Instalações de recirculação para produção de espécies marinhas ornamentais

Piscicultura Estuarina e Marinha
Universidade Federal do Rio Grande

Instalações e sistemas de recirculação na produção de espécies
ornamentais marinhas

Marcelo Shei, Dr.

marceloshei@gmail.com

sábado, 9 de junho de 2012

Conteúdo

Introdução

Sistemas de recirculação
Estruturas de captação de água

Preparação e distribuição de água

Instalações para produção de organismos - alimento

Tratamento e reúso de água

Visita laboratório GIA

2


Estação Marinha de Aquicultura - EMA - FURG



Introdução


Mercado
de
POM
teve
início
na
década
de
1930
no
Sri
Lanka.

Grande
aumento
a
par>r
da
década
de
1980
-‐
Desenvolvimento
tecnológico

(Delbek, 2001; Lem, 2001) Fotos:
Ree)uliders
/
Steve Weast

Comércio mundial de organismos marinhos

From Ocean to Aquarium

The global trade in marine
ornamental species
Colette Wabnitz, Michelle Taylor,
Edmund Green and Tries Razak

Fotos:
Marcelo
Shei

Década
de
2000
mercado
que
movimentava
US$1
bilhão
/
ano.

70
%
-‐
Equipamentos
e
insumos
30
%
-‐
Animais.
10
%
-‐
Espécies
marinhas

Empregando
milhares
de
pessoas
ao
redor
do
mundo.

(Delbek, 2001; Lem, 2001)

Fotos:
From
Ocean
To
Aquarium
/
Paciﬁc
Aqua
Farms
/
Nuno
Simões

Comércio mundial de organismos marinhos

20
-‐
24
milhões
de
peixes
de
1.470
espécies

1,5
-‐
2
milhões
de
aquários
marinhos
em
todo
o
mundo

Wabinitz
et
al.,
2003 12


Invertebrados

Mais de 500 espécies de invertebrados marinhos (sem os corais)
9 a 10 milhões de animais, sendo a maioria moluscos, anêmonas
e camarões.

15% são representados

Lysmata Heteractis Stenopus

Corais

Mais de 2.000 espécies de corais são acompanhados pelo CITES (Convention
on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora)

Os principais paises exportadores são as Filipinas e a Indonésia

Fotos Marcelo Shei
Green & Shirley, 1999

A>vidade
complexa
que
envolve

coleta
e
transporte

em
45
países
(Wood,
2001)


Aquicultura de espécies ornamentais marinhas:

Sustenta o aumento do mercado
Diminui o impacto sobre os recifes de corais
Permite a reposição dos estoques naturais


Aquicultura

Os sistemas tradicionais de produção exigem grandes quantidades de água limpa...

Losordo & Timmons (2000)

Aquicultura


Assumindo que um viveiro tenha uma profundidade de 80 cm


Aquicultura



São necessários 8 milhões de L / hectare


Aquicultura




+ evaporação, perda para o solo e trocas parciais


Aquicultura




+ evaporação, perda para o solo e trocas parciais

Espécie Sistema País Ton/ ha / ano m3 / kg
Tilápia Viveiros Taiwan 174 21
Bagre do canal Viveiros EUA 3 64,7
Truta arco-íris Raceway EUA 150 210
Camarões peneídeos Viveiros Taiwan 4.2 - 11 11 - 21,34


Aquicultura tradicional

Competição com outras
recursos hídricos Impossível em áreas urbanas
culturas


Recirculação
Aquicultura em recirculação refere-se ao método de produzir organismos aquáticos em altas densidades
sob condições controladas.

