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Progettazione di unità acquaponiche

Questo capitolo discute la teoria e la progettazione dei sistemi aquaponici. Ci sono molti aspetti progettuali da prendere in considerazione, poiché praticamente tutti i fattori ambientali e biologici avranno un impatto sull'ecosistema acquaponico. Lo scopo di questo capitolo è quello di presentare questi aspetti nel modo più accessibile e di fornire una spiegazione approfondita di ciascun componente all'interno di un'unità acquaponica.

Food and Agriculture Organization of the United Nations — Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus, and Alessandro Lovatelli.

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Confronto delle tecniche acquaponiche
Original publication 2014 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations
La tabella 4.2 che segue fornisce un rapido riferimento e un riassunto comparativo dei vari sistemi di coltura acquaponica sopra descritti.

TABELLA 4.2

Punti di forza e di debolezza delle principali tecniche acquaponiche

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *
Tecnica di coltura in acque profonde
Original publication 2014 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

Il metodo DWC prevede la sospensione delle piante in fogli di polistirolo, con le loro radici pendenti nell'acqua (figure 4.68 e 4.69). Questo metodo è il più comune per i grandi acquaponici commerciali che coltivano una coltura specifica (tipicamente lattuga, foglie di insalata o basilico, Figura 4.70), ed è più adatto per la meccanizzazione. Su piccola scala, questa tecnica è più complicata dei letti multimediali e potrebbe non essere adatta per alcune località, specialmente dove l'accesso ai materiali è limitato.

Dinamica del flusso d'acqua

Le dinamiche del flusso d'acqua in DWC sono quasi identiche a quelle attraverso un NFT. L'acqua scorre per gravità dall'acquario, attraverso il filtro meccanico, e nella combinazione biofiltro/coppa. Dalla coppa, l'acqua viene pompata in due direzioni attraverso un connettore a «Y» e valvole. Un po' d'acqua viene pompata direttamente all'acquario. L'acqua rimanente viene pompata nel collettore, che distribuisce l'acqua in modo equivalente attraverso i canali. L'acqua scorre, sempre per gravità, attraverso i canali di crescita dove si trovano le piante e esce dal lato opposto. Uscendo dai canali l'acqua viene restituita al biofiltro/pozzetto, dove di nuovo viene pompata nell'acquario o nei canali. L'acqua che entra nell'acquario fa sì che l'acquario trabocchi attraverso il tubo di uscita e di nuovo nel filtro meccanico, completando così il ciclo.

Questa configurazione «Figura 8» descrive il percorso dell'acqua visto nel sistema DWC. Come nel NFT, l'acqua scorre attraverso il filtro meccanico e il biofiltro prima di essere pompata di nuovo nell'acquario e nei canali delle piante. Uno svantaggio di questa configurazione è che la combinazione di sump/biofiltro restituisce parte dell'acqua di scarico dai canali delle piante alle piante. Tuttavia, a differenza della NFT, dove le sostanze nutritive contenute nel piccolo film di acqua che scorre a livello radicale si esauriscono rapidamente, il grande volume di acqua contenuta nei canali DWC consente alle piante di utilizzare notevoli quantità di sostanze nutritive. Tale disponibilità di nutrienti suggerirebbe anche diversi progetti di sistema. Una distribuzione seriale dell'acqua lungo i canali DWC può essere costruita semplicemente utilizzando una configurazione a «cascata» con un solo ingresso che serve il serbatoio più lontano. In questo caso, l'uscita di un serbatoio sarebbe l'ingresso di quello successivo, e l'aumento del flusso d'acqua aiuterebbe le radici ad accedere a un flusso più elevato di sostanze nutritive.

Nel sistema DWC mostrato in Figura 4.68, l'acqua viene pompata dal contenitore del biofiltro in canali che hanno fogli di polistirene galleggianti sulla parte superiore che sostengono la pianta. La portata dell'acqua che entra in ogni canale è relativamente bassa. Generalmente, ogni canale ha 1-4 ore di tempo di ritenzione. Il tempo di ritenzione è un concetto simile al tasso di fatturato, e si riferisce alla quantità di tempo necessario per sostituire tutta l'acqua in un contenitore. Ad esempio, se il volume d'acqua di un canale è di 600 litri e la portata dell'acqua che entra nel contenitore è di 300 litri/h, il tempo di ritenzione sarebbe di 2 ore (600 litri ÷ 300 litri/h).

Filtrazione meccanica e biologica

La filtrazione meccanica e biologica nelle unità DWC è la stessa delle unità NFT descritte nella sezione 4.4.2.

DWC coltivare canali, costruzione e semina

I canali possono avere lunghezze variabili, da uno a decine di metri (Figura 4.71). In generale, la loro lunghezza non è un problema, come si vede nel NFT, perché il grande volume di acqua consente un adeguato apporto di nutrienti. Una nutrizione ottimale delle piante nei canali molto lunghi dovrebbe sempre consentire un adeguato afflusso d'acqua e una riossigenazione per garantire che i nutrienti non siano esauriti e che le radici possano respirare. Per quanto riguarda la larghezza, si raccomanda generalmente di essere la larghezza standard di un foglio di polistirolo, ma può essere multipli di questo. Tuttavia, canali più stretti e più lunghi consentono una maggiore velocità dell'acqua che può colpire positivamente le radici con maggiori flussi di nutrienti. La scelta della larghezza dovrebbe anche

considerare l'accessibilità da parte dell'operatore. La profondità consigliata è di 30 cm per consentire un adeguato spazio delle radici delle piante. Simile alle vasche per pesci, i canali possono essere realizzati con qualsiasi materiale inerte forte in grado di trattenere l'acqua. Per le unità su piccola scala, i materiali più diffusi includono contenitori in plastica IBC fabbricati o fibra di vetro. Canali molto più grandi possono essere costruiti utilizzando lunghezze di legno o blocchi di cemento rivestiti con teli impermeabili per uso alimentare. Se si utilizza il calcestruzzo, assicurarsi che sia sigillato con sigillante impermeabile atossico per evitare potenziali minerali tossici di lisciviazione dal calcestruzzo nell'acqua del sistema.

Come accennato in precedenza, il tempo di ritenzione per ciascun canale in un'unità è di 1-4 ore, indipendentemente dalla dimensione effettiva del canale. Ciò consente un adeguato rifornimento di nutrienti in ogni canale, sebbene il volume di acqua e la quantità di sostanze nutritive nei canali profondi siano sufficienti per nutrire le piante per periodi più lunghi. La crescita delle piante trarrà sicuramente beneficio da flussi più rapidi e acqua turbolenta perché le radici saranno colpite da molti più ioni; mentre i flussi più lenti e l'acqua quasi stagnante avrebbero un impatto negativo sulla crescita delle piante.

L'aerazione per le unità DWC è fondamentale. In un canale densamente piantato, la domanda di ossigeno per le piante può causare livelli di DO a crollare al di sotto del minimo. Qualsiasi rifiuto solido in decomposizione presente nel canale aggraverebbe questo problema, diminuendo ulteriormente il DO. Pertanto, è necessaria l'aerazione. Il metodo più semplice è quello di posizionare diverse piccole pietre d'aria nei canali (Figura 4.72).

Le pietre d'aria dovrebbero rilasciare circa 4 litri di aria al minuto, ed essere disposte ogni 2-4 m2 della zona del canale. Inoltre, i sifoni Venturi (vedere paragrafo 4.2.5) possono essere aggiunti ai tubi di afflusso dell'acqua per aerare l'acqua man mano che entra nel canale. Infine, è possibile utilizzare il metodo Kratky di DWC (Figura 4.73). In questo metodo, uno spazio di 3-4 cm è lasciato tra il polistirolo e il corpo idrico all'interno del canale. Ciò consente all'aria di circolare attorno alla parte superiore delle radici delle piante. Questo approccio elimina la necessità di pietre d'aria nel canale in quanto quantità sufficienti di ossigeno nell'aria vengono fornite alle radici. Un altro vantaggio di questo metodo è l'evitare il contatto diretto degli steli delle piante con l'acqua, che riduce i rischi di malattie delle piante nella zona del colletto. Inoltre, la maggiore ventilazione grazie all'aumento dello spazio d'aria favorisce la dissipazione del calore dall'acqua, ideale in climi caldi

Non aggiungere alcun pesce nei canali che potrebbe mangiare le radici delle piante, ad esempio pesci erbivori come tilapia e carpe. Tuttavia, alcune piccole specie di pesci carnivori, come i guppy, i mollies o le zanzare, possono essere utilizzate con successo per gestire le larve di zanzara, che possono diventare un enorme fastidio per i lavoratori e i vicini in alcune zone.

I fogli di polistirolo dovrebbero avere un certo numero di fori praticati per adattarsi alle tazze di rete (o cubetti di spugna) utilizzate per sostenere ogni pianta (Figura 4.74). La quantità e la posizione dei fori sono dettate dal tipo vegetale e dalla distanza desiderata tra le piante, dove le piante più piccole possono essere distanziate più da vicino. L'appendice 8 contiene dettagli specifici e suggerimenti utili su come praticare i fori.

Le piantine possono essere avviate in un vivaio dedicato (vedere paragrafo 8.3) in blocchi di terreno o in un mezzo senza terreno. Una volta che queste piantine sono abbastanza grandi da gestire, possono essere trasferite in tazze nette e piantate nell'unità DWC (Figura 4.75). Lo spazio rimanente nella coppa netta deve essere riempito con mezzi idroponici, come ghiaia vulcanica, lana di roccia o LECA, per sostenere la piantina. È anche possibile piantare semplicemente un seme direttamente nelle tazze di rete sopra il supporto. Questo metodo è talvolta raccomandato se i semi vegetali sono accessibili perché evita lo shock del trapianto durante il reimpianto. Durante la raccolta, assicurarsi di rimuovere l'intera pianta, comprese le radici e le foglie morte, dal canale. Dopo il raccolto le zattere devono essere pulite ma non lasciate asciugare in modo da evitare di uccidere i batteri nitrificanti sulla superficie sommersa della zattera. Le unità su larga scala devono pulire le zattere con acqua per rimuovere lo sporco e i residui vegetali e riposizionarle immediatamente nei canali per evitare qualsiasi stress ai batteri nitrificanti.

Caso speciale DWC: bassa densità di pesce, senza filtri

Le unità DWC Aquaponic possono essere progettate che non richiedono filtrazione aggiuntiva esterna (Figura 4.76). Queste unità hanno una densità di stoccaggio molto bassa di pesce (cioè 1-1,5 kg di pesce per m3 di acquario), e quindi si basano principalmente sullo spazio delle radici delle piante e sull'area interna dei canali come superficie per ospitare i batteri nitrificanti. Semplici schermi a rete catturano i grandi rifiuti solidi e i canali fungono da serbatoi di decantazione per i rifiuti fini. Il vantaggio di questo metodo è la riduzione degli investimenti economici iniziali e dei costi di capitale, eliminando al contempo la necessità di ulteriori contenitori e materiali filtranti, che possono essere difficili e costosi da reperire in alcune località. Tuttavia, una minore densità di stoccaggio porterà a una riduzione della produzione ittica. Allo stesso tempo, molte imprese acquaponiche fanno la stragrande maggioranza dei loro profitti sulla resa delle piante piuttosto che sulla produzione ittica, utilizzando essenzialmente il pesce solo come fonte di nutrienti. Spesso, questo metodo richiede l'integrazione di nutrienti per garantire la crescita delle piante. Se si considera questo metodo, vale la pena valutare la produzione di pesce e piante desiderata e considerare i relativi costi e guadagni.

Dinamica del flusso d'acqua

La differenza principale tra i due disegni (alta calza di pesce rispetto a bassa calza di pesce) è che il design a bassa densità non utilizza né i contenitori di filtrazione esterni, meccanici o biologici. L'acqua scorre per gravità dall'acquario direttamente nei canali DWC, passando attraverso uno schermo a maglie molto semplice. L'acqua viene quindi restituita in una coppa e pompata di nuovo nelle vasche di pesce, o direttamente nelle vasche di pesce senza una coppa. L'acqua nelle vasche e nei canali viene aerata mediante una pompa d'aria. I rifiuti di pesce sono suddivisi per nitrificazione e mineralizzazione dei batteri che vivono sulla superficie delle radici delle piante e sulle pareti dei canali.

La densità di stoccaggio dei pesci è un continuum, che si estende da bassissime densità che non necessitano di filtri fino a densità molto elevate che necessitano di filtri esterni dedicati. Una soluzione semplice per ottenere ulteriore mineralizzazione e biofiltrazione e per evitare l'accumulo di rifiuti solidi sul fondo dei canali consiste nel combinare il semplice schermo a rete con un cesto di ghiaia di piselli o palline di argilla posizionate appena sopra il livello dell'acqua dove l'acqua esce dall'acquario. Il cestino funge da filtro di gocciolamento con i suoi mezzi che intrappolano e mineralizzano i solidi. L'acqua che cade dal cestello aggiungerà ossigeno anche attraverso il suo effetto schizzi. Inoltre, l'uso di ghiaia per piselli avrebbe un'azione tamponante contro l'acidificazione dell'acqua in seguito alla nitrificazione. Un'altra opzione può includere un biofiltro interno all'acquario, costituito da un semplice sacchetto a rete di materiale biofiltro vicino a una pietra dell'aria. Ciò può contribuire a garantire un'adeguata biofiltrazione senza aumentare il costo dei biofiltri esterni. Infine, aumentare il volume complessivo dell'acqua senza aumentare la densità di stoccaggio dei pesci, utilizzando fondamentalmente grandi vasche per pochi pesci, può contribuire a mitigare i problemi di qualità dell'acqua diluendo i rifiuti e garantendo all'agricoltore un tempo adeguato per rispondere ai cambiamenti prima che il pesce diventi stressato, anche se questo può diluire i nutrienti disponibili e ostacolare la crescita vegetale.

