Componenti essenziali di un'unità acquaponica

Tutti i sistemi aquaponic condividono diversi componenti comuni ed essenziali. Questi includono: un acquario, un filtro meccanico, un biofiltro e contenitori idroponici. Tutti i sistemi utilizzano energia per far circolare l’acqua attraverso tubi e impianti idraulici durante l’aerazione dell’acqua. Come introdotto sopra, ci sono tre disegni principali delle aree di coltivazione delle piante tra cui: coltivare aiuole, coltivare tubi e coltivare canali. In questa sezione vengono illustrati i componenti obbligatori, inclusi gli acquari, i filtri meccanici, i biofiltri, gli impianti idraulici e le pompe. Le seguenti sezioni sono dedicate alle tecniche idroponiche separate e viene effettuato un confronto per determinare la combinazione più appropriata di tecniche per le diverse circostanze.

Serbatoio per pesci

Le vasche di pesce sono una componente fondamentale in ogni unità. Pertanto, le vasche ittiche possono rappresentare fino al 20% dell’intero costo di un’unità acquaponica. I pesci richiedono determinate condizioni per sopravvivere e prosperare, e quindi l’acquario dovrebbe essere scelto con saggezza. Ci sono diversi aspetti importanti da considerare, tra cui la forma, il materiale e il colore.

Forma serbatoio

Anche se qualsiasi forma di acquario funzionerà, sono raccomandati serbatoi rotondi con fondo piatto. La forma rotonda permette all’acqua di circolare uniformemente e trasporta i rifiuti solidi verso il centro del serbatoio con forza centripeta. I serbatoi quadrati con fondo piatto sono perfettamente accettabili, ma richiedono una rimozione più attiva dei rifiuti solidi. La forma del serbatoio influisce notevolmente sulla circolazione dell’acqua, ed è abbastanza rischioso avere un serbatoio con scarsa circolazione. Serbatoi di forma artistica con forme non geometriche con molte curve e curve possono creare punti morti nell’acqua senza circolazione. Queste zone possono raccogliere rifiuti e creare condizioni anossiche e pericolose per i pesci. Se si vuole utilizzare un serbatoio di forma strana, potrebbe essere necessario aggiungere pompe acqua o pompe d’aria per garantire una corretta circolazione e rimuovere i solidi. È importante scegliere una vasca adatta alle caratteristiche delle specie acquatiche allevate perché molte specie di pesci di fondo mostrano una crescita migliore e meno stress con un adeguato spazio orizzontale.

Materiale

Per la loro durata e la lunga durata sono raccomandati sia in plastica inerte forte che in fibra di vetro. Il metallo non è possibile a causa della ruggine. Plastica e fibra di vetro sono comode da installare (anche per l’impianto idraulico) e sono abbastanza leggere e manovrabili. Gli abbeveratoi per animali sono comunemente usati, in quanto tendono ad essere economici. Se si utilizzano contenitori di plastica, assicurarsi che siano resistenti ai raggi UV perché la luce solare diretta può distruggere la plastica. In generale, i serbatoi in polietilene a bassa densità (LDPE) sono preferibili a causa della loro elevata resistenza e caratteristiche alimentari. Infatti, il LDPE è il materiale più comunemente utilizzato per serbatoi di stoccaggio dell’acqua per usi civili. Un’altra opzione è uno stagno nel terreno. Gli stagni naturali sono molto difficili da gestire per l’acquaponica perché i processi biologici naturali, già presenti all’interno del substrato e fango sul fondo, possono essere difficili da manipolare e i nutrienti sono spesso già utilizzati dalle piante acquatiche. Gli stagni cementati o rivestiti in plastica sono molto più accettabili e possono essere un’opzione economica. Gli stagni nel terreno possono rendere difficili le operazioni idrauliche e il design dell’impianto idraulico deve essere attentamente considerato prima di intraprendere questa opzione. Uno dei acquari più semplici è un buco scavato nel terreno, rivestito con mattoni o blocchi di cemento, e quindi rivestito con un rivestimento impermeabile come la plastica polietilene. Altre opzioni includono contenitori usati, come vasche da bagno, barili o contenitori intermedi alla rinfusa (IBC). È molto importante assicurarsi che il contenitore non sia stato utilizzato in precedenza per immagazzinare materiale tossico. I contaminanti, come le sostanze chimiche a base di solvente, saranno penetrati nella plastica porosa stessa e saranno impossibili da rimuovere con il lavaggio. Quindi, scegli attentamente i contenitori usati e conosci il venditore, se possibile.