Esse método de produção minimiza a necessidade de água e espaço, expandindo as oportunidades para
produzir pescados em regiões que originalmente não seriam adequadas para produção de pescados

Densidades > 30 kg / m3
Blue Ridge Aquaculture

Sistemas
de
recirculação

Produção de peixes marinhos a 500 km da costa


Sistemas
de
recirculação

Georgia Aquarium
30 milhões de litros a 400 km da costa

Produção comercial de espécies tropicais em estruturas compactas
25


Criação de corais em região continental

Sistemas
de
recirculação

Melhora na manutenção da qualidade de água

Diminuição da necessidade de trocas de água

Manter espécies mais exigentes em laboratório

8


Sistemas
de
recirculação

Tendo como meta cumprir as necessidades de qualidade de água tona-se necessário o
tratamento da água quanto:

Remoção de sólidos
Controle de nitrogenados
Equilíbrio dos parâmetros bióticos e abióticos

Marcelo Shei

Isso pode ser alcançado através do “sistema de suporte a vida”

Conjunto que inclui:

Controle térmico
Remoção de Sólidos Suspensos
Skimmers
Filtração biológica
Inserção de O2
Esterelização

Marcelo Okamoto

Virginia Cobia Farms

Reprodutores de linguado Larvas e juvenis


Filtração Mecânica


Filtração Mecânica

A remoção dos sólidos suspensos é o objetivo primário em todo sistema
de recirculação

Inﬂuência direta:
Quantidade de biofouling
Consumo de O2
Desenvolvimento de patógenos
Irritação / lesões nas brânquias


Todos dejetos são provenientes da alimentação*

80 % do alimento consumido será eventualmente excretado na forma
líquida, sólida ou gasosa.

(Hopkins & Manci, 1989)

1 kg de ração

Hipoteticamente....

Consumo de 400 g de O2

50 % sedimentáveis
300 g de sólidos
25 % suspensão

30 g de TAN


Grande parte em SST

Altamente dependente das especiﬁcações
do alimento e alimentação
Salmonídeos - 25 - 30 %

Cat ﬁsh - 18 - 43 %

Wimberly, 1990, Iwana, 1991

Composição
Fezes + Ração + Flocos Bacterianos

Bloom
de
algas
/
bactérias

Matéria
par4culada

Detritos
orgânicos/
inorgânicos

Formação
de
par<culas,
agregados
e
detritos


Características

Maioria de partículas <100 μm

Problemas <30 μm

Fácil entupimento / comatação dos ﬁltros
Irritação das brânquias de peixes

Aumento
da
turbidez
da
água

Aqualider

Filtros sedimentadores

Sedimentação centrífuga
operado por bombeamento de água

Quanto maior a diferença de densidade
entre o sólido e o líquido, maior a
eﬁciência


Filtros sedimentadores

Necessidade de forte bombeamento

Melhores resultados com partículas > 70 μm

Aquatic Eco

Filtros de mídia granulares

FIltros de areia são os mais populares

Capacidade de ﬁltração ligada com a granulometria
do substrato

Remoção de partículas de até 40 μm em única
passagem


Necessidade de retrolavagem

Em água marinha e em condições anaeróbicas,
pode ocorrer “cimentação” de partículas


Bead Filters

Saída
Mídia plástica porosa de 2 - 4
mm
Necessidade de retrolavagem

Filtração mecânica - 80 micrometros

Entrada

Marcelo Shei

Filtros de mídias porosas

Filtro de saco

Capsula hermeticamente fechada

Variadas micragens,

Facilmente lavável

Marcelo Shei

Skimmers

Marcelo Shei

Skimmers
Remoção
de
sólidos
suspensos
e
orgânicos
dissolvidos
(proteínas)

•Atenção
especial
para
sólidos
de
5
–
10
μm

•Di^cil
ﬁltração
^sica
de
par_culas
desse
tamanho

•Irritação
nas
brânquias
de
peixes
–
mortalidade
em
salmões

RK2

Grande
troca
gasosa
e
oxigenaçao

ReefCentral

Remove
DOC
da
solução

Adsorção
na
superCcie
de
bolhas
de
ar
em
uma
coluna
de
contato

Bolha
de
ar

Lado
polar
(hidroClico)

Molécula
surfactante

Lado
não
polar
(hidrofóbico)


