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Agricoltura moderna
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Le seguenti informazioni su Sistema di allevamento ittico/acquacoltura a ricircolo RAS .
L'acquacoltura è uno dei settori in più rapida crescita in agricoltura a causa della crescente domanda di alimenti ricchi di proteine. L'allevamento del pesce negli allevamenti è considerato un investimento redditizio ed è molto popolare. Le ragioni più importanti per allevamento di pesci o l'acquacoltura sono la mancata disponibilità di pesce selvatico a causa della raccolta eccessiva e della contaminazione dei corpi idrici naturali. L'industria dell'acquacoltura tradizionale ha dovuto affrontare diversi problemi come la non disponibilità di terreni, risorse idriche, squilibrio dell'ecosistema, gestione delle acque reflue, epidemie di malattie, ecc. Una soluzione efficace per gestire questi problemi è il sistema di acquacoltura a ricircolo (RAS).
Una tecnologia per l'allevamento di pesci ad alta densità in condizioni ambientali controllate è definita come sistema di acquacoltura a ricircolo. Si tratta di sistemi basati su vasche che utilizzano filtri meccanici e biologici per allevare qualsiasi specie acquatica come pesci, vongole, gamberetto, ecc. Il termine ricircolo è associato a questi sistemi perché l'acqua nelle vasche dei pesci viene riutilizzata dopo essere stata trattata. Questi sistemi sono sostenibili in quanto utilizzano quasi il 90-99% in meno di acqua rispetto ai metodi di acquacoltura tradizionali. Questi sistemi di ricircolo dovrebbero ridurre lo scarico dei rifiuti, necessità di prodotti chimici e fuga di pesci e parassiti. Per lo più RAS è progettato per ambienti di acqua dolce e sono considerati costosi. Il controllo di tutti i parametri critici richiesti per il sistema è un componente importante e necessario e dovrebbe essere monitorato regolarmente. A differenza degli allevamenti di acquacoltura tradizionali, che dipendono da modelli ambientali esterni, questi sistemi di ricircolo eliminano parzialmente o completamente la necessità di fattori esterni e questo dipende molto dalla costruzione e dal funzionamento del sistema. L'implementazione di questi sistemi richiede conoscenze, competenza, e persistenza per il corretto funzionamento e risultati positivi.
I sistemi di acquacoltura a ricircolo offrono una serie di vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali come;
Il sistema base ha un design semplice ed è composto da vasche per pesci, filtro meccanico, biofiltro, filtro gocciolante o degasatore, unità di arricchimento di ossigeno, Disinfettante UV. Alcuni servizi extra come il regolatore di pH, unità di scambio termico, unità di denitrificazione può essere aggiunta al progetto a seconda delle esigenze.
Il principio di funzionamento di base di questi sistemi è che l'acqua dell'acquario passa attraverso il filtro meccanico e poi attraverso il filtro biologico; l'acqua viene privata dell'anidride carbonica prima di essere aerata e viene restituita alle vasche dei pesci.
Le vasche per l'acquacoltura o la piscicoltura in questi sistemi possono essere di qualsiasi forma e dimensione come rettangolari, circolare, ovale, ecc. Sono preferiti serbatoi per lo più circolari o ovali perché sono più facili da pulire e facilitano la circolazione dell'acqua rispetto ai serbatoi rettangolari. I serbatoi rettangolari sono generalmente utilizzati su aree inclinate. La dimensione di una vasca di allevamento del pesce può variare da 500 a 500K galloni di capacità e questo dipende da fattori come il tipo di pesce, tasso di borsa, fabbisogno idrico, e qualità. Il serbatoio deve essere costruito in modo che sia compatibile con altri componenti del sistema. I materiali necessari per costruire il serbatoio possono essere metallo, Di legno, bicchiere, gomma, cemento o plastica. Qualsiasi materiale atossico e non corrosivo può essere utilizzato per la costruzione del serbatoio. La superficie interna del serbatoio deve essere pulita e liscia. Ogni materiale utilizzato per questo scopo ha i suoi vantaggi e svantaggi. L'inclinazione dell'acquario può aiutare a drenare più facilmente ma ha poco o nessun effetto sulla capacità di autopulizia.