Colore

Si consiglia vivamente il bianco o altri colori chiari in quanto consentono una più facile visualizzazione del pesce al fine di controllare facilmente il comportamento e la quantità di rifiuti depositati sul fondo del serbatoio (figure 4.22- 4.24). I serbatoi bianchi rifletteranno anche la luce solare e manterranno l’acqua fresca. In alternativa, la parte esterna dei serbatoi di colore più scuro può essere verniciata di bianco. In zone molto calde o fredde, potrebbe essere necessario isolare ulteriormente i serbatoi termicamente.

Copertine e ombreggiatura

Tutti gli acquari dovrebbero essere coperti. I copriparalume impediscono la crescita delle alghe. Inoltre, le coperture impediscono ai pesci di saltare fuori (spesso si verifica con pesci appena aggiunti o se la qualità dell’acqua è sub-ottimale), impediscono l’ingresso di foglie e detriti e impediscono ai predatori come gatti e uccelli di attaccare i pesci. Spesso vengono utilizzate reti ombreggianti agricole che bloccano l'80-90% della luce solare. Il telo parasole può essere fissato a un semplice telaio in legno per fornire peso e rendere la copertura facile da rimuovere.

Failsafe e ridondanza

Non lasciare che l’acquario perda l’acqua; i pesci moriranno se l’acquario si scarichi accidentalmente. Sebbene alcuni incidenti siano inevitabili (ad esempio un albero che cade sul serbatoio), la maggior parte delle uccisioni di pesci catastrofici sono il risultato di un errore umano. Assicurarsi che non vi sia alcun modo per il serbatoio di scarico senza una scelta deliberata da parte dell’operatore. Se la pompa dell’acqua si trova nell’acquario, assicurarsi di sollevare la pompa dal fondo in modo che il serbatoio non possa mai essere pompato a secco. Utilizzare un tubo di appoggio all’interno del serbatoio per garantire un livello minimo d’acqua. Ciò è discusso ulteriormente nella sezione 4.2.6.

Filtrazione - meccanica e biologica

Filtrazione meccanica

Per i RASS, la filtrazione meccanica è probabilmente l’aspetto più importante** del progetto. La filtrazione meccanica è la separazione e la rimozione di rifiuti solidi e sospesi di pesci dalle vasche. È essenziale rimuovere questi rifiuti per la salute del sistema, perché i batteri anaerobici rilasciano gas nocivi se i rifiuti solidi vengono lasciati decomporsi all’interno delle vasche. Inoltre, i rifiuti possono ostruire i sistemi e disturbare il flusso d’acqua, causando condizioni anossiche alle radici delle piante. L’acquaponica su piccola scala ha tipicamente densità di stoccaggio inferiori rispetto ai metodi RAS intensivi per i quali questi filtri meccanici sono stati originariamente progettati, ma un certo livello di filtrazione meccanica è essenziale per serbatoi acquaponici sani, indipendentemente dal tipo di metodo idroponico utilizzato.

Esistono diversi tipi di filtri meccanici. Il metodo più semplice è uno schermo o un filtro situato tra l’acquario e il letto di coltivazione. Questo schermo cattura i rifiuti solidi e deve essere risciacquato spesso. Allo stesso modo, l’acqua che esce dall’acquario può passare attraverso un piccolo contenitore di materiale particolato, separato dal letto multimediale; questo contenitore è più facile da risciacquare periodicamente. Questi metodi sono validi per alcune unità acquaponiche su piccola scala, ma sono insufficienti nei sistemi più grandi con più pesci in cui la quantità di rifiuti solidi è rilevante. Esistono molti tipi di filtri meccanici, tra cui serbatoi di sedimentazione, chiarificatori a flusso radiale, filtri a sabbia o a cordone e filtri a deflettore; ognuno di essi può essere utilizzato in base alla quantità di rifiuti solidi che devono essere rimossi. Tuttavia, poiché questa pubblicazione si concentra su acquaponica su piccola scala, chiarificatori o separatori meccanici, sono i filtri più appropriati. I chiarificatori, in generale, possono rimuovere fino al 60% dei solidi rimovibili totali. Per ulteriori informazioni sui diversi metodi di filtrazione meccanica, si rimanda all’ulteriore sezione di lettura alla fine della presente pubblicazione.