Formação
de
película
na
bolha

Bolha
de
ar
Aglomeração
na
parte
superior

Saída
para
o
copo
coletor

Marcelo Shei

Coluna
com
bolhas
de
ar
em
contato
com
a

água


Eﬁciência
Tempo de contato das bolhas com a água

Volume do cilindro / fluxo de água

Altura da coluna de espuma

Fotos: Marcelo Shei

Eﬁciência

Menor
tamanho
de
bolhas

Maior
tempo
de
contato
das
bolhas
/
água

Menor
consumo
de
energia
das
bombas

Não
liberar
bolhas
na
saída


R

Tabela de Seleção

Modelo / Vazão c/120 Vazão c/ 90 Altura Dimensões
diâmetro segundos de segundos de (mm) Motor de Base
(mm) contato contato (mm)

300 3.180 L/h 4.240 L/h 2.000 ! cv 600 x 500

600 16.950 L/h 22.600 L/h 2.500 1/3 cv 900 x 800

900 38.000 L/h 50.800 L/h 3000 " cv 1200 x 100

1200 55.000 L/h 63.000 L/h 3500 1 cv 1400 x 1400

brica


Filtração Biológica


Filtros nitriﬁcantes são usados comumente para remover NH4 e converte-la inicialmente
para NO2 e posteriormente para NO3

Composto pela colonização de bactérias heterotróﬁcas que utilizam a energia
liberada na conversão do NH4 para o NO3 como forma de condução seu ciclo
de vida

Water Pollution Control Federation - EUA

Compostos por substratos artiﬁciais que serão colonizados por bactérias


Os ﬁltros mais utilizados....


Dry Wet

Passagem
rápida
de
água
Água

A mídia ﬁca exposta
ao ar

O ar contém 210.000 ppm de oxigênio
A água em super saturação contém 15 ppm


Não há necessidade de retrolavagem


Filtros fluidizados

Utilizam areia ou outro substrato de grande superfície
específica

O fluxo da água mantém o substrato em suspensão e com
grande disponibilidade de O2


Grande área específica

Alteração no fluxo de água pode: perder eficiência ou
transbordar o substrato

Pouca necessidade de manutenção

Custom Aquatic


Filtro
de
Areia
ﬂuidizada

FA


Superfície necessária para remoção de NH4 e NO2

1 m 2 = 0,3 g TAN / dia

Cada bio ball = 32 mm diâmetro
Área especíﬁca de superfície = 300 m 2 / m3
1 kg de ração = 30 g TAN

AE = Tan produzida
Tan removida / m2 dia

30
=100 m 2= 0,333 m 3
0,3 / m 2 dia


Sistema
condicionado
clássico
NO3
Filtro
biológico
em
equilíbrio
com
a
NH4-‐

N
inorgânico
energia
adicionada
ro>neiramente

Nitrificação
melhor
parâmetro
para

determinação
de
quando
o
sistema
esta
NO2

condicionado
e
pronto
para
começar
a

receber
animais

Amônia
demora
cerca
de
2
semanas
para

reduzir,
usando
um
filtro
funcional
e
água
Tempo

quente
(>15
°C)

Estabilização
do
sistema

O
nitrato
pode
entrar
em
declínio
com
o
uso

próximo
dos
3
meses
de

de
filtros
denitrificadores
ciclagem

Dissimilação
/
denitriﬁcação

Bactérias
anaeróbicas
verdadeiras
ou
faculta>vas

Redução
do
NO3-‐
para

NH3,
NO2
e
N2

Denitriﬁcação
reduz
nitrogênio
inorgânico
para
N2
completamente

Ex:
Pseudomonas

72

Filtro
mecânico retenção

Biológico
Fluxômetro
Filtro
X
Nitrato
X
retenção


Remoção
de
NO3
em
aquário
marinho
Redução
de
150
ppm
-‐
15
ppm
em
três
meses

75

Esterilização


Ultra-violeta

Radiação
UV-‐C
=
253.7
nm
Efeito
Letal
em
tecidos
vivos.

