4. 5 Desinfecção da solução de nutrientes recirculantes

Para minimizar o risco de propagação de patógenos transmitidos pelo solo, é necessária a desinfecção da solução nutritiva circulante (Postma et al. 2008). O tratamento térmico (Runia et al. 1988) foi o primeiro método utilizado. Van Os (2009) fez uma visão geral dos métodos mais importantes e um resumo é dado abaixo. A recirculação da solução nutritiva abre possibilidades para economizar água e fertilizantes (Van Os 1999). A grande desvantagem da recirculação da solução nutritiva é o risco crescente de espalhar patógenos transmitidos por raízes por todo o sistema de produção. Para minimizar esses riscos, a solução deve ser tratada antes da reutilização. A utilização de pesticidas para tal tratamento é limitada, uma vez que não existem pesticidas eficazes para todos esses agentes patogénicos e, se disponível, pode surgir resistência e a legislação ambiental restringe a descarga de água com pesticidas (e nutrientes) no ambiente (Parlamento Europeu e Conselho Europeu 2000). Além disso, em sistemas AP, o uso de agrotóxicos exerce efeitos negativos na saúde dos peixes e não pode ser realizado, mesmo que partes hidropônicas e AP do sistema estejam em salas diferentes, pois a pulverização de produtos químicos pode entrar na solução nutritiva através de água de condensação ou por pulverização direta sobre o substrato lajes. Neste contexto, pode ser adotada uma abordagem de controlo biológico para gerir as doenças de pragas, que pode ser acessada através da Ficha de Informações sobre o Hub Aquaponics da UE (Hub da UE Aquaponics). Ao mesmo tempo, problemas semelhantes podem ser observados para o tratamento de peixes usando medicamentos veterinários que não são compatíveis com o ciclo da planta.

4.5.1 Descrição dos métodos de desinfecção

A desinfecção da solução nutritiva circulante deve ocorrer continuamente. Para uma estufa de 1000 msup2/sup em cultivo de substrato (lã de pedra, coir, perlita), é necessária uma capacidade de desinfecção de cerca de 1—3 msup3/sup por dia para desinfectar um excedente necessário estimado de 30% da água fornecida com gotejamento irrigação para plantas de tomate durante um período de 24 horas em condições de verão. Devido à taxa de retorno variável da água de drenagem, é necessário um tanque de captação suficientemente grande para a água de drenagem, no qual a água é armazenada antes de ser bombeada para a unidade de desinfecção. Após a desinfecção é necessário outro tanque para armazenar a água limpa antes de ajustar CE e pH e misturar-se com água nova para abastecer as plantas. Ambos os tanques têm um tamanho médio de 5 msup3/sup por 1000 msup2/sup. Em um sistema de filme nutriente (NFT), cerca de 10 msup3/sup por dia devem ser desinfectados diariamente. Considera-se geralmente que essa capacidade não é econômica para desinfectar (Ruijs 1994). O DFT requer tratamento semelhante. Esta é a principal razão pela qual as unidades de produção NFT e DFT normalmente não desinfectam a solução nutritiva. A desinfecção é realizada por métodos não químicos ou químicos da seguinte forma:

4.5.1.1 Métodos não químicos

Em geral, estes métodos não alteram a composição química da solução, e não há acumulação de resíduos:

1. Tratamento térmico. O aquecimento da água de drenagem a temperaturas altas o suficiente para erradicar bactérias e patógenos é o método mais confiável para a desinfecção. Cada tipo de organismo tem sua própria temperatura letal. As bactérias não formadoras de esporos têm temperaturas letais entre 40 e 60° C, fungos entre 40 e 85° C, nemátodos entre 45 e 55° C e vírus entre 80 e 95° C (Runia et al. 1988) em um tempo de exposição de 10 s. Geralmente, o ponto de ajuste de temperatura de 95° C é alto o suficiente para matar a maioria dos organismos que são Embora possa parecer muito intensivo em termos energéticos, deve-se notar que a energia é recuperada e reutilizada com permutadores de calor. A disponibilidade de uma fonte de energia barata é de maior importância para a aplicação prática.