Separatori meccanici (chiarificatori)

Un chiarificatore è un recipiente dedicato che utilizza le proprietà dell’acqua per separare le particelle. Generalmente, l’acqua che si muove più lentamente non è in grado di trasportare tante particelle quante l’acqua che scorre più velocemente. Pertanto, il chiarificatore è costruito in modo tale da accelerare e rallentare l’acqua in modo che le particelle si concentrino sul fondo e possano essere rimosse. In un chiarificatore a spirale, l’acqua dall’acquario entra vicino al centro inferiore del chiarificatore attraverso un tubo. Questo tubo è posizionato tangenzialmente al contenitore costringendo così l’acqua a girare con un movimento circolare all’interno del contenitore. La forza centripeta creata dal movimento circolare dell’acqua costringe i rifiuti solidi nell’acqua al centro e al fondo del contenitore, perché l’acqua al centro del vortice è più lenta di quella esterna. Una volta raccolti questi rifiuti sul fondo, è possibile aprire periodicamente un tubo attaccato al fondo del contenitore, permettendo ai rifiuti solidi di uscire dal contenitore.

L’acqua chiarificata esce dal chiarificatore in alto, attraverso un grande tubo di uscita scanalato coperto da un filtro a rete secondario, e scorre nel biofiltro o nei letti multimediali. Le figure 4.25-4.27 mostrano esempi di separatori meccanici semplici per unità di piccole e grandi dimensioni. I rifiuti solidi intrappolati e rimossi contengono sostanze nutritive e sono molto utili per gli impianti o per le piante da giardino in generale; la mineralizzazione dei rifiuti solidi è discussa nella sezione seguente. Una linea guida generale per le unità su piccola scala è quella di dimensionare il contenitore separatore meccanico in modo da essere circa un sesto del volume dell’acquario, ma questo dipende dalla densità di stoccaggio e dal design esatto. L’appendice 8 contiene istruzioni dettagliate e dettagliate sulla costruzione di ciascuna parte di questi sistemi.

Un’adeguata filtrazione meccanica preliminare è particolarmente importante per le unità NFT e DWC utilizzate per intrappolare e rimuovere i rifiuti solidi. Senza questo processo preliminare, rifiuti solidi e sospesi si accumuleranno nei tubi di coltivazione e nei canali e intaseranno le superfici delle radici. L’accumulo di rifiuti solidi causa blocchi nelle pompe e nei componenti idraulici. Infine, i rifiuti non filtrati creeranno anche pericolosi punti anaerobici nel sistema. Questi punti anaerobici possono ospitare batteri che producono idrogeno solforato, un gas molto tossico e letale per i pesci, prodotto dalla fermentazione di rifiuti solidi, che spesso possono essere rilevati come odore di uova marce.

Biofiltrazione

La biofiltrazione è la conversione di ammoniaca e nitrito in nitrato da batteri viventi. La maggior parte dei rifiuti di pesce non è filtrabile utilizzando un filtro meccanico perché i rifiuti vengono disciolti direttamente nell’acqua e la dimensione di queste particelle è troppo piccola per essere rimossa meccanicamente. Pertanto, al fine di elaborare questo rifiuto microscopico, un sistema acquaponico utilizza batteri microscopici. La biofiltrazione è essenziale in acquaponica perché ammoniaca e nitriti sono tossici anche a basse concentrazioni, mentre le piante hanno bisogno dei nitrati per crescere. In un’unità acquaponica, il biofiltro è un componente deliberatamente installato per ospitare la maggior parte dei batteri viventi. Inoltre, il movimento dinamico dell’acqua all’interno di un biofiltro romperà i solidi molto fini non catturati dal chiarificatore, il che impedisce ulteriormente l’accumulo di rifiuti sulle radici delle piante in NFT e DWC. Tuttavia, alcune grandi strutture acquaponiche che seguono la progettazione del sistema sviluppato presso l’Università delle Isole Vergini non utilizzano un biofiltro separato in quanto si basano principalmente sulle superfici bagnate delle unità, sulle radici delle piante e sull’assorbimento diretto delle piante per elaborare l’ammoniaca. La biofiltrazione separata non è necessaria nella tecnica del letto multimediale perché i letti di coltivazione stessi sono biofiltri perfetti.

Il biofiltro è progettato per avere una grande superficie fornita con acqua ossigenata. Il biofiltro viene installato tra il filtro meccanico e i contenitori idroponici. Il volume minimo di questo contenitore di biofiltro dovrebbe essere di un sesto quello dell’acquario. La Figura 4.28 mostra un esempio di biofiltro per unità su piccola scala.

