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Concepção de unidades aquánicas
Este capítulo discute a teoria e o desenho de sistemas aquapônicos. Há muitos aspectos de design a serem levados em consideração, uma vez que praticamente todos os fatores ambientais e biológicos terão um impacto no ecossistema aquapônico. O objetivo deste capítulo é apresentar estes aspectos da forma mais acessível e fornecer uma explicação completa de cada componente dentro de uma unidade aquapônica.
Food and Agriculture Organization of the United Nations — Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus, and Alessandro Lovatelli.
Esta edição da biblioteca foi reformatada e consolidada a partir da fonte original.
Comparando técnicas aquapônicas
Original publication · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
O quadro 4.2 apresenta uma referência rápida e um resumo comparativo dos vários sistemas de cultura aquapônica descritos acima.
TABELA 4.2
Pontos fortes e fracos das principais técnicas aquapônicas
*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *
Técnica de cultura em águas profundas
Original publication · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
O método DWC envolve a suspensão de plantas em folhas de poliestireno, com suas raízes penduradas na água (Figuras 4.68 e 4.69). Este método é o mais comum para grandes aquapônicos comerciais que cultivam uma cultura específica (tipicamente alface, folhas de salada ou manjericão, Figura 4.70), e é mais adequado para mecanização. Em pequena escala, esta técnica é mais complicada do que as camas de mídia, e pode não ser adequada para alguns locais, especialmente onde o acesso a materiais é limitado.
Dinâmica do fluxo de água
A dinâmica do fluxo de água em DWC é quase idêntica àquela através de um NFT. A água flui por gravidade a partir do tanque de peixes, através do filtro mecânico, e para a combinação biofilter/cárter. A partir do cárter, a água é bombeada em duas direções através de um conector “Y” e válvulas. Alguma água é bombeada diretamente de volta para o aquário. A água restante é bombeada para o colector, que distribui a água de forma equivalente através dos canais. A água flui, novamente por gravidade, através dos canais de crescimento onde as plantas estão localizadas e sai do outro lado. Ao sair dos canais, a água é devolvida ao biofilter/cárter, onde novamente é bombeada para o aquário ou para os canais. A água que entra no tanque de peixes faz com que o tanque de peixes transborde através do tubo de saída e volte para o filtro mecânico, completando assim o ciclo.
Esta configuração “Figura 8” descreve o caminho da água vista no sistema DWC. Como na NFT, a água flui através do filtro mecânico e do biofiltro antes de ser bombeada de volta para o aquário e os canais da planta. Uma desvantagem nesta configuração é que a combinação de cártero/biofiltro retorna parte da água de efluente dos canais da planta de volta para as plantas. No entanto, ao contrário da NFT, onde os nutrientes da pequena película de água que flui ao nível da raiz rapidamente se esgotam, o grande volume de água contido nos canais DWC permite a utilização de quantidades consideráveis de nutrientes pelas plantas. Essa disponibilidade de nutrientes também sugeriria diferentes projetos de sistemas. Uma distribuição em série de água ao longo dos canais DWC pode ser construída simplesmente usando uma configuração “cascata” com apenas uma entrada única servindo o tanque mais distante. Neste caso, a saída de um tanque seria a entrada do sucessivo, e o aumento do fluxo de água ajudaria as raízes a acessar um fluxo maior de nutrientes.
No sistema DWC mostrado na Figura 4.68, a água é bombeada do recipiente de biofiltro para canais que possuem folhas de poliestireno flutuando na parte superior que suportam a planta. A taxa de fluxo da água que entra em cada canal é relativamente baixa. Geralmente, cada canal tem 1-4 horas de tempo de retenção. O tempo de retenção é um conceito semelhante à taxa de rotatividade, e refere-se à quantidade de tempo que leva para substituir toda a água em um recipiente. Por exemplo, se o volume de água de um canal for de 600 litros e o caudal de água que entra no contentor for de 300 litros/h, o tempo de retenção seria de 2 horas (600 litros ÷ 300 litros/h).
Filtragem mecânica e biológica
A filtração mecânica e biológica em unidades DWC é a mesma que nas unidades NFT descritas no ponto 4.4.2.
DWC crescer canais, construção e plantio
Os canais podem ter comprimentos variáveis, de um a dezenas de metros (Figura 4.71). Em geral, seu comprimento não é um problema, como visto na NFT, porque o grande volume de água permite o fornecimento adequado de nutrientes. A nutrição ideal das plantas em canais muito longos deve sempre permitir o fluxo adequado de água e a reoxigenação para garantir que os nutrientes não sejam esgotados e que as raízes possam respirar. No que diz respeito à largura, geralmente é recomendável ser a largura padrão de uma folha de poliestireno, mas pode ser múltiplos disso. No entanto, canais mais estreitos e mais longos permitem uma maior velocidade da água que pode atingir as raízes com maiores fluxos de nutrientes. A escolha da largura também deve
considerar a acessibilidade pelo operador. A profundidade recomendada é de 30 cm para permitir um espaço adequado na raiz da planta. Semelhante aos tanques de peixes, os canais podem ser feitos de qualquer material inerte forte que possa conter água. Para unidades de pequena escala, materiais populares incluem recipientes de plástico IBC fabricados ou fibra de vidro. Canais muito maiores podem ser construídos usando comprimentos de madeira ou blocos de concreto revestidos com folhas impermeáveis de qualidade alimentar. Se estiver usando concreto, certifique-se de que ele esteja selado com selador impermeável não tóxico para evitar potenciais minerais tóxicos lixiviando do concreto para a água do sistema.
Como mencionado acima, o tempo de retenção para cada canal em uma unidade é de 1-4 horas, independentemente do tamanho real do canal. Isso permite o reabastecimento adequado de nutrientes em cada canal, embora o volume de água e a quantidade de nutrientes nos canais profundos sejam suficientes para nutrir as plantas por períodos mais longos. O crescimento das plantas definitivamente se beneficiará de taxas de fluxo mais rápidas e de água turbulenta porque as raízes serão atingidas por muitos mais íons; enquanto fluxos mais lentos e água quase estagnada teriam um impacto negativo no crescimento das plantas.
A aeração para unidades DWC é vital. Em um canal densamente plantado, a demanda de oxigênio para plantas pode fazer com que os níveis de OD caiam abaixo do mínimo. Qualquer resíduo sólido em decomposição presente no canal agravaria este problema, diminuindo ainda mais o OD. Assim, a aeração é necessária. O método mais simples é colocar várias pequenas pedras de ar nos canais (Figura 4.72).
As pedras de ar devem liberar cerca de 4 litros de ar por minuto e ser dispostas a cada 2-4 m2 da área do canal. Além disso, os sifões Venturi (ver secção 4.2.5) podem ser adicionados aos tubos de entrada de água para arejar a água à medida que entra no canal. Finalmente, o método Kratky de DWC pode ser usado (Figura 4.73). Neste método, um espaço de 3-4 cm é deixado entre o poliestireno e o corpo de água dentro do canal. Isso permite que o ar circule em torno da seção superior das raízes da planta. Esta abordagem elimina a necessidade de pedras de ar no canal, pois quantidades suficientes de oxigênio no ar são fornecidas às raízes. Outra vantagem deste método é a prevenção do contato direto das hastes da planta com a água, o que reduz os riscos de doenças das plantas na zona do colarinho. Além disso, o aumento da ventilação como resultado do aumento do espaço aéreo favorece a dissipação de calor da água, o que é ideal em climas quentes
Não adicione nenhum peixe nos canais que possa comer as raízes das plantas, por exemplo, peixes herbívoros como tilápia e carpa. No entanto, algumas pequenas espécies de peixes carnívoros, como guppies, mollies ou mosquiteiros, podem ser usadas com sucesso para gerenciar larvas de mosquito, o que pode se tornar um grande incômodo para os trabalhadores e vizinhos em algumas áreas.
As folhas de poliestireno devem ter um certo número de furos perfurados para caber nos copos de rede (ou cubos de esponja) utilizados para suportar cada planta (Figura 4.74). A quantidade e localização dos buracos é ditada pelo tipo vegetal e a distância desejada entre as plantas, onde plantas menores podem ser espaçadas mais de perto. O Apêndice 8 inclui detalhes específicos e dicas úteis sobre como perfurar os furos.
As mudas podem ser iniciadas num viveiro de plantas dedicado (ver secção 8.3) em blocos de solo ou em meio sem solo. Uma vez que essas mudas são grandes o suficiente para manusear, elas podem ser transferidas para copos líquidos e plantadas na unidade DWC (Figura 4.75). O espaço restante no copo líquido deve ser preenchido com meios hidropônicos, como cascalho vulcânico, lã de rocha ou LECA, para suportar a plântula. Também é possível simplesmente plantar uma semente diretamente nos copos de rede em cima da mídia. Este método às vezes é recomendado se as sementes de vegetais estiverem acessíveis porque evita o choque do transplante durante o replantio. Ao colher, certifique-se de remover toda a planta, incluindo raízes e folhas mortas, do canal. Após a colheita, as jangadas devem ser limpas, mas não deixadas secar, de modo a evitar matar as bactérias nitrificantes na superfície submersa da jangada. Unidades de grande escala devem limpar as jangadas com água para remover sujeira e resíduos vegetais e imediatamente reposicionadas nos canais para evitar qualquer estresse para as bactérias nitrificantes.
Caso especial DWC: baixa densidade de peixes, sem filtros
As unidades DWC Aquaponic podem ser projetadas que não requerem filtração externa adicional (Figura 4.76). Estas unidades possuem uma densidade populacional muito baixa de peixes (isto é, 1-1,5 kg de peixe por m3 de tanque de peixes) e, em seguida, dependem principalmente do espaço radicular da planta e da área interior dos canais como a área de superfície para abrigar as bactérias nitrificantes. As telas de malha simples capturam os grandes resíduos sólidos, e os canais servem como tanques de assentamento para resíduos finos. A vantagem deste método é a redução do investimento econômico inicial e dos custos de capital, eliminando ao mesmo tempo a necessidade de recipientes e materiais de filtro adicionais, que podem ser difíceis e caros de obter em alguns locais. No entanto, as densidades mais baixas das unidades populacionais conduzirão a uma menor produção de peixe. Ao mesmo tempo, muitos empreendimentos aquapônicos fazem a grande maioria dos seus lucros com o rendimento da planta e não com a produção de peixe, essencialmente usando o peixe como fonte de nutrientes. Muitas vezes, esse método requer suplementação de nutrientes para garantir o crescimento da planta. Se considerar este método, vale a pena avaliar a produção desejada de peixe e planta e considerar os custos e ganhos relativos.
Dinâmica do fluxo de água
A principal diferença entre os dois modelos (lotação de peixe elevada versus baixa lotação de peixe) é que o projeto de baixa densidade não utiliza nenhum dos recipientes de filtração externos, mecânicos ou biológicos. A água flui por gravidade do aquário diretamente para os canais DWC, passando por uma tela de malha muito simples. A água é então devolvida para um cárter e bombeada de volta para os tanques de peixes, ou diretamente para os tanques de peixes sem um cárter. A água nos tanques de peixes e canais é arejada usando uma bomba de ar. O desperdício de peixe é dividido por bactérias nitrificantes e mineralizadoras que vivem na superfície da raiz da planta e nas paredes do canal.
A densidade do estoque de peixe é um contínuo, que se estende de densidades muito baixas que não precisam de filtros até densidades muito altas que precisam de filtros externos dedicados. Uma solução simples para obter mineralização e biofiltração adicionais e para evitar acúmulo de resíduos de sólidos na parte inferior dos canais consiste em combinar a tela de malha simples com uma cesta de cascalho de ervilha ou bolas de barro posicionadas logo acima do nível da água onde a água sai do aquário. A cesta atuaria como um filtro de gotejamento com seus meios capturando e mineralizando os sólidos. A água caindo do cesto também adicionaria oxigênio através de seu efeito de respingo. Além disso, o uso de cascalho de ervilha teria uma ação tampão contra a acidificação da água após a nitrificação. Outra opção pode incluir um biofiltro interno dentro do tanque de peixes, consistindo em um saco de malha simples de material de biofiltro perto de uma pedra de ar. Isso pode ajudar a garantir uma biofiltração adequada sem aumentar o custo dos biofiltros externos. Por último, aumentar o volume total de água sem aumentar a densidade de peixes, utilizando basicamente grandes tanques de peixes para poucos peixes, pode ajudar a atenuar os problemas de qualidade da água, diluindo os resíduos e garantindo tempo adequado para que o agricultor responda às mudanças antes que o peixe fique estressado, embora isso possa diluir os nutrientes disponíveis e dificultar o crescimento vegetal.
