Utorak, Listopad 17, 2017
Croatian English French German Italian Serbian Slovenian
   
Text Size

Pretraživanje

Dimenzioniranje filtra u slatkovodnoj akvakulturi (akvariji i vrtna jezera)

 Dimenzioniranje filtra u slatkovodnoj akvakulturi (akvariji i vrtna jezera)

 

 

 

 

Akvaristi imaju snažan interes u održavanju optimalnih uvjeta kakvoće vode (što je više moguće). Da bi se to omogućilo potrebno je osigurati izvor vode, određene kvalitete, te odgovarajuće količine vode za život određene vrste. Kvalitetu vode u akvariju možemo održavati povremenim većim izmjenama vode ili možemo instalirati sustav akvarijske filtracije sa recirkulacijom vode, odnosno povratom obrađene vode natrag u akvarij. Akvarijski filtri su zapravo žila kucavica svakog akvarija jer pomoću njih kontroliramo različite otopljene i suspendirane kemijske tvari (krutine i plinove) u vodi. Možemo zaključiti da je dobra filtracija ključ za održavanje života akvariju. Međutim, vrlo često se rade osnovne pogreške kao što je nepoznavanja specifikacija svih ključnih parametara potrebnih za pravilno funkcioniranje slatkovodnih vodenih akvarijskih sustava. 

Najbolje je isplanirati vrste ribe koje se žele imati u akvariju, zatim vidjeti njihove potrebe za veličinom akvarija i kvalitetom vode za što mogu poslužiti brojne baze podataka (http://www.seriouslyfish.com/species/), knjige ili drugi izvori podataka. Pa tako za ribe koje zahtijevaju meku vodu (Amazonski sliv), poput diskusa, potrebno je osigurati uređaj koji omekšava tvrdu Hrvatsku vodu (npr. reverzna osmoza).
Također na tržištu postoje brojni proizvođači akvarijskih filtera, a zajedničko svima njima je da se prodaju bez prethodnog znanja o potrebama akvarija, za planiranu veličinu akvarija, ili uz specificirani protok kroz filter, a to su vrijednosti koja su manje bitne. Ono što je najbitnije prilikom izbora slatkovodnog akvarijskog filtera, je opterećenje akvarija ribama (tzv. fish load) izražen u kg/L, zatim količina i vrsta filtarskog materijala (promjer pora u μm, volumen u L i specifična površina m2/m3), te količina i vrsta hrane (hranjenje po kg ribe, te udio proteina).

 
Gustoća populacija riba u slatkovodnim akvarijima


Akvaristi imaju „pravilo palca“ pri procijeni broja riba koje se mogu držati u akvariju. Za slatkovodne ribe glasi 3 cm dužine odrasle ribe po 4 litre vode (odnosno, 10 cm duga riba bi trebala imati oko 13 litara vode) (U. Baensch: Tropical Aquarium Fish (1983). Tetra.) o čemu treba voditi računa prilikom planiranja količine riba.
Gustoća populacije riba bi trebala čak biti skoro uvijek manja od preporučene za kućne akvarije. Nisu dostupni statistički podaci o gustoćama naseljenosti ribama u privatnim i javnim akvarijima, ali se čini da ljudi imaju tendenciju da prenapuče akvarije odnosno previše ih nasele ribama.
Gruba podjela akvakulturne prakse prema intenzitetu proizvodnje (Douglas H. Ernst :Simulation and Decision-Support Software for Aquaculture Facility Design and Management Planning, dissertation, 2000.) je na:
•   ekstenzivna (vrtna jezerca bez filtracije sa prirodnom hranom) od 0,05-0,3 kg L-1,
•   umjereno intenzivna (aeriranje vode, ograničena izmjena vode, korištenje prirodnih namirnica, primjena pripremljene hrane) 0,5-2,0 kg L-1,
•   intenzivna (kontinuirana izmjena vode sa pročišćavanjem i recirkulacijom, i visoke stope hranjenja sa pripremljenom hranom) 2,0-100,0 kg L-1,
U ribogojilištima gdje postoji podaci, tipična gustoća populacije riba se kreće za primjer uzgajališta pastrva u Americi oko 57 kg m-3 (Aquacultural Engineering 52 (2013) 45–57), pastrva iz Čilea oko 35 kg m-3 (Aquacultural Engineering 41 (2009) 85–90), 50 kg m-3 atlantskog lososa iz Kanade (Aquacultural Engineering 41 (2009) 71–77), tri bazena za uzgoj pastrvi u Americi sa 6,47, 15,2 i 72,8 kg m-3 (Aquacultural Engineering 33 (2005) 271–284), intenzitet proizvodnje pastrva u Njemačkoj između 430 i 650 kg (L s-1)-1 na godinu (Aquacultural Engineering 41 (2009) 127–135), te proizvodnju u Kini u ribnjacima dubine 1,5 do 2 m različitih ribljih vrsta i to 16.000 jedinki somova (Ictalurus punctatus), 6000 grgeča (Spinibarbus sinensis) i 2900 žutih somova (Pelteobagrus fulvidraco) po hektaru ribnjaka koje se tijekom godinu dana poraslo na ukupno 72.200 jedinki ha-1 (Aquacultural Engineering 45 (2011) 93– 102).

