Criação de tilápia com efluente de lagoa de alta taxa: avaliação de taxas de aplicação superficial de nitrogênio e sustentabilidade da produção pelo fornecimento de alimento natural (plâncton)

Abstract

A tilápia é uma espécie de peixe amplamente cultivada no mundo, com alto nível de importância para a produção piscícola brasileira, onde a segunda variedade mais cultivada é a tilápia da linhagem GIFT. O nitrogênio amoniacal total (NAT) é, depois do oxigênio dissolvido, a variável de qualidade da água mais importante na produção piscícola. Diversos estudos têm sido desenvolvidos para determinar, por meio de ensaios de toxicidade aguda e crônica, as concentrações máximas de amônia não ionizada (NH 3 ) recomendáveis para criação de diversas variedades de tilápia, mas não há ainda dados específicos para cultivo de tilápia GIFT. O cultivo de peixes em tanques recebendo efluentes tratados é uma prática realizada há várias décadas, e é ainda uma potencial alternativa de fontes de proteína animal para consumo humano, principalmente para comunidades pobres. A OMS estabeleceu diretrizes para o uso microbiológicamente seguro dos efluentes tratados em piscicultura, e há critérios de projeto e operação dos tanques, em termos das cargas máximas de matéria orgânica e de nitrogênio total para evitar condições anóxicas pela degradação dos compostos orgânicos ou pelo crescimento excessivo de fitoplâncton. Não há na literatura critérios relativos à máxima quantidade de NAT, remanescente no esgoto tratado, que pode ser disposta nas unidades de criação sem comprometer a sobrevivência e ganho de peso dos peixes. Perante desta lacuna, é importante a realização de estudos que determinem critérios de operação relativos às taxas de aplicação superficial (TAS) de NAT a serem aplicadas nos tanques de cultivo. Por meio de três ensaios de toxicidade aguda de 96 horas, foram avaliados os efeitos das concentrações 0,50, 0,89, 1,58, 2,81 e 5,00 mg/L de NH 3 em alevinos de tilápia GIFT, com pesos médios de 19,11, 6,54 e 0,47 g, nas densidades de estocagem (DE) 5, 10 e 20 peixes/aquário. Os alevinos de menor tamanho foram os mais suscetíveis aos efeitos tóxicos de NH 3 , pois apresentaram mortalidades acima de 60% para a concentração de 5,0 mg/L. Análises histológicas realizadas em amostras de tecidos branquiais revelaram alterações como aneurisma, dilatação de vasos sanguíneos e do vaso central, fusão lamelar, hiperplasia, deleção dos filamentos secundário e primário e hemorragia. Estas alterações predominaram nos peixes submetidos à máxima concentração de NH 3 , e permitiram confirmar que as mortalidades registradas foram consequência direta da toxicidade da amônia.Os resultados obtidos sugerem que a tilápia GIFT é uma linhagem com alta tolerância à toxicidade de NH 3 , com resistência superior à de outras linhagens já reportadas na literatura, evidenciando-se o potencial de criação desta linhagem em ambientes com concentrações moderadas de NH 3 . Com base na CL50 calculada pelo método Probit, a máxima concentração de NH 3 recomendável para criação segura de alevinos de tilápia, com peso de 0,5 g, ou maior, é de 0,48 mg NH 3 /L. Por meio de ensaios de toxicidade crônica, com duração de 70 dias, foram avaliados os efeitos das concentrações 0,50, 0,89 e 1,58 mg/L de NH 3 em alevinos de tilápia GIFT, com peso médio inicial de 2,60 g, cultivados em DE de 33, 66 e 132 peixes/m 3 . Os máximos ganhos de peso registrados pelas tilápias cultivadas em tais concentrações foram de 0,73, 0,75 e 0,11 g/d. Os resultados obtidos sugerem que a tilápia GIFT pode ser criada com DE 132 peixes/m 3 em ambientes com concentrações de até 0,89 mg NH 3 /L sem comprometer a sobrevivência dos peixes, mas espera-se que os ganhos de peso diários sejam entre 30 e 41% menores que os reportados para condições de cultivo ótimas. Em escala piloto, no nível de campo, foram conduzidos três experimentos para cultivo de tilápia GIFT em tanques recebendo, em fluxo continuo, efluente de lagoa de alta taxa (LAT), utilizada para tratamento de esgoto doméstico. Foram avaliados, para as fases de alevino e juvenil, os efeitos nos parâmetros zootécnicos de diferentes TAS de nitrogênio amoniacal total e de diferentes DE. Nos dois primeiros experimentos avaliaram-se seis tratamentos, determinados pelas TAS1, TAS2 e TAS3: 0,6, 1,2 e 2,4 kg NAT/ha.d, e pelas DE1 e DE2: 6 e 12 peixes/m 2 ; no terceiro experimento avaliaram-se 9 tratamentos, determinados pelas TAS1, TAS2 e TAS3, e pelas DE13, DE23 e DE33: 3, 6 e 12 peixes/m 2 . As durações do primeiro, segundo e terceiro experimentos foram de 84, 84 e 180 dias, e os respectivos pesos médios iniciais das tilápias utilizadas foram 2,6, 58,2 e 7,55 g. No primeiro experimento (fim do verão e inicio do outono), o máximo ganho de peso foi 0,26 