Solución nutritiva para hidroponía de efluentes de los sistemas de recirculación en acuicultura

EE.UU – Un investigador evaluó la posibilidad de desarrollar naturalmente una solución nutritiva para hidroponía de los efluentes tratados de los sistemas de recirculación en acuicultura.

Una de las principales preocupaciones en los sistemas de acuaponia es que los efluentes de los tanques de cultivo de peces no satisfacen las necesidades nutricionales de los cultivos vegetales. En este sentido, el productor de cultivos acuapónicos se ve en la necesidad de suplementar con soluciones nutritivas comerciales; sin embargo, el uso inadecuado podría incrementar el contenido de sales y alterar el pH, lo que afectará a los peces en cultivo.

Por otro lado, las actuales proyecciones predicen una disminución en las reservas de los minerales usados para la producción de fertilizantes y un incremento en la demanda por productos agrícolas para alimentar a una creciente población mundial.

Basado en estas proyecciones y limitaciones, una solución nutritiva para hidroponía obtenida naturalmente tiene el potencial de incrementar la seguridad alimentaria. De esta forma, Joseph Tetreault, de la University of New Hampshire, desarrolló una investigación para 1) caracterizar la mineralización de los nutrientes de los efluentes de RAS, 2) caracterizar la reducción de la masa del carbono orgánico, 3) y evaluar el tratamiento microbiológicos de los efluentes relativos a las soluciones hidropónicas nutritivas comercialmente disponibles.

Esta investigación presenta un enfoque interesante para aprovechar los efluentes de los sistemas de recirculación en acuicultura, bajo la perspectiva de sistemas de acuaponia desacoplados.

Sistemas de recirculación en acuicultura

Cómo bien conoces, los sistemas de recirculación en acuicultura (RAS) son un método de producción intensiva de peces, focalizado en optimizar la tasa de crecimiento de los peces y la densidad de cultivo mediante el mantenimiento de parámetros ideales de calidad del agua. Los métodos sofisticados de tratamiento de agua permite que el 99% del volumen total de agua del sistema pueda ser reusado.

La eficiente remoción de los residuos sólidos es importante para mantener ideales condiciones de operación de los RAS. Asimismo, la legislación en muchos países establece que los efluentes de los RAS deben ser tratados previo a su descarga.

Mientras que la rápida remoción de residuos de un sistema RAS permite el incremento en las tasas de re-uso del agua, el tratamiento y la disposición final de los residuos capturados incrementan los costos operativos, lo que limita la expansión de la industria.

Los residuos sólidos en los efluentes de los RAS contienen altas concentraciones de nitrógeno, fósforo, carbono orgánico total, demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y demanda química de oxígeno (DQO). Los efluentes sin tratar pueden causar eutrofización e impactos negativos en los ecosistemas acuáticos naturales.

De esta forma, un sistema de tratamiento de los efluentes de los RAS que genere un producto que sirva como una solución nutritiva hidropónica natural podría beneficiar a la industria de hidroponía y a la acuicultura. Los piscicultores podrían ser capaces de reducir los costos operativos a través de la monetización de los residuos y los productores hidropónicos podrían incrementar el valor de sus productos a través de la certificación orgánica.

Efluentes de los RAS como fertilizantes para la hidroponía

La producción hidropónica depende de soluciones de fertilizantes líquidos que sirven como una única fuente de nutrientes para los cultivos. Las tasas de los nutrientes en las soluciones de fertilizantes para hidroponía pueden ser personalizados según las necesidades de cultivos específicos, pero todos los nutrientes deben ser disueltos en una solución para que sean accesibles para las plantas.

Las investigaciones han mostrado que los efluentes de los RAS contienen los macro y micronutrientes requeridos para el crecimiento de las plantas, pero el alto contenido de humedad puede no ser propicio para la aplicación de campo debido a la limitación de la carga hidráulica de los suelos. Por otro lado, la masa total de ciertos nutrientes están vinculadas al material particulado que debe ser mineralizado antes de que las plantas puedan utilizarlo.

El desarrollo de un fertilizante natural obtenido de los efluentes de los RAS podría beneficiar a la industria hidropónica mediante la creación de una economía circular de los nutrientes, reduciendo la dependencia en las reservas finitas de minerales que vienen siendo usados para producir las sales nutritivas.

Los macro y micronutrientes esenciales para las plantas y bajas cantidades de carbono orgánico total son dos características esenciales para una solución de nutrientes hidropónica exitosa. Se requiere de un tratamiento adicional para mineralizar los nutrientes y remover el carbono orgánico antes de que los efluentes de RAS puedan ser una solución hidropónica nutritiva viable.

Digestión microbiana

La digestión microbiana es un tratamiento común empleado para mineralizar los sólidos y remover el carbono orgánico en las aguas residuales municipales y de la agricultura. Usando las metodologías de tratamiento de digestión microbiana aeróbica y anaeróbicas.

Tetreault recolectó los efluentes de un RAS a escala piloto y analizó el perfil de nutrientes y determinó las concentraciones de carbono orgánico antes y después del tratamiento anaerobico y aerobico en reactores por carga (discontinuos). Los biorreactores operaron hasta que se observó la estabilización en las concentraciones de los sólidos suspendidos totales (TSS).

Resultados de la investigación

“Los resultados indican que ambos tratamientos significativamente mineralizan los nutrientes en el efluente de RAS y reducen con éxito las concentraciones de carbono orgánico” destacó el investigador.

El tratamiento anaeróbico resultó en un 76% de reducción en la concentración de TSS y una reducción de 47% en la concentración de carbono orgánico del efluente. “Después del tratamiento anaeróbico, el porcentaje de la concentración total que fue disuelto se incrementó en un factor de 3.13 para el fósforo, 1.36 para el calcio y 1.24 para el manganeso” reporta.

Por su parte el tratamiento aeróbico, el porcentaje de concentración total que fue disuelto se incrementó en un factor de 1.39 para el fósforo, 1.22 para el aluminio y 1.10 para el boro.

“Después del tratamiento, las tasas de los nutrientes en los efluentes fueron más comparables a las tasas de los nutrientes en las soluciones de fertilización para hidroponía disponibles comercialmente. Esto es un progreso importante hacia un sistema de tratamiento para desarrollar una solución de nutrientes obtenida naturalmente de los efluentes de los RAS” destacó el investigador.

El estudio demostró una disminución en los sólidos suspendidos totales (TSS) y un incremento en la disponibilidad de varios macro y micronutrientes esenciales para las plantas en los efluentes de RAS.

“Aunque la disponibilidad de nutrientes se incrementó en los efluentes de los RAS después del tratamiento aeróbico, la concentración de la mayoría de nutrientes en el efluente tratado estuvo por debajo de las concentraciones recomendadas para la producción de lechugas y de hojas verdes en hidroponía” concluyó el investigador.

Tetreault destaca que el efluente tratado aeróbicamente requiere de la suplementación para alcanzar las concentraciones típicamente administradas a los cultivos hidropónicos usando las soluciones de fertilizantes disponibles comercialmente.

Referencia (acceso abierto):
Tetreault, Joseph, “THE DEVELOPMENT OF A NATURALLY-DERIVED HYDROPONIC NUTRIENT SOLUTION FROM RECIRCULATING AQUACULTURE SYSTEM EFFLUENT USING MICROBIAL DIGESTION” (2020). Master’s Theses and Capstones. 1403. University of New Hampshire.

Deja un comentario