7.4 Unidade de Aquicultura

Os tanques de criação de peixes (tamanho, número e projeto) são selecionados em função da escala de produção e das espécies de peixes em uso. Rakocy et al. (2006) utilizaram quatro grandes tanques de pesca para a produção comercial de O. niloticus no sistema aquaponico UVI (EUA). Com a produção de espécies de peixes onívoros ou piscívoros, como C. gariepinus, vários tanques devem ser utilizados devido à triagem das classes de tamanho e à produção escalonada (Palm et al. 2016). Os tanques de peixes devem ser projetados de modo que os sólidos que se instalam no fundo dos tanques possam ser efetivamente removidos através de um efluente na parte inferior. Esta remoção de resíduos sólidos é a primeira etapa crucial de tratamento de água na aquapônica acoplada, como é o caso da aquicultura e da aquapônica dissociada. Os resíduos são provenientes de alimentos não consumidos, fezes de peixe, biomassa bacteriana e floculantes produzidos durante a produção aquícola, aumentando a CBO e reduzindo a qualidade da água e a disponibilidade de oxigênio em relação às unidades aquícolas e hidropônicas. Na aquicultura, os resíduos sólidos consistem em grande medida em carbono orgânico, que é usado por bactérias heterotróficas para produzir energia através do consumo de oxigênio. Quanto melhor for a remoção de resíduos sólidos, melhor será o desempenho geral do sistema para peixes e plantas, ou seja, com níveis ideais de oxigenação e sem acumulação de partículas na rizosfera que inibam a absorção de nutrientes, e com tanques redondos ou ovais que se revelem particularmente eficientes (Knaus et al. 2015).

A produção de peixe em aquapônica acoplada na FishGlasshouse, na Alemanha, foi testada em diferentes escalas, a fim de verificar a relação custo-eficácia. Isto foi feito de forma eficaz como extensa (máx. 50 kg, 35 peixes msup-3/sup) ou intensiva (máx. 200 kg, 140 peixes msup-3/sup) produção de bagres africanos. A produção semi-intensiva (máx. 100 kg, 70 peixes msup-3/sup) não pode ser recomendada devido a uma relação custo-benefício negativa. No modo de produção semi-intensiva, a manutenção do sistema, a mão-de-obra e os alimentos para animais estavam em produção intensiva, mas com redução da produção de peixe e biomassa vegetal, e quaisquer ganhos económicos na unidade de aquicultura não foram compensados (Palm et al. 2017). Isso resultou das altas demandas bioquímicas de oxigênio (CBO), alta desnitrificação devido à redução da disponibilidade de oxigênio, taxas de troca de água relativamente altas, mineralização predominantemente anaeróbica com precipitação distinta, baixos níveis P e K, bem como baixos valores de pH com muito menos produção de peixe em comparação com as condições intensivas. Em contraste, a extensa produção de peixe permitiu maior disponibilidade de oxigênio com menos taxas de troca de água e melhor disponibilidade de nutrientes para o crescimento das plantas. Assim, nas condições acima referidas, deve evitar-se uma unidade de produção de peixe RAS para a aquapônica acoplada ou funciona em condições de produção extensiva ou intensiva de peixe e em condições intermédias.