 
Specifikacija vode


Većina akvarista želi visoki stupanj čistoće akvarijske vode koja ispunjava određene specifikacije (zahtjeve za čistoćom). Primjer preporučenih vrijednosti (specifikacija) sa rasponom parametara iz intenzivnog uzgajanja riba (za prehranu) se može vidjeti na tablici 1.

Tablica 1. Općeniti rasponi parametara kvalitete vode iz intenzivnog ribljeg uzgoja (Boreham i sur. 2004).


 
Karakterizacija onečišćenja vode


Disperzni sustav čini kruta tvar koja je razdijeljena (disperzna faza) u disperznom sredstvu odnosno vodi. Ovisno o veličini čestica se definira disperznost sustava (tablica 2).
Svojstva veličina čestica disperzne tvari uzrokuje različite definirane disperzne sustave pa obzirom na njih je potrebno osmisliti faznu separaciju (M. Hraste: Mehaničke operacije, Zagreb 1990.). U akvarijskim vodenim sustavima riječ je o kombinaciji: grubo disperznih sustavima - lebdećim organskim česticama biljnog i životinjskog porijekla i ostacima nepojedene hrane (uglavnom proteini), koloidno disperznih sustava – lebdećim organskim česticama ribljih onečišćenja (fekalija), te molekulsko disperznih sustava – većih makromolekula, proteina i sl.

Tablica 2. Podjela prema stupnju disperzije


Karakterizacija istaloženih lebdećih čestica se provela u radu (Aquacultural Engineering 33 (2005) 271–284) sa različitim gustoćama naseljenosti u uzgajalištima pastrva. Većina čestica (po težini), mjereno u izlaznim uzorcima za sve tri farme (tablica 3.) pokazuje ravnomjernu podjelu između čestica najmanjeg raspona (1,5-30 μm) i najveći (> 210 μm) koej uzrokuju zamućenost. Za filtrirane čestice mulja većina čestica bile su u rasponu veličina od 1,5 do 30 μm. (tablica 3.).

Tablica 3. Raspodjela veličine čestica za tri različite veličine riba tijekom i nakon hranjenja


 

Kako su lebdeće čestice veličine 10-100 μm odgovarat će koloidnoj suspenziji koja će uslijed Tyndallov efekta pokazivati zamućenje vode (raspršivanje svjetlosti na česticama koloida) što je nepoželjnu u sustavima sa javnim akvarijima.
Proizvodnja otpada u akvarijima po 1 kg ribe (ili po 1 cm ribe) ovisi o stopi konverzije hranjenja (Feed Conversion Rate - FCR), zatim o vrsti ribe i kvaliteti hrane. Hranjenje, fekalije i bakterijski biofilm su identificirani kao glavni izvori lebdećih čestica (TSS) u tekućem otpadu zatvorenih recirkulirajućih sustava. Doprinos sva tri izvora ovisi o metabolizmu ribe, sustavu tretmana vode i bakterijskoj aktivnosti.
Ukupna proizvodnja lebdećih čestica (total suspended solid – TSS) varira o opterećenju ribama od 1-3 mg L-1 (tablica 4.) pa do 10–20 mg L-1 (Aquacultural Engineering 41 (2009) 71–77), pa čak i do 63-115 mg L-1 (Aquacultural Engineering 33 (2005) 271–284).

