Projeto e cálculo MBBR para RAS

Requisitos de projeto para biofiltros em RAS

Um biofiltro ideal para RAS de alta-densidade deve satisfazer vários critérios críticos para garantir uma operação eficiente e estável. O sistema deve utilizar totalmente a área de superfície da mídia para alcançarremoção completa de amôniaenquantominimizando o acúmulo de nitrito. As taxas ideais de transferência de oxigênio devem ser mantidas dentro de um espaço compacto, usando mídia-econômica que crie perda mínima de carga. O projeto deve exigir pouca manutenção e evitar retenção sólida para evitar problemas de entupimento.

Um dos aspectos mais desafiadores do projeto do biofiltro envolvecalculando com precisão a demanda de oxigêniopara atender tanto aos requisitos das espécies cultivadas quanto às necessidades operacionais do biofiltro. Embora os cálculos estequiométricos sugiramum mínimo teórico de 0,37 kg de oxigênio dissolvido por kg de alimento(com 0,25 g para apoiar o metabolismo dos peixes e 0,12 g para nitrificação),considerações práticas de projeto recomendam o fornecimento de 1,0 kg de O₂ por kg de raçãopara garantir a confiabilidade do sistema. Dados de campo de operações em escala-comercial indicam oa utilização mais eficiente de oxigênio normalmente ocorre a aproximadamente 0,5 kg de O₂ por kg de ração, representando um equilíbrio ideal entre desempenho biológico e eficiência energética.

Esseestratégia de fornecimento de oxigêniodeve levar em conta vários fatores, incluindo:

A capacidade de oxidação de amônia do biofiltro

Flutuações de densidade de estocagem

Solubilidade de oxigênio-dependente da temperatura

Requisitos de redundância do sistema

Tecnologia MBBR e suas vantagens

O sistema Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) oferece vantagens significativas sobre as tecnologias tradicionais de biofiltração, como filtros de gotejamento e contatores biológicos rotativos, especialmente em termos de requisitos operacionais e de manutenção.Atualmente, a tecnologia MBBR tem sido amplamente implementada em estações de tratamento de águas residuais europeias e em sistemas de aquicultura comercial de várias escalas.

MBBR representa um-processo de tratamento biológico de crescimento anexado que opera continuamente como umbaixa-perda de carga, reator de biofilme sem{0}}entupimento. Este sistema apresentaalta área de superfície específicapara o crescimento do biofilme sem necessidade de retrolavagem. Nos sistemas MBBR, as culturas bacterianas se desenvolvem em meios transportadores especializados que se movem livremente dentro do volume do reator. A configuração do reator pode manter condições aeróbicas para nitrificação através de aeração difusa ou condições anóxicas para desnitrificação usando misturadores mecânicos submersos.

A mídia transportadora normalmenteocupa 50-70% do volume do reator, pois taxas de enchimento mais altas podem impedir a mistura adequada. Telas de retenção - incluindo racks de barras verticais, telas de malha retangular ou arranjos de peneiras cilíndricas - evitam a perda de mídia e permitem o fluxo de água. A mídia transportadora mais comumente usada (tipo MBBR04/K1) consiste em polietileno de alta-densidade (densidade 0,95 g/cm³) formado em pequenos cilindros com estruturas cruzadas internas e saliências externas-como aletas. Embora existam vários designs de meios, todos compartilham a característica essencial de fornecer áreas de superfície protegidas para o desenvolvimento de biofilme. O movimento contínuo da mídia dentro do reator cria um efeito de auto{11}limpeza que evita o entupimento e promove a eliminação controlada do biofilme. Como um processo-de crescimento anexo,A capacidade de tratamento MBBR está diretamente correlacionada com a área total de superfície do meio disponível.

Principais características operacionais:

Projeto e cálculos de estudo de caso

Visão geral do sistema

Este exemplo de projeto ilustra o dimensionamento do biofiltro MBBR para um RAS de produção anual de 500 toneladas. Os principais parâmetros de produção para cada estágio de cultura são fornecidos nas Tabelas 1-1 e 1-2.

Metodologia de Projeto

O projeto MBBR segue uma abordagem simplificada quando a eficiência de remoção de TAN (Nitrogênio Amoniacal Total) é conhecida, com base em:

• Volume fixo do reator
• Características do tipo de mídia
• Carregamento hidráulico
• Taxa de remoção de TAN
• Temperatura operacional

A área de superfície total necessária do biofilme (A_mídia, m²) é calculado a partir de:

1. Taxa de carregamento MBBR TAN (P_bronzeadokg/dia)
2. Taxa estimada de nitrificação (r_bronzeado,g/(m²·dia))

O volume do biorreator (V_mídia, m³) é então determinado por:

V_mídia = A_mídia/SSA

onde SSA=área de superfície específica da mídia (m²/m³)

A geometria do reator é otimizada com base nas proporções de altura-por{1}}diâmetro (H/D).

Procedimento de projeto

Etapa 1: Calcular a demanda de oxigênio (R_FAZER)

Onde:

• a_FAZER= 0.25 kg O₂/kg de ração
• r_alimentar= 0.0173 kg de ração/kg de peixe/dia
• ρ=densidade populacional (137 kg/m³)
• V_tanque= volume do tanque (72,8 m³)

Etapa 2: Determinar a vazão de água (Q_tanque)

Supondo:

FAZER_entrada= 14.2 mg/L (50% de saturação de O₂)

FAZER_tanque= 5 mg/L (28 graus)

Onde

• Q_tanque= 3,250 L/min

Verifique se a taxa de troca horária do tanque atende aos requisitos eficazes de remoção de sólidos:

Se necessário, pode ser reduzido (por exemplo, para 2 trocas/hora), dependendo da hidráulica do tanque e da eficiência de remoção de sólidos.

Etapa 3: Calcular a produção de TAN (P_bronzeado)

Onde

• R_alimentar= 170 kg de ração/dia
• a_bronzeado= 0.032 kg TAN/kg de ração
• P_bronzeado= 5.44 kg TAN/dia

Etapa 4: determinar o volume da mídia

Usando taxa de remoção volumétrica de TAN (VTR):

• Água morna (25-30 graus): 605 g/m³/dia
• Água fria (12-15 graus): 468 g/m³/dia (a 1-2 mg/L TAN)

Etapa 5: Biorreator de tamanho

Parâmetros principais:

• Relação H/D: 1,0-1,2 (otimizado para mistura/aeração)
• Diâmetro máximo: Menor ou igual a 2 m
• Proporção de preenchimento de mídia: 60-70%

Para este caso:

• Volume necessário: 5,0 m³ com 60% de preenchimento
• Dimensões:

- Altura: 1,83 m

- Diâmetro: 1,83 m

- Altura total: 2,1 m (incluindo borda livre)

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