Produzione di rifiuti da allevamenti di pesci

Caratteristiche quantitative e qualitative
degli effluenti di acquacoltura
Effluenti di zootecnia terrestre ed effluenti di acquacoltura
 mentre gli inquinanti provenienti dagli effluenti degli allevamenti zootecnici
raggiungono i corpi acquiferi in modo indiretto (…generalmente), per esempio
attraverso lisciviazione o ruscellamento dal terreno,
 gli effluenti degli allevamenti di acquacoltura vengono spesso recapitati
direttamente nei corpi acquiferi, perché gli allevamenti stessi sono situati nel corpo
acquifero o perché gli allevamenti utilizzano e quindi reimmettono direttamente
l’acqua nei corpi acquiferi.
Acqua dolce
Acqua salata o salmastra
sorgente o pozzo
prelievo
idrico
allevamento
allevamento
scarico
scarico
corso d’acqua
mare
mare
Prelievo
idrico
allevamento
allevamento
scarico
scarico
corso d’acqua
mare
mare
Acquacoltura marina e costiera
 dispersione degli effluenti
 accumulo di sedimenti
E’ difficile caratterizzare gli scarichi dal punto di vista qualitativo e quantitativo
(molteplici variabili).
Generalmente si applicano modelli di diffusione degli inquinanti e modelli di
accumulo dei sedimenti, anche su scala territoriale.
Acquacoltura terrestre
 concentrazione degli effluenti
 concentrazione dei sedimenti
E’ più facile caratterizzare gli scarichi con rilievi diretti.
Generalmente sono disponibili dati specifici per i diversi tipi di allevamento, ma
esistono anche equazioni di stima degli scarichi.
Gli effluenti dalle attività di acquacoltura sono composti da:
 residui di alimento non ingeriti
 residui fecali
 residui metabolici
 altri escreti
Le caratteristiche degli effluenti sono estremamente variabili, principalmente in
funzione di:
Caratteristiche
biologiche
Caratteristiche
zootecniche
Caratteristiche
strutturali
tipo di pesce,
regime alimentare,
tipologia di allevamento,
stadio di accrescimento,
caratteristiche alimento,
stato sanitario, ecc
modalità alimentazione,
tipologia impiantistica,
ecc
densità allevamento, ecc
Caratteristiche del sito
Caratteristiche fisiche
esposizione,
temperatura,
correnti marine, ecc.
ventosità, ecc.
Caratteristiche
biologiche
tipo di pesce,
stadio di accrescimento,
stato sanitario, ecc
In generale:
In funzione della specie varia l’ingestione
alimentare, la ritenzione corporea e quindi la
produzione fecale e l’escrezione urinaria.
Esempio:
Nei pesci marini
i reni tendono a conservare l’acqua nel
corpo. L’escrezione di urina risulta
limitata in volume e molto concentrata.
Nei pesci d’acqua dolce
i reni tendono ad espellere
maggiormente l’acqua dal corpo.
L’escrezione di urina risulta abbondante
in volume e molto diluita.
I molluschi
L’allevamento di molluschi produce meno quantità di rifiuti che gli altri tipi di
allevamento. I molluschi, infatti, non vengono alimentati direttamente, ma filtrano
particelle di alimento dall’acqua, quindi in un certo senso “ripuliscono” l’acqua di
allevamento da residui inutilizzati da altri organismi.
Tuttavia, dal momento che le feci e le pseudo-feci sono estremamente ricche di
nutrienti, l’allevamento intensivo di molluschi può comportare un impatto ambientale
paragonabile a quello dei pesci.
Caratteristiche
zootecniche
regime alimentare,
caratteristiche alimento,
modalità alimentazione,
densità allevamento, ecc
In generale:
La frazione di mangime che diventa rifiuto varia considerevolmente in funzione del regime
alimentare e del tipo di alimento somministrato.
Ad esempio, nelle gabbie galleggianti risulta inutilizzato fino al 15% in peso del mangime
distribuito in forma pellettata.
Le percentuali di mangime inutilizzato aumentano considerevomente nel caso di
distribuzione di alimenti a pezzatura grossolana, perché questi tendono a frammentarsi
quando vengono aggrediti dal pesce. In qesto caso le perdite possono arrivare fino al 40%.
Effetto del regime di distribuzione del
mangime: continuo o ad intervalli periodici
La concentrazione di solidi sospesi e di
fosforo totale nell’effluente risulta
mediamente più elevata con un regime
alimentare continuo: in questo caso
evidentemente si verifica un maggior
spreco alimentare.
Per quanto riguarda l’azoto, invece, non si
evidenziano differenze significative
imputabili al regime di distribuzione: tale
parametro è maggiormente influenzato
dalle escrezioni.
