Procédé et conception des paramètres du système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) industrialisé terrestre (Partie 3) : Paramètres de qualité de l'eau

Paramètres de qualité de l'eau en recirculation

Les paramètres de qualité de l'eau et les normes de conception forment la base de la conception et de la gestion opérationnelle des systèmes de traitement de l'eau en recirculation. Ci-dessous, vous trouverez des diagrammes de référence et des paramètres couramment utilisés par  Engineering Team :

1. Conception du système de suppression des particules solides

Les matières en suspension totales (TSS) sont couramment utilisées comme paramètre pour mesurer les particules solides dans un système d'aquaculture en récirculation (RAS). Elles se réfèrent principalement à la quantité totale de particules solides ayant une taille supérieure à 1 micron dans une unité d'eau. Dans le système de récirculation, les TSS incluent les excréments de poisson, les restes d'appât, les flocons biologiques (bactéries mortes et vivantes), etc. La taille de ces particules en suspension varie grandement, allant du niveau micrométrique au niveau centimétrique. Les matières particulières en suspension peuvent affecter directement la santé et la croissance des poissons (en particulier les poissons d'eau froide) et augmenter la charge sur les biofiltres. Par conséquent, il est nécessaire de maintenir la concentration des particules en suspension dans l'eau de récirculation dans une plage raisonnable.

Dans les systèmes de pisciculture en circuit fermé (RAS) de certains pays de l'UE, le contrôle des matières particulières en suspension est relativement strict. Par exemple, pour les masses d'eau utilisées dans les systèmes de pisciculture en circuit fermé (RAS), la concentration en matières particulières en suspension (mesurée par les solides en suspension totale TSS) doit généralement être maintenue en dessous de 15 mg/L afin de préserver une bonne qualité de l'eau et un environnement écologique sain.

Les États-Unis disposent également de réglementations relatives à la qualité de l'eau dans les domaines de la pisciculture et du traitement de l'eau. Dans les systèmes de pisciculture en circuit fermé (RAS), la teneur en matières particulières en suspension (convertie à partir de la turbidité et d'autres indicateurs connexes) présente également certaines limites. La plage idéale pour la concentration en matières particulières en suspension se situe autour de 8 à 12 mg/L, ce qui est utilisé pour assurer la survie et la reproduction des organismes aquatiques.

Dans l'exploitation réelle du système de pisciculture en circuit fermé (RAS) basé sur une usine en Chine, il est généralement nécessaire de maintenir la concentration en particules en suspension (matières solides en suspension SS) en dessous de 10 mg/L. Pour certaines espèces précieuses nécessitant une haute qualité d'eau, comme le saumon, il est même exigé de la contrôler en dessous de 5 mg/L.

2. Paramètres de suppression des contaminants dissous

La solubilité dans l'eau inclut les substances inorganiques solubles et les substances organiques solubles. Parmi elles, les substances nocives solubles dans l'eau sont principalement l'ammoniac azoté (NH3-N) et l'azote nitrite (NO2--N). L'ammoniac azoté peut pénétrer dans le sang par les branchies et la peau des poissons, perturbant leur cycle tricarboxylique normal, modifiant leur pression osmotique et réduisant leur capacité à absorber l'oxygène de l'eau, ce qui affecte ainsi leur croissance et leur survie normales.

Le biofiltre de nitrification à membrane fixe couramment utilisé dans les systèmes d'aquaculture en circuit fermé (RAS) est la communauté bactérienne de conversion de l'azote ammoniaque qui pousse sur la surface d'un certain matériau de remplissage biologique, et l'azote ammoniaque est transféré vers la biofilm fixe par diffusion et converti. Le principal objectif de la conception du procédé de filtration biologique est de s'assurer que le filtre dispose d'une quantité suffisante de bactéries nitrifiantes pour éliminer l'azote ammoniaque excrété par les poissons, de maintenir la concentration d'azote ammoniaque dans le système d'aquaculture dans la plage prévue, et d'assurer la sécurité et la croissance efficace des poissons.

2.1 Contrôle de l'azote ammoniaque (NH₃-N)

L'azote ammoniaque est l'un des principaux polluants dissous dans l'eau dans les systèmes d'aquaculture en récirculation (RAS). Il provient principalement des excréments et des aliments non consommés des organismes d'élevage. Des concentrations élevées d'azote ammoniaque peuvent être toxiques pour les organismes d'élevage, affectant leur croissance, leur immunité et leur capacité de reproduction. Dans les biofiltres, l'élimination de l'azote ammoniaque repose principalement sur la nitrification par des micro-organismes tels que les bactéries nitrifiantes, qui transforment l'azote ammoniaque en nitrite et en nitrate.

Lors de la conception d'un biofiltre, il est important de prendre en compte une surface et un volume suffisants du matériau filtrant afin d'offrir assez d'espace pour la croissance et la reproduction des bactéries nitrifiantes. En même temps, il est nécessaire de contrôler la charge en azote ammoniaque de l'effluent entrant et d'éviter que des concentrations excessives d'azote ammoniaque n'affectent le filtre biologique. Par exemple, la concentration en azote ammoniaque de l'effluent peut être réduite en utilisant une machine à alimentation automatique et en adoptant une stratégie d'alimentation par petites quantités mais fréquemment. Déterminez la concentration d'azote ammoniaque tolérable pour le biofiltre en fonction de la tolérance à l'azote ammoniaque et de la densité d'élevage des organismes cultivés. En général, pour la plupart des poissons d'aquaculture d'eau douce, la concentration totale d'azote ammoniaque doit être maintenue en dessous de 1 mg/L, et l'ammoniac non ionisé ne doit pas dépasser 0,025 mg/L.

