Um sistema de aquicultura de recirculação (RAS) consiste em tanques de peixes e várias unidades de filtração que limpam a água. Em um RAS clássico, a água está, assim, em fluxo constante dos tanques de peixes através do sistema de filtração e, em seguida, de volta para os tanques de peixes (Figura 4). Devido ao metabolismo dos peixes, a água que sai dos tanques contém altas concentrações de sólidos, nutrientes e dióxido de carbono, enquanto é pobre em oxigênio em comparação com a água de entrada. O objetivo das unidades de filtração é diminuir as concentrações de sólidos, nutrientes, toxinas e dióxido de carbono, e aumentar os níveis de oxigênio dissolvido na água antes de ser devolvido ao tanque de peixes.

O sistema de filtração consiste em várias etapas (Figura 4). O primeiro passo de tratamento após a saída é a separação de sólidos (figura 4, ponto 2), onde os sólidos (restos de alimentação, fezes e grupos de bactérias) são removidos da água. Depois disso, a água é desinfectada com UV (Figura 4, Ponto 6). Este passo nem sempre é implementado em explorações piscícolas e também pode ser colocado após o biofiltro. Em seguida, a água entra no biofiltro (Figura 4, ponto 3), onde as bactérias metabolizam parte da carga orgânica e oxidam a amônia em nitrito e, em seguida, em nitrato. Todas essas reações metabólicas bacterianas usam oxigênio dissolvido (O₂) e, como os peixes, liberam dióxido de carbono (CO₂) na água. Por conseguinte, o CO₂ na água tem de ser reduzido após a biofiltração. Isto é feito na unidade de desgaseificação em que a área de superfície de água para ar é aumentada de modo que o CO₂ a fase de ar (Figura 4, ponto 4). Como último passo, a concentração de oxigénio na água tem de ser aumentada para um nível adequado para os peixes. Isso é feito na unidade de oxigenação (Figura 4, ponto 5). As seções a seguir descrevem esses componentes do sistema com mais detalhes.

Figura 4: Principais componentes de um sistema de aquicultura de recirculação (RAS)

# O aquário

O aquário é a área de cultivo do peixe e, portanto, um componente central de um RAS. Os designs de tanques “clássicos” são tanques redondos e canais de fluxo quadrado. Um dos principais aspectos que torna os tanques redondos favoráveis em relação aos canais de fluxo quadrado é o efeito de autolimpeza que pode ser alcançado através de um padrão hidráulico circular (Figura 5). O fluxo nos tanques de peixes tem duas funções: i) distribuição uniforme da água de entrada e dos alimentos para peixes; e ii) transporte de partículas para o centro do tanque. O fluxo rotativo primário é o fluxo da entrada e, em seguida, no sentido horário/anti-horário em torno do tanque. Transporta sólidos reguláveis para o fundo. O fluxo rotativo primário cria fluxo radial secundário e, juntos, geram um tanque autolimpante.

Figura 5: Papel dos padrões de fluxo primário e secundário: o fluxo primário garante uma boa distribuição de água da água de entrada e o fluxo secundário contribui para a remoção efetiva de sólidos (adaptado após Timmons et al. 1999)

Embora os tanques redondos tenham inúmeras vantagens em relação aos tanques quadrados, sua principal desvantagem (baixa eficiência de área) muitas vezes os torna uma solução sub-óptima para uma fazenda RAS. Portanto, várias outras formas de tanques foram desenvolvidas e testadas nas últimas décadas (mais detalhes são apresentados em Capítulo 12).

Como a RAS ganhou popularidade e esses sistemas também são planejados como empreendimentos de grande escala (por exemplo, a Nordic Aquafarms está planejando investir em uma fazenda RAS de 500 milhões de USD em Belfast Maine, EUA), grandes projetos de tanques têm se tornado cada vez mais importante. Esses tanques grandes são muitas vezes (pelo menos em teoria) muito mais econômicos do que os tanques menores tradicionais (Figura 6).

Figura 6: Um grande tanque redondo (6 m de profundidade e 32,5 m de diâmetro) como parte de um RAS de salmão [Swiss Alpine Fish]

As condições de fluxo têm um impacto importante na saúde dos peixes. Pode-se estabelecer diferentes fluxos de água e, assim, estruturar as bacias hidraulicamente usando painéis. Desta forma, os peixes permanecem na parte ideal do tanque (Figura 7). É importante saber que os nadadores precisam nadar, ou seja, eles precisam de uma corrente. A velocidade da corrente deve ser adaptada às espécies de peixes. Geralmente, peixes menores exigem uma velocidade de corrente mais baixa, embora ele deve ser alto o suficiente para garantir que a separação de sólidos ainda funcione. Tudo isso também tem um impacto na qualidade da carne de peixe.

