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7.4 Unidad de Acuicultura

2 years ago

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Los tanques de cría de peces (tamaño, número y diseño) se seleccionan en función de la escala de producción y de las especies de peces en uso. Rakocy et al. (2006) utilizaron cuatro grandes tanques de cría para la producción comercial de O. niloticus en el sistema acuapónico UVI (EE.UU.). Con la producción de especies de peces omnívoras o piscívoras, como C. gariepinus, se deben utilizar varios tanques debido a la clasificación de las clases de tamaño y la producción escalonada (Palm et al. 2016). Los tanques de peces deben diseñarse de manera que los sólidos que se depositan en el fondo de los tanques puedan eliminarse efectivamente a través de un efluente en la parte inferior. Esta eliminación de residuos sólidos es el primer paso crucial del tratamiento del agua en la acuapónica acoplada, como es el caso de la acuicultura y la acuapónica desacoplada. Los residuos provienen de piensos no consumidos, heces de pescado, biomasa bacteriana y floculantes producidos durante la producción acuícola, aumentando la DBO y reduciendo la calidad del agua y la disponibilidad de oxígeno tanto en las unidades acuícolas como hidropónicas. En la acuicultura, los residuos sólidos consisten en gran medida en carbono orgánico, que es utilizado por bacterias heterotróficas para producir energía a través del consumo de oxígeno. Cuanto mejor sea la eliminación de residuos sólidos, mejor será el rendimiento general del sistema tanto para peces como para plantas, es decir, con niveles óptimos de oxigenación y sin acumulación de partículas en la rizosfera que inhiban la absorción de nutrientes, y con tanques redondos u ovalados que resulten particularmente eficientes (Knaus et al. 2015).

La producción de pescado en acuapónica acoplada en la FishGlassHouse en Alemania se probó a diferentes escalas para determinar la rentabilidad. Esto se hizo efectivamente como producción de bagre africano extensa (máx. 50 kg, 35 msup-3/sup) o intensiva (máx. 200 kg, 140 peces msup-3/sup). La producción semiintensiva (máx. 100 kg, 70 msup-3/sup de pescado) no puede recomendarse debido a un balance negativo de costes y beneficios. En el modo de producción semiintensiva, el mantenimiento del sistema, la mano de obra y los insumos de piensos fueron tanto como bajo producción intensiva, pero con menor producción de biomasa de peces y plantas, y cualquier ganancia económica en la unidad de acuicultura no dio frutos (Palm et al. 2017). Esto fue resultado de la alta demanda bioquímica de oxígeno (DBO), alta desnitrificación debido a la reducción de la disponibilidad de oxígeno, tasas de intercambio de agua relativamente altas, mineralización predominantemente anaeróbica con precipitaciones claras, bajos niveles de P y K, así como bajos valores de pH con mucho menos producción de peces en comparación con con las condiciones intensivas. Por el contrario, la extensa producción de peces permitió una mayor disponibilidad de oxígeno con menos tasas de intercambio de agua y una mejor disponibilidad de nutrientes para el crecimiento de las plantas. Por lo tanto, en las condiciones anteriores, una unidad de producción de peces RAS para acuapónica acoplada funciona en condiciones de producción pesquera extensa o intensiva, y deben evitarse las condiciones intermedias.

