Un equipo de investigadores del Systems, Estimation, Control and Optimization (SECO) de la University of Mons estudiaron la aplicación de diferentes metodologías de control en un reactor de desnitrificación en un sistema de recirculación en acuicultura (RAS).
Ellos construyeron un simulador numérico para predecir el comportamiento del RAS y permitir la comparación de diferentes enfoques de control, en la presencia de cambios en las condiciones de operación, así como la densidad de peces y la eficiencia de remoción del biofiltro.
Los investigadores realizaron una evaluación global del control del nitrato usando ácido acético (pH es considerado regulado y constante) como variable manipulable y dos metodologías de control diferentes fueron considerados: un control clásico PID cuyos parámetros son estimados usando el método SIMC y el control basado en un simple modelo de linearización.
Sistemas de recirculación en acuacultura (RAS)
El uso de los sistemas de recirculación en acuicultura (RAS) se viene incrementando con el crecimiento de la industria acuícola.
Los RAS pueden ser definidos como los sistemas donde menos del 10% del volumen total de agua es reemplazado por día y responde a la necesidad de prácticas más intensivas, a las preocupaciones ambientales sobre el consumo del agua y la calidad del efluente, además de la posibilidad de proveer pescado en lugares donde es difícil.
El principal incoveniente de los sistemas de recirculación en acuacultura es la acumulación de algunos compuestos tóxicos, como el amoníaco, cuando no hay un tratamiento apropiado.
El amoníaco puede ser introducido en el sistema por la excreción de los peces, 60-70% del nitrógeno no consumido por los peces es excretado como amoníaco a través de las branquias, o la degradación de alimento no consumido.
Nitrificación y desnitrificación
Los procesos de remoción de nitrógeno reducen la cantidad de amoníaco usando microorganismos que lo transforman en nitratos (nitrificación). Aunque el nitrato es menos tóxico para los peces, también se acumula en el sistema y necesita ser removido para evitar problemas.
De esta forma, en el diseño de los RAS se considera otra unidad para convertir el nitrato en gas nitrógeno (desnitrificación).
El uso de la desnitrificación anaeróbica para remover el nitrato no es de amplio uso en los sistemas de recirculación en acuicultura debido a su nivel de eficiencia, su complejidad y costo.
La complejidad de los sistemas RAS, creada por su circuito cerrado intrínseco y las interacciones entre el tratamiento del agua y el crecimiento de los peces, implica construir modelos dinámicos para analizar el comportamiento del proceso y optimizarlo.
Los investigadores advierten que el control manual de los biofiltros desnitrificantes pueden conducir fácilmente a un inestable rendimiento del proceso y a altos costos.
Particularmente, la falta de una fuente de carbono para una completa desnitrificación podría hacer más severo el problema. Por otro lado, la ausencia de nitritos/nitratos/oxígeno, si existe grandes cantidades de materia orgánica, provoca la producción de sulfuros que también son extremadamente tóxicos.
RAS en estudio
Los investigadores establecieron como modelo de estudio un sistema de recirculación en acuicultura de escala industrial que incluye tanques para el cultivo de peces, un sistema de filtración física y dos biofiltros (uno para la nitrificación y otro para la desnitrificación).
Conclusiones
– Los investigadores destacan que los controladores PID y los de linealización son capaces de mantener estable el sistema con una acción anti-windup.
– Las ganancias del controlador PID se pueden calcular en función de la producción de los desechos de los peces (amoníaco).
– El PID presenta problema de robustez cuando se considera la medición del ruido. Sin embargo, el controlador de linealización puede superar este problema y también pueden mejorarse.
El estudio contó con fondos del proyecto proyecto NUTRIVERT de WAGRALIM financiado por la Región Valona.
Referencia (acceso abierto):
Almeida, Pedro, Laurent Dewasme, and Alain Vande Wouwer. 2020. «Denitrification Control in a Recirculating Aquaculture System—A Simulation Study» Processes 8, no. 10: 1306. https://doi.org/10.3390/pr8101306
