El sistema de recirculación, paso a paso
En un sistema de recirculación es necesario tratar el agua continuamente para eliminar los productos de desecho excretados por los peces, y añadir oxígeno para mantener a los peces vivos y sanos. Un sistema de recirculación es, de hecho, bastante simple. Desde la salida de los tanques de peces, el agua fluye a un filtro mecánico y más adelante a un filtro biológico antes de que se airee y se despoje de dióxido de carbono y se vuelva a los tanques de peces. Este es el principio básico de recirculación.
Se pueden añadir otras instalaciones, como la oxigenación con oxígeno puro, la desinfección de luz ultravioleta o ozono, la regulación automática del pH, el intercambio de calor, la desnitrificación, etc. dependiendo de las necesidades exactas.
_Figura 2.1 Dibujo del principio de un sistema de recirculación. El sistema básico de tratamiento de agua consiste en filtración mecánica, tratamiento biológico y aireación. Otras instalaciones, como el enriquecimiento de oxígeno o la desinfección UV, se pueden añadir dependiendo de los requisitos. _
Los peces en una granja de peces requieren alimentación varias veces al día. El alimento es consumido y digerido por los peces y se utiliza en el metabolismo de los peces suministrando energía y nutrición para el crecimiento y otros procesos fisiológicos. El oxígeno (O2) entra a través de las branquias, y es necesario para producir energía y descomponer proteínas, por lo que el dióxido de carbono (CO2) y el amoníaco (NH3) se producen como productos de desecho. Los piensos no digeridos se excretan en el agua como heces, denominados sólidos en suspensión (SS) y materia orgánica. El dióxido de carbono y el amoníaco se excretan de las branquias en el agua. Por lo tanto, los peces consumen oxígeno y piensos, y como resultado el agua del sistema está contaminada con heces, dióxido de carbono y amoníaco.
_Figura 2.2 Comer piensos y utilizar oxígeno da como resultado el crecimiento de los peces y la excreción de productos de desecho, como el dióxido de carbono, el amoníaco y las heces. _
Solo se puede recomendar el uso de piensos secos en un sistema de recirculación. Debe evitarse el uso de basura en cualquier forma, ya que contaminará el sistema en gran medida y la infección con enfermedades es muy probable. El uso de piensos secos es seguro y también tiene la ventaja de estar diseñado para satisfacer las necesidades biológicas exactas de los peces. El alimento seco se entrega en diferentes tamaños de pellets adecuados para cualquier etapa de pescado, y los ingredientes de la alimentación seca para peces se pueden combinar para desarrollar piensos especiales para alevines, crías, crecimiento, etc.
En un sistema de recirculación, una alta tasa de utilización del pienso es beneficiosa, ya que esto minimizará la cantidad de productos de excreción, reduciendo así el impacto en el sistema de tratamiento del agua. En un sistema gestionado profesionalmente, todos los piensos añadidos se consumirán manteniendo al mínimo la cantidad de alimento no consumido. Se ha mejorado la tasa de conversión de piensos (FCR), que describe cuántos kilos de pienso utiliza por cada kilo de pescado que produce, y el agricultor obtiene un mayor rendimiento de producción y un menor impacto en el sistema de filtrado. El alimento no consumido es un desperdicio de dinero y resulta en una carga innecesaria en el sistema de filtro. Cabe señalar que están disponibles alimentos especialmente adecuados para su uso en sistemas de recirculación. La composición de estos piensos tiene como objetivo maximizar la absorción de proteínas en los peces, minimizando así la excreción de amoníaco en el agua.
| Tamaño de palé | Tamaño de pescado, gramo | Proteína | Grasa | | — | — | — | — | | 3 mm | 40 - 125 | 43% | 27% | | 4,5 mm | 100 - 500 | 42% | 28% | | 6,5 mm | 400 - 1200 | 41% | 29% |
| Composición,% | 3,0 mm | 4,5 mm | 6,5 mm | | — | — | — | — | | Harina de pescado | 22 | 21 | 20 | | Aceite de pescado | 9 | 10 | 10 | | Aceite de semilla de colza | 15 | 15 | 16 | | Harina de hemoglobina | 11 | 11 | 11 | | Guisantes | 5 | 5 | 5 | | Soja | 10 | 11 | 11 | | Trigo | 12 | 11 | 11 | | Gluten de trigo | 5 | 5 | 5 | | Otros concentrados proteicos | 10 | 10 | 10 | 10 | | Vitaminas, minerales, etc. | 1 | 1 | 1 |
_Figura 2.3 Ingredientes y contenido de un alimento para truchas apto para su uso en un sistema de recirculación. Fuente: BioMar. _
Componentes en un sistema de recirculación
Peces peceras
| Propiedades del tanque | Tanque circular | Pista de rodadura en D | Tipo de pista de rodadura | | — | — | — | — | | Efecto autolimpieza | 5 | 4 | 3 | | Tiempo de permanencia bajo de las partículas | 5 | 4 | 3 | | Control y regulación del oxígeno | 5 | 5 | 4 | | Utilización del espacio | 2 | 4 | 5 |
_Figura 2.4 Diferentes diseños de tanques dan diferentes propiedades y ventajas. Clasificación 1-5, donde 5 es el mejor. _
El medio ambiente en el tanque de cría de peces debe satisfacer las necesidades de los peces, tanto en lo que respecta a la calidad del agua como al diseño del tanque. La elección del diseño adecuado del tanque, como el tamaño y la forma, la profundidad del agua, la capacidad de autolimpieza, etc., puede tener un impacto considerable en el rendimiento de las especies criadas.
