Proceso y Diseño de Parámetros del Sistema de Acuicultura en Recirculación Industrializado en Tierra (RAS) (Parte 3): Parámetros de Calidad del Agua

Parámetros de Calidad del Agua Recirculante

Los parámetros de calidad del agua y los estándares de diseño forman la base para el diseño del sistema de tratamiento de agua recirculante y la gestión operativa. A continuación se presentan diagramas de referencia y parámetros comúnmente utilizados por el  Equipo de Ingeniería :

1. Diseño del Sistema de Eliminación de Partículas Sólidas

Los Sólidos en Suspensión Totales (TSS) se utilizan comúnmente como parámetro para medir la materia particulada sólida en un Sistema de Acuicultura en Recirculación (RAS). Hace referencia principalmente a la cantidad total de partículas sólidas con un tamaño de partícula mayor a 1 micra en una unidad de agua. En el sistema de agua recirculante, los TSS incluyen excrementos de peces, cebo residual, flocos biológicos (bacterias vivas y muertas), etc. El tamaño de estas partículas en suspensión varía considerablemente, desde el nivel micrométrico hasta el centimétrico. La materia particulada en suspensión puede afectar directamente la salud y el crecimiento de los peces (especialmente los peces de agua fría) e incrementar la carga sobre los biofiltros. Por lo tanto, es necesario mantener la concentración de partículas en suspensión en el agua recirculante dentro de un rango razonable.

En algunos países de la UE, en los sistemas de Acuicultura de Recirculación (RAS), el control de la materia particulada en suspensión es relativamente estricto. Por ejemplo, para los cuerpos de agua utilizados en los sistemas de Acuicultura de Recirculación (RAS), la concentración de materia particulada en suspensión (medida por sólidos suspendidos totales TSS) generalmente se espera que se mantenga por debajo de 15 mg/L para preservar una buena calidad del agua y un entorno ecológico adecuado.

Los Estados Unidos también cuentan con regulaciones de calidad del agua relacionadas en los campos de la acuicultura y el tratamiento de agua. En el sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS), el contenido correspondiente de materia particulada en suspensión (convertido mediante turbidez y otros indicadores relacionados) también tiene ciertas limitaciones. El rango ideal para la concentración de materia particulada en suspensión está alrededor de 8-12 mg/L, lo cual se utiliza para garantizar la supervivencia y reproducción de los organismos acuáticos.

En la operación real de la planta basada en el sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) en China, generalmente se requiere controlar la concentración de partículas en suspensión (sólidos en suspensión SS) por debajo de 10 mg/L. Para algunas especies valiosas que requieren una alta calidad del agua, como el salmón, incluso se exige mantenerla por debajo de 5 mg/L.

2. Parámetros de eliminación de contaminantes disueltos

La solubilidad en agua incluye sustancias inorgánicas solubles y sustancias orgánicas solubles. Entre ellas, las sustancias nocivas solubles en agua son principalmente el amoníaco (NH3-N) y el nitrato de nitrito (NO2--N). El amoníaco puede entrar en la sangre a través de las branquias y la piel de los peces, alterando su ciclo tricarboxílico normal, modificando su presión osmótica y reduciendo su capacidad para absorber oxígeno del agua, lo que afecta su crecimiento y supervivencia normales.

El biofiltro de nitrificación de membrana fija comúnmente utilizado en los sistemas de Acuicultura en Recirculación (RAS) es la comunidad bacteriana de conversión de nitrógeno amoniacal que crece en la superficie de un material de relleno biológico determinado, y el nitrógeno amoniacal se transfiere a la biofilm fija mediante difusión y se convierte. El objetivo principal del diseño del proceso del filtro biológico es asegurar que el filtro tenga suficientes bacterias nitrificantes para eliminar el nitrógeno amoniacal excretado por los peces, mantener la concentración de nitrógeno amoniacal en el sistema de acuicultura dentro del rango predeterminado y garantizar la seguridad y el crecimiento efectivo de los peces.

2.1 Control del Nitrógeno Amoniacal (NH₃-N)

El nitrógeno amoniacal es uno de los principales contaminantes disueltos en el agua en los sistemas de Acuicultura de Recirculación (RAS). Proviene principalmente de los excrementos y los restos de alimento de los organismos cultivados. Altas concentraciones de nitrógeno amoniacal pueden ser tóxicas para los organismos cultivados, afectando su crecimiento, inmunidad y capacidad reproductiva. En los biofiltros, la eliminación del nitrógeno amoniacal depende principalmente de la nitrificación llevada a cabo por microorganismos como las bacterias nitrificantes, que convierten el nitrógeno amoniacal en nitrito y nitrato.

Al diseñar un biofiltro, se debe considerar una superficie y un volumen suficientes del material de filtro para proporcionar suficiente espacio para el crecimiento y reproducción de las bacterias nitrificantes. Al mismo tiempo, es necesario controlar la carga de amoníaco en el agua de entrada y evitar que una concentración excesiva de nitrógeno amoniacal impacte al filtro biológico. Por ejemplo, la concentración de nitrógeno amoniacal en el agua de entrada puede reducirse utilizando una máquina de alimentación automática y adoptando una estrategia de alimentación con pequeñas cantidades y múltiples comidas. Determine la concentración permitida de nitrógeno amoniacal para el biofiltro basándose en la tolerancia al nitrógeno amoniacal y la densidad de cría de los organismos cultivados. En general, para la mayoría de los peces de acuicultura de agua dulce, la concentración total de nitrógeno amoniacal debe controlarse por debajo de 1 mg/L, y el amoníaco no iónico no debe superar los 0.025 mg/L.

