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Bio-Ras: un nuevo concepto de sistemas de baja demanda de agua
Por: Sergio Zimmermann*
La recirculación y reutilización de agua es la aplicación más clásica de la Economía Circular en acuicultura, técnica que se despliega en varios sistemas con posibilidades de “cero efluentes”. El objetivo de este tipo de sistemas es: mejorar la bioseguridad de los cultivos en zonas donde el agua es escasa y/o la tierra es cara, ya que el recambio mínimo de agua disminuye la incidencia de enfermedades. Este artículo presenta una revisión de las diferentes modalidades de técnicas y sistemas de producción que se basan en estos principios.
Los sistemas de baja demanda de agua, ya sea en compartimentos aislados o en recirculación (RAS, del Inglés Recirculating Aquaculture Systems), con aireación intensiva y alta carga de peces y camarones omnívoros (más de 8 unidades/m3 para peces y de 100 unidades/m3 para camarones) terminan generando, de forma espontánea, los bioflóculos (Zimmermann et al., 2020). Al integrar estos a un solo compartimiento, por ejemplo, en estanques aislados, los sistemas se denominan BFT (del Inglés Biofloc Technology). Pero al recircular el agua en más compartimentos, el sistema se denomina Bio-RAS (combinación del BFTs con el RAS).
El objetivo de este tipo de sistemas es: mejorar la bioseguridad de los cultivos en zonas donde el agua es escasa y/o la tierra es cara, ya que el recambio mínimo de agua disminuye la incidencia de enfermedades (Hargreaves, 2013).
La recirculación y reutilización de agua es la aplicación más clásica de la Economía Circular en acuicultura, técnica que se despliega en varios sistemas con posibilidades de “cero efluentes”, cuyo principal foco es mantener la calidad del agua estable y en niveles adecuados mediante el reciclaje de componentes nitrogenados, realizado principalmente por bacterias específicas, que se estimulan con el equilibrio/relación de carbono y nitrógeno (C: N) en el agua. Este artículo está basado en una publicación preparada por el autor y colaboradores para la empresa brasileña EMBRAPA (Zimmermann et al., 2020).
La formación de bioflóculos se lleva a cabo por una amplia gama de microorganismos, (bacterias, microalgas, protozoos, rotíferos, levaduras y zooplancton en general) y, el incremento de biomasa de los cultivos, combinado con una baja renovación hídrica y el consiguiente aumento de los sólidos bajo fuertes condiciones de aireación del agua, se coagulan en una masa de sustancias orgánicas (restos de alimento, heces de pescado y/o camarón y materia orgánica en general) formando de manera natural bioflóculos suspendidos en la columna de agua (Avnimelech et al., 2012 ).
El éxito en el uso de bioflóculos como parte de la dieta y en el mantenimiento de la calidad del agua de los cultivos depende de la especie a cultivar, que preferiblemente debe ser omnívora con tendencia herbívora. En estas modalidades de cultivo, sin fugas o efluentes, es posible cultivar especies exóticas de forma biosegura.
Sistemas de recirculación en acuicultura (RAS)
La tecnología RAS se ha desarrollado durante las últimas cinco décadas, y es cada vez más popular y accesible porque las infraestructuras y los equipos para implementarla están bajando de precio, mientras que el pescado, la mano de obra y especialmente los alimentos para la acuicultura son cada vez más caros.
Su principal objetivo es maximizar la productividad, generando además menos efluentes y daños al medio ambiente circundante.
A pesar de las ventajas productivas y ambientales, la reutilización y mantenimiento de la calidad del agua puede depender de una serie de estructuras y equipos que en el caso de los sistemas más intensivos aún son muy costosos, tales como: equipo sedimentador, filtro mecánico, filtro biológico, lámparas ultravioleta (desinfección), bombas de agua, aireadores, generador de energía, sistemas de aireación de emergencia, etc.
Además de las altas inversiones en este tipo de sistemas, existen altos costos operativos en su uso como: electricidad, mantenimiento y depreciación de las estructuras.
Figura 2. BFT (sistema sin recambios de agua) en invernadero, con temperatura constante durante todo el año, en el sub-trópico de Brasil. Foto: Rafael Jung/Sergio Zimmermann (2002).
