ÁREA
Química Ambiental
Autores
Marques, V.S. (UFES) ; Vieira, J.S.O. (UFES) ; Alves, A.P. (UFES) ; Costa, N.S.P. (UFES) ; Oliveira, J.A.V. (UFES) ; Mendonça, P.P. (IFES) ; Lopes, T.S. (UFES)
RESUMO
Um dos principais desafios dos sistemas fechados de recirculação em aquicultura (RAS) é manter baixos os níveis de substâncias tóxicas aos peixes, como o nitrogênio amoniacal. O objetivo desse trabalho foi avaliar a eficiência de conversão de nitrogênio amoniacal utilizando diferentes biofiltros durante o período de maturação. Os biofiltros utilizados foram argila expandida, brita e casca de ovo em diferentes proporções com três repetições cada, além do controle positivo e negativo, em 18 unidades de RAS no cultivo de juvenis de tilápia do nilo. Os resultados mostraram que todos os biofiltros atingiram a maturação, no entanto, argila expandida/casca de ovo e argila expandida/brita (70% e 30%, respectivamente) foram mais eficientes na conversão de nitrogênio amoniacal.
Palavras Chaves
Aquicultura; Filtros Biológicos; Amônia
Introdução
O setor aquícola cresceu consideravelmente nos últimos anos, em 2022 a produção brasileira de peixes de cultivo chegou a 860.355 toneladas, com destaque para a tilápia, avançando 3% em relação a quantidade produzida no ano anterior e já representa 63,93% da produção de peixes de cultivo no país (PEIXE BR, 2023). Para atender a alta demanda de alimentos sem prejudicar ainda mais o ecossistema é necessário aliar tecnologias de produção e manejo sustentável. O RAS surge como alternativa na eliminação do descarte de efluentes não tratados de viveiros, diminuindo a demanda de água e aumentando a densidade de estocagem (OWATARI et al. 2023). Nesse sistema, depois que a água sai dos tanques de produção, ela segue para o tratamento passando por uma filtração física, que consiste na remoção de sólidos suspensos na água e uma filtração biológica, responsável pela decomposição de resíduos tóxicos, como amônia, produzida pelo metabolismo dos peixes (MEDINA et al. 2022). Esse processo chamado nitrificação é realizado por bactérias aeróbicas benéficas que se desenvolvem no substrato do filtro biológico durante o processo de maturação. Esse substrato deve ser um material que facilite essa colonização. As Nitrossomonas utilizam a enzima amônio monooxigenase para converter a amônia em nitrito, que por sua vez é convertido em nitrato pela enzima nitrito oxidase através do grupo Nitrobacter, considerada menos tóxica para os animais aquáticos (ZOPPAS, BERNARDES; MENEGUZZI, 2016). A maturação do filtro biológico ocorre naturalmente ao longo do tempo, podendo levar dias ou meses para que as bactérias se estabeleçam nos filtros e consigam degradar a carga de compostos nitrogenados do sistema. Esse processo pode ser influenciado por fatores ambientais, tipo de substrato e a espécie produzida (JOHNSON, 2019). Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência do período de maturação de diferentes mídias filtrantes, na conversão do nitrogênio amoniacal, em sistema de recirculação em aquicultura.
Material e métodos
O experimento foi conduzido no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo – campus Alegre no setor de Aquicultura, no Laboratório de Nutrição e Produção de Espécies Ornamentais (LNPEO), com duração de 37 dias como período de maturação dos biofiltros, sendo 30 dias sem peixes e 7 dias com peixes no sistema. Foram utilizados quatro mídias filtrantes como tratamentos e dois controles (positivo e negativo), com as seguintes proporções: A100) 100% argila expandida; A70B30) 70% argila expandida e 30% brita 0; A30B70) 30% argila expandida e 70% brita 0; A50CO50) 50% argila expandida e 50% casca de ovo; CP) controle positivo - Mídia comercial MBBR3 e CN) controle negativo - sem mídia, em três repetições cada, totalizando 18 unidades experimentais em delineamento inteiramente casualizado (DIC). Cada sistema contou com uma caixa de polietileno com capacidade útil de 40L para alojar 15 juvenis de tilápia por caixa (3 juvenis/L), um recipiente de 6L, sendo 1L preenchido com o filtro mecânico e 4L com as mídias filtrantes (tratamentos), o que corresponde a 10% do volume do tanque de peixes, conforme sugerido por Somerville et al. (2014). Além disso, foram utilizados canos de pvc, torneira, conexões e bomba submersa com capacidade de 400-1000 L/hora de vazão, que permitiam o fluxo contínuo da água nos sistemas. O recipiente do filtro mecânico, constituído por cinco camadas de tela do tipo sombrite 80% e seis camadas de manta acrilon, foi acoplado na entrada de água de cada filtro biológico, possuindo furos na parte inferior para passagem da água para o filtro biológico. Foram realizadas duas coletas de água, nos dias 30 (sem a presença de peixes) e 37 (com peixes) após início do processo de maturação. Foram retiradas amostras de água antes e após o biofiltro para análise de amônia, nitrito e nitrato (EATON et al. 2005), realizadas no Laboratório de Bromatologia da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) – campus Alegre. Os dados obtidos foram submetidos ao teste de homocedasticidade da média e apresentaram distribuição não normal. Portanto, foram submetidos ao teste não paramétrico Kruskal-Wallis, ao nível de 97% de significância (p<0,3).