A menor densidade de peixes também significa que o caudal de água pode ser menor. Uma bomba menor pode ser usada, reduzindo o custo, mas certifique-se de que pelo menos metade do volume total do tanque de peixes seja trocado por hora. Na verdade, alguns pesquisadores tiveram sucesso em remover a bomba elétrica todos juntos e confiar no trabalho manual para pedalar a água duas vezes por dia. No entanto, esses sistemas são totalmente dependentes de arejamento adequado. Para além destas diferenças, as recomendações para os tanques de peixes e a construção do canal DWC são aplicáveis a este método de baixa densidade populacional.
Gerenciamento de unidades de baixa densidade de estoque
A principal diferença em relação à gestão das outras unidades, discutida mais detalhadamente no capítulo 8, é a menor densidade populacional. A densidade de estoque sugerida para esses tipos de sistemas é de 1-5 kg/m3 (comparado a 10-20 kg/m3 para outros sistemas neste manual). Anteriormente, foi sugerido que o equilíbrio entre peixes e plantas segue o rácio da taxa de alimentação, o que ajuda a calcular a quantidade de alimentos para peixes que entram no sistema, tendo em conta uma área de cultivo definida para as plantas. Essas unidades de baixa densidade de estoque ainda seguem a taxa de avanço diária sugerida de 40-50 g/m2, mas devem estar na extremidade inferior. Uma técnica útil é permitir que o peixe se alimente por 30 minutos, 2-3 vezes por dia e, em seguida, remova todos os alimentos não comidos. A sobrealimentação resultará em um acúmulo de resíduos nos tanques de peixes e canais, levando a zonas anóxicas, más condições de crescimento, doenças e estresse de peixes e plantas. Sempre, mas especialmente ao usar este método sem filtros, certifique-se de monitorar de perto as condições de qualidade da água e reduzir a alimentação se forem detectados altos níveis de amônia ou nitrito.
Vantagens e desvantagens da baixa densidade
A principal vantagem é uma unidade mais simples. Este sistema é mais fácil de construir e mais barato para começar, tendo custos de capital mais baixos. Os peixes são menos estressados porque são cultivados em condições mais espaçosas. No geral, esta técnica pode ser muito útil para projetos iniciais com baixo capital. Esses sistemas podem ser muito úteis para o cultivo de peixes de alto valor, como peixes ornamentais, ou culturas especiais, como ervas medicinais, onde a menor produção é compensada com maior valor.
No entanto, uma séria desvantagem é que essas unidades são difíceis de escalar. Menos plantas e peixes são cultivados em uma determinada área, então eles são menos intensivos do que alguns dos sistemas anteriormente descritos. A fim de produzir uma grande quantidade de alimentos, esses sistemas tornar-se-iam proibitivamente grandes. Essencialmente, os biofiltros mecânicos externos são o que permite que a aquapônica seja muito intensiva dentro de uma pequena área.
Além disso, a produção de peixe não pode funcionar independentemente do componente hidropônico; as plantas devem estar sempre presentes nos canais. As raízes das plantas fornecem a área para o crescimento de bactérias, e sem essas raízes a biofiltração não seria suficiente para manter a água limpa para os peixes. Se alguma vez fosse necessário colher todas as plantas de uma só vez, o que pode ocorrer durante surtos de doenças, mudanças de estação ou eventos climáticos importantes, a redução da biofiltração causaria alto estresse de amoníaco e peixes. Por outro lado, com mecânicos externos e biofiltros, a produção de peixe pode continuar sem a hidroponia como RAS padrão.
*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *
Componentes essenciais de uma unidade aquapônica
Original publication · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
Todos os sistemas aquapônicos compartilham vários componentes comuns e essenciais. Estes incluem: um aquário, um filtro mecânico, um biofiltro e recipientes hidropônicos. Todos os sistemas usam energia para circular a água através de tubos e encanamentos enquanto arejam a água. Conforme introduzido acima, existem três projetos principais das áreas de cultivo da planta, incluindo: cultivar camas, crescer tubos e crescer canais. Esta seção discute os componentes obrigatórios, incluindo os tanques de peixes, filtro mecânico, biofiltro, encanamento e bombas. As seções a seguir são dedicadas às técnicas hidropônicas separadas, e uma comparação é feita para determinar a combinação mais adequada de técnicas para diferentes circunstâncias.
Tanque de peixes
Tanques de peixes são um componente crucial em cada unidade. Como tal, os tanques de peixes podem representar até 20% do custo total de uma unidade aquapônica. Os peixes exigem certas condições para sobreviver e prosperar, e, portanto, o tanque de peixes deve ser escolhido com sabedoria. Existem vários aspectos importantes a considerar, incluindo a forma, o material e a cor.
Forma do tanque
Embora qualquer forma de tanque de peixes funcione, tanques redondos com fundos planos são recomendados. A forma redonda permite que a água circule uniformemente e transporta resíduos sólidos para o centro do tanque por força centrípeta. Os tanques quadrados com fundos planos são perfeitamente aceitáveis, mas exigem uma remoção de resíduos sólidos mais ativa. A forma do tanque afeta muito a circulação da água, e é bastante arriscado ter um tanque com má circulação. Tanques artisticamente moldados com formas não geométricas com muitas curvas e curvas podem criar pontos mortos na água sem circulação. Estas áreas podem recolher resíduos e criar condições anóxicas e perigosas para os peixes. Se for utilizado um reservatório de forma estranha, pode ser necessário adicionar bombas de água ou bombas de ar para garantir a circulação adequada e remover os sólidos. É importante escolher um tanque que se adapte às características das espécies aquáticas criadas porque muitas espécies de peixes de fundo apresentam melhor crescimento e menos stress com espaço horizontal adequado.
Material
É recomendado um plástico forte inerte ou fibra de vidro devido à sua durabilidade e longa vida útil. Metal não é possível por causa da ferrugem. Plástico e fibra de vidro são convenientes de instalar (também para encanamento) e são bastante leves e manobráveis. As calhas de rega animal são comumente usadas, pois tendem a ser baratas. Se estiver usando recipientes de plástico, certifique-se de que eles são resistentes a UV porque a luz solar direta pode destruir o plástico. Em geral, os tanques de polietileno de baixa densidade (PEBD) são preferíveis devido à sua alta resistência e características de grau alimentar. Com efeito, o PEBD é o material mais utilizado para tanques de armazenamento de água para usos civis. Outra opção é uma lagoa no solo. As lagoas naturais são muito difíceis de gerenciar para a aquapônica porque os processos biológicos naturais, já ocorrendo dentro do substrato e lama no fundo, podem ser difíceis de manipular e os nutrientes já são frequentemente utilizados por plantas aquáticas. As lagoas de cimento ou forradas de plástico são muito mais aceitáveis e podem ser uma opção barata. As lagoas no solo podem dificultar as operações de encanamento, e o design do encanamento deve ser cuidadosamente considerado antes de embarcar nesta opção. Um dos tanques de peixes mais simples é um buraco cavado no chão, revestido com tijolos ou blocos de concreto e, em seguida, forrado com um forro impermeável, como o plástico de polietileno. Outras opções incluem recipientes em segunda mão, tais como banheiras, barris ou recipientes para granel intermediários (GRG). É muito importante garantir que o recipiente não tenha sido usado anteriormente para armazenar material tóxico. Contaminantes, como produtos químicos transmitidos por solventes, terão penetrado no próprio plástico poroso e são impossíveis de remover com a lavagem. Assim, escolha recipientes usados com cuidado e conheça o vendedor, se possível.
Cor
As cores brancas ou outras claras são fortemente recomendadas, uma vez que permitem uma visualização mais fácil dos peixes, a fim de verificar facilmente o comportamento e a quantidade de resíduos depositados no fundo do reservatório (figuras 4.22- 4.24). Tanques brancos também refletirão a luz solar e manterão a água fresca. Alternativamente, o exterior dos tanques de cor mais escura pode ser pintado de branco. Em áreas muito quentes ou frias, pode ser necessário isolar ainda mais termicamente os tanques.
Capas e sombreamento
Todos os tanques de peixes devem ser cobertos. As tampas de sombra impedem o crescimento de algas. Além disso, as coberturas impedem que os peixes saltem para fora (muitas vezes ocorre com peixes recém-adicionados ou se a qualidade da água é inferior ao ideal), impedem que folhas e detritos entrem e impedem que predadores, como gatos e aves, ataquem os peixes. Muitas vezes, as redes de sombreamento agrícolas que bloqueiam 80-90 por cento da luz solar são usadas. O pano de sombra pode ser anexado a uma moldura de madeira simples para fornecer peso e tornar a tampa fácil de remover.
Failsafe e redundância
Não deixe o aquário perder a água; os peixes morrerão se o aquário drenar acidentalmente. Embora alguns acidentes sejam inevitáveis (por exemplo, uma árvore caindo no tanque), a maioria das mortes catastróficas de peixes são o resultado de um erro humano. Certifique-se de que não há nenhuma maneira de o tanque drenar sem uma escolha deliberada do operador. Se a bomba de água estiver localizada no tanque de peixes, certifique-se de levantar a bomba do fundo para que o tanque nunca possa ser bombeado para secar. Use um tubo vertical dentro do tanque para garantir um nível mínimo de água. Esta questão é discutida mais pormenorizadamente na secção 4.2.6.
Filtragem - mecânica e biológica
Filtragem mecânica
Para RASs, a filtração mecânica é indiscutivelmente o aspecto mais importante** do projeto. A filtração mecânica é a separação e remoção de resíduos sólidos e suspensos de peixes de tanques de peixes. É essencial remover estes resíduos para a saúde do sistema, uma vez que os gases nocivos são libertados por bactérias anaeróbias se os resíduos sólidos forem deixados para se decompor dentro dos tanques de peixes. Além disso, os resíduos podem obstruir os sistemas e interromper o fluxo de água, causando condições anóxicas às raízes da planta. A aquapônica em pequena escala normalmente tem densidades de estoque mais baixas do que os métodos intensivos de RAS para os quais esses filtros mecânicos foram originalmente projetados, mas algum nível de filtração mecânica é essencial para tanques aquapônicos saudáveis, independentemente do tipo de método hidropônico utilizado.
Existem vários tipos de filtros mecânicos. O método mais simples é uma tela ou filtro localizado entre o tanque de peixes e o leito de cultivo. Esta tela captura resíduos sólidos e precisa ser enxaguada com frequência. Da mesma forma, a água que sai do aquário pode passar por um pequeno recipiente de material particulado, separado do leito de mídia; este recipiente é mais fácil de enxaguar periodicamente. Estes métodos são válidos para algumas unidades aquapônicas de pequena escala, mas são insuficientes em sistemas maiores com mais peixes onde a quantidade de resíduos sólidos é relevante. Existem muitos tipos de filtros mecânicos, incluindo tanques de sedimentação, clarificadores de fluxo radial, filtros de areia ou talão e filtros defletores; cada um deles pode ser usado de acordo com a quantidade de resíduos sólidos que precisam ser removidos. No entanto, como esta publicação se concentra em aquaponics de pequena escala, clarificadores ou separadores mecânicos, são os filtros mais apropriados. Clarificadores, em geral, podem remover até 60 por cento do total de sólidos removíveis. Para mais informações sobre diferentes métodos de filtração mecânica, consulte a secção de leitura adicional no final desta publicação.
