1.Visão Geral dos Sistemas de Aquicultura Recirculante (RAS)
(1) Características dos Sistemas de Aquicultura Recirculantes
Os sistemas de aquicultura recirculantes (RAS) são um novo modelo de aquicultura desenvolvido com base na aquicultura intensiva, caracterizada pela recirculação e reutilização da água de cultura. Além das vantagens da aquicultura intensiva convencional, os RAS oferecem benefícios significativos no tratamento de águas residuais, redução do consumo de água e minimização do lançamento de efluentes. Através do design otimizado do sistema de abastecimento de água e da operação coordenada de múltiplas instalações e dispositivos, o RAS permite a reciclagem repetida de todo o volume de água de cultura. Em comparação com a aquicultura intensiva tradicional, são superiores em termos de eficiência energética para controlo de temperatura, mitigação da poluição ambiental e prevenção e controlo de doenças.
As RAS exigem a utilização integrada de um conjunto abrangente de instalações de purificação e tratamento de água. Seu projeto de processo envolve a aplicação de múltiplas disciplinas e tecnologias industriais, incluindo mecânica de fluidos, biologia, engenharia mecânica, eletrônica, química e tecnologia de informação de automação. Um RAS bem-projetado pode alcançar controle total dos parâmetros de qualidade da água, como temperatura, oxigênio dissolvido e nutrientes, e em qualquer circunstância, mais de 90% da água do sistema pode ser reutilizada por meio de recirculação.
(2)Essência e Vantagens do RAS
A essência dos sistemas de aquicultura recirculantes (RAS) reside no apoio e na otimização da produção aquícola através de abordagens industrializadas e modernizadas. Ao permitir a regulação-completa do processo do ambiente aquático, o RAS pode superar parcialmente restrições externas, como temperatura, disponibilidade de água e espaço, alcançando assim uma produção contínua-durante todo o ano, em vários-lotes. Isto permite a agricultura fora de época e a entrada escalonada no mercado, proporcionando aos produtores uma vantagem competitiva e retornos económicos mais elevados.
(3) Eficiência de produção e uso de recursos
O excelente desempenho de produção do RAS está intimamente ligado às suas características altamente controláveis e{0}com eficiência de recursos. Numa base de-unidade-de água, o rendimento de produtos aquáticos no RAS é 3 a 5 vezes maior do que o do fluxo tradicional-através da aquicultura intensiva e 8 a 10 vezes maior do que o da aquicultura em tanques, enquanto as taxas de sobrevivência aumentam em mais de 10%. Além disso, o uso de medicamentos veterinários e agentes químicos é reduzido em quase 60%. Estas melhorias abrangentes nos indicadores de desempenho garantem os benefícios económicos e ecológicos do RAS.
(4) Tratamento de Água e Integração de Sistemas
Na RAS, a água de cultura passa por uma série de tratamentos, incluindo filtração física, purificação biológica, esterilização e desinfecção, desgaseificação e oxigenação, permitindo o reaproveitamento total ou parcial da água. Ao mesmo tempo, a otimização do ambiente de cultura pode ser integrada a equipamentos automatizados, como alimentadores automáticos, permitindo um certo grau de automação e gerenciamento inteligente.
(5)Fundamentos Tecnológicos e Principais Características
O RAS integra tecnologias avançadas de engenharia pesqueira, equipamentos mecânicos, novos materiais-ecologicamente corretos, regulamentação microecológica e gerenciamento digital. Devido ao ambiente de produção totalmente controlado, que é minimamente afetado pelas condições externas, o RAS demonstra vantagens significativas, incluindo conservação de água e terra, redução da demanda de energia para regulação de temperatura, condições de criação estáveis, taxas de crescimento aceleradas, altas densidades de estocagem e produção de produtos eco-amigáveis e livres de poluição-. Como tal, os RAS são considerados “o modelo de aquicultura e a direção de investimento mais promissores do século XXI”.
(6) Desenvolvimento e Aplicação na China
Até o momento, mais de 900 RAS de grande-escala foram projetados e construídos na China, abrangendo as principais províncias costeiras, bem como regiões do interior, estendendo-se até mesmo a Xinjiang. Estes sistemas, abrangendo aplicações marinhas e de água doce, foram comercializados com sucesso, cumprindo as metas de produção esperadas e demonstrando excelente desempenho operacional. As práticas de produção confirmam que o RAS não só proporciona produtividade superior e vantagens ambientais, mas também atinge custos de produção significativamente mais baixos por unidade de rendimento em comparação com outros modelos de aquicultura.
2. Principais processos e tecnologias de sistemas de aquicultura recirculantes (RAS)
Os sistemas de aquicultura recirculantes (RAS) fazem uso extensivo de equipamentos e tecnologias de engenharia industrial. Normalmente, consistem em unidades de processo e instalações para remoção de partículas sólidas; remoção de partículas suspensas e matéria orgânica solúvel; eliminação de sais inorgânicos solúveis tóxicos e prejudiciais, como amônia e nitrito; controle de patógenos; remoção de dióxido de carbono do metabolismo de organismos e microorganismos cultivados; suplementação de oxigênio; e regulação de temperatura. Os processos técnicos envolvidos incluem isolamento térmico e controle de temperatura, remoção de partículas sólidas, remoção de nitrogênio e fósforo inorgânicos solúveis, desinfecção e esterilização, bem como oxigenação.
