Sistema de Bioflocos e o Nitrogênio

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32 Panorama da AQÜICULTURA, setembro, outubro 2012
SISTEMA DE BIOFLOCOS
Processos de assimilação e remoção do nitrogênio
Por:
Gabriele Lara - gabilara@gmail.com
Dariano Krummenauer
Luís Henrique Poersch
Wilson Wasielesky Jr.
Laboratório de Carcinicultura, Instituto 
de Oceanografia, Universidade Federal do 
Rio Grande
omo o sistema de bioflocos é caracterizado 
por mínima ou nenhuma renovação de água, 
a preocupação com os compostos nitrogenados 
acumulados no sistema tem sido um tema bas-
tante discutido por pesquisadores e produtores. A 
mudança na relação carbono-nitrogênio (15-20:1) 
estimula o crescimento de bactérias heterotróficas 
e, posteriormente autotóficas nitrificantes, que 
fazem a assimilação em biomassa bacteriana ou 
a oxidação da amônia. As elevadas concentrações 
de nitrito, que podem ser resultado dos processos 
de transformação da amônia, ainda são um grande 
problema nesse tipo de cultivo. Pesquisas têm 
sido desenvolvidas com o objetivo de aprimorar 
técnicas que contribuam para a manutenção das 
concentrações de amônia e nitrito abaixo dos níveis 
tóxicos aos animais cultivados, já que o nitrato não 
é um composto muito tóxico para a maioria deles. 
A tomada de decisão pelo produtor em definir qual 
das técnicas de manejo utilizar pode ser crucial 
para um bom desempenho dos animais nesse tipo 
de sistema, evitando mortalidades e custos eleva-
dos na produção. O artigo a seguir é o primeiro de 
uma série de análises de pontos relevantes sobre 
o manejo no sistema de bioflocos, bem como dos 
principais fatores que podem afetar o cultivo, e que 
vêm sendo estudados por pesquisadores da Univer-
sidade Federal do Rio Grande (FURG). 
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O problema do nitrogênio no sistema BFT
O cultivo em sistema de bioflocos (Biofloc Technology 
System - BFT) tem surgido como alternativa para aumentar a 
produtividade, reduzindo os custos com captação e renovação 
de água, bem como a eliminação constante de efluentes para os 
ambientes adjacentes. O sistema oferece a possibilidade de utili-
zar elevadas densidades de estocagem na produção de diferentes 
espécies de organismos aquáticos, principalmente porque a assi-
milação dos compostos nitrogenados (amônia, nitrito e nitrato) 
é realizada com o auxílio da biomassa microbiana formada no 
próprio ambiente de cultivo. Esses microorganismos também 
servem como fonte suplementar de alimento, possibilitando a 
redução do uso de ração e melhorando a conversão alimentar. 
Contudo, com o aumento das densidades de estocagem, pode 
ocorrer um acúmulo de nitrogenados proveniente da excreção dos 
animais e também da decomposição da matéria orgânica. Em com-
paração ao cultivo convencional, em que apenas 12% do nitrogênio 
permanecem dentro do sistema sob a forma de camarões, cerca de 
40% do nitrogênio que entram no sistema BFT ficam retidos na 
produção dos camarões. Como o princípio básico do sistema BFT 
é a mínima ou nenhuma renovação de água, a tendência é que, 
dependendo do equilíbrio entre os processos de assimilação de ni-
trogênio, estes compostos alcancem concentrações tóxicas ou letais 
para os organismos cultivados, o que pode inviabilizar a produção. 
Para que isso não ocorra, técnicas de manejo e acompanhamento da 
dinâmica dos cultivos têm sido estudadas e adotadas para o melhor 
funcionamento do sistema, como por exemplo, a relação C:N ideal 
para o desenvolvimento das comunidades microbianas, utilização 
de diferentes fontes de carbono, atividade fotossintética e respiração 
dos microorganismos no sistema, caracterização das comunidades 
microbianas presentes na água e controle de sólidos suspensos totais. 
