UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DEPARTAMENTO DE AQUICULTURA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AQUICULTURA
REMOÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS TOTAIS DA ÁGUA DO CULTIVO SUPERINTENSIVO DE Litopenaeus vannamei COM
BIOFLOCO PELO MÉTODO DE FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Aquicultura, da Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para obtenção do Título de Mestre em Aquicultura.
Orientador: Luis Alejandro Vinatea Arana
Helena Lopes Galasso
Florianópolis 2014
Remoção de sólidos suspensos totais da água do cultivo superintensivo de Litopenaeus vannamei com biofloco
pelo método de flotação por ar dissolvido
Por
HELENA LOPES GALASSO
Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de
MESTRE EM AQUICULTURA
e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-Graduação em Aqüicultura.
_____________________________________ Prof. Alex Pires de Oliveira Nuñer, Dr.
Coordenador do Programa
Banca Examinadora:
__________________________________________ Dr. Luiz Alejandro Vinatea Arana – Orientador __________________________________________
Dr. Alex Pires de Oliveira Nuñer
__________________________________________ Dr. Eudes de Souza Correia
__________________________________________ Dr. Flávio Rubens Lapolli
À minha família, com muito amor.
Agradecimentos
Ao Programa de Pós-graduação em Aquicultura na pessoa de seu coordenador, secretário, professores e demais funcionários.
Ao Professor Dr. Luis Vinatea pela orientação, interesse e atenção dedicados por todo o período de mestrado.
À Professora Dra. Katt Lapa pela coorientação, dedicação e generosidade em repassar seus vastos conhecimentos desde a graduação. A todos os professores, alunos e funcionários do Laboratório Integrado do Meio Ambiente do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, especialmente ao Professor Dr. Flávio Rubens Lapolli e Dra. Lucila Adriani Coral do Laboratório de Reuso de Águas.
Aos técnicos e funcionários do Laboratório de Camarões Marinhos por toda solicitude, em especial Carlos Manoel do Espírito Santo.
Aos colegas de curso e laboratório, em especial, ao Bruno e a Isabela.
Às alunas de iniciação científica Ana Clara e Ana Carolina. À minha família e amigos que me apoiaram em minhas escolhas e decisões para traçar meu caminho.
Ao Gabriel pela confiança, carinho e dedicação durante os bons e maus momentos.
Ao REUNI-MEC e CAPES pelo fornecimento da bolsa de estudos.
A todos aqueles que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.
Resumo
Na intensificação da carcinicultura, os cultivos vêm se desenvolvendo em sistemas fechados, dispensando as altas taxas de renovação e realizando a recirculação da água. Porém, nestes sistemas, existe um grande acúmulo de material em suspensão dentro das unidades de cultivo; sejam excretas dos animais, restos de ração ou mesmo da biomassa bacteriana (bioflocos). Para que esse acúmulo não seja prejudicial ao crescimento dos camarões é necessário realizar o controle da qualidade da água através da remoção periódica desses sólidos. A flotação por ar dissolvido (FAD) aparece como uma opção para realizar essa função, a qual pode oferecer algumas vantagens sobre outros métodos atualmente utilizados. Por isso, esta pesquisa visou avaliar em escala de bancada os parâmetros de projeto para o dimensionamento de flotadores por ar dissolvido para a retirada de sólidos suspensos totais (SST) da água do cultivo superintensivo de camarões marinhos Litopeneaus vannamei com biofloco e troca zero de água. As condições testadas foram pressão de saturação (4,0, 4,5 e 5,0 bar) e taxa de recirculação (10, 15 e 20%). Os resultados comprovaram que a utilização da flotação apresentou bons índices na remoção de SST, turbidez e DBO5, chegando a eficiências de remoção em até 60,08%, 89,47% e 91,35% respectivamente. Os valores de velocidade de flotação variaram de 2,99 a 11,74 cm min-1 e a razão ar/sólidos ficou entre 0,005 e 0,016 mg ar mg sólidos-1. Considerando todos os parâmetros de qualidade de água analisados, a flotação por ar dissolvido teve melhor desempenho de remoção quando aplicada a pressão de saturação acima de 4,5 bar e taxa de recirculação acima de 15%, com tempo de saturação de 8 minutos.
Palavras-chave: FAD, SST, camarões marinhos, biofloco, recirculação, qualidade de água.
Abstract
The intensification of shrimp culture has been developed in closed systems, eliminating high rates for exchange and performing water recirculation. However, in this system, there is a large accumulation of suspended material within the ponds; as animal excreta, remains of feed or even bacterial biomass in excess (bioflocs). For this accumulation not be detrimental to the growth of shrimps, is necessary make the control of water quality removing these solids periodically. The dissolved air flotation (DAF) appears as an option to execute this function, which may offer some advantages over other methods currently used. Therefore, this research aimed to evaluate in laboratory scale the design parameters for dimensioning dissolved air floaters to remove total suspended solids (TSS) from water in super intensive culture of marine shrimp Litopeneaus vannamei with biofloc and zero water exchange. The conditions tested were the saturation pressure (4.0, 4.5 and 5.0 bar) and recirculation rate (10, 15 and 20%). Results revealed that the use of dissolved air flotation indices has good removal of TSS, turbidity and BOD5, reaching efficiencies up to 60.08%, 89.47% and 91.35% respectively. Flotation velocity values ranged from 2.99 to 11.74 cm min-1 and air/solids ratio was between 0.005 and 0.016 mg air mg solid-1. Considering all water parameters analyzed, the dissolved air flotation presented better performances when applied the saturation pressure above 4.5 bar and recirculation rate above 15%, with saturation time of 8 minutes.
Keywords: DAF, TSS, marine shrimp, bioflocs, recirculation, water quality.
Lista de Tabelas
Tabela 1: Configuração dos tratamentos aplicados nos ensaios de bancada no Floteste, pressão de saturação (bar), taxa de recirculação (%) e tempo de flotação (min) ... 29 Tabela 2: Taxas de remoção (%) expressa por fatores (pressão e taxa
de recirculação) dos parâmetros COTd, DBO5, fosfato, nitrato, nitrito, SST e turbidez (médias ± desvio padrão) ... 33 Tabela 3: Valores das concentrações obtidas dos clarificados dos
parâmetros COTd, DBO5, fosfato, nitrato, nitrito, SST e turbidez, separados por fatores (pressão e taxa de recirculação), e efluente bruto utilizado nos testes do Floteste (médias ± desvio padrão) ... 34
Lista de Figuras
Figura 1: Esquema ilustrativo do equipamento Floteste utilizado nos ensaios de bancada ... 28
Sumário Introdução... 17 Objetivos ... 21 Objetivo geral ... 21 Objetivos específicos ... 21 Artigo ... 22 Resumo ... 23 1. Introdução ... 24 2. Material e métodos ... 26 2.1 Condições de cultivo ... 26
2.2 Coletas de amostras de água para testes em bancada ... 27
2.3 Procedimentos experimentais ... 27
2.4 Cálculo da razão Ar/Sólidos (A/S) ... 29
2.5 Análises de qualidade de água dos ensaios no Floteste ... 30
2.6 Análise estatística... 30
3. Resultados ... 31
3.1 Análise estatística... 31
3.2 Velocidade de flotação e razão ar/sólidos (A/S) ... 31
3.3 Qualidade de água ... 32
3.4 Eficiências de remoção ... 32
3.5 Concentrações dos clarificados e amostras brutas ... 32
3.6 Oxigênio dissolvido ... 35 4. Discussão ... 35 5. Conclusão ... 40 Agradecimentos ... 40 Referências Bibliográficas ... 41 Considerações finais ... 47
17
Introdução
A aquicultura é um setor produtivo que vem crescendo ano após ano acompanhando a diminuição dos estoques pesqueiros e o aumento do consumo de proteína proveniente dos organismos aquáticos. Segundo a FAO (2012), de 2007 a 2010 houve um decréscimo da produção pesqueira em 1,98% enquanto a aquicultura mundial no mesmo período cresceu 24,32%. Dentro da aquicultura, a produção de camarões vem tomando cada vez mais espaço. De acordo com dados da FAO (2012), no ano de 2010 a carcinicultura mundial produziu cerca de 5,7 milhões de toneladas de crustáceos, sendo que a produção no Brasil neste ano foi de 69.522 toneladas, gerando uma receita de aproximadamente 213,5 milhões de dólares para o país.
