Nella logica di agricoltura urbana rientrano la coltivazione idroponica, l’acquacoltura e i sistemi acquaponici. L'idroponica  descrive una strategia usata per la coltivazione di piante fuori suolo  con l’apporto di acqua ricca di sostanze nutritive piuttosto dell’utilizzo di un terreno come nella coltura tradizionale. La coltura idroponica può essere ‘inerte’, metodo che utilizza un substrato ( argilla espansa, lana di roccia ecc ) che serve  solo a dare supporto alle radici e non aggiunge nessun nutriente alle piante, o ad ‘immersione’ dove le radici sono poste direttamente nella soluzione nutritiva a base di acqua e sali minerali. In entrambi i casi è necessario predisporre un sistema di irrigazione che possa fornire costantemente la soluzione nutritiva in quanto data l’assenza di un vero e proprio terreno è ancora più importante dare alla coltivazione un costante apporto di acqua e nutrienti\cite{Feola_2021} . Utilizzando un sistema idroponico, una quantità controllata di acqua e nutrienti porta ad alti tassi di crescita riducendo allo stesso tempo gli input chimici  \cite{Su_rez_C_ceres_2021} . Ci sono principalmente sei tipi di sistemi idroponici , quello utilizzato nella sperimentazione è il  Deep Water Culture (DWC) che  consiste nel far crescere la specie vegetale  immergendola in una soluzione a base di acqua  ricca di ossigeno e fertilizzante.   L’acquacoltura è l’insieme di attività umane, distinte dalla pesca, praticate per la produzione controllata di organismi acquatici .  Per assicurare uno sviluppo sostenibile del settore, a favore della protezione dell’ecosistema e della biodiversità, sarà necessario diminuire sempre più la pesca tradizionale a favore dell’acquacoltura ,  tuttavia, il suo utilizzo è accompagnato da continue preoccupazioni ecologiche. Le preoccupazioni riguardano la qualità e la sicurezza dei prodotti o le varie altre questioni ambientali, come l'alto tasso di consumo di acqua e lo scarico di acque reflue non trattate\cite{Ensano_2017} \cite{Zhang_2011}\cite{Scannapieco_2012}\cite{Naddeo_2007}. Una tipologia di acquacoltura è  Il  sistema   a ricircolo (RAS), sistema utilizzato anche in questa sperimentazione, è un impianto che riutilizza l’acqua dopo aver subito dei trattamenti  meccanici e biologici. Questo sistema ha molti vantaggi quali: il risparmio di acqua, rigoroso controllo della qualità dell’acqua, alti livelli di biosicurezza e facile controllo della produzione dei rifiuti che arrecherebbero inquinamento nell'ambiente \cite{Naddeo_2007}\cite{Landi_2010}. L’acquaponica è un sistema di coltivazione rivoluzionario e altamente efficace che combina l’acquacoltura   con l’idroponica  in un ambiente simbiotico  \cite{Muro}\cite{Regno}.

L'attività sperimentale 

L'acquaponica può essere definita come un sistema di produzione di organismi acquatici e piante in cui la maggior parte dei nutrienti che sostengono la crescita ottimale delle piante deriva da rifiuti provenienti dall'alimentazione degli organismi acquatici .I moderni sistemi acquaponici hanno generalmente assunto la forma di sistemi di acquacoltura a ricircolo (RAS).L’ acqua, infatti, grazie all’impiego di una o più pompe, viene prelevata dalla vasca nella quale viene allevata la specie ittica e viene sottoposta ad una filtrazione fisica e biologica. La filtrazione fisica permette la rimozione di particelle solide attraverso vasche di sedimentazione o separatori meccanici \cite{Micco_2021} ,   la sua efficacia determina direttamente la qualità dell'acqua e la stabilità del funzionamento del sistema. La filtrazione biologica avviene tramite un biofiltro  . Quest’ultimo permette di avviare un processo di nitrificazione \cite{Schmautz_2021}che rappresenta la principale conversione dei nutrienti ovvero la trasformazione, tramite batteri nitrificanti, dell'ammoniaca (NH 3 +) in nitrito ( NO2) e poi in nitrato (NO 3 - ) che è la forma più assimilabile dalla specie vegetale. La superficie totale disponibile per la crescita dei batteri nitrificanti  determina in larga misura la capacità di rimozione dell'ammoniaca dei biofiltri \cite{Wei_2019}. L’effluente dell’acquacoltura, caricato con sostanze nutritive, viene quindi immessa nei letti di coltura, le cui radici sono a diretto contatto con l’acqua, le quali assorbono i nutrienti e svolgono un’opera di fitodepurazione. L’acqua viene quindi riciclata e reintrodotta nella vasca di allevamento  bonificata dai nutrienti accumulati. In questo processo pesci , piante e batteri prosperano in simbiosi ,affinché il sistema risulti efficiente  è opportuno un adeguato bilanciamento fra i tre organismi \cite{Lombardo_2020}.
L'attività sperimentale è stata svolta presso il laboratorio di Ingegneria Sanitaria ambientale  (SEED) dell' Università degli studi Salerno. In particolare, sono stati  studiati e analizzati due sistemi acquaponici uguali per dimensioni e caratteristiche ma che si distinguono per la presenza di un’unità di trattamento. In entrambi i sistemi la specie ittica allevata è stata la Tilapia del Nilo e la specie vegetale coltivata  è stata la Lattuga.
Il sistema convenzionale , denominato Sistema I ,  è composto da un’unità di acquacoltura e    un’unità idroponica. Nel sistema integrato con trattamenti avanzati, denominato Sistema 2,  ;   tra l'acquario di acquacoltura e la vasca idroponica sono state interposte una vasca in cui è presente una membrana auto-formante (MBR) ,in cui avviene il primo trattamento fisico e biologico dove contemporaneamente viene permessa una filtrazione meccanica e una degradazione biologica della sostanza organica , \cite{Pervez_2020},\cite{Fortunato_2020},\cite{Castrogiovanni_2022},\cite{Cairone_2021},\cite{Vassallo_2020} \cite{Ibrahim_2019}\cite{Borea_2018},nonché una lampada UV e un’unità adibita per la disinfezione con ozono \cite{Ensano_2019}\cite{Patton_2018}  \cite{Mori_2019}\cite{Summerfelt_2009}\cite{Naddeo_2013}\cite{Naddeo_2009}. In entrambi i sistemi, inoltre, sono stati istallati : un filtro che funge sia da filtrazione biologica che meccanica \cite{Cripps_2000}, delle pompe d'aria per mantenere costante il livello di ossigeno disciolto (DO)\cite{Yavuzcan_Yildiz_2017} \cite{Suhl_2019}\cite{Ren_2018} all'interno delle varie unità, una mangiatoia automatica per fornire la precisa quantità di mangime ai pesci e una sorgente luminosa con timer.  Il ricircolo idrico è stato  semi-continuo della durata di 8 ore al giorno utilizzando due pompe peristaltiche, una per ciascun sistema acquaponico.
L’aggiunta dei trattamenti  nel Sistema II ha permesso di svolgere operazioni in parallelo per confrontare il sistema convenzionale con quello sperimentale sotto gli aspetti di qualità delle acque\cite{Yavuzcan_Yildiz_2017}, della presenza e quantità dei nutrienti, di crescita e benessere della specie ittica e quella vegetale.  

Il recupero dei nutrienti nei sistemi acquaponici