La minore densità dei pesci significa anche che la portata dell'acqua può essere inferiore. È possibile utilizzare una pompa più piccola, riducendo i costi, ma assicurando che almeno la metà del volume totale dell'acquario venga scambiato all'ora. In effetti, alcuni ricercatori hanno avuto successo con la rimozione della pompa elettrica tutti insieme e facendo affidamento sul lavoro manuale per ciclo dell'acqua due volte al giorno. Tuttavia, questi sistemi sono totalmente dipendenti da un'adeguata aerazione. Oltre a queste differenze, le raccomandazioni per gli acquari e la costruzione del canale DWC sono applicabili per questo metodo a bassa densità di stoccaggio.

Gestione unità a bassa densità di stoccaggio

La principale differenza rispetto alla gestione delle altre unità, discussa più dettagliatamente nel capitolo 8, è la minore densità di stoccaggio. La densità di stoccaggio consigliata per questi tipi di sistemi è 1-5 kg/m3 (rispetto a 10-20 kg/m3 per gli altri sistemi in questo manuale). In precedenza, è stato suggerito che l'equilibrio tra pesce e piante segua il rapporto di velocità di alimentazione, che aiuta a calcolare la quantità di mangime per pesci che entrano nel sistema, data una determinata area di coltivazione per le piante. Queste unità a bassa densità di stoccaggio seguono ancora il rapporto di avanzamento giornaliero suggerito di 40-50 g/m2, ma dovrebbero essere verso l'estremità inferiore. Una tecnica utile è quella di consentire ai pesci di nutrirsi per 30 minuti, 2-3 volte al giorno, e quindi rimuovere tutto il cibo non mangiato. La sovralimentazione comporterà un accumulo di rifiuti nelle vasche e nei canali, causando zone anossiche, cattive condizioni di crescita, malattie e stress per pesci e piante. Sempre, ma soprattutto quando si utilizza questo metodo senza filtri, assicurarsi di monitorare attentamente le condizioni di qualità dell'acqua e ridurre l'alimentazione se vengono rilevati livelli elevati di ammoniaca o nitriti.

Vantaggi e svantaggi della bassa densità di stoccaggio

Il vantaggio principale è un'unità più semplice. Questo sistema è più facile da costruire e più economico da iniziare, con costi di capitale inferiori. I pesci sono meno stressati perché sono coltivati in condizioni più spaziose. Nel complesso, questa tecnica può essere molto utile per i progetti iniziali con basso capitale. Questi sistemi possono essere molto utili per la coltivazione di pesci di alto valore, come pesci ornamentali, o colture speciali, come le erbe medicinali, dove la produzione inferiore è compensata con un valore più elevato.

Tuttavia, un grave svantaggio è che queste unità sono difficili da scalare. In una determinata area vengono coltivate meno piante e pesci, quindi sono meno intensivi di alcuni dei sistemi precedentemente delineati. Per produrre una grande quantità di cibo, questi sistemi diventerebbero proibitivamente grandi. Essenzialmente, la meccanica esterna e i biofiltri sono ciò che permette all'acquaponica di essere molto intensiva all'interno di una piccola area.

Inoltre, la produzione ittica non può funzionare indipendentemente dalla componente idroponica; le piante devono essere sempre presenti nei canali. Le radici delle piante forniscono l'area per la crescita dei batteri, e senza queste radici la biofiltrazione non sarebbe sufficiente a mantenere l'acqua pulita per i pesci. Se mai fosse necessario raccogliere tutte le piante in una sola volta, che possono verificarsi durante epidemie di malattia, cambiamenti di stagione o grandi eventi climatici, la ridotta biofiltrazione causerebbe un elevato stress di ammoniaca e pesce. D'altra parte, con esterni meccanici e biofiltri la produzione ittica può continuare senza l'idroponica come standard RAS.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *
Componenti essenziali di un'unità acquaponica
Original publication 2014 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations
Tutti i sistemi aquaponic condividono diversi componenti comuni ed essenziali. Questi includono: un acquario, un filtro meccanico, un biofiltro e contenitori idroponici. Tutti i sistemi utilizzano energia per far circolare l'acqua attraverso tubi e impianti idraulici durante l'aerazione dell'acqua. Come introdotto sopra, ci sono tre disegni principali delle aree di coltivazione delle piante tra cui: coltivare aiuole, coltivare tubi e coltivare canali. In questa sezione vengono illustrati i componenti obbligatori, inclusi gli acquari, i filtri meccanici, i biofiltri, gli impianti idraulici e le pompe. Le seguenti sezioni sono dedicate alle tecniche idroponiche separate e viene effettuato un confronto per determinare la combinazione più appropriata di tecniche per le diverse circostanze.

Serbatoio per pesci

Le vasche di pesce sono una componente fondamentale in ogni unità. Pertanto, le vasche ittiche possono rappresentare fino al 20% dell'intero costo di un'unità acquaponica. I pesci richiedono determinate condizioni per sopravvivere e prosperare, e quindi l'acquario dovrebbe essere scelto con saggezza. Ci sono diversi aspetti importanti da considerare, tra cui la forma, il materiale e il colore.

Forma serbatoio

Anche se qualsiasi forma di acquario funzionerà, sono raccomandati serbatoi rotondi con fondo piatto. La forma rotonda permette all'acqua di circolare uniformemente e trasporta i rifiuti solidi verso il centro del serbatoio con forza centripeta. I serbatoi quadrati con fondo piatto sono perfettamente accettabili, ma richiedono una rimozione più attiva dei rifiuti solidi. La forma del serbatoio influisce notevolmente sulla circolazione dell'acqua, ed è abbastanza rischioso avere un serbatoio con scarsa circolazione. Serbatoi di forma artistica con forme non geometriche con molte curve e curve possono creare punti morti nell'acqua senza circolazione. Queste zone possono raccogliere rifiuti e creare condizioni anossiche e pericolose per i pesci. Se si vuole utilizzare un serbatoio di forma strana, potrebbe essere necessario aggiungere pompe acqua o pompe d'aria per garantire una corretta circolazione e rimuovere i solidi. È importante scegliere una vasca adatta alle caratteristiche delle specie acquatiche allevate perché molte specie di pesci di fondo mostrano una crescita migliore e meno stress con un adeguato spazio orizzontale.

Materiale

Per la loro durata e la lunga durata sono raccomandati sia in plastica inerte forte che in fibra di vetro. Il metallo non è possibile a causa della ruggine. Plastica e fibra di vetro sono comode da installare (anche per l'impianto idraulico) e sono abbastanza leggere e manovrabili. Gli abbeveratoi per animali sono comunemente usati, in quanto tendono ad essere economici. Se si utilizzano contenitori di plastica, assicurarsi che siano resistenti ai raggi UV perché la luce solare diretta può distruggere la plastica. In generale, i serbatoi in polietilene a bassa densità (LDPE) sono preferibili a causa della loro elevata resistenza e caratteristiche alimentari. Infatti, il LDPE è il materiale più comunemente utilizzato per serbatoi di stoccaggio dell'acqua per usi civili. Un'altra opzione è uno stagno nel terreno. Gli stagni naturali sono molto difficili da gestire per l'acquaponica perché i processi biologici naturali, già presenti all'interno del substrato e fango sul fondo, possono essere difficili da manipolare e i nutrienti sono spesso già utilizzati dalle piante acquatiche. Gli stagni cementati o rivestiti in plastica sono molto più accettabili e possono essere un'opzione economica. Gli stagni nel terreno possono rendere difficili le operazioni idrauliche e il design dell'impianto idraulico deve essere attentamente considerato prima di intraprendere questa opzione. Uno dei acquari più semplici è un buco scavato nel terreno, rivestito con mattoni o blocchi di cemento, e quindi rivestito con un rivestimento impermeabile come la plastica polietilene. Altre opzioni includono contenitori usati, come vasche da bagno, barili o contenitori intermedi alla rinfusa (IBC). È molto importante assicurarsi che il contenitore non sia stato utilizzato in precedenza per immagazzinare materiale tossico. I contaminanti, come le sostanze chimiche a base di solvente, saranno penetrati nella plastica porosa stessa e saranno impossibili da rimuovere con il lavaggio. Quindi, scegli attentamente i contenitori usati e conosci il venditore, se possibile.

Colore

Si consiglia vivamente il bianco o altri colori chiari in quanto consentono una più facile visualizzazione del pesce al fine di controllare facilmente il comportamento e la quantità di rifiuti depositati sul fondo del serbatoio (figure 4.22- 4.24). I serbatoi bianchi rifletteranno anche la luce solare e manterranno l'acqua fresca. In alternativa, la parte esterna dei serbatoi di colore più scuro può essere verniciata di bianco. In zone molto calde o fredde, potrebbe essere necessario isolare ulteriormente i serbatoi termicamente.

Copertine e ombreggiatura

Tutti gli acquari dovrebbero essere coperti. I copriparalume impediscono la crescita delle alghe. Inoltre, le coperture impediscono ai pesci di saltare fuori (spesso si verifica con pesci appena aggiunti o se la qualità dell'acqua è sub-ottimale), impediscono l'ingresso di foglie e detriti e impediscono ai predatori come gatti e uccelli di attaccare i pesci. Spesso vengono utilizzate reti ombreggianti agricole che bloccano l'80-90% della luce solare. Il telo parasole può essere fissato a un semplice telaio in legno per fornire peso e rendere la copertura facile da rimuovere.

Failsafe e ridondanza

Non lasciare che l'acquario perda l'acqua; i pesci moriranno se l'acquario si scarichi accidentalmente. Sebbene alcuni incidenti siano inevitabili (ad esempio un albero che cade sul serbatoio), la maggior parte delle uccisioni di pesci catastrofici sono il risultato di un errore umano. Assicurarsi che non vi sia alcun modo per il serbatoio di scarico senza una scelta deliberata da parte dell'operatore. Se la pompa dell'acqua si trova nell'acquario, assicurarsi di sollevare la pompa dal fondo in modo che il serbatoio non possa mai essere pompato a secco. Utilizzare un tubo di appoggio all'interno del serbatoio per garantire un livello minimo d'acqua. Ciò è discusso ulteriormente nella sezione 4.2.6.

Filtrazione - meccanica e biologica

Filtrazione meccanica

Per i RASS, la filtrazione meccanica è probabilmente l'aspetto più importante** del progetto. La filtrazione meccanica è la separazione e la rimozione di rifiuti solidi e sospesi di pesci dalle vasche. È essenziale rimuovere questi rifiuti per la salute del sistema, perché i batteri anaerobici rilasciano gas nocivi se i rifiuti solidi vengono lasciati decomporsi all'interno delle vasche. Inoltre, i rifiuti possono ostruire i sistemi e disturbare il flusso d'acqua, causando condizioni anossiche alle radici delle piante. L'acquaponica su piccola scala ha tipicamente densità di stoccaggio inferiori rispetto ai metodi RAS intensivi per i quali questi filtri meccanici sono stati originariamente progettati, ma un certo livello di filtrazione meccanica è essenziale per serbatoi acquaponici sani, indipendentemente dal tipo di metodo idroponico utilizzato.

Esistono diversi tipi di filtri meccanici. Il metodo più semplice è uno schermo o un filtro situato tra l'acquario e il letto di coltivazione. Questo schermo cattura i rifiuti solidi e deve essere risciacquato spesso. Allo stesso modo, l'acqua che esce dall'acquario può passare attraverso un piccolo contenitore di materiale particolato, separato dal letto multimediale; questo contenitore è più facile da risciacquare periodicamente. Questi metodi sono validi per alcune unità acquaponiche su piccola scala, ma sono insufficienti nei sistemi più grandi con più pesci in cui la quantità di rifiuti solidi è rilevante. Esistono molti tipi di filtri meccanici, tra cui serbatoi di sedimentazione, chiarificatori a flusso radiale, filtri a sabbia o a cordone e filtri a deflettore; ognuno di essi può essere utilizzato in base alla quantità di rifiuti solidi che devono essere rimossi. Tuttavia, poiché questa pubblicazione si concentra su acquaponica su piccola scala, chiarificatori o separatori meccanici, sono i filtri più appropriati. I chiarificatori, in generale, possono rimuovere fino al 60% dei solidi rimovibili totali. Per ulteriori informazioni sui diversi metodi di filtrazione meccanica, si rimanda all'ulteriore sezione di lettura alla fine della presente pubblicazione.

