Quel est le rôle du biofiltre dans un RAS ?

Les poissons produisent continuellement des déchets azotés. Une partie importante de cet azote se retrouve sous forme d’ammonium et d’ammoniac.

Selon notamment le pH et la température, l’azote ammoniacal se présente principalement sous deux formes :

• NH₄⁺ : ammonium ;
• NH₃ : ammoniac non ionisé, particulièrement toxique pour les poissons.

Le biofiltre permet la transformation biologique progressive de ces composés grâce à des communautés microbiennes nitrifiantes.

Le mécanisme peut être résumé ainsi :

NH₄⁺ / NH₃
→ NO₂⁻
→ NO₃⁻

Une première population microbienne oxyde l’ammoniac en nitrite. D’autres microorganismes assurent ensuite l’oxydation du nitrite en nitrate.

Ces populations vivent principalement dans des biofilms développés sur différents supports :

• médias MBBR ;
• supports plastiques fixes ;
• filtres ruisselants ;
• sable fluidisé ;
• supports poreux ;
• autres médias biologiques adaptés.

La stabilité du biofiltre est donc directement liée à la stabilité du RAS. Une dégradation importante de la nitrification peut rapidement provoquer une accumulation
d’ammoniac ou de nitrite.

L’ozone détruit-il les bactéries nitrifiantes du biofiltre ?

Pas nécessairement.

L’ozone est un oxydant puissant capable de réagir avec de nombreux composés organiques et inorganiques. À concentration excessive, un résiduel oxydant peut également affecter des microorganismes utiles.

Mais cela ne signifie pas qu’un RAS utilisant de l’ozone va automatiquement détériorer son biofiltre. Des travaux réalisés sur des RAS montrent qu’une ozonation correctement contrôlée peut améliorer
certains paramètres de qualité d’eau sans compromettre l’activité métabolique du biofilm nitrifiant.

Le véritable risque apparaît lorsque la dose injectée, le temps de réaction ou l’architecture hydraulique permettent à une quantité excessive d’ozone ou d’oxydants résiduels d’atteindre directement
une zone biologique sensible.

La bonne question n’est donc pas :

« Peut-on utiliser de l’ozone avec un biofiltre ? » mais plutôt : « Quelle exposition réelle du biofiltre aux oxydants est acceptable dans ce RAS ? »

Pourquoi le point d’injection de l’ozone est-il essentiel ?

Une installation d’ozonation ne doit pas être conçue uniquement à partir de la puissance du générateur exprimée en g/h. Il faut également déterminer où se déroule réellement l’oxydation.

Selon l’architecture du RAS, l’ozone peut être injecté :

• sur une boucle secondaire ;
• dans un contacteur spécifique ;
• en association avec un écumeur ou foam fractionator ;
• sur une partie seulement du débit de recirculation ;
• avant ou après certaines étapes de filtration.

L’objectif est de créer une zone d’ozonation maîtrisée, distincte autant que possible des zones biologiques et des bassins d’élevage.

Pourquoi utiliser une boucle secondaire pour l’ozonation d’un RAS ?

Le traitement sur une boucle secondaire, également appelée side-stream, est souvent particulièrement intéressant.

Une fraction du débit principal du RAS est prélevée puis envoyée vers un circuit dédié comprenant, selon le projet :

• injection d’ozone ;
• venturi ou injecteur ;
• mélangeur statique ;
• contacteur gaz/liquide ;
• temps de réaction ;
• dégazage ;
• mesure ORP ;
• contrôle du résiduel ;
• retour vers le circuit principal.

Cette architecture facilite le contrôle de la dose et évite de considérer que 100 % du débit hydraulique du RAS doit obligatoirement être ozoné.

Elle permet surtout de mieux séparer :

zone d’oxydation → zone biologique → zone d’élevage.

Pour aller plus loin, consultez également notre article consacré à l’injection d’ozone sur une boucle secondaire dans un RAS

.

Faut-il injecter l’ozone avant ou après le biofiltre ?

