Desempenho do RAS e do MBBR

Os parâmetros de qualidade da água medidos nos tanques de peixes foram mantidos dentro dos padrões para as espécies. As concentrações totais de amônia, nitrito e nitrato atingiram no máximo 1,07 mg / L, 0,46 mg / L e 2,91 mg / L, respectivamente, durante o experimento (Figura 2).

Nos MBBRs, a temperatura ao longo do experimento oscilou em torno de 26 ° C, o pH foi ligeiramente básico e a alcalinidade estava em uma faixa ideal para o crescimento dos peixes e também para os processos de nitrificação e formação de bactérias nos biofilmes (Tabela 3); o oxigênio dissolvido foi mantido em torno de 7,0 mg / L.

Figura 2 - Mudanças nas concentrações de compostos nitrogenados nos tanques de peixes de um sistema de aquicultura em recirculação ao longo do período experimental (n = 124

d), que foi dividido em quatro fases, de acordo com a metodologia.

Durante os primeiros 28 dias do experimento (fase 1 - período inicial), foi observado um pequeno aumento no NO2- (Fig. 3A e 3B) no MBBR1 e no MBBR2. Considerando o balanço de equilíbrio de nitrogênio, a amônia produzida provavelmente evaporou da água como gás de amônia, pois tende a se acumular em pHs e temperaturas mais altos (pH 8,07 e 8,1, temperatura 25,9 e 25,6 ° C) nesta fase do estudo (Mayo e Hanai, 2014). Nenhuma produção de nitrato foi registrada durante os primeiros 30 dias (Figura 3C e Figura 3D).

A partir dos 30 dias do experimento (fase 2), observou-se um aumento gradual nos parâmetros analisados, embora fossem mantidos em baixa concentração (<0,2 mg / L), e não houve redução nas concentrações de nutrientes ou compostos nitrogenados, isto é, as concentrações de amônia, nitrito e nitrato foram equivalentes nas amostras de entrada e saída dos MBBRs.

Tabela 3 - Temperatura, pH, concentração de oxigênio dissolvido e alcalinidade das amostras dos diferentes reatores de biofilme de leito móvel (MBBRs) durante as diferentes fases do experimento (124 dias).

MBBR Fase ^Temperatura (°C) ^pH Alcalinidade (mg - CaCO3 /L) Oxigênio Dissolvido (mg/L) 1 Fase 1 26,14 ± 0,59 8,07 ± 0,52 120,01 ± 5,52 7,17 ± 0,96 Fase 2 ^{26,12 ± 1,12 7,91 ± 0,51 121,44 ± 4,99 6,98 ± 0,95} Fase 3 26,07 ± 0,71 7,88 ± 0,53 129,52 ± 6,28 7,11 ± 0,84 Fase 4 26,11 ± 0,77 7,81 ± 0,36 131,09 ± 4,44 7,01 ± 1,01 2 Fase 1 26,55 ± 0,64 7,99 ± 0,19 119,85 ± 4,25 7,12 ± 1,39 Fase 2 26,29 ± 0,69 8,1 ± 0,28 118,22 ± 6,11 7,05 ± 1,22 Fase 3 26,22 ± 0,46 8,14 ± 0,15 124,17 ± 5,03 7,11 ± 1,15 Fase 4 26,18 ± 0,81 8,17 ± 0,30 128,04 ± 7,05 7,14 ± 1,08

Nota: Os dados representam médias ± desvios padrão (n = 20 amostras)

Figura 3 - Evolução dos compostos de nitrogênio dentro de todos os reatores de biofilme de leito móvel (MBBRs) utilizados. A) Concentrações totais de amônia e nitrito no MBBR1.

B) Concentrações totais de amônia e nitrito em MBBR2

C) Concentração de nitrato em MB MBBR1. D) Concentração de nitrato em MBBR2.