Sistemas de bioflóculos (BFT)
Los bioflóculos generalmente se forman en compartimentos aislados (tanques o estanques), pero, a diferencia de los sistemas tradicionales de recirculación de agua (RAS), en ellos el reciclaje de agua funciona directamente en la unidad de producción, lo que reduce el tamaño y el costo de las tuberías, bombas y sistemas de filtración mecánicos y biológicos.
Por lo tanto, en comparación con los RAS más intensivos, un sistema BTF no requiere de estructuras de filtración y puede simplemente consistir en tanques y aireadores/bombas (ver Figura 2).
El BFT se puede insertar en un sistema de recirculación (opcional), con sedimentador (opcional) para controlar el exceso de sólidos, sistema de drenaje (opcional), aireador y/o bomba de agua y generadores de energía.
La posibilidad de trabajar con una carga relativamente alta de sólidos hace que el BFT sea menos dependiente de los filtros mecánicos. Algunos microorganismos que crecen en los bioflóculos del agua de cultivo, como las bacterias nitrificantes, actúan como filtros de compuestos nitrogenados tóxicos (principalmente amoniaco y nitrito), eliminando también la necesidad de un biofiltro externo, obligatorio en los sistemas de recirculación (RAS).
Sistema de recirculación con bioflóculos (Bio-RAS)
Es la combinación de RAS con BFT (un sistema de recirculación con bioflóculos en más de un compartimiento).
Las ventajas del BFT sobre el RAS clásico se hicieron evidentes hace tres décadas, cuando se desarrollaron diferentes sistemas basados en bioflóculos.
Actualmente, existe una tendencia a fusionar estos dos sistemas de baja demanda de agua para optimizar los cultivos con una reducción de los costos de producción (especialmente alimentación y electricidad).
La técnica Bio-RAS se ha utilizado en la última década en una serie de proyectos de acuicultura de bajos costos. En ella, los bioflóculos pueden formar parte de uno o más compartimentos, o de la totalidad del agua circulante (en este caso, se requieren algunas adaptaciones en el sistema de filtración o su exclusión). En la mayoría de los casos, forma parte del sistema de reutilización de lodos de un RAS simplificado, sin efluentes (ver Figura 3).
Figura 3. Bio-RAS con 6 reactores de engorde en invernadero, tanque de recirculación Foto: Sergio Zimmermann (2001).
Sistema de Acuicultura Particionada/Dividida (PAS)
El sistema de acuicultura particionada (PAS, del Inglés Partitioned Aquaculture System) fue desarrollado en los años 90 en el sur de los Estados Unidos para cultivar bagres de canal americanos con recirculación de aguas residuales, con el objetivo de producir cero efluentes (Tucker, Brune, & Torrans, 2014).
Por esta presa o vertedero circulan y se reciclan los residuos del catabolismo del pescado, donde hay altas concentraciones de algas (multiplicadas en estos residuos), un proceso semejante a un tratamiento de aguas residuales domésticas, lo que aumenta o hasta duplica la capacidad de soporte del sistema.
Al duplicar la tasa de fotosíntesis de las algas en estas presas o vertederos generalmente aislados, se duplica la tasa de eliminación de nitrogenados, fósforo y otros productos de desecho, duplicando también la tasa máxima de alimentación y la consiguiente capacidad de sustentar el sistema y la producción de peces y camarones.
El PAS representa el grado máximo de intensificación para presas y embalses, anteriormente extensivos, donde predomina el fitoplancton (Tucker, 2020).
En sus diversas modalidades, es fácil obtener producciones en el rango de 10 hasta 20 toneladas de tilapias por hectárea de superficie o 10,000 m3 de volumen total.
Sus dos principales variaciones se están volviendo cada vez más atractivas alrededor del mundo, éstas son: (A) Sistemas de raceways/jaulones en estanques/vertederos (IPRS del Inglés “In-Pond Raceway System”) y (B) Estanques divididos/particionados (SP, del Inglés ”Split Ponds”).
El agua recircula a través de la presa, que funciona como una gran masa de agua que asimila los residuos de las pequeñas áreas cultivadas, facilitando la alimentación, pesca y protección de los peces (Tucker, 2020).
Los SP se construyen dividiendo un estanque de peces en dos secciones desiguales mediante la construcción de un dique central, con agua circulando entre las dos secciones con bombas de alto volumen.
