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Design and Operation of an
Aquaponics System
James Rakocy
Aquaponics is the combination of recirculation aquaculture and hydroponics. In this system, plant and fish are grown at the same time in an integrated manner. Fish waste provides a source of nutrients for plants and
plants provide a natural filter for the water in which fish live.
The aquaponics system of the University of the Virgin Islands (UVI) is designed to produce 27 boxes of lettuce each week (24-30 heads/box) and 580 Kg of fish every six weeks. Lettuce is grown on floating polystyrene sheet rafts.
El sistema de acuaponia de la Universidad de las Islas Vírgenes (UVI) está diseñado para producir 27 cajas de lechuga cada semana (24-30 cabezas / caja) y 580 Kg de pescado cada seis semanas. La
lechuga es cultivada en balsas de hojas flotantes de poliestireno.
I
n closed aquaculture systems,
water treatment is performed
by removing solid waste and
by biologically breaking up
nitrogen metabolites. Intensive
fish production in these systems is
growing because of the high cost of
land, the comfort of producing close
to the markets and the product’s
excellent quality; therefore, the harvest value is higher.
Hydroponics systems are designed to concentrate the production
of vegetables in smaller areas. This
is done by providing a high level of
nutrients and water to plants. The
Diseño y operación de un
sistema acuapónico
James Rakocy
La acuaponia es la combinación de acuicultura
con recirculación e hidroponia. En este sistema
se cultivan plantas y peces al mismo tiempo
de manera integrada. Los desperdicios de los
peces proveen una fuente de nutrientes para
las plantas y las plantas proveen un filtro natural
del agua en la que viven los peces.
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alternativas
Aquaponics Cultivation Plan at the University of the Virgin Islands.
Esquema de cultivo acuapónico de la Universidad de las Islas Vírgenes.
same incentives and problems that
apply to recirculation systems in
aquaculture apply to these hydroponics systems, as well as the required
large investment, high use of energy
and the necessary level of training
of workers.
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E
n los sistemas acuícolas cerrados el tratamiento del agua es
llevado a cabo por la remoción
de desperdicios sólidos y el rompimiento biológico de metabolitos nitrogénicos. La producción intensiva de
peces en estos sistemas se encuentra
Plant cultivation in this system uses many of the nutrients produced by fish cultivation waste.
El cultivo de plantas en este sistema utiliza muchos de los nutrientes producidos por los desechos del cultivo de peces.
Nitrogenated waste from fish metabolites provides necessary nutrients for vegetable production. By removing these wastes, vegetables filter
and clean the water, improving the environment
for fish.
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Hydroponics cultivation on rafts. / Cultivo hidropónico en balsas.
The tilapia production-based
hydroponics cultivation system is
conducted in a 0.05 hectare area
and a total 110m3 water volume is
used. The system’s design includes
four fattening tanks of 7.8m3, each;
two clarifiers of 3.8 m3, each; four
0.7m3 filters; and a 0.7m3.de-gasifying tank. The plant growth area
amounts to 214 m2; a 0.6m3 cesspool
and a 0.2m3 addition tank.
Air stones are used in these
cultivation systems (22 per tilapia
tank and 24, per hydroponics tank).
Solids are removed three times a
en crecimiento por el alto costo de la
tierra, la comodidad de producir cerca
de los mercados y la excelente calidad
del producto, por lo que el valor de la
cosecha es mayor.
Los sistemas hidropónicos están
diseñados para concentrar la producción de vegetales en áreas más pequeñas que las que serían necesarias en el
campo. Esto es realizado proveyendo
un alto nivel de nutrientes y agua a las
plantas. Los mismos incentivos y problemas que aplican a los sistemas de
recirculación en acuicultura se aplican
a estos sistemas de hidroponia, como
Profit potential increases because fish produce
plant nutrients for “free”; water requirements are
decreased; the need of a bio-filter is eliminated;
and operation and infrastructure costs are shared between both systems.
Fish are fed three times a day with floating feed.
La alimentación de los peces se realiza tres veces al día con alimento flotante.
day in the clarifiers. Filters must
be cleaned twice a week. De-nitrification takes place in the filters
and methane, CO2, H2S, and N2
degasification must be continuous.
Plants absorb ammonia and other
nutrients. Retention time amounts
to 1.37 hours in the tilapia tank; 20
minutes in the clarifier; and 3 hours
in hydroponics tanks.
Hydroponics on rafts has advantages: it has no limitations as regards
tank size; roots do not get stuck; the
shadow of the rafts maintains water
cool; plants are not affected when
pumping is stopped and harvesting
is easier. Disadvantages include the
vulnerability of roots due to zoo-
Fish production is constant, yields being of about 580 Kg every
6 weeks.
La producción de pescado es constante, obteniéndose alrededor de 580 Kg cada 6 semanas.
la gran inversión requerida, alto uso de
energía y el nivel de preparación necesaria de los trabajadores.
El sistema de cultivo hidropónico
a partir de la producción de tilapia
se lleva a cabo en un área de 0.05
ha y se utiliza un volumen total de
agua de 110m3. El diseño del sistema
incluye cuatro tanques de engorda de
7.8m3 c/u, dos aclaradores de 3.8 m3
c/u, cuatro filtros de 0.7m3 y un tanque
degasificador de 0.7m3. El área de
crecimiento de las plantas es de 214
m2; un céspol de 0.6m3 y un tanque de
adición de 0.2m3.
En los cultivos se utilizan piedras
aireadoras (22 por tanque de tilapia, 24
por tanque de hidroponia). Se remueven los sólidos tres veces al día en el
aclarador. El filtro debe ser limpiado
dos veces a la semana. La denitrificación se lleva a cabo en los filtros, y la
degasificación del metano, CO2, H2S
y N2 debe ser continua. Las plantas
absorben la amonia y otros nutrientes.
Los tiempos de retención son de 1.37
h en el tanque de tilapia, 20 min en el
aclarador y 3 h en los tanques hidropónicos.
La hidroponia en balsa presenta
ventajas: no tiene limitación en el
Los desechos nitrogenados de los metabolitos
de los peces proveen nutrientes necesarios
para la producción de vegetales. Al remover
estos desechos, los vegetales filtran y limpian
el agua mejorando el ambiente para los peces.
Hydroponics cultivation on rafts facilitates harvesting. / El cultivo hidropónico en balsas facilita la cosecha.
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alternativas
El potencial de utilidades se incrementa debido
a que los peces producen nutrientes “gratis”
para las plantas, disminuye el requerimiento
de agua, elimina la necesidad de biofiltro, y se
comparten los costos de operación e infraestructura entre ambos cultivos.
it at 7.0 by alternate additions of
calcium hydroxide (Ca(OH)2) and
potassium hydroxide (KOH); chelated iron must be added (2mg/L)
every 3 weeks. Water is added daily,
at a rate of approximately 1.5% of
the system’s volume.
Advantages of Aquaponics
plankton, snails, and other organisms, factors which are controllable.
Important Principles
The optimal feed rate is about 60
– 100 g/m2 in the plant area/day,
which prevents the accumulation
or deficiency of nutrients; the slow
removal of solids increases mineralization; the frequency with which
filters are cleaned controls nitrate
levels during de-nitrification.
Fish are fed three times a day
with 32% protein content floating
feed. Biological methods must be
used to control insects. It is important to monitor pH daily, keeping
Fish provide most of the nutrients
required by the plants. The hydroponics system functions like a biofilter, extending water usage and
decreasing discharges into the environment. Integrated systems require
less water quality monitoring than
individual systems. Aquaponics is a
simple and reliable system that can
be applied at the family level or at
the commercial scale, with continuous and sustainable production.
Its management is simple, provided
instructions are followed.
*Article based on the “Design and Operation of the UVI
Aquaponics System” conference by James Rakocy of the
University of the Virgin Islands, during the 7th International
Tilapia Cultivation Symposium (ISTA 7).
calcio (Ca(OH)2) e hidróxido de potasio
(KOH); se debe añadir hierro quelado
(2mg/L) cada 3 semanas. Se añade
agua diariamente, aproximadamente
1.5% del volumen del sistema.
Ventajas de la acuaponia
Los peces proveen la mayoría de los
nutrientes requeridos por las plantas.
El sistema de hidroponia funciona
como biofiltro, extendiendo el uso
del agua y reduciendo las descargas
al ambiente. Los sistemas integrados
requieren un monitoreo de la calidad
del agua menor que los sistemas individuales. La acuaponia es un sistema
simple y confiable que puede aplicarse
a nivel familiar o a escala comercial,
con una producción continua y sustentable. Su manejo es sencillo siempre que se base en el seguimiento de
las indicaciones.
tamaño del tanque, no hay atascamiento de las raíces, la sombra de
las balsas mantiene el agua fresca,
las plantas no son afectadas cuando
se detiene el bombeo y se facilita la
cosecha. Las desventajas incluyen
que las raíces son vulnerables a daños
por zooplancton, caracoles y otros
organismos, factores que pueden ser
controlables.
Principios importantes
La tasa óptima de alimentación es de
60 – 100 g/m2 del área de plantas / día,
lo que previene la acumulación o deficiencia de nutrientes; la lenta remoción
de sólidos incrementa la mineralización; la frecuencia de la limpieza del
filtro controla los niveles de nitrato en
la denitrificación.
La alimentación se realiza 3 veces
por día con alimento flotante 32%
proteína. Para controlar los insectos
se deben utilizar métodos biológicos.
Es importante monitorear el pH diariamente, manteniéndolo en 7.0 por
adiciones alternadas de hidróxido de
*Artículo basado en la conferencia “Design and Operation of
the UVI Aquaponic System” impartida por James Rakocy de
la Universidad de las Islas Vírgenes, durante el 7º Simposio
Internacional de Cultivo de Tilapia (ISTA 7)
Aquaponics can be used to produce different agricultural products.
La acuaponia se puede utilizar para producir distintos productos agrícolas.
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