Tablica 4. Vrijednosti izmjerenih tvari i standardne devijacije izmjerenih na postaji na 9 mjesta uzorkovanja između rujna i studenog 2007. za uzgajališta pastrve
(Aquacultural Engineering 41 (2009) 127–135).
 



Separacije suspendiranih čestica


Mehanička filtracija je separacija lebdećih tvari u vodenim sustavima (suspenzijama) kroz poroznu membranu pri čemu kruta faza ostaje na filterskom sredstvu, dok voda prolazi kroz njega (Slika 1.). Pri tome treba voditi računa o tome da poroznost filtarskog sredstva ovisi o veličini čestica koje nastojimo ukloniti.

 


 
Slika 1. Princip filtracije



Projektiranje veličine mehaničkog filtra se temelji na koncentraciji suspendiranih čestica i željene debljine tzv. filtarskog kolača (u osnovi krutina koja zastoje na filtarskom sredstvu), odnosno vremena ispiranja/zamjene filtarskog sredstva. Iz slike 1. se može definirati analogija dimenzioniranje protoka kroz filtarsku membranu kao otpor dva paralelno vezana potrošača (jedan filtarske membrane spužve, vate, mrežice) a drugi filtarskog kolača (prljavština, ostaci hrane, ribljih onečišćenja).
Da bismo definirali potreban sustav za separaciju kruto/kapljevito filtracijom (slika 2.) potrebno je definirati disperznost sustava (Coulson and Richardson: Particle Technology and Separation Processes, 2002.).
Eksperiment na realnom sustavu bi dao vrijednost otpora čestica koje zaostaju na filtarskom sredstvu (tzv. otpor filtarskog kolača). Uz dodatnu karakterizaciju krutih čestica i određivanje veličine čestica (eng. particle size distibution - PSD) to bi trebao biti temelj za dimenzioniranje i izbor opreme (slika 2.). Pregledom literature ti se podaci mogu pronaći međutim jako ovise o akvarijskom sustavu (akvakulturi).
 

Slika 2. Dijagram toka za karakterizaciju i dimenzioniranje procesa filtracije
(S. Murugesan and co., Org. Process Res. Dev. 16 (2012) 42).

Na osnovu vrijednosti otpora i kompresibilnosti filtarskog kolača se preporuča filtracijska oprema prema vodiču prikazanom na slici 3.


 
Slika 3. Preporuka separacijske tehnike obzirom na sustav i vrijednost parametra otpora filtarskog kolača

Većina akvarista spada u domenu hobistike tako da se vrlo rijetko koriste filtri drukčiji od običnih mehaničkih filtara kroz poroznu membranu.
 
Poroznost filtarskog medija


Ukoliko je veličina pora filtarskog sredstva premala, kao što je to slučaj kod vate za akvarijske filtre, filtarsko sredstvo će uklanjati i sitnije lebdeće čestice koje uzrokuju zamućenost, ali će imati veliki pad tlaka (zbog sitnih pora) i protok kroz filter će se vremenom rapidno smanjiti. Stoga je potrebno izabrati pravu poroznost filtarskog sredstva obzirom na željenu separaciju. Filtarske mrežice u filtarskim sitima kao na slici 4. su obično poroznosti 200 i 300 μm, dok se u filtarskim bubnjevima se kreće od 40 do 100 µm. Bitno je napomenuti da se vrlo često na malim akvarijskim sustavima koriste filtarske spužve koje imaju zadovoljavajuću djelotvornost i mali pad tlaka, a mogu se kupiti najrazličitijih poroznosti (u jedinici pore po inču):


Slika 4. Spužve različitih poroznosti


 
Filtarska površina


Na slici 4. je primjer usporedbe filtracija uz dvije različite filtarske površine od 0,001 m2 i 0,002 m2. U prvom slučaju željenu separaciju ostvarimo nakon 165 minuta, dok u slučaju duplo veće površine željena separacija se ostvaruje nakon 40 minuta, pri čemu je ista debljina filtarskog kolača. Kao što vidimo to nije linearno povećanje stoga je iznimno bitno posvetiti pozornost i dimenzioniranju filtarske površine.