Il n’existe pas une seule réponse valable pour toutes les installations. Le choix dépend notamment :

• du type de biofiltre ;
• du taux de recirculation ;
• de la charge organique ;
• de la filtration mécanique ;
• de la présence d’un écumeur ;
• de la présence d’UV ;
• de la salinité ;
• de l’espèce élevée ;
• de l’objectif de l’ozonation.

Ozone avant le biofiltre

Une ozonation située en amont peut modifier la charge organique qui arrive au biofiltre et oxyder certains composés.

Cette configuration nécessite toutefois de vérifier que le résiduel oxydant qui atteint les médias biologiques reste compatible avec le fonctionnement attendu du biofiltre.

Ozone après le biofiltre

Placer l’ozonation après la biofiltration peut réduire l’exposition directe du biofiltre. Mais une autre contrainte apparaît : l’eau doit alors être sécurisée avant son retour vers les poissons.

Le bon positionnement ne peut donc être décidé qu’à l’échelle de l’ensemble du procédé.

Ozone et nitrites : l’ozone peut-il remplacer le biofiltre ?

Non.

L’ozone peut oxyder le nitrite dans certaines conditions, ce qui constitue l’un de ses intérêts potentiels en aquaculture.

Mais la nitrification biologique reste la méthode de référence pour assurer en continu le traitement de l’azote dans un RAS.

Il faut donc distinguer deux fonctions :

• biofiltration : conversion biologique continue des composés azotés ;
• ozonation : oxydation complémentaire de certains composés et amélioration de la qualité de l’eau.

Augmenter la puissance d’un générateur d’ozone pour compenser un biofiltre sous-dimensionné n’est généralement pas une stratégie de conception satisfaisante.

Quels signes peuvent révéler une perturbation du biofiltre ?

Une augmentation inhabituelle du nitrite ou de l’azote ammoniacal doit conduire à rechercher une modification de l’équilibre biologique.

Parmi les paramètres à vérifier :

• charge d’alimentation ;
• biomasse ;
• oxygène dissous ;
• pH ;
• température ;
• débit hydraulique du biofiltre ;
• charge en matières en suspension ;
• nettoyage des médias ;
• traitements chimiques ou médicaments ;
• modification du dosage d’ozone ;
• présence éventuelle d’un résiduel oxydant.

Une récente étude menée sur des RAS de crevettes a notamment suggéré qu’un excès d’ozone avait pu contribuer à dégrader l’activité microbienne de certains biofiltres.

Ce type d’observation montre pourquoi une installation d’ozonation doit être considérée comme un procédé complet et non comme un simple générateur raccordé au circuit.

Quel rôle joue l’ORP dans un RAS ozoné ?

Le potentiel d’oxydoréduction ou ORP / Redox constitue un outil particulièrement utile pour suivre le comportement d’une installation d’ozonation.

Il peut être intégré au système de régulation pour :

• adapter la production d’ozone ;
• limiter les surdosages ;
• suivre les évolutions de la demande oxydante ;
• déclencher des sécurités ;
• comparer différents points du circuit.

Cependant, l’ORP ne mesure pas directement une concentration d’ozone.

Il reflète l’ensemble de l’équilibre oxydoréducteur de l’eau et dépend notamment :

• du pH ;
• de l’oxygène dissous ;
• des nitrites ;
• des composés organiques ;
• des composés réducteurs ;
• de l’ozone ;
• des autres oxydants éventuellement présents.

Une valeur ORP universelle ne peut donc pas être appliquée automatiquement à tous les RAS.

Où placer les sondes ORP ?

Le positionnement des sondes est aussi important que la valeur mesurée. Selon la complexité de l’installation, il peut être intéressant de mesurer le Redox :

• avant l’injection d’ozone ;
• en sortie du contacteur ;
• après une étape de dégazage ou destruction ;
• avant le biofiltre ;
• sur le retour vers les bassins.

Cette approche permet d’observer la disparition progressive du pouvoir oxydant dans les différentes étapes du procédé.

Pourquoi la demande en ozone varie-t-elle dans un RAS ?

La demande en ozone d’une eau aquacole n’est pas constante.