2.2 Control de nitrito (NO₂⁻-N)

El nitrito también es un parámetro de calidad del agua que debe ser monitoreado de cerca en el sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS). Es un producto intermedio en el proceso de nitrificación del nitrógeno amoniacal y también es tóxico para los organismos acuícolas. El nitrito puede afectar el transporte de oxígeno en la sangre de los organismos cultivados, lo que lleva a síntomas de hipoxia como falta de aliento, flotación y, incluso, la muerte.

En el diseño, es necesario asegurar que el biofiltro pueda convertir eficazmente el nitrito en nitrato. Esto requiere mantener la actividad de las bacterias desnitrificantes en el biofiltro y proporcionarles condiciones ambientales adecuadas, como un nivel apropiado de oxígeno disuelto. Generalmente, se exige controlar la concentración de nitrito por debajo de 0.5 mg/L.

2.3 Consideraciones de Acuicultura en Agua Salada

La salinidad del agua de mar es relativamente alta, conteniendo varios iones como iones de sodio (Na ⁺ ), iones de cloruro (Cl ⁻ ) , iones de magnesio (Mg ² ⁺ ) e iones de calcio (Ca ² ⁺ ), etc. Los organismos de la acuicultura marina han evolucionado sistemas complejos de regulación iónica durante su adaptación a largo plazo a entornos de alta salinidad. Cuando el nitrito entra en los organismos marinos, estos pueden aliviar parcialmente los efectos fisiológicos del nitrito utilizando su propio sistema de regulación iónica. En el Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS), los iones cloruro (Cl -) pueden reducir la toxicidad del nitrito (NO2-) para los organismos de acuicultura mediante la inhibición competitiva. Específicamente, tanto los iones cloruro como el nitrito necesitan entrar en el cuerpo del pez a través de las células clorurantes en las tapas branquiales. La presencia de iones cloruro aumenta la dificultad para que el nitrito entre en el cuerpo del pez, reduciendo así su toxicidad. En general, cuando la concentración de iones cloruro en el agua es seis veces mayor que la del nitrito, puede inhibir eficazmente la toxicidad del nitrito para los organismos de acuicultura. En comparación con la acuicultura de agua dulce, la acuicultura de agua salada tiene menos riesgos tóxicos por nitrito, lo cual está relacionado con la mayor concentración de iones cloruro en el agua salada. Por lo tanto, en el sistema de Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS), regulando adecuadamente la salinidad, se puede reducir eficazmente la toxicidad del nitrito y proteger la salud y seguridad de los organismos de acuicultura.

3. Oxígeno Disuelto (DO)

En un sistema de Acuicultura en Recirculación (RAS), el oxígeno disuelto (DO) es un parámetro clave de la calidad del agua. Los peces y otros organismos acuáticos absorben oxígeno disuelto del agua a través de la respiración branquial para mantener su actividad metabólica. La concentración de oxígeno disuelto requerida para el crecimiento normal de la mayoría de los peces de aguas cálidas generalmente está alrededor de 5-8 mg/L. Cuando la concentración de oxígeno disuelto está por debajo del nivel crítico, la respiración de los organismos acuáticos se verá inhibida, su tasa de crecimiento disminuirá, su inmunidad se reducirá y serán propensos a contraer enfermedades. Por ejemplo, cuando el oxígeno disuelto está por debajo de 2 mg/L, muchos peces experimentarán el fenómeno de flotación, y una exposición prolongada a bajos niveles de oxígeno disuelto puede llevar a la muerte de los peces.

En un Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS), se recomienda mantener el oxígeno disuelto entre 8-10 mg/L. Un nivel más alto de oxígeno disuelto es beneficioso para aumentar los niveles de alimentación y reducir las razones de conversión de alimento.

4. Control de pH

En un sistema de Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS), el rango de pH adecuado para los peces generalmente está entre 7.0-8.5. Por ejemplo, la mayoría de los peces de agua dulce crecen bien en ambientes con un pH de 7.2-7.8. Esto se debe a que dentro de este rango de pH, las funciones fisiológicas de los peces, como la respiración y la regulación de la presión osmótica, pueden realizarse de manera relativamente normal. El intercambio de gases ocurre a través de las branquias, y la acidez o alcalinidad adecuada en el agua facilita el proceso normal de intercambio de oxígeno y dióxido de carbono.

Para la cría de camarones, como el camarón blanco sudamericano, el rango de pH adecuado es aproximadamente 7.8-8.6. Esto se debe a la estructura fisiológica y las características de actividad de los crustáceos, que los hacen más adaptables a ambientes con un pH ligeramente más alto. Un pH adecuado es beneficioso para el crecimiento por muda de los camarones.

Sin embargo, durante el proceso del Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS), el valor de pH disminuirá continuamente a medida que avanza la acuicultura, y es necesario ajustar el valor de pH del agua. Se puede utilizar equipo de ajuste automático de pH. Ajuste automáticamente el valor de pH del cuerpo de agua basándose en los datos del sensor de pH.