Production d'ozone en aquaculture
L'aquaculture est confrontée à des défis constants pour maintenir une qualité optimale de l'eau et protéger la santé des animaux. Les agents pathogènes, les déchets organiques et les contaminants dissous peuvent s'accumuler et ce aussi bien dans les circuits ouverts que dans les systèmes d'aquaculture recirculé (RAS), ce qui a un impact sur la croissance, les taux de survie et la qualité des produits.
L'ozone (O₃) est de plus en plus utilisé comme solution efficace pour relever ces défis. Reconnu comme l'un des oxydants les plus puissants disponibles pour le traitement de l'eau, l'ozone offre un large spectre d'action, allant du contrôle des agents pathogènes à la réduction de la charge organique, sans laisser de résidus chimiques autres que de l'oxygène.
Qu'est-ce que l'ozone ?
L'ozone est une forme triatomique de l'oxygène (O₃) dont le potentiel d'oxydation est beaucoup plus élevé que celui de l'oxygène moléculaire (O₂). Il s'agit d'un gaz naturellement instable qui réagit facilement avec les composés organiques et inorganiques, décomposant les molécules complexes et inactivant les micro-organismes. En raison de ses fortes propriétés oxydantes, l'ozone est largement utilisé dans le traitement de l'eau dans diverses industries et dans l'aquaculture.
Comment l'ozone est-il produit ?
En aquaculture, l'ozone est généralement produit sur site à l'aide d'un générateur d'ozone alimenté en oxygène à partir d’oxygène liquide ou d’un générateur d’oxygène.
Le processus comprend les étapes suivantes :
- Une alimentation en oxygène pur.
- L'oxygène passe à travers une décharge électrique (décharge corona) à l'intérieur du générateur d’ozone.
- Cette énergie électrique divise les molécules d'O₂ en atomes d'oxygène individuels, qui se recombinent ensuite avec d'autres molécules d'O₂ pour former de l'ozone (O₃).
La plupart des générateurs d'ozone commerciaux destinés à l'aquaculture sont conçus pour produire de l'ozone à des concentrations d'environ 10 % en poids dans le flux d'oxygène. Cette production à la demande élimine les problèmes de stockage et garantit que le gaz est utilisé immédiatement, car l'ozone se décompose rapidement en oxygène.
Mode d'action
L'ozone agit principalement par oxydation, en attaquant :
- Les agents pathogènes tels que les bactéries, les virus et les parasites.
- La matière organique, y compris les matières organiques dissoutes et particulaires.
- Les composés responsables de la couleur et de l'odeur qui dégradent la qualité de l'eau.
Ses avantages par rapport à d'autres oxydants comme le chlore sont les suivants :
- Une puissance oxydante supérieure (1,52 fois plus puissant que le chlore).
- Production sur site à partir d'oxygène et d'électricité (réduction de la logistique et de la manipulation de produits chimiques).
- Le produit final de décomposition de l’ozone est l’oxygène.
Applications en aquaculture
Désinfection de l'eau neuve
L'ozone peut être utilisé pour désinfecter l'eau avant qu'elle n'entre dans les réservoirs ou les bassins d’élevage, ce qui réduit considérablement le risque d'introduction d'agents pathogènes. Cela s'applique à toutes les espèces et à tous les systèmes, y compris les fermes à circulation continue et les installations RAS.
Dans l'élevage de crevettes par exemple, l'ozone est de plus en plus utilisé en remplacement du chlore, en particulier dans les régions où l'électricité est moins chère que les chaînes d'approvisionnement en produits chimiques. Il est également efficace contre les maladies virales récurrentes telles que le « White spot ».
Précautions relatives à l'utilisation d'eau de mer : lors du traitement de l'eau de mer, le potentiel d'oxydoréduction (ORP) doit être surveillé attentivement. Un dépassement de 800 mV peut entraîner l'oxydation des ions bromure en brome, qui est toxique pour les espèces aquatiques.
RAS: Désinfection de l'eau de recirculation et contrôle de la charge organique
Dans les fermes opérant en RAS, l'ozone joue plusieurs rôles :
- Réduction de la charge pathogène : Comparable à la désinfection par UV, mais avec l'avantage supplémentaire d'oxyder les matières organiques.
- Élimination des matières organiques : En oxydant les matières organiques dissoutes, l’ozone réduit l’apport en nutriments pour les bactéries hétérotrophes. Dans un RAS, cette pré-oxydation allège la charge organique qui atteint le biofiltre, ce qui favorise l’activité des bactéries nitrifiantes et améliore l’efficacité globale de la filtration biologique.
- Amélioration du fractionnement dans les écumeurs : L'ozone est souvent injecté via un écumeur de protéines. Le processus d'oxydation améliore la formation de bulles, permettant l'élimination des fines particules en suspension (
- Prévention des pics de NO₂⁻ : Dans les systèmes RAS, les nitrites (NO₂⁻) peuvent rapidement atteindre des concentrations toxiques pour les poissons, notamment après une forte charge organique ou un déséquilibre temporaire du biofiltre. L’ozone aide à limiter ces pics en oxydant partiellement le NO₂⁻ en nitrate (NO₃⁻), ce qui réduit l’accumulation de nitrite et contribue à stabiliser le cycle de l’azote.
