Filtración

La filtración es el alma de la instalación de cualquier acuario.

En los pasados 10 a 15 años se hicieron muchas investigaciones sobre el desarrollo y la aplicación de diversos tipos de filtros biológicos. Estos trabajos no fueron hechos para el acuarismo como hobby, sino mas bien para el tratamiento del agua, la cuicultura y – en menor medida – para los acuarios públicos. a menudo, este estudio estuvo focalizado hacia encontrar reemplazos para los tradicionales filtros de placa, de arena o de bolitas que se usan en los sistemas recirculantes.

Filtración

Unos pocos de los resultados de la investigación dirigida al tratamiento de aguas servidas o a la acuicultura pudieron ser adaptados al hobby de los peces tropicales, así como para algunos acuarios públicos. Infortunadamente, muchos hobbystas aun confían en los filtros de placas tradicionales, con sus problemas inherentes, para el control biológico de los contaminantes nitrogenados.

Los filtros biológicos giratorios, lechos fluidos, filtros de goteo, filtros de bolita, se han adaptado exitosamente a la acuicultura y al cuidado de peces tropicales, y son usados en criaderos, en algunos sistemas de filtración central, en instalaciones para venta mayorista de peces y en acuarios domésticos. En tales acuarios, las densidades de peces y la carga de amoniaco suelen ser mayores, en unidad de volumen, que en los acuarios públicos.

Numerosos estudios han demostrado la superioridad de estos tipos de biofiltros comparados con los de placa o de arena. Este articulo describirá brevemente estos diversos filtros y las razones por las cuales aquellos son mas eficientes. Sugeriré las maneras en que pueden adaptarse para acuarios públicos. Los acuaristas encontraran esto muy interesante.

La nitrificación se define como la oxidación del nitrógeno desde una forma mas reducida (amoniaco) hacia una forma mas oxidada (nitrato), por procesos microbianos (Killman, 1986). Dentro de los productos intermedios formados y consumidos durante este proceso están la hidroxilamina y los nitritos.

El amoniaco, el principal producto excrementicio de los peces, es tóxico para estos a concentraciones tan bajas como 0.5 mg/l (miligramos por litro) NH3-N.

Entonces, en los sistemas acuáticos de exhibición, se usa la nitrificación para eliminar el amoniaco del agua. Esto se cumple haciendo pasar el agua a través de, o sobre, materiales filtrantes, en los cuales crecerán eventualmente las bacterias necesarias para la nitrificación.

La eliminación de amoniaco y nitritos del agua del acuario se llama filtración biológica, y los materiales sobre los cuales las bacterias crecen se llaman filtros biológicos o biofiltros. Los organismos  que realizan la conversión biológica de los productos contaminantes nitrogenados se llaman bacterias nitrificantes.

La mecánica y la química son otros tipos de filtración acuática, necesaria para un ambiente acuático exitoso.

La filtración mecánica es la retención y consecuente remoción de materiales en partículas, principalmente de origen orgánico. Este proceso es importante para mantener la claridad del agua y reducir la materia orgánica biodegradable (MOB) en el sistema.

Filtración

La filtración química se refiere a un amplio  conjunto que incluye el uso de gránulos de carbón activado, separación de proteínas u ozonificación para remover carbonos orgánicos disueltos en el agua.

Cuando se selecciona y/o se diseña un filtro biológico, deben considerarse dos características de las bacterias nitrificantes. Primero, estas bacterias son aeróbicas. Aunque pueden vivir en ambientes bajos en oxigeno, su eficiencia se agranda a medida que el oxigeno disuelto se incrementa hacia la saturación del aire (21 % de oxigeno).

El agua saturada contiene de 8 a 9 partes por millón (ppm) de oxigeno a las temperaturas corrientes usadas para mantener a los organismos acuáticos, con 15 ppm de oxigeno que casi toda el agua puede mantener a muy bajas temperaturas sin estar sobresaturada. Por otro lado, el aire contiene 210.00 ppm de oxigeno. Aunque las bacterias nitrificantes pueden adquirir el oxigeno que requieren de alguna otra fuente, las que están sobre un biofiltro sumergido deben adquirir su oxigeno del que esta disuelto en el agua, mientras que las bacterias nitrificantes sobre un material filtrante expuesto a la atmósfera pueden obtener su oxigeno directamente del aire.

En segundo lugar, las bacterias nitrificantes crecen lentamente, con tiempos de reproducción de 24 horas o mas, en comparación con las bacterias heterotroficas, que tienen tiempos de reproducción de unos 20 minutos. Estas características significan que un biofiltro eficiente maximizaría la cantidad de oxigeno disponible para las bacterias.