Un mezzo biofiltro comunemente usato è Bioballs® un prodotto proprietario disponibile presso i negozi di acquacoltura, sebbene esistano marchi generici simili (Figura 4.29). Questi sono progettati per essere un materiale biofiltro ideale, perché sono piccoli oggetti in plastica appositamente sagomati che hanno una superficie molto ampia per il loro volume (500-700 m2/m3). Possono essere utilizzati altri mezzi, tra cui ghiaia vulcanica, tappi di bottiglia in plastica, pouf doccia in nylon, reti, trucioli di polivinilcloruro (PVC) e tamponi in nylon. Qualsiasi biofiltro deve avere un alto rapporto tra superficie e volume, essere inerte ed essere facile da risciacquare. Le bioballs^® hanno quasi il doppio del rapporto superficie/volume della ghiaia vulcanica, ed entrambi hanno un rapporto più elevato rispetto ai tappi in plastica. Quando si utilizza materiale biofiltrante subottimale, è importante riempire il biofiltro il più possibile, ma anche così la superficie fornita dal mezzo potrebbe non essere sufficiente per garantire un’adeguata biofiltrazione. È sempre meglio sovradimensionare il biofiltro durante la costruzione iniziale, ma i biofiltri secondari possono essere aggiunti successivamente se necessario. I biofiltri occasionalmente necessitano di agitazione o agitazione per evitare intasamenti, e occasionalmente devono essere risciacquati se i rifiuti solidi li hanno intasati, creando zone anossiche. Cfr. capitolo 8 e appendice 4 per ulteriori informazioni sui requisiti relativi alle dimensioni della biofiltrazione per le unità su piccola scala.

Un altro componente richiesto per il biofiltro è l’aerazione. I batteri nitrificanti hanno bisogno di un adeguato accesso all’ossigeno per ossidare l’ammoniaca. Una soluzione semplice è quella di utilizzare una pompa ad aria, posizionando le pietre dell’aria sul fondo del contenitore. Questo assicura che i batteri abbiano concentrazioni DO costantemente elevate e stabili. Le pompe ad aria aiutano anche a abbattere qualsiasi rifiuto solido o sospeso non catturato dal separatore meccanico agitando e muovendo costantemente le Bioballs® galleggianti. Per intrappolare ulteriormente i solidi all’interno del biofiltro, è anche possibile inserire all’ingresso del biofiltro un piccolo secchio cilindrico di plastica pieno di rete di nylon (come Perlon®), spugne o un sacchetto di rete pieno di ghiaia vulcanica (Figura 4.30). I rifiuti sono intrappolati da questo filtro meccanico secondario, consentendo all’acqua rimanente di fluire verso il basso attraverso piccoli fori praticati sul fondo del secchio nel contenitore del biofiltro. I rifiuti intrappolati sono inoltre soggetti a mineralizzazione e degradazione batterica.

Mineralizzazione

La mineralizzazione, in termini di acquaponica, si riferisce al modo in cui i rifiuti solidi vengono trattati e metabolizzati dai batteri in nutrienti per le piante. I rifiuti solidi che sono intrappolati dal filtro meccanico contengono sostanze nutritive; anche se il trattamento di questi rifiuti è diverso dalla biofiltrazione e richiede una considerazione separata. Conservare i solidi all’interno del sistema generale aggiungerà più sostanze nutritive alle piante. Eventuali scarti che rimangono sui filtri meccanici, all’interno dei biofiltri o nei letti coltivati sono sottoposti ad una certa mineralizzazione. Lasciare i rifiuti in posizione più a lungo consente una maggiore mineralizzazione; più tempo di permanenza dei rifiuti nei filtri porterà a una maggiore mineralizzazione e più sostanze nutritive vengono trattenute nel sistema. Tuttavia, questi stessi rifiuti solidi, se non adeguatamente gestiti e mineralizzati, bloccheranno il flusso d’acqua, consumeranno ossigeno e porteranno a condizioni anossiche, che a loro volta portano alla produzione e alla denitrificazione di gas idrogeno solforato pericolosi. Alcuni sistemi di grandi dimensioni lasciano quindi deliberatamente i rifiuti solidi all’interno dei filtri, garantendo un adeguato flusso d’acqua e ossigenazione, in modo che venga rilasciato un massimo di nutrienti. Tuttavia, questo metodo non è pratico per i sistemi NFT e DWC su piccola scala.

Se si decide di mineralizzare deliberatamente questi solidi, ci sono semplici modi per facilitare la degradazione batterica in un contenitore separato, semplicemente immagazzinando questi rifiuti in questo contenitore separato con adeguata ossigenazione utilizzando pietre d’aria. Dopo un periodo di tempo indefinito, i rifiuti solidi saranno stati consumati, metabolizzati e trasformati da batteri eterotrofici. A questo punto, l’acqua può essere decantata e riaggiunta al sistema aquaponico, e il residuo, che è diminuito di volume, può essere aggiunto al terreno.

