10.2 Implementación del tratamiento de aguas residuales en acuapónica

En acuapónica, las aguas residuales cargadas de sólidos (es decir, el lodo) son una valiosa fuente de nutrientes, y es necesario llevar a cabo los tratamientos adecuados. Los objetivos de tratamiento difieren del tratamiento convencional de aguas residuales porque en acuapónica es de interés la conservación de sólidos y agua. Además, independientemente del tratamiento de aguas residuales aplicado, su objetivo debe ser reducir los sólidos y, al mismo tiempo, mineralizar sus nutrientes. En otras palabras, el objetivo es obtener un efluente libre de sólidos pero rico en nutrientes solubilizados (es decir, aniones y cationes) que pueda ser reinsertado en el bucle de agua en una configuración acoplada (Fig. 10.1a) o directamente en los lechos de cultivo hidropónico en una configuración desacoplada (Fig. 10.1b). Los sólidos de lodos de peces se componen principalmente de materia orgánica degradable, por lo que la reducción de sólidos puede llamarse reducción orgánica. De hecho, las moléculas orgánicas complejas (por ejemplo, proteínas, lípidos, carbohidratos, etc.) están compuestas principalmente por carbono y se reducirán sucesivamente a compuestos de menor peso molecular hasta las últimas formas gaseosas de COSub2/sub y CHSub4/sub (en el caso de la fermentación anaeróbica). Durante este proceso de degradación, los macronutrientes (es decir, N, P, K, Ca, Mg y S) y micronutrientes (es decir, Fe, Mn, Zn, Cu, B y Mo) que estaban unidos a las moléculas orgánicas se liberan en el agua en sus formas iónicas. Este fenómeno se denomina lixiviación de nutrientes o mineralización de nutrientes. Se puede suponer que cuando se logra una alta reducción orgánica, también se lograría una alta mineralización de nutrientes. Por un lado, el lodo contiene una proporción de minerales no disueltos y, por otro lado, algunos macro y micronutrientes se liberan durante el proceso de mineralización. Estos pueden precipitar rápidamente juntos y formar minerales insolubles. El estado entre los iones y los minerales precipitados de la mayoría de los macro y micronutrientes depende del pH. Los minerales más conocidos que precipitan en los biorreactores son el fosfato de calcio, el sulfato de calcio, el carbonato de calcio, la pirita y la estruvita (Peng et al. 2018; Zhang et al. 2016). Conroy y Couturier (2010) observaron que Ca y P fueron liberados en el reactor anaeróbico cuando el pH cayó por debajo de 6. Mostraron que la liberación correspondía exactamente a la mineralización del fosfato cálcico. Goddek et al. (2018) también observaron la solubilización de P, Ca y otros macronutrientes en el reactor de manta de lodos anaeróbicos de flujo ascendente (UASB) que se volvió ácido. Jung y Lovitt (2011) reportaron una movilización de nutrientes del 90% de lodos derivados de la acuicultura a un valor de pH muy bajo de 4. En esta condición, todos los macro y micronutrientes fueron solubilizados. Existe, pues, un antagonismo entre la reducción orgánica y la mineralización de nutrientes. De hecho, la reducción orgánica es máxima cuando los microorganismos son activos para degradar los compuestos orgánicos, y esto ocurre a pH en un rango de 6-8. Debido a que la lixiviación de nutrientes se produce a un pH inferior a 6, para una óptima reducción orgánica y mineralización de nutrientes, lo más eficaz sería dividir el proceso en dos pasos, es decir, un paso de reducción orgánica a un pH cercano al neutro y un paso de lixiviación de nutrientes en condiciones ácidas. Hasta donde sabemos, todavía no se ha informado de ninguna operación que utilice este enfoque de dos pasos. Esto abre un nuevo campo en el tratamiento de aguas residuales y se necesita más investigación para su implementación en acuapónica.

Fig. 10.1 Implementación esquemática del tratamiento de lodos en un sistema acuapónico de bucle ** (a) ** y en el sistema aquapónico desacoplado ** (b) **

La elección del alimento también es importante en este contexto. En los piensos a base de animales en los que una fracción de ingrediente principal se basa todavía en fuentes animales (por ejemplo, harina de pescado, harina de huesos), el fosfato unido, por ejemplo, como apatita (derivado de harina ósea), está fácilmente disponible en condiciones ácidas, mientras que los piensos a base de plantas contienen fitato como una fuente importante de fosfato. El fitato en contraste con, por ejemplo, apatita requiere conversión enzimática (fitasa) (Kumar et al. 2012), por lo que el fosfato no es tan fácil de obtener.