MASTER EN ACUICULTURA Y PESCA UCA, UCA, Campus Campuss Río San Campu San Pedro, San Pedro, Puerto Pedro, Puerto Real Puerto Real Real 8 de enero a 30 de junio junio de de 2008
Sistemas de Recirculación en Acuicultura Salvador Salvador CÁRDENAS CÁRDENAS Jefe del Departamento Jefe del Departamento de de Producción Producción IFAPA, IFAPA, Centro Centro El El Toruño Toruño Apdo. Apdo. 16, 16, El El Puerto Puerto de de Santa Santa María María 16 / 04 / 2008, 2008, 16:30 16:30 – 18:30 18:30
Definición de RAS Los Sistemas de Recirculación en Acuicultura (RAS) pueden ser definidos como sistemas que incorporan tratamientos y reutilización de agua, en los que se renueva menos del 10% del volumen total
Ventajas del RAS • Flexib Flexibili ilida dad d en la sele selecci cción ón del del empl emplaza azamie miento nto con la posibilidad de localizar los cultivos cerca del mercado • Re Redu ducc cció ión n de de uso uso del del sue suelo lo y agu aguaa (*) (*) • Dism Dismin inuc ució ión n de de los los ccos osto toss eener nergét gétic icos os (*) (*) • Cont Contro roll comp comple leto to del del agu aguaa (pH, (pH, sali salini nida dad, d, Tº, Tº, O2,, etc) (*) • Re Reduc ducció ción n de de los los vertid vertidos os orgáni orgánicos cos de los cultiv cultivos os • Bios Bioseg egur urid idad ad (des (desin infe fecc cció ión n de de los los ccul ulti tivo voss y ve vert rtid idos os)) • Contro Controll de la biom biomasa asa piscíc piscícola ola con la posibi posibilid lidad ad de 3 mayores cargas en los cultivos: 60-120 kg/m • Posibi Posibilid lidad ad de de libera liberarr los los peces peces en cualq cualquier uier época época del del año con el tamaño deseado • Ca Calilida dad d cons consttante ante para para el mer merca cado do • Posibi Posibilid lidad ad de de integr integrar ar los los culti cultivos vos con otra otrass activi activida dades des (p.e.: cultivos asociados, cultivos hidropónicos, irrigación)
Reque Re queri rimi mien ento toss de Agua Agua/S /Sue uelo lo ESPECIES y SISTEMA
PRODUCCIÓN (kg/ha/año)
CONSUMO AGUA (l/kg) (l/kg)
TASA DE USO DEL SUELO
TASA DE USO DEL AGUA
O. niloticus
17.400
21.000
77
210
I. punctatus
3.000
3.00 3.000 0 – 5.00 5.000 0
448
400
0.mykiis gairdneri en
150.000
210.000
9
2.100
tanques Peneidos en estanques
4.200 – 11.000
11.000 – 21.340
177
160
O. niloticus
1.340.000
100
1
1
en estanques
en estanques
en RAS
Phillips et al. (1991) en Timmons et al. (2001)
Ahorro Energético (Producción de 100.000 alevines de lubina de 1 g) Mano de Obra
Larvas
Energía
Alimento
100
Bombeo
Calentamiento
54
% 50
%27
0
0
Circuito Abierto
Circuito Cerrado
Circuito
Circuito
Abierto
Cerrado Blancheton, 2000
Sistemas de Engorde EXTENSIVO
SEMIINTENSIVO
Recinto
Estanques
Tanques
Jaulas
Renovación del agua Temperatura
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Bacteria y Parásitos Desechos Solubles Desechos Particulados Predadores
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Sin control
Alevines
Control Total Condiciones Naturales
Difícil Control Control Total
Control Total
INTENSIVO Tanques en Circuito Abierto (FAS) Sin control Difícil Control Posible Control Posible Control Posible Control Posible Control Control Total
Tanques en Circuito Cerrado (RAS) Control Total Control Total Control Total Posible Control Posible Control Control total Control Total Control Global