Fig. 2

Passagem de água, expondo os organismos suspensos a radiação UV-C


8

DNA antes de ser submetido à
ação da luz ultravioleta de
comprimento de onda C, Fig. 4.
À direita, observamos a ocorrência
do dano fotoquímico no DNA

Fig. 3

Instalação check valve

By pass true union
ball valve

ball valve

Último estágio de filtração
true union ball valve

Sempre com um fluxo conhecido Note: Before gluing pipe or a reducer bushing into the UV's union or socket,
remove the quartz sleeve assembly to prevent glue from dripping onto the
quartz sleeve. Use Teflon tape on all threaded connections.
(fluxômetro)
25

Dosagem de tempo de funcionamento

Troca periódica da lâmpada


MANUAL DE INSTALACION, OPERACIÓN Y MANTENCION
UNIDAD DE FILTRACION Y DESINFECCIÓN F6 (N)
1. Descripción de la unidad (Esquema)
VERSION 1.0-2011
16

1. Manómetro. 11. Splash boot 20. Interruptor
2. Porta manómetro 12. Conector de cuatro Pines 21. Dos tee de pvc
3. Tapa AF 94 N con orificio 13. Lámpara germicida 22. Válvula de alimentación
4. O´ring 14. Contra tapa UV 23. Válvula de descarga
5. Tapón catridge 15. Sello de goma (gasket) 24. Válvula de by-pass
6. Filtro catridge 16. Tapa UV 25. Dos codos
7. Goma asiento 17.Tubo de cuarzo 26. Tres uniones americanas
8. Stand pipe 18. Carcasa UV-40 28. Porta fusible
9. Carcasa AF-94 N 19. Caja eléctrica de alimentación

_______________________________________________________________________________________________________________
SISTEMAS DE PURIFICACION BIO LIGHT S.A.
www.biolight .cl

Dose de UV para inativação em única passagem
(μWs/cm2/s)
Dosagem UV Microorganismo

Aspergillus niger 330.000

Coeficiente de pureza (Escobal, 1996) Bacillus subtilis (esporos) 22.000

Chlorella vugaris 22.000

Clostridium tetani 22.000
H = 9,2 x (V/F) Dysentery bacilli 4.200

Fungos 45.000
H = tempo (h) Tanque com 800 L Icthyophthirius sp. (tomito) 336.000

9,2 = Coeficiente para 99,99 % Fluxo de 650 L/h Mycobacterium tuberculosis 10.000

V = Volume tanque
F = Fluxo
coeficiente: 11,32 h Ovos de nemátodos

Paramecio (protozoário)
92.000

200.000

Salmonella sp. 10.000

Staphylococcus aureaus 6.600

Streptococcus lactis 8.800

Dose alvo 30.000 μW-cm 2/s
Trichodina nigra 159.000

Trichodina sp. 35.000

Potência UV E. coli (coliformes) 6.600

Herpes da carpa 4.000

IHNV - vírus da infecção hipodermal e
30.000
necrose hematopoiética


Ozônio

–Oxidante
mais
potente
–Gás
Instável
–Odor
caracterís>co
–Produção:
O2
+
Descarga
Elétrica
Controle
indireto
pelo
ORP

–Poderoso
Oxidante
–Extremamente
Tóxico
–Finalidade
–
Grandes
vantagens
x
Risco
de
u>lização


Descarga corona


Aplicação


Inserção de O2 na água


Inserção de O2 na água

O oxigênio dissolvido é a primeira variável limitante em um sistema de
produção

Sistemas de recirculação - Baixos níveis de fotossíntese e pouca troca de
água

A incorporação de altas [ ]`s de O2, possibilitam o aumento de densidade
de peixes, diminuindo o tamanho dos tanques e a circulação de água


Injetores tipo Venturi

Grande volume de gás injetado
Necessidade de forte bombeamento
Fácil supersaturação

Marcelo Shei

Lavadores de gases


Cones de Oxigênio

Entrada de água à 1.8 m/s

Bolhas 0,3 m/s

Pressurização > dissolução do gás

Saída de água 0,15 m/s

AquaSonic

Necessidade de grande ﬂuxo
Muito eﬁcaz para altas densidades Blue Ridge

Controle
térmico


Temperatura

Temperatura Taxa
metabólica
Consumo
de
O2
Crescimento
Consumo
de
alimentos

95

Temperatura

A
temperatura
e
a
taxa
metabólica

Temperatura
Letal
superior

Intervalo
apropriado

Letal
inferior

A=vidade
metabólica
96

Temperatura
Consumo
de
copépodes
/
animal

Sheng
et
al
(2006)
Eﬀects
of
food,
temperature
and
light
intensity
on
the
feeding

behavior
of
three-‐spot
juvenile
seahorses,
Hippocampus
trimaculatus
Leach.

