Investigadores determinaron que la mineralización aerobica puede reducir de forma efectiva los sólidos vinculados a las partículas y la solubilización de los nutrientes para incrementar su utilización por las plantas en los sistemas de acuaponía.
La hidroponía y los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) son métodos de producción intensiva que pueden proporcionar verduras y pescado en entornos urbanos.
Mientras que la hidroponía está limitada por la dependencia de soluciones fertilizantes elaboradas a partir de reservas minerales finitas, la acuicultura tiene que enfrentar los costos del tratamiento y la eliminación de los efluentes ricos en nutrientes.
Como resultado del procesamiento de remoción de desechos, RAS genera un efluente concentrado y rico en nutrientes que requiere un tratamiento adicional antes de ser descargado para prevenir la contaminación de los cuerpos de agua natural.
En este sentido, el desarrollo de un sistema de captura y reutilización donde el efluente de los RAS se solubiliza para que esté disponible para las plantas y se utilice como una solución de nutrientes hidropónicos ayudaría a la hidroponía y la acuicultura.
Mineralización aeróbica
La mineralización aeróbica se utiliza en el tratamiento de aguas residuales domésticas para reducir el contenido de los sólidos y solubilizar los nutrientes ligados a partículas.
Las investigaciones previas han determinado que el efluentes de los RAS contienen macro y micronutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas, pero requiere de un tratamiento adicional para mineralizar los nutrientes con la finalidad de incrementar su disponibilidad para las plantas.
Estudios preliminares también han demostrado que la mineralización aeróbica puede ser un método eficaz para el tratamiento de los efluentes de los sistemas de recirculación de acuicultura. Sin embargo, ninguna de las investigaciones ha analizado la solubilización de los nutrientes esenciales para los vegetales o han seguido la mineralización de los sólidos.
Los científicos de la University of New Hampshire, Harrisburg University of Science and Technology, y del United States Department of Agriculture han analizado el tratamiento aeróbico del efluente no procesado directamente de un RAS piloto.
Ellos analizaron el volumen total y disponible para las plantas de doce nutrientes en el efluente de RAS sin procesar, determinaron el grado de solubilización de nutrientes logrado por un biorreactor aeróbico a escala de laboratorio y se determinó la reducción de sólidos lograda mediante el tratamiento aeróbico.
“El tratamiento aeróbico redujo significativamente la concentración de sólidos suspendidos totales (SST) y aumentó el porcentaje de la masa total de nutrientes disuelta en la solución tratada”, reportan.
Perfil de nutrientes de los efluentes sin tratar
El perfil de nutrientes del efluente fue similar a los informes de los efluentes de otros sistemas acuapónicos/RAS usado en la investigación de la mineralización. Específicamente, el fósforo, calcio, manganeso y fierro se hallaron consistentemente vinculados a las partículas.
Los investigadores destacan que uno de los beneficios del uso del efluente directo de un sistema acuapónico/RAS sin pre-tratamiento es la captura de los nutrientes ya disueltos en la fracción acuosa del efluente.
“Este estudio demuestra que la fracción acuosa del efluente ya contiene la mayoría de la masa de nutrientes removidas por una pantalla de tambor. La consolidación de la fracción particulada del efluente puede ser un método eficiente para reducir el volumen total del tratamiento requerido, pero decantar la fracción acuosa del efluente remueve una fuente valiosa de nutrientes” destacan los investigadores.
Mientras que los nutrientes en la fracción acuosa puede estar disponible para las plantas, múltiples estudios han establecido que también contiene carbono orgánico que puede limitar el crecimiento de las plantas y promover los patógenos.
“Debido a la masa de carbono orgánico, el tratamiento acuoso separado podría ser beneficioso cuando se desarrolla una solución nutritiva hidropónica. La investigación continua sobre los beneficios de consolidar o usar el efluente directamente es requerido, y cada método puede ser ideal para diferentes operaciones y objetivos de tratamiento”, indican los científicos.
Implicaciones para la acuaponía
Los sistemas acuapónicos pueden ser de dos tipos: acoplados en donde comparten el tratamiento de los desechos y el agua de cultivo en un sistema; y desacoplados con un flujo de agua controlado desde un sistema RAS a un sistema hidropónico que no devuelve el agua al sistema de los peces.
Debido a que el alimento para los peces es la principal fuente de nutrientes, los sistemas acuapónicos acoplados pueden tener masas de nutrientes reducidas en comparación con los sistemas hidropónicos.
En este sentido, la naturaleza combinada de la acuaponia acoplada evita la adición de soluciones químicas de nutrientes hidropónicos para evitar los efectos negativos en la salud de los peces.
Si bien los sistemas acuapónicos desacoplados pueden complementarse con soluciones hidropónicas tradicionales, esto no se aleja completamente de la dependencia de las reservas minerales finitas.
“El tratamiento y la reutilización de los desechos sólidos de los peces permitiría la suplementación natural de nutrientes en ambos diseños de sistemas acuapónicos”, reportan los investigadores.
Conclusiones
“Este estudio confirmó que el tratamiento aeróbico puede significativamente reducir la concentración de sólidos suspendidos totales e incrementar la solubilización de los nutrientes en el efluente acuapónico/RAS”, concluyen.
El uso del efluente de forma directa retiene una gran proporción de la masa total de nutrientes ya disueltos en la fracción acuosa del efluente y podría escalar a una simple unidad de tratamiento para ser incorporado en los diseños de los sistemas acuapónicos acoplados. Sin embargo, los investigadores sugieren estudios adicionales.
El estudio se financió por una subvención de New Hampshire Sea Grant, por New Hampshire Agricultural Experiment Station, y por el USDA National Institute of Food and Agriculture Hatch Project.
Referencia (acceso libre):
Tetreault, Joseph, Rachel Fogle, and Todd Guerdat. 2021. «Towards a Capture and Reuse Model for Aquaculture Effluent as a Hydroponic Nutrient Solution Using Aerobic Microbial Reactors» Horticulturae 7, no. 10: 334. https://doi.org/10.3390/horticulturae7100334