Figura 7: Sistema de fluxo especialmente desenvolvido para a criação de salmão, Swiss Alpine Fish AG, Lostallo, Suíça

Separação de sólidos

Existem várias razões para a remoção de sólidos. Em primeiro lugar, a qualidade da água é melhorada através da redução dos sólidos orgânicos, o que reduz a mineralização (respiração aeróbica) e, portanto, também ajuda a estabilizar o teor de oxigénio. Em segundo lugar, a preservação da qualidade da água também beneficia a absorção de alimentos para animais e o controlo das existências. Além disso, a remoção de sólidos reduz a carga bacteriana, pois remove a fonte alimentar de microrganismos. A alta atividade bacteriana na coluna de água leva ao consumo desnecessário de oxigênio.

Outro benefício da remoção de sólidos é a prevenção do entupimento das brânquias de peixe, o que pode levar ao crescimento lento ou mesmo à morte dos peixes. No entanto, isso depende das espécies de peixes. Os peixes que alimentam os filtros, como muitas espécies de carpas, podem até contar com uma certa quantidade de compostos suspensos em seu habitat natural e, portanto, também podem suportar uma quantidade maior de sólidos em suspensão em RAS do que, por exemplo, salmonídeos (Avnimelech 2014).

Uma das razões técnicas mais importantes pelas quais os sólidos precisam ser removidos é o potencial entupimento do biofiltro [c.f. Capítulo 9]. Além disso, a eficácia da redução germinativa através da desinfecção [c.f. Capítulo 9] é aumentada através da remoção de sólidos. Os sólidos na água dos peixes têm tamanhos diferentes, e os tratamentos para remover esses sólidos variam principalmente de acordo com seu tamanho (Figura 8).

O tratamento de águas residuais e a eliminação de lamas são importantes fatores de custo da RAS intensiva. Uma RAS requer 300-1000 l de troca de água por kg de peixe produzido e produz 100-200 g de lodo de peso seco. Para minimizar o volume de águas residuais é viável tratar a água de lodo resultante da separação de sólidos. Desta forma, mesmo um sistema de filtração de baixa tecnologia pode alcançar uma redução significativa do volume final de águas residuais.

Figura 8: Processos de remoção de sólidos e a gama de granulometria (em μm) em que os processos são mais eficazes (adaptados após Timmons and Ebeling 2007

Desinfecção

Doenças bacterianas e virais podem apresentar sérios problemas na RAS intensiva. A desinfecção da água usando ozônio ou irradiação UV são os métodos mais comuns. A luz UV com uma certa intensidade pode destruir o DNA de bio-organismos, como patógenos e organismos unicelulares. No RAS, a luz UV (figura 9) é principalmente abrangida por um pequeno pedaço de tubo entre a unidade de filtração mecânica (p. ex., filtro de tambor) e o biofiltro. A intensidade ou dose de luz UV pode ser expressa em µWs/cm² (energia por área). Na RAS, a dose de UV necessária para matar (desativar) cerca de 90% dos organismos varia entre 2000 a 10 000 µWs/cm². No entanto, para matar todos os fungos e pequenos parasitas, é necessária uma dose de até 200.000 µWs/cm² . Para a máxima eficiência, é importante colocar a luz UV após o sistema de filtração mecânica para que ela não seja bloqueada pelos sólidos suspensos.

Figura 9: Reator UV (AKR UV Systems

A adição de ozônio (O₃) é outro método eficiente para reduzir patógenos e outros organismos indesejados em uma RAS. Em contacto com a água, divide-se em O₂ um radical de oxigénio livre O. Este radical “ataca” e oxida substâncias orgânicas. Isto resulta na degradação de partículas em suspensão ou de algumas substâncias (clarificação da turbidez da água, formação de cor por ácidos húmicos). Da mesma forma, as paredes celulares biológicas dos organismos também são atacadas pelo radical O da molécula de ozônio, matando bactérias, algas flutuantes e filamentosas. No entanto, o ozônio é muito reativo e também pode prejudicar as bactérias nitrificantes no biofiltro e atacar as brânquias de peixe se aplicado em quantidades muito elevadas. Por conseguinte, a dosagem tem de ser monitorizada permanentemente. Agentes químicos podem ser usados para tratamentos pontuais para reduzir as concentrações de germes na água. O peróxido de hidrogênio (H_{2O 2}) é comumente usado, às vezes estabilizado pelo ácido peracético (CH₃CO₃H). A sobredosagem pode ter efeitos graves na saúde dos peixes e pode danificar as bactérias filtrantes.