Si el pez vive en el fondo, la necesidad de superficie del tanque es lo más importante, y la profundidad del agua y la velocidad de la corriente del agua pueden reducirse (rodaballo, lenguado u otros peces planos), mientras que las especies pelágicas vivas como los salmónidos se beneficiarán de mayores volúmenes de agua y mostrarán un mejor rendimiento en mayores velocidades de agua.
En un tanque circular, o en un tanque cuadrado con esquinas cortadas, el agua se mueve en un patrón circular haciendo que toda la columna de agua del tanque se mueva alrededor del centro. Las partículas orgánicas tienen un tiempo de residencia relativamente corto de unos minutos, dependiendo del tamaño del tanque, debido a este patrón hidráulico que da un efecto de autolimpieza. Una entrada vertical con ajuste horizontal es una forma eficiente de controlar la corriente en dichos tanques.
En un camino de rodadura, el sistema hidráulico no tiene ningún efecto positivo en la eliminación de las partículas. Por otro lado, si un tanque de peces está abastecido de manera eficiente con peces, el efecto de autolimpieza del diseño del tanque dependerá más de la actividad del pez que del diseño del tanque. La inclinación del fondo del tanque tiene poca o ninguna influencia en el efecto de autolimpieza, pero facilitará el drenaje completo cuando se vacíe el tanque.
_Figura 2.5 Un ejemplo de diseño octogonal del tanque en un sistema de recirculación que ahorra espacio y logra los buenos efectos hidráulicos del tanque circular. Fuente: Grupo AKVA. _
Los tanques circulares ocupan más espacio en comparación con los caminos de rodadura, lo que aumenta el costo de construir un edificio. Al cortar las esquinas de un tanque cuadrado aparece un diseño octogonal del tanque, que dará una mejor utilización del espacio que los tanques circulares, y al mismo tiempo se logran los efectos hidráulicos positivos del tanque circular (ver figura 2.5). Es importante tener en cuenta que la construcción de tanques grandes siempre favorecerá el tanque circular, ya que este es el diseño más fuerte y la forma más barata de fabricar un tanque.
Un tipo de tanque híbrido entre el tanque circular y el camino de rodadura llamado «camino de rodadura en D» también combina el efecto de autolimpieza del tanque circular con la utilización eficiente del espacio de la pista de rodadura. Sin embargo, en la práctica este tipo de tanque rara vez se utiliza, presumiblemente porque la instalación del tanque requiere trabajo adicional y nuevas rutinas en la gestión.
Los niveles de oxígeno suficientes para el bienestar de los peces son importantes en la piscicultura y generalmente se mantienen altos al aumentar el nivel de oxígeno en el agua de entrada al tanque.
La inyección directa de oxígeno puro en el tanque mediante el uso de difusores también se puede usar, pero la eficiencia es menor y más costosa.
El control y regulación de los niveles de oxígeno en tanques circulares o similares es relativamente fácil porque la columna de agua se mezcla constantemente haciendo que el contenido de oxígeno sea casi el mismo en cualquier parte del tanque. Esto significa que es bastante fácil mantener el nivel de oxígeno deseado en el tanque. Una sonda de oxígeno colocada cerca de la salida del tanque dará una buena indicación del oxígeno disponible. El tiempo que tarda la sonda en registrar el efecto de la adición de oxígeno a un tanque circular será relativamente corto. La sonda no debe colocarse cerca del lugar donde se inyecta oxígeno puro o donde se alimenta agua rica en oxígeno.
_Figura 2.6 Tanque circular, pista de rodadura con extremo D y tipo de pista de rodadura. _
En una pista de rodadura, sin embargo, el contenido de oxígeno siempre será mayor en la entrada y más bajo en la salida, lo que también da un ambiente diferente dependiendo de dónde cada pez esté nadando. La sonda de oxígeno para medir el contenido de oxígeno del agua siempre debe colocarse en el área con el contenido de oxígeno más bajo, que está cerca de la salida. Este gradiente de oxígeno aguas abajo hará que la regulación del oxígeno sea más difícil ya que el tiempo transcurrido desde ajustar el oxígeno hacia arriba o hacia abajo en la entrada hasta el momento en que se mide en la salida puede ser de hasta una hora. Esta situación puede hacer que el oxígeno suba y baje todo el tiempo en lugar de fluctuar alrededor del nivel seleccionado. Sin embargo, la instalación de sistemas modernos de control de oxígeno utilizando algoritmos y constantes de tiempo evitará estas fluctuaciones no deseadas.
Las salidas del tanque deben construirse para una eliminación óptima de las partículas de desecho, y deben estar equipadas con pantallas con tamaños de malla adecuados. Además, debe ser fácil recoger peces muertos durante las rutinas de trabajo diarias.
