Los sistemas de acuicultura de recirculación ( RAS ) se utilizan en acuarios domésticos y para la producción de peces donde el intercambio de agua es limitado y se requiere el uso de biofiltración para reducir la toxicidad del amoníaco . [1] A menudo también son necesarios otros tipos de filtración y control ambiental para mantener el agua limpia y proporcionar un hábitat adecuado para los peces. [2] El principal beneficio de RAS es la capacidad de reducir la necesidad de agua fresca y limpia y al mismo tiempo mantener un ambiente saludable para los peces. Para ser operado económicamente, el RAS comercial debe tener altas densidades de población de peces, y muchos investigadores están realizando actualmente estudios para determinar si el RAS es una forma viable de acuicultura intensiva . [3]
Se utiliza una serie de procesos de tratamiento para mantener la calidad del agua en operaciones de piscicultura intensiva. Estos pasos suelen realizarse en orden o, a veces, en conjunto. Después de salir del barco que contiene peces, el agua primero se trata para detectar sólidos antes de ingresar a un biofiltro para convertir el amoníaco, luego se produce la desgasificación y oxigenación, seguidas a menudo por calentamiento/enfriamiento y esterilización. Cada uno de estos procesos se puede completar utilizando una variedad de métodos y equipos diferentes, pero de todos modos, todos deben llevarse a cabo para garantizar un ambiente saludable que maximice el crecimiento y la salud de los peces. [ cita necesaria ]
Todo RAS se basa en la biofiltración para convertir el amoníaco (NH 4 + y NH 3 ) excretado por los peces en nitrato . [4] El amoníaco es un producto de desecho del metabolismo de los peces y altas concentraciones (>0,02 mg/L) son tóxicas para la mayoría de los peces. [5] Las bacterias nitrificantes son quimioautótrofas que convierten el amoníaco en nitrito y luego en nitrato. Un biofiltro proporciona un sustrato para la comunidad bacteriana, lo que da como resultado una gruesa biopelícula que crece dentro del filtro. [4] El agua se bombea a través del filtro y las bacterias utilizan el amoníaco como energía. El nitrato es menos tóxico que el amoníaco (>100 mg/L) y puede eliminarse mediante un biofiltro desnitrificante o reemplazando el agua. Se requieren condiciones ambientales estables y un mantenimiento regular para garantizar que el biofiltro funcione de manera eficiente. [ cita necesaria ]
Además de tratar los desechos líquidos excretados por los peces, también se deben tratar los desechos sólidos, esto se hace concentrando y eliminando los sólidos del sistema. [6] La eliminación de sólidos reduce el crecimiento de bacterias, la demanda de oxígeno y la proliferación de enfermedades. El método más simple para eliminar sólidos es la creación de un depósito de sedimentación donde la velocidad relativa del agua es lenta y las partículas pueden depositarse en el fondo del tanque, donde se lavan o se aspiran manualmente mediante un sifón. Sin embargo, este método no es viable para operaciones RAS donde se desea ocupar poco espacio. La eliminación típica de sólidos RAS implica un filtro de arena o un filtro de partículas donde los sólidos se alojan y se pueden lavar periódicamente del filtro. [7] Otro método común es el uso de un filtro de tambor mecánico donde el agua pasa sobre un tamiz de tambor giratorio que se limpia periódicamente mediante boquillas rociadoras presurizadas, y la lechada resultante se trata o se envía por el desagüe. Para eliminar partículas extremadamente finas o sólidos coloidales se puede utilizar un fraccionador de proteínas con o sin adición de ozono (O 3 ). [ cita necesaria ]
Reoxigenar el agua del sistema es una parte crucial para obtener altas densidades de producción. Los peces necesitan oxígeno para metabolizar los alimentos y crecer, al igual que las comunidades de bacterias en el biofiltro. Los niveles de oxígeno disuelto se pueden aumentar mediante dos métodos, aireación y oxigenación . En la aireación, el aire se bombea a través de una piedra difusora o un dispositivo similar que crea pequeñas burbujas en la columna de agua, lo que da como resultado una gran superficie donde el oxígeno puede disolverse en el agua. En general, debido a las lentas velocidades de disolución del gas y la alta presión del aire necesaria para crear pequeñas burbujas, este método se considera ineficaz y, en cambio, el agua se oxigena bombeando oxígeno puro. [8] Se utilizan varios métodos para garantizar que durante la oxigenación todo el oxígeno se disuelva en la columna de agua. Se deben calcular y considerar cuidadosamente la demanda de oxígeno de un sistema determinado, y esa demanda debe satisfacerse con equipos de oxigenación o aireación. [9]
