Fitodepuración mixotrófica en sistemas de recirculación acuícola (RAS): desempeño de un cocultivo de microalgas y bacterias nitificantes inmovilizadas en matriz polimérica

Abstract

La acuicultura industrial ha crecido rápidamente debido al aumento en la demanda mundial de pescados y mariscos. Sin embargo, en los sistemas acuícolas que mantienen altos niveles de productividad, tiende a generar mayor inestabilidad ecológica; aproximadamente el 75% del alimento excretado en acuicultura intensiva, se elimina en forma de nitrógeno y fósforo que es vertido a cuerpos de agua. Por ello se han realizado esfuerzos de investigación tendiente a eliminar estos nutrientes-contaminantes, evitando la eutrofización además de promover la reutilización del agua en sistemas de acuicultura intensiva (RAS). Para el control de los nutrientes, se utilizan biofiltros de bacterias aerobias que favorecen el proceso de nitrificación. A pesar de las ventajas que los biofiltros representan, inconvenientes como la disminución en la concentración de oxígeno, acumulación de materia orgánica y dificultad de retroenjuague, entre otros. Por otra parte, es conocido que plantas acuáticas, macro y microalgas eliminan con eficacia nutrientes contaminantes (fitodepuración), consumiendo además carbono, nitrógeno y fosforo; condición no atribuible a los biofiltros nitrificantes. Dado lo anterior, el presente estudio tuvo como objetivo determinar la capacidad de depuración de un cocultivo de microalgas y bacterias nitrificantes aisladas de un cultivo de salmónidos e inmovilizadas en matriz polimérica, instaladas en fotobiorreactores del tipo batch recirculado y continuo, este último como parte de un RAS para cultivo de salmónidos. Los resultados muestran que el cultivo mixto es capaz de remover simultáneamente amonio, total del amonio nitrogenado (TAN), nitrato y fosfato desde un RIL acuícola. Además, se logró definir que el factor irradiancia posee un mayor efecto en el abatimiento de nutrientes respecto al mezclamiento, cuando de utiliza un sistema batch. Así mismo el cocultivo instalado en un fotobiorreactor continuo logro remover; amonio, TAN, nitrato y fosfato a una tasa aproximada de 8,8; 8,9 ; 14 y 6,4 mg L-1 h -1 , respectivamente, valores entre un 84,6% y un 97,6% superiores a lo informado por otras iniciativas mixotróficas experimentales. Por otra parte el sistema evaluado fue capaz de remover diariamente el TAN, a un promedio de 0,8 gramos por cada m2 de biomedio y 1,7 kilogramos por cada m3 biomedio, lo que representa un 85% y 100% más, respectivamente, de lo depurado por biofiltros nitrificantes utilizados en acuicultura.

Industrial aquaculture has grown rapidly due to the increase in world demand for fish and seafood. However, in aquaculture systems that maintain high levels of productivity, it tends to generate greater ecological instability; approximately 75% of the feed excreted in intensive aquaculture is eliminated in the form of nitrogen and phosphorus that is discharged into water bodies. For this reason, research efforts have been made to eliminate these nutrient pollutants, avoiding eutrophication and promoting water reuse in intensive aquaculture systems (IAS). For nutrient control, aerobic bacterial biofilters are used to promote the nitrification process. Despite the advantages of biofilters, there are disadvantages such as the decrease in oxygen concentration, accumulation of organic matter and difficulty of backflushing, among others. On the other hand, it is known that aquatic plants, macro and microalgae effectively eliminate nutrients-pollutants (phytodepuration), also consuming carbon, nitrogen and phosphorus; a condition not attributable to nitrifying biofilters. Given the above, the present study aimed to determine the depuration capacity of a co-culture of microalgae and nitrifying bacteria isolated from a salmonid culture and immobilized in a polymeric matrix, installed in recirculated and continuous batch bioreactors, the latter as part of a RAS for salmonid culture. The results show that the mixed culture is capable of simultaneously removing ammonium, total ammonium nitrogen (TAN), nitrate and phosphate from an aquaculture RIL. It was also possible to define that the irradiance factor has a greater effect on nutrient removal than mixing, when a batch system is used. Likewise, the co-culture installed in a continuous phobiorrecator was able to remove ammonium, TAN, nitrate and phosphate at a rate of approximately 8.8, 8.9, 14 and 6.4 mg L-1 h -1 , respectively, values between 84.6% and 97.6% higher than those reported by other experimental mixotrophic initiatives. Moreover, the system evaluated was able to remove TAN daily, at an average of 0.8 grams per m2 of biomedia and 1.7 kilograms per m3 biomedia, which represents 85% and 100% more, respectively, than that treated by nitrifying biofilters used in aquaculture.