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3.1 Introducción

2 years ago

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Los sistemas acuícolas de recirculación (RAS) describen sistemas intensivos de producción de peces que utilizan una serie de pasos de tratamiento del agua para depurar el agua de cría y facilitar su reutilización. Las RAS incluirán generalmente: 1) dispositivos para eliminar partículas sólidas del agua compuestos por heces de pescado, piensos no consumidos y flotas bacterianas (Chen et al. 1994; Couturier et al. 2009), 2) biofiltros nitriantes para oxidar el amoníaco excretado por los peces a nitrato (Gutierrez-Wing y Malone 2006) y 3) un número de dispositivos de intercambio de gases para eliminar el dióxido de carbono disuelto expulsado por los peces, así como la adición de oxígeno requerido por los peces y las bacterias nitrificantes (Colt and Watten 1988; Moran 2010; Summerfelt 2003; Wagner et al. 1995). Además, RAS también puede utilizar la irradiación UV para la desinfección del agua (Sharrer et al. 2005; Summerfelt et al. 2009), ozonización y desnatación de proteínas para sólidos finos y control microbiano (Attramadal et al. 2012a; Gonçalves y Gagnon 2011; Summerfelt y Hochheimer 1997) y sistemas de desnitrificación para eliminar nitratos (van Rijn y otros 2006).

La moderna tecnología acuícola de recirculación se ha desarrollado durante más de 40 años, pero las nuevas tecnologías ofrecen cada vez más formas de cambiar los paradigmas de las RAS tradicionales, incluyendo mejoras en procesos clásicos como la captura de sólidos, la biofiltración y el intercambio de gases. La RAS también ha experimentado importantes avances en términos de escala, capacidad de producción y aceptación del mercado, con sistemas cada vez más grandes y robustos.

En este capítulo se analiza cómo la tecnología RAS se ha desarrollado en las últimas dos décadas desde un período de consolidación tecnológica hasta una nueva era de implementación industrial.

3.1.1 Historia de RAS

La primera investigación científica sobre RAS llevada a cabo en Japón en la década de 1950 se centró en el diseño de biofiltros para la producción de carpas impulsada por la necesidad de utilizar recursos hídricos localmente limitados de manera más productiva (Murray et al. 2014). En Europa y los Estados Unidos, los científicos intentaron también adaptar las tecnologías desarrolladas para el tratamiento de aguas residuales domésticas a fin de reutilizar mejor el agua dentro de los sistemas de recirculación (por ejemplo, procesos de lodos activados para el tratamiento de aguas residuales, goteo, biofiltros sumergidos y de flujo descendente y varios sistemas de filtración). Estos primeros esfuerzos incluyeron principalmente trabajos sobre sistemas marinos para la producción de peces y crustáceos, pero pronto se adoptaron en regiones áridas donde el sector agrícola está restringido por el abastecimiento de agua. En acuicultura, se han diseñado diferentes soluciones para maximizar el uso del agua, incluyendo sistemas de recirculación altamente intensivos que incorporan sistemas de filtración de agua como filtros de tambor, filtros biológicos, espumadores de proteínas y sistemas de inyección de oxígeno (Hulata y Simon 2011). A pesar de la fuerte convicción de los pioneros de la industria sobre la viabilidad comercial de su trabajo, la mayoría de los primeros estudios se centraron exclusivamente en la oxidación de residuos tóxicos de nitrógeno inorgánico derivados del metabolismo proteico. La confianza en la tecnología se vio reforzada por el funcionamiento exitoso de acuarios públicos y domésticos, que generalmente cuentan con unidades de tratamiento de gran tamaño para garantizar el agua cristalina. Además, las densidades de existencias extremadamente bajas y los insumos de piensos asociados significaron que esa sobreingeniería todavía contribuía relativamente pequeña a los costos de capital y de funcionamiento del sistema en comparación con las RAS intensivas. En consecuencia, no se tuvieron en cuenta los cambios en la dinámica de los procesos asociados con el cambio de escala, lo que dio lugar a la reducción del tamaño de las unidades de tratamiento de la RAS a fin de minimizar los costos de capital. Como consecuencia, los márgenes de seguridad eran demasiado estrechos o inexistentes (Murray et al. 2014). Debido a que muchos de los científicos pioneros tenían antecedentes biológicos y no de ingeniería, las mejoras técnicas también se vieron limitadas por la falta de comunicación entre científicos, diseñadores, personal de construcción y operadores. La elaboración de una terminología normalizada, unidades de medida y formatos de presentación de informes en 1980 (EIFAC/CIEM 1980) contribuyó a resolver la situación, aunque aún persistían las diferencias regionales. No fue hasta mediados de la década de 1980 que los parámetros cíclicos de calidad del agua se reconocieron como importantes en la producción de estanques, por ejemplo, midiendo periódicamente las concentraciones de pH, oxígeno, TAN (nitrógeno amoniaco total), NO2 (nitrato), DBO (demanda bioquímica de oxígeno) y DQO (demanda química de oxígeno).