2.2 Contrôle du nitrite (NO₂⁻-N)

Le nitrite est également un paramètre de qualité de l'eau qui doit être surveillé de près dans le système d'aquaculture en récirculation (RAS). C'est un produit intermédiaire dans le processus de nitrification de l'azote ammoniaque et il est également toxique pour les organismes d'aquaculture. Le nitrite peut affecter le transport de l'oxygène dans le sang des organismes d'élevage, entraînant des symptômes d'hypoxie tels que des difficultés respiratoires, des flottaisons à la surface, et même la mort.

Dans la conception, il est nécessaire de s'assurer que le biofiltre peut convertir efficacement le nitrite en nitrate. Cela nécessite de maintenir l'activité des bactéries dénitrifiantes dans le biofiltre et de leur fournir des conditions environnementales appropriées, telles qu'un niveau adéquat d'oxygène dissous. En général, il est recommandé de maintenir la concentration de nitrite en dessous de 0,5 mg/L.

2.3 Considérations pour l'aquaculture en eau de mer

La salinité de l'eau de mer est relativement élevée, contenant divers ions tels que les ions sodium (Na ⁺ ), ions chlore (Cl ⁻ ) , ions magnésium (Mg ² ⁺ ) , ions calcium (Ca ² ⁺ ), etc. Les organismes de l'aquaculture marine ont développé des systèmes complexes de régulation ionique au cours de leur adaptation à long terme aux environnements à forte teneur en sel. Lorsque le nitrite pénètre dans les organismes marins, ces derniers peuvent atténuer partiellement les effets physiologiques du nitrite en utilisant leur propre système de régulation ionique. Dans un Système d'Aquaculture à Recirculation (RAS), les ions chlorure (Cl -) peuvent réduire la toxicité du nitrite (NO2-) pour les organismes d'aquaculture grâce à l'inhibition compétitive. Plus précisément, les ions chlorure et le nitrite doivent tous deux pénétrer dans le corps des poissons par les cellules chlorures situées sur les branchies. La présence d'ions chlorure augmente la difficulté pour le nitrite de pénétrer dans le corps du poisson, réduisant ainsi sa toxicité. En général, lorsque la concentration d'ions chlorure dans l'eau est six fois supérieure à celle du nitrite, elle peut inhiber efficacement la toxicité du nitrite pour les organismes d'aquaculture. Comparée à l'aquaculture en eau douce, l'aquaculture en eau de mer présente moins de dangers toxiques liés au nitrite, ce qui est lié à la concentration plus élevée d'ions chlorure dans l'eau de mer. Par conséquent, dans le système Système d'Aquaculture à Recirculation (RAS), en régulant raisonnablement la salinité, on peut réduire efficacement la toxicité du nitrite et protéger la santé et la sécurité des organismes d'aquaculture.

3. Oxygène dissout (OD)

Dans un système d'aquaculture à recirculation (RAS), l'oxygène dissout (OD) est un paramètre clé de la qualité de l'eau. Les poissons et autres organismes aquatiques absorbent l'oxygène dissout de l'eau par la respiration branchiale pour maintenir leur activité métabolique. La concentration en oxygène dissout nécessaire à la croissance normale de la plupart des poissons d'eaux chaudes est généralement d'environ 5-8 mg/L. Lorsque la concentration en oxygène dissout est en dessous du niveau critique, la respiration des organismes aquatiques est inhibée, leur taux de croissance ralentit, leur immunité diminue et ils sont plus sujets aux infections. Par exemple, lorsque l'oxygène dissout est inférieur à 2 mg/L, de nombreux poissons présentent un phénomène de nage à la surface, et une exposition prolongée à un faible taux d'oxygène dissout peut entraîner la mort des poissons.

Dans un Système d'Aquaculture en Recirculation (RAS), il est recommandé de maintenir l'oxygène dissous entre 8-10 mg/L. Un oxygène dissous plus élevé est bénéfique pour augmenter les niveaux d'alimentation et réduire les ratios de conversion alimentaire.

4. Contrôle du pH

Dans un système de Système d'Aquaculture en Recirculation (RAS), la plage de pH appropriée pour les poissons est généralement comprise entre 7,0 et 8,5. Par exemple, la plupart des poissons d'eau douce se développent bien dans des environnements avec un pH compris entre 7,2 et 7,8. Cela est dû au fait que, dans cette plage de pH, les fonctions physiologiques des poissons, telles que la respiration et la régulation de la pression osmotique, peuvent être réalisées relativement normalement. L'échange gazeux a lieu par les branchies, et une acidité ou alcalinité appropriée dans l'eau facilite le processus normal d'échange de l'oxygène et du dioxyde de carbone.

Pour l'élevage de crevettes, comme les crevettes blanches d'Amérique du Sud, la plage de pH appropriée est d'environ 7,8 à 8,6. Cela est dû à la structure physiologique et aux caractéristiques d'activité des crustacés, qui les rendent plus adaptés aux environnements légèrement plus alcalins. Un pH adapté est bénéfique pour la mue et la croissance des crevettes.

Cependant, au cours du processus de systèmes d'aquaculture en circuit fermé (RAS), la valeur de pH diminue continuellement au fur et à mesure que l'élevage progresse, et il est nécessaire d'ajuster la valeur de pH de l'eau. On peut utiliser un équipement automatique d'ajustement de pH. Ajuster automatiquement la valeur de pH du corps d'eau en fonction des données du capteur de pH.