Elle peut évoluer en fonction :

• du nourrissage ;
• de la biomasse ;
• de la charge organique ;
• des matières en suspension ;
• des nitrites ;
• du taux de renouvellement d’eau ;
• du nettoyage des filtres ;
• de la température ;
• du fonctionnement des autres traitements.

Une dose d’ozone parfaitement consommée à un moment donné peut donc générer un résiduel lorsque la demande oxydante diminue.

C’est l’une des raisons pour lesquelles un pilotage modulé est souvent préférable à un générateur fonctionnant en permanence à puissance fixe.

Quel rôle joue la filtration mécanique ?

La protection du biofiltre ne dépend pas uniquement de l’ozonation.

Une mauvaise élimination des matières solides peut augmenter la charge organique, favoriser certaines populations hétérotrophes et dégrader les performances de nitrification.

Des recherches récentes sur les RAS montrent notamment qu’une charge élevée en matières en suspension peut affecter la performance du biofiltre et modifier les communautés microbiennes.

Il faut donc raisonner conjointement : filtration mécanique + biofiltration + ozonation + hydraulique.

Et dans un RAS marin ?

La situation devient plus complexe lorsque le RAS fonctionne en eau de mer. L’ozone réagit avec les bromures naturellement présents dans l’eau marine et peut générer différents oxydants bromés.

La disparition de l’ozone moléculaire ne signifie donc pas nécessairement la disparition de l’ensemble du pouvoir oxydant.

Dans un RAS marin, il peut notamment être nécessaire de considérer les TRO – Total Residual Oxidants et les oxydants produits par l’ozonation.

Consultez notre dossier consacré àl’ozonation des RAS marins, aux bromures et aux bromates

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L’objectif est-il de désinfecter complètement le RAS ?

Non.

Un RAS est un écosystème microbiologique contrôlé. Le fonctionnement du biofiltre repose précisément sur la présence de microorganismes utiles.

Chercher à rendre l’ensemble du circuit stérile serait donc contradictoire avec le principe même de la biofiltration. L’ozonation doit plutôt rechercher une oxydation sélective et maîtrisée.

Selon le projet, l’objectif peut être :

• réduire certaines matières organiques dissoutes ;
• améliorer la transparence de l’eau ;
• favoriser certaines étapes de séparation des particules ;
• agir sur le nitrite ;
• maîtriser certaines populations microbiennes dans une zone déterminée ;
• améliorer globalement la qualité de l’eau.

Comment protéger le biofiltre lors de l’utilisation d’ozone ?

Plusieurs principes doivent être étudiés lors de la conception :

1. déterminer précisément l’objectif de l’ozonation ;
2. mesurer la qualité réelle de l’eau ;
3. évaluer la demande en ozone ;
4. choisir un point d’injection adapté ;
5. optimiser le transfert gaz/liquide ;
6. prévoir un temps de contact suffisant ;
7. contrôler l’ORP aux points pertinents ;
8. éviter un résiduel oxydant excessif au niveau du biofiltre ;
9. sécuriser également le retour vers les poissons ;
10. adapter automatiquement la production d’ozone lorsque cela est pertinent.

Quelle architecture pour un RAS utilisant de l’ozone ?

Une architecture type peut comprendre :

1. filtration mécanique ;
2. prélèvement d’une fraction du débit ;
3. production d’ozone ;
4. injection par venturi ;
5. mélange gaz/eau ;
6. contacteur ;
7. temps de réaction ;
8. dégazage ;
9. destruction de l’ozone gazeux résiduel ;
10. mesure ORP ;
11. contrôle du résiduel ;
12. retour contrôlé vers le RAS.

Cette architecture n’est qu’un exemple. Chaque installation doit être adaptée aux caractéristiques du RAS.

Comment dimensionner l’ozonation sans mettre le biofiltre en danger ?

Le nombre de grammes d’ozone par heure ne doit jamais être le seul critère de dimensionnement.