Separadores mecânicos (clarificadores)
Um clarificador é um recipiente dedicado que usa as propriedades da água para separar partículas. Geralmente, a água que está se movendo mais devagar é incapaz de transportar tantas partículas quanto a água que está fluindo mais rápido. Portanto, o clarificador é construído de forma a acelerar e diminuir a velocidade da água para que as partículas se concentrem no fundo e possam ser removidas. Em um clarificador de redemoinho, a água do tanque de peixes entra perto do meio inferior do clarificador através de um tubo. Este tubo é posicionado tangencialmente para o recipiente, forçando assim a água a girar em um movimento circular dentro do recipiente. A força centrípeta criada pelo movimento circular da água força os resíduos sólidos na água para o centro e fundo do recipiente, porque a água no centro do vórtice é mais lenta do que a do lado de fora. Uma vez que este resíduo é coletado no fundo, um tubo anexado ao fundo do recipiente pode ser aberto periodicamente, permitindo que o resíduo sólido seja liberado para fora do recipiente.
A água clarificada sai do clarificador na parte superior, através de um grande tubo de saída com fenda coberto com um filtro de malha secundário, e flui para o biofiltro ou para os leitos de mídia. As figuras 4.25-4.27 mostram exemplos de separadores mecânicos simples para unidades pequenas a grandes. Os resíduos sólidos presos e removidos contêm nutrientes e são muito úteis para os sistemas ou para plantas de jardim em geral; a mineralização de resíduos sólidos é discutida na seção seguinte. Uma diretriz geral para unidades de pequena escala é dimensionar o recipiente separador mecânico para ser cerca de um sexto do volume do tanque de peixes, mas isso depende da densidade de estoque e do projeto exato. O apêndice 8 contém instruções detalhadas, passo a passo, sobre a construção de cada parte destes sistemas.
Uma filtração mecânica preliminar adequada é especialmente importante para unidades NFT e DWC usadas para prender e remover resíduos sólidos. Sem este processo preliminar, resíduos sólidos e suspensos se acumularão nos tubos e canais de cultivo e entupirão as superfícies radiculares. O acúmulo de resíduos sólidos causa bloqueios em bombas e componentes de encanamento. Finalmente, os resíduos não filtrados também criarão manchas anaeróbias perigosas no sistema. Essas manchas anaeróbias podem abrigar bactérias que produzem sulfureto de hidrogênio, um gás muito tóxico e letal para peixes, produzido a partir da fermentação de resíduos sólidos, que muitas vezes podem ser detectados como um cheiro de ovo podre.
Biofiltração
A biofiltração é a conversão de amônia e nitrito em nitrato por bactérias vivas. A maioria dos resíduos de peixe não é filtrável usando um filtro mecânico porque os resíduos são dissolvidos diretamente na água, e o tamanho dessas partículas é muito pequeno para ser removido mecanicamente. Portanto, para processar este resíduo microscópico, um sistema aquapônico usa bactérias microscópicas. A biofiltração é essencial na aquapônica porque o amoníaco e o nitrito são tóxicos mesmo em baixas concentrações, enquanto as plantas precisam dos nitratos para crescer. Em uma unidade aquapônica, o biofiltro é um componente deliberadamente instalado para abrigar a maioria das bactérias vivas. Além disso, o movimento dinâmico da água dentro de um biofiltro irá quebrar sólidos muito finos não capturados pelo clarificador, o que impede ainda mais o acúmulo de resíduos nas raízes das plantas em NFT e DWC. No entanto, algumas grandes instalações aquapônicas que seguem o projeto do sistema desenvolvido na Universidade das Ilhas Virgens não usam um biofiltro separado, pois dependem principalmente das superfícies úmidas das unidades, das raízes das plantas e da absorção direta das plantas para processar amônia. A biofiltração separada é desnecessária na técnica do leito de mídia porque os próprios leitos de cultivo são biofiltros perfeitos.
O biofiltro é projetado para ter uma grande área de superfície fornecida com água oxigenada. O biofiltro é instalado entre o filtro mecânico e os recipientes hidropônicos. O volume mínimo deste recipiente de biofiltro deve ser de um sexto ao do aquário. A Figura 4.28 mostra um exemplo de biofiltro para unidades de pequena escala.
Um meio de biofiltro comumente usado é o Bioballs®, um produto proprietário disponível em lojas de abastecimento de aquicultura, embora existam marcas genéricas semelhantes (Figura 4.29). Estes são projetados para ser um material de biofiltro ideal, porque são pequenos itens de plástico especialmente moldados que têm uma área de superfície muito grande para o seu volume (500-700 m2/m3). Outros meios podem ser usados, incluindo cascalho vulcânico, tampas de garrafas de plástico, pufes de banho de nylon, rede, aparas de cloreto de polivinilo (PVC) e almofadas de nylon. Qualquer biofiltro precisa ter uma alta proporção de superfície para volume, ser inerte e ser fácil de enxaguar. Os Bioballs® têm quase o dobro da relação área de superfície/volume do cascalho vulcânico, e ambos têm uma proporção maior do que as tampas de garrafas plásticas. Ao usar material biofiltro inferior, é importante preencher o biofiltro o máximo possível, mas mesmo assim a superfície fornecida pelo meio pode não ser suficiente para garantir uma biofiltração adequada. É sempre melhor sobredimensionar o biofiltro durante a construção inicial, mas biofiltros secundários podem ser adicionados mais tarde, se necessário. Os biofiltros ocasionalmente precisam de agitação ou agitação para evitar entupimentos, e ocasionalmente precisam ser enxaguados se os resíduos sólidos os obstruírem, criando zonas anóxicas. Ver o capítulo 8 e o apêndice 4 para mais informações sobre os requisitos de dimensão da biofiltração para unidades de pequena escala.
Outro componente necessário para o biofiltro é a aeração. Bactérias nitrificantes precisam de acesso adequado ao oxigênio para oxidar a amônia. Uma solução fácil é usar uma bomba de ar, colocando as pedras de ar na parte inferior do recipiente. Isso garante que as bactérias tenham concentrações de OD constantemente altas e estáveis. As bombas de ar também ajudam a quebrar qualquer resíduo sólido ou suspenso não capturado pelo separador mecânico agitando e movendo constantemente os Bioballs® flutuantes. Para prender ainda mais sólidos dentro do biofiltro, também é possível inserir um pequeno balde plástico cilíndrico cheio de rede de nylon (como Perlon®), esponjas ou um saco de rede cheio de cascalho vulcânico na entrada do biofiltro (Figura 4.30). Os resíduos são presos por este filtro mecânico secundário, permitindo que a água restante flua para baixo através de pequenos orifícios perfurados na parte inferior da caçamba para dentro do recipiente de biofiltro. Os resíduos presos também estão sujeitos a mineralização e degradação bacteriana.
Mineralização
Mineralização, em termos de aquaponia, refere-se à forma como os resíduos sólidos são processados e metabolizados por bactérias em nutrientes para plantas. Os resíduos sólidos que são presos pelo filtro mecânico contêm nutrientes; embora o processamento desses resíduos seja diferente da biofiltração e exija consideração separada. Manter os sólidos dentro do sistema geral irá adicionar mais nutrientes de volta às plantas. Qualquer resíduo que permaneça nos filtros mecânicos, dentro dos biofiltros ou nos leitos de cultivo é submetido a alguma mineralização. Deixar os resíduos no lugar por mais tempo permite mais mineralização; maior tempo de permanência dos resíduos nos filtros levará a mais mineralização e mais nutrientes sendo retidos no sistema. No entanto, esse mesmo resíduo sólido, se não for adequadamente gerenciado e mineralizado, bloqueará o fluxo de água, consumirá oxigênio e levará a condições anóxicas, o que, por sua vez, leva à produção perigosa de sulfureto de hidrogênio e desnitrificação. Alguns grandes sistemas, portanto, deliberadamente deixam os resíduos sólidos dentro dos filtros, garantindo fluxo adequado de água e oxigenação, de modo que um máximo de nutrientes é liberado. No entanto, esse método é impraticável para sistemas NFT e DWC de pequena escala.
Se for decidido mineralizar deliberadamente esses sólidos, existem maneiras simples de facilitar a quebra bacteriana em um recipiente separado, simplesmente armazenando esses resíduos neste recipiente separado com oxigenação adequada usando pedras de ar. Após um período indefinido de tempo, os resíduos sólidos serão consumidos, metabolizados e transformados por bactérias heterotróficas. Neste ponto, a água pode ser decantada e re-adicionada ao sistema aquapônico, e os resíduos restantes, que diminuíram em volume, podem ser adicionados ao solo.
Alternativamente, esses resíduos sólidos podem ser separados, removidos e adicionados a qualquer agricultura no solo, jardim ou lixeira como um fertilizante valioso. No entanto, a perda destes nutrientes pode causar deficiências nas plantas, que podem então exigir a suplementação de nutrientes (ver Capítulo 6).
Usando um leito de mídia para uma combinação de filtração mecânica e biológica
Também é possível usar um leito cheio de mídia para mecânica e biofiltração em unidades NFT e DWC (Figuras 4.31 e 4.32). Isso pode ser importante quando não é possível obter os materiais necessários para um separador de redemoinho e/ou biofiltro separado. Embora mais amplamente discutido no capítulo 8, basta aqui dizer que, para cada 200 g de alimento para peixes por dia, o biofiltro deve ter 300 litros de volume. Este pequeno cascalho proporcionaria uma biofiltração adequada para cerca de 20 kg de peixe. Embora este leito de mídia forneça biofiltração adequada para uma unidade NFT ou DWC, bem como capturar e reter resíduos sólidos, um dispositivo adicional de captura de sólidos colocado no leito às vezes é recomendado para evitar que o leito de mídia entupa com sólidos de peixe. A cama precisará enxaguar periodicamente para remover resíduos sólidos.
Em resumo, algum nível de filtração é essencial para todos os aquapônicos, embora a densidade do estoque de peixes e o projeto do sistema determinem a quantidade de filtração necessária. Os filtros mecânicos separam os resíduos sólidos para evitar a acumulação tóxica e a biofiltração converte os resíduos azotados dissolvidos em nitrato (Figuras 4.33 e 4.34). Os próprios leitos de mídia atuam como filtros mecânicos e biofiltros ao usar essa técnica, mas às vezes é necessária filtração mecânica adicional para maiores densidades de peixes (15 kg/m3). Sem os leitos de mídia, como nas unidades NFT e DWC, é necessária uma filtragem independente. A mineralização de resíduos sólidos retorna mais nutrientes ao sistema. Mineralização ocorre em camas de mídia, mas dentro de sistemas NFT e DWC aparelhos separados são necessários.
Componentes hidropônicos - camas de mídia, NFT, DWC
O componente hidropônico é o termo para descrever as seções de cultivo de plantas na unidade. Existem vários projetos, três dos quais são discutidos em detalhes nesta publicação, mas cada um garante uma seção separada. Esses três projetos são: unidades de leito de mídia, às vezes chamadas de leitos de partículas, onde as plantas crescem dentro de um substrato (Figuras 4.35 e 4.36); unidades de técnica de filme nutriente (NFT), onde as plantas crescem com suas raízes em tubos largos fornecidos com um fio de água de cultura (Figura 4.37 e 4.38); e cultura de águas profundas ( DWC), também chamados de sistemas aquapônicos de jangadas ou de leito flutuante, onde as plantas são suspensas acima de um tanque de água usando uma jangada flutuante (Figura 4.39 e 4.40). Cada método tem vantagens e desvantagens, todos com diferentes estilos de componentes para atender às necessidades de cada método. Ver secções 4.3-4.6 para mais pormenores sobre cada uma delas.