Los tanques suelen estar equipados con sensores de nivel de agua, contenido de oxígeno y temperatura para tener un control completo de la granja. También se debe considerar la instalación de difusores para suministrar oxígeno directamente en cada tanque en caso de una situación de emergencia.
_Figura 2.7 Filtro de batería. Fuente: CM Aqua. _
Filtración mecánica
La filtración mecánica del agua de salida de los acuarios ha demostrado ser la única solución práctica para la eliminación de los residuos orgánicos. Hoy en día, casi todas las piscifactorías recirculadas filtran el agua de salida de los tanques en una llamada micropantalla provista de un paño filtrante de 40 a 100 micras. El filtro de tambor es, con mucho, el tipo de micropantalla más utilizado, y el diseño garantiza la eliminación suave de las partículas.
Función del filtro de tambor:
El agua a filtrar entra en el tambor.
El agua se filtra a través de los elementos filtrantes del tambor. La diferencia en el nivel del agua interior/exterior del tambor es la fuerza motriz de la filtración.
Los sólidos quedan atrapados en los elementos de filtro y se elevan al área de lavado por la rotación del tambor.
El agua de las boquillas de enjuague se rocía desde el exterior de los elementos de filtro. El material orgánico rechazado se lava de los elementos filtrantes en la bandeja de lodos.
El lodo fluye junto con el agua por gravedad fuera del filtro que sale de la piscifactoría para el tratamiento externo de las aguas residuales (véase el capítulo 6).
La filtración por micropantalla tiene las siguientes ventajas:
Reducción de la carga orgánica del biofiltro.
Hacer el agua más clara a medida que las partículas orgánicas se eliminan del agua.
Mejorar las condiciones de nitrificación ya que el biofiltro no se obstruye.
Efecto estabilizador en los procesos de biofiltración.
Tratamiento biológico
No toda la materia orgánica se elimina en el filtro mecánico, las partículas más finas pasarán junto con compuestos disueltos como fosfato y nitrógeno. El fosfato es una sustancia inerte, sin efecto tóxico, pero el nitrógeno en forma de amoníaco libre (NH3) es tóxico y necesita transformarse en el biofiltro en nitrato inofensivo. La descomposición de la materia orgánica y el amoníaco es un proceso biológico llevado a cabo por bacterias en el biofiltro. Las bacterias heterotróficas oxidan la materia orgánica consumiendo oxígeno y produciendo dióxido de carbono, amoníaco y lodos. Las bacterias nitrificantes convierten el amoníaco en nitrito y finalmente en nitrato.
La eficiencia de la biofiltración depende principalmente de:
La temperatura del agua en el sistema.
El nivel de pH en el sistema.
Para alcanzar una tasa aceptable de nitrificación, las temperaturas del agua deben mantenerse entre 10 y 35 °C (unos 30 °C óptimos) y los niveles de pH entre 7 y 8. La temperatura del agua dependerá con mayor frecuencia de las especies criadas y, como tal, no se ajusta para alcanzar la tasa de nitrificación más óptima, sino para dar niveles óptimos para el crecimiento de los peces. Sin embargo, la regulación del pH en relación con la eficiencia del biofiltro es importante, ya que el nivel de pH más bajo reduce la eficiencia del biofiltro. Por lo tanto, el pH debe mantenerse por encima de 7 para alcanzar una elevada tasa de nitrificación bacteriana. Por otro lado, el aumento del pH dará como resultado una mayor cantidad de amoníaco libre (NH3), lo que mejorará el efecto tóxico. Por lo tanto, el objetivo es encontrar el equilibrio entre estos dos objetivos opuestos de ajustar el pH. Un punto de ajuste recomendado está entre el pH 7,0 y el pH 7,5.
Dos factores principales afectan el pH en el sistema de recirculación del agua:
La producción de CO~2~ a partir de los peces y de la actividad biológica del biofiltro.
El ácido producido a partir del proceso de nitrificación.
Resultado de la nitrificación:
NH~4~ (amonio) + 1.5 O~2~ → NO~2~ (nitrito) + H~2~O + 2H^+^+ 2e
NO~2~ (nitrito) + 0.5 O~2~ → NO~3~ (nitrato) + e
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NH~4~ + 2 O~2~ ↔ NO~3~ + H~2~O + 2H^+^
CO~2~ se elimina por aireación del agua, por lo que se lleva a cabo la desgasificación. Este proceso se puede llevar a cabo de varias maneras, como se describe más adelante en este capítulo.
El proceso de nitrificación produce ácido (H+) y el nivel de pH disminuye. Para estabilizar el pH, se debe agregar una base. Para este propósito, es necesario agregar cal o hidróxido de sodio (NaOH) u otra base al agua.
El pescado excreta una mezcla de amoníaco y amonio (Nitrato de amoníaco total (TAN) = amonio (NH4+) + amoníaco (NH3)) donde el amoníaco constituye la parte principal de la excreción. La cantidad de amoníaco en el agua depende, sin embargo, del nivel de pH, como puede verse en la figura 2.8, que muestra el equilibrio entre amoníaco (NH3) y amonio (NH4+).