(1) Recursos de produção industrializada e intensiva
As RAS melhoram ainda mais as características intensivas da aquicultura industrial, oferecendo alta eficiência produtiva e pequena ocupação de terras, ao mesmo tempo em que superam as restrições de recursos terrestres e hídricos. Como um modelo agrícola de alto-insumo, alto{2}}produto, alta{3}}densidade e alta{4}}eficiência, o RAS se alinha com os objetivos abrangentes da China para a civilização ecológica e estratégias de desenvolvimento sustentável.
(2) Significância Ecológica e Estratégica
Com seus recursos intensivos, eficientes, de{0}economia de{0}}energia, redução de emissões-e ecologicamente corretos, o RAS se tornou uma direção importante para transformar e atualizar a aquicultura na China em direção ao desenvolvimento ecológico e de baixo-carbono. Durante vários anos consecutivos, o RAS foi listado pelo Ministério da Agricultura e Assuntos Rurais da China como uma importante tecnologia de aquicultura recomendada.
(3)Desenvolvimento e tendências atuais
Atualmente, este modelo ganhou amplo reconhecimento tanto da academia como da indústria na China. A escala da construção de novos sistemas e a capacidade agrícola global têm aumentado constantemente nos últimos anos, tornando o RAS uma das principais tendências de desenvolvimento futuro da indústria da aquicultura da China.
3.Visão Geral da Pesquisa e Industrialização de Sistemas de Aquicultura Recirculantes (RAS)
(1)Pesquisa Internacional e Industrialização
Pesquisa e Desenvolvimento Iniciais
O primeiro sistema de aquicultura recirculante (RAS) surgiu no Japão durante a década de 1950. Posteriormente, muitos países iniciaram pesquisas sobre tratamento de água e tecnologias de aquicultura para RAS. Inicialmente, esses estudos basearam-se em processos de tratamento de águas residuais municipais e sistemas estilo aquário (com densidades de cultura de apenas 0,16–0,48 kg/m³). No entanto, essas abordagens não levaram em conta os requisitos exclusivos da aquicultura comercial-particularmente em termos de custos do sistema, uso de recursos, proporção entre volumes de água de cultura e purificação e capacidade de suporte do sistema (normalmente 50–300 kg/m³). Como resultado, os esforços de investigação encontraram muitos contratempos, consumiram grandes quantidades de recursos e progrediram lentamente.
Reconhecimento de características dinâmicas
Os primeiros estudos também ignoraram uma característica importante da EAR: a sua natureza dinâmica. As taxas de produção e degradação dos resíduos metabólicos dos peixes devem atingir o equilíbrio dinâmico para que o sistema permaneça estável e saudável. Em meados da{3}}década de 1980, com a crescente compreensão dos parâmetros de qualidade da água,-como pH, oxigênio dissolvido (OD), nitrogênio total (TN), nitrato (NO₃⁻), demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO) e seus padrões de variação na água da aquicultura, essas mudanças dinâmicas foram gradualmente integradas ao projeto do sistema. Por exemplo, a deficiência de oxigénio pode ser rapidamente corrigida por arejamento, mas a resposta das bactérias nitrificantes ao aumento das concentrações de amoníaco muitas vezes fica significativamente atrasada. Assim, o conhecimento mais profundo da interação dos fatores limitantes tornou-se cada vez mais importante para o projeto e operação eficazes do sistema.
Desafios nas primeiras práticas
Muitos profissionais de aquicultura tinham experiência com fluxo-através de sistemas intensivos, mas não tinham conhecimento da operação do RAS. Como resultado, muitas vezes não conseguiam controlar adequadamente a densidade de alojamento, as quantidades de alimentação, a frequência de alimentação e a gestão da qualidade da água, levando a desequilíbrios no fluxo de água do sistema e na ciclagem de materiais e, em última análise, causando falhas operacionais. Essa falta de compreensão científica e experiência de gerenciamento se refletiu nos níveis de densidade de cultura: o RAS em escala-laboratorial geralmente atingia apenas 10–42 kg/m³, enquanto o RAS em escala-comercial inicial mantinha-se em 6,7–7,9 kg/m³. Depois de mais de meio século de avanço tecnológico-incluindo otimização de processos, aeração e oxigenação (por exemplo, uso de oxigênio líquido), alimentação automatizada e seleção de espécies adequadas-os RAS modernos superaram muitos fatores limitantes e agora podem suportar altas densidades de cultura de 50 a 300 kg/m³.
