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Estrutura e Design

1. 2.1 Culturas de peixe

   Original publication 2021 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   

   Tanques de peixes para aquapônica vêm em uma ampla gama de formas, tamanhos e materiais, com a seleção sendo em grande parte baseada em espécies de cultura. A maioria dos grandes sistemas usa tanques redondos que têm um fundo plano ou cone. O uso do fluxo tangencial evitará zonas mortas quando usadas em tanques redondos (Figura 2). Tanques de fundo de cone permitem que os sólidos se concentrem na parte inferior (no cone) e sejam facilmente lavados do sistema. Os tanques de fundo plano estão mais amplamente disponíveis, mas a remoção de sólidos requer etapas adicionais para garantir a remoção adequada do material orgânico disperso na parte inferior do tanque.

   Tanques quadrados também podem exigir limpeza adicional, pois sólidos ou detritos podem se instalar em cantos (Somerville et al. 2014). O dimensionamento dos tanques de cultura de peixe segue os princípios RAS, com uma relação entre largura e altura de 3:1 sendo ideal para o movimento e o fluxo adequados da água. Os tanques de peixes são geralmente o ponto mais alto do sistema e a água flui através da gravidade para o componente de filtração de sólidos.

   Tanques de qualidade comercial são comumente feitos de materiais fortes e estáveis aos raios UV, como plástico de polietileno de alta densidade (HDPE) ou fibra de vidro. Em menor escala ou em áreas com recursos limitados, podem ser utilizados recipientes intermediários a granel (IBC) ou calhas de cimento forrado. Materiais de qualidade alimentar e resistentes aos raios UV são necessários, uma vez que muitos tanques reutilizados podem ter detido produtos químicos ou materiais perigosos, tornando-os peixes inadequados destinados ao consumo.

   *Fonte: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. Universidade Estadual de Kentucky. Manual de Produção Aquaponics: Um Manual Prático para Produtores. *

2. 2.2 Filtragem de sólidos

   Original publication 2021 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   A filtração eficaz de sólidos é um componente-chave para um sistema que funcione bem e potencialmente o aspecto mais importante, uma vez que influencia a eficiência de todos os outros processos. Os sólidos são produzidos principalmente a partir de alimentos não consumidos, resíduos de peixes e biofilmes de bactérias (classificados como sólidos em suspensão) (Timmons e Ebeling 2013). Se o resíduo não for removido, pode assentar nas raízes das plantas (evitando a absorção de nutrientes), recolher em áreas de baixo fluxo de água (resultando em má qualidade da água), causar a acumulação de gás nocivo e entupir tubos (impedindo o fluxo de água suficiente) (Somerville et al. 2014).

   A filtração de sólidos utilizada depende da qualidade e quantidade de avanço que entra no sistema, com todos os projetos provenientes diretamente da tecnologia RAS. As duas principais categorias de filtração de sólidos são a sedimentação e a filtração mecânica (Lennard 2012).

   Sedimentation: A sedimentação refere-se a sólidos que se estabelecem a partir da coluna de água através da gravidade, que ocorre no clarificador. Os projetos de clarificadores ou (remoção de sólidos) incluem defletores, filtros de fluxo radial e separadores de redemoinho (Figura 3a, b, c). Os separadores de fluxo radial são mais comumente usados e têm demonstrado ser mais eficazes na remoção de sólidos reguláveis do que um filtro de redemoinho em RAS (Davidson e Summerfelt 2005). Os clarificadores de defletor e redemoinho são semelhantes na eficiência da remoção de sólidos (Danaher et al. 2013). As recomendações para material de construção seguem as dos tanques de peixes mencionados acima.

   

   O dimensionamento adequado dos clarificadores e a taxa de fluxo de água adequada são essenciais para uma remoção eficaz de sólidos. Se depender exclusivamente de um clarificador para remover sólidos reguláveis, é necessário um tempo de retenção de 30 minutos. Isso significa simplesmente que a maioria dos sólidos que podem assentar através da gravidade irá fazê-lo dentro de 30 minutos. Um caudal de água de 5 galões por minuto para tanques pequenos e 25 galões por minuto para tanques grandes deve ser usado para calcular o tamanho do tanque de filtração necessário. A filtração de tamanho inferior (ou um caudal muito rápido) não será adequada para remover sólidos de peixe, resultando em acumulação mais abaixo no sistema. Da mesma forma, o excesso de dimensionamento do componente não é ideal, pois aumenta o custo inicial, requer uma maior pegada na instalação e resulta em uma maior quantidade de uso de água por meio de descarga ineficiente.

   

   Os clarificadores só removerão as grandes partículas sólidas na água, deixando sólidos muito pequenos para se estabelecerem fora da água (Summerfelt et al. 2001). Estes sólidos suspensos devem ser removidos. Uma prática popular pela Universidade das Ilhas Virgens é dirigir a água do clarificador através de tanques cheios de redes de pomar (Figura 4). O material de rede prende sólidos finos, permitindo que a água limpa seja desnatada da superfície. Outras opções para remover sólidos suspensos são sacos de malha fina, meias femininas, almofadas de filtro e outras. Esses itens podem rapidamente ficar entupidos se sólidos reguláveis não forem efetivamente removidos nos clarificadores.