Visto a importância da carcinicultura no Brasil e no mundo, se torna importante a busca por novas tecnologias de produção que possam aumentar ainda mais sua eficiência, produtividade e rentabilidade. Para isso, os sistemas de produção vêm se intensificando, produzindo cada vez mais em áreas menores. Ao mesmo tempo em que o aumento da produtividade se faz necessário, existe uma cobrança maior por mudanças nos sistemas produtivos na esfera da sustentabilidade, já que a carcinicultura é considerada uma atividade com grande impacto ambiental (GRÄSLUND e BENGTSSON, 2001; BIAO et al., 2004; SOUSA et al., 2006; ANH et al., 2010; THOMAS et al., 2010; MOLNAR et al., 2013).
Desta forma, a produção vem se desenvolvendo em sistemas fechados, dispensando as altas taxas de renovação de água e realizando a recirculação da mesma no cultivo. Consequentemente, esses sistemas vêm diminuindo o volume de água gasto nas grandes produções, reduzindo a quantidade de efluente lançado no meio ambiente e utilizando com mais responsabilidade os recursos naturais. Além disso, ao produzir em sistemas fechados tem-se também maior biosseguridade, melhor controle da qualidade da água, da entrada e saída de patógenos e o desempenho dos animais cultivados (BRATVOLD; BROWDY, 1998; ANDREATTA; BELTRAME, 2004; HARGREAVES, 2006; SAMOCHA et al., 2007; VINATEA et al., 2010).
Na busca da intensificação dos cultivos e criação de novas tecnologias surgiu o cultivo com bioflocos. Esta tecnologia se baseia na formação de flocos microbianos que ajudam a manter a qualidade da água (AVNIMELECH, 1999; DE SCHRYVER et al., 2008), além de trabalhar com a recirculação e troca zero de água. Os bioflocos
18
microbianos são aglomerados de diatomáceas, macroalgas, matéria fecal, restos de organismos mortos, bactérias, protistas e invertebrados (DECAMP et al., 2002; BALCÁZAR et al., 2006).
Sabe-se que o acúmulo de substâncias nitrogenadas tóxicas na água de cultivo, como NH3 e NO2-, é uma das maiores preocupações nos sistemas intensivos (COLT; ARMSTRONG, 1979; AVNIMELECH, 2004). A maior fonte dessas substâncias tóxicas dentro de cultivos aquícolas é a utilização de rações com altos índices de proteína, já que os animais aquáticos precisam dela para a produção de energia (HEPHER, 1988). Além disso, a própria excreção dos animais em forma de amônia também contribui para o aumento da toxicidade nos tanques (AVNIMELECH, 1999).
A principal função dos flocos microbianos no cultivo é o consumo de compostos nitrogenados por parte das bactérias nitrificantes, transformando-os em compostos menos tóxicos (AVNIMELECH, 2007; CRAB et al., 2007). O crescimento dos microrganismos componentes dos flocos é estimulado pelo aumento da relação carbono e nitrogênio (C:N) existente na unidade de cultivo. Desta forma, é fundamental realizar a fertilização da água com compostos ricos em carbono, propiciando a incorporação de nitrogênio amoniacal sob a forma de biomassa bacteriana (AVNIMELECH, 1999). Portanto, a manutenção desses flocos se torna muito importante para a conservação da qualidade da água no próprio ambiente de cultivo (BROWDY et al., 2001).
O acúmulo de material em suspensão dentro das unidades de cultivo se torna evidente, seja pelas excretas dos animais, restos de ração ou mesmo da biomassa bacteriana excedente (bioflocos) (SCHVEITZER et al., 2013). Por isso, se realiza a manutenção da qualidade da água através da remoção periódica dos sólidos suspensos (ATWOOD et al., 2004; RAY et al., 2010). A retirada deste material permite que as populações de microorganismos mantenham-se sempre em fase exponencial de crescimento (WEIRICH et al., 2003) reduzindo a demanda de oxigênio oriunda dos eventos de alimentação (VAN WYK, 2006). A concentração indicada de sólidos suspensos totais no cultivo de Litopenaeus vannamei com biofloco está entre 400 a 600 mg L-1 (SCHVEITZER et al., 2013). Portanto, a remoção do excesso dos sólidos suspensos totais é um processo imprescindível para o bom funcionamento do sistema de cultivo em biofloco.
Atualmente, o método mais usado para a remoção de sólidos suspensos é a sedimentação (BOYD, 1992; TEICHERT-CODDINGTON et al., 1999; NUNES, 2002; JACKSON et al., 2003;
19
CUNHA et al., 2004; DÍAZ, 2007; MAIGUAL et al., 2013). Nesse processo, acontece o fenômeno no qual as partículas em suspensão apresentam movimento descendente no meio líquido de menor massa específica devido à ação da gravidade (DI BERNARDO et al., 2002). Contudo, sólidos suspensos contendo algas ou partículas de baixa densidade dificilmente são removidos pelo processo de sedimentação devido à tendência de flutuação das mesmas (SHAN-PEI et al., 2007). Deste modo, a flotação pode ser uma ótima alternativa para a remoção dos sólidos suspensos totais, já que os flocos microbianos possuem características de flotabilidade por terem em sua composição partículas de baixa densidade.
Ao contrário da sedimentação, a flotação por ar dissolvido (FAD) se caracteriza pela ascensão das partículas suspensas pela aderência de microbolhas de ar às mesmas, tornando-as de menor massa específica que o meio onde se encontram, promovendo a separação bifásica e se acumulando na superfície do líquido na forma de lodo para posterior remoção (DI BERNARDO, 1993). Neste processo, as bolhas de ar são geradas pela redução da pressão de um fluxo de água previamente saturado com ar dentro de uma câmara de saturação, o qual é injetado no meio líquido a ser tratado permitindo a remoção das partículas
(DI BERNARDDO; DANTAS, 2005).
Aplicada inicialmente em tratamento de águas residuárias das indústrias de minério, papel e celulose (REALI, 1991), a tecnologia de flotação por ar dissolvido vem sendo utilizada também no tratamento de efluentes domésticos, principalmente após a década de 50 (OLIVEIRA, 2005). Atualmente, a aplicação da flotação pode ter diversas finalidades e é amplamente utilizada no tratamento de águas de abastecimento e de lazer, no pré-tratamento e pós-tratamento de esgotos domésticos e no tratamento de efluentes industriais, além da remoção de óleos e graxas (BRATBY, 1983; MATIOLO; RUBIO, 2003; COUTINHO, 2007; CORAl, 2009).
Contudo, na aquicultura, a tecnologia de flotação por ar dissolvido ainda é pouco explorada, salvo na separação de biomassa de microalgas do seu meio de cultivo (CHEN et al., 1998; CHENG et al., 2011; CHRISTENSON; SIMS, 2011; GARG et al., 2012; ZHANG et al., 2012; BARRUT et al., 2013; SHOW; LEE, 2014). Algumas pesquisas inovadoras vêm sendo desenvolvidas ao longo dos anos, principalmente no caráter ambiental e tratamento de efluentes, investigando tecnologias como reatores em batelada sequenciais (BOOPATHY et al., 2007; FONTENOT et al., 2007; CORRÊA, 2008),
20
biorreatores à membrana (VISVANATHAN et al., 2008), entre outros. Porém, o emprego da flotação por ar dissolvido na manutenção da qualidade de água e possível tratamento de efluente ainda é pouco conhecido.
No confronto com a tecnologia mais utilizada de separação de sólidos, a sedimentação, o processo de flotação por ar dissolvido apresenta maiores benefícios. Segundo Shan-Pei et al. (2007), em comparação com a sedimentação, o processo de flotação por ar dissolvido tem maior eficiência na remoção de turbidez, carbono orgânico total, algas e bactérias, com valores de 95%, 30%, 94% e 97% respectivamente, resultando em 5% a 40% a mais na remoção dos índices analisados. Jokela et al. (2001) conseguiram a remoção de 70% a 90% de fósforo do efluente de cultivo de trutas com a utilização de flotadores de ar dissolvido em fazendas comerciais na Finlândia.
Outras vantagens da FAD são o bom funcionamento com partículas de menor tamanho, a possibilidade de realizar uma partida rápida da unidade de tratamento, a utilização de menor área para implantação, a possibilidade da produção de lodo com alta concentração de sólidos, diminuindo também o custo de tratamento do lodo gerado, além da incorporação de oxigênio no clarificado que retornará para a unidade de cultivo ou mesmo lançado no ambiente (VIITASAARI et al., 1995; METCALF; EDDY, 2003).