La maggior parte dei serbatoi moderni viene costruita con scarichi che hanno una capacità di rimozione dei rifiuti ottimale e sono dotati di schermi a rete adeguati. Queste prese dovrebbero anche facilitare la rimozione dei pesci morti. Alcuni serbatoi sono inoltre dotati di sensori per rilevare il livello dell'acqua, contenuto di ossigeno, temperatura, ecc. in modo che possano essere controllati automaticamente. I serbatoi dovrebbero anche avere diffusori per un apporto sufficiente di ossigeno.
Oltre alle vasche circolari e rettangolari, c'è un'altra varietà chiamata il serbatoio della pista che è una miscela di forme circolari e rettangolari. Questi serbatoi hanno una parete al centro per facilitare la circolazione.
Nei sistemi di ricircolo dell'acquacoltura, dovrebbe esserci un flusso d'acqua costante e dovrebbe esserci la possibilità di alterare la velocità, pressione, e direzione a seconda delle proprie esigenze. Il movimento dell'acqua è controllato per gravità e prima di essere utilizzato nel sistema, è generalmente pompato ad un'elevazione da dove inizia a fluire.
Il tipo più comune di pompa utilizzato in RAS è una pompa centrifuga che funziona dalla spinta generata dalla rotazione dell'acqua ad alta velocità nella testa della pompa. La pompa è solitamente posta all'esterno del serbatoio e funziona ad alta pressione. Viene scelta una pompa con portata elevata e capacità di sollevamento ridotta per ridurre al minimo il consumo di energia. Le pompe centrifughe precedenti avevano una pressione di ricircolo di 25 piedi, ma ora la pressione è di circa 10 piedi. Altri due tipi di disposizioni di pompaggio sono le pompe assiali e di trasporto aereo.
Un modo pratico per rimuovere i rifiuti dall'acquario è possibile attraverso la filtrazione meccanica. I moderni sistemi di ricircolo hanno un'uscita con un filtro chiamato microschermo di maglia da 40 a 100 micron. La presenza del microschermo ha alcuni vantaggi come riduce il carico sul biofiltro, rimuove le impurità organiche, migliora o facilita il processo di Biofiltrazione. Il tipo di microschermo utilizzato si chiama filtro a tamburo e svolge le seguenti funzioni:
Questo è il componente più importante di RAS perché aiuta a rimuovere gli inquinanti fini dall'acqua durante il trattamento dei rifiuti. Il supporto all'interno del filtro è costituito da materiali come fogli di plastica, perline, roccia lavica, ghiaia o granelli di sabbia. Le proprietà del terreno dovrebbero essere tali da avere un'elevata superficie per la crescita batterica, pori per il movimento dell'acqua, resistente agli intasamenti e dovrebbe essere facile da pulire.
Un semplice biofiltro può essere una ruota, barile o scatola piena di supporti su cui crescono batteri nitrificanti. Può essere di plastica, Di legno, bicchiere, metallo o cemento. La dimensione del biofiltro definisce la capacità di carico del pesce dell'intero sistema. La superficie del filtro deve essere ampia in modo da ospitare batteri ad alta densità per elaborare i carichi di rifiuti presenti nell'acquario. Durante la progettazione di biofiltri la superficie, il carico di ammoniaca e il carico idraulico dovrebbero essere adeguatamente stimati. Questi filtri possono essere configurati in molti modi e due principali categorie di biofiltri sono:
La biofiltrazione può essere eseguita efficacemente solo se la temperatura e il livello di pH dell'acqua sono regolati correttamente. La temperatura minima dell'acqua dovrebbe essere compresa tra 10-35˚C e l'intervallo di pH dovrebbe essere compreso tra 7 e 8. Un pH alto e basso può provocare rispettivamente l'inefficienza del filtro e un maggiore effetto tossico. Quindi un equilibrio è molto importante e questo dipende da due fattori; l'attività biologica del filtro e la quantità di CO₂ prodotta nel serbatoio e il processo di nitrificazione.
