Procédé pour entretenir la vie d'organismes marins
et installation pour sa mise en ceuvre
La présente invention a pour objets un procédé pour entretenir la vie d'organismes marins et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Les aquariums, pour entretenir et exposer des formes variées de vie marine, conservent avec succès ces animaux mais on s'est heurté à certains problèmes, particulièrement dans la conservation des formes les plus délicates de la vie marine, comme les invertébrés. Pour qu'un système de culture réussisse, un des facteurs les plus importants est la difficulté de remplacer l'eau de mer quand elle n'est plus capable d'entretenir la vie des animaux marins délicat.
Ce qu'on sait à ce sujet montre que l'appauvrissement de la réserve alcaline dans un système d'aquarium marin est le facteur le plus important limitant l'entretien des poissons et des invertébrés et que l'ammoniaque est extrêmement toxique pour ces formes de vie marine, les valeurs de seuil pour la toxicité aiguë par l'ammonia- que allant de quelques parties par million à moins d'une partie par million. En outre il existe de nombreuses indications que le poisson souffre d'atteintes comme l'inhibition du développement et une asphyxie partielle en peu de temps à des concentrations très inférieures aux concentrations létales.
Le problème du réglage de l'ammoniaque est très délicat parce que l'ammoniaque se produit de manière continue dans le système grâce aux excrétions des animaux d'aquarium et la dégradation des substances organiques dans le milieu de culture en cours d'utilisation.
Antérieurement on pensait que les aquariums marins reproduisaient le rôle de la mer elle-même mais il existe des distinctions importantes entre les aquariums marins et la mer, telles que les suivantes.
1. La réserve alcaline et le pH du milieu de culture diminuent l'un et l'autre ;
2. II se forme en abondance des composes azotés à partir de l'ammoniaque qui doit être oxydée sous la forme nitrate ;
3. Il y a accumulation de nitrate mais avec tendance à une valeur d'équilibre par suite de la dénitrification ;
4. Il y a une énorme augmentation du nombre de bactéries mais une grande diminution des espèces ;
5. La teneur totale en matière organique de l'eau augmente :
6. La teneur en magnésium diminue cependant que les teneurs en potassium, en calcium, en phosphate et en sulfate augmentent.
En raison de ces distinctions importantes, on ne cherche pas à reproduire nécessairement de manière exacte le rôle de la mer mais on tente plutôt d'assurer le meilleur milieu possible pour la survivance de la vie marine.
Pour parvenir à ce but un des problèmes principaux auxquels on se heurte est l'appauvrissement de la réserve alcaline du milieu de culture par l'action acidifiante de a respiration de la vie marine introduite dans le système et la minéralisation des matières organiques non vivantes qui sont des processus oxydants ou formant des acides.
Ainsi le but de l'invention est de fournir un procédé selon lequel la réserve alcaline et la teneur en azote peuvent être réglées de manière efficace.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on fait circuler un milieu de culture dans un réservoir comprenant un organe de filtration biochimique formé d'une matière calcaire en particules de manière que le milieu réagisse chimiquement avec cette matière en rétablissant ainsi sa réserve alcaline à une vitesse suffisante pour maintenir son pH à un minimum de 8,0 et on aère ce milieu au point d'introduction dans le réservoir.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, des mises en oeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. I est une représentation en perspective d'une installation pour une première mise en oeuvre.
La fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de lsl fig. 1.
La fig. 3 est une vue partiellement arrachée d'un détail représenté à la fig. 2.
Les fig. 4 et 5 sont des vues en perspective illustrant une seconde mise en oeuvre.
Se reportant aux fig. 1 à 3, l'installation 1 comprend une enceinte 2 sur laquelle est disposé un réservoir 3 dans lequel on entretient la vie des organismes marins.
Pour faciliter le mouvement elle est montée sur des roues 4. Une porte 5 permet l'accès à l'intérieur de l'en- ceinte dans laquelle se trouve un dispositif de réfrigé- ration 6.
Le réservoir comprend un milieu de culture 7 et un bloc de filtration mécanique 8, par exemple de mousse de polyuréthane, à travers lequel le milieu de culture circule de manière à enlever les particules de matière organique dont la teneur en azote pourrait contribuer à former de l'ammoniaque. Le milieu de culture passe du réservoir 3 par une série d'ouvertures 9 ménagées au fond dans une chambre 10 qui se trouve à une extrémité de 1'enceinte. L'intérieur de la chambre est de préférence enduit d'une matière plastique ou d'une peinture pour en assurer l'étanchéité à l'eau, exempte de toxicité pour la vie des organismes marins ; des serpentins de refroidissement I1 et un filtre biochimique 12 sont disposés dans la chambre.