2. Radiação UV. A radiação UV é radiação eletromagnética com um comprimento de onda entre 200 e 400 nm. Comprimentos de onda entre 200 e 280 nm (UV-C), com um ótimo em 254 nm, tem um forte efeito de morte em microrganismos, pois minimiza a multiplicação de cadeias de DNA. São necessários diferentes níveis de radiação para diferentes organismos, de modo a atingir o mesmo nível de eficácia. Runia (1995) recomenda uma dose que varia de 100 mJ cmsup-2/sup para eliminar bactérias e fungos a 250 mJ cmsup-2/sup para eliminar vírus. Estas doses relativamente elevadas são necessárias para compensar variações na turbidez da água e variações na penetração da energia na solução devido à baixa turbulência em torno da lâmpada UV ou variações na saída da lâmpada UV. Zoschke et al. (2014) revisaram que a irradiação UV a 185 e 254 nm oferece controle e desinfecção de contaminantes orgânicos da água. Além disso, Moriarty et al. (2018) relataram que a radiação UV inativou eficientemente coliformes em sistemas PA.

3. Filtração. A filtração pode ser usada para remover qualquer material não dissolvido da solução nutritiva. Vários tipos de filtros estão disponíveis em relação à gama de tamanhos de partículas. Filtros rápidos de areia são frequentemente usados para remover partículas grandes da água de drenagem antes de adicionar, medir e controlar CE, pH e aplicação de novos fertilizantes. Depois de passar a unidade de fertilizante, muitas vezes um filtro sintético fino (50—80 um) é construído no fluxo de água para remover sais de fertilizantes não dissolvidos ou precipitados para evitar o entupimento dos gotejadores de irrigação. Estes filtros sintéticos também são utilizados como pré-tratamento para métodos de desinfecção com tratamento térmico, tratamento de ozônio ou radiação UV. Com reduções no tamanho dos poros de filtração, o fluxo é inibido, de modo que a remoção de partículas muito pequenas requer uma combinação de filtros adequados e alta pressão seguida de limpeza frequente do (s) filtro (s). A remoção de agentes patogênicos requer tamanhos de poros relativamente pequenos (\ 10 μm; os chamados micro, ultra- ou nanofiltração).

4.5.1.2 Métodos químicos

1. _Ozono (O<sub3/sub) _. O ozônio é produzido a partir de ar seco e eletricidade usando um ozonegenerator (convertendo 3OSub2/sub → 2OSub3/sub). O ar enriquecido com ozono é injetado na água que está sendo higienizada e armazenada por um período de 1 h. Runia (1995) concluiu que um fornecimento de ozônio de 10 g por hora por msup3/sup água de drenagem com um tempo de exposição de 1 h é suficiente para eliminar todos os agentes patogênicos, incluindo vírus. A redução das populações microbianas na produção de vegetais em sistemas sem solo manejados com ozônio também foi observada por Nicoletto et al. (2017). A exposição humana ao ozono que sai do sistema ou dos reservatórios de armazenamento deve ser evitada, uma vez que mesmo um curto tempo de exposição de uma concentração de 0,1 mg de LSUP-1/Sup de ozono pode causar irritação das mucosas. Uma desvantagem do uso do ozônio é que ele reage com quelato de ferro, como o UV faz. Consequentemente, doses mais elevadas de ferro são necessárias e medidas precisam ser tomadas para lidar com depósitos de ferro no sistema. Pesquisas recentes (Van Os 2017) com instalações contemporâneas de ozônio parecem promissoras, onde a eliminação completa de patógenos e a quebra de pesticidas remanescentes é alcançada, sem problemas de segurança.

2. _Peróxido de hidrogénio (Hsub2/subosub2/sub) _ O peróxido de hidrogênio é um agente oxidante forte e instável que reage para formar HSub2/Subo e um radical O. Comercialmente, os chamados ativadores são adicionados à solução para estabilizar a solução original e aumentar a eficácia. Os ativadores são principalmente ácido fórmico ou ácido acético, que diminuem o pH na solução nutritiva. Recomenda- se doses diferentes (Runia 1995) contra Pythium spp. (0,005%), outros fungos (0,01%), como Fusarium e vírus (0,05%). A concentração de 0,05% também é prejudicial às raízes das plantas. O peróxido de hidrogênio é especialmente útil para a limpeza do sistema de rega, enquanto o uso para a desinfecção foi tomado por outros métodos. O método é considerado barato, mas não eficiente.

