Tecnologías para mejorar la aireación y el tratamiento de aguas residuales en la acuacultura del camarón

Un equipo de investigadores de la Can Tho University (Vietnam) publicaron una revisión científica en donde presentan las tecnologías avanzadas más recientes que se emplean para mejorar la aireación y el tratamiento de aguas residuales en la acuacultura del camarón. Además, el estudio también presenta un modelo de energía sustentable que se está estudiando y desarrollando para la aireación y el tratamiento de  aguas residuales en granjas camaroneras.

Un mar de desafíos

La intensificación de la producción camaronícola, necesaria para satisfacer la demanda, ha llevado a un aumento dramático en el consumo de  agua y energía. Los sistemas de aireación, fundamentales para mantener la vida de los camarones, son grandes consumidores eléctricos. Además, la descarga de aguas residuales cargadas de nutrientes y contaminantes plantea graves riesgos para los ecosistemas acuáticos.

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El oxígeno: un recurso esencial

Los camarones, al igual que cualquier organismo acuático, requieren oxígeno para sobrevivir y crecer. En los estanques de cultivo, la concentración de oxígeno disuelto (OD) es un factor crítico. Los sistemas de aireación trabajan incansablemente para mantener niveles adecuados de OD, pero su funcionamiento implica un alto consumo energético.

Aguas residuales: una bomba de tiempo

Las granjas camaroneras generan grandes volúmenes de aguas residuales ricas en nutrientes como nitrógeno y fósforo. Si no se tratan adecuadamente, estas aguas pueden causar eutrofización, proliferación de algas y muerte de organismos acuáticos. Además, contienen antibióticos y otros químicos utilizados en la producción, lo que agrava la contaminación.

Estado actual de la técnica en sistemas de aireación

La aireación es el proceso de aumentar los niveles de oxígeno disuelto (OD) en el agua del estanque. La presión atmosférica es más alta que la del estanque de agua, lo que lleva el oxígeno del aire al agua en la superficie del estanque y lo hace circular sobre el cuerpo de agua en forma de burbujas.

Hay dos tipos principales de aireación que se utilizan en la acuacultura del camarón: aireación natural y aireación artificial.

Aireación natural:

• Durante el día, los niveles de OD aumentan debido a la fotosíntesis del fitoplancton y las plantas acuáticas.
• Este proceso suele ser insuficiente para los camarones, que viven en las capas inferior y media del estanque.
• La cría intensiva de camarones ha aumentado la demanda de OD, lo que hace necesaria la aireación artificial.

Aireación artificial:

• Mejora el contacto entre las interfaces de  agua y aire para aumentar la mezcla de oxígeno.
• Compensa la respiración de las especies cultivadas y la descomposición de la materia orgánica.
• Alivia la estratificación de OD en las columnas de agua a través de la circulación del agua.

Tipos de aireadores

La aireación es fundamental para el cultivo de camarones en alta densidad, y un aspecto fundamental es el determinar el tipo y el número adecuado de aireadores. El estudio describe los sistemas de aireación actuales y sus principales características.

1. Aireadores de salpicadura:

• Emplean energía mecánica para descomponer el agua en gotitas.
• Algunos ejemplos son los aireadores de rueda de paletas, los aireadores en espiral, los pulverizadores de bomba y las bombas verticales.
• Los aireadores de rueda de paletas son los aireadores de superficie más eficaces.

2. Aireadores de burbujeo:

• Liberan burbujas de aire en el agua.
• Algunos ejemplos son los aireadores difusos, los aspiradores de hélice y los aireadores sumergibles.
• Los aireadores difusos son energéticamente eficientes, lo que reduce los costos de operación.

3. Aireadores de gravedad:

• Aumentan el área interfacial entre el agua y el aire haciendo fluir el agua sobre escalones.
• Algunos ejemplos son los aireadores en cascada escalonados, los aireadores en cascada escalonados circulares y los aireadores escalonados circulares en piscina.
• Los aireadores escalonados circulares en piscina tienen altas tasas de transferencia de aireación y eficiencia.