 
Slika 4. Primjer filtracije za slučaj kada je filtarska površina 0,001 m2 (dolje),
i kad je duplo veća 0,002 m2 (gore)

Dakle vrijedi jednostavno "pravilo palca" što veća filtarska površina bolja mehanička separacija uz rjeđa ispiranja (pri čemu povećanje površine sa kvadratom podiže efikasnost separacije). Obično se kreću veličine filtraske spužve do maksimalno 50 x 50 sa debljinom spužve od 7 cm (npr. http://www.agk-kronawitter.de/shop/en/Aquacultur-Pond/Filter-Technology/Filter-Material/T-Profil-Filterfoam.html). Također postoji i tzv. japanska mat spužva koja služi i za djelomičnu biološku filtraciju (a puno je tanja). Za velike filtracijske sustave (akvariji da 50 m3, manja vrtna jezerca, uzgajališta) se vrlo često koristi čelična filtarska mrežica prikazana na slici 4.


 
Slika 5. Sitasti filtar sa metalnim mrežicama
 
Za jako velike volumene akvarija (> 100 m3), vrtna jezerca i ribogojilišta koristi se filtar bubanj (slika 6.).
a)


b)       


Slika 6. Primjer filtar bubnja za primjenu u vrtnim jezerima i ribogojilištima od proizvođača a) AQUAFORTE, i b) RATZ, gdje su:
(1) ulaz za vodu, (2) izlaz pročišćene vode, (3) podesivi preljev, (4) visokotlačne mlaznice za ispiranje bubnja, (5) senzor za aktivaciju ispiranja, (6) elektromotor, (7) zupčanik pogona bubnja, (8) filtar bubanj, ( 9) otvor za ispiranje otpada na stražnjem dijelu bubnja, (10) pokazivač razine vode u bubnju i (11) pokazivač razine pročišćene vode.

Tijekom rada filtar bubnja zarobljene otpadne tvari akumuliraju se na unutarnjoj strani bubnja gdje će se zalijepiti za stjenku bubnja i ometati normalni protok vode. Događa se povećanje otpora protoku vode kroz bubanj, koje se manifestira kao povećanje razine vode u bubnju. Kad razina dosegne maksimalnu vrijednost nakon koje se mora povratno isprati kako bi se spriječio obilazak vode oko bubnja. Ispiranje može biti kontinuirano ili s prekidima u radu filtar bubnja. Obično filtar radi kontinuirano na maksimalnom kapacitetu protoka, zbog povremenog ispiranja koje osigurava odštopavanje bubnja čime se postiže maksimalni protok.
 
Filtar bubanj (Drum filter)

Pri dimenzioniranju filtar bubnja (slika 6.) je iznimno bitno odrediti promjer očice na situ bubnja jer njome je definiran stupanj separacije kruto/kapljevito (Slika 7.). Kako želimo pročistiti i najsitnije čestice da bismo dobili kristalno čistu akvarijsku vodu preporuča se promjer veličine sita (mesh size) od 25 – 40 μm.


a)


b)
Slika 7. Izbor bubnja obzirom na: a) zahtjeve (specifikacije) za promjerom sita, i b) maksimalni kapacitet protoka. (E. Dolan, R. Oliver, N. Murphy, M. O'Hehir: A Test Method for Optimal Micro-screen Drum Filter Selection. Aquacultural Engineering)

Dimenzioniranje filtra se provodi obzirom na bilancu tvari krutih lebdećih čestica, zahtjevima za specifikacijom čistoće vode i protokom vode kroz filtar.
 
Biofiltar


Pravilno projektiranje reaktora za denitrifikaciju treba se temeljiti na cjelovitom uvidu u dinamiku dušika, ugljika i drugih anorganskih hranjivih tvari u konkretnom sustav za recirkulaciju. Unutarnji, odnosno vanjski izvor ugljika i elektron donora za odvijanje denitrifikacije, kao i za izbor opreme denitrifikatora se treba temeljiti na racionalnim (znanstvenim) umjesto proizvoljnim informacijama. Denitrifikacija u kombinaciji s obradom organskih tvari omogućuje gotovo zatvoreni rad slatkovodnih recirkulirajućih sustava. Međutim, uslijed nedostatka studija na velikim recirkulirajućim sustavima, izbor je ograničen na par primjera denitrifikacije u recirkulirajućim sustavima i to uglavnom na ribogojilišta koja nisu adekvatna za primjenu u velikim akvarijskim sustavima.
Raspad ribljeg otpada i ostaci nepojedene hrane mogu uzrokovati značajne potrebe za kisikom koji proizvode velike količine amonijaka-dušika. Te tvari su općenito možemo svrstati u tri kategorije: koje se mogu istaložiti, suspendirane i otopljene tvari.
Temelj za proračun je dakle količina hrane koja se daje po kg ribe koja je jako neprecizan podatak. Također je bitan udio proteina u hrani zbog amino skupine u amino kiseline koje se izlučuje kao urea/amonijak. Kako je količina onečišćenja izravno proporcionalna s količinom hrane koja se daje ribama (Slika 8.) stoga je potrebno optimirani količinu hrane koja se daje ribama.


