Análise de sistemas de aquicultura recirculantes (RAS) para aumentar a eficiência da aquicultura
O *Plano Nacional de Desenvolvimento da Pesca para o 14º Período do Plano Quinquenal-* exige explicitamente o desenvolvimento de pescarias inteligentes, a promoção da modernização dos equipamentos de aquicultura e o aumento da eficiência da reprodução e dos níveis de utilização de recursos. Os modelos tradicionais de aquicultura em tanques enfrentam desafios como o alto uso de água, a ocupação significativa da terra e o impacto ambiental, tornando difícil atender às demandas do desenvolvimento da aquicultura moderna. O Sistema de Aquicultura Recirculante (RAS), como um novo modelo de agricultura intensiva, utiliza tecnologias de tratamento e reciclagem de água para alcançar o cultivo-de alta densidade de organismos aquáticos em um ambiente relativamente fechado, oferecendo vantagens técnicas distintas.
1. Visão geral dos sistemas de aquicultura recirculantes
1.1 Conceitos Básicos e Componentes Estruturais
Um sistema de aquicultura recirculante (RAS) é um modelo moderno de aquicultura altamente intensivo que alcança cultivo de alta-densidade de organismos aquáticos em um ambiente relativamente fechado por meio de tecnologias de tratamento e reciclagem de água. O RAS consiste principalmente em três módulos funcionais: a unidade de cultura, a unidade de tratamento de água e a unidade de monitoramento e controle da qualidade da água.
1.2 Princípio de Funcionamento
The operation of RAS is based on the principle of water purification and recycling. During the culture process, pollutants such as suspended solids and ammonia nitrogen produced by metabolism are first removed via mechanical filtration for particulate matter. The water then enters a biofilter where nitrifying bacteria convert toxic ammonia nitrogen into nitrite, which is further oxidized to nitrate. A protein skimmer removes dissolved organic matter through bubble adsorption, and a UV device eliminates pathogenic microorganisms. The multi-stage treated water is re-oxygenated, temperature-adjusted, and recirculated back into the culture tanks. During system operation, online monitoring equipment continuously tracks key parameters like pH (6.5–8.0), dissolved oxygen (>5 mg/L) e nitrogênio amoniacal (<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. Análise de Eficiência Produtiva em RAS
2.1 Capacidade de Controle do Ambiente Hídrico
A capacidade de controle do ambiente hídrico do RAS reflete-se principalmente na regulação precisa dos parâmetros de qualidade da água e na resposta rápida aos estressores ambientais. Este estudo, conduzido em uma base RAS de grande-escala com três sistemas de teste paralelos (cada um com volume de 50 m³, densidade de estocagem de 25 kg/m³), monitorou dados continuamente por 180 dias, produzindo resultados emTabela 1.
Os dados indicam que o RAS tem um desempenho excepcionalmente bom na regulação do oxigênio dissolvido. Mesmo durante o pico de consumo de oxigênio à noite, os níveis ideais são mantidos através do efeito sinérgico das bombas de acionamento de frequência variável (VFD) e da aeração microporosa. A regulação do pH, utilizando monitoramento on-line acoplado a um sistema automático de dosagem de álcali, apresentou boa estabilidade nos resultados de monitoramento contínuo. Para a remoção de nitrogênio amoniacal, a eficiência de nitrificação do biofiltro sob condições padrão foi significativamente melhorada em comparação aos métodos convencionais.
O controle de temperatura, obtido usando trocadores de calor de tubo de titânio com algoritmos de controle PID, manteve a temperatura da água estável mesmo sob flutuações significativas de temperatura ambiente.
Ao longo de 180 dias de operação contínua, a taxa de conformidade e a estabilidade de todos os indicadores de qualidade da água no sistema foram significativamente melhoradas em comparação com os modelos de cultura tradicionais, demonstrando plenamente as vantagens técnicas e o valor de aplicação do RAS no controle do ambiente aquático. Além disso, a taxa de conformidade dos principais indicadores de qualidade da água atingiu 98,5%, com a estabilidade dos principais indicadores como oxigénio dissolvido, pH e azoto amoniacal a ser 47% superior à da cultura tradicional.
2.2 Desempenho do Crescimento Biológico
Este estudo selecionou a carpa capim-peixe de água doce (Ctenopharyngodon idella) como sujeito para comparar as diferenças de desempenho de crescimento entre RAS e a cultura tradicional de lago. O grupo experimental consistiu em três unidades RAS de 50 m³, enquanto o grupo controle utilizou três tanques de cultura padrão de 500 m², ambos ao longo de um ciclo de 180 dias (dados mostrados emTabela 2).
Os resultados mostraram que o controle ambiental preciso e o manejo alimentar no RAS melhoraram significativamente o desempenho de crescimento da carpa capim. O efeito constante da temperatura e a estabilidade da qualidade da água promoveram a atividade alimentar e melhoraram a eficiência da conversão alimentar.
2.3 Eficiência Operacional de Instalações e Equipamentos
A eficiência operacional do RAS é avaliada principalmente através do Índice Integral de Consumo de Energia (IEC), calculado da seguinte forma:
IEC=(P × T × η) / (V × Y)
Onde:
IEC=Índice Abrangente de Consumo de Energia (kW·h/kg)
P=Potência total instalada do sistema (kW)
T=Tempo de operação (h)
η=Fator de carga do equipamento
V=Volume de água de cultura (m³)
Y=Rendimento por unidade de volume de água (kg/m³)
A análise dos dados operacionais mostrou os seguintes parâmetros-chave de desempenho para os principais equipamentos RAS: a eficiência operacional do sistema de bombas atingiu 85%, uma melhoria de 18% em relação às bombas tradicionais; a carga de tratamento com nitrogênio amoniacal do biofiltro foi de 0,8 kg/m³·d, um aumento de 40% em relação aos biofiltros convencionais; e a unidade de desinfecção UV manteve eficiência de esterilização acima de 99,9%.
