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Mídias biológicas para sistemas de recirculação em aquicultura (RAS)

Mídias biológicas para sistemas de recirculação em aquicultura (RAS)
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Marco Shizuo Owatari *¹, ²*, Gabriel Fernandes Alves Jesus², Katt Regina Lapa¹,
Maurício Laterça Martins², José Luiz Pedreira Mouriño².
¹Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Departamento de Aquicultura, Centro de Ciências Agrárias – CCA.
²Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Departamento de Aquicultura, Laboratório de Patologia e Sanidade de Organismos Aquáticos – AQUOS.
*owatarimarco@hotmail.com

Segundo a FAO (2014), o número de pessoas que dependem da pesca e da aquicultura como fonte de renda e alimentação é cada vez maior, estimando que cerca de 10 % a 12 % da população mundial dependam diretamente dessas atividades. No Brasil o consumo per capita de produtos derivados do pescado deve aumentar nas próximas décadas, fazendo com que o setor seja cada vez mais dependente da aquicultura. Contudo, as ingerências dos recursos ambientais ameaçam a sustentabilidade da atividade, especialmente no uso da água e na devolução da mesma sem tratamento ao ambiente.

Segundo Timmons & Ebeling (2010), os sistemas convencionais de aquicultura se tornarão insustentáveis a longo prazo,

tanto por problemas ambientais como por biosseguridade. Dessa forma para aumentar a produção de alimentos em uma mesma dimensão de área é necessária a intensificação sustentável, a fim de reduzir os impactos ambientais. Nesse modelo alternativo de produção surgem os sistemas de recirculação para aquicultura, conhecidos pela sigla em inglês, RAS – “Recirculating Aquaculture Systems” – os quais possibilitam atingir altos índices de produção, minimizando os impactos ao meio ambiente, podendo ser modelados de muitas maneiras e utilizando-se vasta gama de componentes em sua estrutura para remoção dos resíduos indesejáveis na água, como o nitrogênio amoniacal.

No campo da aquicultura, os processos biológicos são os mais importantes para o tratamento de águas residuais, destacando-se o processo de nitrificação como o mais relevante. A nitrificação que ocorre no biofiltro (componente presente na maioria das configurações de RAS) pode ser afetada por uma série de fatores, tais como o tipo de material suporte (conhecido também por mídia, utilizada como suporte biológico para bactérias), concentração de oxigênio dissolvido, quantidade de matéria orgânica, temperatura, pH, alcalinidade, salinidade entre outros.

A eficiência dos filtros biológicos e dos processos de nitrificação envolvidos nesse tipo de sistema estão diretamente relacionados com os tipos de mídias utilizadas como suporte biológico para adesão de bactérias. É importante que as mídias utilizadas ofereçam maior área superficial, permitindo maior crescimento bacteriano por unidade de volume das mídias do filtro e, consequentemente, maior eficiência na remoção de compostos nitrogenados.

O tempo de vida útil das mídias alternativas para uso em filtros biológicos deve ser observado levando em conta a composição do material empregado. Mídias como lascas de madeiras, por exemplo, podem ser utilizadas, contudo têm vida útil reduzida quando comparada às mídias plásticas, podendo entrar em decomposição e causar problemas secundários no sistema, como alterações nos parâmetros físico-químicos da água. Em RAS, uma série de suportes biológicos naturais e artificiais, não tóxicos, são utilizados em biofiltros, os quais devem favorecer o crescimento das bactérias nitrificantes (RIDHA & CRUZ, 2001).

A escolha dos componentes do RAS, assim como das mídias a serem utilizadas, pode influenciar diretamente nos custos de implantação e na eficiência do mesmo. Por exemplo, a construção de filtros biológicos utilizando mídias com grandes áreas superficiais pode representar redução de custos, uma vez que necessitaremos de menor espaço físico para montá-los.