a) 

b)
Slika 8. a) Dnevni unosi hrane, i b) koncentracija lebdećih čestica u sustavu recirkulacije (Aquacultural Engineering 41 (2009) 71–77)

Prema radu (Aquacultural Engineering 52 (2013) 45– 57) u kojem su davali ribama određene količine hrane kontroliranog sastava (hrana s i bez mesa) pri čemu su ustvrdili da nije imala utjecaja na riblju kvalitetu u odnosu na kontroliranu skupinu. Ono što je pokazalo veliku razliku je da je kontrolna skupina sa dijetnom hranom (bez mesa) imala puno bolju kvalitetu vode.
Nekoliko studija o ribogojilištima su dostupne za podatke koji obično nedostaju u istraživanju i razvoju akvarijskih sustava. Pa tako za primjer uzgoja pastrve (O. mykiss): ukupna godišnja stopa otpada (otpadne vode plus mulj) po toni proizvodnje bili su 289-839 kg krute tvari: od toga 47-87 kg dušika (N), 4,8 do 18,7 kg fosfora (P), i 101 do 565 kg ugljika (C). Omjer elemenata u organskom otpadu za C:N:P je 28:6:1 u krutom mulju (The Progressive Fish-Culturist 59 (1997) 161–172).

Koncentracija amonijačnog dušika (TAN)


Ukupna proizvodnja ukupnog amonijačnog dušika (total amonia nitrogen – TAN) varira o opterećenju ribama od 0.1 – 0.28 mg L-1 (tablica 3.), 0,62 mg L-1 (Aquacultural Engineering 16 (1997) 133-147), pa tako pri intenzivnom uzgoju za sustav sa 35 kg m-3 riba iznosi 0.543 kg TAN sat-1 (Aquacultural Engineering 41 (2009) 85–90). Kako sustav Kaquariuma neće biti jako intenzivan uzgoj riba za proračun se može uzeti srednja vrijednost od 0,5 mg L-1.
Brzine denitrifikacije za biofiltere se kreću od 1,5 do 5,9 mg L-1 h-1 do za biofiltere sa mirujućim slojem aktivnog mulja kao medijem (Aquacult. Eng. 14 (1995) 189–203), (J. World Aquacult. Soc. 34 (2003) 344–358.) odnosno za 35,8 mg L-1 h-1 do za reaktore sa fluidiziranim slojem sa pijeskom kao medijem (Aquacult. Eng. 14 (1995) 189–203), (Aquacult. Eng. 26 (2002) 191–203), te od 24,0 mg L-1 h-1 do za reaktore sa pomičnim plastičnim poroznim slojem kao medijem za (Biotechnol. Prog. 19 (2003) 1019–1021).
Informacije o uklanjanju amonijaka, nitrita i nitrata u recirkulirajućim sustavima ograničena je na studije s malim pokusnim sustavima (pilot postrojenjima). Reaktori s fiksnim katalitičkim slojem najviše se koriste u akvarističkim sustavima. Iako su studije o primjeni denitrifikacije u slatkovodnim i morskim recirkulirajućim sustavima koriste već tridesetak godina, nedostaje jedinstveni koncept za projektiranje pogona za denitrifikaciju - biofiltera u recirkulirajućim sustavima. Iz brzine denitrifikacije u određenom denitrifikacijskom reaktoru, te pretpostavljene, literaturno preuzete ili izmjerene generacije amonijaka iz ribljeg otpada i hrane može se dimenzionirati biofilter.
Iz vrijednosti prosječne brzine uklanjanja TAN (tablica 5.), zatim iz parametara geometrije sustava i tipu izabranih punila te aktivne površine, i pretpostavkom o hranjenju riba i opterećenjem amonijakom može se dimenzionirati biofilter.
 
