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In un sistema di ricircolo è necessario trattare continuamente l'acqua per rimuovere i prodotti di scarto escreti dal pesce, e aggiungere ossigeno per mantenere il pesce vivo e vegeto. Un sistema di ricircolo è infatti abbastanza semplice. Dall'uscita delle vasche di pesce l'acqua scorre in un filtro meccanico e poi in un filtro biologico prima che venga aerata e spogliata di anidride carbonica e restituita alle vasche di pesce. Questo è il principio di base del ricircolo.

Si possono aggiungere diverse altre strutture, come l'ossigenazione con ossigeno puro, la luce ultravioletta o la disinfezione dell'ozono, la regolazione automatica del pH, lo scambio di calore, la denitrificazione, ecc. a seconda delle esigenze esatte.

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_Figura 2.1 Principale disegno di un sistema di ricircolo. Il sistema di trattamento delle acque di base è costituito da filtrazione meccanica, trattamento biologico e aerazione/ stripping. A seconda delle esigenze, è possibile aggiungere ulteriori installazioni, come l'arricchimento di ossigeno o la disinfezione UV. _

I pesci in un allevamento ittico richiedono l'alimentazione più volte al giorno. Il mangime viene consumato e digerito dai pesci e viene utilizzato nel metabolismo dei pesci fornendo energia e nutrimento per la crescita e altri processi fisiologici. L'ossigeno (O2) entra attraverso le branchie ed è necessario per produrre energia e per abbattere le proteine, per cui l'anidride carbonica (CO2) e l'ammoniaca (NH3) sono prodotti di scarto. Il mangime non digerito viene escreto nell'acqua sotto forma di feci, detti solidi sospesi (SS) e sostanza organica. L'anidride carbonica e l'ammoniaca vengono escreti dalle branchie nell'acqua. Così i pesci consumano ossigeno e mangimi, e di conseguenza l'acqua nel sistema è inquinata da feci, anidride carbonica e ammoniaca.

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_Figura 2.2 Il consumo di mangimi e l'uso di ossigeno comporta la crescita dei pesci e l'escrezione di prodotti di scarto, quali anidride carbonica, ammoniaca e feci. _

Solo mangime secco può essere raccomandato per l'uso in un sistema di ricircolo. L'uso di pesci immondizia in qualsiasi forma deve essere evitato in quanto inquinerà pesantemente il sistema ed è molto probabile che l'infezione da malattie. L'uso di mangime secco è sicuro e ha anche il vantaggio di essere progettato per soddisfare le esatte esigenze biologiche del pesce. Il mangime secco viene fornito in diverse dimensioni di pellet adatte a qualsiasi stadio di pesce, e gli ingredienti nel mangime secco possono essere combinati per sviluppare mangimi speciali per fritture, covate, escrescenze, ecc.

In un sistema di ricircolo, un alto tasso di utilizzo del mangime è vantaggioso, in quanto ciò ridurrà al minimo la quantità di prodotti di escrezione, riducendo così l'impatto sul sistema di trattamento delle acque. In un sistema gestito professionalmente, tutti i mangimi aggiunti saranno consumati mantenendo al minimo la quantità di mangime non consumato. Il tasso di conversione del mangime (FCR), che descrive quanti chili di mangime si utilizza per ogni chilo di pesce che si produce, è migliorato e l'agricoltore ottiene una resa produttiva più elevata e un minore impatto sul sistema di filtraggio. Il mangime non consumato è uno spreco di denaro e si traduce in un carico inutile sul sistema di filtraggio. Va notato che sono disponibili mangimi particolarmente adatti per l'uso nei sistemi di ricircolo. La composizione di tali mangimi mira a massimizzare l'assorbimento di proteine nei pesci riducendo così al minimo l'escrezione di ammoniaca nell'acqua.

| Dimensione pallet | Dimensione pesce, grammo | Proteine | Grasso | | — | — | — | | 3 mm | 40 - 125 | 43% | 27% | | 4,5 mm | 100 - 500 | 42% | 28% | | 6,5 mm | 400 - 1200 | 41% | 29% |

| Composizione,% | 3,0 mm | 4,5 mm | 6,5 mm | | — | — | — | | Farina di pesce | 22 | 21 | 20 | | Olio di pesce | 9 | 10 | 10 | | Olio di semi di colza | 15 | 15 | 16 | | Farina di emoglobina | 11 | 11 | 11 | | Piselli | 5 | 5 | 5 | | Soia | 10 | 11 | 11 | | Grano | 12 | 11 | 11 | | Glutine di frumento | 5 | 5 | | Altri concentrati di proteine | 10 | 10 | 10 | | Vitamine, minerali, ecc. | 1 | 1 | 1 | 1 |

_Figura 2.3 Ingredienti e contenuto di un mangime per trote idoneo ad essere utilizzato in un sistema di ricircolo. Fonte: BioMar. _

**Componenti in un sistema di ricircolo

Vasche per pesci

| Proprietà serbatoio | Serbatoio circolare | pista a D | Tipo pista | | — | — | — | — | | Effetto autopulente | 5 | 4 | 3 | | Basso tempo di permanenza delle particelle | 5 | 4 | 3 | | Controllo e regolazione dell'ossigeno | 5 | 5 | 4 | | Utilizzo dello spazio | 2 | 4 | 5 |

_Figura 2.4 Diversi disegni del serbatoio danno proprietà e vantaggi diversi. Valutazione 1-5, dove 5 è il migliore. _

L'ambiente nella vasca di allevamento deve soddisfare le esigenze del pesce, sia per quanto riguarda la qualità dell'acqua che la progettazione del serbatoio. La scelta del giusto design del serbatoio, come dimensioni e forma, profondità dell'acqua, capacità autopulente, ecc., può avere un impatto considerevole sulle prestazioni delle specie allevate.