Movimento da água
O movimento da água é fundamental para manter todos os organismos vivos na aquapônica. A água que flui se move dos tanques de peixes, através do separador mecânico e do biofiltro e, finalmente, para as plantas em seus leitos de mídia, tubos ou canais, removendo os nutrientes dissolvidos. Se o movimento da água parar, o efeito mais imediato será a redução do OD e a acumulação de resíduos no tanque de peixes; sem o filtro mecânico e biofiltro, os peixes podem sofrer e morrer dentro de algumas horas. Sem fluxo de água, a água em camas de mídia ou unidades DWC estagnará e se tornará anóxica, e os sistemas NFT secarão.
Uma diretriz comumente citada para sistemas aquapônicos densamente abastecidos é pedalar a água duas vezes por hora. Por exemplo, se uma unidade aquapónica tiver um volume total de água de 1 000 litros, o caudal de água deve ser de 2 000 litros/h, de modo a que a água seja ciclada duas vezes em cada hora. No entanto, com baixas densidades de estoque, essa taxa de volume de negócios é desnecessária, e a água só precisa ser ciclada uma vez por hora. Existem três métodos comumente usados para mover água através de um sistema: bombas de impulsor submersíveis, elevadores aéreos e energia humana.
Bomba de água do impulsor submersível
Mais comumente, uma bomba de água submersível do tipo impulsor é usada como o coração de uma unidade aquapônica, e este tipo de bomba é recomendado (Figura 4.41).
Bombas externas poderiam ser usadas, mas elas exigem encanamento adicional e são mais apropriadas para projetos maiores. As bombas de água de alta qualidade devem ser usadas preferencialmente para garantir uma longa vida útil e eficiência energética. As bombas de alta qualidade manterão sua capacidade de bombeamento e eficiência por pelo menos 1-2 anos, com uma vida útil geral de 3-5 anos, enquanto os produtos inferiores perderão sua potência de bombeamento em um tempo menor, levando a fluxos de água significativamente reduzidos. No que diz respeito ao caudal, as unidades de pequena escala descritas nesta publicação necessitam de um caudal de 2 000 litros/h a uma altura de cabeça de 1,5 metros; uma bomba submersível desta capacidade consumiria 25-50 W/h. Uma aproximação útil para calcular a eficiência energética das bombas submersíveis é que uma bomba pode mover 40 litros de água por hora para cada watt por hora consumida, embora alguns modelos alegem duas vezes essa eficiência.
Ao projetar o encanamento para a bomba, é importante perceber que a potência de bombeamento é reduzida em cada encaixe de tubo; até 5% da taxa de fluxo total pode ser perdida em cada conexão de tubo quando a água é forçada a passar. Assim, use o número mínimo de conexões entre a bomba e os tanques de peixes. Também é importante notar que quanto menor o diâmetro dos tubos, maior a perda de fluxo de água. Um tubo de 30 mm tem o dobro do fluxo de um tubo de 20 mm, mesmo que seja servido a partir de bombas com a mesma capacidade. Além disso, um tubo maior não requer qualquer manutenção para remover o acúmulo de sólidos acumulados no interior. Em termos práticos, isso resulta em economias significativas em custos de eletricidade e operação. Ao instalar uma unidade aquapônica, certifique-se de colocar a bomba submersível em um local acessível porque a limpeza periódica é necessária. Na verdade, o filtro interno precisará de limpeza a cada 2-3 semanas. Bombas de água submersíveis irão quebrar se forem executadas sem água; nunca rodar uma bomba seca.
Airlift
Os elevadores aéreos são outra técnica de elevação de água (Figura 4.42). Eles usam uma bomba de ar em vez de uma bomba de água. O ar é forçado ao fundo de um tubo dentro do tanque de peixes, as bolhas se formam e explodem, e durante a ascensão à superfície as bolhas transportam água com elas. Um benefício é que os elevadores aéreos podem ser mais eficientes eletricamente, mas apenas em pequenas alturas de cabeça (30-40 cm). Os elevadores de ar ganham potência em tanques mais profundos e são melhores a uma profundidade maior que um metro. Um valor acrescentado é que os elevadores de ar não obstruem a forma como as bombas submersíveis do tipo impulsor entupem. Além disso, a água também é oxigenada através do movimento vertical operado pelas bolhas de ar. No entanto, o volume de ar bombeado deve ser adequado para mover a água ao longo do tubo. As bombas de ar geralmente têm uma vida útil mais longa do que as bombas de água submersíveis. O principal benefício vem de uma economia de escala - uma única bomba de ar pode ser comprada para aeração e circulação de água, o que reduz o investimento de capital em uma segunda bomba.
Poder humano
Alguns sistemas aquapônicos foram projetados para usar a energia humana para mover água (Figura 4.43).
A água pode ser levantada em baldes ou usando polias, bicicletas modificadas ou outros meios. Um tanque de cabeça pode ser preenchido manualmente e permitido drenar lentamente ao longo do dia. Estes métodos só são aplicáveis a pequenas redes e só devem ser considerados quando a electricidade não estiver disponível ou não for fiável. Muitas vezes, esses sistemas terão baixo OD e mistura insuficiente de nutrientes, embora possam ser usados com sucesso em conjunto com algumas técnicas modificadas discutidas no Capítulo 9.
Aeração
As bombas de ar injetam ar na água através de tubos de ar e pedras de ar que se encontram dentro dos tanques de água, aumentando assim os níveis de OD na água (Figura 4.44).
OD adicional é um componente vital das unidades NFT e DWC. As pedras de ar estão localizadas no final da linha de ar e servem para difundir o ar em bolhas menores (Figura 4.45). Pequenas bolhas têm mais área de superfície e, portanto, liberam oxigênio na água melhor do que bolhas grandes; isso torna o sistema de aeração mais eficiente e contribui para economizar custos. Recomenda-se a utilização de pedras de ar de qualidade para obter as menores bolhas de ar. A biofouling ocorrerá, e as pedras de ar devem ser limpas regularmente primeiro com uma solução de cloro para matar depósitos bacterianos e depois, se necessário, com um ácido muito leve para remover a mineralização, ou substituídas, quando o fluxo de bolhas é inconsistente. Bombas de ar de qualidade são um componente insubstituível dos sistemas aquapônicos, e muitos sistemas foram salvos do colapso catastrófico devido à abundância de OD. Se possível, é preferível usar uma bomba de ar AC/DC combinada em caso de falta de eletricidade, porque quando desconectada da energia CA durante uma interrupção, as baterias CC carregadas podem continuar funcionando.
Dimensionamento de sistemas de aeração
Para unidades de pequena escala, com tanques de peixes de cerca de 1 000 litros, recomenda-se que, pelo menos, duas linhas de ar, também chamadas de injectores, com pedras de ar, sejam colocadas no aquário e um injector no recipiente de biofiltro. Para entender o volume de ar que entra no sistema, vale a pena medir a taxa de fluxo. Para tal, basta inverter um dispositivo de medição volumétrico (garrafa de 2 litros, copo de medição, copo graduado) no aquário. Com a ajuda de um assistente, comece um cronômetro ao mesmo tempo que a pedra de ar borbulhante é inserida no dispositivo de medição. Pare o cronômetro quando o recipiente estiver cheio de ar. Em seguida, determinar o caudal em litros por minuto utilizando uma razão. O alvo para os sistemas aqui descritos é de 4 a 8 litros/min para todas as pedras de ar combinadas. É sempre melhor ter DO extra em vez de não ser suficiente.
Tente colocar pedras de ar para que eles não ressuspendam sólidos de sedimentação, impedindo assim a sua remoção através do dreno central.
Sifões Venturi
Baixa tecnologia e simples de construir, os sifões Venturi são outra técnica para aumentar os níveis de OD na aquapônica. Esta técnica é especialmente valiosa em canais DWC. Simplesmente falando, os sifões Venturi usam um princípio hidrodinâmico que puxa o ar do lado de fora (aspiração) quando a água pressurizada flui com uma velocidade mais rápida através de uma seção de tubo de um diâmetro menor. Com o fluxo de água constante, se o diâmetro do tubo diminui a velocidade da água deve aumentar, e essa velocidade mais rápida cria uma pressão negativa. Os sifões Venturi são seções curtas de tubo (20 mm de diâmetro, 5 cm de comprimento) inseridas dentro do tubo de água principal de um diâmetro maior (25 mm). À medida que a água no tubo principal é forçada através da seção mais estreita, ela cria um efeito de jato (Figura 4.46). Este efeito de jato suga o ar circundante para a corrente de água através de um pequeno orifício cortado no tubo de constrição exterior. Se o sifão Venturi estiver debaixo d'água, o pequeno orifício pode ser conectado a um comprimento de tubo exposto à atmosfera. Os sifões Venturi podem ser integrados em cada tubo de entrada nos canais DWC, o que aumentará o conteúdo de OD do canal. Eles também podem servir como uma redundância para arejamento de aquário se a bomba de ar falhar. Consulte a seção Leitura adicional para obter mais fontes de informação.
Tanque de cárter
O tanque do reservatório é um tanque de coleta de água no ponto mais baixo do sistema; a água sempre corre em declive até o cárter (Figura 4.47).
Esta é muitas vezes a localização da bomba submersível. Os tanques do reservatório devem ser menores do que os tanques de peixes e devem poder manter entre um quarto e um terço do volume do tanque de peixes. Para os leitos de mídia do tipo fluxo e fluxo, o reservatório precisa ser grande o suficiente para conter pelo menos todo o volume de água nos canteiros de cultivo (ver secção 4.3). Tanques de reservatório externos são usados principalmente em unidades de leito de mídia; no entanto, para unidades DWC, o canal hidropônico real pode ser usado como um reservatório de reservato/casa de bomba também. Embora útil, ele não é um componente essencial do sistema, e muitos projetos não empregam um tanque de reservatório externo. Unidades muito pequenas, com tanques de peixes de até 200 litros, podem simplesmente bombear água do tanque de peixes para os canteiros de cultivo, de onde a água flui de volta para o tanque de peixes. No entanto, para unidades maiores é muito útil ter um cárter.
Um método comum de aquapônica, e o recomendado aqui, é ter a bomba localizada no tanque do reservatório. Um acrônimo comumente usado descreve os pontos-chave deste projeto, que é: altura constante no tanque de peixes - bomba no tanque de reservatório (CHIFT- PIST). Usando este método significa que quaisquer perdas de água, incluindo componentes de evaporação e vazamento, só se manifestam dentro do reservatório e não afetam o volume do tanque de peixes. Em seguida, é direto medir as perdas por evaporação normais e calcular com que frequência a água precisa de ser reabastecida, e pode ser determinado imediatamente se houver um vazamento. Talvez o mais importante, quaisquer vazamentos no sistema hidropônico não prejudicarão o peixe. A Seção 9.2 discute a segurança dos níveis de água de diferentes maneiras.
Materiais de encanamento
Cada sistema requer uma seleção de tubos de PVC, conexões e conexões de PVC, mangueiras e tubos (Figura 4.48). Estes fornecem os canais para que a água flua para cada componente. Válvulas anteparas, Uniseal® (doravante uniseal), selante de silicone e fita Teflon também são necessárias. Os componentes de PVC são conectados de forma permanente usando cimento de PVC, embora o selante de silicone possa ser usado temporariamente se o encanamento não for permanente e as juntas não estiverem sob alta pressão da água. Além disso, algumas ferramentas gerais são necessárias, tais como martelos, brocas, serras manuais, serras elétricas, fitas de medição, alicates, alicates de bloqueio de canais, chaves de fenda, níveis, etc Uma ferramenta especial é um furo e/ ou broca, que são usados em uma broca elétrica para fazer furos de até 8 cm, necessários para inserir o tubos para os tanques de peixes e filtros, bem como para fazer buracos nas camas de cultivo de PVC ou poliestireno em sistemas NFT e DWC. O apêndice 8 contém uma lista pormenorizada dos materiais necessários para cada unidade descrita na presente publicação.
Certifique-se de que os tubos e o encanamento utilizados no sistema nunca foram usados anteriormente para conter substâncias tóxicas. Também é importante que o encanamento utilizado seja de qualidade alimentar para evitar possíveis sanguessugas de produtos químicos na água do sistema. Também é importante usar tubos pretos e/ou não transparentes para a luz, o que impedirá o crescimento das algas.
