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Tratamiento de las aguas residuales de la acuicultura

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By Milthon Lujan

El tratamiento de las aguas residuales se ha convertido en una prioridad debido a que el crecimiento de la acuicultura ha generado el aumento de las preocupaciones ambientales.

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camaronera

La intensificación de los sistemas de cultivo acuícolas genera cantidades excesivas de contaminantes orgánicos, que probablemente causen efectos tóxicos agudos y riesgos ambientales (Chatla et al., 2020) a los mismos organismos en cultivo o a las especies silvestres de los cuerpos de agua en donde se descargan los efluentes.

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Li et al (2020) reporta que varios enfoques de tratamiento vienen siendo aplicados para el tratamiento de los efluentes de la acuicultura, entre los cuales se incluyen los humedales artificiales, biopelículas, hidrófitas, biorreactores de microalgas, diques ecológicos y biofiltros.

Muchos países cuentan con legislación ambiental vinculada con la gestión de las aguas residuales de las operaciones acuícolas, y otros se encuentran en plena implementación.

Si bien las exigencias ambientales en cada país, pueden variar dependiendo del volumen de producción, área de espejo de agua u otros criterios; es importante que como productor acuícola tengas un conocimiento básico sobre los diferentes métodos de tratamiento de las aguas residuales en la acuacultura.

En este artículo queremos brindarte algunos conceptos básicos del tratamiento de aguas residuales, pero sobre todo los criterios que debes tener en cuenta cuando decidas implementar algún método de tratamiento.

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En la sección de referencias bibliográficas te brindamos algunos documentos que puedes usar para profundizar en la temática, pero sobre todo para revisar información sobre algunos métodos que puedes adaptar a tus necesidades.

Impactos de las aguas residuales

Para analizar el impacto de los efluentes de la acuacultura, es importante destacar que los sistemas de acuicultura pueden ser divididos en dos tipos principales: sistemas abiertos y sistemas cerrados.

En los sistemas abiertos, el agua usada en la crianza de los peces, camarones u otros organismos acuáticos, es descargada al ambiente, con un nivel elevado de sólidos y nutrientes, después de pasar a través de la granja.

En los sistemas cerrados, al menos una parte del agua es reciclada después de tratamientos específicos, para reducir el contenido de sólidos y nutrientes disueltos.

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Entre los principales impactos de las aguas residuales de las operaciones acuícolas tenemos:

– El vertimiento de efluentes con elevados niveles de nutrientes, como fósforo y nitrógeno, pueden causar la eutrofización en las aguas receptoras, que pueden ser tóxicos para los organismos acuáticos, promover las floraciones algales, alterar el hábitat y la disminución de ciertas especies.

– Las bacterias, virus y otros microorganismos que causan enfermedades pueden afectar a las poblaciones de organismos acuáticos silvestres.

– Los antibióticos empleados en algunas operaciones acuícolas pueden representar una amenaza para la vida silvestre, y también para la salud humana.

Naturaleza de las aguas residuales de la acuicultura

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El primer paso para decidir algún método de tratamiento es caracterizar las aguas residuales que genera tu granja acuícola.

Los principales aspectos a considerar son: el flujo y la calidad del efluente.

Obviamente, el flujo depende de las dimensiones y tipo de tu sistema de cultivo; así como de las tasas de recambio de agua (extensivo, semi-intensivo o intensivo).

El flujo (volumen) es importante para poder dimensionar el tamaño para el proceso de tratamiento.

Por su parte, la calidad del efluente va a estar más asociada con la densidad de cultivo de los organismos acuáticos y el tipo de alimento empleado. Asimismo, es importante conocer las variaciones según las condiciones climáticas, estación, hora del día, entre otras (AQUAETREAT, 2006).

Al respecto, Chatla et al (2020) manifiesta que los principales contaminantes de las aguas residuales de la acuicultura son sólidos suspendidos, compuestos nitrogenados y fosfatos.

Para determinar la calidad de las aguas residuales de la acuicultura debemos tener en consideración sus aspectos físicos (sólidos, color, temperatura, olor), químicos (fósforo, nitrógeno, etc) y biológicos (vegetales, animales, bacterias, virus, etc).

