Aula - SRA

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Prof. Leopoldo Barreto
Sistema de Recirculação de água 
(SRA)
Recirculating Aquaculture System (RAS)
ENGENHARIA PARA AQUICULTURA
Sistema de Recirculação de água 
✤ Definido como um sistema que incorpora o tratamento e reuso da 
água com perda menor que 10% do volume total diariamente; 
✤ O SRA deve suporta grande biomassa e grande arraçoamento para 
alcançar produtividade; 
✤ Composto basicamente por tanques de cultivo, filtragem mecânica e 
biológica, bombas, tanques de decantação e diversos equipamentos 
que incrementem a qualidade da água; 
✤ O SRA é uma tendência mundial no conceito de aquicultura 
sustentável, apensar dos sistemas heterotróficos já serem a nova 
tendência.
Sistema de Recirculação de água 
✤ O SRA continua relativamente subdesenvolvido no Brasil 
✤ Quais possíveis motivos? 
✤ Disponibilidade de água, espaço 
✤ Custo de produção 
✤ Baixa tecnologia 
✤ No Brasil, principalmente NE, já há um consumo natural por 
evaporação e infiltração
Sistema de Recirculação de água 
✤ Comparação de três tipos de sistema de produção (Hopkins e 
Manci, 1992) 
✤ Raceway: consome até 76m3/kg de peixe produzido 
✤ Viveiros: enchimento e reposição - até 38m3/kg de peixe 
✤ SRA: até 0,3m3/kg de peixe produzido
Sistema de Recirculação de água 
✤ A temperatura da água, os níveis de oxigênio dissolvido, a amônia e 
o nitrito são controlados pela combinação de troca de água, aeração 
e biofiltração 
✤ É possível conceber sistemas desse tipo com efluente zero. Portanto, 
trata-se de um sistema mais seguro e economicamente viável, além 
do principal; ser ecologicamente correto 
✤ Na Europa, são produzidas enguias (Anguilla anguilla) em 
densidades de estocagem médias de 90kg/peixe/m3 , alcançando 
200kg/m3 com a injeção de oxigênio puro no sistema 
✤ Em Ahrensburg, Alemanha, a densidade de estocagem de carpas 
chega a 1kg/2 litros com um custo de produção equivalente ao de 
produção em viveiros tradicionais
Sistema de Recirculação de água 
✤ Permite total controle do seu ambiente interno, o que determina a 
produção e reprodução constantes, facilitando o abastecimento 
contínuo exigido pelos melhores mercados consumidores 
✤ A possibilidade de isolamento da criação permite a exclusão de 
parasitas, predadores e competidores indesejáveis 
✤ A necessidade de pequenas áreas é outra característica interessante 
da recirculação 
✤ Taiwan, por exemplo, não se admite a implantação de novos 
sistemas de aquicultura que não utilizem a recirculação hídrica
Sistema de Recirculação de água 
✤ O sistema de recirculação compreende basicamente as unidades de 
criação mais um conjunto de equipamentos, quais sejam: 
✤ filtro mecânico: retirada de partículas maiores (geralmente > 
30µm); ocupa pouco espaço e pode ser do tipo tambor, disco ou 
esteira; 
✤ filtro biológico: retirada da amônia pela ação de bactérias 
autotróficas por processos de nitrificação e denitrificação; 
✤ flotador: retirada de partículas menores; 
✤ aeração: por meio de aeradores, difusores ou injetores de oxigênio;
Sistema de Recirculação de água 
✤ O sistema de recirculação compreende basicamente as unidades de 
criação mais um conjunto de equipamentos, quais sejam: 
✤ controle da temperatura: aquecimento, no caso de peixes de clima 
tropical em locais frios; 
✤ ozonificadores e ultravioleta: mais utilizados nos setores de 
incubação e larvicultura; têm como função a esterilização da 
água; 
✤ bombas: responsáveis pelo retorno da água aos tanques de 
cultivo.
Sistema de Recirculação de água 
✤ Existem, basicamente, dois tipos de sistemas de recirculação: a 
completa e a verde. 