Desta forma, a utilização da flotação por ar dissolvido para a remoção de sólidos suspensos totais de cultivos de camarão marinho com biofloco pode ser uma solução viável. Porém, ainda faltam estudos que definam os parâmetros de projeto para o dimensionamento e construção de flotadores que possam realizar esta tarefa com eficiência. Assim, torna-se de extrema importância a realização de pesquisas que produzam informações que garantam a implementação dessa nova tecnologia na manutenção da qualidade de água em cultivos superintensivos de camarões marinhos, com troca zero de água e do tratamento das águas residuárias desse sistema, os quais são também relevantes na questão ambiental.
21
Objetivos Objetivo geral
Contribuir para os estudos na aplicação de tecnologias na manutenção da qualidade da água de cultivos superintensivos de camarões marinhos Litopeneaus vannamei com biofloco.
Objetivos específicos
Avaliar os parâmetros de projeto para flotadores utilizando a água de cultivo superintensivo de camarões marinhos (Litopenaeus vannamei) em biofloco para a obtenção da pressão de saturação, do tempo de saturação, da taxa de recirculação, da razão ar/sólidos (A/S) e da velocidade de flotação adequados ao sistema de cultivo.
Avaliar a eficiência de remoção de sólidos suspensos totais da água de cultivo de camarões Litopenaeus vannamei em fase de engorda sob os parâmetros de projeto testados em escala de bancada.
22
Artigo
Remoção de sólidos suspensos totais da água do cultivo superintensivo de Litopenaeus vannamei com biofloco pelo método
de flotação por ar dissolvido
Helena Lopes Galassoa, Katt Regina Lapa*, Luis Vinateaa
a
Laboratório de Camarões Marinhos, Departamento de Aquicultura, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC, 88061-600, Brasil
*
Autor correspondente: Laboratório de Camarões Marinhos, Servidão dos Coroas s/n (fundos), Barra da Lagoa, Florianópolis, SC 88061-600, Email: katt.lapa@ufsc.br
Artigo apresentado de acordo com as normas da revista Aquacultural Engineering. QUALIS CAPES A2 na área de Zootecnia e Recursos
23
Resumo
A remoção de sólidos suspensos totais da água é um procedimento chave para o bom funcionamento dos sistemas de cultivo superintensivos de camarões marinhos com bioflocos. Este trabalho visou contribuir na avaliação dos parâmetros de projeto necessários para o dimensionamento adequado de um flotador por ar dissolvido para a remoção de sólidos suspensos totais num sistema de bioflocos com troca zero de água do camarão da espécie Litopeneaus vannamei. Foram avaliadas pressões de saturação de 4,0, 4,5 e 5,0 bar e taxas de recirculação de 10, 15 e 20%. A utilização da flotação por ar dissolvido na remoção de sólidos suspensos totais foi viável, atingindo até 60,08% de remoção. Igualmente, foi observado grande potencial em remoção de outras variáveis, tais como turbidez e DBO5, com máximos de 89,47% e 91,35%, respectivamente. Ainda, a aplicação por ar dissolvido manteve outros parâmetros essenciais de qualidade de água sem alteração, mas em ótimas condições para o cultivo, como alcalinidade, pH, temperatura e salinidade. As velocidades de flotação variaram entre 2,99 e 11,74 cm min-1 e a razão ar/sólidos ficou entre 0,005 e 0,016 mg ar mg sólidos-1. Considerando todos os parâmetros de qualidade de água analisados, a flotação por ar dissolvido teve melhor desempenho com pressão de saturação acima de 4,5 bar, taxa de recirculação acima de 15% e tempo de saturação de 8 minutos.
Palavras-chave: FAD, SST, camarões marinhos, bioflocos, recirculação, efluente.
24
1. Introdução
Para acompanhar a demanda do crescimento populacional e da própria atividade da aquicultura, verifica-se um grande aumento das pesquisas e investimentos em sistemas de produção que intensificam os cultivos e produzam cada vez mais em menor espaço (Funge-Smith e Phillips, 2000; Blancheton et al., 2007). Com esse objetivo, os cultivos de animais aquáticos em sistemas fechados com recirculação, que têm menor renovação de água e maior controle de qualidade, ganham espaço e atenção na comunidade de pesquisa e de produtores comerciais (Piedrahita, 2003; De Schryver et al., 2008; Crab et al., 2012; van Rijn, 2013).
O cultivo de camarão branco, Litopenaeus vannamei, em sistema superintensivo com bioflocos é um exemplo deste avanço (Crab et al., 2012). Devido às altas densidades de estocagem, as quantidades de ração utilizadas nos cultivos intensivos são elevadas e há um acúmulo de material em suspensão, uma vez que os camarões retêm apenas uma porcentagem dos nutrientes presentes na ração; assim, grande parte dos resíduos gerados no processo se deposita nas unidades de cultivo (Boyd e Tucker, 1998; Avnimelech, 1999). Por isso se deve realizar a manutenção da qualidade da água através da remoção periódica de sólidos suspensos (Atwood et al., 2004; Ray et al., 2010). A retirada deste material permite que as populações de microorganismos mantenham-se sempre em fase exponencial de crescimento (Weirich et al., 2003) reduzindo a demanda bioquímica de oxigênio (DBO) oriunda dos eventos de alimentação (van Wyk, 2006).
Sendo a remoção do excesso dos sólidos suspensos totais da água um processo imprescindível para o bom funcionamento do sistema de cultivo em biofloco, existe a necessidade de realizar pesquisas que revelem o melhor método de tratamento que se adeque às necessidades desse sistema e também à dos produtores, para que a atividade da aquicultura ganhe cada vez mais eficiência econômica e sustentabilidade ambiental.
Atualmente, o método mais usado para a remoção de sólidos suspensos em cultivos superintensivos é a sedimentação. Nesse processo, as partículas em suspensão apresentam movimento descendente no meio líquido de menor massa específica devido à ação da gravidade (Di Bernardo et al., 2002). Contudo, sólidos suspensos contendo algas ou partículas de baixa densidade dificilmente são removidos por este processo devido à tendência de flutuação das mesmas (Shan-Pei et al., 2007).
25
Os bioflocos presentes nos tanques de cultivo, que ajudam na reciclagem de nutrientes, são constituídos de bactérias, microalgas, fezes, exoesqueletos, restos de organismos, protozoários, invertebrados, entre outros (Decamp et al., 2002; Balcázar et al., 2006). Assim, considera-se a flotação por ar dissolvido (FAD) uma alternativa para a realização da remoção dos sólidos suspensos totais.
Ao contrário da sedimentação, o processo de flotação por ar dissolvido se caracteriza pela ascensão das partículas suspensas pela aderência de microbolhas de ar às mesmas, tornando-as de menor massa específica que o meio de onde se encontram, e consequentemente promovendo a separação bifásica, acumulando-se na superfície do líquido (Di Bernardo et al., 2002).
O processo de flotação por ar dissolvido pode ter maiores benefícios em relação ao de sedimentação. Segundo Shan-Pei et al. (2007), o processo de flotação apresenta maior eficiência na remoção de turbidez, carbono orgânico total, algas e bactérias, com valores de 95%, 30%, 94% e 97% respectivamente, resultando em 5 a 40% a mais na remoção dos índices analisados do que no processo de sedimentação. Jokela et al. (2001) conseguiram a remoção de 70 a 90% de fósforo do efluente de cultivo de trutas com a utilização de flotadores de ar dissolvido em fazendas comerciais na Finlândia.
Outras vantagens da FAD são o bom funcionamento com partículas de menor tamanho, a possibilidade de realizar uma partida rápida da unidade de tratamento e utilização de menor área para implantação, a possibilidade da produção de lodo com alta concentração de sólidos (Ives, 1984), diminuindo também o custo de tratamento desse lodo gerado, além da incorporação de oxigênio no clarificado que retornará para a unidade de cultivo.
Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar os parâmetros de projeto, como pressão de saturação, tempo de saturação, taxa de recirculação, razão ar/sólidos (A/S) e velocidade de flotação, para o dimensionamento de flotadores por ar dissolvido e as eficiências de remoção utilizando a água de cultivo superintensivo de camarões marinhos (Litopenaeus vannamei) em bioflocos.