   

   Separação Mechanica: A separação mecânica é a remoção ativa de sólidos através de uma tela ou mídia (Lennard 2012).

   Esses filtros são extremamente eficientes, removendo sólidos maiores que 50 mícrons, resultando em menos tempo gasto em limpeza e manutenção devido ao conveniente recurso de retrolavagem automática. Exemplos desses filtros incluem filtro de tambor (Figura 5a) e um filtro de talão pressurizado (Figura 5b).

   

   Filtros mecânicos têm um preço alto, muitas vezes tornando-os proibitivos para praticantes de pequena escala. Além disso, exigem conhecimentos mais avançados para operar e são difíceis de obter nos países em desenvolvimento. Este tipo de filtração seria adequado para um grande sistema aquaponico dissociado ou para aqueles que focam a maior parte de sua operação na produção de peixe.

   *Fonte: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. Universidade Estadual de Kentucky. Manual de Produção Aquaponics: Um Manual Prático para Produtores. *

3. 2.3 Filtração biológica

   Original publication 2021 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   A filtração biológica refere-se à quebra de amônia (NH ~ 3~ e NH ~ 4~+) em nitrito (NO2) e depois em nitrato (NO3) por bactérias nitrificantes de ocorrência natural. Estas bactérias vivem na superfície da mídia contida em um tanque, coletivamente chamado de biofiltro. O processo de conversão de amônia em nitrato será detalhado na seção sobre qualidade da água.

   No RAS, o biofiltro é projetado para operar a baixa pressão. Há um tanque dedicado preenchido com substrato como meios Kaldnes, meios granulares, bolas de plástico ou outros materiais inertes que têm uma grande área de superfície específica ou área de superfície do meio por unidade de volume. Quanto maior a área de superfície específica, mais bactérias podem crescer na mídia, traduzindo-se em uma maior capacidade de remoção de amônia. Projetos típicos de biofiltro para RAS incluem torres de gotejamento, meios submersos, camas fluidizadas, filtros de areia e filtro de leito estático. Na aquaponia, o biofiltro pode ser uma unidade separada ou parte do sistema. Na cultura de águas profundas (DWC), as paredes de calha da planta, fundos de jangada e raízes de plantas fornecem uma área de superfície significativa para a colonização de bactérias nitrificantes. Ao contrário do RAS, o próprio sistema AP geralmente fornece ampla área de superfície para a colonização das bactérias, particularmente para sistemas acoplados que são adequadamente dimensionados. O sistema de técnica de filme nutriente (NFT) (ver secção abaixo) é uma exceção, uma vez que apenas uma fina camada de água é aplicada às plantas. Se o biofiltro for uma unidade separada, ele deve estar localizado após a unidade de remoção de sólidos.

   *Fonte: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. Universidade Estadual de Kentucky. Manual de Produção Aquaponics: Um Manual Prático para Produtores. *

4. 2.4 Subsistema de cultura vegetal ou hidropônico

   Original publication 2021 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   

   A parte hidropônica do sistema engloba a maior parte do espaço ocupado pela instalação. Três projetos primários são usados: leitos de mídia, cultura de águas profundas (DWC) e NFT.

   Systems baseado em mídia: O design de sistemas baseados em mídia, às vezes chamado de inundação e drenagem, é bastante direto. Um recipiente preenchido com substrato é periodicamente inundado com água do tanque de peixes. Em seguida, a água drena de volta para o cárter (ou tanque de peixes) atraindo oxigênio para o substrato para raízes de plantas e bactérias nitrificantes. O leito de mídia suporta a planta à medida que cresce e serve como um filtro sólido e biológico (Figura 6). Devido a relativamente poucos componentes e facilidade de construção e operação, esses sistemas são populares para amadores e em regiões em desenvolvimento. No entanto, é incomum encontrar produção comercial usando apenas camas de mídia, pois eles são menos produtivos do que outros tipos discutidos abaixo. Regra de polegar para sistemas de mídia estão detalhados na Tabela 1.

   Tabela 1: Regras gerais para sistemas aquapônicos baseados em mídia.

   

   Uma variedade de materiais pode ser usada como substrato, incluindo cascalho de ervilha, rocha de lava, seixos de argila expandida ou outros meios inertes; os praticantes podem ser limitados pelo que está disponível localmente. O fluxo de água no sistema é controlado por um temporizador ou sifão. Usando o método do temporizador, a água é bombeada por um período de tempo definido, permitindo que a cama encha.