In alternativa, questi rifiuti solidi possono essere separati, rimossi e aggiunti a qualsiasi bidone agricolo, giardino o compostaggio come prezioso fertilizzante. Tuttavia, la perdita di questi nutrienti può causare carenze nelle piante che possono quindi richiedere l’integrazione di sostanze nutritive (cfr. capitolo 6).

Utilizzo di un letto multimediale per una combinazione di filtrazione meccanica e biologica

È anche possibile utilizzare un letto pieno di supporti per la meccanica e la biofiltrazione nelle unità NFT e DWC (figure 4.31 e 4.32). Questo può essere importante quando non è possibile ottenere i materiali necessari per un separatore a spirale e/o un biofiltro separato. Anche se più approfonditamente discusso nel capitolo 8, è sufficiente dire che per ogni 200 g di mangime per pesci al giorno il biofiltro deve essere di 300 litri di volume. Questa piccola ghiaia fornirebbe un’adeguata biofiltrazione per circa 20 kg di pesce. Anche se questo fondo filtrante fornirebbe un’adeguata biofiltrazione per un’unità NFT o DWC, oltre a catturare e trattenere i rifiuti solidi, a volte si consiglia un ulteriore dispositivo di cattura dei solidi inserito nel letto al fine di evitare l’intasamento dei solidi dei pesci. Il letto avrà bisogno di risciacquo periodicamente per rimuovere i rifiuti solidi.

In sintesi, un certo livello di filtrazione è essenziale per tutti gli acquaponici, anche se la densità di stoccaggio dei pesci e la progettazione del sistema determinano la quantità di filtrazione necessaria. I filtri meccanici separano i rifiuti solidi per prevenire l’accumulo di sostanze tossiche e la biofiltrazione converte i rifiuti azotati disciolti in nitrato (figure 4.33 e 4.34). I letti di supporto fungono da filtri meccanici e da biofiltri quando si utilizza questa tecnica, ma a volte è necessaria una filtrazione meccanica aggiuntiva per densità di pesce più elevate (15 kg/m³). Senza i supporti multimediali, come nelle unità NFT e DWC, è necessaria una filtrazione autonoma. La mineralizzazione dei rifiuti solidi restituisce più nutrienti al sistema. La mineralizzazione avviene nei letti multimediali, ma all’interno dei sistemi NFT e DWC sono necessari apparecchi separati.

Componenti idroponici - letti multimediali, NFT, DWC

La componente idroponica è il termine per descrivere le sezioni di coltivazione delle piante nell’unità. Ci sono diversi disegni, tre dei quali sono discussi in dettaglio in questa pubblicazione, ma ognuno garantisce una sezione separata. Questi tre disegni sono: unità letto media, talvolta chiamate letti di particolato, dove le piante crescono all’interno di un substrato (figure 4.35 e 4.36); unità di tecnica a film nutriente (NFT), dove le piante crescono con le loro radici in tubi larghi alimentati con un filo di acqua di coltura (Figura 4.37 e 4.38); e coltura in acque profonde ( DWC), chiamate anche acquaponica zattera o sistemi a letto galleggiante, dove le piante sono sospese sopra un serbatoio d’acqua utilizzando una zattera galleggiante (Figura 4.39 e 4.40). Ogni metodo presenta vantaggi e svantaggi, tutti con stili di componenti diversi per soddisfare le esigenze di ogni metodo. Cfr. le sezioni 4.3-4.6 per i dettagli di ciascuna.

Movimento dell’acqua

Il movimento dell’acqua è fondamentale per mantenere tutti gli organismi vivi in acquaponica. L’acqua che scorre si sposta dalle vasche, attraverso il separatore meccanico e il biofiltro e, infine, alle piante nei loro letti, tubi o canali, eliminando i nutrienti disciolti. Se il movimento dell’acqua si arresta, l’effetto più immediato sarà una riduzione del DO e l’accumulo di rifiuti nell’acquario; senza il filtro meccanico e il biofiltro i pesci possono soffrire e morire entro poche ore. Senza il flusso d’acqua, l’acqua nei letti multimediali o nelle unità DWC ristagnerà e diventerà anossica e i sistemi NFT si asciugheranno.

Una linea guida comunemente citata per i sistemi acquaponici densamente riforniti consiste nel ciclo dell’acqua due volte all’ora. Ad esempio, se un’unità acquaponica ha un volume d’acqua totale di 1 000 litri, la portata dell’acqua dovrebbe essere di 2 000 litri/h, in modo che ogni ora l’acqua venga ciclicata due volte. Tuttavia, a basse densità di stoccaggio, questo tasso di fatturato non è necessario e l’acqua deve essere pedalata solo una volta all’ora. Esistono tre metodi comunemente usati per spostare l’acqua attraverso un sistema: pompe a girante sommerse, sollevatori aerei e potenza umana.

