Sistemas de Cultivo

Burbujas tienen efecto positivo en rendimiento del biofiltro

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By Milthon Lujan

La aireación se convierte en un aspecto esencial del rendimiento del biofiltro para reducir el nitrógeno amoniacal en el Sistema de Recirculación de Acuicultura (RAS), debido a que ofrece un entorno aeróbico en el biofiltro para la degradación microbiana de la materia orgánica y el nitrógeno amoniacal.

Los investigadores de Padjadjaran University publicaron una revisión científica donde evaluaron los aspectos clave responsables de las eficiencias de eliminación de nitrógeno amoniacal, como la transferencia de oxígeno, la comunidad microbiana y el espesor de la biopelícula.

Tipos de biofiltros en RAS

Hay dos tipos de biofiltración bien conocidos basados en el crecimiento de los microorganismos: crecimiento adherido (biopelícula o película fija) y suspendido. El más empleado en los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) es el de crecimiento adherido por ser más estable.

A su vez, la película fina se clasifica como filtro emergente o filtro sumergido.

El filtro emergente emplea una cascada de agua que directamente fluye sobre el medio del biofiltro para maximizar la transferencia de oxígeno.

En el filtro sumergido, las superficies de los medios de biofiltro sumergidos se utilizan para sostener el crecimiento de los microbios, aumentando posteriormente el crecimiento de biopelículas.

Tipos de Biofiltros en los Sistemas de Recirculación de Acuicultura (RAS). Fuente: Suriasni et al., (2023).
Tipos de Biofiltros en los Sistemas de Recirculación de Acuicultura (RAS). Fuente: Suriasni et al., (2023).

Aireación con burbujas

La aireación con burbujas es crítica para determinar la eficiencia del biofiltro en reducir el nitrógeno amoniacal; y utiliza aire o gas en la forma de burbujas para proveer oxígeno disuelto al medio de crecimiento de la biopelícula.

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Las burbujas de gas ascendentes transfieren oxígeno a la fase líquida. El oxígeno disuelto se difunde en la biopelícula hacia los sitios de fosforilación oxidativa.

La eficiencia de la aireación con burbujas depende del tamaño de las burbujas: burbuja gruesa o grande (diámetro 2−5 mm), microburbuja (diámetro ≤50 µm), burbuja fina (diámetro 200−10 µm) y burbuja ultrafina o nanoburbuja (diámetro <200 nm).

Transferencia de oxígeno en varios tipos de aireadores de burbujas (a) aireador difuso; (b) aireador de hélice; (c) generador de burbujas; (d) aireador sumergible, y (e) proceso de transferencia de oxígeno en el biofiltro. Fuente: Suriasni et al., (2023).
Transferencia de oxígeno en varios tipos de aireadores de burbujas (a) aireador difuso; (b) aireador de hélice; (c) generador de burbujas; (d) aireador sumergible, y (e) proceso de transferencia de oxígeno en el biofiltro. Fuente: Suriasni et al., (2023).

Efecto del tamaño de la burbuja en el rendimiento del biofiltro

Recientemente, los sistemas de aireación con nanoburbujas para RAS han ganado mucho interés debido a su alta transferencia de masa y su larga existencia en un ambiente acuoso.

El estudio cita la experiencia del cultivo de tilapia del Nilo en un RAS que empleó aireación con microburbujas para mantener correcta la concentración de oxígeno disuelto. Al mantener un caudal de aire de 10 L/min, el aireador garantizaba la cantidad necesaria de concentración de oxígeno disuelto (4.61 mg/L).

Comunidad microbiana

La comunidad microbiana juega un papel importante en el crecimiento y espesor de la biopelícula. Por el contrario, el grosor de la biopelícula también puede afectar la actividad y la diversidad microbiana debido a la limitación de la difusión y la penetración del sustrato en la biopelícula.

Asimismo, el aumento del grosor del biofilm puede dar lugar a un biofilm más heterogéneo y biodiverso debido a la estratificación de los procesos metabólicos y al mayor gradiente de concentración.

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Sin embargo, el grosor excesivo de la biopelícula causará una limitación de la difusión de oxígeno, acumulará subproductos metabólicos tóxicos y dará como resultado una biomasa menos activa en la biopelícula más profunda debido a la baja penetración de oxígeno.

Conclusión

El estudio revisa los avances sobre el sistema de aireación por burbujas en biofiltros para el tratamiento de aguas residuales en el RAS.

“El tamaño de la burbuja de aireación afecta a la comunidad microbiana de bacterias nitrificantes y, en consecuencia, determina el crecimiento y el grosor de la biopelícula para mejorar la eficiencia de eliminación de amoníaco”, concluyen.

Ellos reportan que “el biofiltro con un sistema de aireación que consiste en microburbujas y nanoburbujas finas o una combinación de las mismas logró una eficiencia de eliminación de aproximadamente >80 % de TAN”.

“En base a la correlación entre la comunidad microbiana y el espesor del biofilm debido a los diferentes tipos de aireación de burbujas, se concluye que el sistema de aireación equipado con burbujas más finas mejora la proporción de bacterias nitrificantes y, en consecuencia, el crecimiento y el espesor del biofilm”, concluyen.

Enfatizan que la aireación de burbujas finas y nanoburbujas tiene perspectivas muy positivas para mejorar el rendimiento del biofiltro, aunque actualmente no se emplean mucho en los sistemas de recirculación de acuicultura.

El estudio fue financiado por la Academic Leadership Grant de Universitas Padjadjaran.

Referencia (acceso abierto)
Suriasni, Putu Ayustin, Ferry Faizal, Camellia Panatarani, Wawan Hermawan, and I Made Joni. 2023. «A Review of Bubble Aeration in Biofilter to Reduce Total Ammonia Nitrogen of Recirculating Aquaculture System» Water 15, no. 4: 808. https://doi.org/10.3390/w15040808

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