Otras Características del RAS • Es el sistema de cultivo super-intensivo más utilizado en acuicultura • RAS necesita de una mayor inversión económica que otros sistemas de producción • Métodos principales: separación de sólidos, aireación, separación de coloides, biofiltración
Procesos de la Recirculación Aireación Oxigenación
Tratamiento térmico
Electrosoplantes
Oxígeno líquido
Calentadores
Difusores de aire
Enfriadores
Desgasificadores
Bombas de calor
Desinfección
Separación de Coloides Fraccionador de espuma
Rayos Ultravioletas Ozono
TANQUES DE CULTIVO
Sistemas mixtos
Separación de Sólidos Desbastado Sedimentación Filtros de arena Filtros de malla
Biofiltración Filtros sumergidos Filtros de percolación Filtros rotatorios Filtros de lecho
Funcionamiento Básico • Clarificación primaria = eliminación de sólidos - Sedimentación, debastado, filtración mecánica - Clarificación antes de la biofiltración
• Biofiltración = nitrificación y desnitrificación • Clarificación secundaria (espumador) = eliminación de floculantes biológicos (coloides) • Adición de aire / oxígeno para soportar los peces y las bacterias del biofiltro
Componentes Básicos • Infraestructura básica • Componentes del Sistema – – – – – –
Caseta de bombeo Grupo electrógeno Electricidad trifásica Almacén de pienso Suministro de oxígeno Edificio
– – – – – – – – –
Tanques Oxígeno Fraccionador de espuma Filtro mecánico (FM) Filtro biológico (FB) Calentadores / Enfriadores Esterilizadores Iluminación Sistemas de control (opcional)
Clasificación de los Componentes • Primarios – – – – –
tanques bombas fraccionador de espuma (*) FM (*) FB (*)
• Secundarios – oxígeno – calentadores/enfriadores – esterilización (*) información detallada
• UV • ozono
– Iluminación – otras bombas
Tanques • Criterios – no tóxicos – durables – facilmente limpiables
• Materiales – – – –
fibra de vidrio hormigón plástico PVC
Bombas • Tipos – bombas de presión – airlift
• Propósitos – recircular el agua a través del sistema – usualmente colocadas después del biofiltro
Aireación / Oxígenación • Electrosoplantes + Difusores
• Bomba con venturi • Torre • U-tubos • Conos
Esterilizadores • Tipos – rayos utravioletas – ozono (*)
• Función – desinfección (agua nueva, agua circulante y/o efuentes) – (*) oxidar los compuestos orgánicos disueltos (nitrito a nitrato) – (*) 10-15 g de ozono por kg de pienso son suficientes
Bombas de Calor / Calderas
Otros Componentes • Iluminación – bajos niveles de iluminación reducen el estrés en los peces
• Sistemas de control
Tratamientos del Agua • Físicos: desbastado, sedimentación, centrifugación, filtración de arena, control de la temperatura, esterilización UV, filtración de cartuchos, filtración con bolsas • Químicos: fraccionador de espuma , aireación, inyección de oxígeno, control de la salinidad, carbon activo, control del pH, osmósis inversa, desgasificación, intercambio iónico, ozonación • Biológicos: nitrificación, desnitrificación
Caracterización de los Sólidos • Todos los contaminantes en los efluentes, excepto los gases disueltos, contribuyen a la presencia de sólidos • Sólidos = constituyentes orgánicos + inorgánicos • Los sólidos bloquean las tuberias, aumentan el consumo de oxígeno, saturan los equipos de filtración • Cuando se descomponen, los sólidos orgánicos consumen oxígeno y liberan NH3 /NH4+-N • El 70% del NH3 /NH4+-N en los vertidos esta asociado con los sólidos orgánicos (no excretado como N líquido)
Clasificación de los Sólidos • Los materiales sólidos se clasifican en: sedimentos, suspendidos, coloidales o disueltos • La mayoría de los sedimentos tienen > 10 µM • Las partículas suspendidas son atrapadas en membranas de 1 µM • Las partículas disueltas consisten en algunos iones y moléculas orgánicas e inorgánicas