Pompa acqua sommersa girante

Più comunemente, una pompa ad acqua sommersa di tipo girante viene utilizzata come cuore di un’unità acquaponica e questo tipo di pompa è raccomandato (Figura 4.41).

Potrebbero essere utilizzate pompe esterne, ma richiedono ulteriori impianti idraulici e sono più adatte per progetti più grandi. Le pompe dell’acqua di alta qualità dovrebbero essere utilizzate preferibilmente al fine di garantire una lunga durata e un’efficienza energetica. Le pompe di alta qualità manterranno la loro capacità di pompaggio ed efficienza per almeno 1-2 anni, con una durata complessiva di 3-5 anni, mentre i prodotti inferiori perderanno la loro potenza di pompaggio in tempi più brevi, portando a flussi d’acqua significativamente ridotti. Per quanto riguarda la portata, le unità su piccola scala descritte in questa pubblicazione necessitano di una portata di 2 000 litri/h ad un’altezza di 1,5 metri; una pompa sommergibile di questa capacità consumerebbe 25-50 W/h. Un’approssimazione utile per calcolare l’efficienza energetica delle pompe sommergibili è che una pompa può muovere 40 litri di acqua all’ora per ogni watt all’ora consumata, anche se alcuni modelli sostengono il doppio di questa efficienza.

Quando si progetta l’impianto idraulico per la pompa, è importante rendersi conto che la potenza di pompaggio è ridotta in ogni raccordo del tubo; fino al 5% della portata totale può essere persa ad ogni collegamento del tubo quando l’acqua viene forzata. Pertanto, utilizzare il numero minimo di connessioni tra la pompa e le vasche di pesce. È anche importante notare che più piccolo è il diametro dei tubi, maggiore è la perdita di flusso d’acqua. Un tubo da 30 mm ha il doppio del flusso di un tubo da 20 mm anche se servito da pompe con la stessa capacità. Inoltre, un tubo più grande non richiede alcuna manutenzione per rimuovere l’accumulo di solidi che si accumulano all’interno. In termini pratici, ciò si traduce in significativi risparmi sull’elettricità e sui costi operativi. Quando si installa un’unità aquaponica, assicurarsi di posizionare la pompa sommergibile in un luogo accessibile perché è necessaria una pulizia periodica. Infatti, il filtro interno avrà bisogno di pulizia ogni 2-3 settimane. Le pompe ad acqua sommerse si rompono se vengono eseguite senza acqua; non far asciugare mai la pompa.

Sollevamento aereo

Gli ascensori aerei sono un’altra tecnica di sollevamento dell’acqua (Figura 4.42). Usano una pompa ad aria piuttosto una pompa dell’acqua. L’aria viene forzata sul fondo di un tubo all’interno dell’acquario, le bolle si formano e scoppiano, e durante la loro ascesa in superficie le bolle trasportano l’acqua con loro. Un vantaggio è che gli ascensori aerei possono essere più efficienti elettricamente, ma solo a piccole altezze della testa (30-40 cm). I sollevatori ad aria acquisiscono potenza nei serbatoi più profondi e sono i migliori a una profondità superiore a un metro. Un valore aggiunto è che gli ascensori aerei non intasano il modo in cui fanno le pompe sommergibili a girante. Inoltre, l’acqua viene ossigenata anche attraverso il movimento verticale azionato dalle bolle d’aria. Tuttavia, il volume di aria pompata dovrebbe essere sufficiente per spostare l’acqua lungo il tubo. Le pompe ad aria hanno generalmente una durata maggiore rispetto alle pompe ad acqua sommergibili. Il vantaggio principale deriva da un’economia di scala: una singola pompa d’aria può essere acquistata sia per l’aerazione che per la circolazione dell’acqua, il che riduce l’investimento di capitale in una seconda pompa.

Potere umano

Alcuni sistemi aquaponici sono stati progettati per utilizzare il potere umano per spostare l’acqua (Figura 4.43).

L’acqua può essere sollevata in secchi o utilizzando pulegge, biciclette modificate o altri mezzi. Un serbatoio di intestazione può essere riempito manualmente e lasciato drenare lentamente per tutto il corso della giornata. Questi metodi sono applicabili solo ai sistemi di piccole dimensioni e dovrebbero essere presi in considerazione solo quando l’elettricità non è disponibile o non è affidabile. Spesso questi sistemi avranno un basso DO e una miscelazione insufficiente di sostanze nutritive, anche se possono essere utilizzati con successo insieme ad alcune tecniche modificate discusse nel capitolo 9.