26
2. Material e métodos
O experimento foi realizado na cidade de Florianópolis, Santa Catarina, Brasil, no Laboratório de Camarões Marinhos (LCM) do Departamento de Aquicultura, no Laboratório Integrado do Meio Ambiente (LIMA) e Laboratório de Reuso de Águas (LaRA) do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, pertencentes à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
2.1 Condições de cultivo
As amostras de água em sua forma bruta para a realização dos testes em bancada foram retiradas do cultivo de juvenis de camarões Litopenaeus vannamei em sistema biofloco.
O cultivo foi realizado em um tanque circular de fibra de vidro com 8 m de diâmetro e volume útil total de 50.000 L. Foi feita a fertilização da água do cultivo com farinha de trigo, ração e melaço durante 15 dias. O tanque foi povoado com 250 camarões por metro cúbico, com peso aproximado de 5,00 g cada. A ração comercial utilizada continha 35% de proteína e foi fornecida 3 vezes ao dia (8h00min, 12h00min e 17h00min) em quantidade ajustada pelo consumo aparente. A salinidade foi mantida em 35 ‰. Não foram realizadas renovações de água, somente foi reposta a água perdida por evaporação.
Os parâmetros determinados de qualidade de água do tanque de cultivo foram: alcalinidade (APHA, 1998 - 2320 B), amônia (N-NH3) (APHA, 1998 – 4500 E), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5) (APHA, 1998 - 5210 B), fosfato (P-PO43) (APHA, 1998 – 4500 E), nitrato (N-NO3) (APHA, 1998 – 4500 E), nitrito (N-NO2) (APHA, 1998 – 4500 B), pH (YSI 100, YSI Incorporated, Yellow Springs, OH, EUA), salinidade (YSI 30, YSI Incorporated, Yellow Springs, OH, EUA), sólidos sedimentáveis (SSed) (Cone Imhoff), sólidos suspensos totais (SST) (APHA, 1998 - 2540 C - microfiltro de fibra de vidro 0,6 µm), temperatura e oxigênio dissolvido (OD) (YSI 550A, YSI Incorporated, Yellow Springs, OH, EUA), transparência (Disco de Secchi) e turbidez (Turbidímetro 2171, ALFAKIT, Florianópolis, SC, Brasil).
A temperatura e OD foram mensurados 2 vezes ao dia e as demais variáveis 2 vezes por semana. A concentração de SST foi mantida entre 400 e 600 mg L-¹ (Schveitzer et al., 2013) com o auxílio de um decantador de fluxo vertical acoplado ao tanque de cultivo. Todos
27
os parâmetros de qualidade de água citados foram mantidos dentro dos valores recomendados para o cultivo de Litopenaeus vannamei de acordo Boyd e Tucker (1998).
.
2.2 Coletas de amostras de água para testes em bancada
Foram realizadas seis coletas de água do cultivo de camarões, entre abril e maio de 2013, uma por semana. As amostras foram retiradas do tanque de cultivo à profundidade de 15 cm com auxílio de recipientes plásticos de 5 L apropriadas para transporte, totalizando 25 L. Estas amostras foram acondicionadas e levadas ao LIMA para a realização dos testes de bancada no Floteste. Ao coletar as amostras de água, os recipientes foram completamente preenchidos, sem deixar espaço entre a superfície da água e a tampa para melhor conservação das mesmas.
2.3 Procedimentos experimentais
Os ensaios de flotação por ar dissolvido foram realizados em equipamento de bancada utilizado em ensaios de tratabilidade de água (Jarteste), acoplado a uma câmara de saturação; que juntos recebem o nome de Floteste (Centurione Filho e Di Bernardo, 2003). O Floteste é composto por três jarros com volume útil de 2 L cada e base quadrada de 113 mm x 113 mm (Figura 1G). A câmara de saturação foi conectada a um compressor de ar para efetuar a saturação da água, sendo posteriormente preenchida com aproximadamente 1,5 L de água doce e pressurizada a pressão escolhida (4, 4,5 ou 5 bar) ajustando um manômetro na parte superior da câmara (Figura 1A-E). No fundo de cada jarro haviam canaletas com pequenos orifícios para promover melhor distribuição da água saturada e consequentemente das microbolhas de ar.
A água coletada do tanque de cultivo era homogeneizada e despejada nos jarros do Floteste, retirando possíveis bolhas do fundo dos mesmos. Descartava-se o primeiro jato de água saturada em um recipiente (Figura 1I), para a entrada e distribuição igualitária desta e, posteriormente, era aberta uma válvula manual no fundo do jarro (Figura 1F). Após o tempo determinado para a coleta (tempo de flotação), desprezava-se uma pequena alíquota do efluente clarificado por alguns segundos para fazer a limpeza do tubo coletor e então se recolhia a alíquota de 500 mL em recipiente plástico por um ponto de coleta situado a 12 cm da base do jarro (Figura 1H).
28
O equipamento Floteste utilizado para os ensaios não permitia a coleta do lodo flotado na superfície da lâmina d’água, portanto possibilitou as análises apenas dos clarificados (amostra de água após os testes no Floteste).
Figura 1
Esquema ilustrativo do equipamento Floteste utilizado nos ensaios de bancada.
O tempo de saturação adotado em todos os tratamentos foi de 8 minutos, a partir de trabalhos realizados por Centurione Filho e Di Bernardo (2003). Devido às condições do equipamento utilizado, foi adotada pressão de saturação mínima de 4 bar e taxa de recirculação mínima de 10%. Desta forma, os tratamentos combinaram as pressões de saturação 4,0, 4,5 e 5,0 bar e as taxas de recirculação 10, 15 e 20%. A cada amostra semanal foi realizada uma repetição de todos os tratamentos, de T1 a T9, completando seis repetições de cada um. A configuração dos tratamentos, pressão de saturação, taxa de recirculação e tempo de flotação, está representada na Tabela 1.
Os tempos de flotação foram determinados durante os primeiros ensaios baseados na observação da flotação dos bioflocos nos jarros do Floteste, desde a aplicação da água saturada até a flotação total aparente, ou seja, até que os sólidos suspensos cessassem o movimento de ascensão. Após a verificação do tempo de flotação, refazia-se o método nas demais repetições semanais dos tratamentos com o auxílio de um cronômetro.
29
Também foram estimadas as velocidades de flotação (cm min-1) de cada tratamento a partir de cálculos baseados no volume do jarro (cm³) e dos tempos de flotação (min) cronometrados.
Tabela 1
Configuração dos tratamentos aplicados nos ensaios de bancada no Floteste, pressão de saturação (bar), taxa de recirculação (%) e tempo de flotação (min). Tratamento Pressão de saturação (bar) Taxa de recirculação (%) Tempo de flotação (min) T1 4,0 10 5,75 T2 4,0 15 3,13 T3 4,0 20 1,83 T4 4,5 10 3,03 T5 4,5 15 2,90 T6 4,5 20 1,60 T7 5,0 10 4,25 T8 5,0 15 2,00 T9 5,0 20 1,93
Com preocupações na geração de resíduos para o cultivo e em baixar custos de manutenção, optou-se não utilizar quaisquer produtos químicos durante os ensaios, sejam coagulantes ou floculantes, de origem orgânica ou inorgânica.
2.4 Cálculo da razão Ar/Sólidos (A/S)
O cálculo da razão A/S é muito importante para o dimensionamento do sistema de flotação, pois a eficiência do mesmo, em termos de SST, depende primordialmente dessa relação. Quanto maior a concentração de sólidos no efluente a ser tratado, maior será a quantidade de bolhas necessárias para realização da flotação dos mesmos.
Neste experimento, a relação adotada apoia-se na pressurização de apenas uma parcela da vazão do efluente a ser tratado (água do cultivo), ou seja, da parcela que seria recirculada (diferentes taxas de
30
recirculação). A razão A/S foi determinada utilizando a equação abaixo (Jordão e Pessôa, 2005): a a r X P f s Q Q S A 1,3 ( 1) , em que:
A/S = razão ar/sólidos, mg ar mg sólidos -1; Qr = vazão recirculada, L s-1;
Q = vazão afluente, L s-1;
1,3 = densidade do ar, 1,3 mg ml-1;
sa = solubilidade do ar na água à pressão atmosférica (igual a 18,7 ml L-1 a 20°C);
f = fração de saturação do ar dissolvido na pressão P (adotado 0,5); P = pressão absoluta, atm (1 atm = 1,0132 bar);
Xa = concentração de SST afluente, mg L-1.