7.4.1 Filtración

Los clarificadores, a veces también llamados sedimentadores o separadores de remolinos (véase también Cap. 3), son los dispositivos más utilizados para la eliminación de desechos sólidos en acuapónica acoplada (Rakocy et al. 2006; Nelson and Pade 2007; Danaher et al. 2013, Fig. 7.4). Las partículas más grandes deben eliminarse del sistema para evitar zonas anóxicas con efectos desnitrificantes o el desarrollo de Hsub2/subs. La mayoría de los clarificadores utilizan laminillas o plaquitas de placas para ayudar en la eliminación de sólidos. Los fondos cónicos soportan la concentración de lodos en el fondo durante el funcionamiento y la limpieza, mientras que los fondos planos requieren grandes cantidades de agua para vaciar y eliminar el lodo. Durante el funcionamiento, los sólidos se hunden en el fondo del clarificador para formar lodos. Dependiendo de la entrada de alimentación y el tiempo de retención, este lodo puede acumularse para formar capas relativamente gruesas. La actividad microbiana dentro de las capas de lodo se desplaza gradualmente hacia condiciones anaeróbicas, estimulando la desnitrificación microbiana. Este proceso reduce el nitrato disponible en la planta y debe evitarse, especialmente si el agua de proceso se va a utilizar para la producción de plantas hidropónicas. En consecuencia, la desnitrificación puede ser contraproducente en acuapónica acoplada.

La densidad de los residuos sólidos eliminados por el clarificador es bastante baja, en comparación con otras tecnologías, el mantenimiento requiere mucho tiempo, y la limpieza del clarificador con agua dulce es responsable de la principal pérdida de agua de todo el sistema. La cantidad requerida de agua se ve afectada por su diseño general, la forma inferior y la accesibilidad de los deflectores de PVC al agua de lavado (Fig. 7.4a, b). El aumento de las densidades de las poblaciones de peces requiere mayores cantidades de intercambio de agua (todos los días de la semana en condiciones intensivas) para mantener una calidad óptima del agua para la producción de peces, lo que puede provocar la pérdida de grandes cantidades de agua de proceso, perdiendo también cantidades sustanciales de nutrientes necesarios para la planta crecimiento. Además, la sustitución por agua dulce introduce carbonatos de calcio y magnesio que pueden precipitarse con fosfatos. Por lo tanto, el uso de estos clarificadores operados manualmente hace casi imposible hacer predicciones sobre la composición del agua del proceso con respecto al crecimiento óptimo de la planta (Palm et al. 2019). Sería más eficaz seguir el ejemplo de Naegle (1977) de separación de lodos aeróbicos y anaeróbicos y la descarga gaseosa de nitrógeno con un sistema dual de lodos.

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Fig. 7.4 Principio de filtración acuapónica con un sedimentador (a-b) y (c) filtro de disco (PAL-Aquakulur GmbH, Abtshagen, Alemania) de bagre africano comercial (Clarias gariepinus) RAS en la FishGlasshouse (Universidad de Rostock, Alemania)

Se puede lograr una eliminación más eficaz de los residuos sólidos mediante filtros automáticos de tambor o disco, que proporcionan barreras mecánicas que retienen los sólidos, que luego se eliminan mediante el enjuague. Los nuevos desarrollos pretenden reducir el uso del agua de enjuague a través de tecnologías de aspiración, permitiendo la concentración de sólidos totales en los lodos hasta un 18% (Dr. Günther Scheibe, PAL-Aquakultur GmbH, Alemania, comunicación personal, Fig. 7.4c). Esta eliminación eficaz de residuos influye positivamente en la composición de los lodos, mejorando el control de las aguas efluentes para satisfacer mejor las necesidades hortícolas. Otra opción es la aplicación de múltiples clarificadores (sedimentadores) o componentes de eliminación de lodos en una fila.

Los biofiltros son otra parte esencial de la RAS, ya que convierten el nitrógeno amoniaco a través de la oxidación microbiana en nitrato (nitrificación). Aunque las raíces de las plantas y el propio sistema proporcionan superficies para nitrificar bacterias, la capacidad de controlar la calidad del agua es limitada. Los sistemas que no tienen biofiltración están restringidos a instalaciones mini o hobby con entradas de alimentación bajas. Tan pronto como aumente la biomasa de los peces y el aporte de piensos, se necesita una capacidad adicional de biofiltro para mantener una calidad adecuada del agua para el cultivo de peces y proporcionar cantidades suficientes de nitratos para el crecimiento de las plantas.

