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EFICIENCIA

DE LA IRRADIACIÓN

ULTRAVIOLETA SOBRE LA MEJORA EN LA CALIDAD DEL AGUA DE

SISTEMAS ACUÍCOLA.

Alicia Núñez

DE

RECIRCULACIÓN


INTRODUCCIÓN El recurso agua es esencial tanto para la vida como para la propia civilización humana, es el motor sustancial para desarrollar reacciones bioquímicas que hacen posible el proceso de la actividad vital de cualquier ser vivo.  Una creciente población no solo lleva a la necesidad de más demanda hídrica, sino que además significa que la sociedad buscará satisfacer sus necesidades a partir de actividades industriales, de agricultura y acuacultura. 


Según las revisiones de la FAO algunos países han comenzado a restringir el uso de recursos terrestres y acuáticos para la producción de organismos acuáticos. (Morales y Morales, 2006 ; NACA, 2006). La producción en las granjas acuícolas depende directamente de la cantidad de agua y su calidad, la capacidad de carga de una granja es el balance entre los factores bióticos (animales acuáticos) y los factores abióticos (agua). Los problemas que actualmente se tienen en granjas acuícolas relacionados con la cantidad de agua son: altas tasas de recambio y sobrepoblación de los espacios de cultivo (Klontz, 1991)


Una de las soluciones que se han encontrado para aumentar la producción maximizando el uso del recurso agua es el sistema de reuso del agua: un conjunto de procesos que involucra biofiltros mecánicos y biológicos así como sedimentadores de materia orgánica en suspensión para mantener el agua recirculando y con buena calidad (Mayo, 1991)


PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 

El desequilibrio que se produce en los ciclos biológicoquímicos del agua, en particular el ciclo carbono/nitrógeno íntimamente ligado a microorganismos autótrofos y heterótrofos es un factor que aún no ha podido ser controlado.


PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN 

¿Cuál es la eficiencia de la irradiación ultravioleta para mejorar la calidad del agua en un sistema de recirculación acuícola?

OBJETIVO GENERAL Estudiar la eficiencia de la irradiación ultravioleta (UV) sobre la población bacteriana heterótrofa y autótrofa en una producción acuícola con recirculación de agua.


OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar la eficiencia de luz UV sobre la población bacteriana heterótrofa. Determinar la eficiencia de luz UV sobre la población bacteriana autótrofa. Determinar la eficiencia de luz UV sobre la población bacteriana amonificante y desnitrificante. Estudiar la eficiencia de la luz UV en función de la turbidez Determinar la variación de fitoplancton a lo largo de un ciclo de cultivo.


LUZ ULTRAVIOLETA 

La luz ultravioleta es la porción del espectro electromagnético que se encuentra entre los rayos X y la luz visible. Se han definido cuatro regiones del espectro UV.

Longitudes de onda germicidas

Fig.1 Espectro del ultravioleta (longitudes de onda en nm)


CICLO DEL NITRÓGENO 

El metabolismo de algunos tipos de bacterias oxidan el amonio (NH3) a nitrito (NO2-) y posteriormente a NO3- . El NO3- que resulta del proceso de nitrificación es absorbido por las plantas y convertido en formas orgánicas como aminoácidos y proteínas.

Fig.3. Ciclo de nitrógeno en ambientes acuáticos


Sin embargo los niveles inorgánicos de nitrógeno se acumulan y los procesos del ciclo del nitrógeno , especialmente en lo que se refiere a bacterias autótrofas, son esenciales para reducir el agua de descarga y en consecuencia actuar en mejora del medio ambiente. El nitrato suele alcanzar altas concentraciones en los sistemas de recirculación puesto que se utilizan filtros biológicos para el proceso de nitrificación y para el retiro del amoníaco y después de un periodo de tiempo, el sistema llega a colapsar y es obligatorio un recambio para contrarrestar el exceso de nitrato y mantener la calidad del agua en los sistemas


METODOLOGÍA


SISTEMAS DE RECIRCULACIÓN 

Ciclo de cultivo completo de niloticus.

tilapia Oreochromis

Sistema pre-cría/levante con 9 tinas existiendo una biomasa total de 4950 organismos, un biofiltro Wet- dry Sistema de engorde de 6 tinas con una biomasa total de 3450 organismos, un biofiltro semisumergido de 7 m3 de medio biofiltrante

Los dos sistemas estan equipados con un equipo de luz UV con su respectiva capacidad,un sedimentador y un cárcamo.


EQUIPO UV. El equipo utilizado para el sistema de recirculación pre-cría/levante es un modelo Smart Uv Sterilizer 02065/65 con 1 lámpara de 65 vatios, una salida de luz UV-C de 25 vatios, con una dimensión de 70.5 x 35.5 pulgadas y voltaje de 120VAC 50/Hz

El equipo de luz UV que se utilizo en el sistema de Engorde es un modelo Premium High-Output Multilamp UV COM6750HO-6F, con una entrada de 750 vatios y una salida de luz UV-C de 275 vatios, cuenta con 5 lámparas


CUANTIFICACIÓN DE LA POBLACIÓN BACTERIANA HETERÓTROFA. 