Crescimento Industrial e Inovações Tecnológicas
À medida que a aquicultura tradicional em tanques enfrentava a estagnação devido à competição fundiária e às pressões ambientais, a RAS na Europa e na América do Norte registou um rápido crescimento entre as décadas de 1980 e 1990. Essa expansão industrial foi acompanhada por melhorias tecnológicas, incluindo o uso de filtros pressurizados e não -pressurizados para grandes sólidos suspensos, ozonização para desinfecção e degradação de matéria orgânica, e o desenvolvimento de múltiplos filtros biológicos, como filtros submersos, filtros gotejantes, filtros alternativos, contatores biológicos rotativos, biofiltros de tambor e reatores de leito fluidizado, bem como unidades de desnitrificação anaeróbica. Com esses avanços, o RAS amadureceu gradativamente e entrou em aplicação comercial.
O Caso dos Estados Unidos
Os Estados Unidos mantiveram uma posição de liderança tanto na investigação fundamental como aplicada em RAS, abrangendo áreas como a nutrição e fisiologia de espécies cultivadas intensivamente, prevenção de doenças e tecnologias de tratamento de água. Uma característica fundamental do RAS dos EUA é o seu alto grau de automação e mecanização no controle da qualidade da água. Os sistemas-assistidos por computador regulam automaticamente os níveis de oxigênio dissolvido, pH, condutividade, turbidez e amônia, bem como as condições ambientais, como temperatura, umidade e intensidade de luz. Aproveitando sua base industrial avançada, os EUA adotaram amplamente equipamentos-de alta tecnologia para oxigenação, purificação biológica, remoção de sólidos, classificação e colheita. Por exemplo, o RAS experimental desenvolvido pelo Centro de Biotecnologia Marinha da Universidade de Maryland incorpora processos de tratamento anaeróbico, muito semelhantes aos sistemas projetados pela Aquatec-Solutions na Dinamarca.
4.Desafios e Contramedidas para o Desenvolvimento de Sistemas de Aquicultura Recirculantes Industrializados (RAS)
(1) Integração insuficiente de instalações e equipamentos
Embora os equipamentos de tratamento de água, alimentação automática, desinfecção e aeração da China tenham gradualmente se aproximado do nível avançado internacional, a integração geral do sistema permanece inadequada. A falta de empresas de grande-escala capazes de produzir conjuntos completos de equipamentos RAS aumentou os custos e a complexidade da construção, dificultando assim o rápido avanço dos equipamentos nacionais.
(2) Necessidade de otimização de alimentos compostos especializados
Atualmente, as fórmulas de rações aquáticas na China são altamente homogêneas e carecem de rações especializadas projetadas para RAS e espécies cultivadas específicas. Isto aumenta a carga operacional dos sistemas de tratamento de água e afecta o desempenho agrícola. É necessário desenvolver rações RAS específicas para espécies-com nutrição bem{3}}balanceada, baixas taxas de lixiviação e taxas de conversão alimentar favoráveis.
(3) A prevenção e o controle de doenças exigem maior precisão
A agricultura de alta-densidade e alta{1}}eficiência aumenta o risco de surtos de doenças quando ocorrem desequilíbrios no sistema, e os patógenos são difíceis de eliminar em sistemas fechados. A otimização do sistema deve ser aprimorada para melhorar a capacidade de proteção, enquanto a pesquisa deve se concentrar na fisiologia dos peixes, nas respostas ao estresse, nos indicadores precoces de doenças e nos mecanismos eficazes de-alerta de doenças.
(4) Pressão Significativa de Consumo de Energia e Redução de Custos
O elevado investimento inicial em construção e o consumo de energia são desafios inevitáveis da RAS. Medidas-de economia de energia devem ser implementadas tanto em nível de equipamento quanto de sistema, incluindo o desenvolvimento de filtros de baixa-energia, dispositivos de remoção de CO₂, tecnologias de tratamento de águas residuais e aplicações de energia renovável, como bombas de calor de fonte solar, eólica e-de água.
(5) Falta de Padronização na Operação e Gestão
Atualmente, não existem padrões ou normas técnicas unificadas para RAS na China. Como resultado, a concepção do sistema, as práticas de gestão e o desempenho agrícola variam amplamente e as falhas operacionais são comuns. É essencial estabelecer um quadro técnico normalizado para uma aquicultura saudável, melhorar os padrões de processos e de gestão e promover projetos de demonstração para uma produção normalizada.
(6) Necessidade de investigação básica reforçada
A compreensão científica de vários aspectos continua insuficiente, incluindo o estado de saúde das espécies cultivadas sob alta-densidade e condições específicas de qualidade da água, mudanças estruturais do biofilme durante a operação do sistema, mecanismos de ciclagem de nutrientes e métodos ideais para a remoção e tratamento inofensivo de partículas sólidas. Estas lacunas dificultam o desenvolvimento de tecnologias e equipamentos relevantes.
(7) Tendências e oportunidades de desenvolvimento futuro
Apesar destes desafios, o RAS oferece vantagens significativas em eficiência de produção, sustentabilidade ambiental e bem-estar animal. Como modelo agrícola verde, ecológico, circular e eficiente, ele se alinha às tendências globais em direção ao desenvolvimento de baixo-carbono. Com a modernização das pescas da China, o avanço da civilização ecológica e a aceleração dos objectivos de neutralidade carbónica, espera-se que a RAS entre numa nova fase de rápido desenvolvimento.