Tamaño de las Partículas
Tratamientos Físicos: Filtros de Tambor • Sencillo, metódo tradicional, pre-tratamiento previo al tratamiento primario • Colocado a lo largo del flujo de agua • Los filtros de tambor finos se usan también en los tratamientos terciarios • Los materiales estan constituidos por fibras • El coste se incrementa cuando decrece el tamaño de la malla • Separados estáticos vs. rotarios (0,25 a 1,5 mm; alrededor de 2-9 litros por minuto por milímetro cuadrado; eficiencia de eliminación del alrededor del 525%) • Los filtros rotatorios para sólidos finos tienen un 50-70% de efiacia para partículas entre 15-60 µM
Tratamientos Físicos: Filtros de Tambor
Tratamientos Físicos: Separación de Sólidos Gravitacional • Los vertidos son primeramente tratados mediante una sedimentación sencilla (tratamiento primario) • Como ocurre con los estanques de cultivo, el criterio de diseño consiste en una sección longitudinal, ralentización del flujo, profundidazación del tanque y descarga mediante rebosamiento • Los depósitos de sedimentación ideales no existen en el mundo real debido a la gran variedad de tamaños de las partículas, composición, etc. • Cuando la velocidad de sedimentación es conocida, las dimensiones básicas pueden ser estimadas
Tratamientos Físicos: Filtros Granulares • También conocidos como filtros de “arena” • Criterios de fabricación: tipo de fibra del continente, procedimientos de operación, características de los vertidos, características del medio filtrante • Otros: tiempo del colmatación, facilidad de contralavado, presión máxima admitida • La mayoría dispone de un medio filtrante sencillo: un tipo de arena o tamaño de partícula • Se pueden clasificar como filtros de arena lentos o rápidos
Tratamientos Físicos: Filtros Lentos de Arena • Usualmente construidos por el usuario, a cielo abierto • Las flujos son lentos, 0,6-0,7 litros por segundo /m2 • Tamaño de partícula: 30 µM max • Por esta razón necesitan más superficie • Aprovechan el desnivel para establecer un flujo gravitatorio • El agua limpia sale por el desagüe del fondo
Tratamientos Físicos: Filtros Rápidos de Arena • Cerrados, unidades bajo presión • Flujos altos • Los contralavados suelen ser automáticos
Tratamientos Químicos: Fraccionador de Espuma • También conocido como: separador de urea, separador de proteínas, separador de coloides, espumador, etc. • Elimina las sustancias coloidales: proteínas • Los compuestos son adsorbidos en la superficie de las burbujas y sacadas fuera del sistema • La espuma acumulada en la extremo superior de la columna de agua es expulsada por rebosamiento • Beneficios: reduce la saturación de los filtros, elimina compuestos de alto peso molecular (p e., proteínas), incrementa la claridad del agua, incrementa la aireación del agua, incrementa la estabilización del pH (elimina los ácidos orgánicos)
Fraccionador de Espuma
INNOVAQUA IFAPA
Fraccionador de Espuma •
Para una máxima eficiencia los surfactantes en el agua deben mezclarse con las burbujas en la colunma de agua del espumador
•
Burbujas pequeñas = más contacto (> relación superficie/volumen)
•
El diámetro de la burbuja ideal es 0,8 mm
Biofiltración Pez
Restos fecales y de pienso
Proteína del alimento
Productos de desecho metabólicos
Liberación a la atmósfera
NH3 NH4+
Nitrosomonas sp.
NO2-
Nitrobacter sp.
