Finlandia – Un investigador analizó las dinámicas de las comunidades bacterianas en los biofiltros de los sistemas de recirculación en acuicultura.
La acuicultura es uno de los sectores de producción de alimentos de más rápido crecimiento en el mundo. Debido al continuo crecimiento de la actividad acuícola, se requiere de nuevos sistemas de cultivo de peces que sean ecológicamente, económicamente y socialmente sostenibles.
Los sistemas de recirculación en acuicultura (RAS), tecnología que recicla y ahorra agua, se ha expandido en los últimos años. No obstante, una de las principales limitantes de la tecnología RAS son sus altos costos de inversión y operación. Además, la operación y gestión de biorreactores (biofiltros o filtros biológicos) es uno de los principales problemas, cuyos procesos biológicos fueron estudiados por M. Sc. Jani Pulkkinen.
Filtros biológicos
Los biofiltros utilizan bacterias en el proceso de purificación. En los biorreactores, el amoníaco tóxico excretado por los peces es microbiológicamente convertido mediante el proceso de nitrificación en nitratos que son menos peligrosos.
“Aunque los biofiltros están diseñados para la descomposición de los compuestos nitrogenados, las principales funciones de las bacterias en los biorreactores eran la descomposición de carbohidratos, aminoácidos y grasas. El impacto de los filtros biológicos en su conjunto en la calidad del agua es mucho más diverso de lo que se pensaba anteriormente. Una comunidad bacteriana diversa y estable puede mantener una buena calidad del agua, no sólo en términos de compuestos nitrogenados, sino también de materia orgánica” destacó Pulkkinen.
Los diferentes tipos de biorreactores pueden atrapar sólidos del agua o afectar el balance de gases, pero diferentes biofiltros también tienen diferentes eficiencias de nitrificación, es decir, qué tan rápido se puede convertir el amoníaco en nitrato.
“El tamaño y la selección del tipo de filtro biológico debe realizarse teniendo en cuenta las características de todo el sistema de tratamiento de agua” dijo Pulkkinen.
La capacidad biológica y mecánica de remoción de sólidos de los biorreactores puede compensar las propiedades del resto del sistema de tratamiento de agua. Al optimizar todo el sistema de tratamiento de agua, se puede mantener la mejor calidad de agua posible para el bienestar y el crecimiento de los peces, lo que permite una acuicultura rentable y respetuosa con el ambiente.
La tesis de Pulkkinen consistió en cuatro publicaciones utilizando métodos modernos de microbiología molecular. Todos los estudios se realizaron en las instalaciones experimentales de recirculación acuícola de la piscifactoría del Natural Resources Institute Finland (Luke) Laukaa.
Microbiología de los RAS
El estudio de Pulkkinen se centró en el proceso de nitrificación y la composición de la comunidad microbiana en biorreactores y sus conexiones con los cambios en la calidad del agua.
“La nitrificación se puede iniciar rápidamente agregando amoníaco y sales de nitrito al sistema. Descubrí que los biofiltros tenían diversas comunidades microbianas que afectan varios parámetros de calidad del agua” reporta el investigador.
Pulkkinen dijo que la función principal de las comunidades microbianas que se encuentran en los compartimientos de los RAS de agua dulce fue la degradación de carbohidratos, aminoácidos y lípidos. “Cuando se cambió el RAS para utilizar agua salobre, se observó que las comunidades microbianas se adaptan lentamente. Sin embargo, la degradación de los carbohidratos disminuyó, lo que también se reflejó en las elevadas concentraciones de carbono orgánico total y materia orgánica disuelta en el agua”.
El investigador destaca que la adición de desinfectante (ácido peracético) mejoró la calidad del agua y no alteró las comunidades microbianas del biofiltro.
“Los biorreactores de lecho fijo (FBBR) atrapan sólidos y materia orgánica dentro del reactor, pero potencialmente también albergan comunidades bacterianas especializadas en la degradación de materia orgánica. El rendimiento de la nitrificación disminuyó en el FBBR, pero esto puede haber sido causado por el diseño incorrecto del reactor” informó.
Por otro lado, los biorreactores de lecho móvil (MBBR) pueden liberar el exceso de biomasa bacteriana en el agua, pero la técnica mantuvo una biopelícula delgada y permitió una comunidad bacteriana funcionalmente diversa.
Jani Pulkkinen defenderá su tesis doctoral “Microbiology of biological filters in recirculating aquaculture systems” el 11 de septiembre de 2020. La tesis ha sido financiada por Luke, la Unión Europea y el Ministry of Agriculture and Forestry de la European Maritime and Fisheries Fund.
La audiencia puede seguir la disertación en línea o revisar la grabación luego. El enlace Zoom para el evento, o la grabación posterior, es: https://r.jyu.fi/dissertation-pulkkinen-110920
Contacto
Jani Pulkkinen,
jani.t.pulkkinen@luke.fi,
+358295323297
Referencia (acceso abierto):
Pulkkinen, Jani. Microbiology of biological filters in recirculating aquaculture systems. Jyväskylä: University of Jyväskylä, 2020, 50 p.
