Los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) ofrecen una solución más sostenible al recircular el agua, pero aún generan efluentes ricos en nutrientes. Un enfoque prometedor para abordar este desafío radica en aprovechar el poder de las microalgas. Estos organismos microscópicos son filtradores naturales, capaces de eliminar eficazmente el exceso de nutrientes de las aguas residuales.
Un equipo de investigadores de la NORCE Norwegian Research Centre AS, de la VHL University of Applied Sciences, de la Wageningen University and Research y de la University of Bergen ha desarrollado un novedoso sistema de reactor de biopelícula para cultivar microalgas utilizando agua de efluentes RAS.
Reactores de biopelícula: un enfoque novedoso
Los reactores de biopelícula proporcionan una plataforma única para el cultivo de microalgas a gran escala. En estos reactores, las microalgas forman biopelículas, que se adhieren a una superficie sólida y crean una comunidad microbiana compleja. Los reactores de biopelícula ofrecen varias ventajas sobre los sistemas tradicionales de cultivo suspendido, entre ellas:
- Alta eficiencia de eliminación de nutrientes: Las biopelículas proporcionan una gran superficie para la absorción de nutrientes, lo que permite una eliminación eficiente de nutrientes de las aguas residuales.
- Riesgo reducido de contaminación: La naturaleza cerrada de los reactores de biopelícula minimiza el riesgo de contaminación por otros microorganismos.
- Recolección simplificada: La biomasa de microalgas se puede recolectar fácilmente de la superficie de la biopelícula, lo que reduce la necesidad de procesos de recolección complejos.
- Adaptabilidad a concentraciones variables de nutrientes: Los reactores de biopelícula pueden manejar fluctuaciones en las concentraciones de nutrientes, lo que los hace adecuados para el tratamiento de aguas residuales de la acuicultura.
Una solución inspirada en la naturaleza
El estudio se centró en dos especies de microalgas, Chlorella vulgaris y Phaeodactylum tricornutum, que se cultivaron en un reactor de biopelícula de doble capa.
El reactor de biopelícula está diseñado para imitar los ecosistemas naturales, creando un entorno favorable para el crecimiento de las microalgas. Consta de dos capas: una capa de distribución del sustrato y una capa portadora para el cultivo de biopelículas.
El material portador desempeña un papel crucial en el apoyo a la adhesión y el crecimiento de las microalgas. Los investigadores probaron cinco materiales portadores diferentes para evaluar su capacidad para favorecer la adhesión de las microalgas.
Después de pruebas exhaustivas, los investigadores identificaron la fibra de viscosa como el material portador más adecuado. Este material proporciona una superficie estable para la formación de biopelículas y promueve la absorción eficiente de nutrientes.
Sin embargo, el diseño del reactor de biopelícula necesitaba ser mejorado para adaptarse a la idoneidad del agua salada. La evaporación del agua provocó cambios en la salinidad y las concentraciones de nutrientes, lo que llevó a la formación de costras de sal en la biopelícula y a la obstrucción del sistema de riego. Para abordar este problema, los investigadores diluyeron el medio con agua de ósmosis para compensar la evaporación e implementaron mejoras técnicas en el sistema de riego, estableciendo condiciones de cultivo estables.
Microalgas para la eliminación de nutrientes y la producción de biomasa
El reactor de biopelícula se probó con tres tipos diferentes de agua: agua dulce, agua salobre y agua salada, que se descargan comúnmente durante un ciclo de producción de RAS para salmón. Los investigadores inocularon el material portador con pasta de microalgas y recolectaron la biopelícula cada tres días.
Los resultados fueron impresionantes.
El reactor de biopelícula demostró una notable capacidad para eliminar por completo el nitrato y el fosfato del agua efluente del sistema RAS. Además, mostró resiliencia a las fluctuaciones en las concentraciones de nutrientes y la salinidad.
En términos de productividad de biomasa, Phaeodactylum tricornutum cultivada en un medio RAS salobre surgió como la de mejor desempeño, logrando una productividad de 15,28 g m⁻² d⁻¹.
Por su parte, Chlorella vulgaris cultivada en un medio RAS de agua dulce y Phaeodactylum tricornutum en un medio RAS de agua salada arrojaron productividades de biomasa más bajas de 4,25 g m⁻² d⁻¹ y 4,35 g m⁻² d⁻¹, respectivamente.
Implicancias para los RAS
El estudio demuestra el potencial de los reactores de biopelícula basados en microalgas para purificar el agua de efluente RAS, reduciendo el impacto ambiental de la producción de salmón. Los hallazgos también destacan la importancia de optimizar el diseño y el funcionamiento del reactor de biopelícula para adaptarse a los requisitos específicos de los diferentes tipos de agua y especies de microalgas.
Conclusión
Al integrar reactores de biopelícula de microalgas en sistemas RAS, es posible lograr una operación de acuicultura verdaderamente sustentable. Las aguas residuales ricas en nutrientes se pueden tratar de manera efectiva, lo que reduce el impacto ambiental y genera una biomasa valiosa como subproducto. Esta biomasa se puede procesar aún más para obtener una variedad de productos, como biocombustibles, alimentos para animales y compuestos de alto valor.
El estudio fue financiado por Norwegian Research Council.
Contacto
Hanna Böpple
NORCE Norwegian Research Centre AS, Norway
Email: habp@norceresearch.no
Referencia (acceso abierto)
Böpple, H., Kymmell, N. L., Slegers, P. M., Breuhaus, P., & Kleinegris, D. M. (2024). Water treatment of recirculating aquaculture system (RAS) effluent water through microalgal biofilms. Algal Research, 84, 103798. https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103798