Separatori meccanici (chiarificatori)

Un chiarificatore è un recipiente dedicato che utilizza le proprietà dell'acqua per separare le particelle. Generalmente, l'acqua che si muove più lentamente non è in grado di trasportare tante particelle quante l'acqua che scorre più velocemente. Pertanto, il chiarificatore è costruito in modo tale da accelerare e rallentare l'acqua in modo che le particelle si concentrino sul fondo e possano essere rimosse. In un chiarificatore a spirale, l'acqua dall'acquario entra vicino al centro inferiore del chiarificatore attraverso un tubo. Questo tubo è posizionato tangenzialmente al contenitore costringendo così l'acqua a girare con un movimento circolare all'interno del contenitore. La forza centripeta creata dal movimento circolare dell'acqua costringe i rifiuti solidi nell'acqua al centro e al fondo del contenitore, perché l'acqua al centro del vortice è più lenta di quella esterna. Una volta raccolti questi rifiuti sul fondo, è possibile aprire periodicamente un tubo attaccato al fondo del contenitore, permettendo ai rifiuti solidi di uscire dal contenitore.

L'acqua chiarificata esce dal chiarificatore in alto, attraverso un grande tubo di uscita scanalato coperto da un filtro a rete secondario, e scorre nel biofiltro o nei letti multimediali. Le figure 4.25-4.27 mostrano esempi di separatori meccanici semplici per unità di piccole e grandi dimensioni. I rifiuti solidi intrappolati e rimossi contengono sostanze nutritive e sono molto utili per gli impianti o per le piante da giardino in generale; la mineralizzazione dei rifiuti solidi è discussa nella sezione seguente. Una linea guida generale per le unità su piccola scala è quella di dimensionare il contenitore separatore meccanico in modo da essere circa un sesto del volume dell'acquario, ma questo dipende dalla densità di stoccaggio e dal design esatto. L'appendice 8 contiene istruzioni dettagliate e dettagliate sulla costruzione di ciascuna parte di questi sistemi.

Un'adeguata filtrazione meccanica preliminare è particolarmente importante per le unità NFT e DWC utilizzate per intrappolare e rimuovere i rifiuti solidi. Senza questo processo preliminare, rifiuti solidi e sospesi si accumuleranno nei tubi di coltivazione e nei canali e intaseranno le superfici delle radici. L'accumulo di rifiuti solidi causa blocchi nelle pompe e nei componenti idraulici. Infine, i rifiuti non filtrati creeranno anche pericolosi punti anaerobici nel sistema. Questi punti anaerobici possono ospitare batteri che producono idrogeno solforato, un gas molto tossico e letale per i pesci, prodotto dalla fermentazione di rifiuti solidi, che spesso possono essere rilevati come odore di uova marce.

Biofiltrazione

La biofiltrazione è la conversione di ammoniaca e nitrito in nitrato da batteri viventi. La maggior parte dei rifiuti di pesce non è filtrabile utilizzando un filtro meccanico perché i rifiuti vengono disciolti direttamente nell'acqua e la dimensione di queste particelle è troppo piccola per essere rimossa meccanicamente. Pertanto, al fine di elaborare questo rifiuto microscopico, un sistema acquaponico utilizza batteri microscopici. La biofiltrazione è essenziale in acquaponica perché ammoniaca e nitriti sono tossici anche a basse concentrazioni, mentre le piante hanno bisogno dei nitrati per crescere. In un'unità acquaponica, il biofiltro è un componente deliberatamente installato per ospitare la maggior parte dei batteri viventi. Inoltre, il movimento dinamico dell'acqua all'interno di un biofiltro romperà i solidi molto fini non catturati dal chiarificatore, il che impedisce ulteriormente l'accumulo di rifiuti sulle radici delle piante in NFT e DWC. Tuttavia, alcune grandi strutture acquaponiche che seguono la progettazione del sistema sviluppato presso l'Università delle Isole Vergini non utilizzano un biofiltro separato in quanto si basano principalmente sulle superfici bagnate delle unità, sulle radici delle piante e sull'assorbimento diretto delle piante per elaborare l'ammoniaca. La biofiltrazione separata non è necessaria nella tecnica del letto multimediale perché i letti di coltivazione stessi sono biofiltri perfetti.

Il biofiltro è progettato per avere una grande superficie fornita con acqua ossigenata. Il biofiltro viene installato tra il filtro meccanico e i contenitori idroponici. Il volume minimo di questo contenitore di biofiltro dovrebbe essere di un sesto quello dell'acquario. La Figura 4.28 mostra un esempio di biofiltro per unità su piccola scala.

Un mezzo biofiltro comunemente usato è Bioballs® un prodotto proprietario disponibile presso i negozi di acquacoltura, sebbene esistano marchi generici simili (Figura 4.29). Questi sono progettati per essere un materiale biofiltro ideale, perché sono piccoli oggetti in plastica appositamente sagomati che hanno una superficie molto ampia per il loro volume (500-700 m2/m3). Possono essere utilizzati altri mezzi, tra cui ghiaia vulcanica, tappi di bottiglia in plastica, pouf doccia in nylon, reti, trucioli di polivinilcloruro (PVC) e tamponi in nylon. Qualsiasi biofiltro deve avere un alto rapporto tra superficie e volume, essere inerte ed essere facile da risciacquare. Le bioballs® hanno quasi il doppio del rapporto superficie/volume della ghiaia vulcanica, ed entrambi hanno un rapporto più elevato rispetto ai tappi in plastica. Quando si utilizza materiale biofiltrante subottimale, è importante riempire il biofiltro il più possibile, ma anche così la superficie fornita dal mezzo potrebbe non essere sufficiente per garantire un'adeguata biofiltrazione. È sempre meglio sovradimensionare il biofiltro durante la costruzione iniziale, ma i biofiltri secondari possono essere aggiunti successivamente se necessario. I biofiltri occasionalmente necessitano di agitazione o agitazione per evitare intasamenti, e occasionalmente devono essere risciacquati se i rifiuti solidi li hanno intasati, creando zone anossiche. Cfr. capitolo 8 e appendice 4 per ulteriori informazioni sui requisiti relativi alle dimensioni della biofiltrazione per le unità su piccola scala.

Un altro componente richiesto per il biofiltro è l'aerazione. I batteri nitrificanti hanno bisogno di un adeguato accesso all'ossigeno per ossidare l'ammoniaca. Una soluzione semplice è quella di utilizzare una pompa ad aria, posizionando le pietre dell'aria sul fondo del contenitore. Questo assicura che i batteri abbiano concentrazioni DO costantemente elevate e stabili. Le pompe ad aria aiutano anche a abbattere qualsiasi rifiuto solido o sospeso non catturato dal separatore meccanico agitando e muovendo costantemente le Bioballs® galleggianti. Per intrappolare ulteriormente i solidi all'interno del biofiltro, è anche possibile inserire all'ingresso del biofiltro un piccolo secchio cilindrico di plastica pieno di rete di nylon (come Perlon®), spugne o un sacchetto di rete pieno di ghiaia vulcanica (Figura 4.30). I rifiuti sono intrappolati da questo filtro meccanico secondario, consentendo all'acqua rimanente di fluire verso il basso attraverso piccoli fori praticati sul fondo del secchio nel contenitore del biofiltro. I rifiuti intrappolati sono inoltre soggetti a mineralizzazione e degradazione batterica.

Mineralizzazione

La mineralizzazione, in termini di acquaponica, si riferisce al modo in cui i rifiuti solidi vengono trattati e metabolizzati dai batteri in nutrienti per le piante. I rifiuti solidi che sono intrappolati dal filtro meccanico contengono sostanze nutritive; anche se il trattamento di questi rifiuti è diverso dalla biofiltrazione e richiede una considerazione separata. Conservare i solidi all'interno del sistema generale aggiungerà più sostanze nutritive alle piante. Eventuali scarti che rimangono sui filtri meccanici, all'interno dei biofiltri o nei letti coltivati sono sottoposti ad una certa mineralizzazione. Lasciare i rifiuti in posizione più a lungo consente una maggiore mineralizzazione; più tempo di permanenza dei rifiuti nei filtri porterà a una maggiore mineralizzazione e più sostanze nutritive vengono trattenute nel sistema. Tuttavia, questi stessi rifiuti solidi, se non adeguatamente gestiti e mineralizzati, bloccheranno il flusso d'acqua, consumeranno ossigeno e porteranno a condizioni anossiche, che a loro volta portano alla produzione e alla denitrificazione di gas idrogeno solforato pericolosi. Alcuni sistemi di grandi dimensioni lasciano quindi deliberatamente i rifiuti solidi all'interno dei filtri, garantendo un adeguato flusso d'acqua e ossigenazione, in modo che venga rilasciato un massimo di nutrienti. Tuttavia, questo metodo non è pratico per i sistemi NFT e DWC su piccola scala.

Se si decide di mineralizzare deliberatamente questi solidi, ci sono semplici modi per facilitare la degradazione batterica in un contenitore separato, semplicemente immagazzinando questi rifiuti in questo contenitore separato con adeguata ossigenazione utilizzando pietre d'aria. Dopo un periodo di tempo indefinito, i rifiuti solidi saranno stati consumati, metabolizzati e trasformati da batteri eterotrofici. A questo punto, l'acqua può essere decantata e riaggiunta al sistema aquaponico, e il residuo, che è diminuito di volume, può essere aggiunto al terreno.

In alternativa, questi rifiuti solidi possono essere separati, rimossi e aggiunti a qualsiasi bidone agricolo, giardino o compostaggio come prezioso fertilizzante. Tuttavia, la perdita di questi nutrienti può causare carenze nelle piante che possono quindi richiedere l'integrazione di sostanze nutritive (cfr. capitolo 6).

Utilizzo di un letto multimediale per una combinazione di filtrazione meccanica e biologica

È anche possibile utilizzare un letto pieno di supporti per la meccanica e la biofiltrazione nelle unità NFT e DWC (figure 4.31 e 4.32). Questo può essere importante quando non è possibile ottenere i materiali necessari per un separatore a spirale e/o un biofiltro separato. Anche se più approfonditamente discusso nel capitolo 8, è sufficiente dire che per ogni 200 g di mangime per pesci al giorno il biofiltro deve essere di 300 litri di volume. Questa piccola ghiaia fornirebbe un'adeguata biofiltrazione per circa 20 kg di pesce. Anche se questo fondo filtrante fornirebbe un'adeguata biofiltrazione per un'unità NFT o DWC, oltre a catturare e trattenere i rifiuti solidi, a volte si consiglia un ulteriore dispositivo di cattura dei solidi inserito nel letto al fine di evitare l'intasamento dei solidi dei pesci. Il letto avrà bisogno di risciacquo periodicamente per rimuovere i rifiuti solidi.

In sintesi, un certo livello di filtrazione è essenziale per tutti gli acquaponici, anche se la densità di stoccaggio dei pesci e la progettazione del sistema determinano la quantità di filtrazione necessaria. I filtri meccanici separano i rifiuti solidi per prevenire l'accumulo di sostanze tossiche e la biofiltrazione converte i rifiuti azotati disciolti in nitrato (figure 4.33 e 4.34). I letti di supporto fungono da filtri meccanici e da biofiltri quando si utilizza questa tecnica, ma a volte è necessaria una filtrazione meccanica aggiuntiva per densità di pesce più elevate (15 kg/m3). Senza i supporti multimediali, come nelle unità NFT e DWC, è necessaria una filtrazione autonoma. La mineralizzazione dei rifiuti solidi restituisce più nutrienti al sistema. La mineralizzazione avviene nei letti multimediali, ma all'interno dei sistemi NFT e DWC sono necessari apparecchi separati.

Componenti idroponici - letti multimediali, NFT, DWC

La componente idroponica è il termine per descrivere le sezioni di coltivazione delle piante nell'unità. Ci sono diversi disegni, tre dei quali sono discussi in dettaglio in questa pubblicazione, ma ognuno garantisce una sezione separata. Questi tre disegni sono: unità letto media, talvolta chiamate letti di particolato, dove le piante crescono all'interno di un substrato (figure 4.35 e 4.36); unità di tecnica a film nutriente (NFT), dove le piante crescono con le loro radici in tubi larghi alimentati con un filo di acqua di coltura (Figura 4.37 e 4.38); e coltura in acque profonde ( DWC), chiamate anche acquaponica zattera o sistemi a letto galleggiante, dove le piante sono sospese sopra un serbatoio d'acqua utilizzando una zattera galleggiante (Figura 4.39 e 4.40). Ogni metodo presenta vantaggi e svantaggi, tutti con stili di componenti diversi per soddisfare le esigenze di ogni metodo. Cfr. le sezioni 4.3-4.6 per i dettagli di ciascuna.

Movimento dell'acqua

Il movimento dell'acqua è fondamentale per mantenere tutti gli organismi vivi in acquaponica. L'acqua che scorre si sposta dalle vasche, attraverso il separatore meccanico e il biofiltro e, infine, alle piante nei loro letti, tubi o canali, eliminando i nutrienti disciolti. Se il movimento dell'acqua si arresta, l'effetto più immediato sarà una riduzione del DO e l'accumulo di rifiuti nell'acquario; senza il filtro meccanico e il biofiltro i pesci possono soffrire e morire entro poche ore. Senza il flusso d'acqua, l'acqua nei letti multimediali o nelle unità DWC ristagnerà e diventerà anossica e i sistemi NFT si asciugheranno.

Una linea guida comunemente citata per i sistemi acquaponici densamente riforniti consiste nel ciclo dell'acqua due volte all'ora. Ad esempio, se un'unità acquaponica ha un volume d'acqua totale di 1 000 litri, la portata dell'acqua dovrebbe essere di 2 000 litri/h, in modo che ogni ora l'acqua venga ciclicata due volte. Tuttavia, a basse densità di stoccaggio, questo tasso di fatturato non è necessario e l'acqua deve essere pedalata solo una volta all'ora. Esistono tre metodi comunemente usati per spostare l'acqua attraverso un sistema: pompe a girante sommerse, sollevatori aerei e potenza umana.