Le milieu passe dans les serpentins qui sont de préférence en matière plastique pour éviter le déve- loppement de conditions toxiques dans le milieu, ce qui permet de régler la température dans le filtre biochimique duquel il est soutiré par le tuyau 13, lequel est disposé sous 1'enceinte pour faciliter un enlèvement plus efficace du filtre, le milieu passant dans des pompes 14 et circulant dans un tuyau 15 pour revenir dans le réser- voir. Un chauffage électrique peut être associé au filtre pour augmenter la température du milieu si nécessaire bien que généralement, pour la plupart des animaux, ce soit un refroidissement plutôt qu'un chauffage qui soit nécessaire.
Le filtre biochimique 12 comprend une matière calcaire en particules supportées au voisinage du fond de la chambre par une plaque ondulée perforée 16 disposée sur plusieurs barreaux en croix 17, Les perforations de la plaque 16 sont ménagées sur la surface inférieure des ondulations et sont transversales à celles-ci pour éviter un espace mort dans le filtre et permettre un égouttage complet à travers la plaque. Le filtre et les serpentins de refroidissement sont également associés à un thermostat 18 pour faciliter le réglage de la température.
Après avoir retiré le milieu par le filtre biochimique on le renvoie dans le réservoir par un distributeur glissant 19 présentant un certain nombre d'ouvertures 20 pour asperger et aérer le milieu de culture quand on le réintroduit pour faciliter l'enlèvement de l'anhydride carbonique par échange de gaz avec le milieu. Le distributeur est coulissant verticalement de manière que le débit du milieu et l'aération puissent être réglés en le montant ou descendant. On pourrait utiliser d'autres moyens d'aé- ration comme un tuyau en forme de T avec plusieurs ouvertures, un pulvérisateur, un courant de bulles, une pierre poreuse, etc.
Les fig. 4 et 5 illustrent une autre mise en oeuvre du procédé. Une enceinte 25 contient un réservoir 26 dans lequel on entretint la vie d'organismes marins. Le réservoir est séparé par une cloison 27 d'un compartiment dans lequel est disposé l'appareil de réfrigération 28. Le filtre biochimique 29 est contigu au fond du réservoir 26 et maintenu dans cette position par une plaque ondulée perforée 30 supportée par les serpentins de refroidissement 31. Ainsi le milieu de culture circule en descente à travers le filtre biochimique et la plaque perforée et au-delà des serpentins de refroidissement puis est enlevé du réservoir par le tuyau 32. La pompe 33 assure ensuite le retour dans le réservoir par le tuyau 34.
On utilise un thermostat 35 pour faciliter le réglage de la température ainsi qu'un dispositif d'aération du milieu au point d'introduction dans le réservoir.
Le filtre biochimique utilisé comprend une matière calcaire en particules telle que du corail concassé, des coquilles d'huîtres pilées ou des fragments de calcaires naturels comme le marbre, la pierre calcaire, la dolomite, le calcaire dolomitique, etc. On a obtenu des résultats spécialement bons dans l'entretien des diverses formes de vie marine quand la matière calcaire est riche en magnésium comme un corail concassé ou les autres matières énumérées ci-dessus qui contiennent assez de ma gnésium pour augmenter la solubilité dans l'eau de la matière calcaire au pH et à la température envisagés. En général, cette teneur en magnésium, par exemple en carbonate de magnésium, doit être d'environ au moins 4'0/ () en poids bien qu'elle puisse varier selon la matière en cause.
La dimension des particules de la matière calcaire peut varier selon le débit du milieu de culture dans le filtre et la surface spécifique efficace totale du filtre né- cessaire pour régler la réserve alcaline du milieu mais il est préférable que la dimension des particules soit au minimum d'environ 2 mm et normalement entre 2 et 5 mm. On donne la préférence à titre de matière calcaire au corail concassé parce qu'il est de nature extrê- mement poreuse et fournit ainsi une surface spécifique pour les réactions biologiques et chimiques désirées très supérieure à ce que la dimension des particules de la matière pouvait faire supposer.
Au cours du fonctionnement normal de l'aquarium, la matière calcaire est le siège d'une réaction chimique avec le milieu qui produit des ions bicarbonate et sert ainsi de tampon en même temps que l'alcalinité du milieu augmente. C'est de cette manière que la ma tière calcaire agit en tant que filtre chimique et régit la réserve alcaline du milieu de culture.