Ciclagem do nitrogênio e comunidades 
microbianas no sistema BFT
A ciclagem dos principais compostos nitrogenados den-
tro do sistema de bioflocos acontece seguindo um padrão bem 
conhecido pelos que trabalham com essa técnica (Figura 1). Nas 
primeiras semanas após a estocagem, observa-se um aumento das 
concentrações de amônia total dissolvida na água. Esse aumento é 
progressivo ao longo das duas primeiras semanas do cultivo, e deve-
-se principalmente ao fato de que a comunidade microbiana que está 
sendo formada na água ainda não é capaz de fazer a assimilação total 
desse composto. Devido ao grande número de animais estocados e 
também aos ajustes nas quantidades de ração, que podem sobrar e 
ser lixiviadas na água, as concentrações de amônia podem alcançar 
níveis elevados. Assim, a fertilização com fontes ricas em carbono 
orgânico (melaço de cana de açúcar, dextrose, farelos de trigo, arroz, 
farinha de mandioca, entre outras), obedecendo a uma relação C:N 
de 15-20:1, para estimular o rápido crescimento bacteriano é um 
dos fatores mais importantes nessa fase do cultivo. Na realidade, 
o que parece ocorrer é uma mistura das vias de remoção baseadas 
em organismos fotoautotróficos, bactérias autotróficas e bactérias 
heterotróficas. No entanto, as bactérias heterotróficas e autotróficas 
parecem ter um papel mais significativo na manutenção da qualidade 
da água no sistema BFT. 
*Legenda: NAT (nitrogênio na forma de amônia total); 
NO2 (nitrito); NO3 (nitrato); N2 (nitrogênio gasoso)
Figura 1 – Gráfico hipotético da ciclagem do nitrogênio ao longo 
de um ciclo de cultivo de 120 dias no sistema de bioflocos
Figura 2 – Diagrama esquemático do ciclo dos principais compostos nitrogenados 
no sistema de cultivo convencional (Adaptado de Crab et al. 2007)
Bactérias na água e no sedimento
Ração Luz
Fitoplâncton
Ração não 
consumida Fezes
NAT
NO2
NO3
N2
*Legenda: NAT (nitrogênio na forma de amônia total); NO2 
(nitrito); NO3 (nitrato); N2 (nitrogênio gasoso)
Ração
Ração não 
consumida Fezes
NAT
NO2
NO3
N2
Fonte de carbonoLuz
Bioflocos
Figura 3 – Diagrama esquemático do ciclo dos principais compostos nitrogenados 
no sistema BFT (Adaptado de Crab et al. 2007)
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O processo heterotrófico baseia-se na remoção do nitro-
gênio amoniacal pela incorporação em biomassa bacteriana, que 
é estimulada com a adição de carboidrato na água. No processo 
autotrófico, devido à lenta taxa de crescimento das bactérias 
nitrificantes, pequenas quantidades de biomassa bacteriana são 
produzidas inicialmente, essas bactérias realizam a oxidação 
da amônia a nitrito, e posteriormente a nitrato. O processo 
fotoautotrófico, realizado pelas microalgas também possui 
importância, porém, com a diminuição da transparência da água 
ao longo do cultivo, parece ter menos influência no processo 
de ciclagem no nitrogênio no sistema. Mesmo assim, é difícil 
ter um total controle sobre as comunidades microbianas que 
irão se formar ao longo do cultivo, devido à complexidade das 
interações que ocorrem dentro dos tanques ou viveiros, levando 
a um distúrbio nas vias de remoção da amônia. 
No sistema BFT, em teoria, o objetivo é fazer a assimi-
lação direta do nitrogênio em biomassa bacteriana (processo 
heterotrófico), sem que o processo de nitrificação feito pelas 
bactérias autotróficas ocorra. As bactérias heterotróficas pos-
suem uma taxa de crescimento mais rápido do que as bactérias 
nitrificantes, sendo as principais responsáveis pela remoção da 
amônia nas primeiras semanas do cultivo. Contudo, isso nem 
sempre ocorre naturalmente apenas com a alteração da relação 
C:N. De fato, observa-se que a mescla entre as duas vias de 
remoção da amônia se sobrepõem, em algum momento do cul-
tivo. Isso pode se dar devido à competição por substrato entre 
os grupos de bactérias, variação nas concentrações de oxigênio 
dissolvido na água e controle dos sólidos em suspensão. 
