Biofiltros RAS: como a nitrificação permite reutilizar a água

Num sistema de aquicultura em recirculação (RAS), o biofiltro é o motor biológico que mantém o ambiente de cultivo vivo. Os peixes excretam amônia (NH3) diretamente na água como resíduo do metabolismo das proteínas. Sem controle, a amônia e o seu subproduto intermediário, o nitrito (NO2-), são tóxicos em baixas concentrações. O biofiltro resolve isso convertendo a amônia em nitrato (NO3-), um composto nitrogenado muito menos tóxico, por meio da nitrificação.

Um biofiltro bem projetado faz mais do que proteger a saúde dos peixes. É ele que permite às instalações RAS reciclar mais de 90% da água, reduzir o volume de descarte, diminuir os custos de aquecimento e estabilizar a química da água.

O processo de nitrificação

A nitrificação é um processo aeróbio em duas etapas realizado por bactérias autotróficas aderidas às superfícies internas do biofiltro.

Etapa 1: oxidação da amônia

As bactérias oxidantes de amônia (AOB), principalmente Nitrosomonas spp., oxidam a amônia em nitrito:

NH3 + 1,5 O2 → NO2- + H+ + H2O

Esta etapa acidifica levemente a água e produz nitrito, que continua tóxico para os peixes. Acima de cerca de 1 mg/L de NO2-, muitas espécies apresentam estresse, lesões nas brânquias e crescimento reduzido.

Etapa 2: oxidação do nitrito

As bactérias oxidantes de nitrito (NOB), sobretudo Nitrobacter spp., convertem o nitrito em nitrato:

NO2- + 0,5 O2 → NO3-

O nitrato é tolerado em concentrações muito mais altas — muitas vezes 100–200 mg/L de NO3- ou mais, conforme a espécie e a fase de vida —, podendo acumular-se com segurança no circuito de recirculação até ser removido por troca de água, desnitrificação ou absorção por plantas.

Por que a área de superfície e o oxigênio importam

Tanto as AOB quanto as NOB crescem como biofilmes finos sobre superfícies sólidas. Mais área de superfície significa mais colonização bacteriana e maior capacidade de remoção de amônia. Igualmente importante é o oxigênio dissolvido: a nitrificação consome muito oxigênio, cerca de 4,6 mg de O2 por mg de NH3-N oxidado a NO3--N. Se o oxigênio cai, a nitrificação desacelera e a amônia pode disparar.

Projetos comuns de biofiltro

Os engenheiros escolhem o projeto do biofiltro com base na carga hidráulica, na transferência de oxigênio, no manejo do biofilme e no custo de investimento.

Reatores de biofilme de leito móvel (MBBR)

Os MBBR usam suportes plásticos que se movem livremente na coluna d'água, mantidos em suspensão por aeração ou agitação mecânica. Os suportes oferecem alta área superficial específica — normalmente 300–500 m²/m³ de mídia — enquanto o movimento constante evita entupimentos e distribui o biofilme de forma uniforme. Os MBBR são compactos, escaláveis e hoje amplamente usados nos RAS modernos.

Filtros percoladores

Os filtros percoladores fazem a água passar sobre um leito de mídia empacotada enquanto o ar circula em contracorrente pelos espaços vazios. Esse projeto oferece excelente transferência de oxigênio e é simples de operar, embora possa perder calor e umidade para a atmosfera e exigir remoção de sólidos a jusante.

Filtros submersos de leito fixo

Nos projetos submersos de leito fixo, a água flui através de um leito de mídia estacionário totalmente imerso. Esses filtros têm comportamento hidráulico previsível e alta retenção de biomassa, mas tendem a entupir com sólidos e precisam de retrolavagens regulares para manter o fluxo e a distribuição de oxigênio.

Dimensionamento e operação de um biofiltro

Um biofiltro deve ser dimensionado para a carga máxima de amônia, e não para as condições médias. Os dados principais são a taxa de alimentação, o teor de proteína e a fração do nitrogênio excretada como amônia. Depois de instalado, o funcionamento estável depende de pH, temperatura, salinidade e oxigênio constantes. As bactérias nitrificantes se recuperam lentamente de choques químicos ou de falta prolongada de oxigênio, por isso o monitoramento rotineiro de TAN, nitrito e nitrato é essencial.

É também aqui que os dados se tornam uma vantagem prática. Acompanhar a tendência diária de amônia e nitrito, os aportes de ração e as taxas de troca de água permite identificar o estresse do biofiltro antes que o desempenho dos peixes caia. Na prática, as fazendas com os circuitos mais ajustados são as que tratam o biofiltro como um processo unitário medido e gerenciado — e não como uma caixa-preta.

Por que os biofiltros importam para a economia do RAS

Sem um biofiltro funcionando, a amônia e o nitrito atingem níveis letais em horas ou dias. Um biofiltro bem dimensionado e operado é a base do reuso da água, permitindo que as instalações RAS operem com o mínimo de água de reposição e de descarte. Isso se traduz diretamente em menores custos de aquecimento, bombeamento e tratamento de efluentes, além de um ambiente mais estável para os peixes.

Fontes

• Malone, R. F., & Pfeiffer, T. J. (2006). Rating fixed film nitrifying biofilters used in recirculating aquaculture systems. Aquacultural Engineering, 34(3), 389-402.
• Malone, R. F., & Butterworth, A. (1990). Effects of loading rate on nitrification. The Progressive Fish-Culturist, 52(2), 117-120.
• Timmons, M. B., & Guerdat, T. (2017). Recirculating Aquaculture. Ithaca Publishing.