La presenza di rifiuti nel serbatoio aumenta la richiesta di ossigeno e diminuisce la quantità di ossigeno disciolto contenuto nell'acqua, abbassando così la densità dei pesci nella vasca. Un pozzetto o un serbatoio chiarificatore viene utilizzato per raccogliere i rifiuti in eccesso a un ritmo lento. L'idea principale del pozzetto è quella di raccogliere e sedimentare tutti i rifiuti solidi che altrimenti potrebbero bloccare il biofiltro e consumare l'ossigeno. Questo è isolato da un acquario e dovrebbe essere periodicamente ripulito. La forma della coppa dovrebbe essere a "V", in modo da facilitare la pulizia.
I gas accumulati nell'acquario devono essere eliminati fornendo un'adeguata aerazione e questo metodo è chiamato strippaggio. La respirazione dei pesci produce anidride carbonica e i batteri nel biofiltro producono azoto, entrambi questi sono dannosi per la crescita del pesce. Se si tratta di un serbatoio di acqua salata, allora c'è la possibilità di produzione di idrogeno solforato, che è ugualmente tossico per il pesce. L'immissione di aria nei serbatoi può allontanare i gas attraverso la turbolenza. Per questo processo viene spesso utilizzato un sistema di filtri percolatori. Quando l'acqua viene fatta scorrere verso il basso dalla parte superiore del filtro attraverso il supporto di plastica impilato in una colonna, aumenta la turbolenza e il contatto che aiuta a rimuovere i gas.
Fornire ossigeno all'acqua nei serbatoi è chiamato aerazione. I sistemi di ricircolo dell'acqua calda e fredda necessitano rispettivamente di 6 e 8 ppm di ossigeno per la sopravvivenza di batteri e pesci. I serbatoi RAS che hanno un'elevata capacità di carico dovrebbero essere in grado di sostituire l'ossigeno ogni 20 o 30 minuti. Ci dovrebbe essere un'adeguata e regolare fornitura di ossigeno altrimenti potrebbe portare alla perdita di pesce e dovrebbe anche esserci una disposizione di riserva per i grandi sistemi di ricircolo. Soffiare aria attraverso una pietra porosa sommersa è il metodo comunemente usato per aerare il serbatoio. Per una libbra di cibo fornita al pesce, la quantità di aria richiesta è di circa 187 lpm/kg/giorno circa. Il tubo diffusore e i ponti aerei sono dispositivi utilizzati per il processo di aerazione. Quando l'aerazione è fornita a sufficienza, non è necessaria una distinta unità di strippaggio dell'anidride carbonica.
I rifiuti solidi presenti nel serbatoio possono essere classificati in tre tipologie e le loro modalità di rimozione sono elencate di seguito:
Il processo di disintossicazione dell'ammoniaca è chiamato nitrificazione. La conversione dell'azoto ammoniacale in biossido di azoto meno tossico e infine in nitrato non tossico per azione batterica è il principio della nitrificazione. Affinché questo processo avvenga, il batterio deve essere coltivato su una superficie e deve essere utilizzata acqua pulita a temperatura normale. I batteri necessari per questo processo sono di due tipi; uno che converte l'ammoniaca in biossido di azoto è chiamato " batteri nitrosomonas ' e l'altro che converte il biossido di azoto in nitrato si chiama ' batteri nitrobatteri”. L'intero processo di nitrificazione è di natura aerobica e richiede l'ossigeno per verificarsi. La quantità minima di ossigeno necessaria per convertire 1 mg di ammoniaca è di circa 5 mg. Inoltre, affinché i batteri sopravvivano, sono necessari ulteriori 5 mg di ossigeno. È importante notare che affinché questo processo avvenga in vasche di grandi dimensioni con un'alta densità di pesce e un elevato contenuto di ammoniaca, anche la quantità di ossigeno richiesta è estremamente elevata e dovrebbe essere fornita prima e dopo il processo di Biofiltrazione.