Resultado e discussão
Em sistemas de criação de peixes o nitrogênio pode ser de origem orgânica ou
inorgânica, se apresentando sob as formas de nitrogênio gasoso (N2), amônia
(NH3), amônio (NH4+), nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-), oriundo da excreta dos
peixes, decomposição da matéria orgânica ou do alimento, o qual é considerado
como fator condicionante da dinâmica de nitrogênio no sistema (VON SPERLING;
VERBYLA; OLIVEIRA, 2020). Desta forma, a avaliação do processo de maturação de
biofiltros, antes da estocagem de animais para produção, é de fundamental
importância para garantir níveis toleráveis de compostos nitrogenados.
Foram realizadas as análises de nitrogênio amoniacal (N-NH4), nitrito e nitrato
e suas concentrações determinadas em mg/L. Não foi possível verificar a presença
de nitrito nos sistemas. As medianas para nitrogênio amoniacal e nitrato na
entrada e saída dos biofiltros podem ser vistas na Tabela 1.
Os resultados mostraram que não houve diferença estatística entre os tratamentos
para nitrogênio amoniacal na entrada ou saída do biofiltro. O nitrato também não
apresentou diferença estatística na entrada, enquanto diferenças estatísticas
foram observadas nas concentrações de nitrato na saída dos biofiltros, onde os
tratamentos A50CO50 e A30B70 apresentaram concentração estatisticamente
superiores, não diferindo de A100 e A70B30. Já os controles positivo e negativo
apresentaram concentrações de nitrato estatisticamente inferiores aos demais
substratos utilizados.
Em sistemas com condições aeróbias e com a presença de N-NH4, bactérias do
gênero Nitrossomonas são capazes de oxidar amônio a nitrito, enquanto as
Nitrobácter oxidam nitrito a nitrato, uma forma menos tóxica, através do
processo de nitrificação, utilizando a energia dessa conversão para o seu
crescimento. Esse processo é influenciado por fatores como temperatura, pH,
oxigênio dissolvido, alcalinidade, tipo de substrato, dentre outros (VON
SPERLING; VERBYLA; OLIVEIRA, 2020).
O N-NH4 é a medida da quantidade de íons amônia e amônio presentes. A amônia
possui natureza lipofílica, sendo facilmente disseminada pelas membranas
celulares, o que a torna tóxica aos peixes por causar efeitos na osmorregulação,
transporte de oxigênio, excreção e outros processos fisiológicos de organismos
aquáticos. Já os íons amônio possuem natureza lipofóbica, portanto são
considerados menos tóxicos pois penetram menos rapidamente nas membranas (VON
SPERLING; VERBYLA; OLIVEIRA, 2020).
O nitrato é considerado pouco tóxico para a maioria das espécies aquáticas por
ser mais volátil, além de ser um indicador da eficiência da degradação da
matéria orgânica presente no sistema, diminuindo os níveis de substâncias
potencialmente tóxicas.
Valores de nitrito não foram encontrados nas análises, o que pode ocorrer por
ser intermediário no processo de nitrificação, ou seja, o nitrito pode estar
sendo rapidamente convertido a nitrato (PICOLO et al. 2019).
Esse é um fator desejável, pois alta concentração dessa substância na água
interfere na capacidade de transporte de oxigênio no sangue, podendo causar
danos aos tecidos e órgãos e desencadear sérios problemas fisiológicos e
respiratórios nos animais (RODRIGUES et al. 2013).
As concentrações de N-NH4 observados na primeira coleta (dia 30) foram muito
baixas para todos os tratamentos, isso se justifica pois não havia peixes
presentes nos sistemas. Neste período foi fornecido apenas pequena quantidade
de ração como fonte de amônia para auxiliar na colonização das bactérias
nitrificantes nos substratos, mas não havia grandes desafios para o biofiltro
nesse período.