Pompa acqua sommersa girante

Più comunemente, una pompa ad acqua sommersa di tipo girante viene utilizzata come cuore di un'unità acquaponica e questo tipo di pompa è raccomandato (Figura 4.41).

Potrebbero essere utilizzate pompe esterne, ma richiedono ulteriori impianti idraulici e sono più adatte per progetti più grandi. Le pompe dell'acqua di alta qualità dovrebbero essere utilizzate preferibilmente al fine di garantire una lunga durata e un'efficienza energetica. Le pompe di alta qualità manterranno la loro capacità di pompaggio ed efficienza per almeno 1-2 anni, con una durata complessiva di 3-5 anni, mentre i prodotti inferiori perderanno la loro potenza di pompaggio in tempi più brevi, portando a flussi d'acqua significativamente ridotti. Per quanto riguarda la portata, le unità su piccola scala descritte in questa pubblicazione necessitano di una portata di 2 000 litri/h ad un'altezza di 1,5 metri; una pompa sommergibile di questa capacità consumerebbe 25-50 W/h. Un'approssimazione utile per calcolare l'efficienza energetica delle pompe sommergibili è che una pompa può muovere 40 litri di acqua all'ora per ogni watt all'ora consumata, anche se alcuni modelli sostengono il doppio di questa efficienza.

Quando si progetta l'impianto idraulico per la pompa, è importante rendersi conto che la potenza di pompaggio è ridotta in ogni raccordo del tubo; fino al 5% della portata totale può essere persa ad ogni collegamento del tubo quando l'acqua viene forzata. Pertanto, utilizzare il numero minimo di connessioni tra la pompa e le vasche di pesce. È anche importante notare che più piccolo è il diametro dei tubi, maggiore è la perdita di flusso d'acqua. Un tubo da 30 mm ha il doppio del flusso di un tubo da 20 mm anche se servito da pompe con la stessa capacità. Inoltre, un tubo più grande non richiede alcuna manutenzione per rimuovere l'accumulo di solidi che si accumulano all'interno. In termini pratici, ciò si traduce in significativi risparmi sull'elettricità e sui costi operativi. Quando si installa un'unità aquaponica, assicurarsi di posizionare la pompa sommergibile in un luogo accessibile perché è necessaria una pulizia periodica. Infatti, il filtro interno avrà bisogno di pulizia ogni 2-3 settimane. Le pompe ad acqua sommerse si rompono se vengono eseguite senza acqua; non far asciugare mai la pompa.

Sollevamento aereo

Gli ascensori aerei sono un'altra tecnica di sollevamento dell'acqua (Figura 4.42). Usano una pompa ad aria piuttosto una pompa dell'acqua. L'aria viene forzata sul fondo di un tubo all'interno dell'acquario, le bolle si formano e scoppiano, e durante la loro ascesa in superficie le bolle trasportano l'acqua con loro. Un vantaggio è che gli ascensori aerei possono essere più efficienti elettricamente, ma solo a piccole altezze della testa (30-40 cm). I sollevatori ad aria acquisiscono potenza nei serbatoi più profondi e sono i migliori a una profondità superiore a un metro. Un valore aggiunto è che gli ascensori aerei non intasano il modo in cui fanno le pompe sommergibili a girante. Inoltre, l'acqua viene ossigenata anche attraverso il movimento verticale azionato dalle bolle d'aria. Tuttavia, il volume di aria pompata dovrebbe essere sufficiente per spostare l'acqua lungo il tubo. Le pompe ad aria hanno generalmente una durata maggiore rispetto alle pompe ad acqua sommergibili. Il vantaggio principale deriva da un'economia di scala: una singola pompa d'aria può essere acquistata sia per l'aerazione che per la circolazione dell'acqua, il che riduce l'investimento di capitale in una seconda pompa.

Potere umano

Alcuni sistemi aquaponici sono stati progettati per utilizzare il potere umano per spostare l'acqua (Figura 4.43).

L'acqua può essere sollevata in secchi o utilizzando pulegge, biciclette modificate o altri mezzi. Un serbatoio di intestazione può essere riempito manualmente e lasciato drenare lentamente per tutto il corso della giornata. Questi metodi sono applicabili solo ai sistemi di piccole dimensioni e dovrebbero essere presi in considerazione solo quando l'elettricità non è disponibile o non è affidabile. Spesso questi sistemi avranno un basso DO e una miscelazione insufficiente di sostanze nutritive, anche se possono essere utilizzati con successo insieme ad alcune tecniche modificate discusse nel capitolo 9.

Aerazione

Le pompe d'aria iniettano aria nell'acqua attraverso i tubi dell'aria e le pietre dell'aria che si trovano all'interno dei serbatoi dell'acqua, aumentando così i livelli di DO nell'acqua (Figura 4.44).

L'ulteriore DO è un componente vitale delle unità NFT e DWC. Le pietre d'aria si trovano alla fine della linea d'aria e servono a diffondere l'aria in bolle più piccole (Figura 4.45). Le piccole bolle hanno più superficie e quindi rilasciano ossigeno nell'acqua meglio delle bolle grandi; questo rende il sistema di aerazione più efficiente e contribuisce a risparmiare sui costi. Si raccomanda di utilizzare pietre d'aria di qualità per ottenere le più piccole bolle d'aria. Biofouling si verificherà, e le pietre d'aria devono essere pulite regolarmente prima con una soluzione di cloro per uccidere i depositi batterici e poi, se necessario, con un acido molto delicato per rimuovere la mineralizzazione, o sostituite, quando il flusso di bolle è incoerente. Le pompe ad aria di qualità sono una componente insostituibile dei sistemi aquaponici e molti sistemi sono stati salvati dal collasso catastrofico a causa dell'abbondanza di DO. Se possibile, è preferibile utilizzare una pompa ad aria AC/DC combinata in caso di carenza di elettricità, poiché quando scollegate dall'alimentazione CA durante un'interruzione, le batterie CC caricate possono continuare a funzionare.

Sistemi di aerazione dimensionamento

Per le unità su piccola scala, con vasche per pesci da circa 1 000 litri, si raccomanda di collocare almeno due linee d'aria, dette anche iniettori, con pietre d'aria, e un iniettore nel contenitore del biofiltro. Per capire il volume di aria che entra nel sistema, vale la pena misurare la portata. Per fare questo, basta invertire un misuratore volumetrico (una bottiglia da 2 litri, un misurino, un bicchiere graduato) nell'acquario. Con l'aiuto di un assistente, iniziare un cronometro contemporaneamente all'inserimento della pietra ad aria gorgogliante nel dispositivo di misurazione. Arrestare il cronometro quando il contenitore è pieno d'aria. Quindi, determinare la portata in litri al minuto utilizzando un rapporto. L'obiettivo per i sistemi descritti qui è 4-8 litri/ min per tutti i calcoli ad aria combinati. E 'sempre meglio avere extra DO piuttosto che non abbastanza.

Cercare di posizionare pietre d'aria in modo che non risospendano i solidi sedimentanti, impedendo così la loro rimozione attraverso lo scarico centrale.

Sifoni Venturi

Low-tech e semplici da costruire, i sifoni Venturi sono un'altra tecnica per aumentare i livelli DO in acquaponica. Questa tecnica è particolarmente preziosa nei canali DWC. In parole povere, i sifoni Venturi utilizzano un principio idrodinamico che tira l'aria dall'esterno (aspirazione) quando l'acqua pressurizzata scorre ad una velocità maggiore attraverso una sezione di tubo di diametro inferiore. Con un flusso d'acqua costante, se il diametro del tubo diminuisce la velocità dell'acqua deve aumentare, e questa velocità più veloce crea una pressione negativa. I sifoni Venturi sono brevi sezioni di tubo (diametro 20 mm, lunghezza 5 cm) inserite all'interno del tubo principale dell'acqua di diametro maggiore (25 mm). Poiché l'acqua nel tubo principale viene forzata attraverso la sezione più stretta, crea un effetto jet (Figura 4.46). Questo effetto getto aspira l'aria circostante nel flusso d'acqua attraverso un piccolo foro tagliato nel tubo di costrizione esterno. Se il sifone Venturi è sott'acqua, il piccolo foro può essere collegato a una lunghezza di tubo esposta all'atmosfera. I sifoni Venturi possono essere integrati in ogni tubo di afflusso nei canali DWC, il che aumenterà il contenuto DO del canale. Possono anche servire come ridondanza per l'aerazione del serbatoio del pesce se la pompa dell'aria si guasta. Vedere la sezione Ulteriori letture per ulteriori fonti di informazione.

Serbatoio pozzetto

Il serbatoio di raccolta dell'acqua è un serbatoio di raccolta dell'acqua nel punto più basso del sistema; l'acqua scorre sempre in discesa fino al pozzetto (Figura 4.47).

Questa è spesso la posizione della pompa sommergibile. Le vasche di poppa devono essere più piccole delle vasche per pesci e devono essere in grado di contenere tra un quarto e un terzo del volume dell'acquario. Per i letti multimediali di tipo riflusso e flusso, il pozzetto deve essere sufficientemente grande da contenere almeno l'intero volume d'acqua nei letti di coltivazione (vedere paragrafo 4.3). I serbatoi di coppa esterni sono utilizzati principalmente nelle unità letto media; tuttavia, per le unità DWC il canale idroponico effettivo può essere utilizzato anche come serbatoio di pozzo/casa pompa. Anche se utile, non è un componente essenziale del sistema, e molti progetti non utilizzano un serbatoio di pozzetto esterno. Unità molto piccole, con vasche per pesci fino a 200 litri, possono semplicemente pompare acqua dall'acquario ai letti coltivati, da dove l'acqua scorre verso il basso nel serbatoio del pescio.Tuttavia, per le unità più grandi è molto utile avere un pozzetto.

Un metodo comune di acquaponica, e quello consigliato qui, è quello di avere la pompa situata nel serbatoio della coppa. Un acronimo comunemente usato descrive i punti chiave di questo progetto, che è: altezza costante in acquario - pompa in vasca di raccolta (CHIFT- PIST). L'utilizzo di questo metodo significa che eventuali perdite d'acqua, comprese le componenti di evaporazione e perdite, si manifestano solo all'interno della vasca di raccolta e non influiscono sul volume dell'acquario. È quindi semplice misurare le normali perdite evaporative e calcolare la frequenza con cui l'acqua ha bisogno di rifornimento, e può essere determinata immediatamente in caso di perdita. Forse ancora più importante, eventuali perdite nel sistema idroponico non danneggeranno il pesce. La sezione 9.2 illustra la sicurezza dei livelli dell'acqua in modi diversi.

Materiali idraulici

Ogni sistema richiede una selezione di tubi in PVC, raccordi e raccordi in PVC, tubi e tubi in PVC (Figura 4.48). Questi forniscono i canali affinché l'acqua fluisca in ciascun componente. Sono necessarie anche valvole per paratie, Uniseal® (di seguito uniseal), sigillante siliconico e nastro in teflon. I componenti in PVC sono collegati tra loro in modo permanente utilizzando cemento PVC, anche se il sigillante siliconico può essere temporaneamente utilizzato se l'impianto idraulico non è permanente e i giunti non sono sotto alta pressione dell'acqua. Inoltre, sono necessari alcuni strumenti generali come martelli, trapani, seghe a mano, seghe elettriche, nastri di misurazione, pinze, pinze, cacciaviti, livelli, ecc Uno strumento speciale è una sega a tazza e/ o punta a vanga, che vengono utilizzati in un trapano elettrico per praticare fori fino a 8 cm, necessari per l'inserimento del tubi nelle vasche di pesce e filtri, nonché per fare fori nei letti in PVC o polistirolo crescere nei sistemi NFT e DWC. L'appendice 8 contiene un elenco dettagliato dei materiali necessari per ciascuna unità descritta nella presente pubblicazione.

Assicurarsi che i tubi e gli impianti idraulici utilizzati nel sistema non siano mai stati utilizzati in precedenza per contenere sostanze tossiche. È anche importante che l'impianto idraulico utilizzato sia di qualità alimentare per evitare possibili sanguisughe di sostanze chimiche nell'acqua del sistema. È anche importante utilizzare tubi neri e/o non trasparenti alla luce, che impediscano la crescita delle alghe.

Kit test acqua

Semplici test dell'acqua sono un requisito per ogni unità aquaponica. I kit di prova per acqua dolce codificati a colori sono prontamente disponibili, abbastanza economici e facili da usare, e quindi questi sono raccomandati. Questi possono essere acquistati nei negozi di acquari o online. Questi kit includono test per pH, ammoniaca, nitrito, nitrato, GH e KH (Figura 4.49).

