Investigadores de la Technische Universität Berlin publicaron un estudio donde revisan varios conceptos para el tratamiento de las aguas residuales y el lodo en la acuacultura en agua salobre, y proponen un nuevo concepto que combina la acuicultura con la producción de macroalgas y microalgas para que la industria camaronera al alcance un sistema circular.
Ellos realizaron su estudio en base al enfoque integrado de los siguientes temas:
i) el impacto ambiental de la acuacultura del camarón en agua salobre;
ii) conceptos sostenibles del reciclaje de nutrientes y la minimización de desechos en la acuacultura; y
iii) los prospectos para la aplicación de un sistema integrado.
Aunque la crianza de camarón en agua salobre genera beneficios económicos para los países productores, también genera impactos ambientales negativos significativos. Los efluentes en la acuacultura del camarón contienen altas cantidades de carbono orgánico, nutrientes, químicos y patógenos.
Para mitigar los efectos negativos causados por la expansión de la industria camaronera, se vienen empleando varios métodos para la minimización, tratamiento y reuso de los desechos.
Los sistemas de recirculación de agua y la acuaponía son opciones interesantes. Sin embargo, con frecuencia sus requerimientos de energía dan como resultado un incremento en los costos operativos y afecta la factibilidad económica.
Una estrategia prometedora para maximizar el potencial de los sistemas de recirculación en la acuacultura de agua salobre es usar algas para la biorremediación de los efluentes.
Combinado con el tratamiento de lodos, como la digestión anaeróbica, los residuos sólidos pueden ser convertidos en ácidos carboxílicos de cadena corta y biogás. Los estudios han demostrado que la digestión anaeróbica del lodo puede reducir de forma significativa la contaminación, y permite el ahorro de agua y energía en los sistemas de recirculación en acuacultura.
Impacto ambiental de la acuacultura del camarón
Los investigadores reportan los siguientes principales impactos de la acuacultura de camarón en aguas salobres:
i) Los recursos requeridos para producir cada tonelada de alimento de camarón varía entre 270 y 1935 kilogramos de pescado silvestre, 3.93 y 13.39 kilogramo de nitrógeno, 1.29 y 5.01 kilogramo de fósforo, 809 y 1666 m3 de agua, 0.115 y 0.314 hectáreas de terreno, y entre 7.21 y 12.73 Gj de energía.
ii) Cada tonelada de camarón producido genera entre 5345 y 7157 m3 de efluente de agua salobre.
iii) Los camarones asimilan solo entre 23 y 31% de nitrógeno, y entre 10 y 13% de fósforo del total del alimento, mientras que una mayor proporción permanece como desecho.
iv) Las descargas de los efluentes de los estanques camaroneros contienen en promedio una carga de contaminantes de 259 kg BOD, 769 kg COD, 1170 kg TSS, 20 kg de nitrógeno total, 4.8 kg de amoníaco, y 3.7 kg de fósforo total por tonelada de camarón producido.
v) El volúmen de lodo acumulado dentro de los estanques camaroneros varía entre 139 y 629 m3/ha.
Conceptos sostenibles para el reciclaje de nutrientes y minimización de desechos
Los autores del estudio destacan que con la finalidad de mitigar los efectos negativos causados por la acuacultura del camarón pueden aplicarse varios métodos para la minimización, tratamiento y reuso de los desechos.
“Sin embargo, los métodos suelen centrarse en el tratamiento del agua o en la sustitución de la harina y el aceite de pescado en el pienso, descuidando la mineralización integrada y el reciclaje de nutrientes, que son componentes costosos del pienso”, reportan los investigadores.
Sistemas acuapónicos de recirculación
El uso de agua salina en la acuaponia es un concepto nuevo, y aunque las propiedades de los efluentes de aguas salobres restringen las especies de plantas que pueden ser usadas, se han obtenido resultados prometedores usando halófitas con potencial de mercado como Salicornia sp., Atriplex sp., Lepidium sp. y Tripolium sp.