Tabela 1: Vantagens e desvantagens da desinfecção com UV, ozônio e peróxido de hidrogênio (H₂O₂) em RAS

Biofiltração

O processo de nitrificação ocorre no biofiltro para oxidar o amónio livre tóxico em nitrito tóxico e, eventualmente, em nitrato não tóxico. As bactérias nitrificantes são o coração do biofiltro. Essas bactérias crescem na superfície do meio filtrante. A mídia pode ser fixa (por exemplo, filtro de gotejamento) ou em movimento (por exemplo, filtro de cama móvel). As bactérias nitrificantes são sensíveis às mudanças de qualidade da água no sistema (especialmente pH e temperatura), e mudanças rápidas devem, portanto, ser evitadas ou feitas em etapas lentas, pois caso contrário, grandes quantidades de bactérias nitrificantes podem morrer, o que levaria a picos de amoníaco e nitrito no sistema. Além disso, como as bactérias nitrificantes são aeróbias, o teor de oxigênio dissolvido no biofiltro deve ser sempre mantido em um determinado limiar (dependendo também da temperatura da água). As reações químicas que ocorrem no biofiltro são explicadas em Capítulo 5. Mais detalhes sobre a escolha da biofiltração correta são fornecidos em Capítulo 12.

Desgaseificação e aeração

A transferência de gás entre a fase líquida e gasosa ocorre quando há subsaturação em uma fase. A solubilidade do gás depende da pressão, temperatura, salinidade e pressão parcial do gás. A transferência ocorre sobre as superfícies de contato entre gás e líquido. Aeração aumenta o teor de oxigênio na água. Desgaseificação remove gases como dióxido de carbono da água.

Desgaseificação

Os gases, especialmente o dióxido de carbono resultante da respiração dos peixes e bactérias, se acumulam na água do sistema. Estes podem ter efeitos nocivos sobre os peixes se as concentrações se tornarem demasiado elevadas. Portanto, uma unidade de desgaseificação é geralmente adicionada ao RAS intensivo. A saída de gás (desgaseificação) é obtida aumentando a superfície de contacto entre a água e o ar, quer por arejamento da coluna de água, quer por aspersão de água através do ar. Diferentes biofiltros já têm um alto efeito de desgaseificação: em um filtro de gotejamento a água passa pelo ar, enquanto em um filtro de cama móvel o ar passa pela água. Isso pode, portanto, tornar uma unidade de desgaseificação adicional redundante.

Oxigenação

O teor de oxigênio dissolvido (O₂) é um dos parâmetros de qualidade da água mais importantes na RAS e, muitas vezes, a primeira restrição em situações de emergência (por exemplo, em caso de cortes de energia, falha da bomba, etc.). Existem inúmeras técnicas para enriquecer o oxigênio dissolvido na água. A ingestão de gás de água (aeração) pode ser melhorada por: (i) maximizar a área de contato de oxigênio/água usando turbilhão ou pequenas bolhas; (ii) maximizar o período de contato de oxigênio/água usando pequeno diâmetro de bolha e/ou por um fluxo lento de água; (iii) aumentar a pressão (aumenta a solubilidade) — nível de água, pressão vaso; e (iv) aumento da pressão parcial de O₂(aumenta a solubilidade) — oxigênio puro.

Entrada de oxigênio de alta eficiência

No RAS intensivo, as tecnologias de oxigenação dependem do uso de oxigênio puro em vez de aeração simples, o que se torna impraticável em certas densidades de peixes. O oxigênio é produzido no local com um gerador de oxigênio ou fornecido por uma empresa externa e armazenado em tanques de oxigênio líquido fora da instalação de aquicultura.

Entrada de oxigênio de baixa eficiência

Em lagoas de peixes extensos, a baixa eficiência de entrada de oxigênio é geralmente suficiente. Isto é conseguido através de (i) manter a água fresca, uma vez que esta dissolve mais oxigénio, e (ii) aumentar o movimento da água. Diferentes modos de arejamento podem suportar isso (ver Capítulo 12).

Bombas e poços de bombeamento

Uma bomba é para RAS o que o coração é para o corpo humano. Se falhar, o resultado pode ser catastrófico. Portanto, nenhuma despesa deve ser poupada ao comprar uma bomba. Pode-se usar bombas de velocidade controlada para reduzir o fluxo, se necessário. Ao usar uma série paralela de bombas com válvulas de retenção, as chances de falha do sistema podem ser reduzidas. Antes de comprar uma bomba, as perdas de pressão nos tubos devem ser calculadas, por exemplo, com a ajuda desta calculadora on-line: http://www.pressure- Drop.com/Online-Calculator/.

*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) . *