La industria de la acuicultura se enfrenta a importantes desafíos, principalmente relacionados con la acumulación de desechos nitrogenados, como el amoníaco y el nitrito, que pueden ser perjudiciales para la salud de los peces y el medio ambiente. Los métodos convencionales de gestión de residuos, como los cambios frecuentes de agua, consumen muchos recursos y son insostenibles.
Los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) ofrecen una alternativa sostenible a la acuicultura tradicional al minimizar el uso de agua y el impacto ambiental. Sin embargo, la filtración eficaz del agua sigue siendo un desafío crítico.
Un equipo de investigadores de la Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology y de la Nagasaki University investigó 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), para mitigar los desafíos de la gestión de los efluentes en un sistema de recirculación de acuicultura (RAS). Al imitar los procesos biogeoquímicos naturales, el sistema DHS-USB tenía como objetivo mejorar la calidad del agua y promover prácticas de acuicultura sostenibles.
Antecedentes
La tecnología RAS gira en torno al reciclaje de agua dentro de un entorno controlado. Esto minimiza el consumo de agua y permite una gestión precisa de los parámetros de calidad del agua. Sin embargo, la acumulación de productos de desecho como el amoníaco plantea una amenaza importante para la salud de los peces.
Los métodos de filtración tradicionales en RAS a menudo implican sistemas complejos y que requieren un mantenimiento intensivo. La tecnología DHS, inspirada en los filtros percoladores, utiliza esponjas para proporcionar una gran superficie para el crecimiento microbiano y la degradación de la materia orgánica. Por el contrario, la tecnología USB emplea un lecho de lodo granular para la descomposición anaeróbica de contaminantes orgánicos.
El biorreactor DHS-USB: un enfoque novedoso
La integración de las tecnologías DHS y USB en un único biorreactor ofrece una solución prometedora. Al combinar procesos aeróbicos y anaeróbicos, este sistema tiene como objetivo convertir eficazmente el amoníaco nocivo en gas nitrógeno inocuo. Este enfoque de doble proceso tiene el potencial de mejorar significativamente la calidad del agua, mejorar la salud de los peces y optimizar las tasas de conversión alimenticia.
Diseño y funcionamiento del sistema
La configuración experimental comprendía una pecera, bombas de agua y un tanque subterráneo para almacenar agua filtrada. El núcleo del sistema fue la unidad DHS-USB, diseñada para facilitar los procesos de nitrificación (conversión de amoníaco en nitrito y luego en nitrato) y desnitrificación (reducción de nitrato en gas nitrógeno).
Evaluación del desempeño
Los parámetros de crecimiento de los peces, incluida la ganancia de peso corporal (BWG), la tasa de crecimiento estándar (SGR) y la tasa de conversión alimenticia (FCR), se monitorearon quincenalmente para evaluar el impacto del sistema en la salud de los peces. Los parámetros de calidad del agua, como el oxígeno disuelto (OD), la temperatura, el pH, la turbidez y la conductividad eléctrica (CE), se monitorearon diariamente para garantizar condiciones óptimas de crecimiento. Además, las concentraciones de nitrógeno amónico total (TAN), nitritos y nitratos se analizaron utilizando un espectrofotómetro UV-VIS para evaluar la eficacia del sistema en la eliminación de desechos nitrogenados.
Hallazgos clave
Los principales resultados del estudio sobre el biorreactor DHS-USB en sistemas de acuicultura de recirculación (RAS) son los siguientes:
- 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). Estas reducciones son significativas y demuestran la capacidad del sistema para mejorar la calidad del agua en comparación con un sistema de acuaponía con piedra pómez. El sistema DHS-USB superó al sistema de acuaponía de piedra pómez en la eliminación de TAN y TSS.
- Rendimiento del crecimiento de peces: 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. Estos resultados indican que el sistema DHS-USB proporciona un ambiente más propicio para el crecimiento y desarrollo de los peces.
- Densidad bacteriana: La densidad de bacterias fue más alta en el sistema de filtro de esponja colgante de flujo descendente (DHS) (3.54 ± 0.27 ⨯ 10⁵ UFC/mL), lo que indica una alta actividad microbiana esencial para la degradación de la materia orgánica y el ciclo de nutrientes. La densidad bacteriana fue menor en el tanque de peces (2.40 ± 0.16 ⨯ 10⁵ CFU/mL).
En resumen, el estudio demostró que el biorreactor DHS-USB es eficaz para reducir los residuos nitrogenados, mejorar la calidad del agua, promover el crecimiento de los peces y proporcionar un entorno adecuado para el desarrollo de comunidades bacterianas beneficiosas, lo que lo convierte en una opción prometedora para la acuicultura sostenible.
Implicaciones para la acuicultura sostenible
El sistema de biorreactor combinado DHS-USB ha mostrado resultados prometedores en la mejora de la eliminación de nitrógeno en sistemas de acuicultura de recirculación cerrados.
Al aprovechar los procesos aeróbicos y anaeróbicos, este sistema reduce significativamente los niveles tóxicos de amoníaco y nitrito, lo que promueve una calidad estable del agua. 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.
Conclusión
Esta investigación aporta información valiosa sobre la viabilidad y la eficiencia del biorreactor DHS-USB para la gestión de desechos de la acuicultura. Los hallazgos pueden informar el desarrollo de sistemas de almacenamiento de agua más sostenibles y eficientes, minimizando el impacto ambiental y mejorando la productividad de la acuicultura.
Además, este estudio proporciona datos valiosos sobre la dinámica de la comunidad microbiana dentro del biorreactor, lo que contribuye a nuestra comprensión de los procesos de biorremediación y sus aplicaciones en la biotecnología ambiental.
Referencia (acceso abierto)
Obondo, C. O., Kagali, R. N., Njogu, P. M., & Kamau, J. N. (2025). Nitrogenous waste removal in closed freshwater recirculating aquaculture systems using an innovative DHS-USB bioreactor. Journal of Agriculture and Food Research, 19, 101577. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2024.101577