La acumulación de MOB en el filtro asfixia a las bacterias nitrificantes y provee un entorno que alienta el desarrollo de bacterias heterotroficaas (Manem y Rittman, 1992). Luego, las bacterias heterotroficas oxidan el material orgánico y así producen amoniaco y consumen oxigeno. Entonces,  debe eliminarse la MOB del sistema lo antes posible. La acumulación de MOB también incrementara la demanda bioquímica de oxigeno, la cual ha probado ser un factor limitante de la nitrificación (Wu et al., 1980; Rittman y Dovantzis, 1983).

TIPOS DE FILTROS BIOLÓGICOS

Hay varios filtros biológicos alternativos que pueden usarse en lugar de filtros de arena ( lo que incluye a los de placa ). Estos pueden clasificarse en dos grupos, según si el material filtrante esta o no sumergido. El grupo de los filtros sumergidos incluye los lechos reactivos y los filtros de bolitas. en el segundo grupo ( los no sumergidos ) están los filtros de goteo y los contactos biológicos giratorios. Aunque estos filtros tienen diversas características que contribuyen a su utilidad como filtros biológicos, todos ellos difieren de los filtros de arena en que no retienen material orgánico o no requieren tanto mantenimiento.

FILTROS DE ARENA

El material filtrante tradicional usado en filtración biológica ha sido la arena. La arena se deposita sobre una parrilla porosa que se cubre con una criba, o que tiene aberturas lo suficientemente pequeñas para que la arena no pase. El agua es empujada a través de la arena por una bomba de agua o un elevador de aire y devuelta al tanque.

En el aquarismo como hobby este tipo de filtro se llama filtro de placa. La “arena” utilizada es gravilla. En los acuarios públicos la arena se mantiene dentro de grandes cajas de concreto, con el agua pasando a través de una o mas de estas cajas antes de volver a los tanques de exhibición. Muchos acuarios públicos usan también filtros rápidos de arena. Con el uso de bombas de agua de alta resistencia, el agua es bombeada a través de la arena a altas tasas de flujo. La obstrucción del material filtrante es inherente al diseño y operación de los filtros de arena y de placa. Se acumulan grandes cantidades de de MOB en el material, promoviendo el crecimiento de bacterias heterotroficas. Esto es el detrimento de las bacterias nitrificantes, que crecen mas lentamente y no pueden competir contra las heteretroficas. Mas aun, se ha demostrado que las fluctuaciones en la cantidad de MOB que entra en un filtro biológico impacta negativamente sobre la nitrificación ( Manem y Rittman, 1992 ). Este escenario se da naturalmente en los filtros de arena. Se acumula MOB hasta un punto en que el material debe ser lavado para reducirla, pero así también se pierden bacteria nitrificantes. Los filtros de arena, entonces son ambientes inherentemente inestables para la nitrificación

Otro problema adicional de los filtros rápidos de arena es su tendencia a formar canales a medida que se acumula la MOB. Esto conduce a una perda de oxigeno en la mayoría de los materiales, una consecuente perdida de la nitrificación y un incremento de los costos de mantenimiento debido al trabajo y los materiales necesarios para realizar las operaciones de limpieza y para reemplazar el agua descargada.

FILTROS DE GOTEO

En su mayor parte, un filtro de goteo consiste de un material filtrante ( típicamente hecho de plástico con algún tipo de diseño especial) con un gran espacio vació ( una medida del grado de apertura del material filtrante) a través del cual pasa el agua. El material no esta sumergido bajo el agua, y esta se filtra mecánicamente antes de poder alcanzar el filtro de goteo. Los materiales de goteo vienen en una variedad de formas y tamaños y es importante mantener y adecuar la apertura del material para facilitar el flujo de aire a través del mismo. Las ventajas de un filtro de goteo son: que el material no esta bajo el agua, de modo que el aire puede circular libremente a través suyo. Además, el material no se obstruye fácilmente y no se requieren ulteriores limpiezas. Por otra parte, el material es liviano y puede almacenarse en simples y baratos recintos de plástico. Otra ventaja es que el biofiltro es transportable. Para comenzar otro biofiltrado pueden mudarse algunas partes del material a un nuevo estanque sobre un nuevo recipiente, y se acorta considerablemente el periodo normal de entre 4 a 6 semanas durante el cual se estabilizan las bacterias nitrificantes. Un inconveniente de estos filtros es que el usuario tiene poco control sobre el camino del agua una vez que esta entra al filtro. Entonces, en la operación, puede ocurrir que no todo el material se moje y, por lo tanto, el crecimiento de la capa bacteriana sea desigual. Esto produce una reducción de la eficiencia de la nitrificación en términos de la cantidad de remoción de amoniaco por unidad de superficie.