Para la preparación de la muestra se siguió la NOM-110-SSA1-1994. Preparación y Dilución de Muestras de Alimentos para su Análisis Microbiológico Las diluciones seriadas se realizaron dependiendo de la carga bacteriana que se encontraba en el sistema durante el ciclo de cultivo, en promedio se usaron 2 diluciones (1:10, 1:100)

Se utilizó la norma oficial mexicana NOM-092-SSA1-1994. Método para la cuenta de bacterias aerobias en placa, para la inoculación y conteo bacteriano


CUANTIFICACIÓN SOBRE LA POBLACIÓN BACTERIANA AUTÓTROFA. 

Componentes para la elaboración del medio de cultivo:

Lista de material en base 1000 ml Material

Cantidad

KN02

2g

*Stock

100 ml

Trazas

1 un

Azul Bromotimol

0.08g

Se determinó el número de tubos positivos según el color y se recurrió a la tabla de McGrady en busca del numero mas probable..

Muestra 1 ml

1 ml

10-1

1 ml

1 ml

1 ml

10-2

10-3

10-4

10-5


CUANTIFICACIÓN DE LA POBLACIÓN BACTERIANA DESNITRIFICANTE. Para el medio de cultivo se utilizó caldo Nitrato.  A los tubos se les aplica una campana invertida (Durham) que permitió medir la cantidad de gas producido. 

Se dejaron en incubación a 27 ± 2°C durante 24 horas

Muestra 1 ml

1 ml

1 ml

10-2

10-3

10-4

1 ml

10-1 1 ml

10-5


CUANTIFICACIÓN

DE LA POBLACIÓN BACTERIANA

AMONIFICANTE  Medio de cultivo (Lista de material en base 1000ml)

Material

Cantidad

Aspargina

30 g

K2HPO4

1.0 g

Mg SO4-7H2O

.5 g Muestra

1 ml

10-1

1 ml

1 ml

1 ml

10-2

10-3

10-4

10-5

horas

a

1 ml

La incubación fue por temperatura de 27 ± 2°C

24

una


Una vez determinado el número de tubos positivos según colorimetria, se recurrirá a la tabla de McGrady en busca del numero mas probable.


TURBIDEZ 

Para la turbidez se utilizaron 2 espectrofotĂłmetros, uno marca Hach DR/2500 con una longitud de onda de 622 nm y el otro marca thermoSpectronic con una longitud de onda entre 610 y 622 nm de luz visible.


CUANTIFICACIÓN DE FITOPLANCTON.

Cámara de Neubauer utilizando 10μl de muestra en un microscopio marca LEICA DME a una magnitud de 40x

A

B

D

C

Algas total: A+B+C+D

Diagrama de la cámara de Neubauer y cuadrantes de conteo.


RESULTADOS


ANÁLISIS DESCRIPTIVO DE LA RELACIÓN CARGA BACTERIANA HETERÓTROFA/TURBIDEZ DEL SISTEMA DE PRE- CRÍA

La eficiencia en el sistema de recirculación acuícola de pre-cría alcanzó un punto máximo de 53.9% con una turbidez de 16.8 UNT a la cuarta semana de tratamiento.


ANÁLISIS DESCRIPTIVO DE LA RELACIÓN DE CARGA BACTERIANA HETERÓTROFA/TURBIDEZ, DEL SISTEMA DE ENGORDE

Para el sistema de recirculación de engorde la eficiencia máxima alcanzada se presentó durante la cuarta semana de tratamiento con un 54% y con una turbidez de 11.8 UNT.


EFECTO DE LAS HORAS DE EXPOSICIÓN UV SOBRE LA CONCENTRACIÓN DE BACTERIAS AMONIFICANTES DEL SISTEMA DE ENGORDE.

La concentración bacteriana amonificante origino una elevada concentración en la presencia de amoniaco libre o ion amonio lo cual se considera como un indicador de contaminación peligrosa ( Sardiñaz y Pereza, 2004).


EFECTO DE LAS HORAS DE EXPOSICIÓN AL UV SOBRE LA CONCENTRACIÓN DE BACTERIAS NITRIFICANTES DEL SISTEMA DE ENGORDE

Se observó una disminución a partir de las 48 horas de exposición con una media general de 66.1 ± 24%. La reducción más alta registrada fue durante la segunda semana con 93.7% cuando la turbidez se encontraba con una media de 7.7 ±0.9 UNT. En la ultima semana presento una reducción del 44.4%.


EFECTO DE LAS HORAS DE EXPOSICIÓN AL UV SOBRE LA CONCENTRACIÓN DE BACTERIAS AUTÓTROFAS DEL SISTEMA DE ENGORDE

Respecto a la carga bacteriana autótrofa el sistema presentó una eficiencia, durante las dos primeras semanas de tratamiento del 75% obteniendo únicamente un 25% de reducción; A partir de la quinta semana se presentó un descenso del 80% de la carga bacteriana autótrofa.