✤ A completa é muito comum na Europa, onde as pisciculturas são 
intensivas com altíssima produtividade e localizadas em galpões 
fechados próximos aos centros consumidores, utilizando biofiltros 
compactos, ou seja, demanda pequenas áreas, sendo a água tratada 
reintroduzida ao sistema praticamente pura 
✤ A recirculação verde, ou sistema Deckel, é assim chamada porque o 
tratamento biológico da água é realizado em lagoas de tratamento a 
céu aberto, o que conseqüentemente demanda maiores áreas. Isso 
ocasiona uma grande proliferação de microorganismos (produção 
primária), tornando característica a água com a coloração verde 
Sistema de Recirculação de água 
Sistema Deckel em Israel
Sistema de Recirculação de água 
✤ Para determinarmos um SRA, devemos inicialmente conhecer 
alguns dados: 
✤ Espécie foco 
✤ Produção desejada, baseada no estudo inicial de mercado 
✤ Análise de balanço de biomassa 
✤ oxigênio necessário para o crescimento do estoque e filtração 
✤ necessidade de fluxo de água, quantidade de tanques e 
componentes de tratamento de água 
✤ Análise financeira do investimento (custo de produção, despesas 
importantes, depreciação)
Sistema de Recirculação de água 
✤ Componentes do sistema 
✤ Um SRA típico deve seguir um fluxo lógico de tratamento de água, 
tendo inúmeras variações dependendo das especificações 
desejadas e interpretações do projetista
Sistema de Recirculação de água 
Sistema de Recirculação de água 
✤ Os componentes pode ser divididos nessas categorias: 
✤ Componente essenciais: incluem o fornecimento de água, filtragem 
mecânica e biológica, elementos sanitizantes, tanques de cultivo, 
bombas, esgotamento, aeração, flotadores (em sistemas marinhos) e 
geradores 
✤ Suporte infra estrutural e equipamentos: inclui a casa de máquinas, 
equipamentos monitores da qualidade de água, sistemas de alarmes, 
sistema de alimentação, almoxarifado, administração, entre outros 
✤ Sistemas acessórios para aumentar a produção: inclui quarentenas, 
depuração, desmame
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem mecânica 
✤ Altas taxas de estocagem e alimentação geram altos níveis de 
resíduos (fezes e resto de rações) 
✤ Diminui a turbidez e a necessidade de retrolavagem do sistema 
✤ As fezes, assim como resto de rações irão consumir oxigênio do 
sistema pelo processo de degradação biológica (DBO) 
✤ As fezes também aumentam os níveis de amônia do sistema
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem mecânica 
✤ Não há um sistema de filtragem mecânica padrão, o que padroniza 
é antevir ao sistema de filtragem biológica 
✤ Os sólidos no sistema aquático se dividem em decantáveis (50%), 
em suspensão (25%) e dissolvidos (25%) 
✤ O desnível do tanque de cultivo já facilita a precipitação e retirada 
dos sólidos decantáveis
Sistema de Recirculação de água 
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem mecânica
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem mecânica 
✤ Os sólidos em suspensão podem ser removidos utilizando-se 
diversas estruturas de filtragem 
✤ Filtros de areia, filtros de cartucho, elementos filtrantes, telas de 
micra 
✤ A filtragem mecânica fina (<100µ) requer bombas pressurizadoras 
e uma passagem de água mais lenta 
✤ Outros tipos de filtro, como de tambor, também são utilizados 
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem mecânica
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem mecânica
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem mecânica
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem biológica 
✤ Quando a ração contém altos níveis de proteína (e nitrogênio), os 
peixes produzem grandes quantidades de amônia 
✤ Amônia pode ser encontrada em duas formas: ionizada (NH4) e 
não (NH3), mais tóxica 
✤ A quantidade de amônia não ionizada aumenta com o aumento do 
pH e da temperatura, logo em sistemas marinhos é mais presente 
✤ Logo sistemas marinhos requerem maior capacidade de filtragem 
biológica
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem biológica 
✤ O filtro converte a amônia até nitrato, esse não tóxico mesmoem 
concentrações moderadas 
✤ A concentração de nitrato é retirada com trocas de água, sistemas 
Deckel ou através de altas tecnologias que convertem em N gasoso 
✤ O processo envolve dois grupos de bactérias: Nitrosomonas sp. e 
Nitrobacter sp., ambas sendo aeróbicas e quimioautótrofas
