Las aguas residuales de la acuicultura son ricas en materia orgánica, nitrógeno, fósforo y otros nutrientes que, si no se tratan adecuadamente, pueden provocar una grave degradación ambiental, incluida la contaminación del agua y la pérdida de biodiversidad. Para abordar estos desafíos, los investigadores recurren cada vez más a los humedales artificiales como una solución sostenible y eficaz para el tratamiento de aguas residuales.
Un estudio reciente publicado en Microorganisms por investigadores del Institute of Subtropical Agriculture de la Chinese Academy of Sciences explora el rendimiento de un humedal artificial de flujo superficial multietapa (SFCW) en el tratamiento de aguas residuales de la acuicultura, con especial atención al papel de las biopelículas epífitas. El estudio proporciona información valiosa sobre cómo interactúan las plantas acuáticas y los microorganismos para eliminar contaminantes, y cómo estas interacciones se ven influenciadas por los cambios estacionales y los diferentes procesos de tratamiento.
Humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales
Los humedales artificiales son sistemas diseñados para imitar los humedales naturales, utilizando plantas acuáticas, microorganismos y sustratos artificiales para tratar las aguas residuales. Estos sistemas son particularmente eficaces para tratar aguas residuales de gran caudal o alta carga, como las generadas por las operaciones de acuicultura. El SFCW multietapa estudiado por los autores del estudio consta de seis estanques de tratamiento, cada uno con diferentes especies de plantas acuáticas y procesos de tratamiento, incluida la aireación y la biofiltración.
El eficiente sistema de tratamiento multietapa integra un estanque de sedimentación, una primera presa de filtración, un estanque de aireación, una segunda presa de filtración, un estanque de filtro biológico y un estanque de estabilización de plantas sumergidas, formando un marco integral y ecológico de remediación de aguas residuales. Los investigadores establecieron un sitio de demostración en una instalación de acuicultura de rana toro en la región del lago Datong de la ciudad de Yiyang.
Principales hallazgos del estudio
El estudio encontró que el SFCW multietapa logró consistentemente una eficiencia de eliminación total (TRE) de más del 60% para varios contaminantes, incluido el nitrógeno total (NT) y el fósforo total (TP). Esta alta eficiencia de eliminación resalta el potencial de los humedales artificiales para mitigar el impacto ambiental de las aguas residuales de la acuicultura.
El estanque de aireación jugó un papel crucial en la mejora de los niveles de oxígeno disuelto, lo que proporcionó condiciones óptimas para la eliminación de fósforo en julio y la eliminación de nitrógeno en noviembre. Dentro del estanque de aireación y el estanque de filtro biológico, la α-diversidad bacteriana epífita fue significativamente mayor que en otros estanques de tratamiento. indicando que estas zonas ofrecen un microambiente enriquecido propicio para la colonización y actividad bacteriana.
«Esta tecnología no solo optimiza los procesos de purificación del agua en los sistemas de acuicultura intensiva, sino que también profundiza nuestra comprensión de las interacciones sinérgicas entre las plantas acuáticas y las biopelículas epífitas, revelando sus funciones cruciales en la eliminación de contaminantes de las aguas residuales de la acuicultura de ranas toro». dijo el profesor Xie Yonghong del Institute of Subtropical Agriculture.
Variaciones estacionales en el rendimiento del tratamiento
Uno de los hallazgos clave del estudio es la influencia de los cambios estacionales en el rendimiento del SFCW. Los investigadores monitorearon el sistema durante dos períodos de vegetación: julio, que representa el período de crecimiento máximo de las plantas acuáticas, y noviembre, que representa el período de crecimiento tardío. Los resultados mostraron que la capacidad del sistema para tratar TN se volvió más estable con el tiempo, mientras que la eficiencia de eliminación de TP fue significativamente mayor en julio en comparación con noviembre.