En todos los RAS el pH debe ser monitoreado y controlado cuidadosamente. El primer paso de nitrificación en el biofiltro consume alcalinidad y reduce el pH del sistema. [10] Mantener el pH en un rango adecuado (5,0-9,0 para sistemas de agua dulce) es crucial para mantener la salud tanto de los peces como del biofiltro. El pH normalmente se controla mediante la adición de alcalinidad en forma de cal (CaCO 3 ) o hidróxido de sodio (NaOH). Un pH bajo provocará niveles elevados de dióxido de carbono disuelto (CO 2 ), que puede resultar tóxico para los peces. [11] El pH también se puede controlar desgasificando el CO 2 en una columna empaquetada o con un aireador; esto es necesario en sistemas intensivos, especialmente cuando se utiliza oxigenación en lugar de aireación en tanques para mantener los niveles de O 2 . [12]
Todas las especies de peces tienen una temperatura preferida por encima y por debajo de la cual los peces experimentarán efectos negativos para la salud y, finalmente, la muerte. Las especies de aguas cálidas, como la tilapia y el barramundi, prefieren agua a 24 °C o más, mientras que las especies de aguas frías, como la trucha y el salmón, prefieren una temperatura del agua inferior a 16 °C. La temperatura también juega un papel importante en las concentraciones de oxígeno disuelto (OD), y las temperaturas más altas del agua tienen valores más bajos de saturación de OD. La temperatura se controla mediante el uso de calentadores sumergidos, bombas de calor , enfriadores e intercambiadores de calor . [13] Los cuatro pueden usarse para mantener un sistema funcionando a la temperatura óptima para maximizar la producción de pescado.
Los brotes de enfermedades ocurren más fácilmente cuando se trata de altas densidades de población de peces que normalmente se emplean en RAS intensivos. Los brotes se pueden reducir operando múltiples sistemas independientes en el mismo edificio y aislando el contacto agua con agua entre sistemas limpiando el equipo y el personal que se mueve entre los sistemas. [14] Además, el uso de un sistema de tratamiento de agua ultravioleta (UV) u ozono reduce la cantidad de virus y bacterias que flotan libremente en el agua del sistema. Estos sistemas de tratamiento reducen la carga de enfermedades que se produce en los peces estresados y, por lo tanto, reducen la posibilidad de un brote. [ cita necesaria ]
Alta inversión inicial en materiales e infraestructura. [20]
La combinación de plantas y peces en un RAS se conoce como acuaponía. En este tipo de sistema, el amoníaco producido por los peces no sólo se convierte en nitrato sino que las plantas también lo eliminan del agua. [22] En un sistema de acuaponía, los peces fertilizan eficazmente las plantas, lo que crea un sistema de circuito cerrado donde se generan muy pocos residuos y se minimizan los insumos. La acuaponía ofrece la ventaja de poder cosechar y vender múltiples cultivos. Existen opiniones contradictorias sobre la idoneidad y seguridad de los efluentes RAS para sostener el crecimiento de las plantas en condiciones de acuaponía. Las futuras conversiones, más bien 'actualizaciones', de granjas operativas de RAS a empresas semicomerciales de acuaponia no deberían verse disuadidas por argumentos de insuficiencia o seguridad de nutrientes. Se fomenta la incentivación de los desechos agrícolas de RAS mediante la acuaponía semicomercial. Los nutrientes encerrados en las aguas residuales y los lodos de RAS tienen nutrientes suficientes y seguros para sostener el crecimiento de las plantas en condiciones de acuaponía. [23]
Los acuarios domésticos y los acuarios comerciales del interior son una forma de RAS en los que la calidad del agua se controla muy cuidadosamente y la densidad de población de peces es relativamente baja. En estos sistemas el objetivo es exhibir los peces en lugar de producir alimentos. Sin embargo, todavía se utilizan biofiltros y otras formas de tratamiento del agua para reducir la necesidad de intercambiar agua y mantener la claridad del agua. [24] Al igual que en el RAS tradicional, el agua debe eliminarse periódicamente para evitar que se acumulen nitratos y otros productos químicos tóxicos en el sistema. Los acuarios costeros suelen tener altas tasas de intercambio de agua y normalmente no funcionan como RAS debido a su proximidad a una gran masa de agua limpia.