Une étude doit notamment intégrer :

• l’espèce élevée ;
• la biomasse maximale ;
• la quantité d’aliment distribuée quotidiennement ;
• le volume total du système ;
• le débit de recirculation ;
• le débit de renouvellement ;
• le débit du side-stream ;
• le type et la capacité du biofiltre ;
• le pH ;
• la température ;
• la salinité ;
• le TAN ;
• les nitrites ;
• les nitrates ;
• les matières organiques ;
• l’ORP ;
• la présence d’UV ou d’autres traitements.

Pourquoi réaliser un essai pilote ?

Deux RAS présentant le même débit peuvent avoir des demandes en ozone totalement différentes.

Un essai pilote permet notamment d’étudier :

• la consommation réelle d’ozone ;
• la cinétique du traitement ;
• l’évolution de l’ORP ;
• les nitrites ;
• la matière organique ;
• le résiduel éventuel ;
• l’impact global sur la qualité de l’eau.

Cette approche permet de définir une dose utile à partir de données réelles plutôt que de surdimensionner le générateur sur une base uniquement théorique.

OXYTRADING : étude et intégration de l’ozone dans les systèmes RAS

OXYTRADING accompagne les piscicultures, écloseries, exploitants aquacoles, centres de recherche et intégrateurs RAS pour l’étude et l’intégration de solutions d’ozonation.

Notre approche prend en compte l’ensemble du procédé :

• dimensionnement du générateur d’ozone ;
• production d’oxygène ;
• injection ;
• transfert de masse ;
• boucle secondaire ;
• temps de contact ;
• instrumentation ORP ;
• gestion du résiduel ;
• destruction d’ozone ;
• sécurité ;
• interaction avec le biofiltre et les autres équipements du RAS.

Découvrez également notre dossier consacré aux applications de l’ozone en aquaculture

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FAQ : ozone, biofiltre et bactéries nitrifiantes

L’ozone peut-il tuer les bactéries nitrifiantes d’un RAS ?

Une exposition excessive à l’ozone ou à certains oxydants peut perturber les communautés microbiennes du biofiltre. Une ozonation correctement intégrée et contrôlée n’entraîne cependant
pas nécessairement une perte d’activité du biofilm.

Faut-il injecter l’ozone avant ou après le biofiltre ?

Il n’existe pas de réponse universelle. Le choix dépend de l’architecture du RAS, de la charge organique, du type de biofiltre et des objectifs du traitement. Le paramètre essentiel est la maîtrise du résiduel oxydant au niveau des zones sensibles.

L’ozone peut-il remplacer le biofiltre ?

Non. Le biofiltre assure la nitrification biologique continue. L’ozone doit être considéré comme un procédé complémentaire de traitement de l’eau.

L’ozone peut-il réduire les nitrites dans un RAS ?

Oui, l’ozone peut oxyder le nitrite dans certaines conditions. Cette réaction ne dispense toutefois pas de disposer d’une biofiltration correctement dimensionnée.

Pourquoi utiliser une boucle secondaire pour l’ozone ?

Une boucle secondaire permet de maîtriser indépendamment le débit traité, la dose d’ozone, le transfert gaz/liquide, le temps de contact et le résiduel avant de réintroduire l’eau dans le circuit principal.

L’ORP permet-il de savoir s’il reste de l’ozone ?

Pas directement. L’ORP mesure l’état oxydoréducteur global de l’eau. Il constitue un excellent indicateur de pilotage mais ne correspond pas à une mesure spécifique de concentration d’ozone.

Conclusion

L’ozone et le biofiltre ne sont pas incompatibles dans un RAS.

Ils remplissent deux fonctions complémentaires : le biofiltre assure principalement la nitrification biologique, tandis que l’ozone constitue un outil d’oxydation permettant d’améliorer certains paramètres
de qualité de l’eau.

La priorité consiste donc à contrôler l’exposition réelle du biofiltre et des poissons aux oxydants plutôt qu’à raisonner uniquement en grammes d’ozone par heure.

Un système correctement conçu doit intégrer : dose, point d’injection, transfert de masse, temps de contact, ORP, résiduel, hydraulique et capacité réelle du biofiltre.

Dans un RAS, traiter plus fort ne signifie pas nécessairement traiter mieux. L’objectif est d’appliquer la dose utile, au bon endroit et au bon moment.