Aqu @teach: Classificação da aquapônica

A delimitação entre a aquapônica e outras tecnologias integradas é, por vezes, pouco clara. Palm et al. (2018) propôs uma nova definição de aquapônica, em que a maioria (> 50%) dos nutrientes que sustentam o crescimento das plantas deve ser derivada de resíduos provenientes da alimentação dos organismos aquáticos.

Aquaponics no sentido mais estreito (aquaponics sensu stricto) é aplicado apenas a sistemas com hidroponia e sem o uso de solo. Alguns dos novos sistemas integrados de aquicultura que combinam o peixe com a produção de algas seriam igualmente abrangidos por este conceito. Por outro lado, o termo aquaponics no sentido mais amplo (aquaponics sensu lato) pode ser aplicado a sistemas que incluem técnicas de horticultura e produção de culturas que utilizam os processos de mineralização, tampão e função de armazenamento de nutrientes dos diferentes substratos, incluindo o solo. Palm et al. (2018) propõem o termo “agricultura aquapônica” para estas atividades.

Quadro 2: Classificação da aquapônica de acordo com diferentes princípios de conceção, com exemplos para cada categoria (adaptado de Maucieri et al. 2018)

A Aquaponics pode abordar vários objetivos ou partes interessadas, desde pesquisa e desenvolvimento, atividades educacionais e sociais, até agricultura de subsistência e produção de alimentos em escala comercial. Ele pode ser implementado de várias maneiras e ambientes, como em terras áridas e poluídas, produção de quintais, agricultura urbana, etc. Embora um sistema possa simultaneamente cumprir vários objetivos, incluindo ecologização e decoração, interação social e produção de alimentos, normalmente ele não pode alcançar todos esses ao mesmo tempo. Para um desempenho satisfatório para cada um dos objetivos possíveis, os componentes de um sistema têm de cumprir requisitos diferentes, por vezes contrastantes. A escolha de um sistema aquapónico adequado para uma situação específica deve basear-se em avaliações realistas (incluindo, se for caso disso, um plano de negócios sólido) e deverá resultar numa solução personalizada. Se seguirmos a classificação de Maucieri et al. (2018), que categoriza sistemas aquapônicos de acordo com várias categorias diferentes (por exemplo, tipo de stakeholders, modo operacional, tamanho, tipo de sistema hidropônico, etc.), vários opções para escolher um sistema aquapônico adequado emergem (Tabela 2). Qualquer decisão tem de ser tomada dentro dos limites do orçamento disponível, embora seja possível construir um sistema a custos muito baixos.

Classificação de acordo com o modo operacional: extensa (com uso integrado de lodo) e intensiva (com separação de lodo)

Uma parte do sistema aquapônico é o tanque de peixes, onde os peixes são alimentados e, através do seu metabolismo, excretam fezes e amoníaco na água. No entanto, concentrações elevadas de amoníaco são tóxicas para os peixes. Através de bactérias nitrificantes, o amoníaco é transformado em nitrito e, em seguida, em nitrato, o que é relativamente inofensivo para os peixes e é a forma preferida de azoto para culturas como vegetais. A produção extensa integra o biofiltro, bem como a remoção de lodo diretamente dentro da unidade hidropônica, usando substratos que fornecem o suporte adequado para o crescimento do biofilme, como cascalho, areia e argila expandida. A produção intensiva utiliza um sistema separado de separação de biofiltros e lodo. Ambos os métodos operacionais têm suas vantagens e desvantagens. Embora o uso integrado de lodo permita a reciclagem completa de nutrientes, os aspectos negativos incluem água turva e um desempenho bastante baixo do biofiltro, o que permite apenas o estoque limitado de peixes. A remoção separada de lamas e o biofiltro, por outro lado, permitem a acumulação intensiva de peixes até 100 kg/m³. Os aspectos positivos incluem água limpa, menor concentração de CBO (demanda bioquímica de oxigênio), menor carga microbiana e desempenho otimizado do biofiltro. No entanto, esses sistemas só permitem a reciclagem parcial de nutrientes. Pode ser necessária uma etapa adicional de tratamento de lamas (no local ou fora do local), como a ligação de biodigestores de lamas ou vermicompostagem (Goddek _et al._2016b.

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Figura 4: Sistema Aquaponic com uso integrado de lodo

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Figura 5: Possível disposição de um sistema aquapónico com separação de lamas

Gestão do ciclo da água

Sistemas de loop** (acoplados): sistemas aquapônicos podem ser construídos e operados como um loop de recirculação, com o fluxo de água movendo-se em ambas as direções, do tanque de peixes para a unidade hidropônica, e vice-versa. A água é constantemente circulada da RAS para a unidade hidropônica e de volta para a RAS.

Sistemas em circuito aberto**: recentemente houve desenvolvimentos no sentido de um controlo independente sobre cada unidade do sistema, principalmente devido às diferentes exigências ambientais dos peixes e das plantas. Tais sistemas, em que a aquicultura, a hidroponia e, se aplicável, a remineralização das lamas de peixe podem ser controladas de forma independente, são denominados sistemas aquapônicos dissociados (DAPS). Os sistemas aquapônicos desacoplados consistem em um RAS conectado à unidade hidropônica (com reservatório adicional) através de uma válvula unidirecional. A água é recirculada separadamente dentro de cada sistema e é fornecida sob demanda da RAS para a unidade hidropônica, mas não flui de volta (Goddek et al. 2016a; Monsees et al. 2017).

