Organoargilas como microssubstratos artificiais: dinâmica da qualidade de água e nitrificação em sistemas quimioautotróficos de bioflocos.

Abstract

A aquicultura intensiva, por meio da Tecnologia de Bioflocos (BFT), é uma alternativa sustentável, mas o estabelecimento inicial de bactérias nitrificantes na via quimioautotrófica é lento, o que pode ocasionar picos tóxicos dos compostos nitrogenados. Este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da adição de organoargilas como microssubstratos em suspensão para acelerar a formação de bioflocos e o processo de nitrificação. Duas formulações de organoargilas foram produzidas por calcinação a 550 °C: O1 - bentonita, quitosana e amido de tapioca e O2 - bentonita e amido de milho. Os materiais apresentaram estrutura porosa, tamanho micrométrico de 0,95 µm para a O1 e 0,82 µm para a O2 e potencial zeta eletronegativo, em torno de -24 mV. O ensaio biológico de nitrificação durou 37 dias, avaliando a aplicação em dose única de 150 mg L-1 das formulações contra um grupo controle contendo três substratos macroscópicos fixos de tecido Needlona® de 25 x 36 cm, totalizando 0,54 m², que aumenta a área superficial em 100% da caixa. A adição das organoargilas manteve a estabilidade dos parâmetros físico-químicos básicos da água e mitigou de forma significativa os picos tóxicos durante a ciclagem dos compostos nitrogenados. Enquanto o grupo controle atingiu picos de nitrogênio amoniacal total superiores a 3,0 mg L-1 e nitrogênio de nitrito próximos a 30 mg L-1, o uso das organoargilas limitou essas variáveis a concentrações inferiores a 2,0 mg L-1 e aproximadamente 22 mg L-1, respectivamente. Adicionalmente, observou-se uma expressiva redução do nitrato final dissolvido na água, com médias de 3,90 mg L-1 para a formulação O1 e 2,67 mg L-1 para a O2, em comparação aos 7,84 mg L-1 do grupo controle, evidenciando a elevada capacidade de adsorção química do material. Conclui-se que as organoargilas em suspensão superam as limitações hidrodinâmicas dos substratos fixos tradicionais, atuando de forma dupla, biológica e físico-química no controle de parâmetros da qualidade de água em sistemas de BFT quimioautotróficos.

Intensive aquaculture, through Biofloc Technology (BFT), is a sustainable alternative, but the initial establishment of nitrifying bacteria in the chemoautotrophic pathway is slow, which can cause toxic peaks of nitrogenous compounds. This study aimed to evaluate the effects of adding organoclays as suspended microsubstrates to accelerate biofloc formation and the nitrification process. Two organoclay formulations were produced by calcination at 550 °C: O1 - bentonite, chitosan, and tapioca starch; and O2 - bentonite and corn starch. The materials presented a porous structure, a micrometric size of 0.95 µm for O1 and 0.82 µm for O2, and an electronegative zeta potential of around -24 mV. The biological nitrification assay lasted 37 days, evaluating the single-dose application of 150 mg L⁻¹ of the formulations against a control group containing three fixed macroscopic substrates of Needlona® fabric measuring 25 x 36 cm, totaling 0.54 m², which increases the tank's surface area by 100%.The addition of the organoclays maintained the stability of the basic physicochemical water parameters and significantly mitigated the toxic peaks during the cycling of nitrogenous compounds. While the control group reached total ammonia nitrogen peaks higher than 3.0 mg L⁻¹ and nitrite nitrogen near 30 mg L⁻¹, the use of organoclays limited these variables to concentrations below 2.0 mg L⁻¹ and approximately 22 mg L⁻¹, respectively. Additionally, a significant reduction in final dissolved nitrate in the water was observed, with averages of 3.90 mg L⁻¹ for formulation O1 and 2.67 mg L⁻¹ for O2, compared to 7.84 mg L⁻¹ in the control group, evidencing the material's high chemical adsorption capacity. It is concluded that suspended organoclays overcome the hydrodynamic limitations of traditional fixed substrates, acting in a dual manner— biologically and physicochemically—in controlling water quality parameters in chemoautotrophic BFT systems.