A segunda coleta foi após uma semana (dia 37), com a presença de juvenis no
sistema os valores de N-NH4 permaneceram baixos, enquanto os valores de nitrato
aumentaram bastante indicando que os biofiltros estão eficientes em termos de
conversão de N-NH4 a nitrato. Ou seja, o gênero Nitrobácter esteve presente no
processo de nitrificação, o que indica boa colonização e efetiva maturação dos
biofiltros, então o sistema está preparado para receber estocagens mais altas.
Embora os valores de N-NH4 na entrada e saída do biofiltro sejam semelhantes
para todos os tratamentos, o tratamento que se mostrou mais eficiente na
degradação de N-NH4 foi o A50CO50, pois proporcionou melhores condições para o
desenvolvimento das bactérias nitrificantes. Isso também pode ser observado para
A30B70, mas a partir do momento em que se diminuiu as proporções de brita os
filtros já não tiveram a mesma eficiência. Tal semelhança pode ser justificada
pela composição química da casca de ovo e da brita. Embora sejam materiais
diferentes compartilham de características comuns, ambas são compostas
principalmente por minerais como carbonato de cálcio (CaCO3). Na casca de ovo
essa substância representa cerca de 95% de sua composição, contendo pequenas
quantidades de outros minerais como magnésio, fósforo, potássio e sódio (ROCHA,
2022).
A brita, por sua vez, é uma rocha triturada, e possui uma variedade de tamanhos
de partículas. É composta predominantemente por minerais como basalto, granito,
calcário ou quartzo. O carbonato de cálcio também pode estar presente em algumas
rochas de brita, especialmente se elas forem compostas de calcário (ROCHA,
2022).
Nesse sentido, esses dois materiais influenciam diretamente a alcalinidade do
sistema à medida que que CaCO3 se dissolve. Essa solubilidade pode ser afetada
por fatores como temperatura, pH e presença de outros íons na água (ROCHA,
2022). O aumento desse parâmetro favorece o desenvolvimento e atividade das
bactérias nitrificantes, tornando o biofiltro mais eficiente na conversão de N-
NH4, o que corrobora com as altas concentrações de nitrato obtidas por
biofiltros utilizando esses substratos (ZOPPAS, BERNARDES; MENEGUZZI, 2016).
Manter a alcalinidade adequada na água é importante para garantir pH estável,
uma vez que desvios bruscos podem levar ao estresse e até mesmo à morte dos
animais. A alcalinidade facilita a excreção de resíduos metabólicos, bem como o
crescimento dos animais. Isso porque altas concentrações de alcalinidade
favorecem a atividade das bactérias no processo de nitrificação (SANTIAGO et al.
2022), influenciando positivamente no processo de filtragem.
A eficiência do processo de filtragem é, portanto, influenciada por um conjunto
de características, dentre elas a área de superfície do substrato e composição
dos substratos utilizados no biofiltro, que por sua vez influenciam em
parâmetros necessários para fixação das bactérias nitrificantes como a
alcalinidade e pH. A combinação entre distintos substratos auxilia na eficiência
do processo de maturação dos biofiltros, para que assim proporcionem melhor
degradação de compostos tóxicos aos organismos aquáticos e mantenham o bom
funcionamento do sistema de recirculação e reaproveitamento da água em
aquicultura.
Medianas de nitrogênio amoniacal e nitrato, na \r\nentrada e saída, dos biofiltros utilizados como \r\ntratamentos no processo de maturação.
Conclusões
O período de maturação dos biofiltros é essencial para o bom desempenho do sistema, pois é quando as colônias de bactérias nitrificantes se estabelecem e se desenvolvem nos biofiltros, necessitando de condições específicas para seu crescimento e boa atividade. Concluímos que os tratamentos mais eficientes na conversão de nitrogênio amoniacal foram o A50CO50 e A30B70, obtendo-se as maiores concentrações de nitrato. A composição química dos substratos do biofiltro influenciam diretamente nos parâmetros de qualidade da água e na atividade metabólica das bactérias nitrificantes, implicando na eficiência da conversão dos compostos. No entanto, todos os biofiltros utilizados atingiram maturação satisfatória no período analisado.
Agradecimentos
Aos laboratórios LNPEO-IFES e Bromatologia-UFES pela condução do experimento e análises realizadas, a FAPES e UFES- Alegre pelo apoio financeiro.
Referências
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