Assicurarsi che i produttori siano affidabili e che la data di scadenza sia ancora valida. Altri metodi includono contatori digitali o strisce reattive. Se si utilizzano contatori digitali per pH o nitrato, assicurarsi di calibrare le unità in base alle indicazioni del produttore. È necessario un termometro per misurare la temperatura dell'acqua. Inoltre, se c'è il rischio di acqua salata nell'acqua sorgente, vale la pena un idrometro economico o un rifrattometro più accurato ma più costoso. Maggiori dettagli sull'uso dei kit per test colourimetrici sono riportati nella sezione 3.3.6.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *
Tecnica del film nutriente (nft)
Original publication 2014 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations
L'NFT è un metodo idroponico che utilizza tubi orizzontali ciascuno con un flusso poco profondo di acqua acquaponica ricca di nutrienti che scorre attraverso di esso (Figura 4.60). Le piante sono collocate all'interno di fori nella parte superiore dei tubi e sono in grado di utilizzare questo sottile film di acqua ricca di sostanze nutritive.

Sia il NFT che DWC sono metodi popolari per le operazioni commerciali in quanto entrambi sono finanziariamente più redditizie rispetto alle unità letto media quando sono aumentate (Figura 4.61).

Questa tecnica ha un'evaporazione molto bassa perché l'acqua è completamente protetta dal sole. Questa tecnica è molto più complicata e costosa dei letti multimediali e potrebbe non essere appropriata in luoghi con accesso inadeguato ai fornitori. Questa tecnica è più utile nelle applicazioni urbane, soprattutto quando si utilizzano spazi verticali o limitazioni di peso sono considerazioni.

Sebbene tutti i metodi abbiano un approccio diverso alla coltivazione effettiva delle piante, la differenza più importante tra loro è il metodo di filtrazione che le unità NFT e DWC utilizzano rispetto al metodo del letto multimediale. Il testo seguente descrive in dettaglio questo metodo di filtrazione per le unità NFT e DWC. Successivamente, i metodi NFT e DWC sono discussi individualmente. Il layout generale di questa sezione inizia con la dinamica del flusso dell'acqua o il modo in cui l'acqua si muove attraverso il sistema. Vengono poi discussi i metodi di filtrazione, seguiti da specifiche linee guida di impianto per i sistemi NFT.

Dinamica del flusso d'acqua

L'acqua scorre per gravità dall'acquario, attraverso il filtro meccanico e nella combinazione biofiltro/coppa. Dalla coppa, l'acqua viene pompata in due direzioni attraverso un connettore a «Y» e valvole. Un po' d'acqua viene pompata direttamente all'acquario. L'acqua rimanente viene pompata in un collettore che distribuisce l'acqua equamente attraverso i tubi NFT. L'acqua scorre, ancora per gravità, giù attraverso i tubi di coltivazione dove si trovano le piante. All'uscita dai tubi di coltivazione, l'acqua viene restituita al biofiltro/pozzetto, dove di nuovo viene pompata nell'acquario o coltivata tubi. L'acqua che entra nell'acquario fa sì che l'acquario trabocchi attraverso il tubo di uscita e di nuovo nel filtro meccanico, completando così il ciclo.

Questo disegno, come descritto in questa pubblicazione, è chiamato «Figura 8» disegno a causa del percorso dell'acqua. Questo design assicura che l'acqua filtrata entri sia nell'acquario che nei tubi di coltivazione, utilizzando una sola pompa. Non è necessario posizionare il pozzetto più in basso rispetto al resto dell'unità, rendendo questo design possibile l'utilizzo su pavimenti in cemento esistenti o sui tetti. Tutti i componenti sono a un livello di lavoro confortevole per l'agricoltore senza chinarsi o utilizzare scale. Inoltre, il design utilizza pienamente le dimensioni del contenitore IBC per garantire spazio adeguato per il pesce. Uno svantaggio è che la combinazione sump/biofiltro funziona per diluire la concentrazione di nutrienti dell'acqua che raggiunge i tubi di coltivazione, e allo stesso tempo, restituisce acqua al pesce prima che l'acqua sia stata completamente spogliata di sostanze nutritive. Tuttavia, la leggera diluizione viene gestita controllando il flusso bidirezionale che esce dal pozzo/biofiltro e, nel complesso, ha scarso effetto sull'efficacia di questo sistema alla luce dei benefici forniti. Generalmente, la pompa restituisce l'80 per cento dell'acqua alle vasche di pesce e il restante 20 per cento ai letti o ai canali di coltivazione, e questo può essere controllato con la valvola.

Filtrazione meccanica e biologica

La filtrazione dedicata è di fondamentale importanza sia nelle unità NFT che DWC. Mentre il mezzo nella tecnica del letto multimediale funge da biofiltro e filtro meccanico, le tecniche NFT e DWC non hanno questo lusso. Pertanto, entrambi i tipi di filtri devono essere costruiti deliberatamente: in primo luogo, una trappola fisica per catturare i rifiuti solidi, e poi un filtro biologico per la nitrificazione. Come accennato nella sezione 4.3, esistono molti tipi di filtri meccanici, e le unità NFT e DWC richiedono quelli all'estremità alta dello spettro delineato in esso. I disegni descritti nell'appendice 8 utilizzano un filtro meccanico a spirale per intrappolare i rifiuti di particolato, con ventilazione periodica dei solidi catturati. Uscendo dal filtro a spirale, l'acqua passa attraverso uno schermo a rete aggiuntivo per intrappolare tutti i solidi rimanenti e quindi raggiunge il biofiltro. Il biofiltro è ben ossigenato con pietre d'aria e contiene un mezzo di biofiltrazione, solitamente Bioballs®, rete di nylon o tappi di bottiglia, dove i batteri nitrificanti trasformano i rifiuti disciolti. Con una filtrazione insufficiente, sia le unità NFT che DWC si intaserebbero, diventerebbero anossiche e presenterebbero cattive condizioni di crescita sia per le piante che per i pesci.

Tecnica del film nutriente coltivare tubi, costruzione e semina

Seguendo i metodi di filtrazione sopra illustrati, NFT utilizza quindi l'uso di tubi di plastica disposti orizzontalmente per coltivare verdure utilizzando l'acqua acquaponica (Figura 4.62). Dove possibile, utilizzare tubi di sezione rettangolare con larghezza superiore all'altezza, che è standard tra i coltivatori idroponici. La ragione risiede in un film più grande di acqua che colpisce le radici con lo scopo di aumentare l'assorbimento dei nutrienti e la crescita delle piante. Uno dei vantaggi della NFT è che i tubi possono essere disposti in molti modelli, al di là dello scopo di questa pubblicazione, e possono fare uso di spazi verticali, pareti e recinzioni e balconi a strapiombo (Figura 4.63).

L'acqua viene pompata dal biofiltro in ogni tubo idroponico con un piccolo flusso uguale che crea un flusso poco profondo di acqua acquaponica ricca di nutrienti che scorre lungo il fondo. I tubi di coltivazione contengono un numero di fori lungo la parte superiore del tubo in cui sono collocate le piante. Man mano che le piante iniziano a consumare l'acqua ricca di nutrienti dal flusso, iniziano a sviluppare sistemi radicali all'interno dei tubi di coltivazione. Allo stesso tempo, i loro steli e foglie crescono intorno ai tubi. Il film poco profondo di acqua sul fondo di ogni tubo assicura che le radici ricevano grandi quantità di ossigeno nella zona della radice insieme all'umidità e alla nutrizione. Mantenere un flusso poco profondo consente alle radici di avere una superficie di scambio d'aria più ampia. Il flusso d'acqua per ogni tubo di coltivazione non deve essere superiore a 1-2 litri/min. La portata è controllata dalla valvola Y, con tutto il flusso d'acqua in eccesso restituito all'acquario.

Crescere la forma e le dimensioni del tubo

È consigliabile scegliere un tubo con il diametro ottimale per i tipi di piante coltivate. I tubi con una sezione trasversale quadrata sono i migliori, ma i tubi rotondi sono più comuni e totalmente accettabili. Per le verdure da frutto più grandi, sono necessari tubi da coltivazione di 11 cm di diametro, mentre verdure a foglia verde e piccole con piccole masse di radici richiedono solo tubi con un diametro di 7,5 cm. Per la policcoltura su piccola scala (che cresce molti tipi di verdure) devono essere utilizzati tubi di diametro 11 cm (Figura 4.64).

Questo evita i limiti di selezione delle piante perché le piccole piante possono sempre essere coltivate nei tubi più grandi, anche se ci sarebbe un sacrificio nella densità di impianto. Le piante con sistemi radicali estesi, comprese le piante vecchie mature, possono intasare tubi più piccoli e causare traboccamenti e perdite d'acqua. Sii particolarmente attento ai pomodori e alla menta, poiché i loro massicci sistemi di radici possono facilmente intasare anche tubi di grandi dimensioni.

La lunghezza del tubo di coltivazione può essere compresa tra 1 e 12 m. Nei tubi più lunghi di 12 m, le carenze di nutrienti possono verificarsi nelle piante verso la fine dei tubi perché le prime piante hanno già rimosso i nutrienti. È necessaria una pendenza di circa 1 cm/m di lunghezza del tubo per assicurarsi che l'acqua fluisca attraverso l'intero tubo con facilità. La pendenza è controllata utilizzando spessori (cunei) sul lato lontano dall'acquario.

I tubi in PVC sono raccomandati perché di solito sono i più comunemente disponibili e sono economici. I tubi bianchi dovrebbero essere usati in quanto il colore riflette i raggi del sole, mantenendo così fresco l'interno dei tubi. In alternativa, si consigliano tubi idroponici quadrati o rettangolari di dimensioni 10 cm di larghezza × 7 cm di altezza. I tubi idroponici professionali per coltivatori commerciali sono tipicamente di questa forma, e alcuni coltivatori usano pali di recinzione in vinile.

Piantare all'interno dei tubi di coltivazione

I fori praticati nel tubo idroponico dovrebbero avere 7-9 cm di diametro e devono corrispondere alle dimensioni delle coppe rete disponibili. Il centro di ogni foro dovrebbe essere di almeno 21 cm per consentire uno spazio adeguato alle verdure a foglia verde e alle verdure più grandi (figure 4.65 e 4.66).

Ogni piantina viene posta in una tazza di rete di plastica, che viene poi a sua volta posizionata all'interno del tubo di coltivazione. Questo fornisce supporto fisico per la pianta. Le tazze di rete sono riempite con mezzi idroponici generici (ghiaia vulcanica, lana di roccia o LECA) intorno alla piantina. Se lo si desidera, un tubo in PVC di 5-10 cm di lunghezza di 5 cm può essere collocato all'interno della tazza di rete come ulteriore equilibrio e sostegno alla pianta. Istruzioni dettagliate per l'impianto sono incluse nell'appendice 8.

Se i bicchieri in rete di plastica non sono disponibili o sono troppo costosi, è possibile utilizzare normali bicchieri di plastica. Seguire la procedura di semina come indicato nel paragrafo precedente assicurandosi di aggiungere molti fori alla tazza di plastica in modo che le radici abbiano un sacco di accesso nel tubo di coltivazione. Altri coltivatori hanno avuto successo con schiuma flessibile a cellule aperte per sostenere le piante all'interno del tubo di coltivazione. Se nessuna di queste opzioni è disponibile o desiderata, è possibile trapiantare le piantine direttamente nei tubi, in particolare tubi rettangolari (Figura 4.67).

Le piantine possono essere trapiantate con il loro mezzo di germinazione, che laverà via nel sistema o le radici possono essere accuratamente risciacquate, il che mantiene il mezzo fuori dal sistema ma può aumentare lo stress del trapianto. Tuttavia, è preferibile utilizzare tazze di rete piene di supporti.

Quando si piantano inizialmente le piantine nel tubo, assicurarsi che le radici possano toccare il flusso d'acqua sul fondo del tubo. Ciò garantirà che le giovani piantine non si disidratino. In alternativa, gli stoppini possono essere aggiunti quel sentiero nel flusso d'acqua. Inoltre, è consigliabile innaffiare le piantine con acqua acquaponica una settimana prima di trapiantarle nell'unità. Ciò contribuirà a mitigare contro lo shock trapianto per le piante man mano che si abituano alla nuova acqua.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *
Selezione del sito
Original publication 2014 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations
La selezione del sito è un aspetto importante che deve essere considerato prima di installare un'unità aquaponica. Questa sezione si riferisce generalmente alle unità acquaponiche costruite all'aperto senza serra. Tuttavia, ci sono brevi commenti su serre e strutture di rete ombreggiatura per unità più grandi. È importante ricordare che alcuni dei componenti del sistema, in particolare i mezzi di acqua e pietra, sono pesanti e difficili da spostare, quindi vale la pena costruire il sistema nella sua posizione finale. I siti selezionati devono trovarsi su una superficie stabile e livellata, in un'area protetta dalle intemperie ma esposta alla luce solare sostanziale.

Stabilità

Assicurati di scegliere un sito stabile e di livello. Alcuni dei componenti principali di un sistema aquaponico sono pesanti, portando al potenziale rischio che le gambe del sistema affondino nel terreno. Ciò può portare a un flusso d'acqua interrotto, allagamenti o collasso catastrofico. Trova il terreno più livello e solido disponibile. Le lastre di cemento sono adatte, ma non consentono di seppellire alcun componente, il che può portare a rischi di inciampare. Se il sistema è costruito sul terreno, è utile classificare il terreno e mettere giù materiale per mitigare le erbacce. Inoltre, posizionare blocchi di cemento o cemento sotto le gambe dei letti per migliorare la stabilità. I trucioli di pietra sono spesso usati per livellare e stabilizzare le posizioni del suolo. Inoltre, è importante posizionare le vasche di pesce su una base; ciò contribuirà a fornire stabilità, proteggere il serbatoio, consentire l'impianto idraulico e gli scarichi sul fondo del serbatoio e isolarlo termicamente dal terreno.