En raison de sa porosité et de sa surface spécifique la matière calcaire fonctionne également comme filtre biologique dans le système en fournissant des points d'attache aux bactéries qui se développent en nitrifiant l'azote qui apparaît dans le milieu de culture sous forme d'ammoniaque en nitrate, forme relativement inoffensive à la vie des organismes marins. Pour entretenir cette vie avec succès il est essentiel que l'azote qui apparaît initialement sous forme d'ammoniaque soit oxydé en nitrite, puis en nitrate par les bactéries en un temps relativement court ; ainsi doit-on fournir aux bactéries une grande surface spécifique efficace pour qu'elles s'y développent et que cette surface soit au contact de la totalité de l'eau du milieu de culture.
Pour entretenir de manière satisfaisante les formes les plus délicates de la vie marine il est souhaitable d'avoir une teneur en azote du milieu de culture sous forme de nitrate inférieure à 50 parts par million.
Un autre facteur d'environnement qui influe sur le cycle de 1'azote est le pH du milieu de culture. Par exemple un pH faible inhibe l'oxydation de l'ammonia- que qui a une importance extrême pour obtenir des ré sultats satisfaisants. On a trouvé qu'on obtenait des résul- tats satisfaisants quand on maintenait le pH à un minimum d'environ 8,0, et mieux de 8,2 environ. De même la température du milieu de culture est importante. Dans la pratique la température doit être maintenue entre environ 1, 5fl et 26,5 C. Cette température supérieure est sensiblement la température ambiante dans la plupart des installations de sorte que le réglage de la température est usuellement affaire de refroidissement.
Dans le procédé décrit le milieu de culture circule dans le système de manière à permettre la mise en contact du milieu avec la matière filtrante calcaire pendant un temps suffisant pour régler l'alcalinité du milieu et favoriser le développement des bactéries nitrifiantes. Ce débit varie selon la dimension et la surface spécifique du filtre biochimique mais en général la circulation du milieu traversant le filtre se fait au minimum quatre fois par heure. De même, pour obtenir les résultats les meilleurs, le débit du milieu dans la matière filtrante calcaire doit être d'environ 0,8 I/dm2/mn.
Le rapport du volume de milieu filtrant au poids des animaux entretenus doit être de préférence d'au moins 62 litres par kilogramme de poids vif et le rapport du volume du milieu de culture au poids d'animal vivant doit être d'environ 415 litres par kilogramme d'animal pour les animaux les plus délicats, un plus grand poids d'animaux étant tolérable pour les animaux moins délicats.
Le filtre biochimique utilisé peut éventuellement comprendre certaines autres matières comme le charbon de bois utilisable comme adsorbant dans le filtre.
Si on entretient une grande quantité d'organismes marins, on utilise le filtre illustré dans le dispositif des fig. I à 3, qui enlève du milieu de culture les fragments de matière organique qui contribueraient par leur teneur en azote à la formation d'ammoniaque. Le filtre est un simple bloc de mousse mais on peut utiliser à cette fin d'autres moyens similaires. De même on peut utiliser périodiquement pour enlever ces particules organiques et clarifier l'eau un filtre à terre de diatomées.
Dans le cas de problèmes spéciaux de culture on peut apporter d'autres modifications au système comme des plateaux latéraux suspendus dans le réservoir pour former de nombreux petits compartiments de manière à isoler des organismes cultivés. On peut également disposer un substratum de boue, d'argile, de sable, de gravier, etc., sur un fin tissu de nylon placé sur une plaque support perforée disposée dans le corps principal du réservoir en vue de la culture des organismes vivants en profondeur.
Process for sustaining the life of marine organisms
and installation for its implementation
The present invention relates to a method for maintaining the life of marine organisms and to an installation for implementing this method.
Aquariums, to maintain and display various forms of marine life, successfully conserve these animals, but certain problems have been encountered, particularly in the conservation of the more delicate forms of marine life, such as invertebrates. One of the most important factors for a cultivation system to be successful is the difficulty of replacing seawater when it is no longer capable of supporting the life of delicate marine animals.
What we know on this subject shows that the depletion of the alkaline reserve in a marine aquarium system is the most important factor limiting the maintenance of fish and invertebrates and that ammonia is extremely toxic to these forms. of marine life, threshold values for acute ammonia toxicity ranging from a few parts per million to less than one part per million. In addition there are many indications that fish suffer from such impairments as developmental inhibition and partial asphyxiation within a short time at concentrations much lower than lethal concentrations.