7.4.1 Filtragem

Clarificadores, às vezes também chamados de sedimentadores ou separadores de redemoinhos (ver também [Cap. 3](/comunitária/artigos/capítulos 3-recirculating-aquacultura-tecnologias)), são os dispositivos mais utilizados para a remoção de resíduos sólidos em aquapônicos acoplados (Rakocy et al. 2006; Nelson and Pade 2007; Danaher et al. 2013, 2013, Fig. 7.4). As partículas maiores devem ser removidas do sistema para evitar zonas anóxicas com efeitos desnitrificantes ou o desenvolvimento de Hsub2/subs. A maioria dos clarificadores usa lamelas ou pastilhas para auxiliar na remoção de sólidos. Os fundos cônicos suportam a concentração de lodo na parte inferior durante a operação e a limpeza, enquanto os fundos planos exigem grandes quantidades de água para liberar e remover o lodo. Durante a operação, os sólidos afundam na parte inferior do clarificador para formar lodo. Dependendo da entrada de alimentação e do tempo de retenção, esse lodo pode se acumular para formar camadas relativamente grossas. A atividade microbiana dentro das camadas de lodo muda gradualmente para condições anaeróbias, estimulando a desnitrificação microbiana. Este processo reduz o nitrato disponível na planta e deve ser evitado, especialmente se a água de processo for usada para a produção de plantas hidropônicas. Consequentemente, a desnitrificação pode ser contraproducente em aquapônica acoplada.

A densidade dos resíduos sólidos removidos pelo clarificador é bastante baixa, em comparação com outras tecnologias, a manutenção é demorada e a limpeza do clarificador com água doce é responsável pela principal perda de água de todo o sistema. A quantidade necessária de água é afetada pelo seu design geral, a forma inferior e a acessibilidade dos defletores de PVC à água de descarga (Fig. 7.4a, b). O aumento das densidades de estoque de peixes requer maior troca de água (todos os dias na semana em condições intensas) para manter a qualidade ideal da água para a produção de peixes, o que pode resultar na perda de grandes quantidades de água de processo, perdendo também quantidades substanciais de nutrientes necessários para as plantas crescimento. Além disso, a substituição por água doce introduz carbonatos de cálcio e magnésio que podem então precipitar com fosfatos. Portanto, o uso desses clarificadores operados manualmente torna quase impossível prever a composição da água do processo em relação ao crescimento ideal da planta (Palm et al. 2019). Seria mais eficaz seguir o exemplo de Naegle (1977) de separação de lodo aeróbio e anaeróbio e descarga de nitrogênio gasoso com um sistema de lodo duplo.

Fig. 7.4 Princípio da filtração aquapônica com sedimentador (a-b) e filtro de disco (c) (Pal-AquaKulur GmbH, Abtshagen, Alemanha) de peixe-gato africano comercial (Clarias gariepinus) RAS na FishGlaschouse (Universidade de Rostock, Alemanha)

A remoção de resíduos sólidos mais eficaz pode ser conseguida através de filtros automáticos de tambore- ou discos que fornecem barreiras mecânicas que retêm sólidos, que são então removidos através de enxaguamento. Novos desenvolvimentos visam reduzir o uso de água de enxaguamento através de tecnologias de limpeza a vácuo, permitindo a concentração de sólidos totais nas lamas até 18% (Dr. Günther Scheibe, Pal-Aquakultur GmbH, Alemanha, comunicação pessoal, Fig. 7.4c). Essa remoção eficaz de resíduos tem uma influência positiva na composição das lamas, melhorando o controle da água dos efluentes para melhor atender aos requisitos hortícolas. Outra opção é a aplicação de múltiplos clarificadores (sedimentadores) ou componentes de remoção de lamas seguidos.

Os biofiltros são outra parte essencial da RAS, uma vez que convertem o nitrogênio de amônia via oxidação microbiana em nitrato (nitrificação). Embora as raízes das plantas e o próprio sistema forneçam superfícies para bactérias nitrificantes, a capacidade de controlar a qualidade da água é limitada. Os sistemas que não possuem biofiltração estão restritos a mini instalações ou instalações de hobby com baixas entradas de alimentação. Assim que a biomassa dos peixes e os alimentos para animais aumentarem, é necessária uma capacidade adicional de biofiltro para manter a qualidade adequada da água para a cultura de peixes e para fornecer quantidades suficientes de nitratos para o crescimento das plantas.