2.5 Análises de qualidade de água dos ensaios no Floteste
Foram feitas análises da água coletada do tanque de cultivo (amostra bruta) e dos clarificados resultantes de cada ensaio para posterior comparação entre elas. Os parâmetros analisados foram: alcalinidade, pH, temperatura, oxigênio dissolvido (OD), nitrito (N-NO2), nitrato (N-NO3), fosfato (P-PO43), carbono orgânico total dissolvido (COTd), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), sólidos suspensos totais (SST) e turbidez.
As metodologias destas análises de água seguiram o recomendado pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998).
2.6 Análise estatística
Os resultados foram apresentados em valores de taxas de remoção (%), comparando a concentração na água bruta do cultivo com os clarificados resultantes dos ensaios no Floteste. As taxas de remoção analisadas foram das variáveis: SST, DBO5, COTd, turbidez, nitrito, nitrato e fosfato.
Para a avaliação das taxas de remoção foram feitos testes de normalidade Kolmogorov-Smirnov & Lilliefors e homocedasticidade Cochran C, Hartley, Bartlett. Em seguida foi aplicada uma análise de variância bi-fatorial ao nível de significância 0,05 com as diferentes
31
pressões (4,0, 4,5, e 5,0 bar) e taxas de recirculação (10, 15 e 20%). Quando não houve interação entre os fatores analisados (pressão e taxa de recirculação), os dados foram expressos separadamente. Quando houve diferença significativa entre os tratamentos foi aplicado o teste de Tukey para a comparação de médias ao nível de significância 0,05. 3. Resultados
3.1 Análise estatística
A análise de variância bifatorial (p<0,05) mostrou que não houve interação entre os fatores analisados (pressão e taxa de recirculação) e os resultados foram expressos separadamente.
3.2 Velocidade de flotação e razão ar/sólidos (A/S)
Com a definição do tempo de flotação foi possível estimar a velocidade de flotação (VF) de cada tratamento. Os tratamentos T1, T4 e T7, onde foi aplicada taxa de recirculação de 10%, a velocidade de flotação foi 2,99, 5,69 e 4,05 cm min-1, respectivamente. Em T2, T5 e T8, com taxa de recirculação de 15%, os valores de VF foram, respectivamente, 5,75, 6,21 e 9,0 cm mim-1. Os tratamentos em que foi aplicada a taxa de recirculação de 20% tiveram velocidades maiores, T3 com 10,27 cm min-1, T6 com 11,74 cm min-1 e T9 com 9,73 cm min-1. Os valores de VF são importantes para o dimensionamento de flotadores por ar dissolvido, principalmente para a realização da remoção do lodo que se acumula na superfície do líquido.
Os valores da razão A/S obtidos variaram entre 0,005 e 0,016 mg ar mg sólidos-1. A menor razão de A/S foi estipulada quando utilizados taxa de recirculação de 10% e pressão de 4 bar, enquanto que o maior valor de A/S foi calculado usando valores iguais a 20% de recirculação e 5 bar de pressão.
32
3.3 Qualidade de água
Os resultados obtidos das médias das amostras brutas referentes às análises de alcalinidade, temperatura, pH e salinidade foram de 156,67 ± 20,15 mg CaCO3 L-1, 22,92 ± 1,80 °C, 7,46 ± 0,18 e 34,06 ± 0,98 ‰, respectivamente. Nos clarificados dos tratamentos T1 a T9 foram obtidos valores médios de alcalinidade de 137,41 ± 18,72 mg CaCO3 L-1, temperatura de 22,78 ± 1,61 °C, pH de 7,48 ± 0,18 e salinidade de 28,71 ± 1,53 ‰.
3.4 Eficiências de remoção
As taxas de remoção médias de COTd, DBO5, fosfato, nitrato, nitrito, SST e turbidez foram, respectivamente, 14,00 ± 5,07 %, 49,78 ± 11,64 %, 14,65 ± 5,62 %, 17,86 ± 8,74 %, 14,55 ± 6,97 %, 40,53 ± 10,79 % e 80,19 ± 8,44 %.
Nos parâmetros dissolvidos (COTd, fosfato, nitrato e nitrito), as eficiências máximas de remoção foram relativamente menores quando comparadas com os parâmetros físicos (SST e turbidez) e bioquímicos (DBO5). Observa-se que a flotação por ar dissolvido removeu até 91,35% de turbidez, 89,47% de DBO5 e 60,08% de SST.
Na Tabela 2, estão apresentados os valores das taxas de remoção (%) das concentrações dos parâmetros COTd, DBO5, fosfato, nitrato, nitrito, SST e turbidez, analisados pelos fatores pressão e taxa de recirculação.
3.5 Concentrações dos clarificados e amostras brutas
Na Tabela 3, estão apresentadas as concentrações médias de COTd, DBO5, fosfato, nitrato, nitrito, SST e turbidez das amostras dos clarificados e do efluente bruto. Os valores das concentrações dos clarificados estão expressos da mesma forma em que se apresentaram as taxas de remoção na Tabela 2, divididos pelos fatores pressão e taxa de recirculação. Os valores médios das concentrações das amostras do clarificado são importantes, em termos práticos, para avaliar os possíveis destinos do efluente final.
35
3.6 Oxigênio dissolvido
Como já era esperado, quanto maior a taxa de recirculação aplicada, maior a concentração de microbolhas e, portanto, maior oxigenação do clarificado. Com a taxa de recirculação de 10% foi observado aumento médio de 1,69 ± 0,11 mg L-1 de OD, com 15% de recirculação foi verificado um aumento médio de 2,20 ± 0,00 mg L-1 de OD e recirculando 20% de água saturada houve um aumento médio de 2,43 ± 0,06 mg L-1 de OD nos clarificados. O flotador por ar dissolvido foi responsável pelo incremento de OD em todas as amostras de clarificado, variando entre 14,31% e 76,79% de adição de OD. Os clarificados de todos os tratamentos, T1 a T9, tiveram concentração média igual a 6,96 ± 0,63 mg L-1 de OD, atingindo valor mínimo de 5,82 mg L-1 e máximo de 8,41 mg L-1 de OD.
4. Discussão
As velocidades de flotação (VF) encontradas apresentaram variação de 2,99 a 11,74 cm min-1. Quanto maior a taxa de recirculação aplicada, maior a velocidade de flotação, tendo valores próximos de 4,24 cm min-1 quando a taxa de recirculação foi 10%, 6,99 cm min-1 com 15% de recirculação e 10,58 cm min-1 quando aplicada a taxa de recirculação de 20%. Os cálculos foram realizados utilizando tempos de flotação fixados durantes os primeiros testes em bancada, baseados somente na observação aparente da flotação, portanto os valores de velocidades obtidos são circunstanciais. Os valores de VF são importantes para determinação da frequência de remoção de lodo e velocidade do mecanismo responsável pela retirada do lodo acumulado na superfície do líquido (Ives, 1984; Di Bernardo, 1993).
As razões ar/sólidos encontradas em todos os tratamentos variaram de 0,005 a 0,016 mg ar mg sólidos-1, valores estes que estão dentro da variação típica, de 0,005 a 0,060, encontradas em tratamentos de esgoto doméstico com sistema de flotação (Metcalf e Eddy, 2003). Apesar de estarem dentro da faixa apresentada por Metcalf e Eddy (2003), cabe destacar que os mesmos foram mais baixos devido a baixa concentração de SST do afluente, em média 448,00 mg L-1, quando comparadas às concentrações médias de esgotos domésticos e industriais.
36
A alcalinidade, o pH, a salinidade e a temperatura apresentaram médias semelhantes perante os tratamentos aplicados e se mantiveram estáveis. As salinidades médias encontradas nos clarificados de T1 a T9 sofreram, eventualmente, um decréscimo em suas concentrações em relação à água bruta que foi mantida em 35 ‰. Fato que se deu pela adição da água de recirculação, neste caso utilizando água doce. Porém, os valores de alcalinidade, pH e temperatura de todos os tratamentos acompanharam os valores médios encontrados em suas respectivas amostras brutas. Os valores dos clarificados de salinidade variaram entre 26,40 e 32,10‰, pH de 7,19 a 7,78, temperatura de 19,80 a 24,70 °C e alcalinidade de 104,00 a 196,00 mg CaCO3 L-1. Numa situação de recirculação dos clarificados ao tanque de cultivo, conservar essas características da água significa manter o ambiente em boas condições para o desempenho zootécnico dos camarões (Bray et al., 1994; Boyd e Tucker, 1998; Nunes et al., 2005; SLA, 2009).