El estudio también reveló que el estanque de aireación jugó un papel crucial en la mejora de los niveles de oxígeno disuelto (OD), lo que a su vez mejoró la eliminación de fósforo en julio y la eliminación de nitrógeno en noviembre. Este hallazgo subraya la importancia de la aireación para optimizar el rendimiento de los humedales construidos, particularmente en sistemas que tratan aguas residuales ricas en nutrientes.
Biopelículas epífitas: los héroes ocultos del tratamiento de aguas residuales
Las biopelículas epífitas, que consisten en diversas poblaciones bacterianas adheridas a las superficies de las plantas acuáticas, juegan un papel crítico en los procesos de transformación de contaminantes dentro de los humedales construidos. El estudio encontró que la diversidad y composición de estas biopelículas variaba significativamente entre los dos períodos de vegetación y entre los diferentes estanques de tratamiento.
En julio, la abundancia de Firmicutes, un filo de bacterias involucradas en el metabolismo del azufre, fue notablemente mayor, mientras que en noviembre, la abundancia de Nitrospirota y Acidobacteria aumentó significativamente. Estos cambios en la composición bacteriana se relacionaron con variaciones en los genes funcionales asociados con el metabolismo del azufre, la fijación de nitrógeno y la fosforilación oxidativa, lo que resalta la adaptabilidad de las biopelículas epífitas a las condiciones ambientales cambiantes.
Implicaciones para las prácticas de acuicultura sostenible
Los hallazgos de este estudio tienen implicaciones importantes para el diseño y el funcionamiento de humedales construidos en el tratamiento de aguas residuales de la acuicultura. La integración de los procesos de aireación y biofiltración puede mejorar significativamente el rendimiento general de estos sistemas, asegurando una eliminación estable y eficiente de contaminantes. Además, el estudio destaca la importancia de considerar las variaciones estacionales al diseñar humedales construidos, ya que el rendimiento de estos sistemas puede verse influenciado por cambios en los períodos de vegetación y las condiciones ambientales.
Al optimizar el diseño y el funcionamiento de los humedales construidos, los operadores de acuicultura pueden reducir el impacto ambiental de sus operaciones, contribuyendo al crecimiento sostenible de la industria. Además, los conocimientos adquiridos a partir de este estudio pueden informar el desarrollo de modelos de tratamiento de aguas residuales más eficaces y eficientes, no solo para la acuicultura sino también para otras industrias que generan aguas residuales ricas en nutrientes.
Conclusión
El estudio demuestra que la eficacia de los humedales artificiales multietapa para el tratamiento de aguas residuales de la acuicultura, en los que las biopelículas epífitas desempeñan un papel crucial en la eliminación de contaminantes. Los hallazgos subrayan la importancia de integrar los procesos de aireación y biofiltración, así como de considerar las variaciones estacionales, en el diseño y el funcionamiento de estos sistemas.
«Las interacciones sinérgicas entre la vegetación acuática y las biopelículas epífitas son fundamentales para mejorar la eliminación de nutrientes y mantener el rendimiento del sistema a largo plazo», dijo el Dr. Chao Chuanxin, primer autor del estudio. «Desde una perspectiva de aplicación, la gestión estratégica de plantas acuáticas y la aireación continua son intervenciones técnicas clave para aprovechar al máximo el potencial del sistema de humedales construidos ‘Cuatro estanques y dos presas'».
A medida que la industria de la acuicultura continúa creciendo, la adopción de prácticas sostenibles de tratamiento de aguas residuales, como los humedales artificiales, será esencial para minimizar el impacto ambiental y garantizar la viabilidad a largo plazo de la industria.
Contacto
XIE Yonghong
Institute of Subtropical Agriculture
E-mail: xyh@isa.ac.cn
Referencia (acceso abierto)
Chao, C., Gong, S., & Xie, Y. (2025). The Performance of a Multi-Stage Surface Flow Constructed Wetland for the Treatment of Aquaculture Wastewater and Changes in Epiphytic Biofilm Formation. Microorganisms, 13(3), 494. https://doi.org/10.3390/microorganisms13030494