A Figura 6 mostra uma ilustração esquemática da aquaponia acoplada e dissociada. No sistema acoplado (circuito fechado) constituído por um RAS (azul: tanques de criação, clarificador e biofiltro) directamente ligado à unidade hidropônica (verde: bandejas NFT), a água é constantemente circulada da RAS para a unidade hidropônica e de volta para a RAS. No sistema aquánico dissociado (de circuito aberto) constituído por uma RAS ligada à unidade hidropônica (com reservatório adicional) através de uma válvula unidirecional, a água é recirculada separadamente dentro de cada sistema e a água é fornecida a pedido da RAS para a unidade hidropônica, mas não volta para a RAS.

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Figura 6: Ilustração esquemática da aquaponia acoplada (esquerda) e dissociada (direita).

Tipos de sistema hidropônico utilizados em aquapônica

Técnica de Filme Nutriente

Nos sistemas Nutrient Film Technique (NFT), a água de um aquário é passada através do fundo de um tubo de PVC horizontal, em uma película fina. Estes tubos têm furos cortados no topo, em que as plantas são cultivadas de tal forma que suas raízes balançam na água que flui no fundo. Nutrientes da água do tanque são absorvidos pelas plantas, e como suas raízes são apenas parcialmente submersas, isso permite que eles estejam em contato com oxigênio atmosférico também.

Tabela 3: Vantagens e desvantagens da NFT

Figura 7: Técnica de filme nutriente (NFT). Esquerda — Diagrama de um sistema inteiro. Direita — Foto do sistema (Foto ZHAW)

Técnica de cama de mídia

As unidades de cama cheias de mídia são o design mais popular para a aquapônica de pequena escala. Esses projetos usam o espaço de forma eficiente, têm um custo inicial relativamente baixo e são adequados para iniciantes devido à sua estabilidade e simplicidade. Em unidades de leito de mídia, o meio é usado para suportar as raízes das plantas e funciona como um filtro mecânico e biológico.

Tabela 4: Vantagens e desvantagens da técnica de cama de mídia

Figure 8: Técnica de cama de mídia. Esquerda — Diagrama de um sistema inteiro. Direita — Um exemplo de ZHAW Waedenswil (Foto: Robert Junge)

Cultura em águas profundas ou flutuantes

Os sistemas de cultura de águas profundas (DWC) utilizam uma “jangada” de poliestireno que flutua sobre cerca de 30 cm de água. A jangada tem buracos nos quais as plantas são cultivadas em vasos de rede, de modo que suas raízes estão imersas na água. A jangada também pode ser colocada para flutuar diretamente no aquário, ou pode ter água bombeada do tanque para um sistema de filtragem e, em seguida, para canais contendo uma série de jangadas. Um aerador fornece oxigênio para a água no tanque e para a que contém a jangada. Uma vez que as raízes não têm meio a aderir, este sistema só pode ser usado para cultivar verduras ou ervas folhosas, e não plantas maiores. É o sistema mais popular para fins comerciais, devido à velocidade e facilidade de colheita.

Tabela 5: Vantagens e desvantagens da cultura de águas profundas

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Figura 9: Cultura de águas profundas ou jangadas flutuantes. Esquerda — Diagrama de um sistema inteiro. Direita — Alface crescendo em uma jangada de isopor com raízes suspensas em água

Utilização do espaço: sistemas horizontais e verticais

A maioria dos sistemas aquapônicos usa tanques ou leitos horizontais, emulando o cultivo arável tradicional à base de terra para produzir vegetais. No entanto, ao longo dos anos, surgiram e evoluíram novas tecnologias de muros vivos e agricultura vertical que, quando ligadas à parte aquacultura do sistema aquapônico, podem permitir que mais plantas sejam cultivadas verticalmente e não horizontalmente, tornando os sistemas mais produtivos (Khandaker & Kotzen 2018).

Sistemas horizontals têm a vantagem de usar eficientemente a luz do dia e podem funcionar sem iluminação adicional, mesmo no inverno. Portanto, eles têm baixo consumo de energia elétrica. Os custos iniciais de investimento são médios/baixos, especialmente se o preço do terreno for baixo.

Sistemas verticais apresentam uma solução ideal para economia de espaço, tornando-os muito adequados para instalações urbanas, seja para decoração de para produção de alimentos hiperlocais. No entanto, eles exigem luzes crescentes acima dos leitos de cultivo. Eles também exigem menos bombas de água, mas de maior potência, o que aumenta o consumo de energia elétrica. Os custos iniciais de investimento também são elevados.

*Copyright © Parceiros do Projeto Aqu @teach. Aqu @teach é uma Parceria Estratégica Erasmus+ no Ensino Superior (2017-2020) liderada pela Universidade de Greenwich, em colaboração com a Universidade de Zurique de Ciências Aplicadas (Suíça), a Universidade Técnica de Madrid (Espanha), a Universidade de Liubliana e o Centro Biotécnico Naklo (Eslovénia) . *