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 Production and application of biowaste-based adsorbents for the removal of fish anaesthetics in recirculating aquaculture systems
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/18042

title: Production and application of biowaste-based adsorbents for the removal of fish anaesthetics in recirculating aquaculture systems
other titles: Produção de adsorventes a partir de resíduos para a remoção de anestésicos veterinários em sistemas de recirculação em aquacultura
authors: Ferreira , Catarina Isabel Almeida
advisors: Esteves, Valdemar Inocêncio
Nadais, Maria Helena Gomes de Almeida Gonçalves
keywords: Ciências do ambiente
Aquacultura - Aspectos ambientais
Anestésicos - Contaminação da água
Tratamento da água
Adsorção
Biocarvão
issue date: 2017
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: A partir de 1960 a atividade aquícola aumentou abruptamente, tornando-se o setor de produção de alimentos de maior crescimento. A implementação de sistemas de aquacultura intensiva contribuiu para esse acentuado desenvolvimento; contudo, a sua prática impõe elevados riscos relativos ao bem-estar dos peixes, tornando-os vulneráveis a doenças, stress e a condições ambientais adversas. Para o controlo do stress são utilizados anestésicos, sendo os mais comuns a tricaína, benzocaína e 2-fenoxietanol. Estes fármacos são administrados solubilizando-os na água dos tanques e, consequentemente, contaminando-a. Atualmente, as instalações de criação intensiva estão equipadas com sistemas de recirculação em aquacultura (SRA) onde a água é tratada e reciclada. Os SRAs típicos são eficazes na remoção de sólidos suspensos e no controlo do nível de carbono orgânico dissolvido e amónia mas não estão preparados para eliminar fármacos. O processo de adsorção, utilizando carvões ativados, é uma tecnologia bem documentada e eficaz na remoção de contaminantes orgânicos, incluindo fármacos, e tem sido proposta como processo de tratamento terciário em SRA; no entanto, os carvões ativados são dispendiosos. O projeto desta tese visa a produção de adsorventes alternativos, usando bioresíduos agrícolas e industriais como percursores, capazes de competir com os carvões ativados comerciais, recorrendo a técnicas simples, baratas e amigas do ambiente. O principal objetivo consiste na aplicação dos adsorventes produzidos na remoção de anestésicos veterinários em SRA. Relativamente à valorização dos resíduos testados, os resultados mostraram que os bioresíduos agrícolas (casca de Eucalipto, sementes de uva, caroços de pêssego, cascas de nozes, resíduos de azeitona e cascas de amendoim) podem competir com os carvões fósseis em aplicações de combustão (por exemplo, produção de combustível e energia). Por outro lado, os biocarvões produzidos por pirólise dos bioresíduos industriais (lamas primárias e biológicas da indústria papeleira) são adsorventes promissores, uma vez que os resultados revelaram elevadas capacidades de adsorção com bom desempenho em sistemas fechado e contínuo. Os adsorventes produzidos a partir das lamas biológicas podem ser aplicados no tratamento de águas de aquacultura intensiva com o mesmo desempenho independentemente das condições da água (temperatura, salinidade e presença de matéria orgânica e inorgânica). Sendo as lamas produzidas em larga escala, o custo associado aos percursores destes adsorventes é nulo, com a vantagem de eliminar os esforços de gestão destes resíduos. Além disso, contrariamente aos carvões ativados comerciais, o método de produção usado evita o uso de agentes químicos e permite a recuperação de energia, sendo considerado um processo amigo do ambiente. Estes factos aliados aos bons resultados obtidos na remoção de anestésicos veterinários indicam que o uso de adsorventes a partir de lamas da indústria papeleira poderá ser uma alternativa a aplicar em SRA.

The aquaculture activity has steeply increased since the 1960’s, being the fastest growing food production industry. The implementation of intensive aquaculture systems has contributed to this impressive development in the world food fish production; however, this practice imposes high risks on the welfare of fish, making them vulnerable to adverse impacts from disease, stress and also from environmental conditions. For the fishes’ stress control, anaesthetics are administered and the most commonly used are tricaine, benzocaine and 2-phenoxyethanol. These pharmaceuticals are administered by solubilization in the fish tank’s water, which, therefore, becomes contaminated. Nowadays, intensive aquaculture facilities are equipped with a recirculating aquaculture system (RAS) where the water is treated and remains in a closed circuit. A typical RAS is planned to remove suspended solids and to control dissolved organic carbon and ammonia levels but the processes used are not prepared to eliminate pharmaceuticals. The adsorption process, using activated carbons, is a well-established technology for the removal of organic contaminants, including pharmaceuticals, and it has been proposed as tertiary treatment in RASs; however, activated carbons are very expensive. The project of this thesis aims at the production of alternative adsorbents, using agricultural or industrial biowastes as precursors, by means of a simple, inexpensive and environmentally friendly production technique and capable to compete with the commercial activated carbons. The objective is the application of the produced adsorbents for the removal of fish anaesthetics from water in the RASs. A first evaluation about the valorisation of such residues showed that the agricultural biowastes (Eucalyptus bark, grape seeds, peach stones, walnut shells, olive waste and peanut shells) can compete with fossil coals in combustion applications (e.g., fuel and power generation). On the other hand, the biochars produced by the pyrolysis of the industrial biowastes (primary and biological paper mill sludge) have favourable properties to be used as adsorbents. The adsorption results revealed highest adsorption capacities using paper mill sludge-based adsorbents with good performance in both batch and continuous (fixed-bed column) systems. Also, it was observed that the biological sludge-based adsorbent can be employed in intensive aquaculture wastewater treatment with the same performance independently of the water characteristics (temperature, salinity and presence of organic and inorganic matter). Overall, these sludges are produced in large scale, therefore the cost associated with the precursor of these alternative adsorbents is null with the additional benefit of eliminating managing costs of such residues. Moreover, contrarily to commercial activated carbons, the production process used avoids the utilization of activating chemicals and allows the recovery of energy from these residues, so it may be considered an environmentally friendly process. For these reasons, and allied to the good results obtained for the removal of fish anaesthetics, the use of paper mill sludge-based adsorbents may be an alternative choice to be applied in RASs.
description: Doutoramento em Ciências e Engenharia do Ambiente
URI: http://hdl.handle.net/10773/18042
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