En potencial de la tecnología de membrana en los sistemas de recirculación aún no ha sido del todo explorada. En este sentido, los investigadores de Aalborg University (Dinamarca), University of Turin (Italia), Societá Agricola San Biagio (Italia) y de la Ultraaqua A/S (Dinamarca) publicaron una revisión científica sobre las perspectivas de las tecnologías de nanofiltración en los sistemas de recirculación en acuicultura.
En base a la literatura científica, los investigadores discuten las limitaciones que afectan la aplicación de la nanofiltración en la acuacultura, los avances recientes en los materiales y tecnologías de nanofiltración, y las perspectivas para integrar las tecnologías de nanofiltración en los RAS.
Sistemas de recirculación en acuacultura
Los sistemas de recirculación en acuicultura (RAS) tiene un impacto beneficioso desde una perspectiva ambiental, pero también incluyen el riesgo de la acumulación de sustancias no deseadas en el agua de cultivo.
En los RAS los efluentes de los tanques de cultivo son tratados por una serie de tecnologías, con el objetivo de remover las sustancias no deseadas y patógenos, y para ajustar la calidad del agua antes de su reúso.
Los sistemas de recirculación en acuacultura típicamente son más caras que los sistemas tradicionales, y el bienestar de los peces y el sabor de su carne es altamente afectada por las fluctuaciones en la composición del agua o por el malfuncionamiento de los sistemas de purificación, que puede llevar a la acumulación de compuestos no deseados en el agua de cultivo.
Tecnología de membrana
La tecnología de membrana puede jugar un rol clave en mejorar los actuales conceptos de los sistemas de recirculación en acuicultura.
Las unidades de membrana de microfiltración y ultrafiltración han sido propuestas para reducir la concentración de compuestos orgánicos dispersos y disueltos en los efluentes.
Las membranas de nanofiltración tienen tamaños de poros que permiten la retención de pequeñas moléculas orgánicas disueltas, incluidos antibióticos, pesticidas, y moléculas del sabor (geosmin), que se acumulan en el agua de cultivo de los RAS y eventualmente en la carne de los peces.
Además, las membranas pueden retener total o parcialmente el nitrógeno inorgánico disuelto y especies fosforadas que pueden ser reusadas como nutrientes.
Estado de Arte en membranas de nanofiltración
La nanofiltración es un proceso impulsado por presión, es decir, el agua (u otro solvente) se fuerza a través de una membrana selectiva al establecer una diferencia en la presión hidráulica entre el lado de alimentación y el de permeado.
La diferencia de la nanofiltración con respecto a la microfiltración y la ultrafiltración es el uso de membranas, que son densas o tienen poros activos con un tamaño típicamente inferior a 2 nm, lo que permite el rechazo de moléculas orgánicas pequeñas e iones multivalentes.
En el mercado ya se encuentran disponibles en el mercado una gama de membranas de nanofiltración poliméricas con un diseño de módulo diversificado, costos, permeabilidades y selectividades.
Reducción de compuestos no deseados en los RAS
Las membranas de nanofiltración muestran una alta eficiencia en el rechazo de compuestos orgánicos disueltos en agua.
Por lo tanto, pueden aplicarse en los sistemas de recirculación en acuicultura para la eliminación de las sustancias que pueden estropear el sabor de la carne de pescado y de aquellos compuestos que pueden ser potencialmente dañinos para los peces.
Compuestos de mal sabor
La acumulación de compuestos de mal sabor, como geosmina y 2-metilisoborneol (2-MIB), es un problema común en los sistemas de recirculación en acuicultura, debido a que son producidos como metabolitos secundarios por varios microorganismos que a menudo están presentes en los ecosistemas acuícolas.
La acumulación de geosmina y 2-MIB es una amenaza financiera para los RAS debido a que su absorción en los tejidos ricos en lípidos de los peces, hace que su carne no sea comercializable debido al desagradable sabor y olor a lodo.
Aun cuando existen medidas para controlar la geosmina y 2-MIB en los RAS, tiene un impacto en el incremento de los costos y un efecto negativo sobre el grado de recirculación del agua.