_Figura 2.8 Equilibrio entre amoníaco (NH3) y amonio (NH4+) a 20 °C. El amoníaco tóxico está ausente a un pH inferior a 7, pero aumenta rápidamente a medida que aumenta el pH. _
Figura 2.9 Relación entre el pH medido y la cantidad de NAN disponible para la descomposición del biofiltro, basada en una concentración tóxica de amoníaco de 0,02 mg/L.
En general, el amoníaco es tóxico para los peces a niveles superiores a 0,02 mg/L. La figura 2.9 muestra la concentración máxima de TAN que debe permitirse a diferentes niveles de pH si se quiere garantizar un nivel inferior a 0,02 mg/L de amoníaco. Los niveles de pH más bajos minimizan el riesgo de superar este límite tóxico de amoniaco de 0,02 mg/L, pero se recomienda al piscicultor alcanzar un nivel mínimo de pH 7 para alcanzar una mayor eficiencia del biofiltro, como se explicó anteriormente. Lamentablemente, la concentración total de TAN que debe permitirse se reduce significativamente, como puede verse en el gráfico 2.9. Por lo tanto, hay dos vectores de trabajo opuestos del pH que el piscicultor tiene que tener en cuenta al ajustar su biofiltro.
El nitrito (NO2-) se forma en el paso intermedio del proceso de nitrificación, y es tóxico para los peces a niveles superiores a 2,0 mg/L. Si los peces en un sistema de recirculación están jadeando por aire, aunque la concentración de oxígeno es buena, puede ser la causa de una alta concentración de nitrito. A altas concentraciones, el nitrito se transporta sobre las branquias a la sangre de los peces, donde obstruye la absorción de oxígeno. Al agregar sal al agua, alcanzando tan poco como 0,3 ‰, se inhibe la absorción de nitrito.
El nitrato (NO3-) es el producto final del proceso de nitrificación y, aunque se considera inofensivo, los niveles elevados (por encima de 100 mg/L) parecen tener un impacto negativo en el crecimiento y la conversión de los piensos. Si el intercambio de agua nueva en el sistema se mantiene muy bajo, el nitrato se acumulará y se alcanzarán niveles inaceptables. Una forma de evitar la acumulación es aumentar el intercambio de agua nueva, por lo que la alta concentración se diluye a un nivel más bajo y sin problemas.
Por otro lado, toda la idea de la recirculación es ahorrar agua, y en algunos casos el ahorro de agua es un objetivo importante. En tales circunstancias, las concentraciones de nitrato pueden reducirse mediante la desnitrificación. En condiciones normales, un consumo de agua de más de 300 litros por kg de pienso utilizado es suficiente para diluir la concentración de nitrato. El uso de menos de 300 litros por kg de pienso hace que valga la pena considerar el uso de la desnitrificación.
La bacteria desnitrificante más predominante se llama Pseudomonas. Este es un proceso anaeróbico (sin oxígeno) que reduce el nitrato a nitrógeno atmosférico. De hecho, este proceso elimina el nitrógeno del agua a la atmósfera, por lo que se reduce la carga de nitrógeno en el entorno circundante. El proceso requiere una fuente orgánica (carbono), por ejemplo alcohol de madera (metanol) que puede añadirse a una cámara de desnitrificación. En términos prácticos, se necesitan 2,5 kg de metanol por cada kg de nitrato (NO3-N) desnitrificado.
Muy a menudo, la cámara de desnitrificación está equipada con medios de biofiltro diseñados con un tiempo de residencia de 2-4 horas. El flujo debe ser controlado para mantener la concentración de oxígeno de salida en la aplicación. 1 mg/L. Si el oxígeno está completamente agotado, tendrá lugar una producción extensa de sulfuro de hidrógeno (H2S), que es extremadamente tóxico para los peces y también mal olor (huevo podrido). La producción resultante de lodos es bastante alta, y la unidad tiene que lavarse de nuevo, normalmente una vez a la semana.
_Figura 2.10 Medios de cama móviles a la izquierda y medios de cama fijos a la derecha. _
Los biofiltros se construyen típicamente utilizando medios plásticos que dan una superficie elevada por m^3^ de biofiltro. Las bacterias crecerán como una película delgada en los medios de comunicación, ocupando así una superficie extremadamente grande. El objetivo de un biofiltro bien diseñado es alcanzar una superficie lo más alta posible por m^3^ sin empacar el biofiltro tan apretado que se obstruya con materia orgánica en funcionamiento. Por lo tanto, es importante disponer de un alto porcentaje de espacio libre para que el agua pase y tener un buen flujo global a través del biofiltro junto con un procedimiento de lavado suficiente. Dichos procedimientos de lavado deben llevarse a cabo a intervalos suficientes una vez a la semana o al mes, dependiendo de la carga en el filtro. El aire comprimido se utiliza para crear turbulencia en el filtro mediante la cual se arranca la materia orgánica. El biofiltro se deriva mientras se lleva a cabo el procedimiento de lavado, y el agua sucia del filtro se drena y se descarga antes de que el biofiltro se vuelva a conectar al sistema.