Kits de teste de água
Testes simples de água são um requisito para cada unidade aquapônica. Os kits de teste de água doce codificados por cores estão prontamente disponíveis, bastante econômicos e fáceis de usar e, portanto, são recomendados. Estes podem ser comprados em lojas de aquário ou on-line. Esses kits incluem testes de pH, amônia, nitrito, nitrato, GH e KH (Figura 4.49).
Certifique-se de que os fabricantes são confiáveis e que a data de validade ainda é válida. Outros métodos incluem medidores digitais ou tiras de teste. Se estiver usando medidores digitais para pH ou nitrato, certifique-se de calibrar as unidades de acordo com as instruções do fabricante. Um termômetro é necessário para medir a temperatura da água. Além disso, se houver risco de água salgada na água da fonte, vale a pena um hidrômetro barato, ou um refratômetro mais preciso, mas mais caro. O ponto 3.3.6 inclui mais pormenores sobre a utilização de kits de ensaio colorimétricos.
*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *
Técnica de filme nutriente (nft)
Original publication · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
O NFT é um método hidropônico usando tubos horizontais cada um com um fluxo raso de água aquapônica rica em nutrientes que flui através dele (Figura 4.60). As plantas são colocadas dentro de furos no topo dos tubos e são capazes de usar esta fina película de água rica em nutrientes.
Tanto a NFT quanto a DWC são métodos populares para operações comerciais, pois ambas são financeiramente mais viáveis do que as unidades de leitos de mídia quando aumentadas (Figura 4.61).
Esta técnica tem uma evaporação muito baixa porque a água está completamente protegida do sol. Esta técnica é muito mais complicada e dispendiosa do que os media beds, e pode não ser apropriada em locais com acesso inadequado aos fornecedores. Esta técnica é mais útil em aplicações urbanas, especialmente quando se utiliza espaço vertical ou limitações de peso são considerações.
Embora todos os métodos tenham uma abordagem diferente para plantas realmente crescentes, a diferença mais importante entre eles é o método de filtração que tanto as unidades NFT quanto DWC utilizam em comparação com o método de leito de mídia. O texto a seguir descreve este método de filtração para unidades NFT e DWC em detalhes. Posteriormente, os métodos NFT e DWC são discutidos individualmente. O layout geral desta seção começa com a dinâmica do fluxo de água, ou como a água se move através do sistema. Em seguida, os métodos de filtração são discutidos, seguidos por diretrizes específicas de plantio para sistemas NFT.
Dinâmica do fluxo de água
A água flui por gravidade a partir do tanque de peixes, através do filtro mecânico e para a combinação biofilter/cárter. A partir do cárter, a água é bombeada em duas direções através de um conector “Y” e válvulas. Alguma água é bombeada diretamente de volta para o aquário. A água restante é bombeada para um colector que distribui a água igualmente através dos tubos NFT. A água flui, novamente por gravidade, para baixo através dos tubos de cultivo onde as plantas estão localizadas. Ao sair dos tubos de cultivo, a água é devolvida ao biofilter/cárter, onde novamente é bombeada para o tanque de peixes ou crescer tubos. A água que entra no tanque de peixes faz com que o tanque de peixes transborde através do tubo de saída e volte para o filtro mecânico, completando assim o ciclo.
Este projeto, conforme descrito nesta publicação, é chamado de design “Figura 8” por causa do caminho da água. Este design garante que a água filtrada entre no tanque de peixes e nos tubos de cultivo, enquanto usa apenas uma bomba. Não há necessidade de colocar o reservatório mais baixo do que o resto da unidade, tornando este projeto possível para uso em pisos de concreto existentes ou em telhados. Todos os componentes estão em um nível de trabalho confortável para o agricultor sem inclinar ou usar escadas. Além disso, o design utiliza totalmente o tamanho do recipiente IBC para garantir espaço adequado para o peixe. Uma desvantagem é que a combinação de cártero/biofiltro trabalha para diluir a concentração de nutrientes da água atingindo os tubos de cultivo e, ao mesmo tempo, retorna água para o peixe antes que a água tenha sido totalmente despojada de nutrientes. No entanto, a ligeira diluição é gerenciada controlando o fluxo bidirecional deixando o cártero/biofiltro e, em geral, tem pouco efeito sobre a eficácia deste sistema em função dos benefícios proporcionados. Geralmente, a bomba retorna 80 por cento da água para os tanques de peixes e os 20 por cento restantes para os canteiros de cultivo ou canais, e isso pode ser controlado com a válvula.
Filtragem mecânica e biológica
A filtração dedicada é de importância crítica em unidades NFT e DWC. Enquanto o meio na técnica do leito de mídia serve como um biofiltro e um filtro mecânico, as técnicas NFT e DWC não têm esse luxo. Portanto, ambos os tipos de filtros precisam ser construídos deliberadamente: primeiro, uma armadilha física para capturar os resíduos sólidos e, em seguida, um filtro biológico para nitrificação. Como mencionado na secção 4.3, existem muitos tipos de filtros mecânicos, e as unidades NFT e DWC requerem aqueles que se encontram na extremidade superior do espectro delineado. Os desenhos descritos no apêndice 8 utilizam um filtro mecânico de redemoinho para capturar resíduos de partículas, com ventilação periódica dos sólidos capturados. Ao sair do filtro de redemoinho, a água passa por uma tela de malha adicional para prender quaisquer sólidos remanescentes e, em seguida, atinge o biofiltro. O biofiltro é bem oxigenado com pedras de ar e contém um meio de biofiltração, geralmente Bioballs®, rede de nylon ou tampas de garrafas, onde as bactérias nitrificantes transformam os resíduos dissolvidos. Com filtração insuficiente, as unidades NFT e DWC entupem, tornaram-se anóxicas e exibem condições de crescimento precárias para plantas e peixes.
Técnica de filme nutriente crescer tubos, construção e plantio
Seguindo os métodos de filtração acima explicados, a NFT emprega então o uso de tubos de plástico dispostos horizontalmente para cultivar vegetais usando a água aquapônica (Figura 4.62). Sempre que possível, use tubos de seção retangular com largura maior que a altura, o que é padrão entre os produtores hidropônicos. A razão reside em um filme maior de água que atinge as raízes com o objetivo de aumentar a absorção de nutrientes e o crescimento da planta. Um dos benefícios do NFT é que os tubos podem ser organizados em muitos padrões, além do escopo desta publicação, e podem fazer uso de espaço vertical, paredes e cercas e varandas pendentes (Figura 4.63).
A água é bombeada do biofiltro para cada tubo hidropônico com um pequeno fluxo igual, criando um fluxo superficial de água aquapônica rica em nutrientes que flui ao longo do fundo. Os tubos de crescimento contêm uma série de furos ao longo da parte superior do tubo em que as plantas são colocadas. À medida que as plantas começam a consumir a água rica em nutrientes do fluxo, elas começam a desenvolver sistemas radiculares dentro dos tubos de cultivo. Ao mesmo tempo, suas hastes e folhas crescem e ao redor dos tubos. O filme raso de água na parte inferior de cada tubo garante que as raízes recebam grandes quantidades de oxigênio na zona da raiz juntamente com umidade e nutrição. Manter um fluxo raso permite que as raízes tenham uma superfície de troca de ar maior. O fluxo de água para cada tubo de crescimento não deve ser superior a 1-2 litros/min. O caudal é controlado a partir da válvula Y, com todo o excesso de fluxo de água retornado ao aquário.
Crescer a forma e o tamanho do tubo
É sábio escolher um tubo com o diâmetro ideal para os tipos de plantas cultivadas. As tubulações com uma seção transversal quadrada são melhores, mas os tubos redondos são mais comuns e totalmente aceitáveis. Para vegetais de frutificação maiores, são necessários tubos de crescimento de 11 cm de diâmetro, enquanto vegetais verdes folhosos de crescimento rápido e pequenos com pequenas massas radiculares requerem apenas tubos com um diâmetro de 7,5 cm. Para policultura de pequena escala (cultivando muitos tipos de vegetais), devem ser utilizados tubos de 11 cm de diâmetro (Figura 4.64).
Isso evita limitações de seleção de plantas porque as pequenas plantas sempre podem ser cultivadas nos tubos maiores, embora haja um sacrifício na densidade de plantio. Plantas com sistemas radiculares extensos, incluindo plantas mais velhas maduras, podem obstruir tubos menores e causar transbordos e perdas de água. Esteja especialmente atento aos tomates e à hortelã, pois seus sistemas radiculares maciços podem facilmente entupir até mesmo tubos grandes.
O comprimento do tubo de crescimento pode ser em qualquer lugar entre 1 e 12 m. Em tubos com mais de 12 m, deficiências de nutrientes podem ocorrer em plantas no final dos tubos porque as primeiras plantas já despojaram os nutrientes. Uma inclinação de cerca de 1 cm/m de comprimento do tubo é necessária para garantir que a água flua através de todo o tubo com facilidade. A inclinação é controlada usando calços (cunhas) no lado longe do aquário.
Os tubos de PVC são recomendados porque geralmente são os mais comumente disponíveis e são baratos. Os tubos brancos devem ser usados, uma vez que a cor reflete os raios do sol, mantendo assim o interior dos tubos fresco. Alternativamente, recomenda-se tubos hidropônicos quadrados ou retangulares com dimensões 10 cm de largura × 7 cm de altura. Tubos hidropônicos profissionais para produtores comerciais são tipicamente desta forma, e alguns produtores usam postes de vedação de vinil.
Plantando dentro dos canos de cultivo
Os furos perfurados no tubo hidropônico devem ter 7-9 cm de diâmetro e devem corresponder ao tamanho dos copos de rede disponíveis. Deve haver um mínimo de 21 cm entre o centro de cada buraco vegetal, de modo a permitir um espaço vegetal adequado para as folhas verdes e os vegetais de maior dimensão (figuras 4.65 e 4.66).
Cada plântula é colocada em um copo de rede de plástico, que, por sua vez, é colocado dentro do tubo de cultivo. Isso fornece suporte físico para a planta. Os copos de rede são preenchidos com meios hidropônicos de uso geral (cascalho vulcânico, lã de rocha ou LECA) em torno da plântula. Se desejar, um tubo de PVC de 5 cm de comprimento de 5 cm pode ser colocado dentro do copo de rede como maior equilíbrio e suporte para a planta. As instruções detalhadas de plantação estão incluídas no apêndice 8.
Se os copos de rede de plástico não estiverem disponíveis ou forem muito caros, é possível usar copos de plástico regulares. Siga o procedimento de plantio conforme descrito no parágrafo anterior certificando-se de adicionar muitos orifícios ao copo de bebida de plástico para que as raízes tenham bastante acesso ao tubo de cultivo. Outros produtores tiveram sucesso com espuma flexível de célula aberta para apoiar as plantas dentro do tubo de cultivo. Se nenhuma dessas opções estiver disponível ou desejada, é possível transplantar as mudas diretamente para os tubos, particularmente tubos retangulares (Figura 4.67).
As mudas podem ser transplantadas com seu meio de germinação, que será lavado no sistema ou as raízes podem ser cuidadosamente enxaguadas, o que mantém o meio fora do sistema, mas pode aumentar o estresse do transplante. No entanto, é preferível usar copos líquidos cheios de mídia.
Ao plantar inicialmente as mudas no tubo, certifique-se de que as raízes possam tocar o fluxo de água na parte inferior do tubo. Isso garantirá que as mudas jovens não fiquem desidratadas. Alternativamente, as mechas podem ser adicionadas que trilha para o fluxo de água. Além disso, é aconselhável regar as mudas com água aquapônica uma semana antes de transplantá-las para a unidade. Isso ajudará a atenuar contra o choque de transplante para as plantas à medida que elas se acostumarem com a nova água.