- Prévention des gouts indésirables dans la chair des poissons : Les gouts indésirables se retrouvant dans la chair des poissons liés à des molécules telles que la géosmine et le MIB (2-méthylisobornéol) peuvent réduire considérablement la valeur marchande des poissons pêchés. L'ozone ne détruit pas directement ces composés aux concentrations généralement utilisées en aquaculture. Cependant, en oxydant les matières organiques dissoutes et les particules fines avant que les bactéries n'aient la possibilité de les convertir en géosmine ou en MIB, l'ozone réduit indirectement les conditions qui conduisent à leur formation. Ce contrôle proactif des précurseurs contribue à maintenir la qualité et la saveur du produit, minimisant ainsi le risque de retards coûteux dans la dépuration avant la récolte.
Ecumeur protéique de @CMAQUA
Dosage et considérations opérationnelles
La dose d'ozone appropriée dans les systèmes RAS dépend en grande partie de la charge alimentaire. Les directives courantes de l'industrie suggèrent :
- 10 à 20 g d'O₃ par kg d'aliment (certains systèmes peuvent aller jusqu'à 25 g/kg).
The feed-to-ozone ratio is commonly used as a reference for sizing both the ozone generator and the protein skimmer in RAS systems. However, the most efficient way to control ozone dosing in operation is by monitoring the ORP (Oxidation-Reduction Potential). A target of around 700-750 mV at the outlet of the protein skimmer is generally a good indicator that organic matter and pathogens are being effectively oxidized without excessive residuals downstream.
Le ratio alimentation/ozone est couramment utilisé comme référence pour dimensionner à la fois le générateur d'ozone et l'écumeur de protéines dans les systèmes RAS. Cependant, le moyen le plus efficace de contrôler le dosage d'ozone en fonctionnement consiste à surveiller le potentiel d'oxydoréduction (ORP). Une valeur cible d'environ 700 à 750 mV à la sortie de l'écumeur de protéines est généralement un bon indicateur que les matières organiques et les agents pathogènes sont efficacement oxydés sans résidus excessifs en aval.
Les écumeurs opérant généralement en parallèle de la recirculation d’eau principale, cela permet de conserver un ORP autour de 200-300mV afin de ne peut poser de risque pour les animaux.
Lecteur de mesure Redox
Le dosage opérationnel doit également tenir compte des éléments suivants :
- Débit d'eau à travers l'unité de traitement.
- Temps de rétention dans la chambre de contact ou l'écumeur.
- Surveillance continue du potentiel redox (ORP) pour éviter tout surdosage, en particulier dans l'eau de mer.
- Niveau de filtration mécanique ; une meilleure élimination des particules réduit la demande en ozone.
Pour le traitement à l'ozone de l'eau neuve, la dose d'ozone requise dépendra principalement de la charge organique initiale. Une règle empirique pratique consiste à viser 1 g d'O₃ par m³ d'eau. Au-delà de ce niveau, il devient difficile de dissoudre efficacement davantage d'ozone dans l'eau dans des conditions normales.
Une méthode d'estimation simple peut être utilisée pour évaluer approximativement les besoins en ozone à partir des tests au chlore :
- Ajoutez une source de chlore (par exemple, de l'hypochlorite de calcium) à un volume défini de l'eau cible tout en mesurant le potentiel redox (ORP).
- Notez la quantité de chlore libre nécessaire pour atteindre 700 à 750 mV.
- Convertir cette quantité de chlore requise en dose d'ozone équivalente, sachant que l'ozone (O₃) et le « chlore actif » (sous forme de Cl₂) consomment tous deux 2 électrons par mole :
- Poids équivalent (MW / n) :
- O₃: 48 / 2 = 24 g par équivalent
- Cl₂: 70.9 / 2 = 35.45 g par équivalent
- Par conséquent, 1 kg de chlore actif (équivalent Cl₂) ≈ 0,68 kg d'O₃ pour une capacité d'oxydation égale.
- tenu d'un rendement de dissolution de l'ozone d'environ 85 %, cela représente environ 0,80 kg d'ozone pour obtenir le même effet qu'1 kg de chlore libre.
Dans tous les cas, il est recommandé d'éliminer autant que possible les matières solides en suspension avant la désinfection à l'ozone. Cela augmente l'efficacité de l'oxydation par l'ozone et réduit la demande globale en oxydant.
Avantages et limites
Avantages
- Désinfection à large spectre (bactéries, virus, parasites).
- Oxydant plus puissant que le chlore.
- Produit sur place (sans frais et logistique de livraison).
- Réduit la charge organique et améliore la clarté de l'eau.
- Augmente les niveaux d'oxygène dissous après décomposition.
- Favorise une meilleure conversion alimentaire, des taux de croissance plus élevés et une meilleure qualité des produits.
Limites
- Un surdosage dans l'eau de mer peut produire des composés bromés toxiques.
- Coûts d'équipement et exigences en matière de contrôle opérationnel.
- Nécessite des opérateurs qualifiés et un dosage automatique bien synchronisé pour gérer le dosage d'ozone en fonction du potentiel redox (ORP).
Conclusion
L’ozone est un outil éprouvé et polyvalent pour améliorer la qualité de l’eau et la biosécurité en aquaculture. Grâce à sa capacité à désinfecter, à contrôler les matières organiques et à optimiser le fonctionnement des systèmes, il est adapté aussi bien aux RAS qu’à la désinfection de l’eau neuve dans les circuits ouverts.
Bien qu'un dosage et une surveillance minutieux soient essentiels pour éviter les risques, la tendance à la production d'ozone sur site à partir d'oxygène offre des avantages logistiques, économiques et environnementaux par rapport aux désinfectants chimiques comme le chlore. À mesure que l'industrie continue d'optimiser la conception des systèmes, la combinaison de l'ozone et de la filtration mécanique devrait se généraliser encore davantage dans les années à venir.