Los biofiltros utilizados en sistemas de recirculación se pueden diseñar como filtros de lecho fijos o filtros de lecho móvil. Todos los biofiltros utilizados en la recirculación hoy funcionan como unidades sumergidas bajo el agua. En el filtro de lecho fijo, el medio plástico es fijo y no se mueve. El agua corre a través de los medios como un flujo laminar para hacer contacto con la película bacteriana. En el filtro de lecho móvil, los medios plásticos se mueven en el agua dentro del biofiltro por una corriente creada por bombeo en el aire. Debido al movimiento constante de los medios, los filtros de lecho móviles pueden empaquetarse más duro que los filtros de lecho fijos, alcanzando así una tasa de rotación más alta por m3 de biofiltro. Sin embargo, no hay diferencia significativa en la tasa de rotación calculada por m2 (área de la superficie del filtro), ya que la eficiencia de la película bacteriana en cualquiera de los dos tipos de filtro es más o menos la misma. En el filtro de lecho fijo, sin embargo, también se eliminan partículas orgánicas finas, ya que estas sustancias se adhieren a la película bacteriana. Por lo tanto, el filtro de lecho fijo actuará también como una fina unidad de filtración mecánica eliminando material orgánico microscópico y dejando el agua muy clara. El filtro de lecho móvil no tendrá el mismo efecto que la turbulencia constante del agua hará que cualquier adherencia sea imposible.
_Figura 2.11 Biofiltros de lecho móvil (superior) y de lecho fijo (inferior) . _
Ambos sistemas de filtro se pueden utilizar en el mismo sistema, o se pueden combinar; utilizando la cama móvil para ahorrar espacio y la cama fija para beneficiarse del efecto adherente. Existen varias soluciones para el diseño final de sistemas de biofiltro dependiendo del tamaño de la granja, las especies a cultivar, el tamaño de los peces, etc.
Desgasificación, aireación y pelado
Antes de que el agua regrese a los tanques de peces, los gases acumulados, que son perjudiciales para los peces, deben ser eliminados. Este proceso de desgasificación se lleva a cabo por aireación del agua, y el método se denomina a menudo pelado. El agua contiene dióxido de carbono (CO2) procedente de la respiración de los peces y de las bacterias del biofiltro en las concentraciones más altas, pero también está presente nitrógeno libre (N2). La acumulación de niveles de dióxido de carbono y gas nitrogenado tendrá efectos perjudiciales en el bienestar y el crecimiento de los peces. En condiciones anaeróbicas se puede producir sulfuro de hidrógeno (H2S), especialmente en sistemas de agua salada. Este gas es extremadamente tóxico para los peces, incluso en bajas concentraciones, y los peces se matarán si se genera el sulfuro de hidrógeno en el sistema.
La aireación se puede lograr bombeando aire en el agua, por lo que el
el contacto turbulento entre las burbujas de aire y el agua expulsa los gases. Esta aireación submarina permite mover el agua al mismo tiempo, por ejemplo, si se utiliza un sistema de pozo de aireación (véase la figura 2.12).
_Figura 2.12 Sistema de pozos de aireación. _
_Figura 2.13 Foto y dibujo del filtro de goteo envuelto en un forro de plástico azul para eliminar salpicaduras en el suelo (Billund Akvakulturservice, Dinamarca). El proceso de aireación/pelado también se denomina CO2-stripping. Los medios del filtro de goteo suelen consistir en el mismo tipo de medios que se utilizan en los biofiltros de lecho fijo (véase la figura 2.10). _
Sin embargo, el sistema de pozo de aireación no es tan eficiente para la eliminación de gases como el sistema de filtro de goteo, también llamado desgasificador. En el sistema de goteo, los gases se eliminan por contacto físico entre el agua y los medios plásticos apilados en una columna. El agua se lleva a la parte superior del filtro sobre una placa de distribución con orificios, y se descarga a través de los medios de plástico para maximizar la turbulencia y el contacto, el llamado proceso de extracción.
Oxigenación
El proceso de aireación del agua, que es el mismo proceso físico que la desgasificación o extracción, agregará algo de oxígeno al agua mediante un simple intercambio entre los gases en el agua y los gases en el aire dependiendo del nivel de saturación del oxígeno en el agua. El equilibrio de oxígeno en el agua es 100% de saturación. Cuando el agua ha pasado por los acuarios, el contenido de oxígeno se ha reducido, típicamente hasta el 70%, y el contenido se reduce aún más en el biofiltro. La aireación de esta agua normalmente llevará la saturación hasta alrededor del 90%, en algunos sistemas se puede alcanzar el 100%. Sin embargo, a menudo se prefiere una saturación de oxígeno superior al 100% en el agua de entrada a los acuarios para tener suficiente oxígeno disponible para un crecimiento de peces alto y estable. Los niveles de saturación por encima del 100% requieren un sistema que use oxígeno puro.