De acordo com as taxas de remoção encontradas, foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos em relação às concentrações de fosfato e COTd quanto ao fator pressão e taxa de recirculação, respectivamente. A eficiência de remoção chegou a valores elevados ao aplicar 5 bar de pressão quando referente ao fosfato (15,60 ± 5,31%) e ao aplicar 20% de taxa de recirculação em COTd (17,78 ± 3,91%). Porém, é preciso destacar que, ao utilizar água doce no processo de saturação com ar comprimido, as diferenças encontradas nas taxas de remoções podem exprimir a diluição dos nutrientes dissolvidos (N-NO2, N-NO3, P-PO43 e COTd). Isto pode ser percebido principalmente nos valores referentes às taxas de remoção encontradas no fator taxa de recirculação, proporcionais a 10, 15 e 20%. Numa outra situação, utilizando um flotador por ar dissolvido em escala real em sistema de recirculação, a água a ser saturada poderia ser o clarificado recirculado e provavelmente apresentaria outros resultados. Apesar de não terem sido removidos expressivamente, os valores dos parâmetros dissolvidos se mantiveram apropriados para o cultivo de L. vannamei em biofloco.
As baixas taxas de remoção de parâmetros dissolvidos (N-NO2, N-NO3, P-PO43 e COTd) eram esperadas já que o processo de flotação é considerado um processo físico de separação de fases (sólido-líquido ou líquido-líquido) e não tem como premissa a remoção de nutrientes e partículas dissolvidas, a não ser quando há aplicação de produtos químicos como coagulantes e floculantes. A utilização destes produtos químicos no processo de flotação por ar dissolvido poderia aumentar as eficiências de remoção de todos os parâmetros analisados. Pesquisas
37
com flotação por ar dissolvido utilizando coagulantes e floculantes (orgânicos ou inorgânicos) mostram grande capacidade de remoção de substâncias dissolvidas, incluindo fósforo e nitrogênio (Jokela et al., 2001; Schoenhals et al., 2006; Cecchet et al., 2010). Contudo, a decisão tomada nesta pesquisa em não utilizar tais produtos foi evitar a presença de resíduos químicos no ambiente de cultivo e no lodo gerado, além de poupar possível aumento de custos ao produtor.
Por outro lado, a turbidez, os SST e a DBO5, parâmetros estes que não avaliam diretamente nutrientes dissolvidos, tiveram um comportamento diferente. Em relação às concentrações de DBO5 e SST, foram observados valores altos de eficiência de remoção médias, 49,78 % e 40,53 %, respectivamente. A análise de variância por fatores (pressão e taxa de recirculação) mostrou que a DBO5, SST e turbidez tiveram bons resultados, com máximas eficiências de 53,20 %, 44,87 % e 84,28 %, respectivamente.
Contudo, somente a variável turbidez teve diferença significativa nos fatores pressão e taxa de recirculação. Altas taxas de remoção de turbidez foram encontradas em todos os tratamentos, alcançando níveis de remoção satisfatórios acima de 82% com pressão de saturação igual a 4,5 e 5 bar, e taxa de recirculação igual a 15 e 20%. Como a turbidez está diretamente relacionada à concentração de sólidos suspensos (Schveitzer et al., 2013), era esperado um comportamento semelhante nas taxas de remoção de SST, tanto nos altos valores de remoção como na diferença estatística entre os tratamentos aplicados. Porém, não houve diferença significância entre as eficiências de remoção de SST, que apresentou resultados de 40% de eficiência em média. A relação entre a turbidez e SST é difícil de determinar (Pavanelli e Bigi, 2005), devido a turbidez se caracterizar pela presença de materiais em suspensão que interferem a passagem de luz no fluído (Boyd e Tucker, 1998; Di Bernardo et al., 2002), desde partículas macroscópicas até partículas coloidais (1nm - 1µm). Esta divergência entre as taxas de remoção de turbidez e SST pode ser explicada pelo fato de que, ao adotar a porosidade de 0,6 µm nos filtros para as análises de SST, houve perda de parte importante da composição dos sólidos suspensos, os quais foram expressos nos valores de turbidez, consequentemente nos valores de taxas de remoção.
Os valores percentuais de remoção de SST e turbidez foram ligeiramente menores quando comparados a outros processos de tratamento (Jackson et al., 2003; Lin et al., 2005; Shi et al., 2011). O processo de sedimentação, realizado por decantadores, é o mais difundido entre os produtores aquícolas de acordo com seu baixo custo
38
de implantação e fácil manutenção. Maigual et al., (2013), conseguiram remover 64.45% de SST e 65,51% de turbidez de um cultivo de tilápias (Oreochromis niloticus) utilizando decantadores. Apesar de estes autores terem obtido eficiência de remoção de SST pouco acima da encontrada neste experimento com o uso do flotador por ar dissolvido (máxima eficiência de 60,08%), sua eficiência de remoção de turbidez ficou consideravelmente abaixo da atingida no presente estudo (em média de 80,19 %). Em outro estudo, Ray et al. (2010) atingiram 59% de remoção de sólidos suspensos e 57% de turbidez, utilizando sedimentadores na manutenção da concentração de sólidos em cultivo de Litopenaeus vannamei. Valores estes também menores em relação aos resultados obtidos no presente estudo, citados anteriormente.
Considerando pesquisas realizadas em outras áreas, como no tratamento de água, o processo de flotação por ar dissolvido pode também remover matéria orgânica e partículas com maior eficiência do que o processo de sedimentação, como turbidez, carbono orgânico total, trihalometanos e bactérias (Shan-pei et al., 2007).
Outra vantagem da flotação na remoção de sólidos que se pôde comprovar é o favorecimento de uma condição aeróbia. O flotador por ar dissolvido tem uma característica muito positiva para o cultivo de animais aquáticos, pois realiza a oxigenação da água dentro do processo de redução dos valores de parâmetros físicos e químicos. Isto só é possível pela formação de microbolhas durante o processo de saturação da água e posterior dissociação do ar contido nas mesmas no líquido. Em caso de recirculação do clarificado em sistemas de cultivo intensivos, como é o caso do L. vannamei em biofloco, um dos grandes desafios é manter a concentração de OD ideal para os animais (Páez-Osuna, 2001; Jiang et al., 2005). Os clarificados de todos os tratamentos, T1 a T9, tiveram concentração média igual a 6,96 ± 0,63 mg L-1 de OD, valores estes que se encontram dentro do padrão para o cultivo, maiores do que 5,0 mg L-1, de acordo com Alves e Mello (2007). Essa condição de oxigenação do clarificado não acontece quando se utiliza um sedimentador. O efluente de sedimentadores habitualmente acompanha reduções nas concentrações de OD, dependendo da concentração de sólidos, do tempo de retenção hidráulico e da taxa de aplicação, entre outros fatores, podendo favorecer o incremento de amônia e DBO5 por processos de remineralização (Jones, Dennison e Preston, 2001).
Como dito anteriormente, uma das possibilidades de utilização dos clarificados é sua recirculação para os tanques de cultivo. Suas características possibilitam a manutenção da qualidade de água,
39
mantendo os parâmetros em níveis ótimos de cultivo. Entretanto, o controle da concentração de SST deverá ser feito rigorosamente para mantê-la dentro dos padrões indicados para o cultivo em biofloco (Ray et al., 2010; Schveitzer et al., 2013), considerando a eficiência de remoção máxima de 60% do flotador obtida neste experimento.
As características apresentadas dos clarificados revelam que essa água pode ser explorada de diversas maneiras. Nota-se que cada vez mais se realizam estudos com a reutilização do efluente da carcinicultura na agricultura e na recirculação em cultivos integrados. Mesmo tendo como efluente águas salgadas, Mariscal-Lagarda et al. (2012) reutilizaram com sucesso águas provenientes da carcinicultura na irrigação de cultivos de tomate e Miranda et al. (2008) reutilizaram no cultivo de melão sem que houvessem diferenças significativas no crescimento e na qualidade do fruto. Gengmao, Mehta e Zhaopu (2010) também mostraram a viabilidade da cultura do tupinampo e do girassol no reuso de efluente da aquicultura. Já McIntosh e Fitzsimmons (2003) verificaram que efluentes gerados na carcinicultura, por serem ricos em nutrientes, forneceram entre 20 e 31% da quantidade necessária de compostos nitrogenados nas culturas de trigo. A reutilização de efluentes da carcinicultura em cultivos integrados com ostras e/ou macroalgas também se provou viável, além de contribuir para a remoção de nitrogênio e fósforo (Jones et al., 2001; Marinho-Soriano et al., 2009). Empregando a tecnologia de cultivos integrados os produtores podem diversificar a economia do empreendimento gerando subprodutos com valor comercial e ao mesmo tempo protegendo o meio ambiente.