Estudos de balanço de massa de nutrientes e acompa-
nhamento de comunidades bacterianas evidenciaram que em 
cultivos de Litopenaeus vannamei em sistema BFT, as bactérias 
nitrificantes possuem maior eficiência na remoção do nitro-
gênio, porém levam maior tempo para metabolizar a amônia, 
devido à sua lentataxa de crescimento. Assim, se as bactérias 
heterotróficas não estiverem presentes nas fases iniciais do cul-
tivo, pode ocorrer um aumento nas concentrações de amônia, já 
que as bactérias autotróficas possuem um crescimento mais lento. 
Além disso, se a via autotrófica chegar a dominar o sistema, a amô-
nia pode ser oxidada a nitrito, pelas bactérias Amônia-Oxidantes 
(AOB), que em sua maioria pertencem aos gêneros Nitrosomonas, 
Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosolobus e Nitrosovibrio. Porém, 
as bactérias que fazem a oxidação do nitrito a nitrato (Nitrito-
-Oxidantes ou NOB), que em sua maioria pertencem aos gêneros 
Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira e Nitrospina, possuem um 
crescimento ainda mais lento do que as bactérias que oxidam a 
amônia, podendo ocasionar picos elevados nas concentrações de 
nitrito no sistema. 
Assim sendo, dependendo do balanço entre as taxas de 
formação e oxidação do nitrito dentro do sistema, pode ocorrer 
um acúmulo deste composto, causando prejuízos ao produtor. O 
nitrato, produto final da oxidação da amônia, é um composto que 
não causa muita preocupação aos produtores, visto que os animais 
cultivados resistem a elevadas concentrações desse composto.
Figura 4 – Imagem por microscopia de epifluorescência 
indicando a estrutura de um biofloco presente na água de 
um cultivo de camarão Litopenaeus vannamei
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Alternativas para evitar problemas com 
acúmulo de nitrogenados
Para evitar mortalidades relacionadas aos efeitos tóxicos 
dos compostos nitrogenados no sistema de bioflocos, algumas 
alternativas têm sido propostas a fim de manipular os ambientes 
de cultivo para o desenvolvimento de determinados grupos de 
bactérias que sejam ativas na absorção do nitrogênio, mantendo 
os preceitos de uma aquicultura ambientalmente amigável:
1) Reutilização de água: O reuso da água de ciclos 
anteriores é uma técnica que tem se mostrado viável na manu-
tenção dos níveis de amônia e nitrito abaixo das concentrações 
que afetam os animais cultivados. Estudos realizados com-
provam que o reuso de um inóculo mínimo de 2,5% de água 
de um cultivo anterior aceleram a formação dos agregados 
microbianos, contribuindo para a manutenção da qualidade da 
água no sistema. A reutilização da água surge como uma pos-
sibilidade de reciclar os nutrientes que permanecem na água, 
evitando a emissão de grandes cargas de efluentes carregados 
em compostos nitrogenados e fosfatados para o ambiente.
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Figura 5 – Imagem por microscopia invertida mostrando a grande diversidade de 
microorganismos encontrada em amostras de cultivo em sistema de bioflocos
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Figura 6 – Bacia de retorno de água e de despesca de camarões 
no Waddell Mariculture Center, EUA
 (Foto: Wilson Wasielesky)
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2) Uso de Substratos para Fixação de Biofilme: O 
biofilme pode ser definido como uma comunidade microbiana 
associada a uma matriz orgânica, aderida naturalmente em qual-
quer superfície submersa. A adição de substratos artificiais para 
fixação do biofilme proporciona maior superfície para a adesão de 
bactérias e fitoplâncton, que podem contribuir com os processos 
de assimilação e remoção dos compostos nitrogenados presentes 
na água. Pesquisas têm demonstrado que o aumento na quantidade 
de substratos artificiais para a fixação do biofilme (panagens) tem 
sido eficiente no processo de remoção e assimilação dos compos-
tos nitrogenados, reduzindo principalmente os problemas com as 
elevadas concentrações de nitrito presentes na água. Além disso, o 
biofilme também é uma importante fonte suplementar de alimento 
para alguns animais cultivados.