FILTROS DE BOLITAS

En este tipo de filtros la unidad se parece a un filtro de arena vertical, salvo que tiene un motor arriba. El material se compone de cientos de libras de bolitas de polietileno que flotan. La investigación demuestra que un metro cúbico de bolitas sirven para 24 a 32 Kg. de peces. El filtro funciona con agua que entra desde el fondo, fluye a través de las bolitas y regresa al tanque. Las bolitas actúan como filtro mecánico y biológico de un modo similar a un filtro rápido de arena, con pocas diferencias importantes. Las bolitas giran y hacen remolinos continuamente, de modo que las condiciones aeróbicas se mantienen por encima de la superficie total y hay poca canalización del agua. Entonces, no hay puntos muertos y la superficie total de las bolitas es biológicamente activa. Con el tiempo pueden formarse aglutinaciones de bacterias que hacen que las bolitas se pegoteen entre si. Esto promueve la filtración mecánica del agua. La naturaleza dual del filtro le permite acomodarse a los requerimientos individuales del sistema. Incrementar la frecuencia en la limpieza del filtro, incrementara la tasa de nitrificación, aunque disminuirá la capacidad de filtración mecánica. En términos de tasas de nitrificación por volumen, el filtro de bolitas parece superar a los lechos de fluidos reactores, pero es inferior al de contactos biológicos giratorios.

FiltraciónLECHOS DE FLUIDOS REACTIVOS

Un lecho de fluidos reactivos incorpora una gran superficie de arena u otro material pequeño ( como bolitas de vidrio ) con altas tasas de flujo para mantener el material continuamente en suspenso en el agua del recinto del filtro, y entonces, eliminar la obstrucción del material. El agua de cultivo entra en el filtro desde el fondo y fluye a través del material manteniéndolo en suspensión. La suciedad se elimina por auto limpieza del material debido a que las partículas individuales se limpian unas a otras mientras se agitan en el filtro. Esto produce una capa viva muy delgada y, entonces, estos filtros necesitan mas superficies que otros tipos de biofiltros que generan una capa mas gruesa. El principal criterio para el diseño de un lecho de fluidos reactivos es adecuar el tamaño medio de las partículas a la tasa de flujo del agua. El tamaño del grano determina la superficie para la nitrificación, mientras que la cantidad de oxigeno disponible para la nitrificación es una función de la tasa de flujo de agua. La elección del tamaño del grano depende de la concentración de amoniaco en el agua que llega, donde los gránulos grandes se usan en condiciones de mucho amoniaco. Un lecho fluid izado bien diseñado es virtualmente auto limpiante y debiera requerir poco mantenimiento. Una desventaja de este tipo de filtros es que el material esta sumergido, de modo que las bacterias deben consumir oxigeno del agua, no del aire. Entonces, la tasa de flujo del agua debe ser alta para asegurar un nivel alto y constante de oxigeno para que la eficiencia de las bacterias no este limitada por el oxigeno. Los filtros de fluidos requieren de una adecuada prefiltración mecánica para cuidar el material de las obstrucciones u agrupamientos.

FiltraciónCONTACTOS BIOLÓGICOS GIRATORIOS

Estos son los filtros mas eficientes biológicamente hablando. Comprimen una gran área superficial en un pequeño volumen consistente de múltiples discos circulares de plásticos apoyados en un eje central. La unidad gira en el recipiente con 45 % de aire y el resto del disco sumergido en el agua constantemente. Esta acción expone alternativamente a las bacterias nitrificantes que crecen en los discos, al agua con amoniaco y luego al aire satura de oxigeno. De este modo las bacterias no tienen limitado el oxigeno. Estos filtros no poseen capacidad de filtrado mecánico, y por ende, son autolimpiantes, ya que la rotación de los discos limita el grosor de la capa bacteriana. Como se podrá observar poseen la gran ventaja de tener un mínimo mantenimiento, lamentablemente necesitan de una filtración mecánica adicional.

FiltraciónCONCLUSIONES SOBRE LA FILTRACION EN ACUARIOS

Antes de elegir el tipo de filtración adecuada para su acuario, debe considerar la relación entre la eficiencia de la nitrificación y la remoción de sólidos. Un sistema mas eficiente de nitrificación incorporaría filtros mecánicos y biológicos por separado, facilitando el mantenimiento de ambos y mejorando la nitrificación sin interrumpirla para su mantenimiento. La adición de aparatos destructores de materia orgánica, como ozonizadores, debe ser benéfica porque reducen la necesitad de usar filtros de arena como clarificantes y permite a los filtros funcionar solo para la nitrificación.

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