Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

1

Ingineria si managementul tehnologic al sistemelor recirculante din acvacultur (R.A.S.)

INGINERIA I MANAGEMENTUL TEHNOLOGIC AL SISTEMELOR RECIRCULANTE DIN

ACVACULTUR

Domeniul Ingineria Produselor AlimentarePractic tehnologica, Anul II, An univ. 2012-2013

Pescuit si industrializarea pestelui, specializare n anii III-IV, profil IPA

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Consideraii generale privind acvacultura sistemelor recirculante

AVANTAJE cerina redus pentru resursa

de apa;

controlul complet al condiiilormediale;

controlul riguros al calitiiprodusului realizat;

disponibilitatea privind livrarearitmic, pe tot parcursulanului, n stare proaspt, aprodusului realizat.

DEZAVANTAJE

costul ridicat al facilitilortehnologice i echipamentelorpentru controlul calitii apei,pe msura complexitiiacestora.

management operaionalcontinuu i complex i, deci,costisitor.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Consideraii generale privind acvacultura sistemelor recirculante

*RAS Recirculating Aquaculture Systems (engl.)

Performana RAS*

Configurarea optim a sistemului

Controlul calitii apei

Optimizarea tehnologiei aplicate

Compartimentul de condiionare a calitii apei

Bazinele de cultur

Particule solide

Compuii azotului

Oxigen dizolvat

Dioxid de carbon

pH

Germeni patogeni

Specia

Populare

Hrnire

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

2

Filtrarea biologicFiltre submersateFiltre cu tamburiFiltre tricklingFiltre cu discuriFiltre cu paturi fluidizateFiltre cu bile plastic

DezinfeciaRadiaii ultravioleteContactori cu ozon

ndeprtarea solidelor rezidualeBazine de sedimentareHidrocicloaneSite staionareSite rotativeSite vibratoareFiltre cu material granular

ndeprtarea solidelor fine i dizolvate

Filtre cu ageni poroiFiltre cu carbon activFiltre cu schimbtori de ioniSeparatoare cu spum

OxigenareaContactori tip UContactori descendeni cu buleContactori cu injectare lateralColoane cu pulverizareColoane capsulate cu umpluturContactori capsulai cu eliceContactori multipli cu presiune redus

ndeprtarea dioxidului de carbon

DifuzoareColoane cu umplutur

AerareaAeratoare gravitaionaleAeratoare de adncimeAeratoare de suprafa

Bazinul de cultur(circular, octogonal,

rectangular)

Procese unitare i echipamente pentru tratarea apei n RAS(dup Losordo T.M. et all., 1998)

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Cerine de management la proiectarea componentelor sistemului

Primare

Unitile de cretere (bazine, tancuri, raceway)

Filtre mecanice

Filtre biologice (biofiltre)

Aeratoare

Secundare

Pompe

Schimbtoare de cldur

Lampi UV

Componentele RAS

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

1.Unitile de cretere

Cerine non-toxic durabile

Materiale fibr de sticl beton plastic sticl altele

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

3

Circuitul azotului nitrificare denitrificare

1 - Bacterii heterotrofe; 2 Nitrosomonas; 3 Nitrobacter; 4 - Plante

2. Sisteme de filtrare biologic

Principiul de funcionare

14

SUBSTAN ORGANIC

NO2-

NH3 NH4+NO3- NO2-N2

N2OProces anaerob

Proces aerob

23

1

23

4

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Timp

Amoniac

Aclimatizarea biofiltrului

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Tipuri de filtre

Filtre submerse (submerged)

Filtre trickling

Filtre cu tamburi (biodrums)

Filtre cu discuri (rotating biological contactor)

Filtre cu paturi fluidizate (fluidized beds)

Filtre cu bile din plastic (bead filters)

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

4

SursaReziduurile metabolice

Hrana neconsumata

3. Sisteme de filtrare mecanic controlul particulelor solide

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Sedimentabile

Suspendate

Fine si dizolvate

- Sedimentare- Tubi inclinati- Hidrocicloane

- Filtrele cu siteSitele cu discuri sau

staionareSitele rotative.

- Filtrele cu ageni granulari expandabili- Filtre cu agenti porosi

- Procese fizico-chimicefiltrare cu carbon activfiltre cu schimbatori de ioni- Fractionarea cu spuma

Tipuri de solide

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

4. Sisteme de aerare-oxigenare

Agitatoare aereaza degazeaza

Compresoare Presiune mica

Aerare

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

5

Oxigenarea

Fara presiune Tubul n form de " U Contactorul cu curent

descendent de bule

Sub presiune Turn de presurizare Coloana de

presurizare

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

5.Controlul CO2 si pH

Sursa CO2: - respiratie (pesti)- nitrificare

Control : degazare (coloana de degazare)

Control pH: tamponare cu solutii alcaline

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

6. Managementul tehnologic

Densitatea de populare

Una din principalele dificultati la care trebuie sa raspunda proiectarea sistemelor recirculante este reprezentata de stabilirea densitatii cu care se poate popula un bazin de crestere.