Esposizione a vento, pioggia e neve

Condizioni ambientali estreme possono sollecitare le piante e distruggere le strutture (Figura 4.14). I forti venti prevalenti possono avere un notevole impatto negativo sulla produzione vegetale e possono causare danni ai fusti e alle parti riproduttive. Inoltre, una forte pioggia può danneggiare le piante e danneggiare le prese elettriche non protette. Grandi quantità di pioggia possono diluire l'acqua ricca di sostanze nutritive e possono inondare un sistema se nessun meccanismo di troppopieno è integrato nell'unità. La neve causa gli stessi problemi delle forti piogge, con l'aggiunta della minaccia di danni da freddo. Si consiglia di posizionare il sistema in una zona protetta dal vento. Se le forti piogge sono comuni, potrebbe valere la pena proteggere il sistema con una casa a cerchio rivestita in plastica, anche se ciò potrebbe non essere necessario in tutti i luoghi.

Esposizione alla luce solare e all'ombra

La luce solare è fondamentale per le piante e, in quanto tali, le piante devono ricevere la quantità ottimale di luce solare durante il giorno. La maggior parte delle piante comuni per l'acquaponica cresce bene in condizioni di pieno sole; tuttavia, se la luce del sole è troppo intensa, è possibile installare una semplice struttura di ombreggiatura sopra le aiuole. Alcune piante sensibili alla luce, tra cui lattuga, insalate e alcuni cavoli, otterranno troppo sole, andranno a seme e diventeranno amaro e non appetibile. Altre piante tropicali adattate al pavimento della giungla come la curcuma e alcuni ornamentali possono mostrare foglie bruciate quando esposte al sole eccessivo, e fanno meglio con qualche ombra. D'altra parte, con la luce solare insufficiente, alcune piante possono avere tassi di crescita lenti. Questa situazione può essere evitata posizionando l'unità aquaponica in una posizione soleggiata. Se un'area ombreggiata è l'unica posizione disponibile, si raccomanda di piantare specie tolleranti all'ombra.

I sistemi dovrebbero essere progettati per sfruttare il sole che viaggia da est a ovest attraverso il cielo. Generalmente, i letti di coltivazione dovrebbero essere disposti spazialmente in modo che il lato più lungo si trovi su un asse nord-sud. Questo rende l'uso più efficiente del sole durante il giorno. In alternativa, se è preferibile meno luce, orientare i letti, i tubi e i canali seguendo l'asse est-ovest. Considera anche dove e quando ci sono ombre che attraversano il sito scelto. Fai attenzione nella disposizione delle piante in modo tale che non si oscurino inavvertitamente. Tuttavia, è possibile utilizzare piante alte e amanti del sole per ombreggiare piante basse e sensibili alla luce dall'intenso sole pomeridiano posizionando le piante alte ad ovest o alternando le due in una distribuzione diffusa.

A differenza delle piante, i pesci non hanno bisogno della luce solare diretta. In effetti, è importante che le vasche di pesce siano all'ombra. Normalmente, le vasche di pesce sono coperte da un materiale ombreggiante rimovibile che viene posizionato sopra il serbatoio (Figura 4.15). Tuttavia, laddove possibile, è meglio isolare le vasche di pesce utilizzando una struttura di ombreggiatura separata. Ciò impedirà la crescita delle alghe (cfr. capitolo 3) e contribuirà a mantenere una temperatura stabile dell'acqua durante il giorno. Vale anche la pena impedire alle foglie e ai detriti organici di entrare nelle vasche di pesce, poiché la materia fogliare in decomposizione può macchiare l'acqua, influenzare la chimica dell'acqua e intasare i tubi. Individuare il sistema lontano dalla vegetazione strapiombante o tenere il serbatoio coperto da uno schermo. Inoltre, le vasche ittiche sono vulnerabili ai predatori. L'utilizzo di reti ombra, teloni o altri controlli sulle vasche di pesce impedirà tutte queste minacce.

Utilità, recinzioni e facilità di accesso

Nella selezione del sito, è importante considerare la disponibilità di utilità. Le prese elettriche sono necessarie per le pompe dell'acqua e dell'aria. Queste prese devono essere schermate dall'acqua e dotate di un dispositivo a corrente residua (RCD) per ridurre il rischio di scosse elettriche; gli adattatori RCD possono essere acquistati presso i negozi di ferramenta standard. Inoltre, la fonte d'acqua dovrebbe essere facilmente accessibile, sia che si tratti di unità municipali o di raccolta delle piogge. Analogamente, considerare dove andrebbero gli effluenti provenienti dal sistema. Sebbene estremamente efficienti in termini di acqua, i sistemi aquaponici occasionalmente richiedono cambi d'acqua e filtri e chiarificatori devono essere risciacquati. È conveniente avere alcune piante di terreno situate nelle vicinanze che potrebbero beneficiare di questa acqua. Il sistema deve essere posizionato dove è facile per l'accesso quotidiano, perché sono necessari controlli frequenti e alimentazione giornaliera. Infine, considera se è necessario recintare l'intera sezione. Talvolta sono necessarie recinzioni per prevenire furti e atti vandalici, parassiti degli animali e per alcune norme di sicurezza alimentare.

Considerazioni speciali: acquaponica sul tetto

I tetti piani sono spesso siti adatti per l'acquaponica perché sono livellati, stabili, esposti alla luce solare e non sono già utilizzati per l'agricoltura (figure 4.16-4.18). Tuttavia, quando si costruisce un sistema su un tetto è fondamentale considerare il peso del sistema e se il tetto è in grado di sostenerlo o meno. È essenziale consultare un architetto o un ingegnere civile prima di costruire un sistema tetto. Inoltre, assicurarsi che i materiali possano essere trasportati in modo sicuro ed efficace al sito sul tetto.

Serre e strutture di rete ombreggiante

Le serre non sono essenziali per le piccole unità acquaponiche, ma possono essere utili per prolungare la stagione vegetativa in alcune regioni (figure 4.19 e 4.20). Ciò è particolarmente vero nelle regioni temperate e in altre regioni più fresche di tutto il mondo, poiché le serre possono essere utilizzate per mantenere una temperatura dell'acqua calda durante i mesi freddi, consentendo così la produzione durante tutto l'anno.

Una serra è una struttura a telaio in metallo, legno o plastica coperta da nylon trasparente, plastica o vetro. Lo scopo di questa struttura è quello di consentire alla luce solare (radiazione solare) di entrare nella serra e quindi intrappolarla in modo che inizi a riscaldare l'aria all'interno della serra. Quando il sole inizia a tramontare, il calore viene trattenuto nella serra dal tetto e dalle pareti, consentendo una temperatura dell'aria più calda e stabile durante un periodo di 24 ore. Le serre offrono una protezione generale dell'ambiente da vento, neve e pioggia battente. Le serre prolungano la stagione di crescita mantenendo il calore solare ambientale, ma possono anche essere riscaldate dall'interno. Le serre possono tenere lontano animali e altri parassiti e servire come una certa sicurezza contro i furti. Le serre sono comode da lavorare durante le stagioni più fredde e forniscono al coltivatore protezione dalle intemperie. Le cornici per serre possono essere utilizzate per sostenere piante rampicanti o per appendere materiale ombra. Insieme, questi vantaggi di una serra si traducono in una maggiore produttività e in una stagione di coltura prolungata.

Tuttavia, questi benefici devono essere bilanciati rispetto agli svantaggi delle serre. I costi iniziali di capitale per una serra possono essere elevati a seconda del grado di tecnologia e raffinatezza desiderato. Le serre richiedono anche costi operativi aggiuntivi perché sono necessari ventilatori per creare la circolazione dell'aria per evitare il surriscaldamento e condizioni eccessivamente umide. Alcune malattie e insetti nocivi sono più comuni nelle serre e devono essere gestiti di conseguenza (cioè l'uso di zanzariere su porte e finestre), anche se l'ambiente confinato può favorire l'uso di determinati controlli contro gli organismi nocivi.

In alcune regioni tropicali, le case nette sono più appropriate delle serre convenzionali coperte di plastica polietilene o vetro (Figura 4.21). Questo perché i climi caldi nei tropici o subtropicali aumentano la necessità di una migliore ventilazione per evitare alte temperature e umidità. Le case a rete sono costituite da un telaio sopra i letti coltivati che è coperto con rete a rete lungo le quattro pareti e un tetto di plastica sopra la parte superiore. Il tetto in plastica è particolarmente importante per evitare l'ingresso di pioggia, soprattutto nelle zone con stagioni piogge intense, in quanto le unità potrebbero traboccare nel giro di pochi giorni. Le case a rete sono utilizzate per rimuovere la minaccia di molti parassiti nocivi associati ai tropici, così come uccelli e animali più grandi. La dimensione ideale delle maglie per le quattro pareti dipende dai parassiti locali. Per gli insetti di grandi dimensioni, la dimensione della maglia dovrebbe essere di 0,5 mm. Per quelli più piccoli, che sono spesso vettori di malattie virali, la dimensione delle maglie dovrebbe essere più spessa (cioè maglia 50). Le case a rete possono fornire una certa ombra se la luce del sole è troppo intensa. I materiali di tonalità comuni variano dal 25 al 60 percento di protezione solare.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *
La tecnica del letto multimediale
Original publication 2014 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations
Le unità letto imbottite di media sono il design più popolare per l'acquaponica su piccola scala. Questo metodo è fortemente raccomandato per la maggior parte delle regioni in via di sviluppo. Questi disegni sono efficienti con lo spazio, hanno un costo iniziale relativamente basso e sono adatti per i principianti a causa della loro semplicità. Nelle unità letto media, il mezzo viene utilizzato per sostenere le radici delle piante e anche lo stesso mezzo funziona come un filtro, sia meccanico che biologico. Questa doppia funzione è il motivo principale per cui le unità letto media sono le più semplici; le sezioni seguenti mostrano come i metodi NFT e DWC richiedono componenti isolati e più complicati per la filtrazione. Tuttavia, la tecnica del letto multimediale può diventare ingombrante e relativamente costosa su larga scala. I supporti possono intasarsi se le densità di stoccaggio del pesce superano la capacità di carico dei letti, e questo può richiedere una filtrazione separata. L'evaporazione dell'acqua è più alta nei letti mediatici con più superficie esposta al sole. Alcuni media sono molto pesanti.

Ci sono molti disegni per letti multimediali, e questa è probabilmente la tecnica più adattabile. Ad esempio, Bumina è una tecnica acquaponica utilizzata in Indonesia che utilizza molti piccoli letti multimediali collegati a un acquario interno al suolo (sezione 9.4.3). Inoltre, i materiali riciclati possono essere facilmente riutilizzati per contenere i supporti e i pesci.

Dinamica del flusso d'acqua

La figura 4.50 mostra i componenti principali di un sistema acquaponico che utilizza letti multimediali, tra cui l'acquario, i letti multimediali, il serbatoio di raccolta e la pompa dell'acqua, nonché blocchi di cemento per il supporto. È più facile da capire seguendo il flusso d'acqua attraverso il sistema. L'acqua scorre per gravità dall'acquario, attraverso un semplice filtro meccanico e nei letti multimediali. Questi supporti sono pieni di mezzi biofiltranti porosi che fungono sia da filtro meccanico che biologico e luogo per la mineralizzazione. Questi letti ospitano entrambi la colonia di batteri nitrificanti e forniscono il luogo per la crescita delle piante. Uscendo dai letti multimediali, l'acqua viaggia verso il serbatoio della coppa, di nuovo per gravità. A questo punto, l'acqua è relativamente priva di rifiuti solidi e disciolti. Infine, questa acqua pulita viene pompata di nuovo nella vasca dei pesci, il che fa salire il livello dell'acqua e fuoriuscire dall'acquario di nuovo nei letti multimediali, completando il ciclo. Alcuni letti multimediali sono progettati per inondare e drenare, il che significa che il livello dell'acqua sale a un certo punto e quindi scarica completamente. Questo aggiunge ossigeno alle radici delle piante e favorisce la biofiltrazione dell'ammoniaca. Altri metodi di irrigazione dei mezzi utilizzano un flusso costante di acqua, entrando da un lato del letto e uscendo dall'altro, o distribuendo attraverso una matrice di irrigazione a goccia.

Struttura letto media

Materiali

I letti multimediali possono essere realizzati in plastica, fibra di vetro o una struttura in legno con rivestimento in gomma o polietilene a tenuta stagna sulla base e all'interno delle pareti. I letti multimediali «fai-da-te» (fai da te) più popolari sono realizzati con contenitori di plastica, GIR modificati o persino vecchie vasche da bagno (Figura 4.51).