g/d, no tratamento TAS3 – DE1. No segundo experimento (outono e inicio do inverno) onde nenhum tratamento registrou mortalidades, o máximo ganho de peso, devido às baixas temperaturas, foi unicamente de 0,03 g/d, no tratamento TAS3 – DE1. No terceiro experimento (verão e primavera), o máximo ganho de peso foi de 0,84 g/d, no tratamento TAS2 – DE13. A produtividade estimada para cultivo de tilápias GIFT com peso médio inicial de 5 g, com ganho de peso de 0,84 g/d; mortalidade média de 43%, tempo de cultivo de seis meses/ano é de 2671 kg/ha.ano; para regiões de clima equatorial, a produtividade pode ser da ordem de 5340 kg/ha.ano. Os tanques de cultivo funcionaram como unidades de polimento, com o melhor desempenho acumulado nos tratamentos com TAS1, devido ao alto tempo de detenção hidráulica, de 55 dias. Com base nas características do efluente da fossa, da LAT e dos efluentes dos tanques, as máximas eficiências de remoção pela LAT e pelo sistema LAT - tanques com TAS1 foram respectivamente: para: nitrogênio total Kjeldhal 73,9 e 94,3%; NAT 77 e 97,3%; fósforo total 53,0 e 68,83%; DQO 80,9 e 88,3%; E. coli 96,1 e 99,98%. Os táxons pertencentes à classe Chlorophyceae predominaram tanto na LAT como nos tratamentos, houve táxons das classes Bacillariophyceae e Cryptophyceae que estiveram presentes na LAT e nos tratamentos, e aumentou no número de táxons das classes Cyanophyceae e Euglenophyceae nos tratamentos em relação ao efluente da LAT. Houve redução na densidade fitoplanctônica ao passar da LAT para os tanques de cultivo devido ao consumo de fitoplâncton pelos peixes. Ao comparar tanques dos mesmos tratamentos com e sem peixes, as concentrações de DQO, SST e SSV nos tanques com tilápias foram respectivamente 54,7, 53,8 e 51,6% menores do que as medidas nos tanques sem peixes; observou-se também que os tanques com tilápias não apresentavam larvas nem pupas de mosquito, enquanto os tanques sem peixes registraram até 129 organismos/L. A implantação de tanques para cultivo de tilápia GIFT recebendo efluentes tratados por LAT é altamente recomendável, pois são alternativas para: (a) produção de proteína de origem animal para consumo humano, gerando fontes de alimento, trabalho e renda; (b) melhoramento da qualidade do esgoto tratado, pois funcionam como unidades de polimento para aumentar a remoção de nutrientes e matéria orgânica; (c) prevenir a proliferação de mosquitos e de insetos e removem frações adicionais de matéria orgânica e sólidos em suspensão; (d) aproximação da qualidade do efluente para uso em feritrrigação pela inativação de microrganismos.

Tilapia is a cichlid widely reared globally, which is considered highly important for the fish industry in Brazil, where the second most cultured tilapia strain is the genetically improved farm tilapia (GIFT). The total ammonia nitrogen (TAN) is, after dissolved oxygen, the most important water quality variable in fish culture. Several studies have been carried out to determine, by means of acute and chronic toxicity tests, the maximum concentrations of unionized ammonia (NH 3 ) recommended for rearing several strains of tilapia. However there are not yet specific data for GIFT tilapia cultivation. The fish rearing in tanks fed with treated effluents has been a practice for several decades, and it is still a potential alternative source of animal protein for human consumption, especially for poor communities. The WHO has established guidelines for the microbiologically safe use of treated effluents in fish culture. There are design and operation criteria for sewage-fed tanks in terms of maximum organic matter and total nitrogen loads to avoid anoxic conditions due to the degradation of organic compounds or excessive growth of phytoplankton. There are no criteria in the literature regarding the maximum amount of TAN remaining in the treated sewage that can be disposed of in rearing units without compromising the survival and weight gain of the fish. In view of this lack of information, it is important to carry out studies that determine the operation criteria related to the TAN surface loading rates (SLR) to be applied in the rearing tanks. The effects of 0.50, 0.89, 1.58, 2.81 and 5.00 mg/L of NH 3 concentrations on GIFT tilapia fingerlings with average weights of 19.11, 6.54 and 0.47 g were evaluated by means of three 96-hour acute toxicity tests, at stocking densities (SD) 5, 10 and 20 fish/aquarium. Smaller fingerlings were the most susceptible to the toxic effects of NH 3 , with mortalities above 60% for the 5.0 mg/L concentration. Histological analyses performed on gill tissue samples revealed alterations such as aneurism, dilation of blood vessels, dilatation of central vessel, lamellar fusion, hyperplasia, erosion of the secondary and primary lamella and