Asimismo, la integración de las algas en los sistemas de acuaponía permiten facilitar el control de pH, mejorar el nivel de oxígeno disuelto y mejorar la calidad del agua. Las estrategias de cultivo comercial de algas en tierra permiten el incremento de las densidades de especies como Ulva sp., Gracilaria sp., Spirulina sp. y Chlorella sp.
El potencial de varias especies de microalgas fototróficas para el tratamiento combinado de los efluentes de aguas salobres también se ha demostrado, incluyendo la producción de biocombustibles. Nannochloropsis sp., Dunaliella sp. y Tetraselmis sp. pueden asimilar más del 90% del nitrógeno y ortofosfato, así como el 80% de contenido de carbono.
Algas como fuente sostenible de alimentos para los peces
Las algas heterotróficas pueden almacenar altas cantidades de PUFA (DHA y EPA), hasta el 20 a 30% de su peso seco, que son conocidos por ser beneficiosos para la salud humana.
Estudios previos han mostrado que el uso de una mezcla de dos especies de microalgas, Schizochytrium y Nannochloropsis, la total sustitución del aceite de pescado no solo es mantenido a niveles del ácido araquidónico, EPA y DHA, pero incrementa la tasa n-3/n-6 de PUFA.
Las algas, especialmente si son cultivadas heterotróficamente, pueden crecer en una amplia variedad de ácidos carboxílicos de cadena corta, como principal fuente de carbono.
Digestión anaeróbica para la mineralización de nutrientes
Una cantidad significativa de lodos ricos en nutrientes son generados en los sistemas de recirculación de agua, los cuales son comúnmente descargados. La mineralización de estos valiosos nutrientes y ponerlos a disposición en un sistema integrado es de mayor interés.
Las unidades de mineralización son conocidas por incrementar la factibilidad económica de los sistemas de recirculación en acuacultura debido al reciclaje de nutrientes, especialmente reduciendo los costos relacionados a la provisión de fosfatos para el crecimiento de las plantas.
Aplicación de un sistema integrado combinando la fermentación oscura y el monocultivo
El diseño de un digestor anaeróbico que maximiza la mineralización de nutrientes y la producción de VFA (químicos con creciente demanda en el mercado) del lodo de los sistemas de recirculación en acuicultura.
El sistema sinérgico de dos etapas fue robusto y eficiente en la operación continúa, probó ser exitosa para el tratamiento de aguas residuales, y la recuperación de energía vía la generación de hidrógeno.
La fermentación oscura se basa en la supresión de la metanogénesis en la digestión anaeróbica para incrementar la producción de hidrógeno.
La integración del cultivo de microalgas dentro de un sistema combinado de sistema de recirculación en acuacultura y la digestión anaeróbica puede ser económicamente factible. La digestión anaeróbica produce un efluente rico en fosfato y nitrógeno inorgánico que puede ser directamente usado para sostener el crecimiento de las microalgas.
Conclusión
Los investigadores presentaron los desafíos y oportunidades ofrecidos por los sistemas acuapónicos de recirculación, la digestión anaeróbica y el cultivo de insumos para piensos en procesos de monocultivo integrados dentro de la crianza de camarones para alcanzar una alta circularidad del carbono y otros materiales.
En base a las investigaciones sobre los procesos individuales durante los últimos años, los investigadores proponen un sistema combinado que incluye un sistema de recirculación de agua y la digestión anaeróbica para la recuperación de agua y nutrientes, y el cultivo de macro y microalgas para la provisión de insumos para los piensos de peces.
El estudio fue financiado por el German Federal Ministry of Agriculture and Nutrition, en el marco del programa Susfood 2.
Referencia (acceso libre):
Carvalho Pereira, J., Lemoine, A., Neubauer, P., & Junne, S. (2021). Perspectives for improving circular economy in brackish shrimp aquaculture. Aquaculture Research, 00, 1– 12. https://doi.org/10.1111/are.15685