The problem of ammonia control is very delicate because ammonia is continuously occurring in the system through excretions of aquarium animals and degradation of organics in the culture medium during use.
Previously it was thought that marine aquariums reproduced the role of the sea itself, but there are important distinctions between marine aquariums and the sea, such as the following.
1. Both the alkaline reserve and the pH of the culture medium decrease;
2. Nitrogenous compounds are formed in abundance from ammonia which must be oxidized in the nitrate form;
3. There is an accumulation of nitrate but with a tendency to an equilibrium value as a result of denitrification;
4. There is a huge increase in the number of bacteria but a great decrease in species;
5. The total organic matter content of the water increases:
6. The magnesium content decreases however as the potassium, calcium, phosphate and sulphate contents increase.
Because of these important distinctions, we do not necessarily seek to accurately reproduce the role of the sea, but rather try to ensure the best possible environment for the survival of marine life.
To achieve this goal, one of the main problems that we encounter is the depletion of the alkaline reserve of the culture medium by the acidifying action of the respiration of marine life introduced into the system and the mineralization of non-living organic matter which are oxidizing or acid-forming processes.
Thus the object of the invention is to provide a method according to which the alkaline reserve and the nitrogen content can be effectively controlled.
The process according to the invention is characterized in that a culture medium is circulated in a reservoir comprising a biochemical filtration member formed of a limestone material in particles so that the medium reacts chemically with this material, thus restoring its alkaline reserve at a rate sufficient to maintain its pH at a minimum of 8.0 and this medium is aerated at the point of introduction into the reservoir.
The appended drawing illustrates, by way of example, implementations of the method according to the invention.
Fig. I is a perspective representation of an installation for a first implementation.
Fig. 2 is a sectional view along line 2-2 of lsl fig. 1.
Fig. 3 is a partially cut away view of a detail shown in FIG. 2.
Figs. 4 and 5 are perspective views illustrating a second implementation.
Referring to fig. 1 to 3, the installation 1 comprises an enclosure 2 on which is placed a tank 3 in which the life of marine organisms is maintained.
To facilitate movement, it is mounted on wheels 4. A door 5 allows access to the interior of the enclosure in which there is a refrigeration device 6.
The reservoir comprises a culture medium 7 and a mechanical filtration unit 8, for example of polyurethane foam, through which the culture medium circulates so as to remove the particles of organic matter whose nitrogen content could contribute to forming ammonia. The culture medium passes from the reservoir 3 through a series of openings 9 made at the bottom in a chamber 10 which is located at one end of the enclosure. The interior of the chamber is preferably coated with a plastic material or with a paint to ensure its watertightness, free of toxicity for the life of marine organisms; cooling coils I1 and a biochemical filter 12 are arranged in the chamber.
The medium passes through the coils which are preferably of plastic material in order to avoid the development of toxic conditions in the medium, which makes it possible to regulate the temperature in the biochemical filter from which it is withdrawn by the pipe 13, which is arranged under The enclosure to facilitate more efficient removal of the filter, the medium passing through pumps 14 and circulating through pipe 15 back to the reservoir. An electric heater can be associated with the filter to increase the temperature of the medium if necessary although generally, for most animals, it is cooling rather than heating that is necessary.
The biochemical filter 12 comprises a limestone material in particles supported near the bottom of the chamber by a perforated corrugated plate 16 arranged on several cross bars 17, The perforations of the plate 16 are formed on the lower surface of the corrugations and are transverse to these to avoid dead space in the filter and allow complete drainage through the plate. The filter and the cooling coils are also associated with a thermostat 18 to facilitate the regulation of the temperature.
After removing the medium through the biochemical filter it is returned to the reservoir by a sliding distributor 19 having a number of openings 20 to spray and aerate the culture medium when it is reintroduced to facilitate the removal of carbon dioxide by gas exchange with the medium. The distributor is vertically sliding so that the flow of the medium and the aeration can be regulated by raising or lowering it. Other means of ventilation could be used such as a T-shaped pipe with several openings, a sprayer, a stream of bubbles, a porous stone, etc.
