En los RAS, el control de la calidad del agua es uno de los pilares para sostener altas densidades de cultivo. Tradicionalmente, el foco ha estado puesto en el oxígeno disuelto y el amoníaco. Sin embargo, a medida que la biomasa aumenta, el CO₂ —un subproducto normal del metabolismo aeróbico de los peces— puede acumularse hasta niveles que comprometen la salud y el crecimiento.
Cuando el CO₂ se eleva en el agua, se reduce su eliminación a través de las branquias, lo que puede provocar acidosis respiratoria y disminuir la capacidad de la hemoglobina para transportar oxígeno. Estudios previos han demostrado que, por ejemplo, la trucha arcoíris tolera niveles inferiores a 25 mg L⁻¹ en aguas duras, mientras que el salmón del Atlántico en etapa smolt requiere concentraciones aún más bajas, del orden de 10–12 mg L⁻¹ en aguas blandas. En sistemas con densidades superiores a 60 kg m⁻³, el control activo del CO₂ deja de ser opcional.
En este contexto, la nueva investigación, titulada “Performance characterization of a diffused aeration basin for carbon dioxide removal in RAS”, evalúa en detalle los parámetros de diseño que permiten maximizar la remoción de CO₂ bajo condiciones operativas comparables a las de la acuicultura comercial.
Una mirada al corazón del sistema carbonato
El CO₂ se disuelve fácilmente en el agua y su concentración está gobernada por el equilibrio gas-líquido y por reacciones ácido-base. En el agua, el carbono inorgánico disuelto existe como CO₂, bicarbonato, carbonato y ácido carbónico, un conjunto conocido como sistema carbonato. El pH y la cantidad total de carbono inorgánico determinan cuánto CO₂ libre estará disponible, y, por tanto, cuán urgente es su remoción.
Existen distintas estrategias para manejar este gas: control de pH o desgasificación. En esta última, el contacto entre el agua y el aire permite que el sistema tienda al equilibrio con la atmósfera, liberando CO₂ y absorbiendo oxígeno. El motor de este proceso es el gradiente de concentración entre el CO₂ disuelto en el RAS y su concentración de equilibrio ambiental.
¿Por qué aireación difusa?
Las tecnologías más utilizadas para remover CO₂ incluyen columnas con relleno y ventilación forzada, filtros percoladores pasivos y estanques de aireación difusa. Las columnas ventiladas pueden eliminar entre un 40 y un 60 % del CO₂, pero requieren bombeo para elevar el agua, lo que implica mayores costos energéticos y de inversión.
Los estanques de aireación difusa, en cambio, operan con baja carga hidráulica. Consisten en cuencas poco profundas equipadas con sopladores y difusores que generan burbujas de aire. Estas burbujas facilitan la transferencia de CO₂ desde el agua hacia la atmósfera mientras ascienden por la columna de agua. Su principal ventaja: no requieren bombeo, ya que el agua puede circular por gravedad.
El estudio: diseño, variables y resultados
La investigación evaluó un estanque de aireación difusa a escala experimental, probando:
- Tasas de carga hidráulica entre 204 y 1182 L min⁻¹ m⁻² (5–29 gal min⁻¹ ft⁻²).
- Tres concentraciones de CO₂ afluente: 10, 15 y 25 mg L⁻¹.
- Dos relaciones gas-líquido (G:L): 2 y 5.
- Dos profundidades de estanque: 0,97 y 0,48 m.
Los resultados fueron claros. Con cargas hidráulicas de 407–815 L min⁻¹ m⁻² y una relación G:L de 5, los estanques lograron remociones de CO₂ del 50–60 %, valores comparables a los de las columnas ventiladas forzadamente. Al aumentar la carga hidráulica hasta 1182 L min⁻¹ m⁻², la eficiencia cayó a 30–35 %.
Con una relación G:L de 2, la remoción fue algo menor (40–50 % en el rango óptimo de carga), pero representó una alternativa de menor consumo energético, suficiente en sistemas donde se requiere un control moderado del CO₂.
La profundidad también influyó: los estanques más someros mostraron eficiencias 10–15 % menores, debido a un menor tiempo de contacto de las burbujas, aunque siguieron siendo operativamente viables y demandaron menos energía de soplado.
Un hallazgo clave fue la fuerte caída de la eficiencia cuando el tiempo de retención hidráulica fue inferior a 60 segundos, estableciendo un límite práctico para el diseño y la operación en RAS.
Seguridad operativa y calidad del agua
Desde el punto de vista operacional, el sistema no generó aumentos medibles en la presión total de gases disueltos, lo que indica un riesgo mínimo de sobresaturación, un aspecto crítico para evitar estrés fisiológico en los peces. Además, los niveles de oxígeno disuelto y la química del agua se mantuvieron estables, demostrando que la aireación difusa puede integrarse sin afectar negativamente otros parámetros clave.
Una herramienta con proyección para la acuicultura sostenible
Las conclusiones del estudio posicionan a los estanques de aireación difusa como una solución práctica, escalable y de bajo requerimiento energético para el control de CO₂ en RAS modernos. Con tasas de carga hidráulica entre 407 y 815 L min⁻¹ m⁻² y relaciones G:L cercanas a 5, es posible equilibrar eficiencia de remoción, huella de instalación y consumo energético.
Si bien el uso de sopladores sigue siendo un factor a considerar, la optimización del diseño permite reducir costos frente a alternativas que dependen del bombeo. Los autores destacan que futuras investigaciones deberían enfocarse en el desempeño a escala comercial, la estabilidad operativa a largo plazo y estrategias integradas de manejo de CO₂ y oxígeno.
En un contexto donde la acuicultura intensiva busca ser cada vez más eficiente y sostenible, este trabajo entrega criterios cuantitativos claros para avanzar hacia sistemas RAS más robustos, energéticamente eficientes y amigables con el bienestar de los peces.
Lea el estudio completo aquí: Performance characterization of a diffused aeration basin for carbon dioxide removal in RAS