Estado de la energía utilizada en los sistemas de acuicultura de camarones

La acuicultura intensiva aumenta la producción de alimentos, pero también plantea desafíos relacionados con la energía. El aumento de los precios de la energía puede afectar la seguridad alimentaria. Los factores clave que afectan la demanda de energía en la acuicultura incluyen las especies cultivadas, los sistemas de cultivo, la escala, la tecnología y las condiciones locales. Los sistemas de aireación son particularmente intensivos en energía, consumiendo alrededor del 90-95% de la energía total en las operaciones de cultivo de camarones. Los motores eléctricos se utilizan comúnmente por su eficiencia, confiabilidad y bajo mantenimiento. En áreas remotas o fuera de la red, a menudo se utilizan generadores diésel.

Avances recientes en sistemas de aireación

Aireación energéticamente eficiente:

• Estrategias como el control intermitente y el control inteligente reducen el consumo de energía.
• Las modificaciones de diseño mejoran la eficiencia de la aireación y reducen los costos.

Nuevas tecnologías de aireación:

• Los nuevos aireadores, como los aireadores de impulsor, los agitadores de  agua centrífugos y los dispositivos de aireación de tubos, mejoran la oxigenación al tiempo que ahorran energía.

Integración de energía renovable:

• Se están utilizando fuentes de energía renovable como sistemas fotovoltaicos, energía eólica y biogás para alimentar los sistemas de aireación, lo que reduce la dependencia de combustibles fósiles y los costos operativos. Algunos ejemplos incluyen sistemas fotovoltaicos autónomos, sistemas fotovoltaicos flotantes y barcos de trabajo propulsados ​​por hidrógeno.

Estos avances tienen como objetivo equilibrar los niveles óptimos de oxígeno disuelto necesarios para la salud y el crecimiento del camarón con la eficiencia energética y la rentabilidad, lo que contribuye a la sostenibilidad de las operaciones de acuicultura.

Estado del Arte en el Tratamiento de Aguas Residuales en la Acuacultura de Camarones

La acuacultura de camarones enfrenta diversos desafíos relacionados con la gestión de residuos, incluyendo sólidos suspendidos y químicos que pueden afectar la calidad del agua y la sostenibilidad ambiental. A continuación, exploramos las fuentes de desechos en los sistemas acuícolas de camarones y las innovaciones recientes en el tratamiento de aguas residuales de la industria camaronera.

Fuentes de desechos en sistemas de acuacultura de camarones

Los desechos sólidos, compuestos principalmente por alimento no consumido y materia fecal, pueden impactar significativamente el crecimiento de los camarones y el rendimiento de la acuicultura. Los sólidos suspendidos (pequeñas partículas que son transportadas por el agua) y los sólidos sedimentados (partículas que se hunden al fondo) presentan riesgos importantes para la calidad del agua y la vida acuática si no se gestionan adecuadamente. Los sólidos suspendidos pueden reducir la disponibilidad de luz, crucial para el crecimiento del fitoplancton, afectando así las fuentes naturales de alimento para los animales acuáticos. Métodos convencionales de eliminación de sólidos finos, como la coagulación y sedimentación, son efectivos en estos casos.

Sobrecarga de Nutrientes

La acumulación excesiva de nutrientes, especialmente nitrógeno y fósforo, puede provocar la proliferación de algas, impactando negativamente la acuicultura de camarones. La descomposición de materia orgánica produce amoníaco y nitritos, sustancias nocivas para los peces. La oxidación del amoníaco produce nitrato, generalmente seguro para la mayoría de las especies cultivadas. Sin embargo, la sobreconcentración de nitrato y fósforo puede llevar a la eutrofización, afectando gravemente el ecosistema acuático.