Para la acuapónica doméstica y de pequeña escala, los medios vegetales (grava o arcilla expandida, por ejemplo) pueden ser suficientes como biofiltros efectivos. Sin embargo, debido al alto potencial de obstrucción y, por tanto, al requisito de limpieza y mantenimiento manuales regulares, estos métodos no son adecuados para acuapónica comercial de mayor escala (Palm et al. 2018). Además, Knaus y Palm (2017a) demostraron que el uso de un biofiltro simple en un bypass ya aumentó la posible entrada diaria de alimentación en un sistema aquapónico acoplado al patio trasero en aproximadamente un 25%. Los biofiltros modernos que se utilizan en RAS intensivas son eficaces para proporcionar suficiente capacidad de nitrificación para la producción de peces y plantas. Debido al aumento de los costos de inversión, estos componentes son más aplicables en sistemas acuapónicos comerciales de mediana y mayor escala.

7.4.1.1 Hidroponía en Acuapónica Acoplada

En la acuapónica acoplada, se puede utilizar una amplia gama de subsistemas hidropónicos (véase también Cap. 4) según la escala de operación (Palm et al. 2018). A menos que la mano de obra no tenga un impacto significativo en el rendimiento (o el beneficio) y el sistema no sea demasiado grande, se pueden utilizar diferentes subsistemas hidropónicos al mismo tiempo. Esto es común en la acuapónica doméstica y de demostración que a menudo utilizan sistemas de sustrato de cama (arena, grava, perlita, etc.) en canales de reflujo y flujo, canales DWC (sistemas de cultivo de aguas profundas o balsas) e incluso a menudo canales de película de nutrientes hechos a sí mismos (NFT). La mayoría de la mano de obra son los sustratos de medios (arena/grava) en los canales de reflujo y flujo, que pueden obstruirse debido a la deposición de detritus y a menudo necesitan lavarse (Rakocy et al. 2006). Debido al manejo de los sustratos, estos sistemas suelen tener un tamaño limitado. Por otro lado, los subsistemas hidropónicos de DWC requieren menos mano de obra y son menos propensos al mantenimiento, lo que permite su adopción en áreas de plantación más grandes. Por esta razón, los subsistemas DWC se encuentran principalmente en sistemas domésticos a pequeños o semicomerciales, sin embargo, no generalmente en sistemas acuapónicos a gran escala. En el caso de una mayor producción acuapónica comercial, la proporción de mano de obra y mantenimiento en el sistema DWC sigue siendo demasiado alta. Incluso el uso de recursos hídricos y energía para el bombeo también son desfavorables para los sistemas de gran escala.

Si los sistemas acuapónicos cerrados están diseñados para una producción orientada al beneficio, el uso de mano de obra debe disminuir, mientras que la superficie de producción debe aumentar. Esto sólo es posible mediante la racionalización de la producción pesquera combinada con la aplicación de subsistemas hidropónicos de fácil uso. La técnica de película nutritiva (NFT) puede, en la actualidad, considerarse el sistema hidropónico más eficiente, combinando mano de obra baja con grandes áreas de cultivo de plantas y una buena proporción de costos de agua, energía y inversión. Sin embargo, no todas las plantas acuapónicas crecen bien en sistemas NFT y, por lo tanto, es necesario encontrar la elección de planta adecuada para cada subsistema hidropónico, lo que a su vez se correlaciona con el suministro de nutrientes de una especie específica de peces integrada en un diseño específico del subsistema hidropónico. Para la acuapónica acoplada, la carga de partículas a veces mayor en el agua puede ser problemática obstruyendo los goteos, las tuberías y las válvulas en las instalaciones NFT. Por lo tanto, los grandes sistemas acuapónicos deben contener una gestión profesional del agua con filtración mecánica eficaz para evitar bloqueos de recirculación. Cuando se garantiza el suministro continuo de agua a través de las tuberías, el sistema NFT se puede utilizar en todos los tipos de sistemas aquapónicos acoplados, pero es más recomendable para la producción en sistemas pequeños/semicomerciales y sistemas de gran escala (Palm et al. 2018).


Aquaponics Food Production Systems

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