Aquaculture 97

Temperatura

Peso inicial: 50 mg Período de 30 dias

TABELA 1. Comprimento, peso e taxa de crescimento específico diário de
juvenis de A. ocellaris criados em diferentes temperaturas.

Comprimento Peso Crescimento
(cm) (mg) específico diário

25°C 1,93 120 2,92
29°C 2,24 200 4,62
33°C 2,12 170 4,08

Lins,
et
al.,
2009 98

Controle
térmico

Aquecimento Resistências
blindadas

99

MT-8 5 60,000 230/3 20.5 30/60 52 x 34 x 62 470 lbs 7,891
MT-9 71/2 90,000 230/3 31.0 60/120 54 x 37 x 69 830 lbs 11,378
MT-10 10 120,000 230/3 40.1 60/120 54 x 37 x 69 900 lbs 13,212
Bombas
de
calor *Larger sizes and additional voltage options available.
BOMBAS DE CALOR

Heat Pumps Bombas de calor elétricas são a forma mais
eficiente para o condicionamento térmico da
Forma
mais
eficiente
para
heat and cool!
They água.

condicionamento
térmico
If da
need to heat and cool your water in the same
you As Bombas de Calor Plaspiral foram projetadas
para operar continuamente com água doce ou
season, get a heat pump to do it—automatically!
água Just set the electronic dial to the desired temperature
marinha pois possuem condensador em material
termoplástico e Titânio.
and these heat pumps will heat or cool to within
UV

±1ºF of the setpoint. LED indicators show which Todos os aparelhos possuem função de
resfriamento e aquecimento simultâneo com
mode is in operation. termostato digital de precisão decimal integrado.

Possibilidade
de
aquecimento

Like all Aqua Logic chillers, these are suitable for both
®
* Degelo de alta eficiência através de ciclo
e
resfriamento
simultâneos and salt water. They feature titanium helix coils
fresh reverso.

and powder-coated shrouds. 2" PVC slip, in and * Auto diagnóstico através de lâmpadas de
indicação de estado.
out fittings on 2–10 hp; 3" PVC slip on larger units. * Pintura eletrostática.
230V models listed; 460V also available. We offer these * Máquinas trifásicas com proteção de falta e

heat pumps with water temperature operating ranges inversão de fase e subtensão.
Plaspiral Plásticos 2010
between 45 and 85ºF (7 to 24ºC); you must specify HP5
Fácil instalação e operação
Bomba de calor T 120.
desired temperature operating range when ordering. 100
sábado, 9 de junho de 2012 Units will not work efficiently when air temperature Garantia integral de 1 ano.

Dimensionamento
bombas
de
calor

Volume 120.000 L
4 º C para aquecer / dia.

Equação:

Volume x diferença térmica / dia = kcal necessária / dia.

120.000 x 4 = 480.000 kcal

Modelo T120 = 29.000 kcal / h

480.000 / 29.000 = 16 h de funcionamento / dia

Duas máquinas = 8 h / dia

101

Tabela de Seleção

MODELO T 45 T80 T 120 T 145

45.000 Btus 80.000 Btus 120.000 Btus 145.000 Btus
Potência
9.000 Kcal/h 20.000 Kcal/h 29.000 Kcal/h 35.000 Kcal/h

Consumo 2,4 Kw/h 3,8 Kw/h 5,2 Kw/h 6,2 Kw/h
220 bifásico 220 bifásico 220 trifásico
Tensão 220 bifásico 220 trifásico 220 trifásico
380 trifásico
380 trifásico 380 trifásico
Peso 50 Kg 95 Kg 125 Kg 140 Kg