È possibile utilizzare tutto quanto sopra come letti e altri tipi di serbatoi purché soddisfino i seguenti requisiti:
- abbastanza forte da trattenere l'acqua e i terreni di coltivazione senza rompersi;
- in grado di sopportare condizioni meteorologiche difficili;
- realizzato in materiale alimentare sicuro per pesci, piante e batteri;
- può essere facilmente collegato ad altri componenti dell'unità tramite semplici componenti idraulici;
e
- può essere posizionato in prossimità degli altri componenti dell'unità.
Forma

La forma standard per i letti multimediali è un rettangolo, con una larghezza di circa 1 m e una lunghezza di 1-3 m. I letti più grandi possono essere utilizzati/fabbricati, ma richiedono un supporto aggiuntivo (cioè blocchi di cemento) per mantenere il loro peso. Inoltre, i letti più lunghi possono avere distribuzioni disuguali di solidi che tendono ad accumularsi all'ingresso dell'acqua, aumentando il rischio di macchie anaerobiche. I letti non devono essere così larghi che l'agricoltore/operatore non sia in grado di attraversare, almeno a metà strada.

Profondità

La profondità del letto multimediale è importante perché controlla la quantità di spazio radice nell'unità che determina i tipi di ortaggi che possono essere coltivati. Se si coltivano ortaggi a frutto di grandi dimensioni come pomodori, okra o cavoli, il letto multimediale dovrebbe avere una profondità di 30 cm, senza la quale le verdure più grandi non avrebbero sufficiente spazio per le radici, sperimenterebbero stuoie e carenze di nutrienti e probabilmente si rovescierebbero (Figura 4.52).

Le piccole verdure verdi a foglia verde richiedono solo 15-20 cm di profondità del supporto, rendendole una buona scelta se la dimensione del letto multimediale è limitata. Tuttavia, alcuni esperimenti hanno dimostrato che anche le colture più grandi possono essere coltivate in letti poco profondi se le concentrazioni di nutrienti sono sufficienti.

Scelta del mezzo

Tutti i terreni di coltivazione applicabili avranno diversi criteri comuni ed essenziali. Il terreno deve avere una superficie adeguata pur rimanendo permeabile all'acqua e all'aria, permettendo così ai batteri di crescere, all'acqua di fluire e alle radici delle piante di respirare. Il mezzo deve essere inerte, non polveroso, non tossico e deve avere un pH neutro in modo da non compromettere la qualità dell'acqua. È importante lavare accuratamente il terreno prima di metterlo nei letti, in particolare ghiaia vulcanica che contiene polvere e minuscole particelle. Queste particelle possono ostruire il sistema e potenzialmente danneggiare le branchie dei pesci. Infine, è importante lavorare con materiali confortevoli per l'agricoltore. Questi criteri essenziali sono elencati di seguito:
- ampia superficie per la crescita batterica;
- pH neutro e inerte (significa che il mezzo non rilascia sostanze potenzialmente tossiche);
- buone proprietà di drenaggio;
- facile da lavorare;
- spazio sufficiente affinché l'aria e l'acqua fluiscano all'interno del mezzo;
- disponibile e conveniente;
e
- leggero, se possibile.
Diversi media comuni che soddisfano i criteri sono discussi:

Ghiaia vulcanica (tufo)

La ghiaia vulcanica è il mezzo più popolare da utilizzare per le unità letto media ed è raccomandata dove disponibile (Figura 4.53). Le tre migliori qualità di ghiaia vulcanica sono che ha un rapporto superficie/volume molto elevato, può essere economico e facile da ottenere, ed è quasi chimicamente inerte. La ghiaia vulcanica ha un rapporto superficie/volume di circa 300 m2/m3, a seconda della dimensione delle particelle, che fornisce ampio spazio per la colonizzazione dei batteri. La ghiaia vulcanica è abbondante in molte località del mondo. Una volta lavata da polvere e sporco, la ghiaia vulcanica è quasi completamente chimicamente inerte, fatta eccezione per piccoli rilasci di microelementi come ferro e magnesio e l'assorbimento di fosfato e ioni potassio nei primi mesi dall'avvio di un'unità. La dimensione raccomandata della ghiaia vulcanica è di 8-20 mm di diametro. La ghiaia più piccola rischia di intasarsi con rifiuti solidi e la ghiaia più grande non offre la superficie o il supporto delle piante come richiesto.

Calcare

Il calcare non è raccomandato come mezzo di coltivazione, sebbene sia comunemente usato (Figura 4.54). Il calcare, una roccia sedimentaria, è meno desiderabile di altri mezzi perché ha un rapporto superficie/volume inferiore, è pesante e non è inerte. Il calcare è composto principalmente da carbonato di calcio (CaCo3), che si dissolve in acqua e influisce sulla qualità dell'acqua. Il calcare aumenterà il KH dell'acqua, che aumenterà anche il pH (vedere paragrafo 3.3). Pertanto, questo materiale è meglio utilizzato dove le fonti d'acqua sono molto basse in alcalinità o acido, come nei casi di acqua alcalina richiederebbe costanti correzioni acide di

acque in arrivo. Tuttavia, una piccola aggiunta di calcare può contribuire a controbilanciare l'effetto acidificante dei batteri nitrificanti, che può compensare la necessità di regolare tamponamento dell'acqua in sistemi ben bilanciati. Il calcare potrebbe non essere così comodo da lavorare in termini di piantagione e raccolta e può subire l'intasamento se non viene scelta la granulometria adeguata. Tuttavia, è spesso la forma più economica e più comune di ghiaia disponibile. Il calcare è accettabile come mezzo solo se non sono disponibili altri supporti, ma essere consapevoli del suo impatto sulla qualità dell'acqua.

Aggregato di argilla espansa leggera

L'aggregato di argilla espansa leggera ** (**LECA) è costituito da ciottoli di argilla espansa (Figura 4.55). Originariamente, è stato prodotto per l'isolamento termico dei tetti degli edifici, ma è stato utilizzato più recentemente in idroponica. Questi ciottoli sono di forma rotonda e molto leggeri rispetto ad altri substrati.

Sono molto comodi da lavorare e ideali per la produzione sul tetto. La superficie di LECA è di circa 250-300 m2/m3, che rientra nell'intervallo target. Tuttavia, LECA è relativamente costoso e non ampiamente disponibile in tutto il mondo. È disponibile in una varietà di dimensioni; per l'acquaponica si consigliano le dimensioni maggiori con diametri 8-20 mm. Questo materiale può dare ulteriori vantaggi ai coltivatori in caso di letti multimediali posizionati direttamente sui piani panoramici (a seconda del design). L'edificio può infatti beneficiare di un ulteriore isolamento, che può ridurre i costi di raffreddamento/riscaldamento delle case.

Altre possibili scelte multimediali

Se i supporti sopra elencati non sono disponibili, è possibile utilizzare altri supporti. Le alternative includono: ghiaia a letto di fiume, che di solito è calcarea ma può avere un basso rapporto superficie/volume a seconda della granulometria; pomice (anche lana di roccia), un materiale vulcanico bianco/grigio anche popolarmente utilizzato come mezzo di coltivazione in idroponica; plastica riciclata, anche se la plastica galleggia e deve essere tenuti sommersi con uno strato di ghiaia sulla parte superiore; o substrati organici come fibra di cocco, segatura, muschio di torba o scafo di riso, che sono spesso poco costosi ma rischiano di diventare anossici, deteriorarsi nel tempo e intasare il sistema. Tuttavia, il substrato organico può essere utilizzato per un certo periodo all'interno dell'acquaponica, e una volta che inizia a deteriorarsi, il supporto può essere rimosso dal sistema, compostato, e utilizzato come preziosa aggiunta di terreno per le colture del suolo. La tabella 4.1 riassume le principali caratteristiche di tutti i substrati di coltivazione sopra menzionati.

TABELLA 4.1

####### Caratteristiche dei diversi supporti di coltivazione

Spostamento dell'acqua per mezzo di mezzi

A seconda del mezzo, occuperà circa il 30-60% del volume totale del letto multimediale. Questa percentuale aiuterà a decidere le dimensioni del serbatoio della coppa per ogni unità, perché il serbatoio della coppa, almeno, dovrà contenere il volume totale dell'acqua contenuto in tutti i letti multimediali. I serbatoi di pozzetto devono essere leggermente sovradimensionati per garantire che ci sia sempre acqua sufficiente per far funzionare la pompa senza mai funzionare a secco.

Ad esempio, per un letto multimediale di 1 000 litri (dimensioni 2 m di lunghezza × 2 m di larghezza × 0,25 m di profondità media), il mezzo di crescita sposterà 300-600 litri di questo spazio, e quindi il volume d'acqua del letto multimediale sarebbe di 400-700 litri. Si raccomanda che il volume della coppa sia almeno il 70% del volume totale del letto multimediale. Per questo esempio, il serbatoio del pozzetto dovrebbe essere di circa 700 litri.

Filtrazione

I letti multimediali servono come filtri molto efficienti, sia meccanici che biologici. A differenza dei sistemi NFT e DWC (discussi di seguito), la tecnica del letto multimediale utilizza un filtro combinato e un'area di coltivazione delle piante. Inoltre, il letto multimediale fornisce un luogo in cui si verifichi la mineralizzazione, che è assente nei sistemi NFT e DWC. Tuttavia, ad alta densità di stoccaggio (\ >15 kg/m3), la filtrazione meccanica può essere travolta e può affrontare il rischio di intasare il materiale e produrre pericolose macchie anaerobiche.

Filtro meccanico

Il letto di medie dimensioni funziona come un grande filtro fisico, catturando e contenendo i rifiuti solidi e sospesi di pesce e altri detriti organici galleggianti. L'efficacia di questo filtro dipenderà dalla dimensione delle particelle del mezzo perché le particelle più piccole sono più densamente imballate e catturano più solidi. Inoltre, un'elevata portata d'acqua può forzare le particelle attraverso il letto filtrante e sfuggire al filtro. Nel corso del tempo, i rifiuti solidi catturati si romperanno e saranno mineralizzati. Un sistema adeguatamente bilanciato elaborerà tutti i rifiuti solidi in entrata.

Quando i letti multimediali sono dimensionati in modo improprio per la densità di stoccaggio, il letto multimediale può ostruirsi di solidi. Ciò indica un errore nel progetto originale quando il rapporto di velocità di avanzamento è stato utilizzato per bilanciare il sistema. Questa situazione porta a letti intasati da rifiuti solidi, scarsa circolazione dell'acqua, aree anossiche e condizioni pericolose. Quando ciò si verifica, il mezzo deve essere lavato, che è ad alta intensità di manodopera, interrompe il ciclo di crescita delle piante e può disturbare brevemente i batteri nitrificanti.

Per evitare questa situazione, assicurarsi che il disegno originale abbia considerato la densità di stoccaggio, il regime di alimentazione, e utilizzato il rapporto di velocità di avanzamento per calcolare l'area richiesta del letto multimediale. In alternativa, un altro dispositivo di cattura dei solidi può essere integrato nel progetto dell'unità. Ciò è raccomandato anche se la densità di stoccaggio supera i 15 kg/m3 e/o se la velocità di alimentazione è superiore a 50 g/giorno per ogni metro quadrato di aiuola. Ci sono diverse opzioni per questo filtro meccanico aggiuntivo. Una tecnica rudimentale ed economica è quella di applicare un vecchio calzino orfano al rubinetto dove l'acqua proveniente dall'acquario entra nel letto multimediale. Questo semplice filtro può essere rimosso ogni giorno e risciacquato. Un altro metodo più elaborato è quello di posizionare un secchio da 3-5 litri all'interno del letto multimediale con diversi piccoli fori (6-8 mm) praticati nelle superfici laterali (Figura 4.31). Spugne, reti di nylon o anche mezzi di coltivazione (ghiaia vulcanica, LECA) possono essere legati in un sacchetto di rete inerte poroso e inseriti in questo secchio. Questo filtro intrappolerà i rifiuti solidi e il filtro può essere rimosso periodicamente per essere risciacquato e sostituito.

Filtrazione biologica

Tutti i terreni di coltivazione qui delineati hanno un'ampia superficie in cui i batteri nitrificanti possono colonizzare. Di tutti i progetti acquaponici, i letti multimediali hanno la filtrazione più biologica a causa dell'enorme area di media su cui i batteri possono crescere. La capacità di biofiltrazione può essere limitata o persa se i letti dei media diventano anossici, se le temperature scendono o se la qualità dell'acqua è scarsa, ma generalmente i letti dei media hanno una filtrazione biologica più che adeguata.

Mineralizzazione

Nel corso del tempo, i rifiuti di pesce solidi e sospesi e tutti gli altri detriti vengono lentamente suddivisi per processi biologici e fisici in semplici nutrienti sotto forma di molecole e ioni semplici che le piante possono facilmente assorbire. Se il fango si accumula nel letto multimediale e non se ne va, può indicare che il processo di mineralizzazione non è sufficiente. In questo caso, la raccomandazione è di utilizzare una filtrazione meccanica più efficace ed elaborare separatamente i rifiuti filtrati. Questo processo è descritto in modo più dettagliato nella sezione 4.2.2 e nel capitolo 5.

Le tre zone dei letti multimediali - caratteristiche e processi

La natura di un letto mediale di allagamento e scarico crea tre zone separate che possono essere considerate microecosistemi, differenziate per il loro contenuto di acqua e ossigeno. Ogni zona ospita un gruppo eterogeneo di batteri, funghi, microrganismi, vermi, insetti e crostacei. Uno dei più importanti sono i batteri nitrificanti utilizzati per la biofiltrazione, ma ci sono molte altre specie che hanno tutti un ruolo nella scomposizione dei rifiuti ittici. Non è essenziale essere consapevoli di tutti questi organismi, ma questa sezione illustra brevemente le differenze tra queste tre zone e alcuni dei processi ecologici che si verificano in ciascuna di esse.