*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *
Seleção do site
Original publication · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
A seleção do local é um aspecto importante que deve ser considerado antes de instalar uma unidade aquapônica. Esta seção geralmente se refere a unidades aquapônicas construídas ao ar livre sem uma estufa. No entanto, há breves comentários sobre estufas e estruturas de rede de sombreamento para unidades maiores. É importante lembrar que alguns dos componentes do sistema, especialmente os meios de água e pedra, são pesados e difíceis de mover, por isso vale a pena construir o sistema em sua localização final. Os locais selecionados devem estar em uma superfície estável e nivelada, em uma área protegida de clima severo, mas exposta a luz solar substancial.
Estabilidade
Certifique-se de escolher um site que seja estável e nivelado. Alguns dos principais componentes de um sistema aquapônico são pesados, levando ao risco potencial de as pernas do sistema se afundarem no solo. Isso pode levar a um fluxo de água interrompido, inundações ou colapso catastrófico. Encontre o terreno mais nivelado e sólido disponível. As lajes de concreto são adequadas, mas não permitem que nenhum componente seja enterrado, o que pode levar a perigos de tropeçar. Se o sistema for construído no solo, é útil classificar o solo e colocar material para mitigar ervas daninhas. Além disso, coloque blocos de concreto ou cimento sob as pernas das camas de cultivo para melhorar a estabilidade. As lascas de pedra são frequentemente usadas para nivelar e estabilizar os locais do solo. Além disso, é importante colocar os tanques de peixes em uma base; isso ajudará a fornecer estabilidade, proteger o tanque, permitir o encanamento e drenos no fundo do tanque e isolá-lo termicamente do solo.
Exposição ao vento, chuva e neve
Condições ambientais extremas podem estressar plantas e destruir estruturas (Figura 4.14). Ventos fortes prevalecentes podem ter um impacto negativo considerável na produção vegetal e podem causar danos aos caules e partes reprodutivas. Além disso, chuva forte pode prejudicar as plantas e danificar tomadas elétricas desprotegidas. Grandes quantidades de chuva podem diluir a água rica em nutrientes e pode inundar um sistema se nenhum mecanismo de transbordamento estiver integrado na unidade. A neve causa os mesmos problemas que a chuva forte, com a ameaça adicional de danos ao frio. Recomenda-se que o sistema esteja localizado em uma zona protegida pelo vento. Se chuvas fortes são comuns, pode valer a pena proteger o sistema com uma casa de aro revestida de plástico, embora isso possa não ser necessário em todos os locais.
Exposição à luz solar e à sombra
A luz solar é fundamental para as plantas e, como tal, as plantas precisam receber a quantidade ideal de luz solar durante o dia. A maioria das plantas comuns para a aquapônica crescem bem em condições de sol; no entanto, se a luz solar é muito intensa, uma estrutura de sombra simples pode ser instalada sobre os leitos de cultivo. Algumas plantas sensíveis à luz, incluindo alface, saladas verdes e algumas couves, aparecerão em muito sol, vão à semente e se tornarão amargas e inpalatáveis. Outras plantas tropicais adaptadas ao chão da selva, como a açafrão e certos ornamentais, podem exibir queimaduras de folhas quando expostas ao sol excessivo, e elas fazem melhor com alguma sombra. Por outro lado, com luz solar insuficiente, algumas plantas podem ter taxas de crescimento lentas. Esta situação pode ser evitada colocando a unidade aquapônica em um local ensolarado. Se uma área sombreada é o único local disponível, recomenda-se que as espécies tolerantes à sombra sejam plantadas.
Os sistemas devem ser projetados para aproveitar o sol que viaja de leste a oeste através do céu. Geralmente, os leitos de cultivo devem ser dispostos espacialmente de modo que o lado mais longo esteja em um eixo norte-sul. Isso torna o uso mais eficiente do sol durante o dia. Alternativamente, se for preferível menos luz, oriente os leitos, tubos e canais seguindo o eixo leste-oeste. Considere também onde e quando há sombras que atravessam o site escolhido. Tenha cuidado no arranjo das plantas de tal forma que elas não se sombreem inadvertidamente. No entanto, é possível usar plantas altas e amantes do sol para sombrear plantas baixas e sensíveis à luz do sol intenso da tarde, colocando as plantas altas a oeste ou alternando as duas em uma distribuição dispersa.
Ao contrário das plantas, os peixes não precisam de luz solar direta. Na verdade, é importante que os tanques de peixes estejam na sombra. Normalmente, os tanques de peixes são cobertos com um material de sombreamento removível que é colocado no topo do tanque (Figura 4.15). No entanto, sempre que possível, é melhor isolar os tanques de peixes usando uma estrutura de sombreamento separada. Isto evitará o crescimento de algas (ver Capítulo 3) e ajudará a manter uma temperatura estável da água durante o dia. Também vale a pena evitar que folhas e detritos orgânicos entrem nos tanques de peixes, pois a matéria foliar em decomposição pode manchar a água, afetar a química da água e obstruir os tubos. Localize o sistema longe da vegetação pendente ou mantenha o tanque coberto com uma tela. Além disso, os tanques de peixes são vulneráveis aos predadores. O uso de redes de sombra, lonas ou outro rastreio sobre os tanques de peixes evitará todas essas ameaças.
Utilitários, cercas e facilidade de acesso
Na seleção do site, é importante considerar a disponibilidade de utilitários. São necessárias tomadas elétricas para bombas de água e ar. Essas tomadas devem ser protegidas da água e equipadas com um dispositivo de corrente residual (RCD) para reduzir o risco de choque elétrico; Os adaptadores RCD podem ser comprados em lojas de hardware padrão. Além disso, a fonte de água deve ser facilmente acessível, quer se trate de água municipal ou unidades de coleta de chuva. Da mesma forma, considere para onde qualquer efluente do sistema iria. Embora extremamente eficientes em termos de água, os sistemas aquapônicos ocasionalmente exigem mudanças de água, e filtros e clarificadores precisam ser enxaguados. É conveniente ter algumas plantas do solo localizadas nas proximidades que beneficiariam desta água. O sistema deve estar localizado onde é fácil para o acesso diário, pois são necessários monitoramento freqüente e alimentação diária. Finalmente, considere se é necessário cercar toda a seção. Cercas às vezes são necessárias para evitar roubo e vandalismo, pragas animais e para alguns regulamentos de segurança alimentar.
Considerações especiais: aquaponia no telhado
Os telhados planos são frequentemente locais adequados para a aquapônica porque são nivelados, estáveis, expostos à luz solar e ainda não são utilizados para a agricultura (Figuras 4.16-4.18). No entanto, ao construir um sistema em um telhado, é crucial considerar o peso do sistema, e se o telhado é ou não capaz de suportá-lo. É essencial consultar um arquiteto ou engenheiro civil antes de construir um sistema de cobertura. Além disso, certifique-se de que os materiais podem ser transportados de forma segura e eficaz para o local da cobertura.
Estufas e estruturas de rede de sombreamento
As estufas não são essenciais para as unidades aquapônicas de pequena escala, mas podem ser úteis para prolongar o período de crescimento em algumas regiões (Figuras 4.19 e 4.20). Isto é particularmente verdadeiro em regiões temperadas e outras regiões mais frias ao redor do mundo, uma vez que as estufas podem ser usadas para manter uma temperatura de água quente durante os meses frios, permitindo assim a produção durante todo o ano.
Uma estufa é uma estrutura de metal, madeira ou plástico que é coberta por nylon transparente, plástico ou vidro. O objetivo desta estrutura é permitir que a luz solar (radiação solar) entre na estufa e, em seguida, aprisioná-la para que comece a aquecer o ar dentro da estufa. À medida que o sol começa a se pôr, o calor é retido na estufa pelo telhado e pelas paredes, permitindo uma temperatura do ar mais quente e estável durante um período de 24 horas. Estufas fornecem proteção ambiental geral contra vento, neve e chuva forte. As estufas prolongam a estação de crescimento, mantendo o calor solar ambiente, mas também podem ser aquecidas a partir de dentro. Estufas podem afastar animais e outras pragas, e servir como alguma segurança contra roubo. As estufas são confortáveis para trabalhar durante as estações mais frias e fornecem ao produtor proteção contra o clima. Os quadros de estufa podem ser usados para apoiar plantas de escalada ou para pendurar material de sombra. Juntas, essas vantagens de uma estufa resultam em maior produtividade e em uma longa temporada de culturas.
No entanto, esses benefícios precisam ser equilibrados contra as desvantagens das estufas. Os custos iniciais de capital para uma estufa podem ser elevados dependendo do grau de tecnologia e sofisticação desejado. As estufas também exigem custos operacionais adicionais porque os ventiladores são necessários para criar circulação de ar para evitar superaquecimento e condições excessivamente úmidas. Algumas doenças e pragas de insectos são mais comuns em estufas e têm de ser geridas em conformidade (isto é, a utilização de redes de insectos nas portas e janelas), embora o ambiente confinado possa favorecer a utilização de determinados controlos de pragas.
Em algumas regiões tropicais, as redes são mais apropriadas do que as estufas convencionais cobertas com plástico de polietileno ou vidro (Figura 4.21). Isso ocorre porque os climas quentes nos trópicos ou subtrópicos aumentam a necessidade de uma melhor ventilação para evitar altas temperaturas e umidade. As casas líquidas consistem em um quadro sobre as camas de cultivo que é coberto com rede de malha ao longo das quatro paredes e um telhado de plástico sobre o topo. O teto de plástico é particularmente importante para evitar que a chuva entre, especialmente em áreas com intensas estações chuvosas, pois as unidades podem transbordar em questão de dias. As casas líquidas são usadas para remover a ameaça de muitas pragas nocivas associadas aos trópicos, bem como aves e animais maiores. O tamanho de malha ideal para as quatro paredes depende das pragas locais. Para insetos grandes, o tamanho da malha deve ser de 0,5 mm. Para os menores, que muitas vezes são vetores de doenças virais, o tamanho da malha deve ser mais grosso (ou seja, malha 50). Net houses pode fornecer alguma sombra se a luz solar é muito intensa. Os materiais de sombra comuns variam de 25 a 60% de protetor solar.
*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *
A técnica do leito de mídia
Original publication · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
As unidades de cama cheias de mídia são o design mais popular para a aquapônica de pequena escala. Este método é fortemente recomendado para a maioria das regiões em desenvolvimento. Estes projetos são eficientes com o espaço, têm um custo inicial relativamente baixo e são adequados para iniciantes devido à sua simplicidade. Em unidades de leito de mídia, o meio é usado para suportar as raízes das plantas e também o mesmo meio funciona como um filtro, tanto mecânico quanto biológico. Esta dupla função é a principal razão pela qual as unidades de leito de mídia são as mais simples; as seções a seguir demonstram como os métodos NFT e DWC exigem componentes isolados e mais complicados para filtração. No entanto, a técnica do leito de mídia pode se tornar difícil e relativamente dispendiosa em grande escala. A mídia pode ficar entupida se as densidades de estoque de peixe excederem a capacidade de carga das camas, e isso pode exigir filtração separada. A evaporação da água é maior em camas de mídia com mais área de superfície exposta ao sol. Alguns meios de comunicação são muito pesados.
Existem muitos projetos para camas de mídia, e esta é provavelmente a técnica mais adaptável. Por exemplo, Bumina é uma técnica aquapônica usada na Indonésia que usa muitas pequenas camas de mídia conectadas a um tanque de peixes no solo (Seção 9.4.3). Além disso, materiais reciclados podem ser facilmente reaproveitados para manter a mídia e os peixes.