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Es importante destacar la influencia de las prácticas de gestión de la granja acuícola (tasas de alimentación, regímenes de alimentación, composición de la dieta, niveles de oxígeno, etc) sobre la calidad del efluente.

Clasificación de los métodos de tratamiento

El objetivo principal del tratamiento de las aguas residuales es remover la mayor cantidad de sólidos suspendidos antes de que el agua sea descargada en el ambiente.

Una clasificación aceptada de los métodos de tratamiento de aguas residuales en general es la dividida por niveles: primario, secundario y terciario.

Tratamiento primario

El tratamiento primario de las aguas residuales está diseñado para remover los sólidos orgánicos e inorgánicos mediante los procesos físicos de sedimentación y flotación de los residuos sólidos dentro del agua.

El efluente es pasado a través de varios filtros que separan el agua de los contaminantes. El lodo resultante es enviado a digestores.

El primer lote del lodo contiene cerca del 50% de los sólidos suspendidos dentro de las aguas residuales.

Tratamiento secundario

El objetivo del tratamiento secundario de las aguas residuales es el de un tratamiento adicional de los efluentes del tratamiento primario para remover los residuos orgánicos y los sólidos suspendidos.

El tratamiento secundario consiste del tratamiento biológico de los efluentes mediante la utilización de diferentes tipos de microorganismos en un ambiente controlado.

Varios procesos biológicos son empleados en el tratamiento secundario, que difieren principalmente de la forma en la cual se provee el oxígeno a los microorganismos y la tasa a la cual los organismos metabolizan la materia orgánica.

El tratamiento secundario de aguas residuales se puede realizar de tres formas:

a) Biofiltración

Este método de tratamiento secundario emplea filtros de arena, filtros de contacto o filtros de goteo para asegurar que los sedimentos son removidos de las aguas residuales.

De los tres tipos de filtros, según los especialistas, los filtros por goteo son los más efectivos para el tratamiento de pequeños volúmenes de efluentes.

b) Aireación

La aireación es un proceso largo pero eficaz. En esta práctica se emplea el uso de microorganismos, quienes mediante

c) Lagunas de oxidación

Las lagunas (estanques) de oxidación son usadas típicamente en los países con climas cálidos.

Las aguas residuales son descargadas a las lagunas de oxidación por un período de tiempo.

Tratamiento terciario

Este tercer y último paso, es básico en la gestión de sistemas de tratamientos de aguas residuales debido a que comprende la remoción de los fosfatos y los nitratos.

El tratamiento terciario puede ser definido como cualquier proceso en el cual las unidades operativas son incluidas a un esquema de flujo luego del tratamiento secundario convencional.

Los procesos adicionados pueden ser tan simples como la inclusión de un filtro para la remoción de sólidos suspendidos, o complejos como la adición de muchas unidades de procesos para la remoción de orgánicos, sólidos suspendidos, nitrógeno y fósforo.

Métodos aplicados en la acuacultura

A continuación realizaremos una breve descripción de los diferentes métodos que se vienen aplicando en la acuicultura, esta información se basa en los resultados del proyecto europeo AQUAETREAT (2006).

1) Remoción de sólidos

En una piscigranja, los sólidos suspendidos y los nutrientes disueltos se originan principalmente de: el alimento no consumido, las heces de los peces, los sólidos de fuentes externas y el crecimiento de microalgas y bacterias.

Al respecto, la cantidad de alimento no consumido puede ser reducida mediante el establecimiento de un cuidadoso régimen de alimentación. Asimismo, las mejoras en las tasas de conversión del alimento, y la reducción de heces, pueden ser alcanzadas proveyendo alimentos de mejor calidad.

Los sólidos suspendidos en los efluentes de las granjas acuícolas representan aproximadamente el 25% del alimento empleado, en una base de materia seca.

Es importante destacar que la remoción de sólidos suspendidos de piscigranjas de flujo continuo es diferente de otros procesos de tratamiento de agua. La concentración de los contaminantes en las aguas residuales de la piscigranja son relativamente bajos y los volúmenes de flujo son relativamente altos.

Existen dos métodos para reducir los sólidos suspendidos en el efluente de una piscigranja:

a) sedimentación:

Emplea los sistemas de asentamiento gravitacional de diferente complejidad. Este método emplea la fuerza de gravedad para extraer las partículas de un fluido.

