Filtro biologico per laghetto
L'acquacoltura è l'allevamento di organismi acquatici come pesci, crostacei, molluschi e piante acquatiche. La domanda mondiale di pesce ha fornito l'impulso a una rapida crescita dell'acquacoltura. Nel 2012, sono stati prodotti dall’acquacoltura 66,6 milioni di tonnellate di pesce, che rappresentavano il 42,2% della produzione mondiale di pesce alimentare. Inoltre, l’acquacoltura è uno dei settori di produzione alimentare in più rapida crescita, con una crescita media del 6,5% nel periodo dal 2000 al 2012.
I sistemi di acquacoltura possono essere classificati in tre categorie principali: estensivi, semi-intensivi e intensivi, in base alla produzione per unità di volume (m 3 ) o unità di superficie (m 2 ). I laghetti naturali rientrano nei tipici sistemi estensivi, la coltura in stagno con alimentazione o aerazione nei sistemi semiintensivi e i sistemi di acquacoltura a ricircolo rientrano nei sistemi intensivi.
I sistemi di acquacoltura a ricircolo (RAS) sono sistemi basati su vasche in cui i parametri ambientali sono totalmente controllati, quindi i pesci possono essere immagazzinati ad alta densità. La tecnologia RAS è stata sviluppata e perfezionata negli ultimi tre decenni. La tecnologia RAS ha la capacità di lavorare ad alta capacità con meno acqua e rappresenta un requisito rispetto alla piscicoltura tradizionale, inoltre RAS può ridurre l'uso di prodotti chimici e antibiotici e lo smaltimento dei rifiuti; inoltre, il RAS è adattabile alle specie, il che significa che il pesce può essere prodotto tutto l'anno. Tuttavia, RAS necessita di elevati capitali e investimenti operativi che rappresentano il principale demerito. Inoltre, si tratta di un sistema complesso per l'avvio e sono necessarie competenze per mantenerlo e monitorarlo.
Il controllo della qualità dell'acqua nel RAS è ottenuto da molti componenti diversi. In generale, il RAS è costituito da un riscaldatore o scambiatore di calore per regolare la temperatura dell'acqua, un sistema di aerazione per ridurre la concentrazione di CO 2 disciolta, un sistema di ossigenazione per fornire ossigeno sufficiente, filtri a tamburo per rimuovere i solidi sospesi, un sistema di disinfezione (apparecchiature UV e ozono) per inattivare gli agenti patogeni e sistema di biofiltro per rimuovere i rifiuti di azoto. L'alcalinità nel sistema viene controllata aggiungendovi sostanze chimiche.
Esistono molti tipi di sistemi di biofilm utilizzati per il trattamento dell'acqua, come biofiltri percolatori, contattori biologici rotanti (RBC), biofiltri a media granulare, biofiltri a sfere galleggianti e biofiltri a letto fluidizzato, tutti presentano vantaggi e svantaggi. Il filtro percolatore non è efficace in termini di volume; si sono spesso verificati guasti meccanici nei contattori biologici rotanti; i biofiltri a media granulare necessitano di periodici ritorni di fiamma e i reattori a letto fluidizzato mostrano instabilità idraulica. In questo contesto, la tecnologia del reattore a biofilm a letto mobile (MBBR) è stata sviluppata tra la fine degli anni ’80 e l’inizio degli anni ’90 in Norvegia.
Ora MBBR è stato applicato in tutto il mondo per il trattamento delle acque reflue urbane e industriali, nonché per il trattamento delle acque nell'acquacoltura. Nel settore dell'acquacoltura, l'MBBR viene utilizzato principalmente per la nitrificazione e per la rimozione di sostanze organiche. Per evitare che i batteri eterotrofi che consumano la materia organica sopprimano i batteri nitrificanti a carichi organici elevati, l'MBBR viene sempre utilizzato a carichi organici bassi in un sistema di acquacoltura.
Rispetto alla maggior parte degli altri reattori a biofilm, l'MBBR utilizza l'intero volume del serbatoio per la crescita della biomassa, presenta inoltre una perdita di carico insignificante, non necessita di controlavaggi periodici e non è soggetto a intasamenti. Inoltre, la frazione di riempimento dei supporti del biofilm nel reattore può essere soggetta a preferenze. Tuttavia, si raccomanda che le frazioni di riempimento siano inferiori al 70% per mantenere il trasportatore liberamente sospeso nel reattore.
MBBR è una tecnologia basata sulla teoria del biofilm, con un biofilm attivo che cresce su supporti di plastica (o biomedia) appositamente progettati sospesi nel reattore. Può funzionare sia in condizioni aerobiche che anaerobiche, i biomedia vengono mantenuti in sospensione mediante agitazione dai diffusori di aerazione, mentre nei casi anaerobici viene utilizzato un miscelatore per mantenere i biomedia in movimento. I bio-media sono realizzati con materiali diversi e viene comunemente utilizzato il polietilene ad alta densità, che ha una densità di circa 0,95 g/cm 3. Per fornire un'area superficiale specifica massima (m 2 /m 3 ), i bio-media sono progettati in varie forme e dimensioni.