En los sistemas de recirculación de agua para la acuicultura los métodos de tratamiento biológicos son considerados como los principales para remover los metabolitos tóxicos del agua.
El tratamiento electroquímico del agua para los sistemas de recirculación en acuicultura (RAS) es un enfoque prometedor para reemplazar los métodos de tratamiento biológico y apertura una nueva generación de RAS con mayor rentabilidad, menor huella ambiental y sin períodos de puesta en marcha.
Un equipo de investigadores de la Faculty of Civil and Environmental Engineering publicaron una revisión científica donde proporcionan una descripción general de los incentivos para la implementación de métodos electroquímicos en los Sistemas de Recirculación en Acuicultura (RAS).
El estudio cubre los principios electroquímicos relevantes para las aplicaciones de la acuicultura, los efectos de los parámetros físicos y químicos, así como las consideraciones de diseño. Además los investigadores revisan la investigación realizada hasta la fecha para integrar métodos electroquímicos en la operación de RAS y describen la variedad de diseños y configuraciones operativas.
Electro-oxidación del amoníaco
La conversión electroquímica del amoníaco a N2 requiere un intercambio de solo tres electrones por una molécula NH3 y puede realizarse con una eficiencia faradaica muy alta, lo que hace que el consumo energético teórico de este proceso fisicoquímico sea inferior a los sistemas biológicos de nitrificación-desnitrificación convencionales.
El tratamiento electroquímico del agua se considera más beneficioso que el tratamiento biológico del agua, especialmente en la acuicultura de agua salada fría (p. ej., salmón del Atlántico), donde se requieren grandes reactores de nitrificación y se puede reducir el gran consumo de agua para los procesos de purga. También es beneficioso para el cultivo de especies sensibles a los nitratos (p. ej., Litopenaeus vannamei).
Potenciales beneficios del proceso de electrooxidación
Entre las ventajas del tratamiento electroquímico del agua se destaca la oxidación del amoníaco directamente en N2, además la oxidación electroquímica da como resultado una desinfección eficaz y la eliminación de la materia orgánica, incluidos los componentes orgánicos específicos, como los agentes del mal sabor.
Electrooxidación del amoníaco
Los investigadores clasifican los procesos de electrooxidación del amoníaco en tres categorías según el mecanismos de oxidación y/o el método de introducción del oxidante:
- Oxidación anódica directa;
- Electrooxidación indirecta del amoníaco; y,
- Cloración del punto de ruptura (también conocida como cloraminación química).
El rendimiento del reactor electroquímico para la electrooxidación del amoníaco depende de los potenciales de los electrodos, los materiales de los electrodos, la densidad de corriente, la distancia entre los electrodos, la composición de la solución electrolizada, la temperatura, entre otros parámetros.
Desinfección electrolítica
Los métodos de desinfección más comunes en la acuicultura son los tratamientos basados en ozono y la luz ultravioleta. Sin embargo, los costos de capital y operativos de estos tratamientos son relativamente altos.
A diferencia del ozono y la luz ultravioleta, el efecto de desinfección logrado por un reactor electroquímico resulta de una combinación de varios efectos de desinfección diferentes.
“Cuando una solución electrolítica (el agua del RAS) pasa a través de un reactor electroquímico, se expone a un campo eléctrico, condiciones redox extremas y una variedad de especies radicales”, reportaron.
No obstante, la desinfección electroquímica en los sistemas de recirculación en acuicultura se menciona principalmente como un efecto secundario ventajoso de la electrooxidación del amoníaco, debido a que el agua se desinfecta en paralelo a la acción de oxidación de amoníaco.
Oxidación electroquímica de 2-metilisoborneol y geosmina
Dentro del amplio espectro de moléculas orgánicas que se acumulan en el agua de los RAS el 2-metilisoborneol (MIB) y la geosmina son de sumo interés para el piscicultor debido a que son los responsables del sabor a barro en los peces.
Los estudios que abordan la descomposición electroquímica del MIB y/o geosmina son escasos; no obstante, existe evidencia de que la oxidación eficiente de estos compuestos requiere la presencia de radicales hidroxilo.
Los autores del estudio citan investigaciones en donde sugieren que la oxidación fotoelectroquímica asistida por UV puede mejorar la eficiencia de la descomposición tanto de 2-metilisoborneol y geosmina, para proporcionar un mejor resultado y más económico.
Conclusiones
“Esta revisión presenta la electrooxidación de amoníaco como un poderoso método de tratamiento de agua y la presenta como una alternativa viable y rentable a los procesos biológicos”, concluyen.
Ellos indican que no sugieren los métodos electroquímicos como un sustituto categórico del tratamiento biológico del agua, pero demuestran que puede ser preferible para varias aplicaciones y bajo ciertas condiciones, como la acuicultura con agua de mar.
Asimismo detallan que: “La característica de desinfección de la electrooxidación aún no se ha definido suficientemente en el contexto de las aplicaciones acuícolas. El peso de cada uno de los mecanismos de desinfección participantes (campo eléctrico, presencia de radicales, presencia de cloro, condiciones extremas de redox y pH) dentro del efecto de desinfección total, y las condiciones de operación requeridas para lograr y mantener un efecto de desinfección efectivo, no son completamente dilucidado”.
Referencia (acceso libre)
Ben-Asher, R, Gendel, Y, Lahav, O. Electrochemical applications in RAS: A review. Rev Aquac. 2023; 1- 20. doi:10.1111/raq.12822
