Appendice 4 – Calcolo del rapporto tra quantità di ammoniaca e biofiltro in un impianto acquaponico

Saltiamo l’appendice 3 del manuale che è dedicata ai pesci e vorremmo la revisione della traduzione da parte di Pietro che è sempre molto preso e passiamo direttamente alla n. 4

Questa appendice fornisce spiegazioni dettagliate sulla quantità ottimale medium filtrante necessario per convertire l’ammoniaca in nitrati rispetto ad una determinata quantità di mangimi per pesci. Oltre alle informazioni fornite nel capitolo 8 del manuale è importante introdurre due nuovi parametri nelle equazioni:
• azoto ammoniacale totale (TAN) prodotto da mangimi per pesci
• tasso di conversione dell’ammoniaca in nitrato operato dai batteri

Determinazione della quantità di ammoniaca prodotta dai mangimi
L’ammoniaca è un sottoprodotto dalla degradazione delle proteine. La quantità di ammoniaca nell’acqua dipende da diversi fattori, tra cui la quantità/qualità delle proteine o amminoacidi nel mangime, la digeribilità, le specie di pesci, la temperatura e la rimozione dei rifiuti del pesce dal sistema acquaponico. In media, il 30 per cento delle proteine fornite dalla dieta vengono trattenute nel corpo dei pesci. Pertanto, il 70 per cento dell’azoto si disperde: il 15 per cento non viene digerito ed esce come rifiuto solido (feci) e alimento non consumato, mentre il restante 55 per cento viene escreto dai pesci come ammoniaca o prodotti facilmente degradabili in ammoniaca. Oltre ai rifiuti direttamente disciolti, vale la pena notare che circa il 60 per cento dei rifiuti solidi prodotti vengono estratti dal sistema mediante la filtrazione, ciò lascia circa 6 per cento del rifiuti solidi
ammoniacali da degradare  in acqua. Complessivamente, circa il 61 per cento dell’azoto originato dal cibo  diventa ammoniaca ed è soggetto alla nitrificazione.
Prendiamo l’esempio di 20 kg di pesce che mangiano l’1 per cento del loro peso corporeo al giorno (200 g di mangime). Da questi 200 g di mangime (32 per cento di proteine), la quantità di ammoniaca prodotta è di circa 7,5 grammi. Per ottenere questo numero, in primo luogo la quantità dell’azoto è calcolata sulla base della percentuale di proteine nel mangime; la quantità dell’azoto contenuto nella proteina (16 per cento). Quindi, la quantità di azoto disciolto viene così calcolato: il 61 per cento dell’azoto è disperso (6 per cento come
mangime digerito/non consumato mantenuto nel sistema, 55 per cento escreto dal pesce). Per ogni grammo di azoto disperso, viene prodotta 1,2 g di ammoniaca, secondo metodi standard della chimica (che qui non vengono riportati). La seguente equazione mostra il processo

APPENDICE 4 TAB 1

Come determinare la quantità di materiale necessaria per realizzare il biofiltro necessario per nitrificare i batteri
Il tasso di rimozione di ammoniaca da batteri nitrificanti è 0,2-2 g per metro quadrato al giorno. Il tasso di rimozione dipende dal disegno biofiltro, dal carico acqua (quantità di acqua che scorre attraverso i batteri), dalle temperature (maggiore attività biologica a temperature > 20 ° C), dalla salinità, dal pH, dall’ossigeno e dai solidi sospesi nei rifiuti del pesce. Per semplificare i complessi calcoli necessari, viene utilizzato un tasso prudente di conversione dell’
ammoniaca di  0.57 g  per metro quadrato di superficie al giorno. In relazione alla quantità giornaliera di mangime di 200 g e alla conseguente produzione di 7,5 g di ammoniaca, è necessario fornire batteri con una superficie operativa di 13.3 mq, come mostrato nella seguente equazione:APPENDICE 4 TAB 2La superficie dei batteri nitrificanti può essere realizzata con una vasta gamma di materiali, ciascuno con una superficie specifica (SSA), nota anche come superficie in rapporto al volume, espresso come metri quadrati per metro cubo (m2/m3). I medium utilizzati per il biofiltro più comuni includono ghiaia, sabbia, supporti tessuti in fibre sintetiche e mezzi filtranti costituiti da piccoli pezzetti di plastica. Il SSA indica la superficie totale che si potrebbe ottenere se si potesse misurare la superficie di tutte le particelle di un particolare materiale  contenuto nello spazio di un metro cubo. Alcuni di questi valori SSA sono censiti nella tabella A4.1 (vedi anche tabella 4.1).
Il volume del medium necessario per convertire l’ammoniaca può essere calcolato utilizzando il rapporto di SSA. Vediamo di fare un esempio di utilizzo di tufo di origine vulcanica: il tufo vulcanico ha un SSA di 300 m2/m3. Il volume di tufo necessario per garantire un superficie operativa di 13,3 m2, calcolato sopra, per i batteri nitrificanti può essere ottenuto con una semplice divisione:
APPENDICE 4 TAB   3Il volume finale di tufo necessario per elaborare 200 g di mangime al giorno è 0,0443 m3. Un metro cubo equivale a 1 000 litri, e quindi il volume di tufo richiesto è 44.3 litri. Quindi, 1 litro di tufo può convertire l’ammoniaca ottenuto da 4,5 g di mangime.APPENDICE 4 TAB   4Quando si utilizzano i vari supporti nei letti di crescita delle varie tecniche di coltura acquaponica, la quantità di materiale utilizzato supera di gran lunga l’importo minimo richiesto per la biofiltrazione e la conversione di ammoniaca. Ciò si traduce in un sistema “robusto”, anche in caso di grave riduzione della efficienza dei batteri nitrificanti. La progettazione del sistema descritto nell’appendice 8 della pubblicazione ha un volume di 900 litri di tufo, circa 20 volte superiore al volume necessario per elaborare l’ammoniaca prodotta da 200 g di mangime.

APPENDICE 4 TAB   5

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