Tablica 5. Pregled brzine uklanjanja TAN za često korištene biofiltere u akvakulturi


 

Prosječne brzine uklanjanja TAN-a se kreće između 0,24 i 0,55 g TAN m-2 dan-1 za komercijalni prokapni filter (Aquac. Eng. 17 (1998) 175–192). Za tri različite vrste filtra primijenjena u komercijalnim farmama uz različiti raspon hidrauličkih uvjeta i površinskih opterećenja, najviša primijećena djelotvornost uklanjanja TAN-a u prokapnom biofilteri je bila 1.1 g TAN m-2 dan-1, uz prosječnu stopu uklanjanja TAN od oko 0,16 g TAN m-2 dan-1 (Aquaculture 270 (2007) 1–14).

Prokapni reaktor (Trickle-bed reactor)


najčešće upotrebljavani akvarijski filtri su prokapnih reaktora.
Prednosti:
1. idealno strujanje
2. jednostavna analiza
3. niska cijena, mali troškovi održavanja
4. nema gubitaka ili habanja
5. široko područje radnih uvjeta i vremena zadržavanja
6. obično velik omjer katalizatora i reaktanata; dugo vrijeme zadržavanja
7. relativno mali troškovi koji se odnose na katalizator i pomoćne uređaje
8. jedni praktičan i ekonomičan tip reaktora pri visokim tlakovima
Nedostaci:
1. nejednolike brzine.
2. nehomogeno strujanje, pojava kanaliziranja
3. regeneracija ili zamjena katalizatora je otežana – potreban je prekid rada
4. začepljenje, velik pad tlaka kroz sloj
5. problemi vezani uz otpor prijenosu tvari unutarfaznom difuzijom u velikim zrnima katalizatora


Savladavanje nedostataka pomoću upotrebe monolitnih nosači su rješenje za nedostatke 2, 4 i 5.
U prokapnom reaktoru (eng. Trickle-bed reactor) (plin-kapljevina-krutina) kapljevina prolazi kroz (bio)katalitički sloj od vrha prema dolje pod djelovanjem sile teže, a plinska faza struji protusmjerno. Plinska faza, koja je prisutna u suvišku je kontinuirana faza, a kapljevita faza kvasi katalizator. (Bio)Katalizator može biti ili na/u nasutim punilima ili strukturiranim. Primjeri katalitičkih nosača (filtar medija) koji se često koriste u akvakulturi se mogu vidjeti na slici 9. Mogu biti izrađeni od keramike (Slika 9a) ili od plastike (polipropilena ili PVC-a) (Slika 9b), što ih čini apsolutno sigurnim za život u vodi, imaju dug vijek trajanja i olakšavaju održavanje. Pa tako na primjer PVC prsteni imaju aktivnu površinu od 340 - 1180 m2 m-3 (Slika 9b), dok strukturirana punila (Slika 9c) od 240 - 350 m2 m-3. Veliki blokovi strukturiranih punila mogu se izrezati na zadanu veličinu.

a)   


b) 

 
c)    
Slika 9. Preporuka separacijske tehnike obzirom na sustav i vrijednost parametra otpora filtarskog kolača

U najjednostavnijem slučaju strujanje kapljevite faze se može smatrati idealnim strujanjem. Neidealno strujanje ne predstavlja veći problem ukoliko je sloj katalizatora dovoljno visok (najmanje 1 m). Prosječne vrijednosti za vodu su 10-30 m3 m-2 h-1, a za zrak 300-1000 m3 m-2 h-1. Separacija krutina-kapljevina nije potrebna.
Primjer gravitacijskog prokapnog reaktora se može vidjeti na slici 10s različitim konceptima od proizvođača AQUAFORTE (slika 10a.), AquaOptima (slika 10a) i TMC (slika 10c).


a) 

 
b) 

 

c)
Slika 10. Gravitacijski prokapni reaktora proizvođača za:
a) vrtna jezera AQUAFORTE, b) ribogojilišta AquaOptima, i c) akvarije TMC.