Dinâmica do fluxo de água
A Figura 4.50 mostra os principais componentes de um sistema aquapônico usando camas de mídia, incluindo o tanque de peixes, os leitos de mídia, o tanque de cárter e a bomba de água, bem como blocos de concreto para suporte. É mais fácil de entender seguindo o fluxo de água através do sistema. A água flui por gravidade do aquário, através de um filtro mecânico simples e para os leitos de mídia. Esses leitos de mídia estão cheios de meios de biofiltro porosos que servem como filtro mecânico e biológico e local para mineralização. Estes leitos hospedam a colônia de bactérias nitrificantes, bem como fornecem o lugar para as plantas crescerem. Ao sair dos leitos de mídia, a água viaja até o tanque, novamente por gravidade. Neste ponto, a água está relativamente livre de resíduos sólidos e dissolvidos. Finalmente, esta água limpa é bombeada de volta para o tanque de peixes, o que faz com que o nível de água suba e transborde do tanque de peixes de volta para os leitos de mídia, completando o ciclo. Alguns leitos de mídia são projetados para inundar e drenar, o que significa que o nível da água sobe até um certo ponto e depois drena completamente. Isso adiciona oxigênio às raízes das plantas e ajuda na biofiltração da amônia. Outros métodos de irrigação de meios usam um fluxo constante de água, entrando de um lado do leito e saindo do outro, ou distribuído através de uma matriz de irrigação por gotejamento.
Construção de camas de mídia
Materiais
As camas de mídia podem ser feitas de plástico, fibra de vidro ou uma moldura de madeira com borracha estanque ou polietileno na base e dentro das paredes. As camas de mídia “faça você mesmo” (DIY) mais populares são feitas de recipientes de plástico, IBCs modificados ou mesmo banheiras antigas (Figura 4.51).
É possível usar todos os itens acima como camas e outros tipos de tanques, desde que eles atendam aos seguintes requisitos:
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forte o suficiente para reter água e meios de cultivo sem quebrar;
-
capaz de suportar condições climáticas difíceis;
-
feito de material de qualidade alimentar que é seguro para os peixes, plantas e bactérias;
-
pode ser facilmente conectado a outros componentes da unidade através de peças de encanamento simples;
e
- pode ser colocado em estreita proximidade com os outros componentes da unidade.
Forma
A forma padrão para camas de mídia é um retângulo, com uma largura de cerca de 1 m e um comprimento de 1-3 m. camas maiores podem ser usadas/fabricadas, mas requerem suporte adicional (isto é, blocos de concreto) para manter seu peso. Além disso, leitos mais longos podem ter distribuições desiguais de sólidos que tendem a se acumular na entrada de água, aumentando o risco de manchas anaeróbias. As camas não devem ser tão largas que o agricultor/operador não consiga atravessar, pelo menos a meio caminho.
Profundidade
A profundidade do leito de mídia é importante porque ele controla a quantidade de volume de espaço raiz na unidade que determina os tipos de vegetais que podem ser cultivados. Se cultivar vegetais frutíferos grandes, como tomates, quiabo ou repolho, o leito de mídia deve ter uma profundidade de 30 cm, sem o qual os vegetais maiores não teriam espaço radicular suficiente, experimentariam esteiras radiculares e deficiências de nutrientes, e provavelmente cairia (Figura 4.52).
Pequenos vegetais verdes de folhas requerem apenas 15-20 cm de profundidade de mídia, tornando-os uma boa escolha se o tamanho da cama de mídia for limitado. Mesmo assim, alguns experimentos mostraram que mesmo as culturas maiores podem ser cultivadas em leitos rasos se as concentrações de nutrientes forem suficientes.
Escolha do meio
Todos os meios de cultivo aplicáveis terão vários critérios comuns e essenciais. O meio precisa ter área de superfície adequada, permanecendo permeável à água e ao ar, permitindo que as bactérias cresçam, a água flua e as raízes das plantas respirem. O meio deve ser inerte, não empoeirado e não tóxico, e deve ter um pH neutro para não afetar a qualidade da água. É importante lavar bem o meio antes de colocá-lo nas camas, particularmente cascalho vulcânico que contém poeira e partículas minúsculas. Estas partículas podem entupir o sistema e potencialmente prejudicar as brânquias dos peixes. Finalmente, é importante trabalhar com material confortável para o agricultor. Estes critérios essenciais estão listados abaixo:
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grande área de superfície para crescimento bacteriano;
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pH neutro e inerte (o que significa que o meio não lixiviará substâncias potencialmente tóxicas);
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boas propriedades de drenagem;
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fácil de trabalhar;
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espaço suficiente para que o ar e a água fluam dentro do meio;
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disponível e rentável;
e
- peso leve, se possível.
Vários meios de comunicação comuns que satisfazem os critérios são discutidos:
Cascalho vulcânico (tufo)
O cascalho vulcânico é o meio mais popular para usar para unidades de cama de mídia e é recomendado quando disponível (Figura 4.53). As três melhores qualidades do cascalho vulcânico são que ele tem uma relação área superficial/volume muito alta, pode ser barato e fácil de obter, e é quase quimicamente inerte. O cascalho vulcânico tem uma relação de superfície para volume de cerca de 300 m2/m3, dependendo do tamanho da partícula, o que proporciona um amplo espaço para a colonização das bactérias. O cascalho vulcânico é abundante em muitos locais ao redor do mundo. Uma vez lavado de poeira e sujeira, o cascalho vulcânico é quase completamente inerte quimicamente, exceto para pequenas liberações de microelementos como ferro e magnésio e a absorção de íons fosfato e potássio nos primeiros meses após iniciar uma unidade. O tamanho recomendado do cascalho vulcânico é de 8 a 20 mm de diâmetro. O cascalho menor provavelmente entupir com resíduos sólidos e o cascalho maior não oferece a área de superfície ou o suporte da planta conforme necessário.
Calcário
O calcário não é recomendado como meio de crescimento, embora seja comumente usado (Figura 4.54). O calcário, uma rocha sedimentar, é menos desejável do que outros meios porque tem uma relação de superfície mais baixa para volume, é pesado e não é inerte. O calcário é composto principalmente por carbonato de cálcio (CaCO3), que se dissolve na água e afeta a qualidade da água. O calcário aumentará o KH da água, o que também aumentará o pH (ver secção 3.3). Portanto, este material é melhor usado onde as fontes de água são muito baixas em alcalinidade ou ácidas, como nos casos de água alcalina, exigiria correções ácidas constantes de
águas que entram. No entanto, uma pequena adição de calcário pode ajudar a contrabalançar o efeito acidificante das bactérias nitrificantes, o que pode compensar a necessidade de tamponamento regular de água em sistemas bem equilibrados. O calcário pode não ser tão confortável de trabalhar em termos de plantação e colheita, e pode experimentar entupimento se a granulometria adequada não for escolhida. No entanto, muitas vezes é a forma mais barata e mais comum de cascalho disponível. O calcário só é aceitável como meio se não houver outros meios disponíveis, mas esteja ciente do seu impacto na qualidade da água.
Agregado de argila expandida leve
O agregado de argila expandida leve** (**LECA) consiste em seixos de argila expandidos (Figura 4.55). Originalmente, foi fabricado para isolamento térmico de telhados de construção, mas tem sido mais recentemente usado em hidroponia. Estes seixos são redondos e muito leves em comparação com outros substratos.
Eles são muito confortáveis para trabalhar e ideais para a produção no telhado. A área de superfície do LECA é de cerca de 250-300 m2/m3, que está dentro da faixa alvo. No entanto, o LECA é relativamente caro e não está amplamente disponível em todo o mundo. Ele vem em uma variedade de tamanhos; para aquapônica os tamanhos maiores com diâmetros 8-20 mm são recomendados. Este material pode dar benefícios adicionais aos produtores no caso de camas de mídia colocadas diretamente nos pisos da cobertura (dependendo do design). O edifício pode, de facto, beneficiar de um isolamento adicional, o que pode diminuir os custos de arrefecimento/aquecimento das casas.
Outras possíveis opções de mídia
Se a mídia listada acima não estiver disponível, é possível usar outra mídia. Alternativas incluem: cascalho de leito de rio, que geralmente é calcário, mas pode ter uma baixa relação de superfície e volume dependendo da granulometria; pedra-pomes (também lã de rocha), um material vulcânico branco/cinza também usado popularmente como meio de crescimento em hidropônicos; plástico reciclado, embora o plástico flutue e precise ser mantido submerso com uma camada de cascalho no topo; ou substratos orgânicos, como fibra de coco, serradura, musgo de turfa ou casco de arroz, que são frequentemente baratos, mas correm o risco de se tornar anóxico, deteriorando-se ao longo do tempo e entupindo o sistema. No entanto, o substrato orgânico pode ser usado por um tempo dentro da aquapônica, e uma vez que começa a deteriorar-se, o meio pode ser removido do sistema, compostado e usado como uma valiosa adição de solo para as culturas do solo. O quadro 4.1 resume as principais características de todos os meios de cultivo acima mencionados.
TABELA 4.1
Características de diferentes meios de crescimento
Deslocamento de água pela mídia
Dependendo do meio, ele ocupará aproximadamente 30-60 por cento do volume total da cama de mídia. Essa porcentagem ajudará a decidir sobre o tamanho do tanque do cárter para cada unidade, porque o tanque do reservatório, no mínimo, precisará manter o volume total de água contido em todos os leitos de mídia. Os tanques do reservatório devem ser ligeiramente superdimensionados para garantir que haja sempre água adequada para que a bomba funcione sem nunca secar.
Por exemplo, para um leito de 1 000 litros (dimensões de 2 m de comprimento × 2 m de largura × 0,25 m de profundidade média), o meio de crescimento deslocará 300-600 litros deste espaço, pelo que o volume de água do leito de comunicação seria de 400-700 litros. Recomenda-se que o volume do cárter seja pelo menos 70% do volume total do leito de mídia. Para este exemplo, o reservatório deve ter aproximadamente 700 litros.
Filtragem
Os leitos de mídia servem como filtros muito eficientes, tanto mecânicos quanto biológicos. Ao contrário dos sistemas NFT e DWC (discutido abaixo), a técnica do leito de mídia utiliza uma combinação de filtro e área de cultivo da planta. Além disso, o leito de mídia fornece um lugar para a mineralização ocorrer, o que está ausente nos sistemas NFT e DWC. No entanto, com altas densidades de estoque (\ >15 kg/m3), a filtração mecânica pode ser sobrecarregada e pode enfrentar o risco de ter o meio entupido e produzir manchas anaeróbias perigosas.
Filtro mecânico
O leito de enchimento médio funciona como um grande filtro físico, capturando e contendo os resíduos sólidos e suspensos de peixe e outros detritos orgânicos flutuantes. A eficácia deste filtro dependerá do tamanho da partícula do meio porque partículas menores são mais densamente embaladas e capturam mais sólidos. Além disso, uma alta taxa de fluxo de água pode forçar partículas através do leito de mídia e escapar do filtro. Ao longo do tempo, os resíduos sólidos capturados irão quebrar e ser mineralizados. Um sistema devidamente equilibrado processará todos os resíduos sólidos recebidos.
Quando as camas de mídia são incorretamente dimensionadas para a densidade de estoque, o leito de mídia pode ficar entupido com sólidos. Isso indica um erro no experimento original quando a taxa de avanço foi usada para equilibrar o sistema. Esta situação leva a camas entupidas com resíduos sólidos, má circulação de água, áreas anóxicas e condições perigosas. Quando isso ocorre, o meio precisa ser lavado, que é intensivo em mão-de-obra, interrompe o ciclo de crescimento da planta e pode perturbar brevemente as bactérias nitrificantes.
Para evitar esta situação, certifique-se de que o projeto original considerou a densidade de estoque, o regime de alimentação e usou a relação de taxa de alimentação para calcular a área necessária do leito de mídia. Alternativamente, outro dispositivo de captura de sólidos pode ser integrado ao projeto da unidade. Isto também é recomendado quando a densidade de enchimento exceder 15 kg/m3 e/ou se a taxa de alimentação for superior a 50 g/dia para cada metro quadrado de leito de cultivo. Existem várias opções para este filtro mecânico adicional. Uma técnica rudimentar e barata é colocar uma meia órfã velha na torneira onde a água do tanque de peixes entra no leito de mídia. Este filtro simples pode ser removido todos os dias e enxaguado. Outro método mais elaborado é colocar um balde de 3-5 litros no interior do leito com vários furos pequenos (6-8 mm) perfurados nas superfícies laterais (figura 4.31). Esponjas, redes de nylon ou até mesmo meios de crescimento (cascalho vulcânico, LECA) podem ser amarrados em um saco de rede inerte poroso e colocados neste balde. Este filtro irá prender os resíduos sólidos, e o filtro pode então ser removido periodicamente para ser enxaguado e substituído.