_Figura 2.14 Cono de oxígeno para disolver el oxígeno puro a alta presión y un sensor (sonda) para medir la saturación de oxígeno del agua. Fuente: Grupo AKVA/Oxyguard International. _
El oxígeno puro a menudo se suministra en tanques en forma de oxígeno líquido, pero también se puede producir en la granja en un generador de oxígeno. Hay varias formas de hacer agua súper saturada con un contenido de oxígeno que alcanza el 200-300%. Por lo general, se utilizan sistemas de cono de oxígeno de alta presión o sistemas de oxígeno de cabeza baja, como plataformas de oxígeno. El principio es el mismo. El agua y el oxígeno puro se mezclan bajo presión, por lo que el oxígeno es forzado al agua. En el cono de oxígeno la presión se logra con una bomba creando una presión alta de típicamente alrededor de 1,4 bar en el cono. Bombear agua bajo presión en el cono de oxígeno consume mucha electricidad. En la plataforma de oxígeno la presión es mucho más baja, típicamente hasta aproximadamente 0,1 bar, y el agua simplemente se bombea a través de la caja mezclando agua y oxígeno. La diferencia en los dos tipos de sistemas es que la solución de cono de oxígeno utiliza sólo una parte del agua circulante para el enriquecimiento de oxígeno, mientras que la plataforma de oxígeno se utiliza para el flujo principal de recirculación a menudo en combinación con el bombeo general de agua en el sistema.
_Figura 2.15 Plataforma de oxígeno para disolver oxígeno puro a baja presión mientras bombea agua en la granja. El sistema generalmente aumenta el nivel de oxígeno disuelto a algo más del 100% al entrar en los tanques fish dependiendo de los caudales y el diseño de la granja. Fuente: Soluciones acuícolas FREA
Cualquiera que sea el método utilizado, el proceso debe controlarse con la ayuda de la medición de oxígeno. La mejor manera de hacerlo es que la sonda de oxígeno mida después del sistema de oxigenación a presión atmosférica normal, por ejemplo en una cámara de medición suministrada por el proveedor. Esto hace que la medición sea más fácil que si se hiciera bajo presión, ya que la sonda tendrá que limpiarse y calibrarse de vez en cuando.
Luz ultravioleta
La desinfección UV funciona aplicando luz en longitudes de onda que destruyen el ADN en organismos biológicos. En la acuicultura se atacan bacterias patógenas y organismos unicelulares. El tratamiento se ha utilizado con fines médicos durante décadas y no afecta a los peces, ya que el tratamiento UV del agua se aplica fuera de la zona de producción de peces. Es importante entender que las bacterias crecen tan rápidamente en materia orgánica que controlar el número de bacterias en las piscifactorías tradicionales tiene un efecto limitado. El mejor control se logra cuando la filtración mecánica efectiva se combina con una biofiltración completa para eliminar eficazmente la materia orgánica del agua de proceso, haciendo que la radiación UV funcione de manera eficiente.
La dosis UV se puede expresar en varias unidades diferentes. Uno de los más utilizados es micro vatios -segundos por cm^2^ (µWS/cm2). La eficiencia depende del tamaño y la especie de los organismos diana y de la turbidez del agua. Para controlar las bacterias y los virus, el agua debe tratarse con aproximadamente 2 000 a 10 000 µWs/cm^2^ para matar el 90% de los organismos, los hongos necesitarán de 10 000 a 100 000 y los pequeños parásitos de 50 000 a 200 000 µWs/cm2.
_Figura 2.16 Sistemas de tratamiento UV cerrados y abiertos: Para la instalación en un sistema de tuberías cerradas y en un sistema de canal abierto, respectivamente. Fuente: ULTRAAQUA. _
La iluminación UV utilizada en la acuicultura debe funcionar bajo el agua para dar la máxima eficiencia, las lámparas instaladas fuera del agua tendrán poco o ningún efecto debido a la reflexión superficial del agua.
Ozono
El uso de ozono (O3) en la piscicultura ha sido criticado porque el efecto de la sobredosis puede causar graves daños a los peces. En las granjas situadas dentro de los edificios, el ozono también puede ser perjudicial para las personas que trabajan en la zona, ya que pueden inhalar demasiado ozono. Por lo tanto, la correcta dosificación y el control de la carga junto con una ventilación adecuada es crucial para lograr un resultado positivo y seguro.
El tratamiento del ozono es una forma eficiente de destruir organismos no deseados por la oxidación pesada de la materia orgánica y los organismos biológicos. En la tecnología de tratamiento de ozono, las micropartículas se descomponen en estructuras moleculares que se unirán de nuevo y formarán partículas más grandes. Mediante esta forma de floculación, los sólidos microscópicos suspendidos demasiado pequeños para ser capturados ahora pueden ser retirados del sistema en lugar de pasar a través de los diferentes tipos de filtros del sistema de recirculación. Esta tecnología también se conoce como pulir al agua, ya que hace que el agua sea más clara y libre de sólidos suspendidos y posibles bacterias adheridas a estos. Esto es especialmente adecuado en sistemas de criaderos y alevines que cultivan peces pequeños, que son sensibles a las micropartículas y bacterias en el agua.
El tratamiento con ozono también se puede utilizar cuando se necesita desinfectar el agua de entrada a un sistema de recirculación.
