Los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) ofrecen una solución para la reutilización del agua y mejorar la sostenibilidad de las prácticas acuícolas; sin embargo, crean un nuevo problema: la acumulación de nitratos en el agua de cultivo.
Un equipo de científicos de LUT University (Finlandia), Luleå University of Technology (Suecia) y de la Seoul National University of Science and Technology (Corea del Sur) investigaron la viabilidad de la producción de biomasa de microalgas marinas y la eliminación de nutrientes del agua de sistemas de recirculación de acuicultura (RASW) con baja concentración de fosfato.
El problema: acumulación de nitrato en RAS
Los sistemas RAS son excelentes para la conservación del agua, pero crean un ambiente concentrado. El amoníaco de los desechos de los peces se convierte en nitrato gracias a bacterias útiles. Desafortunadamente, los niveles elevados de nitrato pueden ser tóxicos para los peces. Además, la liberación de esta agua rica en nutrientes al medio ambiente puede provocar la proliferación de algas nocivas.
Soluciones convencionales: caras y que consumen mucha energía
Los métodos actuales para hacer frente a los niveles elevados de nitrato suelen ser caros y requieren mucha energía. Éstas incluyen:
- Reemplazo regular de agua: Esto desperdicia agua y altera el ecosistema RAS.
- Desnitrificación con fuentes externas de carbono: Este proceso requiere un aporte de energía adicional.
- Métodos no convencionales: Las opciones como el intercambio iónico y la filtración por membrana son costosas de configurar y mantener.
La solución de microalgas: beneficiosa para todos
Este estudio explora el uso de microalgas marinas para tratar el agua RAS. He aquí por qué es un enfoque prometedor:
- Eliminación de nutrientes: Las microalgas absorben nitratos y fosfatos del agua, limpiándola para su reutilización.
- Producción de Biomasa: Las microalgas crecen, creando una biomasa valiosa que puede usarse para:
- Alimento sostenible para peces: La biomasa de microalgas es rica en proteínas, ácidos grasos omega-3 y antioxidantes, lo que promueve la salud de los peces y reduce la mortalidad.
- Huella de carbono reducida: Las microalgas consumen CO2 mientras crecen, lo que ayuda a mitigar el cambio climático.
Optimización del crecimiento de microalgas para aplicaciones RAS
Varios factores influyen en la eficacia con la que las microalgas pueden tratar las aguas residuales RAS:
- Especies de microalgas: Las diferentes especies tienen diferentes capacidades de absorción de nitratos y fosfatos.
- Proporción de nutrientes (N:P): La proporción de nitrógeno y fósforo en el agua afecta el crecimiento de las microalgas. Las aguas residuales RAS a menudo tienen una alta proporción N:P debido a los bajos niveles de fosfato.
- Otros factores: La intensidad de la luz, el pH y la temperatura también influyen en el crecimiento de las microalgas.
El estudio: Exploración de microalgas para agua RAS limitada en fosfato
Esta investigación investigó el uso de cuatro especies de microalgas marinas (Nannochloropsis oculata, Pavlova gyrans, Tetraselmis suecica, Phaeodactylum tricornutum) para el tratamiento de aguas residuales RAS con baja concentración de fosfato. Estas especies fueron elegidas por su capacidad para:
- Acumula ácidos grasos omega-3 (valiosos para la alimentación de peces)
- Prosperar en tales condiciones
El estudio se centró en:
- Tasa de crecimiento de microalgas en las aguas residuales.
- Eficiencia de eliminación de nutrientes
- Viabilidad de utilizar aguas residuales crudas sin tratar para lograr rentabilidad.
Resultados clave
- Crecimiento de microalgas: A pesar del bajo nivel de fosfato, todas las especies pueden crecer en aguas residuales RAS.
- Limpiador campeón: Tetraselmis suecica surgió como el eliminador de nitratos más eficiente, logrando una eliminación de más del 80 % en aguas residuales regulares y suplementadas con vitaminas.
- Las vitaminas marcan la diferencia: Agregar vitaminas impulsó significativamente el crecimiento de Tetraselmis suecica.
- Ampliación: Tetraselmis suecica fue elegido para estudios adicionales en biorreactores más grandes con suplementos adicionales de nitrato. Esto resultó en un aumento de 2,2 veces en el crecimiento de microalgas.
- Alimento apto para peces: Las microalgas cultivadas en aguas residuales de RAS exhibieron un perfil de ácidos grasos saludable, lo que las hace adecuadas para la alimentación de peces.
Beneficios de esta investigación
Este estudio allana el camino para aplicaciones prácticas de microalgas en el tratamiento de agua RAS. Esto es lo que lo hace destacar:
- Centrarse en agua RAS sin tratar: A diferencia de estudios anteriores, esta investigación utilizó agua RAS sin tratar, lo que redujo los costos de tratamiento.
- Centrarse en la alta proporción N:P: Explora el uso de microalgas en agua RAS limitada en fosfato, un área que necesita más investigación.
- Potencial de ampliación: El estudio identifica las especies de microalgas más efectivas para una mayor investigación en sistemas RAS más grandes.
Conclusión
Esta investigación destaca el potencial de las microalgas para tratar aguas residuales RAS con baja concentración de fosfato y al mismo tiempo producir alimento valioso para peces. Los estudios futuros explorarán:
- Ampliación de la producción de microalgas para aplicaciones RAS a gran escala.
- Identificar las especies de microalgas más eficientes y rentables.
- Investigar el impacto general del tratamiento con microalgas en el ecosistema RAS.
El estudio fue financiado por BlueBio ERANET Cofund – 2018 Joint Call – DIGIRAS (Maa-ja Metsätalousministeriö – 4400T-0806).
Contacto
Parul Jakhwal
Department of Separation Science, LUT School of Engineering Science, LUT University
Sammonkatu 12, FI-50130, Mikkeli, Finland
Email: Parul.jakhwal@lut.fi
Referencia (acceso abierto)
Jakhwal, P., Daneshvar, E., Skalska, K., Matsakas, L., Patel, A., Park, Y., & Bhatnagar, A. (2024). Nutrient removal and biomass production of marine microalgae cultured in recirculating aquaculture systems (RAS) water with low phosphate concentration. Journal of Environmental Management, 358, 120859. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120859