Uso de Químicos

Reducir el uso de químicos en la acuicultura es un paso significativo hacia prácticas más sostenibles. La acuicultura moderna ha reducido estrictamente la dependencia de químicos usados para la profilaxis, tratamiento de enfermedades, anestésicos y antiparasitarios. El uso excesivo o inapropiado de sustancias como sales y cal puede contribuir a la contaminación si no se maneja correctamente.

Avances Recientes en el Tratamiento de Aguas Residuales

Cavitación

La cavitación es un método eficaz para el tratamiento de  aguas residuales que no requiere reactivos ni luz ultravioleta. Este método minimiza los subproductos y puede reducir los contaminantes en el  agua residual, destruyendo la estructura celular de bacterias y otros microorganismos.

Nanomateriales

Los nanomateriales, como nano adsorbentes y membranas basadas en nanofibras, se utilizan para adsorber contaminantes y reducir significativamente la cantidad de nitratos y fosfatos. Aunque esta tecnología es emergente, ha mostrado una alta eficiencia en la eliminación de partículas pequeñas y contaminantes en el agua residual.

Sistemas de Alta Tasa de Algales

Los sistemas de alta tasa de algales son una tecnología práctica y rentable que elimina completamente amonio, nitratos y fosfatos, tratando más del 80% de la materia orgánica. Las plantas acuáticas como Picochlorum maculatum son efectivas en la absorción de estos nutrientes en los sistemas de tratamiento de aguas residuales de camarones.

Fermentación Aeróbica Termofílica en Estado Sólido

Esta técnica innovadora produce nutrientes limpios, incluidos gases de amonio, que pueden usarse para cultivar algas. Requiere un entendimiento profundo de los requisitos biológicos y las condiciones ambientales locales para su implementación efectiva.

Tecnología de Biofloc

La tecnología de biofloc utiliza bacterias para mejorar la calidad del agua y el crecimiento de los camarones. Este enfoque biológico ayuda a eliminar amoníaco, nitratos y sólidos orgánicos disueltos en los sistemas de recirculación acuícola, aumentando el rendimiento de los agricultores y conservando el agua.

Conclusión

El estudio presenta las siguientes conclusiones:

1. Impactos Socioeconómicos y Gestión Inadecuada: La acuicultura de camarones ha enfrentado impactos socioeconómicos debido a prácticas de gestión inadecuadas. Este estudio revisa las tecnologías recientes en la gestión de la aeración y el tratamiento de aguas residuales en la industria del camarón.
2. Modificaciones Tecnológicas: Los enfoques tecnológicos para los sistemas de aeración y tratamiento de aguas residuales en la acuicultura de camarones han sido modificados continuamente para abordar desafíos específicos. Estas modificaciones buscan mejorar la eficiencia energética y proteger el medio ambiente.
3. Tecnología Integrada: La integración de tecnologías adecuadas ofrece una mayor eficiencia en comparación con los enfoques independientes. Esta integración promueve la sostenibilidad, mejora el crecimiento de los camarones, protege los ecosistemas circundantes y asegura el cumplimiento de las regulaciones de descarga y calidad del  agua.
   
4. Sistema Híbrido Propuesto: Se propone un sistema híbrido que combina un sistema de aeración avanzado con un sistema de tratamiento de  aguas residuales de múltiples etapas. Este sistema puede reducir significativamente la huella ambiental, minimizar el consumo de energía, gestionar eficazmente la calidad del agua y promover el desarrollo sostenible de la acuicultura de camarones.
5. Necesidad de Optimización y Validación: Aunque la tecnología es prometedora, aún no ha alcanzado la madurez y requiere más estudios para su optimización y validación efectiva. En el largo plazo, el modelo de energía sostenible propuesto será un avance significativo con el objetivo final de lograr la viabilidad financiera y la sostenibilidad ambiental para la industria del camarón y la acuicultura en general.

El estudio fue financiado por el Postdoctoral Scholarship Programme del Vingroup Innovation Foundation (VINIF).

Fuente: AquaHoy