Plantas NO32-
N2
Productos de Desecho Metabólicos
Lupatsch & Kissil (1998)
Biofiltración • La filtración biológica, en sentido amplio, se refiere a las técnicas de filtración que utilizan organismos vivos para eliminar alguna sustancia en una solución acuosa • Los organismos vivos pueden ser: bacterias, algas, plantas superiores (principalmente cultivos hidropónicos) • La filtración biológica, de la que vamos a hablar aquí, se refiere a la eliminación de amonio, nitrito y nitrato mediante bacterias • Conclusion general: después del oxígeno, el amonio a menudo se convierte en un factor limitante para el éxito del RAS
Cinética de la Biofiltración • Repaso rápido: – Amoniaco (NH3) y Nitrito son tóxicos para los peces a concentraciones bajas • Amonio Total (NH3 + NH4+) – Dorada y Lubina: > 2 ppm • Amoniaco (NH3) – Salmónidos: > 0,002 ppm – No salmónidos: > 0,01 ppm – Especies marinas: > 0,05 ppm • Nitrito (NO2-) – Dorada y Lubina: > 2 ppm – Nitrato (NO32-) es considerado poco tóxico (hasta 400 mg/L) • Dorada y Lubina: > 100 ppm • Todas las conversiones son aeróbicas (p.e., requieren oxígeno) • Bajo [O2] = desnitrificación y posible perdida de N del agua de cultivo • ¿Podría la desnitrificación, sola, funcionar? Posiblemente, pero no es eficaz desde un punto de vista económico
Cinética de la Biofiltración
Porcentaje de NH3 en Función de la Tª y el pH sobre Amonio Total (TAN) pH
TEMPERATURA ( C) ° °
8
12
16
20
24
28
32
7.0 8.0
0.2 1.6
0.2 2.1
0.3 2.9
0.4 3.8
0.5 5.0
0.7 6.6
1.0 8.8
8.2
2.5
3.3
4.5
5.9
7.7
10.0
13.2
8.4
3.9
5.2
6.9
9.1
11.6
15.0
19.5
8.6
6.0
7.9
10.6
13.7
17.3
21.8
27.7
8.8
9.2
12.0
15.8
20.1
24.9
30.7
37.8
9.0
13.8
17.8
22.9
28.5
34.4
41.2
49.0
9.2
20.4
25.8
32.0
38.7
45.4
52.6
60.4
9.4
30.0
35.5
42.7
50.0
56.9
63.8
70.7
9.6
39.2
46.5
54.1
61.3
67.6
73.6
79.3
9.8
50.5
58.1
65.2
71.5
76.8
81.6
85.8
10.0
61.7
68.5
74.8
79.9
84.0
87.5
90.6
10.2
71.9
77.5
82.4
86.3
89.3
91.8
93.8
EJEMPLO: Para obtener la concentración de NH3 en agua a pH 8.4, 28 C y 2 mg/L de TAN: 2 mg/L x 15.0 (de la tabla) / 100 = 0.3 mg/l de NH3 °
Boyd (1982)
Equilibrio NH4+ / NH3 en función del pH
Ciné Cinéti tica ca de la la Biof Biofililtr trac ació ión n • En la la nit nitri rifi fica caci ción ón int interv ervienen enen bac actteria eriass quimioautotrofas, quimioautotrofas, autotrofas au totrofas quimiosintéticas o quimiolitotrofas • La Lass bact bacter eria iass obti obtien enen en la energ energía ía de comp compue uest stos os inorg norgán ániicos cos en ve vezz de los los org orgánic ánicos os • El carbono es aportado por el CO2 y el hidrógeno del agua, del amonio amonio o de la atmósfer atmósferaa • 400 es especies de bac bactterias están implicadas en la la oxidación del Amonio: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis, Nitrosoglea (principalmente Nitrosomonas europea y monocella) Nitroc ocys ysti tiss sp. • Nitrito: Nitrobacter sp. y Nitr
Ciné Cinéti tica ca de la la Biof Biofililtr trac ació ión n • Oxidación del amonio a nitrito: – NH4+ + 1,5O2 2H+ + H2O + NO2Nitros osom omon onas as sp. sp. solame – Nitr solament ntee puede puede utiliz utilizar ar el amonio NH4+ – La ener energí gíaa deri deriva vada da de este este proc proces eso o es es usad usadaa para asimilar el CO2
• Oxidación de nitrito a nitrato:
– NO2- + 0,5O2 NO32– La ener energ gía liber iberad adaa en amba ambass re reaccio ccione ness es es utilizada para el crecimiento crecimiento celular – La gene genera raci ción ón de ener energí gíaa no no es es muy muy eficiente: el tiem tiemp po de gener enerac aciión es de 10 10-12 -12 hr hr
Ciné Cinéti tica ca de la la Biof Biofililtr trac ació ión n • Por cada gramo de NH4+-N oxid oxidad ado o a NO3-N, se cons consum umen en 4, 4,57 57 g de de O2 y 7,13 g de CaCO3 • Además ás,, se se pr producen 8,59 g de H2CO3 (ácido carbónico carbónico), ), 0,17 0,17 g de masa celular, celular, 4,43 4,43 g de de nitrat nitratos, os, 3,73 3,73 g de de agua y 5,97 5,97 g de CO2 • Así: la nitrific ficación es un proceso acidific ficante (p.e., hay que estar atento al descenso del pH) • Con Con la la exc excep epci ción ón del del inte interc rcam ambi bio o ióni iónico co,, nin ningún gún otro otro proc roceso eso quím químiico, co, fís físico ico o biol iológic ógico o ha demo demost stra rado do ser ser ta tan n efect efectiv ivo o en la elim elimin inac ació ión n del del amonio
Utilización de los Biofiltros • Los biofiltros en los sistemas de producción acuícola solamente se llevan estudiando desde hace 25 años • Los primeros tipos usados fueron los filtros sumergidos, pronto reemplazados por los filtros de percolación, aunque los mismos principios se aplican a todos los biofiltros • Varios tipos: sumergidos, percolantes, rotatorios (biodiscos y biotambores), lechos fluidos, lechos flotantes • Los biofiltros sumergidos son sencillos y han sido tomados de la industria de tratamiento de efluentes, pero resultan ser menos eficientes que los percolantes
Biofiltros Sumergidos • Son filtros con flujo descendente (de arriba a abajo) • Relegados a sistemas de cultivo sencillos • Las bacterias crecen como una película en la superficie del medio filtrante • El medio filtrante esta continuamente sumergido • La mayoría de los medios usados son: piedra caliza (mejora el pH), conchas de ostras, conchas de almejas, coral triturado, modulos de plástico o cerámica, anillos de vidrio o plástico, incluso redes de pesca • Las partículas deben ser más grandes de 19-25 mm o se colmatarán los filtros
Biofiltros Sumergidos Nivel del agua
ENTRADA
Nivel del agua
Medio filtrante
FILTRO SUMERGIDO
SALIDA
Biofiltros de Percolación ENTRADA
Aspersor
Medio filtrante
SALIDA FILTRO DE PERCOLACIÓN
• Diseño similar a los sumergidos con una gran diferencia: el medio filtrante no esta sumergido • Las bacterias estan adheridas a un medio filtrante humedecido y en un ambiente semi-aeróbico • Raramente se colmatan • Solamente funcionan en flujo descendente • El medio filtrante consiste en módulos de plástico (ligeros, gran superficie) • La arena no puede ser usada por su escasez de huecos
Biofiltros Sumergidos vs. Percolantes
Medios Filtrantes de Percolación
Biofiltros Rotatorios Dirección de rotación
ENTRADA
Medio filtrante rotatorio
SALIDA Nivel del agua
FILTRO ROTATORIO
• También conocidos como biocontactores rotatorios (RBC), biodiscos o biotambores • Biodiscos: serie de discos (diámetro: 1,2 m) montados en un eje horizontal • El 40% de la superficie del disco esta sumergido permanentemente, mientras el eje y los cojinetes estan por encima del nivel del agua • Los discos estan separados uno del otro por una distancia mínima de 13 mm • La mayoría de los discos están construidos en forma de láminas planas o coarrugadas de fibra de vidrio o plástico