Ainda sim, para promover o aperfeiçoamento do processo de flotação por ar dissolvido na remoção de SST, se recomenda a realização de outros estudos que possam identificar melhores condições, mesmo até na remoção de partículas dissolvidas, melhorando ainda mais a qualidade de água, diminuindo o acúmulo de matéria orgânica dentro das unidades de cultivo e consequentemente, melhorando a qualidade do efluente gerado na atividade.
40
5. Conclusão
Com os resultados produzidos nesta pesquisa conclui-se que é possível a utilização da flotação por ar dissolvido (FAD) na remoção de SST do cultivo superintensivo de camarões marinhos Litopenaeus vannamei com biofloco.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Programa de Pós-Graduação em Aquicultura da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio financeiro na execução deste trabalho. Nossos mais sinceros agradecimentos a toda equipe do Laboratório de Camarões Marinhos (LCM) e do Laboratório Integrado do Meio Ambiente (LIMA) pelo apoio e contribuições durante todo o desenvolvimento deste trabalho, em especial ao Professor Dr. Flávio Rubens Lapolli por ceder o uso do equipamento Floteste e a Dra. Lucila Adriani Coral.
41
Referências Bibliográficas
APHA, 1998. Standard methods for the examination of water and wastewater, Washington, DC, USA.
Alves, C.S., Mello, G.L., 2007. Manual para o monitoramento hidrobiológico em fazendas de cultivo de camarão, Recife, Pernambuco.
Atwood, H.L., Bruce, J.W., Sixt, L.M., Kegl, R.A., Stokes, A.D., Browdy, C.L., 2004. Intensive Zero-Exchange Shrimp Production Systems - Incorporation of Filtration Technologies to Improve Survival and Growth, 5th International conference recirculating aquaculture. Virginia Tech University, Blacksburg, VA USA. Avnimelech, Y., 1999. Carbon/nitrogen ratio as a control element in
aquaculture systems. Aquaculture 176, 227-235.
Balcázar, J.L., Blas, I.d., Ruiz-Zarzuela, I., Cunningham, D., Vendrell, D., Múzquiz, J.L., 2006. The role of probiotics in aquaculture. Veterinary microbiology 114, 173-186.
Blancheton, J.P., Piedrahita, R., Eding, E.H., d’Orbcastel, D.E.R., Lemarié, G., Bergheim, A., Fivelstad, S., 2007. Intensification of landbased aquaculture production in single pass and reuse systems. Research Signpost.
Boyd, 1990. Water quality for pond aquaculture, Auburn, AL.
Boyd, C.E., Tucker, C.S., 1998. Pond Aquaculture Water Quality Management. Kluwer Academic Publishers, Auburn, Alabama, USA.
Bray, W.A., Lawrence, A.L., Leung-Trujillo, J.R., 1994. The effect of salinity on growth and survival of Penaeus vannamei, with observations on the interaction of IHHN virus and salinity. Aquaculture 122, 133-146.
42
Cecchet, J., Gomes, B.M., Costanzi, R.N., Gomes, S.D., 2010. Tratamento de efluente de refinaria de óleo de soja por sistema de flotação por ar dissolvido. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 14, 81-86.
Centurione Filho, P.L., Di Bernardo, L., 2003. Procedimento para execução de ensaios de flotação/filtração em equipamento de bancada. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental 8, 39-44. Crab, R., Defoirdt, T., Bossier, P., Verstraete, W., 2012. Biofloc
technology in aquaculture: Beneficial effects and future challenges. Aquaculture 356-357, 351-356.
De Schryver, P., Crab, R., Defoirdt, T., Boon, N., Verstraete, W., 2008. The basics of bio-flocs technology: The added value for aquaculture. Aquaculture 277, 125-137.
Decamp, O., Conquest, L., Foster, I., Tacon, A.G.J., 2002. The nutrition and feeding of marine shrimp within zero water exchange aquaculture production systems: role of eukaryotic microorganisms, The World Aquaculture Society. Microbial Approaches to Aquatic Nutrition Within Environmentally Sound Aquaculture Production Systems, Baton Rouge, Louisiana, USA, pp. 79-86.
Di Bernardo, L., 1993. Métodos e técnicas de tratamento de água. ABES, Rio de Janeiro.
Di Bernardo, L., Bernardo, A.D., Filho, P.L.C., 2002. Ensaios de tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. RiMa, São Carlos.
Funge-Smith, S., Phillips, M.J., 2000. Aquaculture Systems and Species, in: Subasinghe, R.P., Bueno, P., Phillips, M.J., Hough, C., McGladdery, S.E., Arthur, J.R. (Eds.), Aquaculture in the Third Millennium. Technical Proceedings of the Conference on Aquaculture in the Third Millennium. FAO Regional Office for
43
Asia and the Pacific Pacific Network of Aquaculture Centres in Asia-Pacific (NACA), Bangkok, Thailand, pp. 129-135.
Gengmao, Z., Mehta, S.K., Zhaopu, L., 2010. Use of saline aquaculture wastewater to irrigate salt-tolerant Jerusalem artichoke and sunflower in semiarid coastal zones of China. Agricultural Water Management 97, 1987-1993.
Ives, K.J., 1984. The scientific basis of flotation, in: NATO.ASI (Ed.), NATO Advanced Study Institute. Martinus Nijhoff Publishers, Cambridge, UK.
Jackson, C.J., Preston, N., Burford, M.A., Thompson, P.J., 2003. Managing the development of sustainable shrimp farming in Australia: the role of sedimentation ponds in treatment of farm discharge water. Aquaculture 226, 23-34.
Jiang, L., Pan, L., Fang-bo, 2005. Effect of dissolved oxygen on imune parameters of white shrimp Litopenaeus vannamei. Fish & Shellfish Immunology 18, 185-188.
Jokela, P., Ihalainen, E., Heinanen, J., Viitasaari, M., 2001. Dissolved air flotation treatment of concentrated fish farming wastewaters. Water Science and Technology 23, 8.
Jones, A.B., Dennison, W.C., Preston, N.P., 2001. Integrated treatment of shrimp effluent by sedimentation, oyster filtration and macroalgal absorption: a laboratory scale study. Aquaculture 193, 155-178.
Jordão, E.P., Pessôa, C.A., 2005. Tratamento de esgotos domésticos. ABES, Rio de Janeiro.
Lin, Y.F., Jing, S.R., Lee, D.Y., Chang, Y.F., Chen, Y.M., Shih, K.C., 2005. Performance of a constructed wetland treating intensive shrimp aquaculture wastewater under high hydraulic loading rate. Environmental pollution 134, 411-421.
44
Maigual, E.Y., Sánches, O.I., Matsumoto, T., 2013. Desempeño de tanques decantadores de sólidos en un sistema de recirculacion para produccion de tilapia. Revista MVZ Córdoba 18(2), 9.
Marinho-Soriano, E., Panucci, R.A., Carneiro, M.A., Pereira, D.C., 2009. Evaluation of Gracilaria caudata J. Agardh for bioremediation of nutrients from shrimp farming wastewater. Bioresource technology 100, 6192-6198.
Mariscal-Lagarda, M.M., Páez-Osuna, F., Esquer-Méndez, J.L., Guerrero-Monroy, I., del Vivar, A.R., Félix-Gastelum, R., 2012. Integrated culture of white shrimp (Litopenaeus vannamei) and tomato (Lycopersicon esculentum Mill) with low salinity groundwater: Management and production. Aquaculture 366-367, 76-84.
McIntosh, D., Fitzsimmons, K., 2003. Characterization of effluent from an inland, low-salinity shrimp farm: what contribution could this water make if used for irrigation. Aquacultural Engineering 27, 147-156.
Metcalf, Eddy, 2003. Wastewater engineering: treatment and reuse. McGraw-Hill Companies, New York.
Miranda, F.R., Lima, R.N., Crisóstomo, L.A., Santana, M.G.S., 2008. Reuse of inland low-salinity shrimp farm effluent for melon irrigation. Aquacultural Engineering 39, 1-5.