Filtragem biológica
Todos os meios de cultivo aqui descritos têm uma grande área de superfície onde bactérias nitrificantes podem colonizar. De todos os projetos aquapônicos, os leitos de mídia têm a filtração mais biológica por causa da enorme área de mídia em que as bactérias podem crescer. A capacidade de biofiltração pode ser limitada ou perdida se os leitos de mídia se tornarem anóxicos, se as temperaturas caírem ou se a qualidade da água for fraca, mas geralmente os leitos de mídia têm uma filtração biológica mais do que adequada.
Mineralização
Ao longo do tempo, os resíduos sólidos e suspensos de peixe e todos os outros detritos são lentamente divididos por processos biológicos e físicos em nutrientes simples na forma de moléculas e íons simples que as plantas podem facilmente absorver. Se o lodo se acumular no leito de mídia e não sair, pode indicar que o processo de mineralização não é suficiente. Neste caso, a recomendação é usar uma filtração mecânica mais eficaz e processar os resíduos filtrados separadamente. Este processo é descrito mais pormenorizadamente na secção 4.2.2 e no capítulo 5.
As três zonas de camas de mídia - características e processos
A natureza de um leito de mídia de inundação e drenagem cria três zonas separadas que podem ser consideradas microecossistemas, que são diferenciadas pelo seu teor de água e oxigênio. Cada zona hospeda um grupo diversificado de bactérias, fungos, microrganismos, vermes, insetos e crustáceos. Uma das mais importantes é a bactéria nitrificante usada para a biofiltração, mas há muitas outras espécies que têm um papel na quebra de resíduos de peixes. Não é essencial estar ciente de todos esses organismos, mas esta seção descreve brevemente as diferenças entre essas três zonas e alguns dos processos ecológicos que ocorrem em cada uma delas.
Zona seca
O topo 2-5 cm da cama é a zona seca (Figura 4.56). Esta zona funciona como uma barreira de luz, impedindo que a luz atinja diretamente a água, o que pode levar ao crescimento de algas. Também evita o crescimento de fungos e bactérias nocivas na base do caule da planta, o que pode causar podridão do colarinho e outras doenças das plantas. Outra razão para ter uma zona seca é minimizar a evaporação dos leitos cobrindo a zona úmida da luz direta. Além disso, bactérias benéficas são sensíveis à luz solar direta.
Zona seca/úmida
Esta é a zona que tem umidade e alta troca de gás. Nas técnicas de inundação e drenagem (discutidas abaixo), este é o espaço de 10-20 cm onde o leito de mídia inunda e drena intermitentemente (Figura 4.57). Se não usar técnicas de inundação e drenagem, esta zona será o caminho que a água flui através do meio. A maior parte da atividade biológica ocorrerá nesta zona. O desenvolvimento radicular, as colônias de bactérias benéficas e os microrganismos benéficos estão ativos nesta zona. As plantas e os animais recebem sua água, nutrientes e oxigênio devido à interface entre ar e água.
Uma técnica comum é adicionar vermes ao leito de mídia que viverá nesta zona seca/úmida. Os vermes contribuirão para a degradação dos resíduos sólidos de peixe e também consumirão quaisquer folhas ou raízes mortas. Esta atividade impedirá que os resíduos entupam o sistema. Ver secção 9.1.1 para mais informações sobre vermes e vermicomposto.
Zona úmida
Esta zona, o fundo 3-5 cm da cama, permanece permanentemente molhada. Nesta zona, os pequenos resíduos sólidos de partículas se acumulam e, portanto, os organismos mais ativos na mineralização estão localizados aqui. Estes incluem bactérias heterotróficas e outros microrganismos. Estes organismos são responsáveis por quebrar os resíduos em frações e moléculas menores que podem ser absorvidas pelas plantas através do processo de mineralização.
Irrigando camas de mídia
Existem diferentes técnicas para fornecer água aos leitos de mídia, cada uma pode ser relevante dependendo da disponibilidade local de materiais, do grau de tecnologia desejado ou da experiência dos operadores. A água pode ser simplesmente escoada a partir de tubos furados uniformemente distribuídos no meio; este é um design perfeitamente aceitável. Alguns especialistas demonstraram que os projetos de fluxo constante, onde o nível de água dentro do leito de cultivo é sempre o mesmo, suportam as mesmas taxas de crescimento das plantas como métodos mais complicados. Estes sistemas de distribuição de água podem ficar entupidos com resíduos sólidos de peixe e devem ser limpos periodicamente.
Um método chamado inundação e drenagem, também conhecido como fluxo e fluxo, pode ser usado onde o sistema de encanamento faz com que os leitos de mídia inundem com água do tanque de peixes e depois drenam de volta no tanque de reservatório. Isso é feito através de autosifões ou bombeamento cronometrado. Esta alternância entre inundação e drenagem garante que as plantas tenham nutrientes frescos e fluxo de ar adequado na zona radicular. Isso, assim, reabastece os níveis de oxigênio para plantas e bactérias. Ele também garante que a umidade suficiente está na cama em todos os momentos para que as bactérias possam prosperar em suas condições ideais. Normalmente, esses sistemas passam pelo ciclo completo 1-2 vezes a cada hora, mas alguns sistemas bem-sucedidos apenas ciclos 3-4 vezes por dia. Os projetos de inundação e drenagem não são as únicas técnicas para leitos de mídia, e gerenciar o ciclo de fluxo de água pode ser frustrante e demorado para os operadores novatos.
Esta publicação discute brevemente dois métodos populares para inundar e drenar um leito, embora outros métodos, como o sifão em loop, existam e sejam objeto de pesquisa atual.
Sifão de sino
O sifão de sino é um tipo de autosifão que explora algumas leis físicas da hidrodinâmica e permite que o leito de mídia inunde e drene automaticamente, periodicamente, sem um temporizador (Figura 4.58). A ação, o tempo e o sucesso final do sifão dependem da taxa de fluxo da água no leito, o que é constante. Os sifões de sino podem, no entanto, ser fininhos e exigir atenção.
Dinâmica do fluxo de água
A água flui para cada leito de cultivo a uma taxa de fluxo constante. À medida que a água enche o leito de cultivo, ela atinge o topo do tubo vertical e começa a gotejar através do tubo vertical de volta para o tanque do reservatório. Sem a parte do sino do sifão do sino, isso criaria uma condição de altura constante da água. Em vez disso, à medida que a água continua a cair através do tubo vertical, o sino, que fica sobre o tubo vertical algo como um chapéu, age como um bloqueio apertado e produz um efeito de sifão. Esta sucção dentro do sino inicia o sifão. Uma vez iniciada, toda a água da cama começa a descarregar rapidamente pelo tubo vertical enquanto a campainha mantém o seu selo hermético. A drenagem através do tubo vertical é mais rápida do que a entrada constante do aquário. Quando a água na cama de crescimento drena todo o caminho até o fundo, o ar entra na parte inferior do sino e pára imediatamente o sifão. A água, em seguida, enche lentamente de volta e repete todo o ciclo novamente continuamente. Consulte a seção sobre Leitura adicional no final desta publicação para obter mais informações sobre sifões de sino.
Componentes principais de um sifão de sino
Os três componentes principais de um sifão de sino são descritos abaixo. Observe que instruções detalhadas para entender, construir e otimizar sifões de sino, bem como imagens desses componentes, podem ser encontradas no Apêndice 8. As dimensões do tubo vertical, sino e protetor de mídia são completamente dependentes do tamanho do leito de crescimento e da taxa de fluxo de água de entrada. Estas dimensões são fornecidas para os desenhos aquapônicos descritos nesta publicação para um leito de mídia de 1-3 m2 com uma profundidade de 30 cm, com uma taxa de fluxo de água de entrada de 200-500 litros/h para cada cama. Para grandes camas de cultivo, todos os componentes seriam maiores.
Standpipe - O tubo vertical é construído de um tubo de PVC, 2,5 cm de diâmetro, de uma altura de 22 cm. O tubo vertical passa pelo fundo do leito de cultivo, conectando-se ao cárter, e é o caminho da água à medida que drena.
Bell - O sino é um tubo de PVC, 7,5 cm de diâmetro, de uma altura de 25 cm. O tubo é coberto com uma tampa de PVC na parte superior, e está aberto na parte inferior, onde ele se encaixa sobre o tubo vertical. Duas lacunas retangulares, 1 cm × 4 cm, estão localizadas perto da parte inferior do sino, 1,5 cm para cima em lados opostos, através dos quais a água é puxada para dentro do tubo vertical dentro do sino. Um buraco final de 1 cm é perfurado a 5 cm do fundo para ajudar a quebrar o sifão uma vez que o leito de cultivo é drenado, permitindo que o ar entre.
Proteção de mídia - O protetor de mídia é um tubo de PVC, 11 cm de diâmetro, de uma altura de 32 cm com muitos pequenos furos perfurados em seus lados. O protetor de mídia evita que o cascalho do leito de cultivo entre e entupa o tubo vertical, sem obstruir o fluxo de água.
Mecanismo de temporizador
Este método de irrigação de inundação e drenagem depende de um interruptor de temporizador na bomba de água para controlar a inundação periódica e drenagem (Figura 4.59). O benefício deste método
é que não há autosifão, que pode ser intensivo em mão-de-obra para calibrar. No entanto, a redução da circulação de água e a redução da aeração nos tanques de peixes resultam em menos filtração global. Este método é menos adequado em situações de armazenagem de alta densidade e requer uma atenção cuidadosa para proporcionar arejamento suplementar aos peixes.
Dinâmica do fluxo de água
A água flui para o leito de cultivo, inundando a cama até que a água atinja o topo do tubo vertical. Em seguida, a água drena através deste tubo vertical e para baixo para o tanque do reservatório. O tubo vertical grande é de diâmetro suficiente para drenar toda a água de entrada; o topo do tubo vertical grande é a inundação mais profunda que o leito de cultivo experimentará. Há também uma pequena entrada, de 6 a 12 mm de diâmetro, neste mesmo tubo vertical localizado perto da parte inferior. Esta pequena entrada é insuficiente para drenar toda a água de entrada e, portanto, mesmo quando a água entra na pequena entrada, o leito de cultivo continua a inundar até chegar ao topo. Em algum momento após a cama estar cheia, o temporizador corta a energia da bomba de água. A água no leito de mídia começa a fluir através do pequeno orifício de entrada, continuando a drenar o leito de cultivo até que a água atinja o nível do orifício inferior. Neste ponto, a energia é devolvida à bomba de água e o leito de cultivo é recarregado com água fresca do tanque de peixe. É muito importante que a água que flui para o leito de mídia seja maior do que a água que flui através da pequena entrada no tubo vertical para que a cama inunde completamente novamente. O comprimento do ciclo de inundação e drenagem e o diâmetro do furo de gotejamento são determinados pelo tamanho do leito de mídia e pela taxa de fluxo de entrada.
Para garantir uma filtração adequada, todo o volume do tanque de peixes deve ser bombeado através dos leitos de cultivo a cada hora. Finalmente, certifique-se de limpar as camas uma vez por semana removendo temporariamente o tubo vertical e permitindo que a água restante escorrer.
Os materiais envolvidos no método do temporizador para os desenhos aquapônicos incluídos nesta publicação são os seguintes: um tubo vertical, 2,5 cm de diâmetro, de uma altura de 23 cm que tem um furo de gotejamento secundário, 6-12 mm de diâmetro, 2,5 cm acima do fundo; um protetor de mídia, 11 cm de diâmetro e 32 cm de altura, cercando o para evitar que os meios o entupam; e um temporizador que controla a bomba que é calibrada com base na taxa de fluxo da bomba e na taxa de drenagem do tubo vertical.
*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *
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