Atat numarul cat si biomasa pestilor cu care se face popularea sistemului determina nivelul intensitatii hranirii, un important criteriu in proiectarea inginereasca a componentelor sistemului.

Numarul de pesti ce poate fi stocat pe unitatea de volum (D - densitatea) va depinde atat de specia de cultura cat si de talia atinsa de aceasta pe parcursul ciclului de productie. M. Timmons (2002) a realizat un model matematic, bazat lungimea corpului (L), pentru a estima numarul total de pesti care pot fi stocati pe unitatea de volum:

16D = L/C (densitatea)Unde:

D densitatea in Kg/m3C factor de corectie dependent de specia de cultura (0.24 pentru tilapia; 0.32

pentru pastrav, 0.40 pentru salau)

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

6

0

2

4

6

8

10

12

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Fish Length, inch

Fish

per

Gal

lon

Tilapia

Trout

*Aceste valori au fost estimate pe baza experientelor cumulate alecercetatorilor americani care au constatat o tendinta a acvacultorilor de asuprapopula sistemele recirculante cu pesti de talie mica (puiet).

Numarul de pesti pe unitatea de volum exprimat ca functie de lungimea corpului

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Hranirea

Nivelul intensitii introduceriihranei ntr-un sistem recirculantrezult din optimizareacerinelor privind realizarea uneiproducii ct mai mari debiomas, cu posibilitateameninerii, n condiiieconomice, a parametrilor decalitate ai apei n domeniuloptim. Dac nivelul intensitiihrnirii este excesiv, calitateaapei se deterioreaz iar atuncicnd rata furajrii este preasczut, capacitatea deproducie a sistemului devineineficient.

Hrana

Rata hranirii %B/zi

Hrana neconsumata

Rata de consum %B/zi

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Dimensiunea granulelor

n sistemele recirculante:

-protocolul de administrare a hranei trebuie s asigure o aprovizionare ritmic, cu granule de diverse dimensiuni corespunztoare taliei petelui.

-granulele flotante permit un management mai eficient n ceea ce privete monitoringul i controlul gradului de valorificare a hranei de ctre peti.

- se recomanda folosirea distribuitoarelor automate de granule.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

7

Frecventa hraniriin sistemele recirculante:

- frecvena, respectiv rata administrrii hranei influeneaz drastic funcionalitateantregului sistem de control al calitii. De asemenea, este cunoscut faptul c petiirealizeaz o cretere mai eficient atunci cnd hrana este administrat continuu saucu o frecven ridicat. Distribuirea hranei la intervale mari de timp nu esterecomandat deoarece ritmurile de cretere realizate sunt mai mici. excreia zilnic deazot depinde in mod direct att de nivelul de hrnire ct i de frecventa hrnirii.- excretia de azot este constant pentru fiecare zi dar excreia de amoniac cretepostprandial atingnd valoarea maxima la 6-10 ore dup hrnire.

Mom.hranirii

Pesti hraniti Pesti infometati

Conc. amoniac

0 8 88

8

2416 24 16

Graficul excretiei postprandiale de uree si amoniac dupa o singura

masa administrata si in perioada de

infometare.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Intensitatea hranirii

Managementul tehnologic impune ca pe durata creterii s seevalueze periodic ritmul de cretere al biomasei de cultur nvederea optimizrii intensitii hrnirii.

Calculele de optimizare se bazeaz pe coeficienii de conversieasumai i pe masa real a probelor de pete, n momentulprelevrii. Astfel, cantitatea de biomas introdus n sistem, lapopularea acestuia, este cunoscut. Meninnd constant, oanumit perioad de timp, nivelul intensitii hrnirii i cunoscndcoeficientul de conversie al hranei se poate evalua la sfritulperioadei respective (de regul o sptmn) cantitatea debiomas din sistem i, n funcie de aceasta, se ajusteazintensitatea hrnirii pentru urmtorul interval de timp.

Prin cntrirea periodic a unor probe de pete din fiecare bazinal sistemului se va determina ritmul real de cretere n funcie decare se va ajusta intensitatea hrnirii.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

7. Mirosurile strine (Off-flavors)

Cauz Microorganisme unicelulare de tipul Actinomyces dezvoltate

pe suprafaa sistemului de cultur

Factori favorizani ncrcarea organic ridicat a apei de cultur

Combatere Splarea periodic a reelei de conducte i a bazinelor de

cretere Meninerea materialului biologic nainte de comercializare n

ap filtrat i aerat, timp de cteva zile (n funcie de severitatea fenomenului)

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

8

8. Controlul mbolnvirilor i stresului

Configurarea sistemului trebuie s permit izolarea biofiltrului sau a modulelor de cretere;

Excluderea oricrei posibiliti de ptrundere a agenilor patogeni;

Obligativitatea aplicrii unor msurilor profilactice pentru a preveni stresarea petilor n timpul manipulrilor ( ex. salinitate 3-5 % previne pe termen scurt stresul la transport, iar pe termen lung mbolnvirile);