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem biológica 
✤ Os filtros biológicos são desenhados para oferecer grandes áreas de 
colonização pelos grupos de bactérias 
✤ Geralmente se utiliza um meio plástico inerte que têm uma grande 
área superficial (m2) por volume (m3), tendo a vantagem do 
material plástico ser leve e de facilidade no manejo 
✤ Os meios biológicos oferecem taxas que vão de 100 a 2000 m2/m3 
✤ A acomodação entre as mídias deve permitir o bom fluxo da água a 
qual leva oxigênio para os processos biológicos
Sistema de Recirculação de água 
✤ Filtragem biológica 
✤ Nos SRA modernos o filtro é dimensionado de acordo com a carga 
biológica do sistema, já determinada 
✤ Existem diversas formas de “hospedar” a mídia 
✤ Emersos por gotejamento (trickling filters) 
✤ Submersos 
✤ Fluidizados (fluidised sand filters) 
✤ Rotativos
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✤ Filtragem biológica
Sistema de Recirculação de água 
✤ Elementos de controle de doenças 
✤ Os SRA têm como característica grandes densidade de peixes, os 
quais ficam muito próximos um dos outros facilitando a 
proliferação de parasitas e outros organismos contaminantes 
✤ Dessa forma se torna imperioso o uso de alternativas para 
descontaminação do sistema, sendo geralmente dois: 
✤ Irradiação ultra violeta 
✤ Ozônio
Sistema de Recirculação de água 
✤ Irradiação ultra violeta 
✤ Amplamente utilizada na aquicultura e tratamento de água 
✤ Radiação produzida por lâmpadas de vapor de mercúrio com 
comprimentos de onda de 100 a 400 nm, sendo o comprimento 
em torno de 260nm o que mais eficazmente tem atividade 
germicida, alterando o DNA do organismo 
✤ A eficiência a UV é fortemente alterada com a turbidez da água 
(sólidos em suspensão) ou mesmo MO dissolvida, pois 
provocam “sombras” que protegem os micro organismos
Sistema de Recirculação de água 
✤ Irradiação ultra violeta 
✤ Diversos fatores influenciam a dose letal ao micro organismos 
(µWs/cm2): 
✤ Tamanho do micro organismo (protozoários requerem uma 
dose maior do que bactérias) 
✤ Taxa de fluxo de água pela luz (l/h) 
✤ Distância da luz e do micro organismos 
✤ Intensidade da lâmpada
Sistema de Recirculação de água 
✤ Irradiação ultra violeta 
✤ Considerar a vida útil da lâmpada, geralmente em torno de 7 
- 8.000 horas 
✤ Limpeza do tubo que separa a lâmpada e a água 
✤ Verificação do funcionamento da lâmpada 
✤ Manter estoque de lâmpadas para troca imediata
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✤ Ozônio 
✤ Ozônio (O3) é um poderoso agente oxidante utilizado em SRA, 
principalmente em de água salgada em conjunto com os 
flotadores (skimmer’s) 
✤ Na água salgada reage com o Bromo formando um composto 
tóxico para bactérias e vírus 
✤ Muito volátil 
✤ Oxidação de MO, coagulação de partículas facilitando a 
filtragem mecânica, quebra de moléculas maiores em menores 
facilitando a biodegradação
Geralmente dosado por controladores de ORP e 
instalado antes da filtragem biológica
Sistema de Recirculação de água 
✤ Oxigênio 
✤ No SRA o oxigênio dissolvido requerido por todos os processos 
deve ser fornecido na mesma taxa 
✤ O estudo do consumo de oxigênio é primordial, inclusive para 
prever a operação econômica do sistema 
✤ A saturação do O no sistema deve ser estar no nível máximo 
(100%) 
✤ O consumo de oxigênio pelo peixe, alimentação e taxa de 
crescimento têm uma relação direta
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✤ Oxigênio 
✤ Uma forma de elevar o O2 ao ponto de saturação sem necessitar 
aumentar a potência de bombeamento é a injeção de O2 
✤ A operacionalização na construção dos tanques pode contribuir na 
troca de O2 entre a superfície e a água 
✤ Os sistemas geralmente de dividem em duas classes: 
✤ Baixas densidades (< 40kg/m3): aeração convencional 
✤ Altas densidades (>60kg/m3): injeção de O2
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✤ Oxigênio 
✤ Como dito, a quantidade de oxigênio no sistema deve suprir a 
demanda pela respiração dos peixes (espécie, tamanho), pela 
demanda biológica na filtragem e pela decomposição de MO 
✤ Há uma referência que diz que cada Kg de ração adicionada 
ao sistema, consome-me aproximadamente 0,50kg de O2 
pelos peixes e bactérias do sistema de filtragem 
✤ A dissolução do O2 no sistema deve ser a mais eficiente 
possível (pressurizado, difusores eficientes etc.)