Caratteristiche
strutturali
tipologia di allevamento,
tipologia impiantistica,
ecc
In generale:
le gabbie sommergibili o galleggianti e altri sistemi che sono relativamente
“esposti” all’ambiente naturale evidenziano il più elevato potenziale di causare
degradazione ambientale in seguito al rilascio di effluenti. Il rilascio di effluenti,
inoltre, è uniformemente e costantemente distribuito nel tempo e nello spazio
(…sorgenti “diffuse”),
la natura “chiusa” di stagni o vasche, invece, consente un migliore possibilità di
controllo dello scarico. Tuttavia, il rilascio di effluenti da questi sistemi risulta
concentrato e localizzato nello spazio (…sorgenti “puntiformi”) e nel tempo
(soprattutto in corrispondenza dele operazion di pulizia e di raccolta).
Caratteristiche del sito
esposizione,
correnti marine, ecc.
Misure quantitative e qualitative degli effluenti
Produzione di effluenti
Sono misure esclusivamente quantitative, utilizzate per esprimere la quantità di
materia di scarto emessa
Tipo di misura
Unità misura
Applicazione (esempi)
Volumetrica
m3 giorno-1
scarichi raceway
cm anno-1
sedimento molluschi, gabbie
g giorno-1
pesci in generale
ton anno-1
allevamenti in generale
Ponderale
Caratteristiche degli effluenti
Sono misure esclusivamente qualitative, utilizzate per caratterizzare i reflui ed
effettuare confronti tra reflui diversi, in modo da evidenziare per esempio la
diversa concentrazione dei parametri
Tipo di misura
Unità misura
Applicazione (esempi)
Ponderale
mg l-1
generica
g m-3
generica
% tal quale
generica
% SS
sost. organica, elementi nutritivi, …
Percentuale
Livelli di emissione
Sono misure insieme qualitative e quantitative, si definiscono anche “Carico degli
effluenti” (load) e sono le più utilizzate per descrivere gli effluenti di
acquacoltura
Tipo di misura
Unità misura
Applicazione (esempi)
Ponderale +
g kg-1 p.v. giorno-1
pesci
temporale
kg ton-1 p.v. anno-1
allevamento pesci
g kg-1 mangime
pesci
kg ton-1 mangime
allevamento pesci
Bilancio di massa
Si usa per esprimere una ripartizione dell’input nelle diverse frazioni di output.
Ad esempio si usa per stabilire quanto del C distribuito viene perduto perché non
ingerito, quanto viene trattenuto dal corpo, quanto viene escreto, ecc.
Tipo di misura
Unità misura
Applicazione (esempi)
Assoluta
g g-1
pesce
kg kg-1 o ton ton-1
allevamento
%
pesce, allevamento
Percentuale
Produzione di rifiuti da allevamenti di mitili
Un allevamento di 420000 ostriche nella baia di Hiroshima ha prodotto una quantità di
rifiuti pari a 6 t nel corso di 9 mesi (= circa 0,05 g/capo.giorno).
In Svezia da 100 t di mitili si è avuta una produzione di sostanza secca pari a 7 kg/m2 in un
periodo di 1,5 anni, corrispondenti a 3 g C/m2.giorno.
Per un area di allevamento di 1500 m2 la sedimentazione ammonta a circa 10 t di ss per
stagione di allevamento, con un altezza dei sedimenti che raggiunge i 10 cm.
Mytilus edulis
g C/kg SS.giorno
g C/m2.giorno
g N/m2.giorno
0,36
-
3 (g/kg SS)
allevamento “a zattere”
(rafts)
-
0,5 – 2,5
26
27
3
-
allevamento “sospeso”
(long lines)
-
1,7
2,4
2,4 – 3,3
3
-
popolazione naturale
Quindi, da allevamenti di mitili, mediamente:
Produzione di carbonio =
2,5 – 3
g /m2.giorno
Crescita del sedimento =
0,3
mm/giorno
La deposizione di reflui organici particolati può comportare cambiamenti chimico-fisici
del substrato e soprattutto nelle immediate vicinanze del sito di allevamento.
L’arricchimento del sedimento con materiali organici stimola l’attività microbica di
degradazione, portando ad una diminuzione dell’ossigeno disponibile nei substrati e negli
strati d’acqua profondi, dovuti alla riduzione della concentrazione dell’ossigeno
interstiziale, un aumento del consumo di ossigeno, un aumento delle reazioni di
riduzione dei solfati, un aumento della denitrificazione e un aumento del rilascio di
nutrienti inorganici, come nitrati, nitriti, azoto ammoniacale, silicati e fosfati.
Produzione di rifiuti da allevamenti di gamberi
Le caratteristiche degli effluenti scaricati dai sistemi di allevamento di gamberi in stagni di
terra riflette le condizioni di qualità dell’acqua degli stagni stessi.
La variabilità dei parametri di qualità dell’acqua scaricata tuttavia è notevole. I carichi
organici più elevati vengono normalmente rilevati in corrispondenza delle operazioni di
raccolta, di svuotamento e pulizia degli stagni, perchè durante queste operazioni si ha uno
scarico addizionale di materiale che prima si trovava confinato nei sedimenti di fondo.
I dati specifici riguardo la quantità e la qualità degli effluenti dagli allevamenti di gamberi
sono assai carenti, e così anche scarse sono le informazioni relative agli effetti provocati
sui corpi d’acqua interessati, direttamente o indirettamente.
Da una elaborazione dei dati
riportati risulta
indicativamente la produzione
di:
TSS =
40 g/m2.giorno
TN =
0,7 g/m2.giorno
(dati espressi per ogni m2 di
superficie di allevamento)
Produzione di rifiuti da allevamenti di pesci
L’arricchimento di sostanza organica e di nutrienti che si verifica entro e nelle acque
circostanti i sistemi di allevamento semi-intensivi o intensivi di pesci carnivori, per i quali
è sempre richiesta la somministrazione di mangimi dall’esterno, rappresenta il problema
ecologico più grave di tali allevamenti.
Gli scarichi di sostanza organica e nutrienti, in forma disciolta o sospesa, derivanti da
mangime non consumato e da escrezioni, sono caratterizzati generalmente da un aumento
dei solidi sospesi, BOD, COD, azoto e fosforo.
Bilancio di massa a
livello di pesce, per C,
N e P.
ALIMENTO INGERITO
C: 100%
N: 100%
P: 100%
Carico organico e di nutrienti negli effluenti di allevamenti di trote
DISTRIBUITO
100 %
INGERITO
80 %
20 %
NON INGERITO
RESPIRATO
C 50 %
RITENUTO
INGERITO
C 20 %
C 100 %
N 25 %
N 100 %
C 30 %
N 65 %
N 10 %
FECALE
ESCRETO
Esempio del bilancio di C e N
in un allevamento di salmonidi
con capacità produttiva di 50 t
p.v. anno-1.
RESPIRATO
DISTRIBUITO
100000 kg
C 44000 kg
C 17600 kg
N 7700 kg
INGERITO
RITENUTO
80000 kg
C 7040 kg
C 35200 kg
N 1540 kg
N 6160 kg
C 10560 kg
N 4004 kg
C 8800 kg
N 616 kg
NH3 3203 kg
N 1540 kg
Urea 801 kg
20000 kg
FECALE
ESCRETO
NON INGERITO
Stima del carico organico e di
azoto nell’effluente calcolata
come % in peso rispetto al
mangime distribuito.
DISTRIBUITO
100 %
C 44 %
N 7,7 %
C 10,6 %
N 4%
C 8,8 %
N 0,6 %
NH3 3,2 %
N 1,5 %
Urea 0,8 %
FECALE
ESCRETO
NON INGERITO
Carico organico e di nutrienti
da allevamenti di salmonidi in
gabbie marine galleggianti.
g kg-1 p.v.
giorno-1
kg t-1 anno-1
-
300 - 700
BOD
1,4
500
TN
0,25
90
TP
0,03
10
SS
Altri aspetti relativi all’emissione di reflui da gabbie marine galleggianti o sommerse
Le particelle di solidi organici rilasciate dall’allevamento in gabbie marine sedimentano
in prossimità del sito di allevamento quando la loro velocità di sedimentazione è più
elevata della velocità della corrente d’acqua.
I solidi scaricati che vanno a sedimentare sul fondo marino sono più ricchi in carbonio,
azoto e fosforo rispetto ai sedimenti naturali e ciò contribuisce a cambiare le
caratteristiche chimiche e fisiche dei sedimenti sottostanti o limitrofi al sito di
allevamento.
Questi cambiamenti comprendono l’aumento del contenuto di carbonio organico,
seguito dall’incremento del tasso di consumo dell’ossigeno disciolto e dalla
diminuzione del potenziale redox del sedimento. A questi fenomeni si accompagna
anche produzione ed emissione di acido solfidrico e metano, aumento dell’azoto
inorganico ed organico, del fosforo, del calcio, del rame e dello zinco.
L’estensione dell’areale che risente degli effetti di arricchimento di nutrienti dipende da
una gran varietà di fattori: le caratteristiche produttive dell’allevamento, la
profondità dell’acqua, la topografia del fondo, la velocità della corrente,
l’esposizione alle eventuali mareggiate che determinerà la diffusione laterale delle
particelle sedimentate, il tasso di scarico organico per unità di superficie, ecc.
Infine, giuoca un ruolo fondamentale anche la capacità più o meno sviluppata
delle comunità bentoniche di assimilare e mineralizzare i rifiuti organici.
Vari autori hanno descritto in un modello generale le modificazioni che intervengono a
carico del fondo marino nell’areale di influenza di un sito di allevamento:
A) ZONA AZOICA - se presente, si manifesta solo sotto le gabbie ed è caratterizzata
da scomparsa o carenza di macrobenthos
B)
ZONA DEGLI OPPORTUNISTI – si estende fino a circa 30 m dalle gabbie ed è
caratterizzata dalla dominanza delle specie tolleranti all’arricchimento di nutrienti
C) ZONA DI RITORNO – inizia ad estendersi entro 30 m ed i suoi effetti possono
risentirsi fino a 100 m ed è caratterizzata dal graduale ritorno alle condizioni
preesistenti
Modelli di stima della produzione di effluenti
Sono stati pubblicati molti studi riguardanti la stima del bilancio di massa e la stima di
produzione di effluenti dagli allevamenti di acquacoltura, soprattutto per quanto riguarda
le specie a dieta carnivora di clima temperato e soprattutto per i salmonidi.
La quantità di mangime non utilizzato, di feci e di escrezioni può essere stimata sulla base
dei dati relativi a:
 quantità e qualità del mangime distribuito,
 indice di conversione alimentare,
 digeribilità
 composizione fecale.
Possono essere così proposte delle equazioni del bilancio di massa per i diversi parametri
chimici degli effluenti, come ad esempio per il carbonio, l’azoto, il fosforo, oltre che per i
solidi e la domanda biologica di ossigeno (BOD).
Beveridge ed Iwama (1991), ad esempio, propongono le seguenti relazioni che
permettono di stimare la massa totale di sostanza organica derivante dalle frazioni
“mangime disperso” e “materiali fecali”.
Quantità totale di mangime distribuito
TF = PD . FCR
Quantità totale di mangime disperso
TU = TF . UW
Quantità totale di mangime ingerito
TE = TF – TU
PD
FCR
UW
F
Production
incremento ponderale
Food Conversion Ratio
mangime distribuito/incremento ponderale
Uncaptured feed Waste
mangime disperso/mangime distribuito
Fecal waste
feci totali prodotte/quantità mangime ingerito
Quantità totale di scarti fecali
TFW = F . TE
Quantità totale di particolato organico
O = TU + TFW
PD
FCR
UW
F
Production
incremento ponderale
Food Conversion Ratio
mangime distribuito/incremento ponderale
Uncaptured feed Waste
mangime disperso/mangime distribuito
Fecal waste
feci totali prodotte/quantità mangime ingerito
Se la quantità totale di mangime distribuito non è nota, può essere derivata stimandola
dai dati di produzione (PD) e di conversione alimentare (FCR).
I valori dell’indice di conversione FCR variano anche in funzione del sistema di
allevamento, ad esempio sono più elevati per le gabbie galleggianti che per gli stagni,
dato che si incorre in perdite di mangime più elevate.
La stima diretta della percentuale di mangime disperso (UW) risulta difficile, in parte
perché mangime e materiali fecali. I valori stimati della quantità di mangime disperso
possono variare da 1 al 30%, ma a volte possono essere anche abbondantemente
superiori.
La produzione di scarti fecali (F) può essere stimata attraverso studi sulla digeribilità dei
principali componenti della dieta. Le stime della digeribilità globale della dieta
somministrata, determinate sulla base della sostanza secca, sembrano valutare con
buona approssimazione il parametro F (percentuale di materiale fecale prodotto), che
generalmente varia tra il 25 e il 30%.
Noto il contenuto totale di carbonio, azoto e fosforo (C, N e P) nel mangime e nelle feci
prodotte, è possibile stimare la quantità di questi elementi presenti nelle frazioni
“mangime disperso” e “materiali fecali” attraverso le seguenti equazioni generali:
Quantità di C, N e P nel mangime disperso
UM = TF . UW . K
Quantità di C, N e P nel mangime ingerito
EM = (TF – TU) . K . E
Quantità totale di C, N e P nelle due frazioni
TM = UM + EM
K
E
percentuale di ciascun elemento
nel mangime (/100)
percentuale di ciascun elemento
nelle feci (/100)
Inoltre, noto il contenuto di ciascun elemento nel corpo dei pesci, l’output di ciascun
elemento può anche essere stimato attraverso la differenza tra il contenuto di ciascun
elemento nel mangime e ciò che viene ritenuto nel corpo.
Può quindi essere proposta la seguente equazione che stima lo scarico di nutrienti da un
allevamento di acquacoltura (Wallin et al. 1991)
Carico di Azoto o Fosforo nell’effluente
L
P
FC
Cfeed
Cfish
L = P . (FC . Cfeed - Cfish)
load, cioè carico di azoto e fosforo
(kg Ntot e Ptot/anno)
produzione (kg pesci/anno)
coefficiente di conversione
(kg alimento/kg prodotti)
concentrazione di azoto o fosforo
nell’alimento (% peso fresco)
concentrazione di azoto o fosforo
nel corpo del pesce (% peso fresco)
Infine, una descrizione solo lievemente diversa, ma più dettagliata, di queste relazioni è
quella riportata nelle equazioni che seguono, proposte da Ackefros et al. 1990:
Carico di azoto nell’effluente
kg N = (A . CdN) – (B . CfN)
Carico di fosforo nell’effluente
kg P = (A . CdP) – (B . CfP)
A
quantità di alimento impiegata per anno
in peso fresco
P
produzione annua di pesce
in peso fresco
CdN , CdP contenuto in azoto e fosforo dell’alimento
espresso in % del peso fresco
CfN , CfP contenuto in azoto e fosforo del pesce
espresso in % del peso fresco
In conclusione, le equazioni riportate possono essere utilizzate per avere una stima
rapida e grossolana della produzione di rifiuti dagli allevamenti ittici.
Dev’essere considerato, tuttavia, che tali equazioni sono basate su un certo numero di
assunzioni (ad esempio, quando si deve tener conto della percentuale di alimento
disperso) ed in alcuni casi su risultati ottenuti da studi di laboratorio (ad esempio,
quando si deve fare una misura della digeribilità dell’alimento).
Per avere delle stime più efficaci dovrebbero essere considerati numerosi altri aspetti:
 variazioni in funzione della specie,
 età, dimensione,
 stato di salute,
 effetti della temperatura,
 variazioni giornaliere e stagionali,
 qualità dei componenti la razione alimentare,
 eventuali effetti sinergici o antagonisti determinati dalla presenza di un componente
della dieta nei confronti della digeribilità di un altro componente,
 influenza di eventuali sistemi di preparazione alimentare e l’influenza di eventuali
costituenti non-nutrizionali sulla digeribilità globale della razione, ecc.
Inoltre, deve essere evidenziato che anche il sistema di allevamento e i fattori gestionali
influenzano la composizione dell’effluente scaricato, ad esempio in termini di solidi
sospesi e sedimentabili, di azoto e di fosforo.
Modelli di arricchimento organico del benthos
La dispersione e l’arricchimento di refluo organico sul sedimento dipende dalla quantità
di rifiuti prodotti, dalla superficie di estensione dell’allevamento, dalla profondità
dell’acqua e dalla sedimentabilità delle particelle solide presenti.
Una stima del carico di refluo organico può essere effettuata con la seguente relazione
generale (Gowen et al. 1989):
d = D . Cv/V
Distanza di dispersione
d
D
Cv
V (1 o 2)
distanza di dispersione
(traiettoria orizzontale della particella solida)
profondità dell’acqua
velocità della corrente d’acqua
velocità di sedimentazione delle particelle,
residui alimentari (V1) e feci (V2)
Diagramma di rappresentazione della deposizione orizzontale
al fondo delle particelle organiche, con in evidenza la
relazione tra profondità dell’acqua, velocità della corrente e
velocità di sedimentazione di due tipi di particelle (da Gowen et
al., 1989).
Le particelle che costituiscono lo scarico sono caratterizzate da una grande variabilità
della densità e ciò determina una grande variabilità delle velocità di sedimentazione,
inoltre le particelle possono anche frammentarsi in particelle più piccole.
Risulta utile, tuttavia, utile distinguere tra particelle di mangime non ingerito e particelle
di feci.
L’equazione esposta tiene conto dell’eventuale variazione della velocità o variazione della
corrente.
Tuttavia, alcune limitazioni all’utilizzo di tale equazione possono derivare dal fatto che la
stessa non tiene conto:
 di eventuali consumi del mangime da parte di pesci selvatici,
 della eventuale risospensione del materiale sedimentato,
 delle differenze di caratteristiche del fondo marino,
 degli effetti degli organismi bentonici e di altri processi chimici o microbiologici che
possono avvenire a carico della sostanza organica sedimentata.