   Quando o temporizador se desliga, a água drena até que o temporizador ligue novamente a bomba. O método do sifão é frequentemente implementado usando um sifão de sino automático (Figura 7a) ou sifão de loop (Figura 7b). Em ambos os métodos de sifão, a bomba funciona continuamente, controlando a rapidez com que o leito enche e drena. Fox et al. (2010) fornece instruções detalhadas, passo a passo para a construção, operação e solução de problemas de um sifão de sino automático.

   

   Os sistemas de mídia de fluxo constante oferecem uma alternativa ao método de inundação e drenagem. Água fortemente arejada flui para o leito de mídia. Em vez de um ciclo de inundação e drenagem, o nível da água permanece constante usando um tubo vertical. Isso reduz drasticamente o tamanho do cárter necessário para este tipo de sistema de crescimento.

   Deep Water Culture: Este método de crescimento envolve a suspensão de plantas em uma jangada flutuante, permitindo que as raízes pendurem na água (Figura 8). As raízes das plantas estão em constante contato com a água rica em nutrientes do aquário.

   A filtração eficaz de sólidos é um requisito nesses sistemas para evitar que os sólidos entrem no leito da planta e entupem as raízes da planta. Também deve ser fornecida aeração nas calhas das plantas para manter níveis adequados de oxigénio para as raízes das plantas e bactérias benéficas. Junto com sua grande capacidade de retenção de água que mantém os parâmetros de qualidade da água mais estáveis, a parte inferior das jangadas e o revestimento das calhas fornecem espaço adequado para a colonização das bactérias nitrificantes. O próprio design também oferece uma almofada contra quedas de energia, pois as raízes permanecem submersas na água apesar da perda de água ou fluxo de ar.

   Tabela 2: Regras de polegar para DWC em aquaponia.

   \ *Exceção é em estágios iniciais da vida, onde os peixes podem consumir 5 -10% de seu peso corporal em alimentos por dia.

   A cultura de águas profundas (DWC) é mais produtiva (kg de produto/m^2^ espaço de crescimento) do que os sistemas baseados em mídia; no entanto, pode ser mais difícil de gerenciar em escala menor. Estes sistemas são bem pesquisados pela indústria hidropônica e aquapônica e são comumente implementados em ambientes comerciais.

   Folhosos verdes e ervas, como o manjericão, fazem bem neste sistema de produção. Culturas de frutificação como tomates, pepinos e pimentas podem ser bem sucedidas com densidades adequadas de nutrientes e apoio estrutural. A técnica DWC pode não ser adequada para áreas onde o acesso a suprimentos ou equipamentos é limitado. As regras de ouro para DWC em aquaponia estão listadas na Tabela 2.

   Nutrient Film Technique: A tecnologia Nutrient Film Technique (NFT) vem diretamente da indústria hidropônica. Neste método, as plantas são inseridas no topo dos canais horizontais rasos. Um pequeno filme de água é bombeado através do canal, entrando em contato com raízes de plantas que utilizam esses nutrientes para o crescimento (Figura 9). Os sistemas NFT, como o DWC, requerem filtração suficiente de sólidos para evitar a contaminação das raízes das plantas. Em contraste com o DWC, os sistemas NFT precisam de um filtro biológico separado, pois o canal sozinho não fornece área de superfície suficiente para o crescimento suficiente de bactérias nitrificantes.

   Esses sistemas são mais complexos de projetar, construir e gerenciar do que sistemas baseados em mídia. Se os canais não forem dimensionados corretamente, as raízes das plantas podem interromper o fluxo de água entupindo os tubos. Esse projeto assume um grau de risco, pois a falha da bomba pode resultar em grande perda de safra se o fluxo de água não for retomado rapidamente. No entanto, a NFT pode ser um ótimo sistema para áreas urbanas ou telhados, pois eles são leves, usam muito pouca água e podem ser feitos de materiais de fácil origem. As regras de ouro para NFT na aquapônica são enumeradas no quadro 3.

   

   Tabela 3: Regras de ouro para NFT em aquapônica

   \ *Exceção é em estágios iniciais da vida, onde os peixes podem consumir 5 -10% de seu peso corporal em alimentos por dia.

   *Fonte: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. Universidade Estadual de Kentucky. Manual de Produção Aquaponics: Um Manual Prático para Produtores. *

5. 2.5 Cárter

   Original publication 2021 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   O cárter é o ponto mais baixo do sistema e onde a água é coletada para ser distribuída conforme necessário em todo o sistema. Amostras de qualidade da água podem ser colhidas aqui e alterações podem ser feitas sem sobrecarregar os peixes ou componentes hidropônicos. Embora não seja um requisito, a adição de um cárter impede que o nível da água mude no tanque de peixes ou no componente hidropônico. Nos outros casos em que sejam implementadas salvaguardas, o tanque de peixes ou o componente hidropônico podem ser utilizados como reservatório.

   *Fonte: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. Universidade Estadual de Kentucky. Manual de Produção Aquaponics: Um Manual Prático para Produtores. *