Figs. 4 and 5 illustrate another implementation of the method. An enclosure 25 contains a reservoir 26 in which the life of marine organisms is maintained. The reservoir is separated by a partition 27 from a compartment in which the refrigeration apparatus 28 is placed. The biochemical filter 29 is contiguous with the bottom of the reservoir 26 and held in this position by a perforated corrugated plate 30 supported by the coils of cooling 31. Thus the culture medium circulates downward through the biochemical filter and the perforated plate and beyond the cooling coils then is removed from the reservoir through the pipe 32. The pump 33 then ensures the return to the reservoir through the pipe 34.
A thermostat 35 is used to facilitate the regulation of the temperature as well as a device for aeration of the medium at the point of introduction into the tank.
The biochemical filter used comprises a particulate limestone material such as crushed coral, crushed oyster shells or natural limestone fragments such as marble, limestone, dolomite, dolomitic limestone, etc. Especially good results have been obtained in the maintenance of various forms of marine life when the limestone material is rich in magnesium such as crushed coral or the other materials listed above which contain enough ma gnesium to increase the solubility in it. water of the calcareous material at the pH and temperature envisaged. In general, this content of magnesium, eg magnesium carbonate, should be about at least 40% by weight although it may vary depending on the material involved.
The size of the particles of the limestone may vary depending on the flow rate of the culture medium through the filter and the total effective specific surface area of the filter required to adjust the alkaline reserve of the medium, but it is preferable that the particle size is at a minimum. about 2 mm and normally between 2 and 5 mm. Crushed coral is preferred as a calcareous material because it is extremely porous in nature and thus provides a specific surface area for the desired biological and chemical reactions much greater than the particle size of the material could provide. suppose.
During the normal functioning of the aquarium, the calcareous matter is the seat of a chemical reaction with the medium which produces bicarbonate ions and thus acts as a buffer at the same time as the alkalinity of the medium increases. This is how the limestone acts as a chemical filter and regulates the alkaline reserve of the culture medium.
Due to its porosity and specific surface area the limestone also functions as a biological filter in the system by providing attachment points for bacteria which thrive by nitrifying the nitrogen which appears in the culture medium as ammonia. into nitrate, a relatively harmless form to the life of marine organisms. To sustain this life successfully it is essential that the nitrogen which initially appears as ammonia is oxidized to nitrite, then to nitrate by bacteria in a relatively short time; thus, bacteria must be provided with a large effective specific surface area for them to develop therein and for this surface to be in contact with all of the water in the culture medium.
In order to satisfactorily maintain the most delicate forms of marine life it is desirable to have a nitrogen content of the culture medium in nitrate form of less than 50 parts per million.
Another environmental factor which influences the nitrogen cycle is the pH of the culture medium. For example a low pH inhibits the oxidation of ammonia which is of extreme importance in obtaining satisfactory results. We have found that satisfactory results are obtained when the pH is maintained at a minimum of about 8.0, and better still about 8.2. Likewise, the temperature of the culture medium is important. In practice the temperature should be kept between about 1.5 fl and 26.5 C. This upper temperature is substantially the ambient temperature in most installations so that the temperature control is usually a matter of cooling.
In the method described, the culture medium circulates in the system so as to allow the medium to be brought into contact with the calcareous filter material for a time sufficient to adjust the alkalinity of the medium and promote the development of nitrifying bacteria. This flow rate varies according to the size and the specific surface of the biochemical filter, but in general the circulation of the medium passing through the filter takes place at least four times per hour. Likewise, to obtain the best results, the flow rate of the medium in the calcareous filter material should be about 0.8 l / dm2 / min.
The ratio of the volume of filter medium to the weight of the animals kept should preferably be at least 62 liters per kilogram of live weight and the ratio of the volume of culture medium to the weight of living animal should be approximately 415 liters per kilogram of live weight. kilogram of animal for the most delicate animals, a greater weight of animals being tolerable for less delicate animals.
The biochemical filter used may optionally include certain other materials such as charcoal which can be used as an adsorbent in the filter.
If a large quantity of marine organisms is maintained, the filter illustrated in the device of FIGS. I to 3, which removes from the culture medium the fragments of organic matter which, through their nitrogen content, contribute to the formation of ammonia. The filter is a simple block of foam, but other similar means can be used for this purpose. Likewise, a diatomaceous earth filter can be used periodically to remove these organic particles and clarify the water.
For special cultivation problems other modifications can be made to the system such as side trays suspended in the tank to form many small compartments so as to isolate cultured organisms. A substratum of mud, clay, sand, gravel, etc. can also be placed on a fine nylon fabric placed on a perforated support plate placed in the main body of the tank for the cultivation of living organisms. depth.