En los sistemas de recirculación de acuicultura, el tratamiento biológico es una de las principales operaciones para recuperar la calidad del agua. La empresa Multi Umwelttechnologie AG desarrolló un medio para incrementar el área de fijación de las bacterias, mejorando la eficiencia del tratamiento biológico.
Sistemas acuícolas
Debido a la mayor demanda de pescados y mariscos, y considerando que las poblaciones pesqueras han alcanzado su máxima capacidad de producción, la acuicultura está llamada a convertirse en la principal fuente de alimentos de origen acuático.
En la actualidad, la acuicultura se practica en estanques seminaturales, jaulas en lagunas o en el mar, o en tanques al aire libre o bajo techo. Sin embargo, existe un creciente interés en los sistemas con ciclos de agua “cerrados”, los denominados sistemas de recirculación en acuicultura (RAS).
Los sistemas de recirculación en acuicultura tienen una cosa en común: ellos tienen altos requerimientos para las tecnologías de tratamiento de agua aplicadas; por esta razón, la empresa alemana Multi Umwelttechnologie AG desarrolló el “Mutag BioChip 30™ RAS Process”.
Fig. 1. Piscigranja en Alemania
Principio de un sistema de recirculación en acuicultura
Debido al suministro de alimentos, el agua en los RAS está permanentemente contaminada con componentes orgánicos y compuestos nitrogenados de los excrementos naturales de los peces y/o camarones.
En los sistemas de ciclo abierto, como estanques y jaulas, el agua contaminada sale del sistema y se reemplaza por agua fresca; por su parte, los sistemas cerrados tienen una menor demanda de agua, sin embargo, la mayor parte del agua disponible en este tipo de sistema es tratada y subsecuentemente se devuelve a los tanques de crianza.
Debido a la transferencia permanente del agua desde el tanque de crianza a los tanques de tratamiento y viceversa, este tipo en particular se denomina sistema de recirculación en acuicultura (RAS).
Si consideramos la creciente escasez de agua dulce en muchas partes del mundo, así como las regulaciones cada vez más estrictas impuestas por las autoridades, y los actuales requerimientos de calidad para la crianza de peces, los sistemas cerrados se convierten en alternativas ecológica y económicamente útiles comparados con los sistemas de acuicultura abiertos.
Tratamiento biológico del agua
Un sistema de recirculación en acuicultura consiste de varias operaciones unitarias, todas necesarias para el cultivo de organismos acuáticos. Los RAS combinan el tratamiento mecánico, biológico y químico para asegurar una buena calidad de agua y permitir su reuso.
La filtración biológica, mediante el uso de biofiltros o filtros biológicos, consisten de un biorreactor que contienen sustratos de diferentes materiales (medios), diseñados para tener una máxima superficie de contacto con la finalidad de promover el crecimiento de la comunidad bacteriana a través de la producción de biopelículas.
Independientemente del tipo de sistema (marino, agua dulce, acuarios), los biofiltros integran procesos microbiológicos aeróbicos y anaeróbicos para la eliminación de los compuestos nitrogenados en la forma de amoníaco excretado por los peces, y el carbono de los alimentos no consumidos y la materia fecal.
Los filtros biológicos tradicionalmente son dimensionados de acuerdo a la cantidad de sustrato (m3) que son capaces de contener, o el área total (m2/m3) proveído por el sustrato empleado.
Mutag BioChip 30™ RAS Process
Con la finalidad de cumplir con la calidad de agua requerida en la crianza de peces, camarones, bivalvos y otras especies acuáticas, deben eliminarse los contaminantes orgánicos y los compuestos nitrogenados presentes en el agua.
De esta forma, la reducción del nitrógeno a un nivel que no sea peligroso para los peces es una de las principales tareas del sistema de tratamiento de agua en los sistemas de recirculación en acuicultura.
El “Mutag BioChip 30™ RAS Process” es adecuado para el propósito de tratar el agua en los RAS.
Fig. 2. Esquema: Mutag BioChip 30™ RAS Process
Basado en el medio portador para la inmovilización de los microorganismos llamado Mutag BioChip 30™, que tiene una superficie efectiva protegida de hasta 5,500 m²/m³ y, por lo tanto, es el medio portador con la mayor superficie en el mercado.
El Mutag BioChip 30™ RAS Process ofrece tasas de remoción seis veces más altas que los sistemas dispuestos de manera similar.
Dentro de este proceso, el flujo de volúmen a ser tratado se transporta desde el tanque de crianza al tanque de tratamiento usando Mutag BioChip 30™. Este tanque se basa en el principio MBBR (reactor de biopelícula de lecho móvil, también llamado proceso de lecho fluidizado) caracterizado por microorganismos sésiles que colonizan la superficie del medio portador y, por lo tanto, establecen una biopelícula delgada mientras que los portadores individuales pueden moverse libremente en el agua y se mantienen en suspensión por los aireadores de tubo instalados en el fondo del tanque o por mezcladores.
