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Filtros biológicos para Sistemas de Recirculação Aquícola (RAS)

Filtros biológicos para Sistemas de Recirculação Aquícola (RAS)
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Fatores como limitações na qualidade e quantidade de água, custo da terra, limitações no descarte do efluente, impactos ambientais e enfermidades estão levando a indústria da aquicultura a práticas mais intensivas, utilizando cada vez mais os Sistemas de Recirculação em Aquicultura (SRA, ou RAS em inglês que significa Recirculating Aquaculture Systems) (Gutierrez-Wing; Malone, 2006). Os processos de tratamento da água aplicados em aquicultura podem ser separados em físicos, químicos e biológicos (Crab et al., 2007). Em um RAS, os principais desafios estão nos processos de remoção de sólidos em suspensão e no controle da acumulação de compostos nitrogenados
(Greiner; Timmons, 1998). A filtração biológica é parte importante dos componentes que um RAS pode utilizar para manter a qualidade da
água em sistemas mais intensificados (Gutierrez-Wing; Malone, 2005; Delong; Losordo, 2012).

 

 

O nitrogênio (N) é um nutriente essencial para a vida e, na aquicultura, compostos nitrogenados são gerados naturalmente durante o processo produtivo (resíduos de ração e metabolismo dos peixes) (Ebeling, 2006). Na particularidade da piscicultura, o principal resíduo nitrogenado produzido pelos peixes é a amônia, excretada principalmente pelas brânquias (Wood, 1993; Ebeling, 2006; Delong; Losordo, 2012). A amônia pode ser tóxica para os peixes e é considerada um agente estressor, resultando na redução do apetite e taxa de crescimento, podendo culminar em mortalidades quando encontrada em altas concentrações (Nelson; Cox, 1998; Ebeling, 2006; Delong; Losordo, 2012;). O processo biológico utilizado para controle/redução dos compostos nitrogenados potencialmente tóxicos produzidos durante o ciclo produtivo, chama-se nitrificação.

Nitrificação

Em sistemas de recirculação para aquicultura (RAS), a amônia é removida através do processo de nitrificação, bactérias nitrificantes, em condições aeróbias, oxidam a amônia até sua forma menos tóxica, o nitrato. Essa transformação é realizada, principalmente, por bactérias
dos gêneros Nitrosomonas (que oxidam amônia a nitrito) e Nitrobacter (que oxidam nitrito a nitrato) (Figura 1).

Alguns fatores impactam o processo de nitrificação, por exemplo: pH, temperatura, alcalinidade e salinidade, influenciam a ecologia microbiana que compõe o biofilme. A concentração de amônia, oxigênio dissolvido e resíduos, afetam o fornecimento de nutrientes para as bactérias. A competição de nutrientes e espaço com bactérias heterotróficas, impactam sobre o crescimento e fornecimento de nutrientes a
comunidade bacteriana desejada (Chen et al., 2006).

De acordo com Ebeling (2006) cerca de 3% da alimentação diária ofertada aos animais acaba como nitrogênio amoniacal na água. Dessa forma, 1 kg de ração ofertada introduziria 30 gramas de amônia no sistema, e para cada grama de amônia nitrificada temos os resultados
estequimétricos apresentados na Tabela 1.

Filtros biológicos

O filtro biológico, conhecido também como biofiltro, é um componente essencial de um sistema de recirculação para aquicultura, abrigando a comunidade microbiana responsável pela nitrificação (Delong; Losordo, 2012). Ao usar um biofiltro deverá ser considerado o fato de estar conduzindo dois cultivos simultaneamente, o organismo cultivado e a biomassa bacteriana nitrificante.

Os biofiltros são biorreatores dimensionados com alta área superficial de contato (AS) que permitem a fixação e o crescimento das bactérias nitrificantes. A eficiência operacional de um biofiltro depende de fatores ambientais (Tabela 2) e de engenharia, por exemplo, acessibilidade da superfície de contato do meio filtrante, taxa de escoamento superficial (m3/(m2/dia)), fluxo de água, presença de bactérias competidoras. Diferentes tipos de biofiltros e materiais suporte para as bactérias estão disponíveis no mercado (Figura 2 e 3).


Tipos de biofiltros

Os biofiltros podem ser divididos em duas principais categorias: emergentes, como os filtros percoladores e discos rotativos (Figura 4), e submersos, com material suporte fixo ou em suspensão (Figuras 5 e 6) (Ebeling, 2006; Fernandes et al., 2017). A maior parte da biofiltração
em sistemas de recirculação tem sido focada em filtros aeróbios de leito fixo, com material suporte estático para o crescimento de um biofilme nitrificante.

 

Nos últimos anos, a indústria da aquicultura vem optando por biofiltros mais facilmente operados, como os biofiltros de leito fluidizado/móvel (Moving Bed Biofilter Reactor, em inglês), carecendo de estudos que comparem o desempenho dos modelos existentes (Fernandes et al., 2017).

No mercado, existem diferentes materiais suportes, ou mídias filtrantes como também são conhecidos, disponíveis para fixação das bactérias, devendo ser levada em consideração a área total disponível por metro cúbico de mídia e a funcionalidade do material nos manejos. Os mais amplamente utilizados são: materiais sintéticos de plástico, materiais de natureza porosa, brita, cascalho, areia, entre outros (Reynolds; Richards, 1995; Sultana et al., 2017). Na Tabela 3 é apresentado o desempenho de diferentes tipos de materiais suportes e filtros flutuantes já estudados por pesquisadores.

Salling et al., (2007) indicam que substratos alternativos como a madeira podem ser utilizados, entretanto, deve-se ficar atento com o tempo de vida útil desses materiais, pois podem gerar problemas secundários e comprometer a qualidade da água do sistema.

De acordo com Lekang (2010) é necessário 1m² de área superficial de material suporte para cada 1g de amônia produzida por dia. Conhecendo a quantidade de amônia produzida diariamente e a área superficial específica do material suporte, pode-se calcular o volume necessário de material no biofiltro.

Perspectivas e estudos em andamento

Atualmente, a intensificação dos cultivos está cada vez mais comum. A aquicultura sustentável se baseia em: gerar um produto de qualidade,
tendo uma produção lucrativa e preservando o meio ambiente (Valenti, 2002). O sistema de recirculação (RAS) permite o aumento na produção sem a necessidade de aumentar a área física, reduzindo impactos ambientais e gerando um produto sustentável. Sistemas como esses estão com muita visibilidade, e para a aquicultura continuar expandindo, tecnologias devem ser alvo de estudos a fim de desenvolver sistemas mais eficientes para reuso da água e reduzir ainda mais os impactos ambientais.

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Aurtores:

Gabriel Nandi Corrêa
Marina Nunes Alexandre
Katt Regina Lapa
Curso de Graduação em Aquicultura
Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC
Florianópolis, SC
katt.lapa@ufsc.br