Processo e Design de Parâmetros do Sistema Industrializado de Aquicultura em Recirculação (RAS) Baseado em Terra (Parte 3): Parâmetros de Qualidade da Água

Parâmetros de Qualidade da Água Recirculante

Parâmetros de qualidade da água e padrões de design formam a base para o design e gerenciamento operacional do sistema de tratamento de água recirculante. Abaixo estão os diagramas de referência e parâmetros comumente usados por  Equipe de Engenharia :

1. Projeto do Sistema de Remoção de Partículas Sólidas

Sólidos Suspensos Totais (TSS) são comumente usados como um parâmetro para medir a matéria particulada sólida em Sistemas de Aquicultura de Recirculação (RAS). Refere-se principalmente à quantidade total de partículas sólidas com tamanho de partícula superior a 1 micrômetro em uma unidade de água. No sistema de água recirculante, o TSS inclui fezes de peixes, iscas residuais, flocos biológicos (bactérias mortas e vivas), etc. O tamanho dessas partículas suspensas varia muito, desde o nível micrométrico até o centimétrico. A matéria particulada suspensa pode afetar diretamente a saúde e o crescimento dos peixes (especialmente os peixes de água fria) e também aumentar a carga nos biofiltros. Portanto, é necessário manter a concentração de partículas suspensas na água recirculante dentro de uma faixa razoável.

Em alguns países da UE, os sistemas de Aquicultura de Recirculação (RAS) têm controle relativamente rigoroso sobre a matéria particulada suspensa. Por exemplo, para corpos d'água usados em sistemas de Aquicultura de Recirculação (RAS), a concentração de matéria particulada suspensa (medida por sólidos suspensos totais TSS) geralmente deve ser controlada abaixo de 15mg/L para manter uma boa qualidade da água e ambiente ecológico.

Os Estados Unidos também possuem regulamentos de qualidade de água nos setores de aquicultura e tratamento de água. No sistema de Aquicultura de Recirculação (RAS), o teor correspondente de matéria particulada suspensa (convertido por turbidez e outros indicadores relacionados) também possui certas limitações. A faixa ideal para a concentração de matéria particulada suspensa está em torno de 8-12 mg/L, que é usada para garantir a sobrevivência e reprodução de organismos aquáticos.

Na operação real do sistema de Aquicultura de Recirculação (RAS) baseado em fábrica na China, geralmente é necessário controlar a concentração de partículas suspensas (sólidos suspensos SS) abaixo de 10mg/L. Para algumas espécies preciosas que exigem alta qualidade de água, como o salmão, é até requerido controlá-la abaixo de 5mg/L.

2. Parâmetros de Remoção de Contaminantes Dissolvidos

A solubilidade da água inclui substâncias inorgânicas dissolvidas e substâncias orgânicas dissolvidas. Entre elas, as substâncias nocivas solúveis em água são principalmente amônia nitrogenada (NH3-N) e nitrito nitrogenado (NO2--N). A amônia nitrogenada pode entrar na corrente sanguínea através das brânquias e da pele dos peixes, perturbando seu ciclo tricarboxílico normal, alterando sua pressão osmótica e reduzindo sua capacidade de absorver oxigênio da água, afetando assim seu crescimento e sobrevivência normais.

O biofiltro de nitrificação de membrana fixa comumente usado nos sistemas de Aquicultura em Recirculação (RAS) é a comunidade bacteriana de conversão de nitrogênio amoniacal que cresce na superfície de um certo material de embalagem biológica, e o nitrogênio amoniacal é transferido para a biofilme fixa por difusão e convertido. O principal objetivo do projeto do processo de filtro biológico é garantir que o filtro tenha quantidade suficiente de bactérias nitrificantes para remover o nitrogênio amoniacal excretado pelos peixes, manter a concentração de nitrogênio amoniacal no sistema de aquicultura dentro da faixa pré-determinada e assegurar a segurança e o crescimento eficaz dos peixes.

2.1 Controle de Nitrogênio Amoniacal (NH₃-N)

O nitrogênio amoniacal é um dos principais poluentes dissolvidos na água nos sistemas de Aquicultura de Recirculação (RAS). Ele provém principalmente das fezes e do alimento residual dos organismos cultivados. Altas concentrações de nitrogênio amoniacal podem ser tóxicas para os organismos cultivados, afetando seu crescimento, imunidade e capacidade reprodutiva. Nos biofiltros, a remoção do nitrogênio amoniacal depende principalmente da nitrificação por microrganismos como bactérias nitrificantes, que convertem o nitrogênio amoniacal em nitrito e nitrato.

Ao projetar um biofiltro, deve-se considerar uma área de superfície e volume suficientes do material de filtro para fornecer espaço adequado para o crescimento e reprodução de bactérias nitrificantes. Ao mesmo tempo, é necessário controlar a carga de nitrogênio amoniacal no efluente e evitar que concentrações excessivas de nitrogênio amoniacal afetem o filtro biológico. Por exemplo, a concentração de nitrogênio amoniacal no efluente pode ser reduzida usando uma máquina de alimentação automática e adotando uma estratégia de alimentação em pequenas quantidades e múltiplas refeições. Determine a concentração permitida de nitrogênio amoniacal para o biofiltro com base na tolerância ao nitrogênio amoniacal e na densidade de criação dos organismos cultivados. Em geral, para a maioria dos peixes de cultivo em águas doces, a concentração total de nitrogênio amoniacal deve ser controlada abaixo de 1mg/L, e o amônio não iônico não deve exceder 0,025mg/L.