Moruzzi, R.B., Reali, M.A.P., 2007. Método para determinação de distribuição de tamanho de microbolhas (DTMB) em sistemas de flotação (FAD) para tratamento de águas. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental 12, 273-283.
Nunes, A.J.P., Gesteira, T.C.V., Oiveira, G.G., Lima, R.C., Miranda, P.T.C., Madrid, R.M., 2005. Princípios para Boas Práticas de Manejo na Engorda de Camarão Marinho no Estado do Ceará. Instituto de Ciências do Mar (Labomar/UFC). Programa de
45
Zoneamento Ecológico Econômico (ZEE) do Estado do Ceará, Fortaleza, Ceará.
Paéz-Osuna, F., 2001. The environmental impact of shrimp aquaculture: causes, effects and mitigating alternatives. Environ Manage 28, 131-140.
Pavanelli, D., Bigi, A., 2005. A New Indirect Method to estimate Suspended Sediment Concentration in a River Monitoring Programme. Biosystems Engineering 92, 513-520.
Piedrahita, R.H., 2003. Reducing the potential environmental impact of tank aquaculture effluents through intensification and recirculation. Aquaculture 226, 35-44.
Ray, A.J., Lewis, B.L., Browdy, C.L., Leffler, J.W., 2010. Suspended solids removal to improve shrimp (Litopenaeus vannamei) production and an evaluation of a plant-based feed in minimal-exchange, superintensive culture systems. Aquaculture 299, 89-98. Schoenhals, M., Sena, R.F., José, H.J., 2006. Avaliação da eficiência do
processo de coagulação/flotação aplicado como tratamento primário de efluentes de abatedouro de frangos. Engenharia Ambiental 3, 5-24.
Schveitzer, R., Arantes, R., Costódio, P.F.S., do Espírito Santo, C.M., Arana, L.V., Seiffert, W.Q., Andreatta, E.R., 2013. Effect of different biofloc levels on microbial activity, water quality and performance of Litopenaeus vannamei in a tank system operated with no water exchange. Aquacultural Engineering 56, 59-70. Shan-pei, L., Qi-shan, W., Wen-jie, H., Hong-da, H., Xue-hong, F.,
Tian-jia, G., 2007. Comparison of dissolved air flotation and sedimentation in treatment of typical north china source water. The Chinese Journal of Process Engineering 7, 5.
Shi, Y., Zhang, G., Liu, J., Zhu, Y., Xu, J., 2011. Performance of a constructed wetland in treating brackish wastewater from
46
commercial recirculating and super-intensive shrimp growout systems. Bioresource technology 102, 9416-9424.
SLA – Sociedad Latinoamericana de Acuacultura, 2009. Parámetros químicos usados en acuacultura. Revisado por: Jorge Chávez. van Rijn, J., 2013. Waste treatment in recirculating aquaculture systems.
Aquacultural Engineering 53, 49-56.
vanWyk, P., 2006. Production of Litopenaeus vannamei in recirculating aquaculture systems: Management and design considerations, 6th International conference Recirculating Aquaculture, pp. 38-47. Weirich, C.R., Segars, A., Bruce, J., Browdy, C.L., 2003. Development
and implementation of biosecurity protocols and procedures at the Waddell Mariculture Center, in: Lee, C.S. (Ed.), World
47
Considerações finais
Depois de observado nos resultados deste trabalho o potencial do flotador por ar dissolvido na remoção de SST, turbidez e DBO, é aconselhável a realização de testes em recirculação, utilizando também água salgada do clarificado na câmara de pressurização para a saturação de ar, evitando possíveis diluições, e comparando os resultados com este experimento.
Recomenda-se também a realização de testes em bancada utilizando produtos coagulantes e floculantes, a fim de avaliar o desempenho do flotador por ar dissolvido na remoção de material orgânico dissolvido e de nutrientes. Contudo, também é importante verificar a concentração de produto residual, tanto no clarificado, quanto no lodo, pois estes podem se acumular nas unidades de cultivo causando toxicidade aos animais.
Posteriormente, com maiores informações sobre o funcionamento do flotador na manutenção da água de cultivo no sistema de biofloco e suas diretrizes de projeto, será possível a comprovação dos resultados desta pesquisa, aplicando as mesmas condições escala piloto e real para ajustes e validação dos resultados.
48
Referências Bibliográficas da Introdução
ANDREATTA, E. R.; BELTRAME, E. Cultivo de camarões marinhos. In: POLI, C. R. (Ed.). Aquicultura Experiências Brasileiras. Florianópolis: Multitarefa, 2004. cap. VIII, p.199-220.
ANH, P. T. et al. Water pollution by intensive brackish shrimp farming in south-east Vietnam: Causes and options for control. Agricultural Water Management, v. 97, n. 6, p. 872-882, 2010. ISSN 03783774. ATWOOD, H. L. et al. Intensive Zero-Exchange Shrimp Production Systems - Incorporation of Filtration Technologies to Improve Survival and Growth. 5th International conference recirculating aquaculture, 2004, Blacksburg, VA USA. Virginia Tech University.
AVNIMELECH, Y. Carbon/nitrogen ratio as a control element in aquaculture systems. Aquaculture, v. 176, n. 3–4, p. 227-235, 6/15/ 1999. ISSN 0044-8486.
AVNIMELECH, Y. Intensive shrimp and fish ponds: Where we are and where we are heding. The 5th International Conference on Recirculating Aquaculture, 2004, Virginia. Virginia Tech University. p.192-199. AVNIMELECH, Y. Feeding with microbial flocs by tilapia in minimal discharge bio-flocs technology ponds. Aquaculture, v. 264, n. 1–4, p. 140-147, 2007. ISSN 0044-8486.
BALCÁZAR, J. L. et al. The role of probiotics in aquaculture. Vet Microbiol, v. 114, n. 3–4, p. 173-186, 2006. ISSN 0378-1135.
BARRUT, B. et al. Separation efficiency of a vacuum gas lift for microalgae harvesting. Bioresour Technol, v. 128, n. 0, p. 235-240, 2013. ISSN 0960-8524.
BIAO, X.; ZHUHONG, D.; XIAORONG, W. Impact of the intensive shrimp farming on the water quality of the adjacent coastal creeks from Eastern China. Mar Pollut Bull, v. 48, n. 5–6, p. 543-553, 2004. ISSN 0025-326X.
BOOPATHY, R. et al. Biological treatment of low-salinity shrimp aquaculture wastewater using sequencing batch reactor. International
49
Biodeterioration & Biodegradation, v. 59, n. 1, p. 16-19, 2007. ISSN 09648305.
BOYD, C. E. Shrimp pond bottom soil and sediment management. In: WYBAN, J., World Aquaculture Society, 1992, Baton Rouge. Proceedings of the special session on shrimp farming. p.166-181.
BRATBY, J. R. Aplicação de flotação por ar dissolvido no tratamento de água e esgoto. 12° Congresso Brasileiro de engenharia Sanitária e Ambiental, 1983, Camboriú.
BRATVOLD, D.; BROWDY, C. L. Simple electrometric methods for estimating microbial activity in aquaculture ponds. Aquacultural Engineering, v. 19, n. 1, p. 29-39, 1998. ISSN 0144-8609. BROWDY, C. L. et al. Perspectives on the application of closed shrimp culture systems. In: THE NEW WAVE, AQUACULTURE 2001, The World Aquaculture Society, 2001, Baton Rouge, USA. C L Browdy, D E Jory. p.20-34.
CHEN, Y. M.; LIU, J. C.; JU, Y.-H. Flotation removal of algae from water. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, v. 12, n. 1, p. 49-55, 1998. ISSN 0927-7765.
CHENG, Y.-L. et al. Harvesting of Scenedesmus obliquus FSP-3 using dispersed ozone flotation. Bioresour Technol, v. 102, n. 1, p. 82-87, 2011. ISSN 0960-8524.
CHRISTENSON, L.; SIMS, R. Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts. Biotechnology Advances, v. 29, n. 6, p. 686-702, 2011. ISSN 0734-9750. COLT, J. E.; ARMSTRONG, D. A. Nitrogen toxicity to fish, crustaceans and molluscs. Bio-Engineering Symposium for Fish Culture. American Fisheries Society. Traverse City, Michigan: Department of Civil Engineering, University of California: 30 p. 1979. CORAL, L. A. Remoção de cianobactérias e cianotoxinas em águas de abastecimento pela associação de flotação por ar dissolvido e nanofiltração. 2009. 199 (Dissertação de mestrado). Departamento de