Dimensões (mm)
Comp. (C) 655 575 765 765
Largura (L) 470 575 765 765
Altura (H) 600 900 950 950

102

Resfriamento

Chiller

Precisão
decimal

Serpen=na
em
=tânio

103

Controle
da
temperatura

Outros
métodos

Aumentar
o
volume
do
sistema

Soma
de
2.500
litros
em
um

aquário
de
6.000
l

104

Serpen>na
subterrânea

Perda
de
calor


Sistema montado


Caixa
de
circulação
-‐
SUMP

Evita
o
manejo
no
tanque
e
estresse
dos
animais

Marcelo Shei

Marcelo Shei

Blue Ridge

Blue Ridge

Aplicação.....


Maturação

Menor estresse de manejo

Estabilidade dos parâmetros de qualidade de água

Possibilidade de inverter estações do ano

Reprodução ao longo de todo o ano

114


Maturação

Sistema padrão para reprodutores de
peixes ornamentais marinhos

1 Filtração mecânica inicial
2 Skimmer
3 UV - esterelização 4
4 Filtro biológico 2 3
1

Wittenrich, 2007

Palhaços
e
gobies
-‐
FURG


Desovantes
pelágicos


Coletor
de
ovos

118

Aplicação em incubação de ovos

Esterelização da água Parasitas

Bio segurança

Speciﬁc pathogen free

Marcelo Shei


Aplicação durante a larvicultura

Larvas livres de patógenos especíﬁcos

Remoção de alimento-vivo “velho”

Marcelo Shei

Fotos Ricardo Calado

Sistemas de engorda

Tanques de 50 - 300 L

Fotos: Orafarm / VT Marcelo Shei

127


128


129


Sistemas de captação de água


Praias
com
ampla
variação

FURG
-‐
RS

Laboratório


132

133

Praias
mais
abrigadas
e
com
pouca

variação
entre
marés

IO
-‐
USP
-‐
São
SebasZão
Lab
Estaleirinho
-‐
SC

Laboratório


135

Tratamento de água


Águra bruta Recircula Laboratório

Cloro
UV Reservatório

Ozônio
FA BAG


Virginia Tech - EUA

Marcelo Okamoto

Condicionamento térmico

Oxigenação


Caixa de mistura / salinização


Cisternas
para
preparação
de
água
salgada
Um
sistema
enche
com
água
doce
tratada
e
o
outro
reserva
água
salgada,
operando
de
forma
alternada.
A
bomba
de
recirculação
pode
enviar
água
para
qualquer
lugar
do
prédio.

Chegada
de
água
doce
Chegada
de
água
doce

tratada tratada

Saída
de
água
para
o

sistema
X X
X X
X X
Reservatório Reservatório

Caixa
de
mistura
X X X X
Bomba
recirculante Bomba
recirculante


Produção de organismos - alimento


Produção de Microalgas:

Produtor primário: Organismos ricos em vitaminas e ácidos graxos, de fácil obtenção e alta
produtividade
Necessidade de cuidados constantes


146

Cul>vo
de
ro_feros

Pasta de microalgas
Elimina a necessidade do cultivo de fitoplâncton
Maior segurança na produção de rotíferos

Demanda
de
grande
quan4dade
de
ﬁtoplâncton
Cul4vo
de
diferentes
volumes
Necessidade
de
cuidados
constantes

Cul>vo
de
ro_feros

Cultivo estático com microalgas vivas - 100
organismos / mL

Cultivo estático com pasta de microalgas -
400 organismos / mL

Sistema de recirculação com pasta de
microalgas e O2 - 1300 organismos /
mL


Tratamento
e
reúso
de
água


Tratamento
e
reúso
de
água

Reservatório
de
Tanques

água
nova receptores

Reservatório
Reservatório

Sujo limpo
FA FD SK
O
3

Reservatório
de
diluição
-‐
esgoto


Ferramentas
para
desenho


154

155

Referências


Agradecimentos


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