10.2 Implementação do tratamento de águas residuais em aquapônica

Na aquaponia, as águas residuais carregadas com sólidos (isto é, as lamas) são uma fonte valiosa de nutrientes, e precisam ser realizados tratamentos adequados. Os objetivos de tratamento diferem do tratamento convencional de águas residuais, pois na aquapônica os sólidos e a conservação da água são de interesse. Além disso, independentemente do tratamento das águas residuais aplicado, o seu objectivo deve ser reduzir os sólidos e, ao mesmo tempo, mineralizar os seus nutrientes. Em outras palavras, o objetivo é obter um efluente livre de sólidos, mas rico em nutrientes solubilizados (ou seja, aniões e cátions) que possa ser reinserido no circuito de água em uma configuração acoplada (Fig. 10.1a) ou diretamente nos leitos hidropônicos em uma configuração dissociada (Fig. 10.1b). Os sólidos de lodo de peixe são compostos principalmente de matéria orgânica degradável, de modo que a redução sólida pode ser chamada de redução orgânica. Com efeito, as moléculas orgânicas complexas (por exemplo, proteínas, lípidos, hidratos de carbono, etc.) são constituídas principalmente por carbono e serão sucessivamente reduzidas a compostos de menor peso molecular até às formas gasosas finais de COSub2/Sub e CHSub4/sub (no caso da fermentação anaeróbia). Durante este processo de degradação, os macronutrientes (i.e. N, P, K, Ca, Mg e S) e micronutrientes (i.e. Fe, Mn, Zn, Cu, B e Mo) que estavam ligados às moléculas orgânicas são liberados na água em suas formas iônicas. Esse fenômeno é chamado de lixiviação de nutrientes ou mineralização de nutrientes. Pode-se supor que, quando se alcança uma elevada redução orgânica, também seria alcançada uma elevada mineralização de nutrientes. Por um lado, as lamas contêm uma proporção de minerais não dissolvidos e, por outro lado, alguns macro e micronutrientes são liberados durante o processo de mineralização. Estes podem rapidamente precipitar juntos e formar minerais insolúveis. O estado entre íons e minerais precipitados da maioria dos macro e micronutrientes é dependente do pH. Os minerais mais conhecidos que precipitam em biorreatores são fosfato de cálcio, sulfato de cálcio, carbonato de cálcio, pirita e estruvita (Peng et al. 2018; Zhang et al. 2016). Conroy e Couturier (2010) observaram que Ca e P foram liberados em reator anaeróbio quando o pH caiu abaixo de 6. Eles mostraram que a liberação correspondia exatamente à mineralização do fosfato de cálcio. Goddek et al. (2018) também observaram a solubilização de P, Ca e outros macronutrientes em reator cobertor de lodo anaeróbio ascendente (UASB) que se tornou ácido. Jung e Lovitt (2011) relataram uma mobilização de 90% de nutrientes de lodo derivado da aquicultura com um valor de pH muito baixo de 4. Nesta condição, todos os macro e micronutrientes foram solubilizados. Existe, portanto, um antagonismo entre a redução orgânica e a mineralização de nutrientes. De fato, a redução orgânica é máxima quando os microrganismos estão ativos para degradar os compostos orgânicos, e isso acontece com pH em uma faixa de 6—8. Como a lixiviação de nutrientes ocorre a pH abaixo de 6, para uma redução orgânica ideal e mineralização de nutrientes, o mais eficaz seria dividir o processo em duas etapas, ou seja, uma etapa de redução orgânica em pH próximo do neutro e uma etapa de lixiviação de nutrientes em condições ácidas. Tanto quanto sabemos, nenhuma operação usando esta abordagem em dois passos foi relatada ainda. Isso abre um novo campo no tratamento de águas residuais e mais pesquisas para implementação em aquaponia são necessárias.

Fig. 10.1 Implementação esquemática do tratamento de lamas em um sistema aquapónico de uma alça ** (a) ** e em sistema aquapónico dissociado** (b) **

A escolha dos alimentos para animais também é importante neste contexto. Nos alimentos à base de animais em que uma fração de ingredientes principais ainda é baseada em fontes animais (por exemplo, farinha de peixe, farinha de ossos), o fosfato ligado, por exemplo, como apatita (derivado da farinha de ossos), está facilmente disponível em condições ácidas, enquanto os alimentos à base de plantas contêm fitato como fonte principal de fosfato. O fitato em contraste com, por exemplo, a apatita requer conversão enzimática (fitase) (Kumar et al. 2012), pelo que o fosfato não está tão facilmente disponível.