Se il pesce è in fondo, la necessità di superficie del serbatoio è più importante, e la profondità dell'acqua e la velocità della corrente d'acqua possono essere abbassate (rombo, sogliola o altri pesci piatti), mentre le specie pelagiche vive come i salmonidi potranno beneficiare di maggiori volumi d'acqua e mostrare prestazioni migliorate a velocità di acqua più elevate.

In un serbatoio circolare, o in un serbatoio quadrato con angoli tagliati, l'acqua si muove in un modello circolare facendo muovere l'intera colonna d'acqua del serbatoio intorno al centro. Le particelle organiche hanno un tempo di permanenza relativamente breve di pochi minuti, a seconda delle dimensioni del serbatoio, grazie a questo schema idraulico che dà un effetto autopulente. Un ingresso verticale con regolazione orizzontale è un modo efficiente per controllare la corrente in tali serbatoi.

In una pista l'idraulica non ha alcun effetto positivo sulla rimozione delle particelle. D'altra parte, se un acquario viene rifornito in modo efficiente con i pesci, l'effetto autopulente del progetto del serbatoio dipenderà più dall'attività del pesce che dal design del serbatoio. L'inclinazione del fondo del serbatoio ha poca o nessuna influenza sull'effetto autopulente, ma faciliterà lo scarico completo quando il serbatoio viene svuotato.

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_Figura 2.5 Un esempio di progettazione del serbatoio ottagonale in un sistema di ricircolo che consente di risparmiare spazio pur ottenendo i buoni effetti idraulici del serbatoio circolare. Fonte: gruppo AKVA. _

I serbatoi circolari occupano più spazio rispetto alle piste, il che aumenta il costo di costruzione di un edificio. Tagliando gli angoli di un serbatoio quadrato appare un disegno del serbatoio ottagonale, che darà un migliore utilizzo dello spazio rispetto ai serbatoi circolari, e allo stesso tempo si ottengono gli effetti idraulici positivi del serbatoio circolare (vedi figura 2.5). È importante notare che la costruzione di serbatoi di grandi dimensioni favorirà sempre il serbatoio circolare in quanto questo è il design più forte e il modo più economico di realizzare un serbatoio.

Un tipo di serbatoio ibrido tra il serbatoio circolare e la pista chiamata «pista D-ended» combina anche l'effetto autopulente del serbatoio circolare con l'efficiente utilizzo dello spazio della pista. Tuttavia, in pratica questo tipo di serbatoio è usato raramente, presumibilmente perché l'installazione del serbatoio richiede un lavoro supplementare e nuove routine di gestione.

Livelli di ossigeno sufficienti per il benessere dei pesci sono importanti nell'allevamento ittico e di solito vengono mantenuti elevati aumentando il livello di ossigeno nell'acqua di ingresso al serbatoio.

Si può anche utilizzare l'iniezione diretta di ossigeno puro nel serbatoio mediante l'uso di diffusori, ma l'efficienza è inferiore e più costosa.

Il controllo e la regolazione dei livelli di ossigeno in serbatoi circolari o simili è relativamente facile perché la colonna d'acqua è costantemente miscelata rendendo il contenuto di ossigeno quasi lo stesso ovunque nel serbatoio. Ciò significa che è abbastanza facile mantenere il livello di ossigeno desiderato nel serbatoio. Una sonda di ossigeno posizionata vicino all'uscita del serbatoio darà una buona indicazione dell'ossigeno disponibile. Il tempo necessario per la sonda per registrare l'effetto dell'aggiunta di ossigeno a un serbatoio circolare sarà relativamente breve. La sonda non deve essere posizionata vicino a dove viene iniettato ossigeno puro o dove viene alimentata acqua ricca di ossigeno.

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_Figura 2.6 Serbatoio circolare, pista con estremità D e tipo di pista. _

In una pista, tuttavia, il contenuto di ossigeno sarà sempre più alto all'ingresso e più basso all'uscita, il che dà anche un ambiente diverso a seconda del luogo in cui ogni pesce sta nuotando. La sonda di ossigeno per misurare il contenuto di ossigeno dell'acqua deve essere sempre posizionata nell'area con il più basso contenuto di ossigeno, che si trova vicino all'uscita. Questo gradiente di ossigeno a valle renderà più difficile la regolazione dell'ossigeno in quanto il ritardo di regolazione dell'ossigeno verso l'alto o verso il basso all'ingresso fino al momento in cui viene misurato all'uscita può arrivare fino a un'ora. Questa situazione può causare l'ossigeno per andare su e giù tutto il tempo invece di fluttuare intorno al livello selezionato. L'installazione di moderni sistemi di controllo dell'ossigeno che utilizzano algoritmi e costanti temporali impedirà tuttavia queste fluttuazioni indesiderate.

Le uscite dei serbatoi devono essere costruite per una rimozione ottimale delle particelle di scarto e munite di schermi con maglie di dimensioni adeguate. Inoltre, deve essere facile raccogliere pesci morti durante le routine quotidiane di lavoro.

I serbatoi sono spesso dotati di sensori per il livello dell'acqua, il contenuto di ossigeno e la temperatura per avere un controllo completo della fattoria. Si dovrebbe anche considerare di installare diffusori per fornire ossigeno direttamente in ogni serbatoio in caso di situazione di emergenza.

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_Figura 2.7 Filtro tamburo. Fonte: CM Aqua. _

Filtrazione meccanica

La filtrazione meccanica dell'acqua di uscita dalle vasche ha dimostrato di essere l'unica soluzione pratica per la rimozione dei rifiuti organici. Oggi quasi tutti gli allevamenti ittici a ricircolo filtrano l'acqua di uscita dalle vasche in un cosiddetto microschermo dotato di un panno filtrante tipicamente da 40 a 100 micron. Il filtro a tamburo è di gran lunga il tipo di microschermo più comunemente usato, e il design garantisce la rimozione delicata delle particelle.

Funzione del filtro tamburo:

  1. L'acqua da filtrare entra nel tamburo.

  2. L'acqua viene filtrata attraverso gli elementi filtranti del tamburo. La differenza di livello dell'acqua all'interno/all' esterno del tamburo è la forza trainante per la filtrazione.

  3. I solidi vengono intrappolati sugli elementi filtranti e sollevati nell'area di controlavaggio mediante la rotazione del tamburo.

  4. L'acqua dagli ugelli di risciacquo viene spruzzata dall'esterno degli elementi filtranti. Il materiale organico rifiutato viene lavato fuori dagli elementi filtranti nel vassoio dei fanghi.

  5. I fanghi fluiscono insieme all'acqua per gravità fuori dal filtro che fuoriesce dall'allevamento ittico per il trattamento delle acque reflue esterne (cfr. capitolo 6).

La filtrazione a microschermo presenta i seguenti vantaggi:

  • Riduzione del carico organico del biofiltro.

  • Rendere l'acqua più chiara man mano che le particelle organiche vengono rimosse dall'acqua.

  • Migliorare le condizioni di nitrificazione in quanto il biofiltro non ostruisce.

  • Effetto stabilizzante sui processi di biofiltrazione.

Trattamento biologico

Non tutta la materia organica viene rimossa nel filtro meccanico, le particelle più fini passeranno insieme a composti disciolti come fosfato e azoto. Il fosfato è una sostanza inerte, senza effetto tossico, ma l'azoto sotto forma di ammoniaca libera (NH3) è tossico e deve essere trasformato nel biofiltro in nitrato innocuo. La ripartizione della materia organica e dell'ammoniaca è un processo biologico effettuato dai batteri nel biofiltro. I batteri eterotrofici ossidano la materia organica consumando ossigeno e producendo anidride carbonica, ammoniaca e fanghi. I batteri nitrificanti convertono l'ammoniaca in nitrito e infine in nitrato.

L'efficienza della biofiltrazione dipende principalmente da:

  • La temperatura dell'acqua nel sistema.

  • Il livello di pH nel sistema.

Per raggiungere un tasso di nitrificazione accettabile, le temperature dell'acqua devono essere mantenute entro 10-35 °C (ottimale intorno a 30 °C) e livelli di pH compresi tra 7 e 8. La temperatura dell'acqua dipenderà molto spesso dalle specie allevate e non è quindi adattata per raggiungere il tasso di nitrificazione ottimale, ma per fornire livelli ottimali per la crescita dei pesci. La regolazione del pH in relazione all'efficienza dei biofiltri è comunque importante in quanto un livello di pH inferiore riduce l'efficienza del biofiltro. Il pH deve quindi essere mantenuto al di sopra di 7 per raggiungere un alto tasso di nitrificazione batterica. D'altra parte, l'aumento del pH si tradurrà in una quantità crescente di ammoniaca libera (NH3), che migliorerà l'effetto tossico. L'obiettivo è quindi quello di trovare l'equilibrio tra questi due obiettivi opposti di regolazione del pH. Un punto di regolazione consigliato è compreso tra pH 7,0 e pH 7,5.

Due fattori principali influenzano il pH nel sistema di ricircolo dell'acqua:

  • La produzione di CO~2~ dal pesce e dall'attività biologica del biofiltro.

  • L'acido prodotto dal processo di nitrificazione.

Risultato della nitrificazione:

NH~4~ (ammonio) + 1,5 O~2~ → NO~2~ (nitrito) + H~2~O + 2H^+^+ 2e

NO~2~ (nitrito) + 0,5 O~2~ → NO~3~ (nitrato) + e

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NH~4~ + 2 O~2~ ↔ NO~3~ + H~2~O + 2H^+^

CO~2~ viene rimosso mediante aerazione dell'acqua, per cui avviene il degassaggio. Questo processo può essere realizzato in diversi modi come descritto più avanti in questo capitolo.

Il processo di nitrificazione produce acido (H+) e il livello di pH diminuisce. Per stabilizzare il pH, è necessario aggiungere una base. A tale scopo occorre aggiungere all'acqua la calce o l'idrossido di sodio (NaOH) o un'altra base.

Il pesce espelle una miscela di ammoniaca e ammonio [nitrato totale di ammoniaca (TAN) = ammonio (NH4+) + ammoniaca (NH3)] dove l'ammoniaca costituisce la parte principale dell'escrezione. La quantità di ammoniaca nell'acqua dipende tuttavia dal livello di pH, come si può vedere nella figura 2.8, che mostra l'equilibrio tra ammoniaca (NH3) e ammonio (NH4+).

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_Figura 2.8 L'equilibrio tra ammoniaca (NH3) e ammonio (NH4+) a 20 °C. L'ammoniaca tossica è assente a pH inferiore a 7, ma aumenta rapidamente con l'aumento del pH. _

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Figura 2.9 Relazione tra il pH misurato e la quantità di TAN disponibile per la degradazione nel biofiltro, basata su una concentrazione di ammoniaca tossica di 0,02 mg/l.

In generale, l'ammoniaca è tossica per i pesci a livelli superiori a 0,02 mg/L. La figura 2.9 mostra la concentrazione massima di TAN da consentire a diversi livelli di pH se si deve garantire un livello inferiore a 0,02 mg/l di ammoniaca. I livelli di pH più bassi riducono al minimo il rischio di superare questo limite tossico di ammoniaca pari a 0,02 mg/L, ma si raccomanda all'allevatore di pesci di raggiungere un livello minimo di pH 7 per raggiungere una maggiore efficienza dei biofiltri, come spiegato in precedenza. Purtroppo, la concentrazione totale di TAN da consentire si riduce in modo significativo, come si evince dalla figura 2.9. Ci sono quindi due vettori di lavoro opposti del pH che l'agricoltore deve prendere in considerazione durante la messa a punto del suo biofiltro.

Il nitrito (NO2-) si forma nella fase intermedia del processo di nitrificazione ed è tossico per i pesci a livelli superiori a 2,0 mg/L. Se i pesci in un sistema di ricircolo sono ansiosi di aria, sebbene la concentrazione di ossigeno sia fine, può essere la causa di un'alta concentrazione di nitriti. Ad alte concentrazioni, il nitrito viene trasportato attraverso le branchie nel sangue del pesce, dove ostruisce l'assorbimento di ossigeno. Aggiungendo sale all'acqua, raggiungendo appena 0,3 ‰, l'assorbimento di nitrito viene inibito.

Il nitrato (NO3-) è il prodotto finale del processo di nitrificazione e, sebbene sia considerato innocuo, livelli elevati (superiori a 100 mg/L) sembrano avere un impatto negativo sulla crescita e sulla conversione dei mangimi. Se lo scambio di nuova acqua nel sistema viene mantenuto molto basso, il nitrato si accumula e si raggiungeranno livelli inaccettabili. Un modo per evitare l'accumulo è quello di aumentare lo scambio di acqua nuova, per cui l'alta concentrazione viene diluita ad un livello più basso e senza problemi.

D'altra parte, l'idea del ricircolo è di risparmiare acqua, e in alcuni casi il risparmio idrico è un obiettivo importante. In tali circostanze, le concentrazioni di nitrati possono essere ridotte mediante la de-nitrificazione. In condizioni normali, un consumo di acqua superiore a 300 litri per kg di mangime utilizzato è sufficiente per diluire la concentrazione di nitrati. L'utilizzo di meno acqua di 300 litri per kg di mangime rende degno di considerazione l'uso della denitrificazione.

I batteri denitrificanti più predominanti sono chiamati Pseudomonas. Si tratta di un processo anaerobico (senza ossigeno) che riduce il nitrato all'azoto atmosferico. In realtà, questo processo rimuove l'azoto dall'acqua nell'atmosfera, riducendo il carico di azoto nell'ambiente circostante. Il processo richiede una fonte organica (carbonio), ad esempio alcool di legno (metanolo) che può essere aggiunto a una camera di denitrificazione. In termini pratici sono necessari 2,5 kg di metanolo per kg di nitrato (NO3-N) denitrificato.

Molto spesso la camera di denitrificazione è dotata di mezzi biofiltranti progettati con un tempo di permanenza di 2-4 ore. Il flusso deve essere controllato per mantenere la concentrazione di ossigeno in uscita a circa 1 mg/l. Se l'ossigeno è completamente esaurito, si verificherà un'ampia produzione di idrogeno solforato (H2S), che è estremamente tossico per i pesci e anche cattivo odore (uovo marcio). La produzione risultante di fanghi è piuttosto elevata e l'unità deve essere relavato, in genere una volta alla settimana.

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_Figura 2.10 Supporto letto mobile a sinistra e supporto fisso a destra. _

I biofiltri sono tipicamente costruiti utilizzando materiali plastici che forniscono un'elevata superficie per m^3^ di biofiltro. I batteri cresceranno come un film sottile sul supporto occupando così una superficie estremamente ampia. L'obiettivo di un biofiltro ben progettato è quello di raggiungere una superficie più alta possibile per m^3^ senza imballare il biofiltro così stretto che si intaserà con la materia organica in funzione. È quindi importante disporre di un'alta percentuale di spazio libero per il passaggio dell'acqua e avere un buon flusso complessivo attraverso il biofiltro insieme a una procedura di controlavaggio sufficiente. Tali procedure di controlavaggio devono essere eseguite a intervalli sufficienti una volta alla settimana o al mese, a seconda del carico sul filtro. L'aria compressa viene utilizzata per creare turbolenze nel filtro per cui la materia organica viene strappata via. Il biofiltro viene smistato mentre avviene la procedura di lavaggio e l'acqua sporca nel filtro viene scaricata e scaricata prima che il biofiltro venga nuovamente collegato al sistema.

I biofiltri utilizzati nei sistemi di ricircolo possono essere progettati come filtri a letto fisso o filtri a letto mobile. Tutti i biofiltri utilizzati oggi nel ricircolo funzionano come unità sommerse sott'acqua. Nel filtro a letto fisso, il materiale plastico è fisso e non si muove. L'acqua scorre attraverso il mezzo come un flusso laminare per entrare in contatto con il film batterico. Nel filtro a letto mobile, il materiale plastico si muove nell'acqua all'interno del biofiltro da una corrente creata dal pompaggio dell'aria. A causa del costante movimento del materiale filtrante, i filtri a letto mobile possono essere imballati più duramente rispetto ai filtri a letto fisso, raggiungendo così un tasso di fatturato più elevato per m3 di biofiltro. Non vi è tuttavia alcuna differenza significativa nel tasso di fatturato calcolato per m2 (superficie del filtro) in quanto l'efficienza del film batterico in uno dei due tipi di filtro è più o meno la stessa. Nel filtro a letto fisso, tuttavia, vengono rimosse anche particelle organiche fini poiché queste sostanze aderiscono al film batterico. Il filtro a letto fisso fungerà quindi anche da unità di filtrazione meccanica fine rimuovendo materiale organico microscopico e lasciando l'acqua molto limpida. Il filtro a letto mobile non avrà lo stesso effetto della costante turbolenza dell'acqua renderà impossibile qualsiasi adesione.

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_Figura 2.11 Biofiltri a letto mobile (in alto) e a letto fisso (in basso) . _

Entrambi i sistemi filtranti possono essere utilizzati nello stesso sistema, oppure possono essere combinati; utilizzando il letto mobile per risparmiare spazio e il letto fisso per beneficiare dell'effetto aderente. Esistono diverse soluzioni per la progettazione finale dei sistemi di biofiltro a seconda delle dimensioni dell'azienda, delle specie da coltivare, delle dimensioni dei pesci, ecc.

Degassaggio, aerazione e stripping

Prima che l'acqua ritorni alle vasche di pesce accumulate gas, che sono dannosi per il pesce, devono essere rimossi. Questo processo di degasaggio viene effettuato mediante aerazione dell'acqua e il metodo viene spesso indicato come stripping. L'acqua contiene anidride carbonica (CO2) proveniente dalla respirazione dei pesci e dai batteri presenti nel biofiltro nelle concentrazioni più elevate, ma è presente anche azoto libero (N2). L'accumulo di anidride carbonica e di gas di azoto avrà effetti dannosi sul benessere e sulla crescita dei pesci. In condizioni anaerobiche è possibile produrre idrogeno solforato (H2S), soprattutto nei sistemi di acqua salata. Questo gas è estremamente tossico per i pesci, anche a basse concentrazioni, e i pesci saranno uccisi se l'idrogeno solforato viene generato nel sistema.

L'aerazione può essere effettuata pompando aria nell'acqua per cui il

contatto turbolento tra le bolle d'aria e l'acqua spinge fuori i gas. Questa aerazione subacquea consente di spostare l'acqua contemporaneamente, ad esempio se si utilizza un sistema di pozzo di aerazione (cfr. figura 2.12).

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_Figura 2.12 Sistema pozzo di aerazione. _

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_Figura 2.13 Foto e disegno del filtro di gocciolamento avvolto in un rivestimento di plastica blu per eliminare gli schizzi sul pavimento (Billund Akvakulturservice, Danimarca). Il processo di aerazione/stripping è anche chiamato CO2-stripping. Il materiale filtrante nel filtro di gocciolamento è generalmente costituito dallo stesso tipo di mezzo utilizzato nei biofiltri a letto fisso — cfr. figura 2.10. _

Il sistema del pozzo di aerazione non è tuttavia efficiente per la rimozione dei gas come il sistema di filtraggio, chiamato anche degasser. Nel sistema di gocciolamento, i gas vengono rimossi dal contatto fisico tra l'acqua e il materiale plastico impilato in una colonna. L'acqua viene portata alla parte superiore del filtro su una piastra di distribuzione con fori, e scaricata attraverso il materiale plastico per massimizzare la turbolenza e il contatto, il cosiddetto processo di stripping.

Ossigenazione

Il processo di aerazione dell'acqua, che è lo stesso processo fisico del degassaggio o dello stripping, aggiungerà un po' di ossigeno all'acqua attraverso un semplice scambio tra i gas presenti nell'acqua e i gas nell'aria a seconda del livello di saturazione dell'ossigeno nell'acqua. L'equilibrio dell'ossigeno nell'acqua è di saturazione del 100%. Quando l'acqua è passata attraverso le vasche, il contenuto di ossigeno è stato abbassato, tipicamente fino al 70%, e il contenuto è ulteriormente ridotto nel biofiltro. L'aerazione di questa acqua in genere porterà la saturazione fino a circa il 90%, in alcuni sistemi è possibile raggiungere il 100%. La saturazione di ossigeno superiore al 100% nell'acqua di ingresso alle vasche è tuttavia spesso preferibile per avere sufficiente ossigeno a disposizione per una crescita elevata e stabile dei pesci. I livelli di saturazione superiori al 100% richiedono un sistema che utilizza ossigeno puro.

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_Figura 2.14 Cono di ossigeno per dissolvere l'ossigeno puro ad alta pressione e un sensore (sonda) per misurare la saturazione di ossigeno dell'acqua. Fonte: gruppo AKVA/Oxyguard International. _

L'ossigeno puro viene spesso erogato in serbatoi sotto forma di ossigeno liquido, ma può anche essere prodotto in azienda in un generatore di ossigeno. Esistono diversi modi per produrre acqua super-satura con contenuto di ossigeno che raggiunge il 200-300%. Tipicamente vengono utilizzati sistemi a cono di ossigeno ad alta pressione o sistemi di ossigeno a bassa testa, come piattaforme di ossigeno. Il principio è lo stesso. L'acqua e l'ossigeno puro vengono miscelati sotto pressione per cui l'ossigeno viene forzato nell'acqua. Nel cono di ossigeno la pressione viene ottenuta con una pompa che crea un'alta pressione di circa 1,4 bar nel cono. Pompare acqua sotto pressione nel cono di ossigeno consuma molta elettricità. Nella piattaforma di ossigeno la pressione è molto più bassa, tipicamente fino a circa 0,1 bar, e l'acqua viene semplicemente pompata attraverso la scatola miscelando acqua e ossigeno. La differenza tra i due tipi di sistemi è che la soluzione a cono di ossigeno utilizza solo una parte dell'acqua circolante per l'arricchimento dell'ossigeno, mentre la piattaforma di ossigeno viene utilizzata per il flusso principale di ricircolo spesso in combinazione con il pompaggio complessivo di acqua rotonda nel sistema.

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_Figura 2.15 Piattaforma di ossigeno per sciogliere l'ossigeno puro a bassa pressione durante il pompaggio di acqua nella fattoria. In genere, il sistema aumenta il livello di ossigeno disciolto a poco superiore al 100% quando entra nei serbatoi a seconda della portata e della progettazione della fattoria. Fonte: Soluzioni di acquacoltura FREA

Qualunque sia il metodo utilizzato, il processo deve essere controllato con l'aiuto della misurazione dell'ossigeno. Il modo migliore per farlo è quello di far misurare la sonda di ossigeno dopo il sistema di ossigenazione a pressione atmosferica normale, ad esempio in una camera di misura fornita dal fornitore. Ciò rende la misurazione più semplice rispetto a quella effettuata sotto pressione, poiché la sonda dovrà essere pulita e tarata, di volta in volta.

Luce ultravioletta

La disinfezione UV funziona applicando la luce nelle lunghezze d'onda che distruggono il DNA negli organismi biologici. Nell'acquacoltura sono mirati batteri patogeni e organismi unicellulari. Il trattamento è stato utilizzato per scopi medici da decenni e non influisce sui pesci in quanto il trattamento UV dell'acqua viene applicato al di fuori della zona di produzione ittica. È importante capire che i batteri crescono così rapidamente nella materia organica che controllare il numero di batteri negli allevamenti ittici tradizionali ha un effetto limitato. Il miglior controllo si ottiene quando un'efficace filtrazione meccanica è combinata con una biofiltrazione approfondita per rimuovere efficacemente la materia organica dall'acqua di processo, facendo in modo che la radiazione UV funzioni in modo efficiente.

La dose UV può essere espressa in diverse unità. Uno dei più utilizzati è micro Watt -secondi per cm^2 ^ (µWS/cm2). L'efficienza dipende dalle dimensioni e dalla specie degli organismi bersaglio e dalla torbidità dell'acqua. Per controllare i batteri e i virus, l'acqua deve essere trattata con circa 2 000 a 10 000 µWs/cm^2 per uccidere il 90% degli organismi, i funghi avranno bisogno di 10 000 a 100 000 e di piccoli parassiti da 50 000 a 200 000 µWS/cm2.

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_Figura 2.16 Sistemi di trattamento UV chiusi e aperti: per l'installazione rispettivamente in un sistema di tubazioni chiuse e in un sistema a canale aperto. Fonte: ULTRAAQUA _

L'illuminazione UV utilizzata in acquacoltura deve funzionare sott'acqua per dare la massima efficienza, le lampade installate al di fuori dell'acqua avranno un effetto minimo o nullo a causa della riflessione superficiale dell'acqua.

Ozono

L'uso dell'ozono (O3) nell'allevamento ittico è stato criticato perché l'effetto di un sovradosaggio può causare gravi lesioni ai pesci. Nelle aziende agricole all'interno degli edifici, l'ozono può anche essere dannoso per le persone che lavorano nella zona, in quanto possono inalare troppo ozono. Quindi il corretto dosaggio e il monitoraggio del carico insieme ad una corretta ventilazione sono fondamentali per ottenere un risultato positivo e sicuro.

Il trattamento con ozono è un modo efficace per distruggere gli organismi indesiderati mediante l'ossidazione pesante della materia organica e degli organismi biologici. Nella tecnologia di trattamento con ozono le microparticelle sono suddivise in strutture molecolari che si legano nuovamente e formano particelle più grandi. Con questa forma di flocculazione, i solidi microscopici sospesi troppo piccoli per essere catturati possono ora essere rimossi dal sistema invece di passare attraverso i diversi tipi di filtri nel sistema di ricircolo. Questa tecnologia è anche indicata come lucidatura ad acqua in quanto rende l'acqua più chiara e priva di solidi sospesi e possibili batteri aderenti a questi. Questo è particolarmente adatto nei sistemi di incubazione e frittura che crescono piccoli pesci, che sono sensibili alle micro particelle e batteri nell'acqua.

Il trattamento con ozono può essere utilizzato anche quando l'acqua di aspirazione in un sistema di ricircolo deve essere disinfettata.

Vale la pena ricordare che in molti casi il trattamento UV è una buona e sicura alternativa all'ozono.

Regolazione del pH

Il processo di nitrificazione nel biofiltro produce acido, quindi il livello di pH diminuirà. Per mantenere un pH stabile è necessario aggiungere una base all'acqua. In alcuni sistemi viene installata una stazione di miscelazione della calce che gocciola acqua di calce nel sistema e quindi stabilizza il pH. Un sistema di dosaggio automatico regolato da un pH-metro con un impulso di feedback a una pompa di dosaggio è un'altra opzione. Con questo sistema è preferibile utilizzare idrossido di sodio (NaOH) in quanto è facile da maneggiare e rende il sistema più facile da mantenere. L'idrossido di sodio è un forte alcalino che può bruciare gravemente occhi e pelle. Devono essere prese precauzioni di sicurezza, e occhiali e guanti devono essere indossati durante la manipolazione di questo e di altri acidi e basi forti.

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_Figura 2.17 Pompa di dosaggio per la regolazione del pH mediante dosaggio preimpostato di NaOH. La pompa può essere collegata ad un sensore di pH per la regolazione completamente automatica del livello di pH. _

Regolazione della temperatura dell'acqua

Mantenere una temperatura ottimale dell'acqua nel sistema di coltura è più importante in quanto il tasso di crescita del pesce è direttamente correlato alla temperatura dell'acqua. L'uso dell'acqua di aspirazione è un modo abbastanza semplice per regolare la temperatura di giorno in giorno. In un sistema di ricircolo interno il calore si accumula lentamente nell'acqua, perché l'energia sotto forma di calore viene rilasciata dal metabolismo dei pesci e dall'attività batterica nel biofiltro. Si accumulano anche il calore dovuto all'attrito nelle pompe e l'uso di altre installazioni. Le alte temperature nel sistema sono quindi spesso un problema in un sistema di ricircolo intensivo. Regolando la quantità di acqua fresca di aspirazione nel sistema, la temperatura può essere regolata in modo semplice.

Se il raffreddamento mediante l'uso di acqua di aspirazione è limitato, è possibile utilizzare una pompa di calore. La pompa di calore utilizzerà la quantità di energia normalmente persa nell'acqua di scarico o nell'aria che esce dall'azienda. L'energia viene quindi utilizzata per raffreddare l'acqua circolante all'interno della fattoria. Un modo simile per ridurre i costi di riscaldamento/raffreddamento può essere ottenuto recuperando l'energia utilizzando uno scambiatore di calore. L'energia nell'acqua di scarico dalla fattoria viene trasferita all'acqua di aspirazione fredda in entrata o viceversa. Questo avviene facendo passare entrambi i flussi nello scambiatore di calore dove l'acqua calda di uscita perderà energia e riscalderà l'acqua di aspirazione fredda, senza mescolare i due flussi. Anche sul sistema di ventilazione è possibile montare uno scambiatore di calore per aria utilizzando l'energia proveniente dall'aria in uscita e trasferendola all'aria in entrata, riducendo così in modo significativo la necessità di riscaldamento.

Nei climi freddi può essere necessario il riscaldamento dell'acqua. Il calore può provenire da qualsiasi fonte come una caldaia a petrolio o a gas ed è, indipendentemente dalla fonte di energia, collegato ad uno scambiatore di calore per riscaldare l'acqua ricircolata. Le pompe di calore sono una soluzione di riscaldamento rispettosa dell'ambiente e possono utilizzare energia per il riscaldamento dall'oceano, da un fiume, da un pozzo o dall'aria. Può anche essere utilizzato per trasferire l'energia da un sistema di ricircolo ad un altro, e quindi riscaldare un sistema e raffreddare un altro. Di solito utilizza energia proveniente ad esempio dall'oceano utilizzando uno scambiatore di calore in titanio, sposta l'energia al ricircolo che richiede il riscaldamento e rilascia il calore attraverso un altro scambiatore di calore.

Pompe

Diversi tipi di pompe sono utilizzati per far circolare l'acqua di processo nel sistema. Il pompaggio richiede normalmente una notevole quantità di energia elettrica e basse altezze di sollevamento e pompe efficienti e correttamente installate sono importanti per ridurre al minimo i costi di esercizio.

Il sollevamento dell'acqua dovrebbe avvenire preferibilmente solo una volta nel sistema, per cui l'acqua scorre per gravità fino al pozzetto della pompa. Le pompe sono spesso posizionate davanti al sistema di biofiltro e il degasser man mano che il processo di preparazione dell'acqua inizia qui. In ogni caso, le pompe devono essere posizionate dopo la filtrazione meccanica per evitare la rottura dei solidi provenienti dalle vasche.

Il calcolo dell'altezza di sollevamento totale per il pompaggio è la somma dell'altezza di sollevamento effettiva e delle perdite di pressione nelle fughe di tubi, nelle curve di tubi e in altri raccordi. Questo è anche chiamato testa dinamica. Se l'acqua viene pompata attraverso un biofiltro sommerso prima di cadere attraverso il degasser, sarà necessario tenere conto anche di una contropressione proveniente dal biofiltro. I dettagli sulla meccanica dei fluidi e sulle pompe non rientrano nell'ambito di questa guida.

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_Figura 2.18 Pompe di sollevamento tipo KPL per un sollevamento efficiente di grandi quantità di acqua. Le pompe di sollevamento sono spesso utilizzate per pompare il flusso principale nel sistema di ricircolo. Una corretta selezione della pompa è importante per mantenere bassi i costi di gestione. Il controllo della frequenza è un'opzione per regolare il flusso esatto necessario a seconda della produzione ittica. H è l'altezza di sollevamento e Q è il volume di acqua sollevata. _

Fonte: Grundfos

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Figura 2.19 Pompe centrifughe tipo NB per il pompaggio di acqua quando sono necessarie alte pressioni o altezze di sollevamento elevate. La gamma di pompe centrifughe è ampia, quindi queste pompe vengono utilizzate in modo efficiente anche per il pompaggio ad altezze di sollevamento inferiori. Le pompe centrifughe sono spesso utilizzate nei sistemi di ricircolo per il pompaggio di flussi secondari come ad esempio flussi attraverso sistemi UV o per raggiungere alta pressione nei coni di ossigeno. H è l'altezza di sollevamento e Q è il volume di acqua sollevata. Fonte: Grundfos

L'altezza totale di sollevamento nella maggior parte dei sistemi di ricircolo intensivo oggi è di circa 2-3 metri, il che rende l'uso di pompe a bassa pressione più efficiente per il pompaggio del flusso principale. Tuttavia, il processo di dissoluzione dell'ossigeno puro nell'acqua di processo richiede pompe centrifughe in quanto queste pompe sono in grado di creare l'alta pressione richiesta nel cono. In alcuni sistemi, dove l'altezza di sollevamento per il flusso principale è molto bassa, l'acqua viene pilotata senza l'uso di pompe soffiando aria nei pozzi di aerazione. In questi sistemi il degasaggio e il movimento dell'acqua sono realizzati in un unico processo, il che rende possibili basse altezze di sollevamento. L'efficienza del degasaggio e dello spostamento dell'acqua non è tuttavia necessariamente migliore di quella del pompaggio dell'acqua sopra il degasser, perché l'efficienza dei pozzi di aerazione in termini di utilizzo dell'energia e dell'efficienza di degassaggio è inferiore rispetto all'utilizzo di pompe di sollevamento e di stripping o gocciolamento dell'acqua.

Monitoraggio, controllo e allarmi

L'allevamento intensivo richiede un attento monitoraggio e controllo della produzione al fine di mantenere le condizioni ottimali per il pesce in ogni momento. I guasti tecnici possono facilmente comportare perdite sostanziali e gli allarmi sono impianti vitali per garantire il funzionamento.

In molte aziende agricole moderne, un sistema di controllo centrale può monitorare e controllare i livelli di ossigeno, la temperatura, il pH, i livelli dell'acqua e le funzioni motorie. Se uno qualsiasi dei parametri si sposta fuori dai valori preimpostati di isteresi, un processo di avvio/arresto tenterà di risolvere il problema. Se il problema non viene risolto automaticamente, verrà avviato un allarme. L'alimentazione automatica può anche essere parte integrante del sistema di controllo centrale. Ciò consente di coordinare con precisione la tempistica dell'alimentazione con un dosaggio più elevato di ossigeno man mano che il consumo di ossigeno aumenta durante l'alimentazione. Nei sistemi meno sofisticati, il monitoraggio e il controllo non sono completamente automatici e il personale dovrà effettuare diverse regolazioni manuali.

In ogni caso, nessun sistema funzionerà senza la sorveglianza del personale che lavora nella fattoria. Il sistema di controllo deve quindi essere munito di un sistema di allarme che chiami il personale in caso di gravi guasti. Si raccomanda un tempo di reazione inferiore a 20 minuti, anche in situazioni in cui sono installati sistemi di backup automatici.

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_Figura 2.20 Una sonda di ossigeno (Oxyguard) viene calibrata nell'aria prima di essere abbassata nell'acqua per misurare in linea il contenuto di ossigeno dell'acqua. La sorveglianza può essere computerizzata con un gran numero di punti di misurazione e controllo degli allarmi. _

Sistema di emergenza

L'uso di ossigeno puro come riserva è la precauzione di sicurezza numero uno. L'installazione è semplice e consiste in un serbatoio di contenimento per ossigeno puro e un sistema di distribuzione con diffusori montati in tutti i serbatoi. Se l'alimentazione elettrica fallisce, una valvola magnetica tira indietro e l'ossigeno pressurizzato scorre in ogni serbatoio mantenendo il pesce vivo. Il flusso inviato ai diffusori deve essere regolato in anticipo, in modo che l'ossigeno nel serbatoio di stoccaggio in una situazione di emergenza duri abbastanza a lungo per il fallimento da correggere nel tempo.

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_Figura 2.21 Serbatoio di ossigeno e generatore elettrico di emergenza. _

Per eseguire il backup dell'alimentazione elettrica, è necessario un generatore elettrico a combustibile. È molto importante far funzionare le pompe principali il più velocemente possibile, perché l'ammoniaca escreta dal pesce si accumulerà a livelli tossici quando l'acqua non circola sopra il biofiltro. È quindi importante far funzionare il flusso d'acqua entro un'ora o giù di lì.

Acqua di aspirazione

L'acqua utilizzata per il ricircolo dovrebbe preferibilmente provenire da una fonte indenne da malattie o essere sterilizzata prima di entrare nel sistema. Nella maggior parte dei casi è meglio usare l'acqua proveniente da un pozzo, da un pozzo o da qualcosa di simile piuttosto che usare l'acqua proveniente direttamente da un fiume, un lago o dal mare. Se è necessario installare un sistema di trattamento dell'acqua di aspirazione, esso consisterà in genere in un filtro a sabbia per la microfiltrazione e in un sistema UV o ozono per la disinfezione.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, 2015, Jacob Bregnballe, Guida all'acquacoltura di ricircolo, http://www.fao.org/3/a-i4626e.pdf. Riprodotto con permesso. *


Food and Agriculture Organization of the United Nations

http://www.fao.org/
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