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Implicações do excesso de ferro na água para a saúde dos peixes e algumas estratégias de mitigação

Implicações do excesso de ferro na água para a saúde dos peixes e algumas estratégias de mitigação

Data de Publicação: 21 de julho de 2021 10:31:00
Embora não seja mencionado regularmente como um problema na maioria das operações de aquicultura, o ferro pode ser um problema sério em incubatórios que dependem de água de poço.

 

*Por Nicholas Romano, Ph.D.;  Vikas Kumar, Ph.D. e Amit Kumar Sinha, Ph.D.

Ferro (símbolo químico Fe) é o elemento ou metal mais abundante na crosta terrestre e um elemento essencial para a vida. No entanto, níveis elevados na água - de atividades antropogênicas ou de ocorrência natural - podem causar efeitos adversos em animais aquáticos. Os efeitos adversos incluem lesão oxidativa em vários órgãos e dano físico às guelras. Apesar dos efeitos generalizados e potencialmente prejudiciais do ferro elevado, ele é considerado um poluente não prioritário nos EUA, com uma diretriz nacional de qualidade da água abaixo de 1,0 mg por litro.

Essa recomendação é baseada em observações de campo de um único riacho poluído com ferro no estado do Colorado (EUA) em meados da década de 1970. Na verdade, o ferro é considerado um “contaminante secundário”, o que significa que não é considerado perigoso e afeta apenas a estética / sabor da água. No entanto, o ferro tem cinco estados de oxidação (viz. Fe 2+ , Fe 3+ , Fe 4+ , Fe 5+ e Fe 6+ , com base em quantos elétrons são perdidos) que diferem em toxicidade. A abundância de cada espécie de Fe é governada pelo potencial de pH e redox (Fig. 1).

Fig. 1: Especiação de ferro com base no pH da água e potencial redox.

 

Em ambientes aquáticos, o ferro ferroso (Fe 2+ ; solúvel em água) e o ferro férrico (Fe 3+ ; insolúvel em água / estado oxidado) são os mais comuns. Água de poço que tem pouco ou nenhum oxigênio dissolvido e, portanto, contém mais ferro ferroso, que apresenta maior toxidade para animais aquáticos. Isso se deve principalmente à lesão oxidativa [o dano sofrido por células e tecidos que são incapazes de acompanhar a produção de radicais livres (átomos com um elétron desemparelhado, tornando-os altamente reativos quimicamente)] e, normalmente, os peixinhos são mais sensíveis à exposição ao ferro do que bagres ou salmonídeos.

Problemas potenciais

Como o ferro ferroso se dissolve na água e, portanto, é transparente e incolor, pode não ser óbvio que o ferro possa ser um problema em uma incubadora ou instalação de criação. Por outro lado, o ferro oxidado, na forma de óxido férrico, é menos tóxico, causa coloração de ferrugem na água e é mais facilmente removido por meios físicos.

A ação tóxica do óxido férrico está mais relacionada ao sufocamento dos ovos em incubadoras ou ao entupimento das brânquias que reduzem as trocas gasosas. Em áreas com alto teor de ferro dissolvido, é comum para os criadores de peixes oxidar íons ferrosos em ferro férrico por meio de torres de respingo (um exemplo na Fig. 2). Isso pode ser seguido por filtração de água usando filtros de areia e tanques de sedimentação que retêm e removem o ferro por meio de retrolavagem (Fig. 3). Em alguns incubatórios, filtros de mícrons são usados ??para minimizar as cargas de ferro, mas exigem a lavagem de rotina dos filtros (Fig. 4). Essas etapas podem ser altamente eficazes para reduzir o ferro de águas de poços de concentrações de mais de 50 mg por litro para menos de 0,001 mg por litro, conforme medimos em nosso laboratório.

Fig. 2 (esquerda): Uma torre de respingo que é alveolar dentro para criar turbulência da água conforme a água flui para baixo a fim de oxidar os íons ferrosos (Fe2 +; solúvel em água) em íons férricos (Fe3 +; estado insolúvel em água / oxidado).
Fig. 3 (centro): Balde de ferrugem que se acumulou em um filtro de areia durante vários meses de operação na Universidade de Arkansas em Pine Bluff.
Fig. 4 (à direita): Filtros de mícron que precisam ser lavados diariamente com ácido muriático para remover o ferro, mesmo depois que a água passa por uma série de filtros de areia.

 

O ferro também pode ser oxidado quimicamente com manganês verde, permanganato de potássio e hipoclorito de sódio. No entanto, existem algumas limitações que incluem ser menos viável em sistemas de grande escala e também podem apresentar alguns

 

problemas de toxicidade para animais aquáticos. Em tanques de aquicultura, os precipitados de Fe 3+ podem reduzir (ganhar um elétron) em Fe 2+ se os sedimentos se tornarem anóxicos (Fig. 5), levando a uma coloração mais escura dos sedimentos.

O ferro também pode ser benéfico ao mitigar a toxicidade do sulfeto de hidrogênio (produzido por bactérias anaeróbias), precipitando-o em sulfeto férrico insolúvel (pirita de ferro). Bioturbação [retrabalho de sedimentos e solos por atividade animal ou plantas], agitação, circulação e ressuspensão física difunde Fe 2+ do sedimento para a coluna de água, onde Fe 2+ é oxidado de volta a Fe 3+ (Fig. 5).

Fig. 5: Especiação de ferro e ciclo geoquímico do ferro em tanques de peixes.

 

Métodos adicionais de mitigação

A bentonita, que é uma argila natural de baixo custo e abundantemente disponível (Al 2 O 3 4SiO 2 nH 2 O), pode se ligar ao ferro e, portanto, anular sua toxicidade. Na verdade, a bentonita tem uma capacidade de ligação a metais pesados ??substancialmente maior do que o carvão ativado, além de ser 20 vezes mais barata. Pesquisas em nossos laboratórios demonstraram recentemente que a aplicação de bentonita de 0,2 a 0,4 gramas por litro em água pode efetivamente aliviar os níveis de ferro tóxicos em bagres.

Curiosamente, os agricultores em Arkansas criaram quelato de ferro no local adicionando citrato de sódio (Fig. 6) que foi usado em seu sistema aquapônico desacoplado. Assim, eles converteram o ferro ferroso do sistema de água da piscicultura em uma forma mais biodisponível para as plantas. Uma desvantagem potencial é a vida útil mais curta desta solução do que os produtos comerciais, mas o EDTA [ácido etilenodiaminotetracético, um produto químico que se liga e retém (quelata) vários minerais e metais] pode ser uma opção melhor. A pesquisa está em andamento para avaliar a eficácia do quelato de ferro “feito em casa” em um sistema aquapônico.

Fig. 6: A água em todos os béqueres veio da mesma fonte de água, mas com a maior quantidade de citrato de sódio à esquerda, enquanto não havia nenhum na extrema direita.

 

Os tratamentos de água para remover o ferro em grandes sistemas de lagoas são inviáveis; portanto, uma abordagem dietética pode ser mais econômica. Tanto o citrato de sódio quanto a bentonita também são geralmente reconhecidos como aditivos alimentares seguros (GRAS) para mamíferos e peixes. Nossos laboratórios documentaram que a bentonita dietética (2,0 por cento e 2,5 por cento para a truta arco-íris e bagre do canal, respectivamente) reduziu o acúmulo de ferro devido às suas propriedades quelantes. Além disso, a vitamina C da dieta, que é um eliminador de radicais livres [uma vitamina, mineral ou enzima que pode neutralizar os radicais livres], pode proteger contra a lesão oxidativa induzida pelo ferro no fígado e nas brânquias do peixe-gato (a 143 ou 573 mg por kg dieta) (Fig. 7). Outros agentes quelantes - como ácidos húmicos, ácido cítrico, ácido nitrilotriacético e deferoxamina [DFOA].

Fig. 7: Brânquias de peixe-gato do canal em (a) controle, expostas a 9,5 mg por litro de ferro mostrando aumento da massa celular interlamelar (b) e expostas a ferro (9,5 mg por litro) por meio de dietas suplementadas com vitamina C (573 mg por kg de dieta) (c).

 

Perspectivas

O ferro não é freqüentemente citado como um problema na maioria das operações de aquicultura, mas pode ser um problema sério em incubatórios que dependem de água de poço. Nessa situação, é aconselhável que os agricultores façam testes para verificar se há ferro, especialmente porque o ferro dissolvido é incolor e mais tóxico para os animais aquáticos jovens. A oxidação e a filtração mecânica podem ser altamente eficazes em sistemas de pequena escala. Além do incubatório e em uma escala maior, como em operações de cultivo de aqüicultura, os suplementos dietéticos podem ser mais viáveis ??para proteger contra a toxicidade do ferro ferroso.

 

 
O ferro não é freqüentemente citado como um problema na maioria das operações de aquicultura, mas pode ser um problema sério em incubatórios que dependem de água de poço (Foto de Darryl Jory)

 

Autores

NICHOLAS ROMANO, PH.D.

Professor Associado (Produção de Aquicultura) e
Diretor Interino do Centro de Excelência em Aquicultura e
Departamento de Pesca da
Universidade de Aquicultura e Pesca de Arkansas em Pine Bluff, Arkansas, EUA

romano.nicholas5@gmail.com

VIKAS KUMAR, PH.D.

Departamento de Ciências Animais, Veterinárias e Alimentares
 

 

do Instituto de Pesquisa em Aquicultura da
Universidade de Idaho, Moscou, Idaho, EUA; e

Hagerman Fish Culture Experiment Station
Aquaculture Research Institute
University of Idaho, Hagerman, Idaho, EUA

AMIT KUMAR SINHA, PH.D.

Professor assistente do
Departamento de Aquicultura e Pesca da
Universidade de Arkansas em Pine Bluff, Arkansas, EUA

*Artigo extraído do site da Global Aquaculture Alliance

 

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