3. _Hipoclorito de sódio (NaOCl) _. O hipoclorito de sódio é um composto com nomes comerciais diferentes (por exemplo, alvejante doméstico) com concentrações diferentes, mas com a mesma estrutura química (NaOCl). É amplamente utilizado para tratamento de água, especialmente em piscinas. O produto é relativamente barato. Quando adicionado à água, o hipoclorito de sódio decompõe-se para HoCl e NaOH e dependendo do pH para OCLSUP/SUP; este último decompõe-se para Cl e Osup. /sup para oxidação forte. Ele reage diretamente com qualquer substância orgânica, e se houver hipoclorito suficiente, ele também reage com agentes patogênicos. Le Quillec et al. (2003) mostraram que a viabilidade do hipoclorito depende das condições climáticas e das reações de decomposição relacionadas. Altas temperaturas e contato com o ar causam decomposição rápida, na qual Naclosub3/sub é formado com propriedades fitotóxicas. Runia (1995) mostrou que o hipoclorito não é eficaz para eliminar vírus. A cloração com uma concentração de 1—5 mg de Cl LSUP-1/Sup e um tempo de exposição de 2 h atingiu uma redução de 90—99,9% de Fusarium oxysporum, mas alguns esporos sobreviveram em todas as concentrações. Devem ser tomadas medidas de segurança para um armazenamento e manuseamento seguros. O hipoclorito pode funcionar contra uma série de agentes patogénicos, mas não todos, mas, ao mesmo tempo, a concentração de Nasup+/SUP e Clsup-/Sup é aumentada em um sistema de crescimento fechado, o que também levará a níveis que diminuem a produtividade da cultura e, nesse momento, a solução nutritiva deve ser lixiviada. Apesar das desvantagens acima mencionadas, o produto é usado e recomendado por agentes comerciais como um método barato e útil.

4.5.2 Métodos químicos versus não-químicos

Os produtores preferem métodos de desinfecção com excelente desempenho em combinação com baixos custos. Um bom desempenho pode ser descrito eliminando patógenos com uma redução de 99,9% (ou uma redução de log 3) combinada com um processo claro, compreensível e controlável. Os baixos custos são preferencialmente combinados com baixos investimentos, baixos custos de manutenção e não há necessidade de o produtor atuar como especialista em laboratório. O tratamento térmico, a radiação UV e o tratamento com ozônio mostram um bom desempenho. No entanto, os investimentos no tratamento do ozono são muito elevados, resultando em custos anuais elevados. O tratamento térmico e a radiação UV também têm altos custos anuais, mas os investimentos são menores, enquanto o processo de eliminação é fácil de controlar. Os dois últimos métodos são mais populares entre os produtores, especialmente em viveiros maiores que 1 ou 2 ha. A filtragem lenta de areia é menos perfeita em desempenho, mas tem custos anuais consideravelmente mais baixos. Este método poderia ser recomendado para produtores com menos de 1 ha e para produtores com capital de investimento inferior, uma vez que os filtros de areia podem ser construídos pelo próprio produtor. O hipoclorito de sódio e o peróxido de hidrogênio também são métodos baratos, mas o desempenho é insuficiente para eliminar todos os agentes patogênicos. Além disso, é um biocida e não um pesticida, ou seja, por lei, pelo menos na UE, é legalmente proibido usá-lo para a eliminação de agentes patogénicos.

4.5.3 Biofouling e Pré-tratamento

Os métodos de desinfecção não são muito seletivos entre agentes patogênicos e outros materiais orgânicos na solução. Portanto, recomenda-se o pré-tratamento (filtros rápidos de areia, ou filtros mecânicos de 50 a 80 um) da solução antes da desinfecção no tratamento térmico, radiação UV e tratamento com ozônio. Se, após a desinfecção, os resíduos dos métodos químicos permanecerem na água, podem reagir com os biofilmes que foram formados nas tubulações dos sistemas de rega. Se o biofilme for liberado das paredes dos tubos, eles serão transportados para os gotejadores e causarão entupimento. Vários métodos oxidantes (hipoclorito de sódio, peróxido de hidrogênio com ativadores, dióxido de cloro) são usados principalmente para limpar linhas de tubulação e equipamentos, e estes criam um risco especial para obstruir gotejadores ao longo do tempo.