CONCENTRACIÓN DE FITOPLANCTON EN RELACIÓN CON LAS HORAS DE EXPOSICIÓN UV DURANTE EL CICLO DE CULTIVO DEL SISTEMA DE ENGORDE

• El punto de mayor reducción en la semana 8 a las 72 horas de exposición UV con el 85%. A las 72 horas de irradiación el fitoplancton asumió una reducción general del 71 ±10.4%.


DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN


A partir de la quinta semana de tratamiento tanto el sistema de pre- cría como el sistema de engorde presentaron aumentos significativos en la carga bacteriana heterótrofa (16 y 11.8 UNT) Partiendo de esto se estableció a la cuarta semana de tratamiento como el tiempo máximo en el que los la luz UV es eficiente en los sistemas de recirculación estudiados.

La turbidez se consideró como la principal limitante para mejorar la calidad del agua con irradiación UV, tal como se observó en las ultimas semanas de los sistemas, en el sistema de pre-cría la turbidez fue de 27.61 ±0.5 UNT y la reducción fue de únicamente del 19%. En el sistema de engorde se obtuvo una elevada turbidez de 28.3 ±2.1 UNT obteniendo únicamente un 5% de eficiencia. A medida que se presentaba un aumento en la turbidez se evidenciaba una mayor concentración bacteriana heterótrofa.


El comportamiento del fitoplancton en el sistema de engorde presentó una reducción secuencial a lo largo de todo el periodo de irradiación UV durante las semanas de tratamiento. La reducción máxima alcanzada fue de 85% durante la octava semana de tratamiento, ésta alta reducción se debe a la bajada de actividad fotosintética ocasionada por los rayos UV


La eficiencia de un equipo de UV para mejorar la calidad del agua de los sistemas de recirculaciรณn y evitar los recambios no estรก en funciรณn de la cantidad de horas que se deje irradiando sino en la concentraciรณn de turbidez y en la capacidad de penetraciรณn de la luz UV a las laminas de agua recirculantes.


Para mantener sistemas de recirculación en la modalidad de Cero recambio y con esto optimizar el uso del recurso hídrico es necesario el estudio especifico de cada componente durante el diseño de un SRA (filtros). 

Se sugiere la aplicación de herramientas ingenieriles enfocadas al manejo de la carga organica acumulativa durante todo el ciclo de cultivo en los sistemas de recirculación.

Es necesario la aplicación de nuevas herramientas de ingeniería a la actividad acuícola para llevar un manejo integral de los recursos naturales.


REFERENCIAS 

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Ávila García. (2003). Agua, medio ambiente y desarrollo en el siglo XXI: México desde una perspectiva global y regional. Ed ilustrada. México. Pp. 476 Biswas, et al. (1998). Management of major Latin American River Basins; Amazón, Plata and Sao Francisto, Tokio. Unite de Nations University Fao. (2007). Estado mundial de la Acuicultura 2006/Documentos tecnicos de pesca. Food & Agriculture Org. Pp.144 Fernández Álvares, R. (2006) Dinámica de las bacterias de interés sanitario adheridas a partículas en un embalse de abastecimiento. España. Pp 122. Wright, H. B., Cairns. W. L. LUZ ULTRAVIOLETA. Trojan Technologies Inc. Canadá. Ç Murillo. J. A. (2003) Los instrumentos económicos en la gestión del agua en la agricultura.Ed.Mundi-prensa Libros.Pp 127. Leonard N., Guiraud J. P., Gasset E., Cailleres J.P. & Blancheton J.P. (2002) Bacteria and nutrients—nitrogen and carbon—in a recirculating system for sea bass production. Aquacultural Engineering, 26, 111-127. Marín Galvín, R. (2006) Fisicoquímica y microbiología de los medios acuáticos: tratamiento y control de calidad de aguas. Ediciones Díaz de Santos. España. pp 2022.


Michaud, L., Blancheton, J.P., Bruni, V., Piedrahita, R. (2006) Effect of particulate organic carbon on heterotrophic bacterial populations and nitrification efficiency in biological filters. Aquaculture Engineering.Pp 34, 224-233. Manahan. S, E. (2007). Introducción a la química ambiental. Reverte.Pp. 725 Timmons M.B., Ebeling J.M., Wheaton F.W., Summerfelt S.T. & Vinci B.J. (2002) Recirculating aquaculture systems. Northeastern Regional Aquaculture Center, USDA, NY.Pp.769. Lima, X) (2004) Plantas de filtración rápida. En: Tratamiento de agua para consumo humano, Manual I: Teoría Tomo I. Capitulo 10. Organización panamericana de la salud (área de desarrollo sostenible y salud ambiental)


Eficiencia de la irradiación ultravioleta sobre la mejora en la calidad del agua de sistemas de rec