membrane rupture. These changes predominated in the fish submitted to the maximum concentration of NH 3 , and confirmed that the recorded mortalities were as a consequence of the ammonia toxicity. The results suggested that GIFT tilapia is a strain with high tolerance to NH 3 toxicity, with superior resistance to other strains already reported in the literature, evidencing the potential of breeding this strain in environments with moderate concentrations of NH 3 . Based on the LC50 calculated by the Probit method, the maximum recommended NH 3 concentration for the safe rearing of tilapia fingerlings weighing 0.5 g or greater is 0.48 mg NH 3 /L. The effects of concentrations of 0.50, 0.89 and 1.58 mg/L of NH 3 on GIFT tilapia fingerlings were evaluated through 70 days chronic toxicity tests, with an average initial weight of 2.60 g, reared at SD of 33, 66 and 132 fish/m 3 . The maximum weight gains recorded by tilapia at such concentrations were 0.73, 0.75 and 0.11 g/d. The results suggest that GIFT tilapia can be reared with SD of 132 fish/m 3 in environments with concentrations up to 0.89 mg NH 3 /L without compromising fish survival, but it is expected that daily weight gains will be between 30% and 41% lower than those reported for optimal growing conditions. In pilot-scale, at field conditions, three experiments were conducted for rearing GIFT tilapia in tanks receiving, in a continuous flow, the effluent of high rate algal pond (HRAP) used for domestic sewage treatment. The effects on the zootechnical parameters of different SLR of total ammonia nitrogen and of different SD were evaluated for the fingerlings and juvenile stages. In the first two experiments, six treatments, determined by SLR1, SLR2 and SLR3: 0,6, 1,2 and 2,4 kg NAT/ha.d, and SD1 and SD2: 6 and 12 fish/m 2 were evaluated. In the third experiment, 9 treatments, determined by SLR1, SLR2 and SLR3, and SD13, SD23 and SD33: 3, 6 and 12 fish/m 2 were evaluated. The durations of the first, second and third experiments were 84, 84 and 180 days, and the respective initial weights of the tilapia used were 2.6, 58.2 and 7.55 g. In the first experiment (late summer and early fall), the maximum weight gain was 0.26 g/d in the SLR3 - SD1 treatment. In the second experiment (autumn and early winter), where no treatment registered mortalities, the maximum weight gain due to the low temperatures was only 0.03 g/d in the SLR3 - SD1 treatment. In the third experiment (summer and spring), the maximum weight gain was 0.84 g/d, in the treatment SLR2 - SD13. The estimated productivity for GIFT tilapia rearing with an average initial weight of 5 g, for a weight gain of 0.84 g/d; mean mortality of 43%, and rearing time of six months/year is 2,671 kg/ha.year; for regions with equatorial climate, productivity can be of 5,340 kg/ha.year. The rearing tanks functioned as polishing units, with the best accumulated performance being in the SLR1 treatments due to the high hydraulic retention time, of 55 days. Based on the effluent characteristics of the septic tank, the HRAP and the effluents from the tanks, the maximum removal efficiencies by the HRAP and by the HRAP system - tanks with SLR1 were respectively: for: total nitrogen Kjeldhal 73.9 and 94.3%; TAN 77 and 97.3%; total phosphorus 53.0 and 68.83%; COD 80.9 and 88.3%; E. coli 96.1 and 99.98%. The taxa of the class Chlorophyceae dominated in the HRAP and in the treatments, there were taxa of the classes Bacillariophyceae and Cryptophyceae that were present in the HRAP and in the treatments; and the number of taxa of the classes Cyanophyceae and Euglenophyceae increased in the treatments in relation to the effluent of HRAP. There was a reduction in the phytoplankton density when passing from the HRAP to the culture tanks due to phytoplankton consumption by fish. When comparing tanks of the same treatments with and without fish, the concentrations of COD, TSS and VSS in tanks with tilapia were respectively 54.7, 53.8 and 51.6% lower than those measured in tanks without fish. It was also observed that tanks with tilapia had no larvae or mosquito pupae, while the tanks without fish recorded up to 129 organisms/L. The use of tanks fed with treated effluents by HRAP for GIFT tilapia rearing is highly recommended, since they are alternatives for: (a) production of animal protein for human consumption, generating sources of food, work and income; (b) improving the quality of the treated sewage due their function as polishing units to increase the removal of nutrients and organic matter; (c) preventing the proliferation of mosquitoes and insects and removing additional fractions of organic matter and suspended solids; (d) approximating the effluent quality for use in fertirrigation by the inactivation of microorganisms.