, este material orgânico é tipicamente derivado de material fecal e alimento não consumido dos animais. Bactérias heterotróficas digerem esse material, e os produtos finais da mineralização são principalmente nitrogênio e fósforo inorgânicos, mineralização não é a única fonte de nitrogênio nos sistemas aquáticos.

 

A produção direta de amônia como resíduo de peixe (urina) também contribui para a carga de nitrogênio nos sistemas aquáticos, o nitrogênio amoniacal pode ser tóxico para a vida aquática (algumas espécies morrerão em níveis tão baixos de 0,5 mg / L. É por isso que a nitrificação é tão crítica. É importante entender que é a forma não ionizada de amônia, NH3, que é  tóxica.

 

Ao baixar o pH de um tanque, é possível converter amônia tóxica, NH3, em NH4 +, amônio, um composto muito menos tóxico. Isso é mais fácil de fazer em sistemas de água doce com pH próximo ou abaixo do neutro do que em sistemas marítimos com pH na faixa de 8 a 8,2. É importante perceber que as manipulações de pH são apenas uma solução de “band-aid” para o controle de amônia, e  é essencial um biofiltro bem projetado.

 

Embora menos tóxico que a amônia, o nitrito ainda pode ser letal para criação em quantidades muito pequenas, na faixa de 1 a 5 mg / L , a bactéria Nitrobacter converte o nitrito em nitrato, uma forma menos tóxica de nitrogênio, e cada uma dessas formas de nitrogênio – NH3, NO2 e NO3 – é progressivamente menos tóxica para os animais, e o produto final, NO3, (nitrato) é bem tolerado pelos peixes, mas, a menos que seja gerenciado, tenderá a se acumular no meio aquático,  Isso nos leva ao último processo de filtragem biológica, a desnitrificação, em que as bactérias removem o nitrato da água do sistema.

 

Embora o nitrato não seja fortemente tóxico, os animais não vivem com níveis elevados de nitrato na natureza, portanto, manter baixos os níveis de nitrato é importante na reprodução das condições naturais da vida aquática. Historicamente, isso era feito com mudanças periódicas de água em sistemas fechados, mas, mais recentemente, essa prática tem sido desaprovada  devido a  descarga de excesso de nitrogênio em cursos d’água naturais e em sistemas de esgoto sanitário.

 

Existem dois métodos principais de desnitrificação, o digestor alimentado a carvão e o digestor de leito de enxofre. Algumas cepas de bactérias conhecidas como anaeróbios facultativos podem usar o oxigênio do nitrato (NO3) como energia, convertendo o NO3 em nitrogênio atmosférico (N2). Os digestores de carbono requerem a adição de uma fonte de carbono orgânico para alimentar as bactérias, tipicamente um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol) ou um açúcar simples.

 

Este método tem a desvantagem de ter que medir a adição do composto de carbono. A sobredosagem ou subdosagem pode perturbar o equilíbrio do processo ou, pior ainda, transportar álcool não reagido de volta para o tanque. O método baseado em enxofre baseia-se na atividade de várias cepas de bactérias que consomem enxofre e nitrato sem adicionar outros produtos químicos. Thiobacillis denitrificanse  e outras bactérias semelhantes podem usar o oxigênio em nitrato para energia. A tendência na indústria é o digestor de leito de enxofre devido à sua simplicidade.

 

A reação NO3 a N2 (chamada “redução”) consome alcalinidade, então o enxofre é tipicamente misturado com casca de ostra esmagada ou aragonita (uma fonte de carbonato para tamponamento) para manter o pH estável. O monitoramento do oxigênio  é especialmente importante, pois o ambiente dentro do filtro deve ser pobre em oxigênio, mas não deve ser livre de oxigênio. Se houver excesso de oxigênio, as bactérias irão respirar aerobicamente (com oxigênio) e nenhuma redução de nitrato ocorrerá, mas se houver pouco oxigênio, o filtro pode ficar anaeróbico (sem oxigênio) e produzir sulfeto de hidrogênio tóxico.

 

O nitrato controlado é conseguido diluindo com água limpa ou usando uma câmara de desnitrificação (equalizador para projetos) que converte o nitrato em gás nitrogênio (este é um processo anaeróbico que usa um grupo de bactérias heterotróficas).

Um terceiro método para manter os níveis de nitrato em cheque é o uso de plantas. Você pode ter um sistema de água verde (usando algas), um filtro vegetativo ou mesmo usar um sistema de planta hidropônica para remover nitrato.

Fonte: https://pentairaes.com/learn-about-aquaculture/technical-talks/mechanical-filtration-and-biofiltration-tt65