En comparación con el IPRS, los SP tienen una cuenca de recirculación relativamente más grande (alrededor del 80-85% del área total) y una cuenca de retención de peces más grande (15-20% en comparación con el 5% del IPRS).
En ambos sistemas, los acuicultores utilizan cada vez más bombas conectadas a colectores solares para reducir los costos del consumo de energía e instalación eléctrica.
Algunos PAS adoptan técnicas derivadas del Bio-RAS, utilizando bioflóculos como tratamiento biológico de agua en sistemas comerciales a gran escala, en la producción intensiva de peces y camarones.
En densidades más elevadas, los PAS se cambian rápidamente a un predominio de bioflóculos y requieren más y más aireación, movimiento del agua, y adición de suplementos simbióticos (pre + probióticos) tales como: Bokashi (fertilizante orgánico/ biorremediador), Premix fermentador (FermentAqua®), EM (Enhanced Microorganisms), productos mixotróficos (BlueAqua’s Mixotrofic System®), etc., derivando, de esta forma, en una serie de predominancias, entre las cuales se encuentran técnicas diversas que integran y combinan conceptos generados en los sistemas RAS y BFT como el aquamimetismo (aquamimicry), los sistemas heterótrofo, autótrofo, foto-autótrofo, y el sistema en suspensión activa (ASP).
Acuicultura Multitrófica Integrada (AMTI) y Acuaponía
En los Sistemas Integrados de Acuicultura Multitrófica (IMTA, del Inglés Integrated Multi-Trophic Aquaculture) se produce más de una especie con diferentes nichos, utilizando los principios RAS/BioRAS, por ejemplo, tilapia, camarón, animales terrestres, algas y hortalizas hidropónicas en un mismo sistema productivo en recirculación (Lockwood, Valenti, 2000).
La integración entre especies acuáticas y terrestres se mantiene con algún tipo de relación entre algunos recursos (como espacio, agua, alimento o nutrientes), generalmente compartidos entre diferentes especies, ofreciendo así mayor potencial en términos de eficiencia técnica y económica.
En el pasado, la producción de más de una especie acuática en la misma unidad de cultivo, ya sea en tanques excavados o en jaulas se llamaba policultivo, mientras que los organismos acuáticos y terrestres que se producían juntos, se llamaba acuicultura integrada (AI).
En la AI, la salida de desechos de un subsistema generalmente se convierte en un insumo para otro subsistema, lo que resulta en una mayor eficiencia en la producción de organismos acuáticos.
Los costos de alimentación de los sistemas AMTI se distribuyen así entre dos o más cultivos comerciales donde se puede capturar y secuestrar carbono, evitando la pérdida de valiosos nutrientes solubles (Lockwood, Valenti, 2020). Por lo tanto, la técnica AMTI puede producir más de un tipo de proteína animal a partir de ingredientes vegetales de manera más eficiente que otros sistemas de producción convencionales.
La acuaponía es una de las modalidades classicas de AMTI, interacción entre hidroponía y acuicultura, donde un cultivo se beneficia del subproducto de otro, haciendo que los respectivos “cuellos de botella” ecológicos de ambos sistemas se conviertan en fortalezas, reduciendo considerablemente la necesidad de insumos, de nutrientes y la producción de efluentes, a diferencia de cuando los mismos sistemas se ejecutan individualmente (Rakocy et al., 2006).
*Sergio Zimmermann (sergio@sergiozimmermann.com) es Ingeniero Agrónomo y Maestro en Zootecnia & Acuicultura por la Universidad Federal de Río Grande del Sur, Brasil. Ha sido profesor asociado en diversas universidades de Brasil y Noruega y consultor en acuicultura desde 1985, con diversos procesos de innovación especialmente en el tema de la Economía Circular en la acuicultura comercial. Ha publicado más de 150 trabajos científicos, capítulos de libros y ponencias en congresos; tiene más de 30 proyectos de acuicultura en 25 países en todos los continentes. Actualmente es socio de varias empresas acuícolas de acuaponia/biofloc y presta soporte técnico a partir de su empresa Zimmermann Aqua Solutions, ubicada en Sunndalsøra, Noruega. http://www.sergiozimmermann.com http://www.linkedin.com/in/sergiozimmermann
Bio-Ras: un nuevo concepto de sistemas de baja demanda de agua
