Diseño y cálculo de MBBR para RAS

Requisitos de diseño para biofiltros en RAS

Un biofiltro ideal para RAS de alta-densidad debe satisfacer múltiples criterios críticos para garantizar un funcionamiento eficiente y estable. El sistema debe utilizar completamente la superficie del medio para lograreliminación completa del amoníacomientrasminimizando la acumulación de nitrito. Se deben mantener tasas óptimas de transferencia de oxígeno dentro de un espacio compacto, utilizando medios rentables-que generen una pérdida de carga mínima. El diseño debe requerir poco mantenimiento y evitar la retención de sólidos para evitar problemas de obstrucción.

Uno de los aspectos más desafiantes del diseño de biofiltros implicacalcular con precisión la demanda de oxígenopara satisfacer tanto los requisitos de las especies cultivadas como las necesidades operativas del biofiltro. Si bien los cálculos estequiométricos sugierenun mínimo teórico de 0,37 kg de oxígeno disuelto por kg de alimento(con 0,25 g para favorecer el metabolismo de los peces y 0,12 g para la nitrificación),consideraciones prácticas de diseño recomiendan suministrar 1,0 kg de O₂ por kg de alimentopara garantizar la confiabilidad del sistema. Los datos de campo de operaciones a escala-comercial indican laLa utilización más eficiente del oxígeno ocurre típicamente con aproximadamente 0,5 kg de O₂ por kg de alimento., representando un equilibrio óptimo entre rendimiento biológico y eficiencia energética.

Esteestrategia de suministro de oxígenodebe tener en cuenta varios factores, entre ellos:

La capacidad de oxidación del amoníaco del biofiltro.

Fluctuaciones de la densidad de población

Solubilidad del oxígeno dependiente de la temperatura-

Requisitos de redundancia del sistema

Tecnología MBBR y sus ventajas

El sistema de reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR) ofrece ventajas significativas sobre las tecnologías de biofiltración tradicionales, como los filtros percoladores y los contactores biológicos giratorios, particularmente en términos de requisitos operativos y de mantenimiento.Actualmente, la tecnología MBBR se ha implementado ampliamente en plantas de tratamiento de aguas residuales y sistemas de acuicultura comercial de diversas escalas en Europa.

MBBR representa un proceso de tratamiento biológico de crecimiento adjunto-que opera continuamente como unbaja-pérdida de carga, reactor de biopelícula que no-obstrucción. Este sistema presentaalta superficie específicapara el crecimiento de biopelículas sin necesidad de retrolavado. En los sistemas MBBR, los cultivos bacterianos se desarrollan en medios portadores especializados que se mueven libremente dentro del volumen del reactor. La configuración del reactor puede mantener condiciones aeróbicas para la nitrificación mediante aireación difusa o condiciones anóxicas para la desnitrificación utilizando mezcladores mecánicos sumergidos.

Los medios portadores normalmenteOcupa el 50-70% del volumen del reactor., ya que proporciones de llenado más altas pueden impedir una mezcla adecuada. Las cribas de retención -, incluidas las rejillas de barras verticales, las cribas de malla rectangulares o las disposiciones de tamices cilíndricos -, evitan la pérdida de medios y al mismo tiempo permiten el flujo de agua. El medio portador más comúnmente utilizado (tipo MBBR04/K1) consiste en polietileno de alta-densidad (densidad 0,95 g/cm³) formado en pequeños cilindros con estructuras cruzadas internas y protuberancias externas en forma de aletas-. Si bien existen varios diseños de medios, todos comparten la característica esencial de proporcionar áreas de superficie protegidas para el desarrollo de biopelículas. El movimiento continuo del medio dentro del reactor crea un efecto de auto-limpieza que evita la obstrucción y promueve la eliminación controlada de la biopelícula. Como proceso de crecimiento adjunto-,La capacidad de tratamiento de MBBR se correlaciona directamente con la superficie total del medio disponible.

Características operativas clave:

Diseño y cálculos de estudios de caso

Descripción general del sistema

Este ejemplo de diseño ilustra el tamaño del biofiltro MBBR para un RAS de producción anual de 500 toneladas. Los parámetros de producción clave para cada etapa de cultivo se proporcionan en las Tablas 1-1 y 1-2.

Metodología de diseño

El diseño del MBBR sigue un enfoque simplificado cuando se conoce la eficiencia de eliminación de TAN (nitrógeno amoniacal total), basado en:

• Volumen fijo del reactor
• Características del tipo de medio
• Carga hidráulica
• Tasa de eliminación de bronceado
• Temperatura de funcionamiento

El área de superficie total requerida de biopelícula (A_{medios de comunicación}, m²) se calcula a partir de:

1. Tasa de carga MBBR TAN (P_BRONCEARSEkg/día)
2. Tasa de nitrificación estimada (r_BRONCEARSE,g/(m²·día))

El volumen del biorreactor (V_{medios de comunicación}, m³) se determina entonces por:

V_{medios de comunicación} = A_{medios de comunicación}/ SSA

donde SSA=superficie específica del medio (m²/m³)

La geometría del reactor se optimiza en función de las proporciones de altura-a-diámetro (H/D).

Procedimiento de diseño

Paso 1: Calcular la demanda de oxígeno (R_HACER)

Dónde:

• a_HACER= 0.25 kg O₂/kg alimento
• r_alimentar= 0.0173 kg de alimento/kg de pez/día
• ρ=densidad de población (137 kg/m³)
• V_tanque= volumen del tanque (72,8 m³)

Paso 2: Determinar el caudal de agua (Q_tanque)

Arrogante:

HACER_entrada= 14.2 mg/L (50 % de saturación de O₂)

HACER_tanque= 5 mg/L (28 grados)

Dónde

• Q_tanque= 3,250 l/min

Verificar si el tipo de cambio horario del tanque cumple con los requisitos efectivos de eliminación de sólidos:

Si es necesario, se puede reducir (por ejemplo, a 2 cambios/hora), dependiendo de la hidráulica del tanque y la eficiencia de eliminación de sólidos.

Paso 3: Calcular la producción de TAN (P_BRONCEARSE)

Dónde

• R_alimentar= 170 kg de pienso/día
• a_BRONCEARSE= 0.032 kg TAN/kg alimento
• P_BRONCEARSE= 5.44 kg de bronceado/día

Paso 4: determinar el volumen de medios

Usando la tasa de eliminación volumétrica de TAN (VTR):

• Agua tibia (25-30 grados): 605 g/m³/día
• Agua fría (12-15 grados): 468 g/m³/día (a 1-2 mg/L TAN)

Paso 5: Tamaño del biorreactor

Parámetros clave:

• Relación H/D: 1,0-1,2 (optimizada para mezcla/aireación)
• Diámetro máximo: Menor o igual a 2 m
• Proporción de relleno de medios: 60-70%

Para este caso:

• Volumen requerido: 5,0 m³ al 60% de llenado
• Dimensiones:

- Altura: 1,83 m

- Diámetro: 1,83 m

- Altura total: 2,1 m (incluido el francobordo)

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