Il prodotto finale del processo di nitrificazione è nitrato ed è di natura non tossica, ma la presenza di nitrati oltre i 100 mg/l ha un impatto negativo sulla crescita dei pesci e sulla conversione dei mangimi. Fornire regolarmente acqua fresca al serbatoio può mantenere bassi i livelli di nitrati, ma lo scopo principale dei sistemi di ricircolo è mantenere o abbassare il tasso di consumo di acqua (risparmiare risorsa idrica), pertanto viene adottato un processo chiamato de-nitrificazione. Questo processo è necessario se la fornitura di acqua è inferiore a 300 litri per kg di mangime. I batteri utilizzati per questo processo sono chiamati batteri denitrificanti e sono denominati " Pseudomonas'. L'intero processo di denitrificazione è di natura anaerobica e comporta la conversione del nitrato in azoto atmosferico. L'azoto dell'acqua viene rilasciato nell'atmosfera e una fonte organica come alcol di legno o metanolo deve essere aggiunta alla camera di denitrificazione. La quantità minima di metanolo necessaria per denitrificare 1 kg di azoto è di circa 2,5 kg. La camera di denitrificazione è montata sul biofiltro con un tempo di permanenza da 2 a 4 ore.
Affinché i pesci sopravvivano nelle vasche d'acqua, il pH dell'acqua dovrebbe essere mantenuto entro un limite tollerabile e si sa che l'intervallo di pH adatto è compreso tra 6 e 9,5. Potrebbero verificarsi squilibri nei livelli di pH a causa degli acidi prodotti dal processo di nitrificazione. Il valore di pH inferiore a 6 inibisce i batteri nitrificanti e non rimuovono il contenuto tossico. Il pH dei sistemi di ricircolo può essere mantenuto aggiungendo tamponi come bicarbonato di sodio e bicarbonato di calcio.
Oltre ai requisiti di cui sopra, potrebbero esserci alcune funzionalità aggiuntive dei sistemi di ricircolo che sono importanti per le grandi pratiche commerciali.
Il mangime dovrebbe essere dato ai pesci per la crescita e l'attività. I pesci assorbono ossigeno per la sintesi proteica e producono anidride carbonica e ammoniaca come rifiuti. I pesci espellono il mangime non digerito nell'acqua e questo si traduce in rifiuti sospesi o rifiuti organici. Così, pur mantenendo un sistema di ricircolo, si raccomanda di dare mangime secco ai pesci in modo che ci siano meno inquinamento e malattie nell'acquario. Ci dovrebbe essere un alto tasso di utilizzo del mangime in modo che ci sia meno contenuto di rifiuti e un minor carico sui sistemi di trattamento delle acque. Perciò, prima di progettare il sistema di ricircolo, il tasso di conversione del mangime dovrebbe essere stimato con attenzione e introdotto solo mangime adatto in modo da risparmiare denaro e un carico inutile sui filtri.
L'acqua riciclata è più calda dell'acqua naturale e si ritiene che razze di acqua fredda come il salmone e la trota non siano molto adatte all'allevamento in questi sistemi. Le specie che possono essere coltivate in RAS sono africane pesce gatto , barramundi, carpe, pertica, Tilapia , pangasio, pesce bianco, merluzzo atlantico, tonno rosso tonno , trota iridea, storione, branzino ecc.
È importante mantenere la produzione di pesce in linea con la capacità del sistema di ricircolo. Per evitare il sovraccarico del sistema con una forte densità di stock, vengono utilizzate molte tecniche.