2.2 Controle de Nitrito (NO₂⁻-N)

O nitrito também é um parâmetro de qualidade da água que precisa ser monitorado de perto no sistema de Aquicultura de Recirculação (RAS). Ele é um produto intermediário no processo de nitrificação do nitrogênio amoniacal e também é tóxico para organismos de aquicultura. O nitrito pode afetar o transporte de oxigênio no sangue dos organismos cultivados, levando a sintomas de hipóxia, como falta de ar, flutuação na superfície e até mesmo à morte.

No projeto, é necessário garantir que o biofiltro possa converter eficazmente o nitrito em nitrato. Isso requer manter a atividade de bactérias desnitrificantes no biofiltro e fornecer condições ambientais adequadas, como oxigênio dissolvido apropriado. Geralmente, exige-se controlar a concentração de nitrito abaixo de 0,5 mg/L.

2.3 Considerações sobre a Aquicultura em Água Salgada

A salinidade da água salgada é relativamente alta, contendo vários íons, como íons de sódio (Na ⁺ ), íons de cloro (Cl ⁻ ) , íons de magnésio (Mg ² ⁺ ) e íons de cálcio (Ca ² ⁺ ), etc. Organismos da aquicultura marinha evoluíram sistemas complexos de regulação iônica durante sua adaptação a longo prazo a ambientes de alta salinidade. Quando o nitrito entra nos organismos marinhos, esses organismos podem aliviar parcialmente os efeitos fisiológicos do nitrito utilizando seu próprio sistema de regulação iônica. Em Sistemas de Aquicultura de Recirculação (RAS), íons de cloreto (Cl -) podem reduzir a toxicidade do nitrito (NO2-) para os organismos de aquicultura por meio de inibição competitiva. Especificamente, tanto os íons de cloreto quanto o nitrito precisam entrar no corpo do peixe através das células de cloreto nas placas brânquias. A presença de íons de cloreto aumenta a dificuldade do nitrito entrar no corpo do peixe, reduzindo assim sua toxicidade. Em geral, quando a concentração de íons de cloreto na água é seis vezes maior que a do nitrito, ela pode inibir eficazmente a toxicidade do nitrito para os organismos de aquicultura. Comparado à aquicultura de água doce, a aquicultura de água salgada apresenta menos riscos tóxicos de nitrito, o que está relacionado à maior concentração de íons de cloreto na água salgada. Portanto, no Sistema de Aquicultura de Recirculação (RAS), regulando a salinidade de forma adequada, a toxicidade do nitrito pode ser reduzida efetivamente, protegendo a saúde e a segurança dos organismos de aquicultura.

3. Oxigênio Dissolvido (OD)

Em um sistema de Aquicultura de Recirculação (RAS), o oxigênio dissolvido (OD) é um parâmetro-chave da qualidade da água. Os peixes e outros organismos aquáticos absorvem oxigênio dissolvido da água por meio da respiração branquial para manter sua atividade metabólica. A concentração de oxigênio dissolvido necessária para o crescimento normal da maioria dos peixes de água quente geralmente está em torno de 5-8mg/L. Quando a concentração de oxigênio dissolvido está abaixo do nível crítico, a respiração dos organismos aquáticos será inibida, sua taxa de crescimento diminuirá, sua imunidade será reduzida e eles estarão propensos a infecções por doenças. Por exemplo, quando o oxigênio dissolvido está abaixo de 2mg/L, muitos peixes apresentarão o fenômeno de 'cabeça flutuante', e uma exposição prolongada a baixos níveis de oxigênio dissolvido pode levar à morte dos peixes.

Em Sistemas de Aquicultura de Recirculação (RAS), é recomendável manter o oxigênio dissolvido entre 8-10 mg/L. Um nível mais alto de oxigênio dissolvido é benéfico para aumentar os níveis de alimentação e reduzir as razões de ração alimentar.

4. Controle de pH

Em um sistema de Sistema de Aquicultura de Recirculação (RAS), a faixa de pH adequada para peixes geralmente está entre 7,0-8,5. Por exemplo, a maioria dos peixes de água doce cresce bem em ambientes com pH entre 7,2-7,8. Isso ocorre porque, dentro dessa faixa de pH, as funções fisiológicas dos peixes, como respiração e regulação da pressão osmótica, podem ser realizadas relativamente normalmente. A troca de gases ocorre através das brânquias, e a acidez ou alcalinidade apropriada na água facilita o processo normal de troca de oxigênio e dióxido de carbono.

Para a criação de camarões, como o camarão branco sul-americano, a faixa de pH adequada é aproximadamente 7,8-8,6. Isso se deve à estrutura fisiológica e às características de atividade dos crustáceos, que os tornam mais adaptáveis a ambientes com pH ligeiramente mais alto. Um pH adequado é benéfico para o crescimento por muda dos camarões.

No entanto, durante o processo de Sistema de Aquicultura de Recirculação (RAS), o valor de pH diminuirá continuamente à medida que o cultivo avança, e é necessário ajustar o valor de pH da água. Equipamentos automáticos de ajuste de pH podem ser utilizados. Ajuste automaticamente o valor de pH do corpo d'água com base nos dados do sensor de pH.