Aerazione

Le pompe d’aria iniettano aria nell’acqua attraverso i tubi dell’aria e le pietre dell’aria che si trovano all’interno dei serbatoi dell’acqua, aumentando così i livelli di DO nell’acqua (Figura 4.44).

L’ulteriore DO è un componente vitale delle unità NFT e DWC. Le pietre d’aria si trovano alla fine della linea d’aria e servono a diffondere l’aria in bolle più piccole (Figura 4.45). Le piccole bolle hanno più superficie e quindi rilasciano ossigeno nell’acqua meglio delle bolle grandi; questo rende il sistema di aerazione più efficiente e contribuisce a risparmiare sui costi. Si raccomanda di utilizzare pietre d’aria di qualità per ottenere le più piccole bolle d’aria. Biofouling si verificherà, e le pietre d’aria devono essere pulite regolarmente prima con una soluzione di cloro per uccidere i depositi batterici e poi, se necessario, con un acido molto delicato per rimuovere la mineralizzazione, o sostituite, quando il flusso di bolle è incoerente. Le pompe ad aria di qualità sono una componente insostituibile dei sistemi aquaponici e molti sistemi sono stati salvati dal collasso catastrofico a causa dell’abbondanza di DO. Se possibile, è preferibile utilizzare una pompa ad aria AC/DC combinata in caso di carenza di elettricità, poiché quando scollegate dall’alimentazione CA durante un’interruzione, le batterie CC caricate possono continuare a funzionare.

Sistemi di aerazione dimensionamento

Per le unità su piccola scala, con vasche per pesci da circa 1 000 litri, si raccomanda di collocare almeno due linee d’aria, dette anche iniettori, con pietre d’aria, e un iniettore nel contenitore del biofiltro. Per capire il volume di aria che entra nel sistema, vale la pena misurare la portata. Per fare questo, basta invertire un misuratore volumetrico (una bottiglia da 2 litri, un misurino, un bicchiere graduato) nell’acquario. Con l’aiuto di un assistente, iniziare un cronometro contemporaneamente all’inserimento della pietra ad aria gorgogliante nel dispositivo di misurazione. Arrestare il cronometro quando il contenitore è pieno d’aria. Quindi, determinare la portata in litri al minuto utilizzando un rapporto. L’obiettivo per i sistemi descritti qui è 4-8 litri/ min per tutti i calcoli ad aria combinati. E ‘sempre meglio avere extra DO piuttosto che non abbastanza.

Cercare di posizionare pietre d’aria in modo che non risospendano i solidi sedimentanti, impedendo così la loro rimozione attraverso lo scarico centrale.

Sifoni Venturi

Low-tech e semplici da costruire, i sifoni Venturi sono un’altra tecnica per aumentare i livelli DO in acquaponica. Questa tecnica è particolarmente preziosa nei canali DWC. In parole povere, i sifoni Venturi utilizzano un principio idrodinamico che tira l’aria dall’esterno (aspirazione) quando l’acqua pressurizzata scorre ad una velocità maggiore attraverso una sezione di tubo di diametro inferiore. Con un flusso d’acqua costante, se il diametro del tubo diminuisce la velocità dell’acqua deve aumentare, e questa velocità più veloce crea una pressione negativa. I sifoni Venturi sono brevi sezioni di tubo (diametro 20 mm, lunghezza 5 cm) inserite all’interno del tubo principale dell’acqua di diametro maggiore (25 mm). Poiché l’acqua nel tubo principale viene forzata attraverso la sezione più stretta, crea un effetto jet (Figura 4.46). Questo effetto getto aspira l’aria circostante nel flusso d’acqua attraverso un piccolo foro tagliato nel tubo di costrizione esterno. Se il sifone Venturi è sott’acqua, il piccolo foro può essere collegato a una lunghezza di tubo esposta all’atmosfera. I sifoni Venturi possono essere integrati in ogni tubo di afflusso nei canali DWC, il che aumenterà il contenuto DO del canale. Possono anche servire come ridondanza per l’aerazione del serbatoio del pesce se la pompa dell’aria si guasta. Vedere la sezione Ulteriori letture per ulteriori fonti di informazione.

Serbatoio pozzetto

Il serbatoio di raccolta dell’acqua è un serbatoio di raccolta dell’acqua nel punto più basso del sistema; l’acqua scorre sempre in discesa fino al pozzetto (Figura 4.47).