Zona secca

La parte superiore 2-5 cm del letto è la zona asciutta (Figura 4.56). Questa zona funge da barriera luminosa, impedendo alla luce di colpire direttamente l'acqua, che può portare alla crescita delle alghe. Previene anche la crescita di funghi e batteri nocivi alla base dello stelo della pianta, che può causare marciume del collare e altre malattie delle piante. Un altro motivo per avere una zona secca è ridurre al minimo l'evaporazione dai letti coprendo la zona umida dalla luce diretta. Inoltre, i batteri benefici sono sensibili alla luce solare diretta.

Zona asciutta/umida

Questa è la zona che ha sia umidità che alto scambio di gas. Nelle tecniche di inondazione e scarico (discusso di seguito) questo è lo spazio di 10-20 cm in cui il letto multimediale inonda intermittente e scarichi (Figura 4.57). Se non si utilizzano tecniche di inondazione e scarico, questa zona sarà il percorso che l'acqua scorre attraverso il mezzo. La maggior parte dell'attività biologica avverrà in questa zona. Lo sviluppo delle radici, le colonie batteriche benefico e i microrganismi benefici sono attivi in questa zona. Le piante e gli animali ricevono la loro acqua, sostanze nutritive e ossigeno a causa dell'interfaccia tra aria e acqua.

Una tecnica comune è l'aggiunta di vermi al letto multimediale che vivrà in questa zona asciutta/umida. I vermi contribuiranno alla disgregazione dei rifiuti solidi di pesce e consumeranno anche le foglie morte o le radici. Questa attività impedirà agli sprechi di intasare il sistema. Vedere Sezione 9.1.1 per ulteriori informazioni su worm e vermicompost.

Zona umida

Questa zona, il fondo 3-5 cm del letto, rimane permanentemente bagnata. In questa zona, i piccoli rifiuti solidi di particolato si accumulano e, quindi, gli organismi che sono più attivi nella mineralizzazione si trovano qui. Questi includono batteri eterotrofici e altri microrganismi. Questi organismi sono responsabili della degradazione dei rifiuti in frazioni più piccole e molecole che possono essere assorbite dalle piante attraverso il processo di mineralizzazione.

Irrigazione dei letti multimediali

Esistono diverse tecniche per erogare acqua ai letti multimediali, ognuna può essere rilevante a seconda della disponibilità locale dei materiali, del grado di tecnologia desiderato o dell'esperienza degli operatori. L'acqua può essere semplicemente gocciolata dai tubi forati distribuiti uniformemente sul mezzo; questo è un design perfettamente accettabile. Alcuni esperti hanno dimostrato che i progetti a flusso costante, in cui il livello dell'acqua all'interno del letto di coltivazione è sempre lo stesso, supportano gli stessi tassi di crescita delle piante dei metodi più complicati. Questi sistemi di distribuzione dell'acqua possono intasarsi da rifiuti solidi di pesce e devono essere periodicamente eliminati.

Un metodo chiamato inondazione e scarico, noto anche come riflusso e flusso, può essere utilizzato dove il sistema di tubature fa sì che i letti multimediali inondano con l'acqua dal serbatoio del pesce e poi drenare nuovamente nel serbatoio della coppa. Ciò avviene tramite autosifoni o pompaggio temporizzato. Questa alternanza tra inondazioni e drenanti assicura che le piante abbiano sia nutrienti freschi che un adeguato flusso d'aria nella zona radicale. Questo riempie così i livelli di ossigeno per piante e batteri. Garantisce inoltre che nel letto sia sempre sufficiente umidità in modo che i batteri possano prosperare nelle loro condizioni ottimali. Di solito, questi sistemi passano attraverso il ciclo completo 1-2 volte ogni ora, ma alcuni sistemi di successo cicli solo 3-4 volte al giorno. I progetti di inondazione e scarico non sono le uniche tecniche per i letti multimediali, e la gestione del ciclo del flusso d'acqua può essere frustrante e dispendioso in termini di tempo per gli operatori inesperti.

Questa pubblicazione discute brevemente due metodi popolari per inondare e drenare un letto, anche se esistono altri metodi, come il sifone ad anello, e sono oggetto di ricerche in corso.

sifone campana

Il sifone a campana è un tipo di autosifone che sfrutta alcune leggi fisiche di idrodinamica e consente al letto multimediale di allagare e drenare automaticamente, periodicamente, senza timer (Figura 4.58). L'azione, la tempistica e il successo finale del sifone dipendono dalla portata dell'acqua nel letto, che è costante. I sifoni a campana possono tuttavia essere schizzinosi e richiedono attenzione.

Dinamica del flusso d'acqua

L'acqua scorre in ogni letto di coltivazione a una portata costante. Mentre l'acqua riempie il letto di coltivazione raggiunge la parte superiore del tubo di appoggio e inizia a gocciolare attraverso il tubo di scarico fino al serbatoio della coppa. Senza la porzione campana del sifone campana, questo creerebbe una condizione di altezza costante dell'acqua. Invece, mentre l'acqua continua a cadere attraverso il tubo, la campana, che siede sopra il tubo di piedi qualcosa di simile a un cappello, agisce come una serratura ermetica e produce un effetto sifone. Questa aspirazione all'interno della campana avvia il sifone. Una volta avviato, tutta l'acqua dal letto inizia a sciacquare rapidamente lungo il tubo di appoggio poiché la campana mantiene la sua tenuta ermetica. Il drenaggio attraverso il tubo di scarico è più veloce dell'afflusso costante dall'acquario. Quando l'acqua nel letto di crescita drena fino in fondo, l'aria entra nel fondo della campana e arresta immediatamente il sifone. L'acqua si riempie lentamente e ripete continuamente l'intero ciclo. Vedere la sezione Ulteriori letture alla fine di questa pubblicazione per ulteriori informazioni sui sifoni a campana.

Componenti principali di un sifone a campana

I tre componenti principali di un sifone a campana sono descritti di seguito. Si noti che le istruzioni dettagliate per la comprensione, la costruzione e l'ottimizzazione dei sifoni a campana, nonché le immagini di questi componenti, sono disponibili nell'appendice 8. Le dimensioni del piedistallo, della campana e della protezione media dipendono completamente dalle dimensioni del letto di coltivazione e dalla portata dell'acqua in entrata. Queste dimensioni sono previste per i disegni aquaponici delineati in questa pubblicazione per un letto multimediale di 1-3 m2 con una profondità media di 30 cm, con una portata d'acqua in entrata di 200-500 litri/h per ogni letto. Per i letti di grandi dimensioni, tutti i componenti sarebbero più grandi.

Standpipe - Il tubo è costruito con un tubo in PVC, diametro 2,5 cm, di un'altezza di 22 cm. Il piedistallo passa attraverso il fondo del letto di coltivazione, collegandosi al pozzetto, ed è il percorso dell'acqua mentre drena.

Campano - La campana è un tubo in PVC, diametro 7,5 cm, di un'altezza di 25 cm. Il tubo è coperto con un tappo in PVC sulla parte superiore, ed è aperto sul fondo dove si inserisce sopra il tubo di guida. Due spazi rettangolari, 1 cm × 4 cm, si trovano vicino al fondo della campana, 1,5 cm su lati opposti, attraverso i quali l'acqua viene tirata verso l'alto nel tubo di supporto all'interno della campana. Un ultimo foro di 1 cm è praticato a 5 cm dal basso per aiutare a rompere il sifone una volta che il letto di coltivazione è drenato consentendo all'aria di entrare.

Media guard - La protezione media è un tubo in PVC, diametro 11 cm, di un'altezza di 32 cm con molti piccoli fori sui lati. La protezione media impedisce alla ghiaia del letto di coltivazione di entrare e intasare il tubo di piedi, senza ostruire il flusso dell'acqua.

Meccanismo timer

Questo metodo di irrigazione di allagamento e scarico si basa su un interruttore timer sulla pompa dell'acqua per controllare l'allagamento periodico e lo scarico (Figura 4.59). Il vantaggio di questo metodo

è che non esiste un autosifone, che può essere ad alta intensità di manodopera da calibrare. Tuttavia, la ridotta circolazione dell'acqua e la ridotta aerazione negli acquari comportano una minore filtrazione complessiva. Questo metodo è meno appropriato in situazioni di stoccaggio ad alta densità e richiede un'attenta attenzione per fornire un'aerazione supplementare ai pesci.

Dinamica del flusso d'acqua

L'acqua scorre nel letto di coltivazione, allagando il letto fino a quando l'acqua raggiunge la parte superiore del tubo di appoggio. L'acqua viene quindi scaricata attraverso questo tubo e giù nel serbatoio della coppa. Il tubo di scarico grande ha un diametro sufficiente per drenare tutta l'acqua in afflusso; la parte superiore del tubo grande è l'inondazione più profonda che si verificherà il letto di coltivazione. C'è anche un piccolo ingresso, 6-12 mm di diametro, in questo stesso tubo di appoggio situato vicino al fondo. Questo piccolo ingresso non è sufficiente a drenare tutta l'acqua in entrata e, quindi, anche quando l'acqua entra nella piccola entrata, il letto cresce continua ad allagare fino a raggiungere la cima. Ad un certo punto dopo che il letto è pieno, il timer interrompe l'alimentazione alla pompa dell'acqua. L'acqua nel letto multimediale inizia a fuoriuscire attraverso il piccolo foro di ingresso, continuando a drenare il letto di crescita fino a quando l'acqua raggiunge il livello del foro inferiore. A questo punto, la potenza viene restituita alla pompa dell'acqua e il letto di coltivazione viene riempito con acqua fresca di acquario. È molto importante che l'acqua che scorre nel letto multimediale sia maggiore dell'acqua che scorre attraverso la piccola entrata nel tubo di guida, in modo che il letto si inonda completamente di nuovo. La lunghezza del ciclo di allagamento e drenaggio e il diametro del foro di gocciolamento sono determinati dalla dimensione del letto filtrante e dalla portata in entrata.

Per garantire un'adeguata filtrazione, l'intero volume dell'acquario deve essere pompato attraverso i letti di coltivazione ogni ora. Infine, assicurarsi di sciacquare i letti una volta alla settimana rimuovendo temporaneamente il tubo di appoggio e lasciando defluire l'acqua rimanente.

I materiali utilizzati per il metodo timer per i disegni aquaponici inclusi in questa pubblicazione sono i seguenti: un tubo, diametro 2,5 cm, di un'altezza di 23 cm con un foro di gocciolamento secondario, diametro 6-12 mm, 2,5 cm sopra il fondo; una protezione media, diametro 11 cm e altezza 32 cm, che circonda il per evitare che i supporti lo intasino; e un timer che controlla la pompa che viene calibrata in base alla portata della pompa e alla portata del tubo di scarico.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *

Progettazione di unità acquaponiche

Confronto delle tecniche acquaponiche

TABELLA 4.2

Punti di forza e di debolezza delle principali tecniche acquaponiche

Tecnica di coltura in acque profonde

Dinamica del flusso d'acqua

Filtrazione meccanica e biologica

DWC coltivare canali, costruzione e semina

Caso speciale DWC: bassa densità di pesce, senza filtri

Dinamica del flusso d'acqua

Gestione unità a bassa densità di stoccaggio

Vantaggi e svantaggi della bassa densità di stoccaggio

Componenti essenziali di un'unità acquaponica

Serbatoio per pesci

Forma serbatoio

Materiale

Colore

Copertine e ombreggiatura

Failsafe e ridondanza

Filtrazione - meccanica e biologica

Filtrazione meccanica

Separatori meccanici (chiarificatori)

Biofiltrazione

Mineralizzazione

Utilizzo di un letto multimediale per una combinazione di filtrazione meccanica e biologica

Componenti idroponici - letti multimediali, NFT, DWC

Movimento dell'acqua

Pompa acqua sommersa girante

Sollevamento aereo

Potere umano

Aerazione

Sistemi di aerazione dimensionamento

Sifoni Venturi

Serbatoio pozzetto

Materiali idraulici

Kit test acqua

Tecnica del film nutriente (nft)

Dinamica del flusso d'acqua

Filtrazione meccanica e biologica

Tecnica del film nutriente coltivare tubi, costruzione e semina

Crescere la forma e le dimensioni del tubo

Piantare all'interno dei tubi di coltivazione

Selezione del sito

Stabilità

Esposizione a vento, pioggia e neve

Esposizione alla luce solare e all'ombra

Utilità, recinzioni e facilità di accesso

Considerazioni speciali: acquaponica sul tetto

Serre e strutture di rete ombreggiante

La tecnica del letto multimediale

Dinamica del flusso d'acqua

Struttura letto media

Materiali

Forma

Profondità

Scelta del mezzo

Ghiaia vulcanica (tufo)

Calcare

Aggregato di argilla espansa leggera

Altre possibili scelte multimediali

TABELLA 4.1

Spostamento dell'acqua per mezzo di mezzi

Filtrazione

Filtro meccanico

Filtrazione biologica

Mineralizzazione

Le tre zone dei letti multimediali - caratteristiche e processi

Zona secca

Zona asciutta/umida

Zona umida

Irrigazione dei letti multimediali

sifone campana

Dinamica del flusso d'acqua

Componenti principali di un sifone a campana

Meccanismo timer

Dinamica del flusso d'acqua