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Las tasas de sedimentación dependen de las características de los materiales (incluido sus tamaños) a sedimentar y la velocidad y turbulencia del agua en la cual las partículas están suspendidas.

La tasa de sedimentación se mide en centímetros por segundo (cm/s). En la acuicultura, una velocidad de sedimentación favorable es de 1 cm/s. La mayor parte de alimentos no consumidos y heces pueden ser separados por medio de la sedimentación.

La sedimentación se puede implementar mediante:

– Sedimentación simple empleando un área grande: estanques o cuencas.

– Canales, con o sin barreras físicas.

– Zonas de reposo (muertas) y atrapamiento de sólidos dentro de un raceway.

– Tanques de asentamiento laminar.

– Concentradores centrífugas: hidrociclones o conos.

Una descripción más detallada de cada estructura la puedes encontrar en AQUAETREAT (2006).

b) filtración mecánica:

Los filtros mecánicos remueven los sólidos del agua usando barreras físicas a través de los cuales las partículas sólidas no pueden pasar. Esto se puede realizar con arena o con una malla.

Antes de seleccionar o diseñar los filtros mecánicos debes conocer:

– El tipo de sólidos a ser filtrados.

– Concentración de los sólidos dentro del efluente.

– Tamaño de las mallas o medios de filtración.

– Capacidad de flujo del filtro.

– Requerimientos de energía para la operación del filtro.

Los filtros también se pueden categorizar de acuerdo a si emplean una bomba de presión o la gravedad.

2. Estanques para el cultivo de algas

Los animales de los sistemas de producción acuícola producen desechos, principalmente compuestos de sólidos (carbono, nitrógeno y fósforo) y solubles (dióxido de carbono, amoníaco, ortofosfato y elementos traza).

Los principales tipos de tratamiento son:

a) disimilación bacteriana en gases

b) asimilación vegetal en biomasa

Las algas emplean la energía solar para convertir los nutrientes (presentes en los efluentes) en recursos útiles, mediante el proceso de la fotosíntesis.

De esta forma, los desechos de los peces o camarones presentes en las aguas residuales son considerados como un recurso para las algas, las mismas que restauran la calidad del agua para el cultivo de los peces.

El crecimiento de las algas está relacionado a los parámetros de los efluentes del cultivo de peces (particularmente nitrógeno, fósforo, oxígeno disuelto), pero también es afectado por la temperatura y la luz en los sistemas acuícolas a la intemperie.

Un aspecto que debes considerar es que el consumo diario de nutrientes por las algas fluctúa con las estaciones del año (luz, cambios en la temperatura).

Los potenciales beneficios del uso de algas para el tratamiento de las aguas residuales son económicos y ecológicos.

Las especies de algas seleccionadas como “biofiltros” deben ser elegidas por su uso en la nutrición humana o para la producción de ficocoloides, suplementación de alimentos, agroquímicos, nutracéuticos y farmacéuticos.

3. Humedales artificiales

Los sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales, incluyen a los humedales artificiales o humedales construidos.

Diversas investigaciones han demostrado que los sistemas de humedales artificiales pueden remover cantidades significativas de sólidos suspendidos, materia orgánica, nitrógeno, fósforo, elementos trazas y microorganismos presentes en los efluentes municipales, industriales y de las operaciones de ganadería.

Las ventajas de los humedales construidos incluyen los moderados costos de capital, el bajo consumo de energía y requerimientos mínimos de mantenimiento, y entre los beneficios se incluyen el incremento del hábitat para la vida silvestre.

Lin et al (2002) diseñaron, construyeron y operaron humedales artificiales a escala piloto de flujo superficial y flujo subsuperficial. Ellos determinaron que los humedales de flujo superficial removieron más nitrógeno inorgánico, mientras que los humedales de flujo subsuperficial removieron más fosfatos.

Por su parte, Hu et al (2017) trabajaron en un sistema de humedales híbridos para el tratamiento de las aguas residuales de la acuacultura. El sistema consistió de dos etapas de tratamiento: un humedal de flujo subsuperficial vertical, seguido por un flujo horizontal. Los resultados mostraron eficiencias de remoción de los efluentes de la acuicultura eutrofia 56%, 71%, 73% para los nitritos, fosfatos y nitratos, respectivamente.