Dimenzioniranje biofiltra


Pravila dimenzioniranja biofiltra obzirom na bilancu dušika i kemijsku kinetiku se mogu podijeliti na sljedeće korake (www.biofilter.com):
1. Procijeni se maksimalnu količinu hrane, koja određuje maksimalno opterećenje biofiltra.
2. Iz specifikacije za maksimalnu dopuštenu količinu amonijaka (TAN), te na temelju koncentracije amonijaka u akvariju napravi se bilanca tvari. Odredi se brzina uklanjanja amonijaka prema tipu biofiltra. A zatim se napravi proračun hidrauličkog opterećenja koji je potreban za željenu konverziju amonijaka.
3. Procjeni se protok vode kroz biofiltar. Dobra polazna točka za dimenzioniranje je broj izmjena vode u akvariju (koja može biti 1 izmjena na sat).
4. Na temelju količine hrane koja će se koristiti i brzine uklanjanja amonijaka, izračuna se ukupnu površine potrebnih kontaktnih tijela za biofiltar.
5. Na temelji izbora kontaktnih tijela (slika 9.) i specifične površine materijala u biofiltru odredi se volumen medija biofiltra.
6. Potrebno je odlučiti se za oblik, odnosno dimenzijama biofiltra.
7. Odredi se hidraulički stupanj opterećenja, i ako je prenizak, potrebno je povećati protok vode ili napraviti prokapni filtar viši i uži. Osim toga preporučen je minimalan stupanj opterećenja temeljen na specifičnoj površini medija. Načelno, za veću površinu u određenom volumenu potrebno je više vode da u potpunosti smoči sve površine.

Primjer dimenzioniranja biofiltra


U ovom poglavlju su opisani glavni projektni parametri za pojedine module sustava za pročišćavanje i recirkulaciju. Sustav je projektiran na temelju podloga - ukupni volumen sustava i gustoćom naseljenosti, te sa općim parametrima koji se moraju zadovoljiti navedenim preporukama: razina kisika: 8 (> 5) mg/L i ugljičnog dioksida: (< 20) mg/L.


Akvarij  
Duljina / cm 100
Širina / cm 60
visina/ cm 50
Površina izložene vode zraku/ m2 0,6
Površina prednjeg stakla/ m2 0,5
Površina bočnog stakla/ m2 0,3
Površina dna/ m2 0,6
Razina vode/ cm 42,5
Debljina stakla/ mm 15
Volumen akvarija/ m3 0,30
Minimalni volumen vode/ m3 0,26
Količina ribe u akvariju/ kg 2
Max. gustoća riba/ kg m-3 7,84
Temperatura vode(zimi) / °C 24
Temperatura vode(ljeti)/ °C 28
Brzina strujanja/ cm s-1 15
Količina kisika/ mg L-1 8
Protok kroz akvarij/ m3 h-1 0,4239
Broj izmjena vode (projektni) / h-1 2,0
Protok kroz filtar (projektni)/ m3 h-1 0,5
Protok pumpa/ m3 h-1 2
Broj izmjena vode / h-1 6,7
Snaga pumpi / W 14
Snaga lampi / W 128
FILTAR  
Hranjenje (Feed rate)/  kg dan-1 0,020
Proizvodnja amonijaka TAN/  kg dan-1 0,0005
Dostupni amonijak za biofilter TAN/  kg dan-1 0,0005
Proizvodnja lebdećih čestica TSS/ kg dan-1 0,005
Bilanca kisika  
Potrebe za kisikom/ kg dan-1 0,006
Topljivost kisika (temp. ljeti)/ mg L-1 8,475
Otapanje kisika vodi/ mg L-1 7,628
Utrošen kisik u biofiltru/ kg dan-1 0,002
Utrošen kisik u akvariju/ kg dan-1 0,000
Ukupna potreba za kisikom/ kg dan-1 0,008
Procjena potrebnog protoka zraka/ m3 h-1 13,687
Mehanički filtar (prva komora) - opcija i dodatka filtarske vate za poliranje vode  
Dimenzije filtarske spužve (fina)/ m2 0,25
Visina spužve / cm 7
Dimenzije filtarske spužve (gruba)/ m2 0,25
Visina spužve / cm 7
Biofiltar - Prokapni filter (druga komora)  
Potrebna površina/ m2 1,040
Volumen medija/ m3 0,003
Duljina biofiltra/ cm 50,000
Visina biofiltra/ cm 26,667
Protok zraka/ m3 h-1 12,000

 

 

Share