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Tecnologia do sistema

1. 3.1 Fontes de Água

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

   O abastecimento de água é uma consideração importante, pois afeta diretamente o gerenciamento e o desempenho do sistema. Normalmente, 1 -3% da água total do sistema é substituída por dia dependendo do clima, época do ano e culturas que estão sendo produzidas (Somerville et al. 2014). A água é perdida no sistema através da evaporação, transpiração na planta e através de processos normais de salpicos, limpeza e colheita.

   A água com uma salinidade acima de 0,8 partes por mil (ppt) normalmente não é adequada para a produção aquapônica, uma vez que a maioria das plantas cultivadas não tolera mesmo um pequeno grau de sal (Shannon e Grieve 1998). As culturas aquapônicas comuns com tolerância à salinidade incluem alface (0,83 — 2,8 ppt), couve (até 7,4 ppt), acelga suíça (1,5 — 3,5 ppt) e tomates (até 5,8 ppt) (Maggio et al. 2007, Shannon and Grieve 1998, Shannon et al. 2000). Mesmo que algumas culturas demonstrem uma capacidade de tolerar sal, o crescimento é comprometido em algum momento durante a produção.

   A maioria dos produtores aquapônicos utiliza água da chuva, água do poço, água municipal ou uma combinação para seus sistemas.

   Rainwater: A água da chuva normalmente tem um pH neutro ou ligeiramente ácido, leve dureza de cálcio e magnésio, e nenhuma salinidade (Somerville et al. 2014). Em sistemas grandes, a água da chuva é geralmente melhor utilizada em conjunto com outras fontes para reduzir os custos gerais e melhorar a sustentabilidade.

   O escoamento da água da chuva pode ser facilmente capturado de telhados ou calhas e armazenado para uso posterior. A água recolhida dos telhados deve ser tratada antes da utilização, uma vez que pode conter bactérias e agentes patogénicos provenientes de excrementos de aves ou roedores. As considerações incluem áreas que podem receber chuva ácida, leis que proíbem a coleta, material e idade do telhado. Algumas pesquisas sugerem que telhados novos e envelhecidos não são adequados para coleta (Clark et al. 2008), uma vez que materiais como telhas, cedro e alumínio galvanizado não revestido podem contaminar água com produtos químicos, metais pesados e poluentes.

   _Água do poço: _ Água do poço é uma opção viável para alguns produtores. As considerações incluem potenciais contaminantes e composição de rocha. Os produtos químicos que são particularmente prejudiciais incluem metais pesados, ferro e enxofre. Aquíferos com rochas compostas de calcário apresentam alta dureza da água e concentrações de alcalinidade. A alcalinidade (bases na água como carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos) evita oscilações no pH, que é naturalmente reduzido em aquaponia da nitrificação. Alternativamente, os produtores com produção de peixe muito baixa podem necessitar de tratamento de água para diminuir a dureza e/ou a alcalinidade antes da utilização (Somerville et al. 2014). A falta de peixe e a subsequente entrada de alimentos podem fazer com que o pH permaneça muito alto, tornando certos nutrientes inacessíveis à planta. A taxa de bombeamento do aquífero também precisará ser determinada se ele será a única fonte de água para um sistema aquapônico. Isso é particularmente importante em sistemas que exigirão grandes adições de água ou substituição.

   _Águas municipais: _ A água municipal é ideal para uso em sistemas aquapônicos. O cloro na água da torneira elimina bactérias, patógenos e algas, tornando-o uma fonte segura e confiável de água. No entanto, o cloro e as cloraminas devem ser removidos antes de serem utilizados, pois são tóxicos para os peixes e eliminam as bactérias nitrificantes.

   A cloramina é basicamente uma molécula muito estável de cloro ligado à amônia. Ao contrário do cloro isoladamente, as cloraminas não podem evaporar para fora da água. Isto proporciona às famílias rurais um abastecimento seguro de água potável, mas torna a sua utilização complicada para os produtores aquánicos. O cloro livre na água pode ser gaseificado em 48 a 72 horas com aeração. As cloraminas requerem dissipação química (ex. tiossulfato de sódio) ou filtração de carvão vegetal. Dado o pequeno volume de troca de água, as cloraminas normalmente não impactam negativamente um sistema aquapônico. Normalmente, você pode substituir cerca de 10% do volume de água do sistema sem tratar ou testar a presença de cloro ou cloraminas.

   Superfície: As águas superficiais incluem lagoas, lagos, rios e riachos. A água superficial pode introduzir patógenos, algas, caracóis e outros organismos. Além disso, muitas águas superficiais estão contaminadas com poluentes ou escoamentos agrícolas que representam uma ameaça à segurança alimentar para os organismos do sistema e para os consumidores.

