Sistema de acuicultura de recirculación

Los sistemas de acuicultura de recirculación o recirculante (SAR) 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. 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. El principal beneficio de RAS es la capacidad de reducir la necesidad de agua limpia y fresca mientras se mantiene 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 estudios actualmente para determinar si el RAS es una forma viable de acuicultura intensiva.

Procesos de tratamiento de agua RAS

Se utiliza una serie de procesos de tratamiento para mantener la calidad del agua en las operaciones intensivas de piscicultura. Estos pasos a menudo se realizan en orden o, a veces, en tándem. Después de dejar el recipiente que contiene peces, el agua se trata primero para detectar sólidos antes de ingresar a un biofiltro para convertir el amoníaco, luego se produce la desgasificación y la oxigenación, a menudo seguidas de calentamiento/enfriamiento y esterilización. Cada uno de estos procesos se puede completar utilizando una variedad de métodos y equipos diferentes, pero a pesar de todo, todos deben llevarse a cabo para garantizar un entorno saludable que maximice el crecimiento y la salud de los peces.

Biofiltración

Todos los RAS se basan en la biofiltración para convertir el amoníaco (NH ₄ y NH ₃) excretado por los peces en nitrato. El amoníaco es un producto de desecho del metabolismo de los peces y las concentraciones altas (>.02 mg/L) son tóxicas para la mayoría de los peces. Las bacterias nitrificantes son quimioautótrofos 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. 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 se puede eliminar mediante un biofiltro desnitrificante o reemplazando el agua. Se requieren condiciones ambientales estables y mantenimiento regular para garantizar que el biofiltro funcione de manera eficiente.

Eliminación de sólidos

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. 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 asentarse en el fondo del tanque donde se enjuagan o se aspiran manualmente con un sifón. Sin embargo, este método no es viable para las operaciones RAS donde se desea una huella pequeña. La eliminación típica de sólidos de RAS implica un filtro de arena o un filtro de partículas donde los sólidos se alojan y se pueden retrolavar periódicamente fuera del filtro.Otro método común es el uso de un filtro de tambor mecánico en el que el agua pasa por un filtro de tambor giratorio que se limpia periódicamente con boquillas de aspersión presurizadas, y la suspensión 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 la adición de ozono (O ₃).

Oxigenación

La reoxigenación del agua del sistema es una parte crucial para obtener altas densidades de producción. Los peces requieren 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 a través de dos métodos, aireación y oxigenación. En la aireación, el aire se bombea a través de una piedra de aire 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 de aire necesaria para crear pequeñas burbujas, este método se considera ineficiente y, en cambio, el agua se oxigena bombeando oxígeno puro.Se utilizan varios métodos para garantizar que durante la oxigenación todo el oxígeno se disuelva en la columna de agua. Se debe realizar un cálculo y una consideración cuidadosos de la demanda de oxígeno de un sistema dado, y esa demanda debe satisfacerse con equipos de oxigenación o aireación.

Control de pH

En todos los RAS, el pH debe ser cuidadosamente monitoreado y controlado. El primer paso de nitrificación en el biofiltro consume alcalinidad y baja el pH del sistema. 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 generalmente se controla mediante la adición de alcalinidad en forma de cal (CaCO ₃) o hidróxido de sodio (NaOH). Un pH bajo dará lugar a altos niveles de dióxido de carbono disuelto (CO ₂), que puede resultar tóxico para los peces. El pH también se puede controlar desgasificando CO ₂ en una columna empacada o con un aireador, esto es necesario en sistemas intensivos, especialmente donde se usa oxigenación en lugar de aireación en tanques para mantener los niveles de O ₂.

Control de temperatura

Todas las especies de peces tienen una temperatura preferida por encima y por debajo de la cual ese pez experimentará efectos negativos para la salud y eventualmente 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 la temperatura del agua por debajo de los 16 °C. La temperatura también juega un papel importante en las concentraciones de oxígeno disuelto (OD), ya que 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. Los cuatro pueden usarse para mantener un sistema funcionando a la temperatura óptima para maximizar la producción de peces.

Bioseguridad

Los brotes de enfermedades ocurren más fácilmente cuando se trata de las altas densidades de población de peces que se emplean típicamente en los RAS intensivos. Los brotes se pueden reducir operando múltiples sistemas independientes con el mismo edificio y aislando el contacto agua a agua entre sistemas mediante la limpieza del equipo y el personal que se mueve entre los sistemas. Además, el uso de un sistema de tratamiento de agua ultravioleta (UV) o de 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.

Ventajas

• Requisitos de agua reducidos en comparación con los sistemas de acuicultura de canales o estanques.
• Reducción de las necesidades de tierra debido a la alta densidad de población
• Flexibilidad de selección del sitio e independencia de una gran fuente de agua limpia.
• Reducción del volumen de efluentes de aguas residuales.
• Mayor bioseguridad y facilidad en el tratamiento de brotes de enfermedades.
• Capacidad para monitorear y controlar de cerca las condiciones ambientales para maximizar la eficiencia de producción. Del mismo modo, la independencia del clima y las condiciones ambientales variables.

Desventajas

Tipos de alimentos	Emisiones de gases de efecto invernadero (g CO 2 -C eq por g de proteína)
Carne de rumiantes	62
Acuicultura de recirculación	30
Pesca de arrastre	26
Acuicultura sin recirculación	12
Cerdo	10
Aves de corral	10
Lácteos	9.1
Pesca sin arrastre	8.6
Huevos	6.8
raíces almidonadas	1.7
Trigo	1.2
Maíz	1.2
legumbres	0.25

Alta inversión inicial en materiales e infraestructura.

• Altos costos operativos principalmente debido a la electricidad y al mantenimiento del sistema.
• Necesidad de personal altamente capacitado para monitorear y operar el sistema.
• Mayores emisiones de gases de efecto invernadero que la acuicultura sin recirculación.

Tipos especiales de RAS

Acuaponia

La combinación de plantas y peces en un RAS se conoce como acuaponia. En este tipo de sistema, el amoníaco producido por los peces no solo se convierte en nitrato, sino que las plantas también lo eliminan del agua.En un sistema de acuaponía, los peces fertilizan las plantas de manera efectiva, esto crea un sistema de circuito cerrado donde se generan muy pocos desechos y se minimizan los insumos. La acuaponia ofrece la ventaja de poder cosechar y vender múltiples cultivos. Existen puntos de vista contradictorios sobre la idoneidad y seguridad de los efluentes RAS para sostener el crecimiento de las plantas en condiciones de acuaponia. Las futuras conversiones, más bien 'actualizaciones', de granjas RAS operativas a empresas acuapónicas semicomerciales no deben ser disuadidas por la insuficiencia de nutrientes o los argumentos de seguridad de los nutrientes. Se recomienda incentivar los desechos agrícolas RAS a través de acuaponia semicomercial. Los nutrientes encerrados en las aguas residuales y lodos de RAS tienen nutrientes suficientes y seguros para sostener el crecimiento de las plantas en condiciones de acuaponia.

Acuarios

Los acuarios domésticos y los acuarios comerciales interiores son una forma de RAS donde 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 cambiar el agua y mantener la claridad del agua. 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 a menudo tienen altas tasas de intercambio de agua y, por lo general, no funcionan como RAS debido a su proximidad a una gran masa de agua limpia.