Somente no dia 55 um aumento na concentração de NO2^- foi registrado na saída de ambos os MBBRs, provavelmente devido à ação das primeiras colônias de bactérias oxidantes de amônia. Após o aumento da biomassa de peixes (dia 73; fase 3) e consequente aumento de

nutrientes na água, foi observado um aumento na concentração de todas as formas de nitrogênio; os níveis de amônia, nitrito e nitrato aumentaram até 1,0 mg / L. A partir do dia 73, observou-se uma variação maior nos parâmetros analisados, com uma taxa média de remoção total de amônia na fase 3 de 21,41 ± 11,43% e 25,37 ± 11,57%, para MBBR1 e MBBR2, respectivamente.

Considerando que um aumento na concentração de nutrientes estimula a maturação das colônias de bactérias (Liu et al., 2019), na Fase 4, foi registrado um novo aumento na biomassa de peixes, resultando em um aumento na biomassa de peixes e nas concentrações de nutrientes no sistema. Inesperado, ocorreu uma redução nos níveis de nitrogênio e nitrito amoniacal como resultado de uma maior taxa de remoção de N-NH4⁺, com valores médios de 54,87 ± 16,24 no MBBR1 e 38,82 ± 11,57 no MBBR2, e uma consequente redução na concentração de nutrientes na água do peixe. Esse resultado indicou que o aumento da carga de amônia na fase 3 possivelmente levou a uma maior taxa de crescimento de bactérias oxidantes de amônia (AOB), enquanto os oxidantes de nitrito (NOB) ainda não estavam desempenhando um papel importante, provavelmente devido à sua sensibilidade a baixas concentrações de nutrientes (She et al., 2016), portanto, o acúmulo de nitrito no sistema apresentou efeito inibitório no crescimento bacteriano (Liu et al., 2019).

Esses resultados são consistentes com os de estudos anteriores nos quais as colônias de bactérias oxidantes de amônia cresceram mais rapidamente que as bactérias oxidantes de nitrito e nitrato (Von Ahnen et al., 2015).

Nas Figura 3C e Figura 3D, foram observados aumentos na concentração de nitrato a partir do dia 76 e mais acentuadamente a partir do dia 100. No mesmo período, observou-se uma maior quantidade de nitrato entrando no filtro no MBBR1 (entre os dias 73 e 91), mas a partir do dia 100, esse fenômeno não foi mais observado, resultando em uma inversão das concentrações de nitrato. A partir do dia 115, observou-se uma concentração mais alta de nitrato saindo do filtro do que entrando no filtro. No MBBR2, o fenômeno oposto ocorreu a partir do dia 112, observando-se um consumo de nitrato nesse período.

Esse resultado ocorreu simultaneamente com uma redução nas concentrações de amônia e nitrito (Fase 4), o que indicou a formação bem-sucedida do biofilme maduro para nitrificação e algumas atividades de desnitrificação. Assim, foi observada uma provável indicação de maturação, especificamente no que diz respeito à atividade de bactérias nitrificantes que seriam capazes de metabolizar os compostos nitrogenados residuais alvo, principalmente amônia e nitrito. O aumento acelerado nas concentrações de nitrato em MBBR1

e 2 representou uma importante taxa de nitrificação, pois esse fenômeno ocorre simultaneamente com as reduções nas concentrações de amônia e nitrito. Em um estudo anterior com efluente de truta em um RAS com filtro MBBR, o aumento de nutrientes no suprimento do sistema também foi responsável por um acúmulo evidente de nitrato, garantido pelo processo de nitrificação (Von Ahnen et al., 2015).

A absorção de amônia por bactérias nitrificantes é um dos fatores potenciais que reduz a amônia, principalmente porque é uma fonte preferida de nitrogênio que o nitrato (Mayo; Hanai, 2014). A nitrificação foi outra causa de remoção do nitrogênio amoniacal, uma vez que o nitrato aumentou principalmente nas fases 3 e 4 com acumulação até o dia 115. Esses achados indicam que alguns compostos nitrogenados foram nitrificados em nitrato e, portanto, os biofilmes contribuíram para a diminuição do nitrogênio amoniacal ao longo do dia. sistema.