Efectuarea de tratamente eficiente i energice la apariia bolilor, cu testarea prealabil a efectului substanelor medicamentoase asupra populaiilor de bacterii nitrificatoare;

Respectarea msurilor de igien n toate fazele procesului tehnologic, n baza unui protocol prestabilit.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

9. Sisteme de siguran

Sistem automat de monitoring i control pentru calitatea apei;

Instalaia electric dimensionat corespunztor care permite operarea simultan a tuturor echipamentelor;

Generator electric independent.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

10. Cerine suplimentare de proiectare i management

Consumatorii principali Pompele Aeratoarele (contactorii) Schimbtoarele de cldur

Cerine tehnologice Maximizarea gradului de recirculare a apei Asigurarea unei izolri termice eficiente a

ambientului tehnologic Utilizarea unor surse alternative

neconvenionale de nclzire a apei

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

9

Condiii

Gradul de recirculare a apei se menine la valori de peste 90 %

Existena unui monitoring i control adecvat pentru meninerea concentraiilor de amoniac, oxigen dizolvat i a deeurilor solide la niveluri optime privind sigurana n exploatare, costurile i eficiena operrii;

ncrcarea sistemului (intensitatea hrnirii) se menine la valori care s susin nivelurile proiectate ale capacitii de producie n condiiile funcionrii componentelor sistemului n regim stabil;

Sistemul asigur, prin configuraie i management tehnologic, capabilitatea necesar producerii n flux continuu a petelui de talie comercializabil.

Eficiena managementului operaional

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Meninerea capacitii de ncrcare

Variante de management tehnologic

Obtinerea productiei intr-o singura serie

Sistemul se populeaza cu o singura clasa de varsta (juvenili), crescuta pana la atingerea taliei comercializabile cand se recolteaza. Procesul se repeta prin introducerea unei noi clase de varsta. Dezavantaj - capacitatea portanta a sistemului nu este atinsa decat inainte de recoltare.

Obtinerea productiei intr-o singura serie cu reducerea periodica a densitatii

Se bazeaz pe manipularea densitilor materialului piscicol, astfel nct s se menin aceeai ncrcare iniial n fiecare bazin; aceast variant presupune popularea iniial a bazinelor cu o cantitate mai mare de puiet, urmnd ca dup o anumit perioad de timp, cnd mrimea biomasei atinge capacitatea maxim a sistemului, o parte din populaia bazinului sa fie transferat ntr-o alt unitate de cretere.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Obtinerea productiei in serii multiple cu separarea claselor de varsta

Fiecare unitate de crestere este compartimentata pentru a mentine diferitele clase de varsta. Volumul compartimentelor poate fi adjustat (marit) pe masura ce pestii cresc. Dupa recoltarea clasei de talie comercializabila se populeaza cu o noua clasa de varsta (puiet).

Obtinerea productiei in serii multiple cu combinarea claselor de varsta.

Diferite clase de varsta sunt mentinute simultan in cadrul aceluiasi sistem. Exemplarele care ating talia de comercializare sunt sortate si livrate. Dezavantaj - riscul interactiunii dintre diferitele clase de varsta la speciile teritoriale.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Lucrare practica anul II IPA, an universitar 2012- 2013

10

Condiii

Existena unei piee adecvate pentru produsul piscicol

ncrcarea continu a sistemului i popularea periodic a acestuia cu material biologic cu diferite clase de mrime

Stocarea petelui de talie comercializabil n bazine speciale-depozit pentru timp scurt nainte de livrare

Meninerea produciei n flux continuu

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Concluzii

Principalele probleme tehnice avute n vedere laexploatarea RAS:

corelarea capacitii portante i a debitelor de ap necesare pentruasigurarea unor condiii mediale optime (DO i compui ai azotului);

optimizarea managementului privind controlul particulelor solide,n corelaie cu intensivitatea produciei, respectiv cu cantitatea dehran administrat;

realizarea unor sisteme adecvate de nitrificare biologic pentrumeninerea concentraiei compuilor azotului n domeniul optimimpus de cerina tehnologic;

folosirea sistemelor de oxigenare (aerare) a apei n funcie departicularitile ecofiziologice i tehnologice ale speciei de cultur;

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Concluzii

existenta sistemelor de monitoring i control al dioxidului decarbon i al alcalinitii apei n sistemul de cultur;

controlul microsuspensiilor i substanei organice dizolvate;optimizarea managementului tehnologic, n sensul integrrii

diferitelor secvene ale tehnologiei de cretere cu cele decondiionare a calitii apei.

n msura rezolvrii i optimizrii problemelor enunate anterior, sistemele recirculante permitrealizarea unui nalt grad de intensivitate a produciei de biomas printr-un control avansat alparametrilor hidrochimici ai sistemului de cretere, n concordan cu cantitatea i structurabiochimic a furajelor administrate i cu exigenele impuse de asigurarea unor optime condiiide igien piscicol.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

________________________________

________________________________

________________________________