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✤ Flotadores (skimmer) 
✤ Retiram o sólidos dissolvidos (5 - 10µm) não retirados pela 
filtragem mecânica 
✤ Sistemas simples, não necessitando troca de mídias ou materiais 
✤ Misturam ar na água para formação de bolhas que concentrarão 
sólidos finos e dissolvidos e carregam até a superfície do aparelho 
✤ Diversos tipos são disponíveis no mercado
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✤ Flotadores (skimmer) 
✤ Vantagens: 
✤ Reduzem a amônia do sistema por remover matéria orgânica 
✤ Removem bacterias 
✤ Aumentam o pH do sistema através da remoção de ácidos 
orgânicos 
✤ Incrementam oxigênio (ou ozônio) na água do sistema
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✤ Flotadores (skimmer)
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✤ Flotadores (skimmer)
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✤ Bombas
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✤ Controle do ambiente 
✤ Temperatura da água 
✤ Esfriar ou aquecer, depende da espécie 
✤ Influi na alimentação e na taxa de crescimento 
✤ Iluminação 
✤ Influencia no alimentação e reprodução 
✤ Reposição da água
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Sistema de Recirculação de água 
✤ Exemplo de dimensionamento 
✤ O sistema exemplo deverá suportar uma taxa de alimentação 
contínua equivalente a 100kg de ração/dia. Esta taxa é o ponto 
básico e mais importante neste dimensionamento 
✤ Em média, 1kg de ração gera um consumo de 400g de oxigênio, 
uma carga de 300g de sólidos totais e um aporte de 30g de amônia 
no sistema 
✤ Portanto, os 100 kg de ração/dia geram: 3kg de amônia, 30 kg de 
sólidos totais e um consumo de 40kg de O2/dia (peixes e 
microorganismos) 
✤ O oxigênio é reposto através da aeração. Os sólidos são removidos 
nos decantadores e filtros mecânicos. A amônia será oxidada a 
nitrato no biofiltro
Sistema de Recirculação de água 
✤ Exemplo de dimensionamento 
✤ Dos 30 kg de sólidos totais/dia, 15kg (decantáveis) e 7 kg em 
suspensão, ou seja, 22 kg de sólidos, devem ser removidos pelo 
filtro mecânico. No momento de solicitar o dimensionamento e 
orçamento de um filtro mecânico o montante de sólidos que deverá 
ser retirado é uma informação importante. Se os tanques forem 
providos de drenos coletores de sólidos e cones de sedimentação, o 
filtro mecânico trabalhará quase que exclusivamente na remoção 
de sólidos em suspensão. Com isso o custo do tratamento de água 
será menor (economia no investimento e na operação do filtro) 
✤ Após a concentração e remoção dos sólidos do sistema, estes 
podem ser transformados em fertilizantes através do processo de 
compostagem. Também podem ser usados para a produção de gás
3kg de amônia, 30 kg de sólidos totais e um consumo de 40kg de O2/dia
Sistema de Recirculação de água 
✤ Exemplo de dimensionamento 
✤ O biofiltro remove 0,3g de amônia/m2/dia. Assim, a área mínima 
de substrato no biofiltro deve ser 3.000g /0,3g = 10.000m2 
✤ Um substrato de esferas plásticas de 3mm tem área específica de 
1.690m2/m3. Se usado no biofiltro, o volume de esferas plásticas 
deverá ser de 5,9m3 (10.000m2/1.690m2/m3). No caso do uso de 
pedriscos, que têm superfície específica de 420m2/m3, o volume de 
substrato no biofiltro deverá ser cerca de 24m3 
✤ Um sistema de aeração por ar difuso (sopradores e difusores), por 
exemplo, pode incorporar cerca de 0,3kg O2/HP/hora 
✤ Portanto, em funcionamento contínuo, cada HP de potência do 
sistema incorpora 7,2 kg de oxigênio /dia (0,3kg/HP/h x 24h). 