Los investigadores destacan que en este contexto se puede emplear una membrana de nanofiltración para tratar un chorro del efluente de los tanques de los peces y reutilizar el permeado en el circuito una vez depurado de geosmina y 2-MIB, consiguiendo así grados intensivos de recirculación y evitando la acumulación de estas sustancias.
Contaminantes
En los sistemas RAS, medicamentos y químicos son aplicados para fomentar el crecimiento de los peces y para controlar enfermedades. Por lo tanto, se ha encontrado un número creciente de contaminantes de preocupación emergente en el agua de cultivo o en la carne de pescado.
Los contaminantes de preocupación emergente en la acuicultura incluyen a los antibióticos, los desinfectantes, los pesticidas y los hidrocarbonos aromáticos policlicos.
Aunque las concentraciones de contaminantes de preocupación emergente presentes en el agua de cultivo son bajos para volver insegura de consumir la carne de pescado, ellas necesitan ser monitoreado y se requieren de nuevas estrategias para prevenir su acumulación en los RAS.
Las membranas de nanofiltración pueden jugar un importante rol, debido a que típicamente retienen la mayoría de los contaminantes de preocupación emergente.
Nitrógeno inorgánico y fosforados
La tecnología de nanofiltración ha sido propuesta para remover el amoníaco directamente de los sistemas de recirculación en acuicultura, como una alternativo o como un respaldo para los procesos de nitrificación biológica, cuya efectividad depende de los microorganismos y la composición del agua.
Varios tipos de membranas comerciales de nanofiltración poliamida fueron evaluadas para la eliminación de amonio en soluciones modelo RAS, algunas de las cuales presentaron una buena capacidad para la eliminación de amoníaco.
Tendencias tecnológicas en las membranas de nanofiltración
A pesar de los últimos desarrollos en materiales y módulos de nanofiltración, varios investigadores han identificado tres desafíos principales, que aún frenan la aplicación a gran escala de las membranas de nanofiltración en la filtración de agua, estos son:
i) la compensación entre permeabilidad y selectividad,
ii) la mejora de la resistencia química y mecánica, y
iii) la necesidad de nuevas funcionalidades, como propiedades antiincrustantes, antimicrobianas y descontaminantes.
Conclusiones
Las características fundamentales y los recientes avances de la nanofiltración vuelven atractiva a esta tecnología para aplicación en los sistemas de recirculación en acuacultura.
Además, las membranas de nanofiltración pueden retener los contaminantes disueltos, moléculas de mal sabor y compuestos inorgánicos que preocupan a los acuicultores; y pueden en principio aplicarse a los RAS con la finalidad de remover esas sustancias.
Por otro lado, la productividad del agua y la necesidad de pretratamientos siguen siendo motivo de preocupación para la integración de la nanofiltración en los sistemas de recirculación en acuacultura.
A pesar de su potencial, las membranas de nanofiltración retienen parcialmente todos los iones disueltos y la materia orgánica no tóxica, alterando así la composición del agua de una manera que podría no ser beneficiosa para los peces de cultivo.
Debido a esta razón, los investigadores creen que es difícil prever el uso de la nanofiltración como alternativa a los tratamientos biológicos actuales. No obstante, las tecnologías de nanofiltración parecen muy adecuadas para tratar las corrientes secundarias de los efluentes de los tanques de crianza de peces después de los tratamientos biológicos para evitar que se acumulen sustancias no deseadas y alcancen concentraciones críticas en el agua de cultivo.
“En resumen, la literatura tratada en esta minirevisión sugiere que las tecnologías de nanofiltración ya están en una etapa de madurez que permite su implementación en los RAS para alcanzar un alto grado de recirculación”, concluyen los investigadores.
El estudio fue financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea.
Referencia (acceso libre)
Vittorio Boffa, Debora Fabbri, Paola Calza, Delia Revelli, Peter Vittrup Christensen. Potential of nanofiltration technology in recirculating aquaculture systems in a context of circular economy. Chemical Engineering Journal Advances, Volume 10, 2022, 100269, ISSN 2666-8211, https://doi.org/10.1016/j.ceja.2022.100269.