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

2. 3.2 Eliminação de Resíduos

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

   A recuperação e a digestão de efluentes de peixes são mais importantes na aquaponia do que na eliminação de resíduos. Uma grande parte dos alimentos para animais é excretada como resíduos sólidos. Nutrientes essenciais para o crescimento das plantas estão presos nesta pasta concentrada e devem ser recuperados para reduzir os custos de produção e limitar a necessidade de suplementação de nutrientes. A recuperação desses nutrientes move a produção aquapônica em direção a um sistema de descarga zero. Os nutrientes podem ser recuperados através da digestão aeróbica ou anaeróbica de sólidos. Pode ser adequada a aplicação directa de nutrientes às terras de cultivo ou às lamas de compostagem.

   Mineralization: Aproximadamente 20% do N e 50% do P da ração são utilizados pelos peixes para o seu crescimento (Timmons et al. 2018). O restante do N e P (70% e 30%, respectivamente) é excretado como produto residual pelas brânquias e como resíduos de partículas (10% e 20% para N e P, respectivamente). Os resíduos de partículas também contêm macro e micronutrientes não absorvidos pelos peixes. A recuperação desses nutrientes pode melhorar o crescimento das plantas e limitar a necessidade de nutrientes suplementares.

   

   Mineralização de efluentes de peixe funciona de forma semelhante aos processos que ocorrem no solo. No AP, o efluente de peixe concentrado é descarregado em um tanque de retenção off-line. Os micróbios por via aeróbia (ou anaeróbia) degradam materiais sólidos orgânicos, liberando nutrientes inorgânicos solúveis na água, que estão então disponíveis para uso das plantas (Delaide et al. 2018, Goddek et al. 2018). Somente em uma forma inorgânica são nutrientes disponíveis para as plantas. Em condições aeróbias, a aeração pesada é aplicada a sólidos concentrados (Figura 10). Após 8-10 dias, a aeração é desligada, os sólidos podem se assentar e a água clarificada é liberada no sistema (Pattillo 2017). Sob condições anaeróbias, as bactérias decompõem a matéria orgânica em ambientes com pouco ou nenhum oxigênio. A digestão anaeróbica produz gás metano (CH4) que pode ser utilizado como biocombustível (Dana 2010) e digestante concentrado que pode ser aplicado em culturas de estufa (Pickens 2015) ou usado para produção de mudas (Danaher et al. 2009, Pantanella et al. 2011). A digestão anaeróbica de sólidos de peixes é mais complexa de gerenciar do que a digestão aeróbica e pode ser custo-proibitiva devido ao grande volume de digestor necessário (Chen et al. 1997).

   Existem informações limitadas sobre a contribuição microbiana ou processos ambientais que sustentam a mineralização aeróbica efetiva de efluentes de peixes; no entanto, estudos sugerem que a recuperação de nutrientes a partir de sólidos de peixes pode ser significativa (Cerozi e Fitzsimmons 2017, Cerozi e Fitzsimmons 2016, Goddek et al. 2018, Rakocy et al. 2016, Tyson et al. 2011, Yogev et al. 2016, Khiari et al. 2019, Graber e Junge 2009). Resultados preliminares dos sistemas de pesquisa de AP no local da Universidade Estadual de Kentucky (KSU) mostram que a mineralização aeróbica do efluente de peixe por 14 dias resultou em um aumento de 143% (7,61 a 18,5 mg/L) no fosfato (PO4), um aumento de 47% no nitrato (NO~3 ~ -N; 28,5 a 41,7 mg/L) e ≥ 20% no Ca 20% no Ca 74. 23 mg/L) e K (27,38 a 32,7 mg/L) em comparação com a água do sistema (não publicada). No entanto, mesmo que os nutrientes sejam recuperados do efluente e sejam fornecidos na forma e quantidade corretas, as interações com outros nutrientes e a química da água podem, por vezes, torná-los indisponíveis para as plantas (Bryson and Mills 2014).

   Direct application: Os resíduos também podem ser aplicados diretamente como uma emenda do solo, compostados através de métodos tradicionais de tratamento térmico, ou através de vermicomposto (compostagem de vermes). A aplicação direta deve ser usada como fertilizante de baixo grau ou se a pasta for inferior a 1% de sólidos. A compostagem baseada em calor de sólidos de peixes desidratados requer experiência adicional e custo de mão-de-obra, mas pode adicionar um importante fluxo de renda adicional. A vermicompostagem utiliza métodos semelhantes aos da compostagem tradicional, mas não depende do calor para processar resíduos. Os vermes consomem matéria orgânica, fragmentam e arejam o material sólido e podem potencialmente fornecer uma alimentação viva suplementar para peixes (Yeo e Binkowski 2010). O composto pode incluir resíduos vegetais ou outros materiais compostáveis provenientes da produção. Não é incomum que efluentes mineralizados sejam engarrafados e vendidos diretamente para jardineiros domésticos ou pequenas operações de estufa; no entanto, algumas restrições podem ser aplicadas dependendo de suas regulamentações locais.

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