La luce UV può essere utilizzata a determinate lunghezze d'onda per distruggere il DNA degli organismi biologici. I batteri patogeni unicellulari che causano infezioni vengono presi di mira utilizzando la luce UV nei sistemi di ricircolo. Questo metodo di trattamento viene effettuato all'esterno dell'acquario e non è un metodo adatto per gli allevamenti ittici tradizionali dove i batteri possono crescere molto velocemente. Questa tecnica funziona meglio se combinata con metodi di filtrazione meccanici e biologici. Il numero di raggi UV può essere espresso in termini di microwatt-secondi per cmq (µWs/cm²). La luce UV necessaria per disinfettare l'acqua nel serbatoio è stimata intorno ai 2000-10000 µWs/cm² per i batteri, 10K-100K µWs/cm² per i funghi e 50K-200K µWs/cm² per i parassiti. Vale la pena notare che la luce UV deve essere fatta passare all'interno dell'acqua e non attraverso lampade montate all'esterno del serbatoio.
L'ozono è un metodo di trattamento alternativo ai raggi UV, ma è usato raramente perché un dosaggio eccessivo può causare lesioni e morte dei pesci. I microbatteri e gli organismi indesiderati sono presi di mira soprattutto negli incubatoi e nelle unità di produzione di avannotti perché questi piccoli pesci sono più sensibili a tali batteri. Una gestione efficiente del sistema è importante per ottenere risultati positivi e sicuri.
I tensioattivi, cioè le sostanze chimiche aventi un'estremità molecolare, vengono rimossi attraverso questa tecnica. Queste sostanze chimiche sono il risultato del processo di degradazione delle proteine e causano problemi di formazione di schiuma nei serbatoi. Il frazionamento della schiuma a volte può rimuovere solidi fini e rifiuti organici disciolti. Questa tecnica è più adatta per sistemi di acqua salata con salinità superiore a 12 ppm, tale che le bolle d'aria possono essere facilmente formate e la produzione di schiuma è affidabile. Il frazionatore di schiuma è costituito da un tubo in PVC e da una pietra porosa. I modelli commerciali di frazionatori di schiuma hanno la fabbricazione eseguita con colonne acriliche. Due cose importanti che vengono influenzate dal design del frazionatore sono le dimensioni delle bolle e il tempo di contatto tra le bolle d'aria e le sostanze organiche disciolte.
Il calore ai sistemi di ricircolo può essere reso disponibile in due modi; riscaldando l'intercapedine o riscaldando l'acqua. L'area o l'edificio dovrebbe avere un isolamento adeguato e una struttura adeguata per la condensazione del vapore acqueo. Il vapore acqueo condensato all'interno dell'edificio può causare danni alle parti dell'edificio. Il riscaldamento diretto viene evitato a causa di problemi di incrostazione con l'utilizzo di acqua dura. Quindi, come sostituto, le serpentine di riscaldamento in polipropilene sono collegate a una caldaia e l'acqua viene riscaldata. La temperatura della caldaia è controllata automaticamente.
I riscaldatori centralizzati vengono utilizzati per riscaldare lo spazio sopra i serbatoi. Tutti i calcoli per i livelli di umidità e anidride carbonica devono essere considerati attentamente prima di utilizzare questo metodo.
La tecnologia della serra può anche essere una soluzione alternativa per la creazione di sistemi di acquacoltura a ricircolo.
La piscicoltura può essere svolta correttamente solo se esiste un sistema di controllo e monitoraggio regolamentato all'interno della RAS. Un sistema centrale per il controllo e il monitoraggio di alcune funzioni come i livelli di ossigeno, gamma di pH, livelli dell'acqua, e altre funzioni sono implementate per una gestione efficiente dei sistemi. Sensori automatici o allarmi installati in questi sistemi possono indicare quando si verifica un problema. Anche se i sistemi funzionano automaticamente, devono essere monitorati regolarmente da personale qualificato in modo tale che vi sia una perdita trascurabile. In caso di emergenza, il backup di ossigeno puro è un must da avere nell'area di produzione. È inoltre necessario un generatore per integrare l'alimentazione elettrica per una gestione efficiente del RAS.
