A pesar de los importantes beneficios de los sistemas RAS, estos enfrentan desafíos significativos en la filtración del agua. Una filtración efectiva es crucial para eliminar desechos, alimento no consumido y subproductos metabólicos como el amoníaco, que puede ser tóxico a altas concentraciones. Los sistemas de filtración en RAS típicamente incluyen filtros mecánicos para eliminar desechos sólidos, filtros biológicos para descomponer compuestos nitrogenados dañinos y, a veces, filtros químicos o UV para controlar patógenos y algas.
El mantenimiento de estos sistemas es complejo y las fallas pueden tener consecuencias catastróficas para la salud de los peces. Problemas como la obstrucción, el biofouling y la degradación del medio filtrante pueden comprometer la eficiencia de la filtración.
Bajo este escenario, las innovaciones en tecnología de filtración y la investigación continua en sistemas más robustos son esenciales para superar estos desafíos y garantizar la sostenibilidad de los RAS.
Es así como un equipo de investigadores de la Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology y de la Nagasaki University estudió la eficacia de un nuevo sistema de biofiltración, el sistema de esponja colgante de flujo descendente y manta de lodos de flujo ascendente (DHS-USB), con el fin de disminuir los problemas asociados a la eliminación de residuos en sistemas de acuicultura de recirculación (RAS). Al imitar los procesos biogeoquímicos naturales, el sistema DHS-USB tiene como objetivo mejorar la calidad del agua y promover prácticas de acuicultura sostenibles.
Biorreactor DHS-USB
La tecnología de esponja colgante de flujo descendente (DHS), desarrollada por investigadores japoneses a finales de la década de 1990, fue creada para abordar los altos costos e ineficiencias del tratamiento tradicional de aguas residuales. Inspirada en los filtros percoladores, la DHS utiliza esponjas en lugar de roca o grava, proporcionando una gran superficie para las comunidades microbianas que degradan los contaminantes orgánicos.
Diseñada inicialmente para el tratamiento descentralizado de aguas residuales en países en desarrollo, la DHS ha demostrado altas tasas de eliminación de cargas orgánicas, nitrógeno y patógenos. Su bajo costo y eficiencia han ampliado su uso a efluentes industriales, aguas residuales textiles y residuos de acuicultura.
Por el contrario, la tecnología de lecho de lodos ascendente (USB), desarrollada a finales de la década de 1970 en los Países Bajos, utiliza un manto de lodo granular dentro del tanque del reactor. Las aguas residuales fluyen hacia arriba a través del manto de lodo, donde los microorganismos anaeróbicos descomponen los contaminantes orgánicos, formando gránulos densos que eliminan eficazmente la demanda bioquímica de oxígeno, la demanda química de oxígeno y los sólidos suspendidos totales.
El reactor USB también produce biogás, incluido el metano, que puede utilizarse como fuente de energía. Ampliamente adoptada a nivel mundial, la tecnología USB se valora por su diseño compacto, alta eficiencia de tratamiento y capacidad para manejar altas cargas orgánicas.
Enfoque novedoso
En este sentido, el biorreactor DHS-USB presenta un enfoque novedoso al aprovechar los procesos aeróbicos y anaeróbicos para transformar el amoníaco dañino en gas nitrógeno, que escapa de forma segura a la atmósfera. “Este sistema de doble proceso reduce significativamente los niveles tóxicos de amoníaco y nitrito, promoviendo una calidad de agua estable”, aseguraron los expertos.
Las condiciones mejoradas del agua reducen el estrés de los peces, mejoran las tasas de conversión alimenticia y fomentan mejores tasas de crecimiento, lo que lo hace esencial para el éxito de los sistemas RAS. “El sistema DHS-USB puede adaptarse a diversos tipos y escalas de operaciones acuícolas, desde pequeñas configuraciones de investigación hasta grandes sistemas comerciales. Su naturaleza modular lo hace escalable y personalizable, permitiendo que sus principios se apliquen a diferentes especies de peces y escalas de producción”, afirmaron los investigadores.
En este contexto, estudiar la dinámica microbiana dentro del biorreactor DHS-USB amplía la comprensión de la remediación de residuos basada en biopelículas y lodos. La investigación de estas comunidades microbianas aporta valiosos conocimientos sobre ecología microbiana y procesos de biorremediación, que pueden aplicarse a otras áreas de gestión de aguas residuales y biotecnología ambiental.
Experimento, evaluación de desempeño y resultados
La configuración experimental incluyó un tanque de peces, bombas de agua y un tanque subterráneo para almacenar agua filtrada. Los parámetros de crecimiento de los peces: ganancia de peso corporal (GCP), tasa de crecimiento estándar (TCR) y relación de conversión alimenticia (RCA) se midieron cada dos semanas, mientras que los parámetros de calidad del agua como oxígeno disuelto (OD), temperatura, pH, turbidez y conductividad eléctrica (CE) se monitorearon diariamente. Por otro lado, se analizaron el nitrógeno amoniacal total (TAN), los nitritos y los nitratos utilizando un espectrofotómetro UV-VIS.
En cuanto a los principales resultados, se generó una importante reducción de contaminantes: El sistema DHS-USB demostró una notable eficiencia en la reducción de contaminantes en el agua. Se observaron reducciones del 34.68% en el amonio total (TAN), del 17.54% en el carbono inorgánico total (TIC), y del 43.71% en los sólidos suspendidos totales (TSS).
Los peces cultivados en el sistema DHS-USB mostraron un rendimiento de crecimiento superior en comparación con el sistema de acuaponía con piedra pómez. La tasa de crecimiento específica (SGR) fue de 1.98 y la relación de conversión alimenticia (FCR) fue de 2.22.
Al mismo tiempo, la densidad bacteriana fue más alta dentro del sistema DHS (3.54 ± 0.27 ⨯ 10⁵ UFC mL⁻1), lo que respalda un procesamiento eficiente de desechos. “La alta densidad sugiere una comunidad microbiana activa, que es esencial para la degradación de contaminantes orgánicos”, indicaron los investigadores.
“En general, el sistema DHS-USB demostró un potencial significativo para el manejo sostenible de desechos de acuicultura, mejorando la calidad del agua sin comprometer el crecimiento de los peces”, destacaron los científicos.
De todas formas, los autores sugirieron que “se requieren estudios adicionales para evaluar los cambios en las densidades de especies bacterianas específicas dentro de este sistema. Al abordar uno de los desafíos más importantes en la acuicultura, el biorreactor DHS-USB ofrece una solución sostenible para mejorar la productividad y la sostenibilidad ambiental en las operaciones de piscicultura”.