En el primero, el tanque MBBR aireado, los microorganismos nitrificantes inmovilizados en la superficie del medio portador transforman el nitrógeno amoníaco (NH4-N) a nitritos (NO2) y subsecuentemente a nitratos (NO3). Este proceso es llamado nitrificación.
Fig. 3. Medio de fijación Mutag BioChip 30™ (5,500 m²/m³)
Usualmente, el agua que ha sido tratada biológicamente de la forma antes mencionada se devuelve a los tanques de crianza. Opcionalmente, en el caso de altas concentraciones de nitrato, se puede conducir posteriormente el flujo volumétrico parcial del agua de un estado de nitrificación a un segundo MBBR no aireado con mezcladores.
Debido a las condiciones ajustadas en este tanque que también está equipado con Mutag BioChip 30™, toma lugar el proceso de desnitrificación anóxica mientras que el nitrato (NO3) en transformado en nitrógeno elemental (N2), que se libera a la atmósfera como gas inocuo. Posteriormente, el flujo volumétrico parcial desnitrificado se puede reciclar desde el tanque de desnitrificación de regreso a la etapa de nitrificación.
Estudio comparativo
En la empresa alemana de acuicultura Fischzucht Langwald, el BioChip se usa desde la primavera de 2010 con fines de nitrificación en una granja de esturión.
En el marco de una prueba experimental, se comparó con un medio portador “convencional” con una superficie activa protegida definida matemáticamente de 900 m²/m³ fue comparado con una versión anterior llamada Mutag BioChip™ (3,000 m²/m³ = 915 ft²/ft³) bajo idénticas condiciones, volúmenes de tanques similares, la misma agua y flujos de agua similares.
El volumen de los tanques de crianza fue de 6 m³ (1,585 gal) cada uno, mientras que el volumen activo de ambos tanques MBBR para el tratamiento de agua fue de 600 litros cada uno.
Los dos tipos de medios portadores se aplicaron en la misma superficie total, mientras que, debido a los diferentes tamaños de la superficies específicas, el nivel de llenado del medio para el portador convencional fue de 25% (150 litros) y Mutag BioChip ™ del 7,3% (44 litros).
A inicios de febrero de 2010, el suministro inicial bajo de alimento para los peces se adaptó a la temperatura muy baja del agua de 10°C (50°F), mientras que el crecimiento dependiente de la temperatura de las bacterias nitrificantes en la superficie del medio portador tomó varias semanas.
Se pudo observar que la actividad de las biopelículas aumenta de acuerdo con el aumento de la temperatura y el incremento en el suministro de alimentos.
En el MBBR usando Mutag BioChip 30™ RAS Process las concentraciones de NH4 registraron permanentemente de 0.1 a 0.2 mg/L para las temperaturas del agua de 21°C (69.8°F) en promedio y 25°C (77°F) en el pico cuando el suministro diario de alimento fue de 500 g.
Debido a que en estas pruebas solo se observó el rendimiento de la nitrificación, y debido a que no se instaló un segundo MBBR para la desnitrificación, para mantener el nivel de NO3 lo suficientemente bajo para evitar el daño a los peces, el intercambio de agua se mantuvo entre 5 y 15% del sistema por día.
Las tasas de remoción específicas de NH4 proveídas por el portador Mutag BioChip™ eran de hasta 0.24 kg NH4-N/m³ de medio por día, mientras que la biomasa inmovilizada en los portadores en ambos tanques de MBBR era idéntica a pesar del menos nivel de llenado medio en el tanque con Mutag BioChip™.
Fig. 04: Nitrificación por medio de Mutag BioChip 30™ RAS Process en una piscigranja.
El porcentaje de biomasa en el medio portador convencional fluctuó debido a razones que no se pudieron explicar claramente; simultáneamente a estas fluctuaciones se pudieron observar incrementos en el contenido de NH4 en el agua.
Por el contrario, tales fluctuaciones no se pudieron observar con el Mutag BioChip 30™. El análisis de los resultados mostró que incluso si se aplica a un volumen significativamente menor del portador, el Mutag BioChip 30™ RAS Process no solo funciona de manera altamente eficiente dentro del tratamiento de agua en la acuicultura, sino que también se caracteriza por una máxima estabilidad del proceso y, en consecuencia, proporciona una alta confiabilidad en el rendimiento de la remoción.
Para mayor información, lo invitamos a visitar la página web de Multi Umwelttechnologie AG o enviar un email a sales@mutag.de usando el cupón “AquaHoy2021” para obtener un descuento.