Para repor os 40kg de oxigênio consumidos é necessário um 
sistema de aeração de 5,5 HP
3kg de amônia, 30 kg de sólidos totais e um consumo de 40kg de O2/dia
Sistema de Recirculação de água 
✤ Exemplo de dimensionamento 
✤ Se os peixes estão sendo alimentados ao redor de 3% da biomassa/
dia, a biomassa instantânea (carga de peixes a qualquer momento 
no sistema) pode ser estimada em 3.330kg (100kg de ração x 100 /
3). Se o plano é manter no sistema uma densidade média ao redor 
de 20kg/m3, o volume somado dos tanques de cultivo deverá ser 
próximo a 170m3 (3.330kg / 20kg/m3) 
✤ Considerando na estabilização do sistema a manutenção de uma 
taxa média de alimentação ao redor de 100kg de ração/dia e uma 
expectativa de conversão alimentar de 1,5:1, o sistema deverá 
produzir cerca de (100kg x 360 dias) / 1,5 = 24.000kg de peixe/ano 
(24 toneladas/ano)
3kg de amônia, 30 kg de sólidos totais e um consumo de 40kg de O2/dia
Sistema de Recirculação de água 
✤ Exemplo de dimensionamento 
✤ Se a carga média de peixe é mantida ao redor de 20kg/m3 e o 
consumo médio de oxigênio dos peixes é próximo de 0,2g/kg/
hora, cerca de 4g de O2/m3/h são consumidos. Se a água de 
retorno aos tanques chega com 6mg O2/l (6g/m3) e deve sair com 
um mínimo de 3mg O2/l (3g/m3), podem ser consumidos 3g de 
O2/m3 de água que chega ao tanque 
✤ Assim para manter um nível estável de oxigênio somente com a 
água de entrada nos tanques, a taxa de recirculação de água no 
sistema deverá ser de 1,5 troca por hora. No caso do exemplo aqui 
apresentado, o sistema possui cerca de 170m3 e a vazão mínima de 
retorno de água pelo sistema de bombeamento deverá ser próxima 
a 250m3/hora. Esta vazão somente pode ser reduzida se a aeração 
for aplicada individualmente em cada tanque
3kg de amônia, 30 kg de sólidos totais e um consumo de 40kg de O2/dia
Sistema de Recirculação de água 
✤ Exemplo de dimensionamento 
✤ Outro parâmetro importante que deve ser conhecido é o tempo 
máximo para acionamento de um sistema de "backup", caso falte 
energia. Por exemplo, tilápias de 100g consomem cerca de 0,2g de 
O2/kg/h. Se um tanque está estocado a 10kg/m3 e o fornecimento de 
água e aeração é interrompido, em uma hora serão consumidos 2g de 
oxigênio/m3 
✤ Se o oxigênio inicial no tanque estava em 6mg/l (6g/m3) e poderia 
chegar até um nível crítico de 2mg/l (2g/m3), podem ser consumidos 
até 4g/m3. Assim, o tempo máximo para o acionamento do “backup” 
será de 2 horas. Em sistemas de recirculação o tempo crítico para 
acionamento do “backup” pode variar de 15 minutos a uma ou duas 
horas, dependendo da carga de peixe nos tanques
3kg de amônia, 30 kg de sólidos totais e um consumo de 40kg de O2/dia
Sistema de Recirculação de água 
✤ Considerações finais 
✤ A tecnologia para a produção de organismos aquáticos em 
sistemas fechados com tratamento e reuso de água já é uma 
realidade em diversos países e está disponível em literatura técnica 
e científica do setor 
✤ Em poucos anos é de se esperar que o aprimoramento no design, 
nos equipamentos, na tecnologia de tratamento da água e nas 
estratégias de manejo da criação possibilite que estes sistemas 
sejam implantados e operados com menor custo e maior eficiência, 
resultando na produção de pescado a preço compatível com o 
obtido em outros sistemas de criação 
✤ Enquanto isso...