Questa è spesso la posizione della pompa sommergibile. Le vasche di poppa devono essere più piccole delle vasche per pesci e devono essere in grado di contenere tra un quarto e un terzo del volume dell’acquario. Per i letti multimediali di tipo riflusso e flusso, il pozzetto deve essere sufficientemente grande da contenere almeno l’intero volume d’acqua nei letti di coltivazione (vedere paragrafo 4.3). I serbatoi di coppa esterni sono utilizzati principalmente nelle unità letto media; tuttavia, per le unità DWC il canale idroponico effettivo può essere utilizzato anche come serbatoio di pozzo/casa pompa. Anche se utile, non è un componente essenziale del sistema, e molti progetti non utilizzano un serbatoio di pozzetto esterno. Unità molto piccole, con vasche per pesci fino a 200 litri, possono semplicemente pompare acqua dall’acquario ai letti coltivati, da dove l’acqua scorre verso il basso nel serbatoio del pescio.Tuttavia, per le unità più grandi è molto utile avere un pozzetto.

Un metodo comune di acquaponica, e quello consigliato qui, è quello di avere la pompa situata nel serbatoio della coppa. Un acronimo comunemente usato descrive i punti chiave di questo progetto, che è: altezza costante in acquario - pompa in vasca di raccolta (CHIFT- PIST). L’utilizzo di questo metodo significa che eventuali perdite d’acqua, comprese le componenti di evaporazione e perdite, si manifestano solo all’interno della vasca di raccolta e non influiscono sul volume dell’acquario. È quindi semplice misurare le normali perdite evaporative e calcolare la frequenza con cui l’acqua ha bisogno di rifornimento, e può essere determinata immediatamente in caso di perdita. Forse ancora più importante, eventuali perdite nel sistema idroponico non danneggeranno il pesce. La sezione 9.2 illustra la sicurezza dei livelli dell’acqua in modi diversi.

Materiali idraulici

Ogni sistema richiede una selezione di tubi in PVC, raccordi e raccordi in PVC, tubi e tubi in PVC (Figura 4.48). Questi forniscono i canali affinché l’acqua fluisca in ciascun componente. Sono necessarie anche valvole per paratie, Uniseal® (di seguito uniseal), sigillante siliconico e nastro in teflon. I componenti in PVC sono collegati tra loro in modo permanente utilizzando cemento PVC, anche se il sigillante siliconico può essere temporaneamente utilizzato se l’impianto idraulico non è permanente e i giunti non sono sotto alta pressione dell’acqua. Inoltre, sono necessari alcuni strumenti generali come martelli, trapani, seghe a mano, seghe elettriche, nastri di misurazione, pinze, pinze, cacciaviti, livelli, ecc Uno strumento speciale è una sega a tazza e/ o punta a vanga, che vengono utilizzati in un trapano elettrico per praticare fori fino a 8 cm, necessari per l’inserimento del tubi nelle vasche di pesce e filtri, nonché per fare fori nei letti in PVC o polistirolo crescere nei sistemi NFT e DWC. L’appendice 8 contiene un elenco dettagliato dei materiali necessari per ciascuna unità descritta nella presente pubblicazione.

Assicurarsi che i tubi e gli impianti idraulici utilizzati nel sistema non siano mai stati utilizzati in precedenza per contenere sostanze tossiche. È anche importante che l’impianto idraulico utilizzato sia di qualità alimentare per evitare possibili sanguisughe di sostanze chimiche nell’acqua del sistema. È anche importante utilizzare tubi neri e/o non trasparenti alla luce, che impediscano la crescita delle alghe.

Kit test acqua

Semplici test dell’acqua sono un requisito per ogni unità aquaponica. I kit di prova per acqua dolce codificati a colori sono prontamente disponibili, abbastanza economici e facili da usare, e quindi questi sono raccomandati. Questi possono essere acquistati nei negozi di acquari o online. Questi kit includono test per pH, ammoniaca, nitrito, nitrato, GH e KH (Figura 4.49).

Assicurarsi che i produttori siano affidabili e che la data di scadenza sia ancora valida. Altri metodi includono contatori digitali o strisce reattive. Se si utilizzano contatori digitali per pH o nitrato, assicurarsi di calibrare le unità in base alle indicazioni del produttore. È necessario un termometro per misurare la temperatura dell’acqua. Inoltre, se c’è il rischio di acqua salata nell’acqua sorgente, vale la pena un idrometro economico o un rifrattometro più accurato ma più costoso. Maggiori dettagli sull’uso dei kit per test colourimetrici sono riportati nella sezione 3.3.6.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *