L'ossigeno disciolto nell'acqua è essenziale per la sopravvivenza e la crescita di pesci e crostacei. Proprio come gli animali terrestri dipendono dall'aria per respirare, i pesci dipendono dall'acqua ricca di ossigeno per svolgere funzioni biologiche vitali. I pesci assorbono ossigeno attraverso le branchie, supportando processi critici come la digestione, la regolazione del metabolismo e il movimento.
Quando i livelli di ossigeno scendono troppo, i pesci possono soffrire di stress ossidativo, che può arrestare la crescita e, nei casi gravi, portare alla mortalità. L'ossigeno insufficiente ha anche un impatto sull'ambiente della vasca, degradando la qualità dell'acqua e potenzialmente interrompendo i sistemi di filtrazione e biofiltrazione.
Cosa influenza la richiesta di ossigeno nell'acquacoltura?
Il consumo di ossigeno è strettamente legato al metabolismo dei pesci ed è influenzato da molteplici fattori:
- Specie allevate
- Biomassa e dimensioni degli animali
- Temperatura e salinità dell'acqua
- Tasso e frequenza di alimentazione
- Tipo di sistema (ad esempio RAS o flow-through)
Sebbene queste variabili siano interrelate, un parametro si distingue come un indicatore affidabile della domanda di ossigeno: la quantità di mangime.
Perché? Perché la quantità di mangime riflette tutti i fattori sopra menzionati. I requisiti nutrizionali sono ben documentati per la maggior parte delle specie di pesci e gamberetti e le tabelle di alimentazione sono in genere adattate alla temperatura dell'acqua e alle dimensioni dei pesci. In sostanza, la quantità di mangime è la migliore rappresentazione dell'attività metabolica di un animale.
Rapporto alimentazione-ossigeno
Una regola empirica comunemente usata in acquacoltura è che 1 kg di mangime richiede circa 350 g di ossigeno affinché il pesce o il gambero lo metabolizzi.
Quindi, se si somministrano 10 kg di mangime in una vasca al giorno, lo stock consumerà circa 3,5 kg di ossigeno al giorno.
Quindi, se si somministrano 10 kg di mangime in una vasca al giorno, lo stock consumerà circa 3,5 kg di ossigeno al giorno.
Tieni presente che il consumo di ossigeno di solito raggiunge il picco poco dopo l'alimentazione. Tuttavia, quando si utilizzano mangiatoie automatiche che distribuiscono pasti più piccoli durante il giorno, la richiesta di ossigeno tende a stabilizzarsi, riducendo i picchi e stabilizzando i livelli di ossigeno.
Il caso speciale dei RAS (sistemi di acquacoltura a ricircolo)
I RAS sono sistemi a circuito chiuso in cui l'acqua viene continuamente filtrata e riutilizzata, il che li rende altamente efficienti dal punto di vista idrico e adatti all'agricoltura ad alta densità. Tuttavia, poiché l'acqua rimane nel sistema più a lungo, l'attività biologica aumenta, soprattutto a causa dell'attività batteriologica.
Nei RAS, il consumo totale di ossigeno per chilogrammo di mangime è stimato in circa 1 kg. Ciò include:
- 350 g per la respirazione di pesci o gamberetti
- 650 g per la respirazione microbica nel biofiltro
Questa maggiore richiesta è dovuta principalmente ai batteri nitrificanti nel biofiltro, che ossidano l'ammoniaca e altri prodotti di scarto. La maggior parte dei sistemi RAS utilizza reattori a biofilm a letto mobile (MBBR), in cui l'aerazione viene utilizzata per il movimento del filtro, fornendogli anche ossigeno.
Esempio: Calcolo della domanda di ossigeno in un allevamento di tilapia RAS
Tank Oxygenation
Assuming the water exiting the biofilter is fully saturated with oxygen (100%), the fish will need to be with enough oxygen to cover their consumption of 262.5 kg/day, or about 11 kg/hour.
Oxygen Supply in Normal Operation
Let’s say oxygen is introduced using a low head oxygenator with an 80% dissolution rate:
Required oxygen input = 11 kg/hour ÷ 0.80 = 13.75 kg/hour
Oxygen Supply in Emergency Mode
Oxygen is introduced by ceramic diffusers, with a dissolution rate of 20%, in the event of a power failure
Required oxygen input = 11 kg/hour ÷ 0.20 = 55 kg/hour
Consideriamo un allevamento di tilapia RAS con la seguente configurazione:
- 10 vasche, ciascuna da 50 m³
- Biomassa totale: 25 tonnellate di tilapia giovane da 25 g
- Densità di allevamento: 50 kg/m³
- Temperatura dell'acqua: 25 °C
- Tasso di alimentazione: 3% di biomassa al giorno → 750 kg di mangime al giorno
Ripartizione del fabbisogno di ossigeno:
- Respirazione dei pesci: 35% → 262,5 kg/giorno
- Batteri del biofiltro: 65% → 487,5 kg/giorno
- Domanda totale di ossigeno del sistema: 750 kg/giorno
Fabbisogno di aerazione del biofiltro
L'aerazione nel biofiltro fornisce i 487,5 kg di ossigeno necessari. Considerando che:
- L'aria contiene circa il 20% di ossigeno
- L'efficienza di dissoluzione dell'aerazione in MBBR è di circa il 5%
Avrai bisogno di circa:
41.666 m³ di aria al giorno, ovvero 1.736 m³/ora
(Entreremo nei dettagli delle dimensioni e del funzionamento del biofiltro in un articolo futuro.)
Ossigenazione della vasca
Supponendo che l'acqua in uscita dal biofiltro sia completamente satura di ossigeno (100%), i pesci dovranno avere abbastanza ossigeno per coprire il loro consumo di 262,5 kg/giorno, ovvero circa 11 kg/ora.
Fornitura di ossigeno in condizioni di funzionamento normali
Supponiamo che l'ossigeno venga introdotto tramite un ossigenatore a bassa portata con un tasso di dissoluzione dell'80%:
Input di ossigeno richiesto = 11 kg/ora ÷ 0,80 = 13,75 kg/ora
Fornitura di ossigeno in modalità di emergenza
L'ossigeno viene introdotto tramite diffusori in ceramica, con un tasso di dissoluzione del 20%, in caso di interruzione di corrente
Input di ossigeno richiesto = 11 kg/ora ÷ 0,20 = 55 kg/ora
In sintesi
- La quantità di mangime è un indicatore affidabile della domanda di ossigeno.
- 1 kg di mangime ≈ 350 g di ossigeno nei sistemi aperti; fino a 1 kg di ossigeno nei RAS a causa dell'attività batterica.
- Il dimensionamento corretto dei sistemi di fornitura di ossigeno, compresi i backup di emergenza, è fondamentale per un funzionamento stabile.
- I sistemi di aerazione nel biofiltro devono essere dimensionati correttamente per gestire la domanda microbica.