Recomendaciones para minimizar las aguas residuales de la acuacultura

Yeo et al (2004) brindan las siguientes recomendaciones a los acuicultores para reducir los impactos ambientales y desarrollar prácticas acuícolas más sostenibles:

– Desarrollar y emplear estrategias de crianza que ayuden a conservar el agua, incluido mayores niveles de recirculación del agua.

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– Desarrollar, demostrar y promover técnicas eficientes de gestión de la alimentación y formulaciones de dietas eficientes en nutrientes para reducir las cargas de residuos de nutrientes y facilitar la rápida remoción de los sólidos.

– Diseñar los estanques, tanques o raceways considerando la remoción y recuperación rápida de los sólidos con técnicas como doble drenaje, asentamiento, entre otras.

– Enfatizar y refinar el desarrollo de la alimentación y procesos biológicos basados en modelos de producción de desechos de la acuicultura, como una forma más económica de enfrentar la carga de residuos.

– Demostrar y evaluar el costo-efectividad de la integración de las estrategias de recuperación y reuso de los desechos, especialmente de aquellos que pueden aprovecharse en la agricultura.

Aprovechamientos de las aguas residuales y sólidos de la acuacultura

El alimento no consumido, las excretas y los desechos procesados de la acuicultura son potencialmente materiales reusables, si ellos pueden ser recolectados en cantidades suficientes de una manera económica.

Los esquemas de utilización práctica de los efluentes de la acuacultura deben considerar la cantidad, las características físicas y la ubicación de los residuos. Existen una serie de publicaciones científicas que destacan el aprovechamiento de los efluentes y los sólidos de la acuicultura.

a) Aguas residuales de la acuicultura para el riego

Debido a que los efluentes contienen potencialmente elevados niveles de nutrientes, ellos podría tener propiedades de fertilización, no obstante, los altos niveles de dilución de los nutrientes usualmente permite solo aprovechar el agua y no el contenido de nutrientes para su uso práctico en el crecimiento de los vegetales.

b) Uso de sólidos y lodos de la acuacultura

Los lodos de la acuicultura pueden proveer contenido orgánico al suelo, que es beneficioso para mejorar la retención. Sin embargo, los niveles de nitrógeno no son tan altos y disponibles para las plantas, como es el caso de los nutrientes solubles inorgánicos.

La aplicación directa al suelo se ha convertido en la técnica más adoptada para reciclar los lodos de la acuicultura.

Referencias:

AQUAETREAT. 2006. Manual on effluent treatment in aquaculture: Science and Practice. Aquaetreat -Improvement and Innovation of Aquaculture Effluent Treatment Technology 163 p.

Chatla D., Padmavathi P., Srinu G. (2020) Wastewater Treatment Techniques for Sustainable Aquaculture. In: Ghosh S. (eds) Waste Management as Economic Industry Towards Circular Economy. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-1620-7_17

Li Z., E. Yu, K. Zhang, W. Gong, Y. Xia, J. Tian, G. Wang, J. Xie. 2020. Water Treatment Effect, Microbial Community Structure, and Metabolic Characteristics in a Field-Scale Aquaculture Wastewater Treatment System. Front. Microbiol., 05 June 2020 | https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00930

Lin Y., S. Jing, D. Lee, T. Wang. 2002. Nutrient removal from aquaculture wastewater using a constructed wetlands system. Aquaculture 209 (2002) 169 – 184

Hu J., R. Hu, D. Qi, X. Lu. 2017. Study on treatment of aquaculture wastewater using a hybrid constructed wetland. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 61, 3rd International Conference on Energy Materials and Environment Engineering 10–12 March 2017, Bangkok, Thailand

Sonune A. & R. Ghate. 2004. Developments in wastewater treatment methods. Desalination 167: 55-63.

Yeo S., F. Binkowski, J. Morris. 2004. Aquaculture Effluents and Waste By-Products Characteristics, Potential Recovery, and Beneficial Reuse. NCRAC Technical Bulletins. 6. 63 p.

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