3) Adição de Sais Nitrogenados: Recentemente, protocolos 
para a adição de cloreto de amônia e de nitrito de sódio têm sido 
testados a fim de acelerar o processo de formação dos bioflocos 
e também fornecer substrato para que as bactérias nitrificantes se 
desenvolvam na água, similar ao que é realizado na maturação 
de biofiltros nos sistemas de recirculação. A adição de cloreto de 
amônia parece ter resultado em uma maior produção de volume 
de bioflocos, e auxiliado na metabolização deste composto pelas 
bactérias. Já a introdução de nitrito de sódio, parece ter contribuído 
para um rápido crescimento e estabelecimento das bactérias nitrito-
-oxidantes no sistema, e reduzido os problemas com as elevadas 
concentrações de nitrito dissolvido na água durante o ciclo de 
cultivo. Porém, pouco ainda se sabe sobre a influência da adição 
de sais no cultivo BFT e sua real eficácia na redução das concen-
trações de nitrito, visto que não foi desenvolvido um protocolo 
claro que determinasse as concentrações e periodicidade de adição.
Conclusões:
Atualmente, um dos principais problemas en-
contrados pelos produtores que já estão trabalhando 
com o sistema BFT são as elevadas concentrações 
de nitrogenados (principalmente nitrito). Uma 
solução definitiva ainda não foi encontrada para 
solucionar esse desafio, porém recomenda-se um 
controle que combine sistemas de aeração adequa-
dos, fertilização, alimentação, controle de sólidos 
suspensos totais, adição de substratos verticais, 
além da possibilidade de reutilização de água, ou 
pelo menos de parte da água de outros ciclos, para 
que se evitem perdas na produção devido à toxici-
dade dos compostos nitrogenados aos animais cul-
tivados. Além disso, ainda são necessários maiores 
estudos na área de microbiologia e biologia mole-
cular, a fim de se identificar as principais bactérias 
que desempenham papel importante na ciclagem do 
nitrogênio e a possibilidade de desenvolver probi-
óticos que estimulem o crescimento de bactérias 
específicas para a remoção da amônia e nitrito na 
água dos cultivos em sistema BFT.
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arinhas na Galícia
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Figura 7 – Utilização de substratos verticais para fixação de biofilme em 
tanques de cultivo de Litopenaeus vannamei em sistema de bioflocos na Estação 
Marinha de Aquicultura da FURG
Referências Bibliográficas:
 
Crab, R., Avnimelech, Y., Defoirdt, T., Bossier, P., &
Verstraete, W. (2007). Nitrogen removal techniques in 
aquaculture for a sustainable production. Aquaculture, 
270(1-4), 1–14. 
Ebeling, J. M., Timmons, M. B., & Bisogni, J. J.
(2006). Engineering analysis of the stoichiometry 
of photoautotrophic, autotrophic, and heterotrophic 
removal of ammonia–nitrogen in aquaculture systems. 
Aquaculture, 257(1-4), 346–358. 
Gaona, C.A.P. (2011). Efeito da remoção de sólidos 
suspensos totais e desempenho zootécnico 
do camarão  Litopenaeus vannamei  em sistema 
superintensivo com bioflocos. (Dissertação de 
Mestrado disponível em www.aquicultura.furg.br)
Krummenauer, D. (2012). Otimização do manejo para
o cultivo do camarão-branco Litopenaeus vannamei em 
sistemas de estufas com bioflocos. (Tese de Doutorado 
disponível em www.aquicultura.furg.br)
Lara, G.R. (2012). Técnicas de manejo aplicadas à
 redução das concentrações de nitrito na água de 
cultivo de  Litopenaeus vannamei  em sistema de 
bioflocos. (Dissertação de Mestrado disponível em 
www.aquicultura.furg.br)
Silva, K. R. (2009) Dinâmica do Nitrogênio e do Fósforo
 no Cultivo Superintesivo dos Camarões Litopenaeus 
vannamei e Farfantepenaeus paulensis sem renovação 
de água. (Dissertação de Mestrado disponível em www.
aquicultura.furg.br)
 (
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