En la última parte del siglo pasado, se publicaron numerosos artículos sobre el desarrollo temprano de la RAS. Rosenthal (1980) analizó el estado de los sistemas de recirculación en Europa occidental, mientras que Bovendeur et al. (1987) desarrollaron un sistema de recirculación de agua para el cultivo del bagre africano en relación con la producción de residuos y la cinética de eliminación de residuos (se presentó un diseño para un sistema de tratamiento de aguas compuesto por un clarificador primario y un reactor aeróbico de película fija que demostró resultados satisfactorios para el cultivo de alta densidad del bagre africano). Este trabajo formó parte del rápido desarrollo de los sistemas de cultivo de peces hasta mediados de la década de 1990 en Europa septentrional y occidental (Rosenthal y Black 1993), así como en América del Norte (Colt 1991). Nuevas clasificaciones, como la clasificación según la forma en que el agua fluye a través de un sistema acuícola, proporcionaron información clave con respecto a los procesos de calidad del agua que son importantes para la producción de peces (Krom y van Rijn 1989). En trabajos posteriores de van Rijn (1996), se introdujeron conceptos centrados en los procesos biológicos subyacentes a los sistemas de tratamiento. Las conclusiones de este trabajo fueron que la incorporación de métodos para reducir la acumulación de lodos y nitratos resultó en condiciones de calidad del agua más estables dentro de las unidades de cultivo. Durante este período, la producción de RAS aumentó significativamente en volumen y diversidad de especies (Rosenthal 1980; Verreth y Eding 1993; Martins et al. 2005). Hoy en día, más de 10 especies se producen en RAS (bagre africano, anguila y trucha como principales especies de agua dulce y rodaballo, lubina y lenguado como especies marinas principales) (Martins et al 2010b), convirtiéndose también en un elemento crucial en la producción de larvas y juveniles de diversas especies.

Si bien se han alcanzado o pronto se alcanzarán los máximos rendimientos sostenibles de muchas especies acuáticas silvestres, y muchas especies ya están sobreexplotadas, RAS se considera una tecnología clave que ayudará al sector acuícola a satisfacer las necesidades de especies acuáticas en las próximas décadas (Ebeling y Timmons 2012).

3.1.2 Una breve historia de la acuapónica en el contexto de la RAS

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Fig. 3.1 Chinampas (jardines flotantes) en Centroamérica — construcción artificial de islas como antecedente de la tecnología acuapónica. (De Marzolino/ Shutterstock.com)

La acuapónica es un término que ha sido 'acuñado' en la década de 1970, pero en la práctica tiene raíces antiguas, aunque todavía hay discusiones sobre su primera aparición. Las islas agrícolas aztecas cultivadas conocidas como chinampas (las primeras 1150—1350CE), en un sistema considerado por algunos como la primera forma de acuapónica para uso agrícola (Fig. 3.1). En tales sistemas, las plantas se criaron en islas estables, o en algún momento móviles y flotantes colocadas en aguas poco profundas del lago, donde el lodo rico en nutrientes podría ser dragado de los canales chinampa y colocado en las islas para apoyar el crecimiento de las plantas (Crossley 2004).

Un ejemplo incluso anterior de acuapónica comenzó en el otro lado del mundo en el sur de China y se cree que se ha extendido dentro del sudeste de Asia, donde colonos chinos de Yunnan se establecieron alrededor del 5 de la CE. Los agricultores cultivaron y cultivaron arroz en arrozales en combinación con pescado (FAO 2001). Estos sistemas de cultivo policultural existían en muchos países del Lejano Oriente para la cría de peces como la locha oriental (Misgurnus anguillicaudatus) (Tomita-Yokotani et al. 2009), la anguila de pantano (fam. Synbranchidae), carpa común (Cyprinus carpio) y carpa crucian (Carassius carassius) (FAO 2004). En esencia, sin embargo, estos no eran sistemas acuapónicos, pero pueden describirse mejor como primeros ejemplos de sistemas integrados de acuicultura (Gómez 2011). En el siglo XX, los primeros intentos de crear sistemas de producción de pescado prácticos, eficientes e integrados junto a las verduras se realizaron en la década de 1970 con el trabajo de Lewis y Naegel (Lewis y Wehr 1976; Naegel 1977; Lewis et al. 1978). Otros sistemas tempranos fueron diseñados por Waten y Busch en 1984 y Rakocy en 1989 (Palm et al. 2018).


Aquaponics Food Production Systems

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