A escolha da mídia deve ser uma tomada de decisão que respeite as características de funcionamento do biofiltro, onde encontraremos situações distintas para cada modelo (biofiltros submersos, biofiltros percoladores, biofiltros de leito fluidizado entre tantos outros). Existem muitos tipos de mídias que são comumente utilizadas como suportes biológicos em sistemas de recirculação, dentre elas podemos destacar:

Bioesferas: estruturas em polietileno com formato de elipse conhecidas como bioballs, muito utilizadas por aquaristas em filtros percoladores (conhecidos também como Trickling filter ou biorreator por gotejamento). Na produção aquícola o alto custo de implantação pode ser um fator limitante para o seu uso em filtros percoladores devido à necessidade de grandes áreas filtrantes e grandes volumes da mídia. Já os filtros submersos, quando comparados aos filtros percoladores, apresentam a vantagem de poder reduzir em até dez vezes o volume necessário de mídias filtrantes para operarem (BLANCHETON, 2007), sendo uma alternativa viável. Porém a utilização de bioesferas em filtros submersos deve ser condicionada ao uso de aeração para agitação constante das esferas evitando o acúmulo de matéria orgânica na superfície da mídia e a necessidade de lavagem.

figura-1-artigos-aquaculture-brasil© Marco Shizuo Owatari

Argila expandida: é um produto de argila, seco e expandido, em formato de pequenas esferas. Alguns relatos na literatura indicam que a área de superfície específica da argila expandida varia entre 500 e 1000 m²/m³, sufi ciente para nitrificação, porém pequena quando comparada a outras mídias. A argila expandida é um material de baixo custo de implantação, sendo uma boa alternativa para biofiltros, podendo ser utilizada para filtragem física e biológica.

figura-2-artigos-aquaculture-brasil

Bobes de cabelo: a busca por alternativas para aquicultura nos fez chegar ao uso desse material para suporte biológico em sistemas de recirculação de baixo custo. O bobe de cabelo pode ser considerado uma adaptação da mídia do tipo bioesfera e pode ser utilizado em biofiltros, proporcionando o crescimento das bactérias nitrificantes sobre sua superfície. O uso de aeração constante nos biorreatores contendo esse tipo de mídia minimiza o risco de obstrução dos poros pelo acúmulo de matéria orgânica.

figura-3-artigos-aquaculture-brasil© Marco Shizuo Owatari

Espuma de poliuretano: fabricada com material sintético e resistente é muito utilizada no ramo da aquariofilia por se versátil e de fácil manutenção. Proporciona a retenção de partículas sem a interrupção do fluxo de ar e água. Pode ser utilizada para filtragem física ou biológica.

figura-4-artigos-aquaculture-brasil © Marco Shizuo Owatari

Esponjas de fibra sintética: fabricada para uso doméstico com material sintético e de grande durabilidade, podem ser utilizadas em filtros submersos. Estudos preliminares realizados pelo grupo de pesquisas do laboratório AQUOS – Sanidade de Organismos Aquáticos/UFSC, sob a orientação do professor José Luiz Pedreira Mouriño e coordenado pelo professor Maurício Laterça Martins, indicaram que o material funciona como um tapete, no qual uma grande área superficial é disponibilizada em pequenos volumes da mídia, otimizando a área para fixação das bactérias nitrificantes.

figura-5-artigos-aquaculture-brasil© Marco Shizuo Owatari

 

Tendo em vista essa grande variedade de mídias biológicas, torna-se indispensável entender a interação entre os parâmetros de controle dos diferentes biofiltros com as mídias, sendo essa uma etapa muito importante para definição dos processos de dimensionamento, layout e manutenção dos filtros.

É fundamental salientar que estudos para desempenho de biofiltros são complexos devido à grande quantidade de parâmetros que devem ser monitorados e controlados. Além disso, é imprescindível o desenvolvimento de protocolos para avaliações de biofiltros a fim de contribuir com informações como capacidade de suporte e cinéticas de degradação de compostos nitrogenados para que a indústria possa fazer uso dessas tecnologias na cadeia produtiva com maior planejamento para sua intensificação.

Referências bibliográficas:
BLANCHETON, Jean-Paul et al. Intensification of landbased aquaculture production in single pass and reuse systems. Aquacultural Engineering and Environment, p. 21-47, 2007.
FAO. 2014. The State of World Fisheries and Aquaculture 2014. Rome. 223 pp.
RIDHA, Mohammad T.; CRUZ, Emmanuel M. Effect of bioflter media on water quality and biological performance of the Nile tilapia Oreochromis niloticus L. reared in a simple recirculating system. Aquacultural Engineering, v. 24, n. 2, p. 157-166, 2001.
TIMMONS, M. B., EBELING, J. M., 2010. Recirculating Aquaculture, 2nd edition. Cayuga Aqua Ventures, Ithaca, NY.

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