Para a aquapônica doméstica e de pequena escala, os meios vegetais (cascalho ou argila expandida, por exemplo) podem ser suficientes como biofiltros eficazes. No entanto, devido ao alto potencial de entupimento e, portanto, ao requisito de limpeza e manutenção manuais regulares, esses métodos não são adequados para a aquapônica comercial de maior escala (Palm et al. 2018). Além disso, Knaus e Palm (2017a) demonstraram que o uso de um biofiltro simples em uma derivação já aumentou a possível entrada diária de alimentação em um sistema aquapônico acoplado em cerca de 25%. Biofiltros modernos que são utilizados em RAS intensivos são eficazes no fornecimento de capacidade de nitrificação suficiente para a produção de peixes e plantas. Devido ao aumento dos custos de investimento, tais componentes são mais aplicáveis em sistemas aquánicos comerciais de média e maior escala.

7.4.1.1 Hidroponia em Aquapônica Acoplada

Em aquapônica acoplada, uma ampla gama de subsistemas hidropônicos pode ser usada (ver também [Cap. 4](/comunidade/artigos/capítulos 4-hidropônicos)) dependendo da escala de operação (Palm et al. 2018). A menos que a mão-de-obra não tenha um impacto significativo no rendimento (ou no lucro) e o sistema não seja demasiado grande, podem ser utilizados simultaneamente diferentes subsistemas hidropónicos. Isso é comum em aquapônica doméstica e de demonstração que muitas vezes usam sistemas de substrato de leito de mídia (areia, cascalho, perlita, etc.) em calhas de fluxo e fluxo, canais DWC (cultura de águas profundas ou sistemas de jangada) e até mesmo canais de filme nutriente auto-fabricados (NFT). A maior parte da mão-de-obra são as camas de substrato médio (areia/cascalho) em calhas de refluxo e fluxo, que podem entupir devido à deposição de detritos e muitas vezes precisam ser lavadas (Rakocy et al. 2006). Devido ao manuseio dos substratos, esses sistemas geralmente são limitados em tamanho. Por outro lado, os subsistemas hidropônicos DWC requerem menos mão-de-obra e são menos propensos a manutenção, permitindo que sejam adotados para áreas de plantação maiores. Por esta razão, os subsistemas DWC são encontrados principalmente em sistemas domésticos a pequenos/semicomerciais, no entanto, geralmente não em sistemas aquapônicos de grande escala. Para uma maior produção aquapónica comercial, a proporção de mão-de-obra e manutenção no sistema DWC continua a ser demasiado elevada. Mesmo a utilização de recursos hídricos e de energia para bombagem também são desfavoráveis para sistemas de grande escala.

Se os sistemas aquánicos fechados forem concebidos para uma produção orientada para o lucro, a utilização da mão-de-obra deve diminuir, enquanto a área de produção tem de aumentar. Isto só é possível através da simplificação da produção de peixe combinada com a aplicação de subsistemas hidropónicos de fácil utilização. A técnica do filme nutriente (NFT) pode, atualmente, ser considerada o sistema hidropônico mais eficiente, combinando baixa mão-de-obra com grandes áreas de cultivo de plantas e uma boa proporção de custos de água, energia e investimento. No entanto, nem todas as plantas aquapônicas crescem bem em sistemas NFT e, portanto, é necessário encontrar a escolha certa das plantas para cada subsistema hidropônico, que, por sua vez, se correlaciona com o fornecimento de nutrientes de uma espécie específica de peixe integrada em um projeto específico de subsistema hidropônico. Para a aquapônica acoplada, a carga de partículas por vezes maior na água pode ser problemática ao entupir gotejamentos, tubos e válvulas em instalações NFT. Assim, grandes sistemas aquánicos têm de conter gestão profissional da água com filtração mecânica eficaz para evitar bloqueios de recirculação. Quando o fornecimento contínuo de água é assegurado através dos tubos, o sistema NFT pode ser utilizado em todos os tipos de sistemas aquapônicos acoplados, mas é mais recomendado para produção em sistemas pequenos/semi-comerciais e sistemas de grande escala (Palm et al. 2018).