Vale la pena mencionar que en muchos casos el tratamiento UV es una alternativa buena y segura al ozono.
Regulación del pH
El proceso de nitrificación en el biofiltro produce ácido, por lo que el nivel de pH disminuirá. Para mantener un pH estable se debe añadir una base al agua. En algunos sistemas se instala una estación de mezcla de cal que gotea agua caliza en el sistema y estabiliza así el pH. Un sistema de dosificación automático regulado por un medidor de pH con un impulso de retroalimentación a una bomba de dosificación es otra opción. Con este sistema es preferible utilizar hidróxido de sodio (NaOH), ya que es fácil de manejar y hace que el sistema sea más fácil de mantener. El hidróxido de sodio es un fuerte alcalino que puede quemar severamente los ojos y la piel. Se deben tomar precauciones de seguridad, y se deben usar gafas y guantes mientras se manipulan este y otros ácidos y bases fuertes.
_Figura 2.17 Bomba de dosificación para la regulación del pH mediante dosificación preestablecida de NaOH. La bomba se puede conectar a un sensor de pH para una regulación totalmente automática del nivel de pH. _
Regulación de la temperatura del agua
Mantener una temperatura óptima del agua en el sistema de cultivo es lo más importante, ya que la tasa de crecimiento de los peces está directamente relacionada con la temperatura del agua. Usar el agua de ingesta es una forma bastante simple de regular la temperatura del día a día. En un sistema de recirculación interior, el calor se acumulará lentamente en el agua, ya que la energía en forma de calor se libera del metabolismo de los peces y de la actividad bacteriana en el biofiltro. El calor de la fricción en las bombas y el uso de otras instalaciones también se acumulará. Por lo tanto, las altas temperaturas en el sistema suelen ser un problema en un sistema de recirculación intensiva. Al ajustar la cantidad de agua fresca fresca de entrada en el sistema, la temperatura se puede regular de una manera sencilla.
Si el enfriamiento por el uso de agua de entrada está limitado, se puede utilizar una bomba de calor. La bomba de calor utilizará la cantidad de energía que normalmente se pierde en el agua de descarga o en el aire que sale de la granja. La energía se utiliza entonces para enfriar el agua que circula dentro de la granja. Una forma similar de reducir los costos de calefacción/refrigeración se puede lograr recuperando la energía mediante el uso de un intercambiador de calor. La energía en el agua de descarga de la granja se transfiere al agua de entrada fría o viceversa. Esto se hace pasando ambas corrientes al intercambiador de calor, donde el agua caliente de salida perderá energía y calentará el agua fría de entrada, sin mezclar las dos corrientes. También en el sistema de ventilación se puede montar un intercambiador de calor para aire utilizando la energía del aire de salida y transferirlo al aire de entrada, reduciendo así la necesidad de calefacción significativamente.
En climas fríos el calentamiento del agua puede ser necesario. El calor puede provenir de cualquier fuente como una caldera de petróleo o gas y está, independientemente de la fuente de energía, conectado a un intercambiador de calor para calentar el agua recirculada. Las bombas de calor son una solución de calefacción respetuosa con el medio ambiente y pueden utilizar energía para calentar desde el océano, un río, un pozo o el aire. Incluso se puede utilizar para transferir la energía de un sistema de recirculación a otro, y por lo tanto calentar un sistema y enfriar otro. Por lo general, utiliza energía de, por ejemplo, el océano utilizando un intercambiador de calor de titanio, mueve la energía a la recirculación que requiere calentamiento y libera el calor a través de otro intercambiador de calor.
Bombas ###
Se utilizan diferentes tipos de bombas para hacer circular el agua de proceso en el sistema. El bombeo normalmente requiere una cantidad sustancial de electricidad, y las bajas alturas de elevación y las bombas eficientes y correctamente instaladas son importantes para mantener los costos de funcionamiento al mínimo.
La elevación del agua debe ocurrir preferiblemente sólo una vez en el sistema, por lo que el agua corre por gravedad todo el camino a través del sistema de regreso al sumidero de la bomba. Las bombas suelen colocarse delante del sistema de biofiltro y del desgasificador a medida que el proceso de preparación del agua comienza aquí. En cualquier caso, las bombas deben colocarse después de la filtración mecánica para evitar la rotura de los sólidos procedentes de los tanques de peces.
El cálculo de la altura total de elevación para el bombeo es la suma de la altura de elevación real y las pérdidas de presión en conductos de tuberías, curvas de tuberías y otros accesorios. Esto también se llama cabeza dinámica. Si el agua se bombea a través de un biofiltro sumergido antes de caer a través del desgasificador, también tendrá que contabilizarse una contrapresión del biofiltro. Los detalles sobre la mecánica de fluidos y las bombas están fuera del alcance de esta guía.
