Los filtros biológicos se utilizan en acuicultura para eliminar el amoniaco (bajo condiciones aeróbicas) y/o los nitratos (en condiciones anaeróbicas) producidos por el metabolismo de los peces y de los sistemas de filtración que, en condiciones de circuito cerrado se acumularían hasta concentraciones dañinas para los propios peces.

ELIMINACIÓN DE AMONIO

El nitrógeno amoniacal presente en el agua (TAN: nitrógeno amoniacal total) es un compuesto altamente tóxico que se forma como resultado de la propia actividad fisiológica de los organismos y de la descomposición del material proteico presente en el agua.

La proporción en la que el nitrógeno amoniacal se encuentra en el agua en forma ionizada (ión amonio o NH4 +) o no ionizada (amoniaco o NH3) depende del pH y temperatura del agua. La forma no ionizada (NH3) es extremadamente tóxica para los peces. A medida que aumenta el pH y la temperatura, la forma del compuesto más abundante en el agua es NH3. El amonio produce efectos desfavorables en los peces por lo que debe eliminarse del sistema siguiendo el proceso natural conocido como nitrificación.

En los filtros aeróbios nitrificantes, un grupo de bacterias transforma el nitrógeno amoniacal (tanto en forma NH3 como NH4+) en nitrato, mucho menos tóxico que el amonio.

Es importante que la reacción de nitrificación se desarrolle completamente para evitar la presencia del anión nitrito (NO2-), que es un producto intermedio en la reacción, el cual sí que puede causar algún problema a partir de determinadas concentraciones.

Para ello hay que procurar que:

- Haya suficiente oxígeno en el agua.

- El agua esté en contacto con las bacterias el tiempo suficiente como para que la reacción sea completa.

Reacciones químicas de nitrificación:
NH4+ + 1.5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O (Etapa 1: transformación del amonio en nitrito)

NO2- + 0.5 O2 → NO3- (Etapa 2: transformación del nitrito en nitrato)

ELIMINACIÓN DE NITRATO

La eliminación de nitratos del agua (denitrificación) también es un proceso natural realizado por bacterias, pero en este casos son bacterias anaerobias estrictas. Esto quiere decir que el proceso ha de realizarse en condiciones de falta total de oxígeno. Por ello debe utilizarse en un filtro biológico cerrado, asegurando que no hay presencia de oxígeno en el agua, de modo que las bacterias puedan desarrollarse apropiadamente. En este caso, el nitrato (NO3-), se transforma en nitrógeno gaseoso (N2), que al mismo tiempo debe ser eliminado por aireación. Para que dicha transformación se realice satisfactoriamente, es necesario el aporte de una fuente de carbono (como metanol, azúcar, etc.) que debe ser introducida en cantidad suficiente.

La puesta en servicio de un filtro biológico requiere un proceso inicial de activación ya que la formación de una población bacteriana suficientemente grande requiere cierto tiempo que será más o menos largo en función de la gestión y condición en la que se encuentre el filtro.

Existen cultivos “de arranque” en el mercado que se pueden colocar en el filtro para acelerar el proceso de colonización.

La eficiencia de los filtros biológicos nitrificantes depende también del medio filtrante utilizado. Cuanta mayor sea la superficie específica del medio mayor será el nivel de amoníaco eliminado.

TIPOS

En INNOVAQUA somos especialistas en el cálculo de la filtración biológica qua más se adapte a las necesidades específicas de cada instalación, tanto en la elección del tipo de filtro como en el material para el lecho biológico.

Los filtros percoladores trabajan por gravedad a presión atmosférica, es decir, son filtros abiertos. Constan de un lecho de material filtrante que esta en el interior de un contendor, de manera que, mediante el empleo de diferentes sistemas, se distribuye el agua de homogeneamente por la superficie del material filtrante dejándola caer libremente por todo el lecho. Se logra así un perfecto contacto entre el agua, el aire y el medio filtrante.

El aporte de oxígeno necesario para las reacciones de nitrificación se obtiene directamente del aire bien por tiro natural, o en escasas ocasiones, por sistema de ventilación forzada. En cualquier caso, la concentración de oxígeno siempre será la de la saturación del agua por lo que su rendimiento estará limitado.

Por lo tanto, se trata de un sistema donde el aporte de oxígeno es continuo y que no suele implicar un consumo energético, pero que no conserva la presión del sistema de recirculación con lo que suelen necesitar una etapa extra de bombeo.

El aporte de oxígeno de manera pasiva los inhabilita para su uso como denitrificadores.

Los filtros biológicos a presión constan de un contenedor capaz de soportar presiones de unas pocas atmósferas, en cuyo interior se dispone un lecho de material filtrante sobre el que se producirá el desarrollo de la flora bacteriana encargada del proceso de nitrificación. El hecho de que trabajen a presión permite que las instalaciones diseñadas con este tipo de filtro empleen normalmente una sola etapa de bombeo.

Los filtros de este tipo, sí conservan la presión en el sistema de recirculación pero en cambio el oxígeno puede llegar a ser limitante y reducir su capacidad de eliminación de metabolitos. Por el contrario, se puede aumentar su eficiencia al poder hacerlos trabajar a concentraciones de oxígeno superiores a la saturación simplemente inyectando oxígeno puro en la entrada del sistema.

El hecho de que sean cerrados los habilita para su uso como denitrificadores.

Los filtros de lecho fluido constan de un contenedor, abierto o cerrado donde el material filtrante se mantiene en movimiento mediante el empleo de aireación o agitación mecánica.

Al igual que los filtros a presión, el oxígeno puede llegar a ser un factor limitante aunque este tipo de diseño, si la agitación se realiza sin utilizar aire, admite igualmente poder sobresaturar con oxígeno y aumentar de esta manera el rendimiento del la filtración.

El filtro de lecho fluido es un filtro abierto donde un flujo de agua permanente facilita el contacto entre el agua, el aire y el medio filtrante que está continuamente en movimiento, aunque en ocasiones es necesario de un aporte de oxígeno para aumentar su rendimiento. El agua vuelve al circuito por gravedad por lo que se hace necesario un correcto diseño de las dimensiones del tanque del filtro.

Este tipo de filtros, si se diseñan adecuadamente, pueden hacer las funciones de tanque de cabecera con lo que se puede emplear una sola etapa de bombeo.

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