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9.1 Introduzione
I sistemi Aquaponic offrono diversi vantaggi quando si tratta di produrre alimenti in modo innovativo e sostenibile. Oltre agli effetti sinergici dell’aumento della concentrazione aerea COSub2/sub per le colture in serra e della diminuzione del consumo totale di energia termica quando si coltivano pesci e colture nello stesso spazio (Körner et al. 2017), l’acquaponica presenta due vantaggi principali per il ciclismo dei nutrienti. In primo luogo, la combinazione di un sistema di acquacoltura a ricircolo con produzione idroponica evita lo scarico di effluenti di acquacoltura arricchiti in azoto e fosforo disciolti nelle acque sotterranee già inquinate (Buzby e Lin 2014; Guangzhi 2001; van Rijn 2013) e, in secondo luogo, consente la fecondazione di le colture prive di suolo con quella che può essere considerata una soluzione organica (Goddek et al.
· Aquaponics Food Production Systems8.7 Impatto ambientale
Sulla base dell’esempio 8.2, vi è evidenza che il trattamento dei fanghi nei digestori può avere un impatto benefico sul riutilizzo dei nutrienti, in particolare il fosforo. I sistemi a bioreattore, come un sistema sequenziale di reattori UASB a due stadi, possono aumentare l’efficienza di riciclo del fosforo fino al 300% ([cap. 10](/comunità/articoli/capitolo-10-trattamenti aerobici-e-anaerobici-for-acquaponico-fango-riduzione e mineralizzazione)). In precedenza, in cap. 2, abbiamo discusso il paradosso del fosforo in relazione sia alla scarsità di fosfato che ai problemi di eutrofizzazione.
· Aquaponics Food Production Systems8.6 Impatto economico
Le tecnologie che generano meno profitti, ma sono migliori per l’ambiente di solito vengono implementate solo quando gli operatori ricevono un incentivo sotto forma di sovvenzioni o politiche li costringono a farlo. Nel caso dei sistemi acquaponici a ciclo unico, l’appello risiede nella nuova tecnologia e nell’approccio del sistema all’uso sostenibile delle risorse piuttosto che nel suo potenziale economico. Tuttavia, le recenti pubblicazioni forniscono prove di un aumento della produzione: i verdi a foglia verde crescono meglio in ambienti disaccoppiati rispetto ai sistemi idroponici sterili (Delaide et al.
· Aquaponics Food Production Systems8.5 Monitoraggio e controllo
Nel controllo di feedback classico, come PI o PID (Proportional-Integral-Derivative), le variabili controllate (CV) vengono misurate direttamente, confrontate con un setpoint, e successivamente restituite al processo attraverso una legge sul controllo del feedback. In Fig. 8.10, i segnali, senza l’argomento del tempo, sono denotati da una lettera minuscola, dove y è la variabile controllata (CV) che viene confrontata con il segnale di riferimento (setpoint) r. L’errore di tracciamento ε (cioè r - y) viene inserito nel controller, sia in hardware che software, da cui l’ingresso di controllo u, nota anche come variabile manipolata (MV), viene generato.
· Aquaponics Food Production Systems8.4 Sistemi di dimensionamento multi-loop
Il dimensionamento di un sistema acquaponico richiede un bilanciamento dell’input e dell’output dei nutrienti. Qui, fondamentalmente applichiamo lo stesso principio del dimensionamento di un sistema a ciclo singolo. Tuttavia, questo approccio è un po ‘più complicato, ma sarà pienamente illustrato con l’aiuto di un esempio. Figura 8.5 Schema che mostra il bilancio di massa all’interno di un sistema acquaponico a quattro loop; dove msubfeed/sub sono i nutrienti disciolti aggiunti al sistema tramite feed.
· Aquaponics Food Production Systems8.3 Ciclo di distillazione/dissalazione
Nei sistemi acquaponici disaccoppiati, esiste un flusso unidirezionale dal RAS all’unità idroponica. In pratica, le piante assorbono l’acqua fornita dal RAS, che a sua volta è ricoperta da acqua fresca (cioè rubinetto o pioggia). Il deflusso necessario dall’unità RAS è pari alla differenza tra l’acqua che esce dal sistema HP attraverso gli impianti (e attraverso l’unità di distillazione) e l’acqua che entra nell’unità idroponica dal reattore di mineralizzazione, se il sistema include un reattore (Fig.
· Aquaponics Food Production Systems8.2 Ciclo di mineralizzazione
In RAS, i fanghi solidi e ricchi di nutrienti devono essere rimossi dal sistema per mantenere la qualità dell’acqua. Aggiungendo un ulteriore ciclo di riciclaggio dei fanghi, gli accumuli di rifiuti RAS possono essere convertiti in nutrienti disciolti per il riutilizzo da parte delle piante piuttosto che scartati (Emerenciano et al. 2017). All’interno dei bioreattori, i microrganismi possono abbattere questi fanghi in nutrienti biodisponibili, che possono essere successivamente consegnati alle piante (Delaide et al.
· Aquaponics Food Production Systems8.1 Introduzione
Come discusso in Chaps. 5 e 7, i sistemi di acquaponica a ciclo singolo sono ben studiati, ma tali sistemi hanno un’efficienza complessiva non ottimale (Goddek et al. 2016; Goddek e Keesman 2018). Poiché l’acquaponica raggiunge la produzione a livello industriale, si è posto l’accento sull’aumento della redditività economica di tali sistemi. Una delle migliori opportunità per ottimizzare la produzione in termini di resa del raccolto può essere ottenuta sganciando i componenti all’interno di un sistema acquaponico per garantire condizioni di crescita ottimali sia per i pesci che per le piante.
· Aquaponics Food Production Systems7.9 Alcuni vantaggi e svantaggi dell'acquaponica accoppiata
La seguente discussione rivela una serie di pro e sfide chiave dell’acquaponica accoppiata come segue: Pro: I sistemi acquaponici accoppiati hanno molti vantaggi nella produzione alimentare, in particolare risparmiando risorse sotto diverse scale di produzione e in un’ampia gamma di regioni geografiche. Lo scopo principale di questo principio di produzione è l’uso più efficiente e sostenibile di risorse scarse come mangimi, acqua, fosforo come nutriente vegetale limitato ed energia. Mentre l’acquacoltura e l’idroponica (come stand-alone), rispetto all’acquaponica sono più competitivi, l’acquaponica accoppiata può avere un vantaggio in termini di sostenibilità e quindi una giustificazione di questi sistemi, soprattutto se osservata nel contesto, ad esempio, dei cambiamenti climatici, delle risorse in diminuzione, degli scenari che potrebbero cambiare la nostra visione dell’agricoltura sostenibile in futuro.
· Aquaponics Food Production Systems7.8 Problemi di pianificazione e gestione del sistema
L’acquaponica accoppiata dipende dai nutrienti forniti dalle unità ittiche, sia da un RAS intensivo commerciale o da vasche immagazzinate in condizioni estese in operazioni più piccole. La densità di pesce in quest’ultimo è spesso di circa 15-20 kg/msup3/sup (tilapia, carpa), ma la vasta produzione di pesce gatto africano può essere superiore fino a 50 kg/msup3/sup. Tali diverse densità di stoccaggio hanno un’influenza significativa sui flussi di nutrienti e sulla disponibilità di nutrienti per le piante, sul requisito del controllo e dell’adeguamento della qualità dell’acqua, nonché sulle pratiche di gestione appropriate.
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