O equipamento do sistema emprega controle de ligação inteligente, ajustando automaticamente a potência operacional e o tempo de execução com base nos parâmetros de qualidade da água. Por exemplo, o equipamento de controle de temperatura pode funcionar com carga reduzida (por exemplo, 30%) durante períodos de temperatura estável, e os sistemas de aeração podem operar no modo de frequência variável-de economia de energia durante períodos noturnos de baixo consumo de oxigênio. Através deste controle inteligente do equipamento, o Índice de Consumo Integral de Energia médio do sistema foi de 2,1 kWh/kg, 45% inferior aos modelos de cultura tradicionais.
3. Quantificação dos benefícios abrangentes do RAS
3.1 Indicadores Quantitativos de Benefícios de Produção
Este estudo estabeleceu um sistema de avaliação quantitativa para benefícios de produção de RAS, abrangendo três dimensões: benefício de produção, benefício de qualidade e benefício de tempo. Com base na análise de dados de dez bases RAS de grande{1}}escala, o índice abrangente de benefícios de produção do sistema atingiu 0,85, uma melhoria de 56% em relação aos modelos de cultura tradicionais.
A avaliação dos benefícios dos resultados também considera o valor{0}agregado da melhoria da qualidade do produto. Os produtos aquáticos da RAS apresentaram melhorias significativas nos indicadores sensoriais, como textura da polpa e teor de gordura intramuscular, em comparação com a cultura tradicional, alcançando uma taxa de prêmio de mercado de 15% a 20%. Em termos de benefícios de qualidade, a alimentação precisa e o controle ambiental no sistema resultaram em um tamanho de produto mais uniforme e em um aumento notável na taxa de produto premium. Durante os estágios posteriores da cultura, a uniformidade do tamanho do produto atingiu mais de 92%, facilitando o processamento padronizado e vendas em-grande escala.
3.2 Avaliação do Consumo de Recursos
Um método de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) foi utilizado para quantificar o consumo de recursos durante a operação do sistema. Os principais indicadores de avaliação incluíram consumo de água doce, consumo de eletricidade e consumo de ração (dados mostrados emTabela 3).
A análise da eficiência da utilização de recursos mostrou que o sistema atinge alta eficiência e conservação de recursos através de tecnologias de tratamento e reciclagem de água, com as economias mais significativas observadas nos recursos hídricos e terrestres. Os resultados da avaliação de impacto ambiental indicaram que a intensidade de emissão de carbono do sistema foi 52% inferior à da cultura tradicional.
As vantagens do sistema na conservação de recursos também são evidentes na melhoria da eficiência da utilização da ração. O uso de sistemas de alimentação inteligentes combinados com dados de monitoramento da qualidade da água permitiu uma alimentação quantitativa e precisa, reduzindo significativamente o desperdício de ração. A pesquisa indica que a taxa de conversão alimentar no RAS melhora de 25% a 30% em comparação com a cultura tradicional. No que diz respeito à utilização de recursos humanos, através da automação e monitorização inteligente, as horas de trabalho por tonelada de produto diminuíram de 0,48 horas na cultura tradicional para 0,15 horas, reduzindo substancialmente a utilização de mão-de-obra e melhorando ao mesmo tempo o ambiente de trabalho.
3.3 Análise de Viabilidade Econômica
A viabilidade económica foi avaliada através dos métodos do Valor Presente Líquido (VPL) e do Período de Payback. O investimento inicial inclui engenharia civil, compra de equipamentos, instalação e comissionamento. Os custos operacionais incluem energia, mão de obra, alimentação e manutenção. As fontes de receita incluem vendas de produtos aquáticos e benefícios da economia de recursos hídricos.
CE= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
Onde:
VPL=Valor Presente Líquido (10.000 CNY)
I0=Investimento inicial (10.000 CNY)
Ct=Entrada de caixa no ano t (10.000 CNY/ano)
Ot=Saída de caixa no ano t (10.000 CNY/ano)
r=Taxa de desconto (%)
t=Período de cálculo (anos)
Calculado para uma escala de produção anual de 500 toneladas, o sistema requer um investimento inicial de 8,5 milhões de CNY, custos operacionais anuais de 4,2 milhões de CNY e receitas anuais de vendas de 7,5 milhões de CNY. Utilizando uma taxa de desconto de referência de 8%, o período de retorno é de 3,2 anos e a Taxa Interna de Retorno Financeiro (TIR) é de 28,5%. A análise de sensibilidade mostra que o projeto mantém boa resistência ao risco mesmo com flutuações no preço do produto de ±20%.
4. Conclusão
Os Sistemas de Aquicultura Recirculante (RAS) superam significativamente os modelos de cultura tradicionais em termos de controle do ambiente aquático, desempenho de crescimento biológico e eficiência operacional dos equipamentos. As pesquisas futuras devem se concentrar no aprimoramento dos níveis de inteligência do sistema, na otimização da eficiência operacional dos equipamentos e na exploração de modelos para promoção em-grande escala para melhorar ainda mais os benefícios abrangentes da recirculação da aquicultura.