_Figura 2.18 Bombas de elevación tipo KPL para la elevación eficiente de grandes cantidades de agua. Las bombas de elevación a menudo se usan para bombear el flujo principal en el sistema de recirculación. La selección correcta de la bomba es importante para mantener bajos los costos de funcionamiento. El control de frecuencia es una opción para regular el flujo exacto necesario dependiendo de la producción de pescado. H es la altura de elevación y Q es el volumen de agua levantada. _
Fuente: Grundfos
Figura 2.19 Bombas centrífugas de tipo NB para bombear agua cuando se necesita alta presión o alturas de elevación elevadas. La gama de bombas centrífugas es amplia, por lo que estas bombas también se utilizan eficientemente para bombear a alturas de elevación más bajas. Las bombas centrífugas se utilizan a menudo en sistemas de recirculación para bombear flujos secundarios como, por ejemplo, flujos a través de sistemas UV o para alcanzar una alta presión en conos de oxígeno. H es la altura de elevación y Q es el volumen de agua levantada. Fuente: Grundfos
La altura total de elevación en la mayoría de los sistemas de recirculación intensiva hoy en día es de unos 2-3 metros, lo que hace que el uso de bombas de baja presión sea más eficiente para bombear el flujo principal alrededor. Sin embargo, el proceso de disolución de oxígeno puro en el agua de proceso requiere bombas centrífugas, ya que estas bombas son capaces de crear la alta presión requerida en el cono. En algunos sistemas, donde la altura de elevación para el flujo principal es muy baja, el agua se acciona sin el uso de bombas al soplar aire en los pozos de aireación. En estos sistemas, la desgasificación y el movimiento del agua se llevan a cabo en un solo proceso, lo que hace posible alturas de elevación bajas. Sin embargo, la eficiencia de desgasificación y movimiento del agua no es necesariamente mejor que la del bombeo de agua sobre el desgasificador, ya que la eficiencia de los pozos de aireación en términos de uso de energía y eficiencia de desgasificación es menor que el uso de bombas de elevación y la extracción o el goteo del agua.
Monitoreo, control y alarmas
La piscicultura intensiva requiere una estrecha vigilancia y control de la producción a fin de mantener las condiciones óptimas para los peces en todo momento. Las fallas técnicas pueden resultar fácilmente en pérdidas sustanciales, y las alarmas son instalaciones vitales para asegurar la operación.
En muchas granjas modernas, un sistema de control central puede monitorear y controlar los niveles de oxígeno, temperatura, pH, niveles de agua y funciones motoras. Si alguno de los parámetros se mueve fuera de los valores preestablecidos de histéresis, un proceso de inicio/parada intentará resolver el problema. Si el problema no se resuelve automáticamente, se iniciará una alarma. La alimentación automática también puede ser una parte integrada del sistema de control central. Esto permite que el momento de la alimentación se coordine con precisión con una dosis más alta de oxígeno a medida que aumenta el consumo de oxígeno durante la alimentación. En sistemas menos sofisticados, la supervisión y el control no son totalmente automáticos, y el personal tendrá que hacer varios ajustes manuales.
Cualquiera que sea el caso, ningún sistema funcionará sin la vigilancia del personal que trabaja en la granja. Por lo tanto, el sistema de control debe estar equipado con un sistema de alarma, que llamará al personal en caso de que se produzcan fallos importantes. Se recomienda un tiempo de reacción de menos de 20 minutos, incluso en situaciones en las que se instalan sistemas de respaldo automáticos.
_Figura 2.20 Se calibra una sonda de oxígeno (Oxyguard) en el aire antes de bajarla al agua para medir en línea el contenido de oxígeno del agua. La vigilancia se puede computarizar con un gran número de puntos de medición y control de alarma. _
Sistema de emergencia
El uso de oxígeno puro como respaldo es la precaución de seguridad número uno. La instalación es sencilla, y consiste en un tanque de retención para oxígeno puro y un sistema de distribución con difusores instalados en todos los tanques. Si falla el suministro eléctrico, una válvula magnética retrocede y el oxígeno presurizado fluye a cada tanque manteniendo a los peces vivos. El flujo enviado a los difusores debe ajustarse de antemano, de modo que el oxígeno en el tanque de almacenamiento en una situación de emergencia dure lo suficiente para que la falla se corrija a tiempo.
_Figura 2.21 Tanque de oxígeno y generador eléctrico de emergencia. _
Para respaldar el suministro eléctrico, es necesario un generador eléctrico impulsado por combustible. Es muy importante poner en funcionamiento las bombas principales lo más rápido posible, ya que el amoníaco excretado de los peces se acumulará hasta niveles tóxicos cuando el agua no circula sobre el biofiltro. Por lo tanto, es importante poner en funcionamiento el flujo de agua dentro de una hora más o menos.
Agua de entrada
El agua utilizada para la recirculación debe provenir preferentemente de una fuente libre de enfermedades o esterilizarse antes de entrar en el sistema. En la mayoría de los casos, es mejor usar agua de un pozo, un pozo o algo similar que usar agua proveniente directamente de un río, lago o el mar. Si es necesario instalar un sistema de tratamiento para el agua de entrada, normalmente consistirá en un filtro de arena para la microfiltración y un sistema UV o de ozono para la desinfección.
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2015, Jacob Bregnballe, Guía para la recirculación de la acuicultura, http://www.fao.org/3/a-i4626e.pdf. Reproducido con permiso. *