Biodiscos • Velocidad de rotación: 2-6 rpm • Con una potencia de 0,25 C.V. se pueden mover biodiscos de 1,2 m de diámetro a una velocidad de 3-4 rpm
Biotambores • Los biotambores son variantes de los biodiscos • Cilindros llenos de medio filtrante = más superficie • Desventaja: se necesita más energía para la rotación
Bioreactores de Lecho Fluido Desventaja: requiere una flujo ascendente fuerte (Q > 230-250 lpm/m2)
SALIDA
Arena fluidizada
Base perforada
ENTRADA FILTRO DE LECHO FLUIDO
• El contenido esta dentro de un tubo vertical de plástico • La arena esta soportada por gravilla sostenida por un plato oerforado • El medio filtrante permanece en suspensión gracias al flujo ascendente del agua • Usualmente impulsada a presión por una bomba • Solamente usada para la transformación del NH3 (no de los sólidos) • El criterio principal de diseño debe contemplar un flujo ascendente elevado y la demanda de oxígeno • La capacidad es 10 x la de los bioflitros estáticos
Bioreactores de Lecho Flotante SALIDA Base perforada superior Agua Bolitas de plástico de 2 a 4 mm
Agua
Base perforada inferior
ENTRADA FILTRO DE LECHO FLOTANTE
• También conocido como biofiltros de bolitas • Baja densidad del medio filtrante • Utilizan múltiples bolitas de 2-4 mm en flujo ascendente a presión • Las bolitas flotan por encima del punto de inyección del agua • Capaz de capturar sólidos y biolfiltrar • Atrapan las partículas en suspensión mientras aumentan la nitrificación • Pueden nitrificar 270 mg TAN por m2 por día • 1 m3 de bolitas pueden proporcionar un tratamiento completo del agua con los desechos generados por 12-16 kg de alimento por día (400-530 kg peces/m3 medio filtrante)
Factores Físicos que Influyen en la Biofiltración • La luz solar directa o cualquier otra fuente de rayos UV inhibe la actividad nitrificante de las bacterias. Por tanto, es mejor mantener el biofiltro en completa oscuridad • Sólidos en Suspensión (SS) < 20 ppm • Superficie necesaria para la nitrificación: 100 m 2 de superficie filtrante por kg de pienso por día • Temperatura óptima para la nitrificación: 30-35 ºC. Como la mayoría de los cultivos piscícolas operan a temperaturas más bajas, lo mejor es mantener la temperatura en el intervalo óptimo para el crecimiento de los peces. Este efecto se puede cuantificar: – RAR (%) = 45 + 2,73 Tº (ºC), donde RAR es la tasa de eliminación de amonio, % relativo a 20 ºC – La nitrificación a 10 ºC es el 72 % de la tasa a 20 ºC y a 30 ºC la tasa es del 127 % de la tasa a 20 ºC
Factores Químicos que Influyen en la Biofiltración • pH: la inhibición de la nitrificación comienza por debajo de pH = 7 • pH óptimo > 7,0 • NH3 inhibe Nitrosomonas sp. y Nitrobacter sp. a 10-150 y 0,1-1,0 mg/L, respectivamente • O2: efluente del biofiltro > 2,0 mg/L • Alcalinidad: 20-50 mg/L • Salinidad: el normal en los intervalos de cultivo, sin cambios bruscos. La salinidad afecta a la capacidad nitrificante cuando se inoculan bacterias procedentes de agua dulce. Es mejor usar bacterias procedentes del medio marino o estuárico
Arranque del Biofiltro • Requiere varias semanas para que sea completamente funcional (a 30 ºC: 3-4 semanas; a 10 ºC: 3 meses) • Los animales heterótrofos consumen materia orgánica liberando amoniaco, el amonio permite el crecimiento poblacional de Nitrosomonas sp. (10-14 días) • El tiempo total requerido para convertir NH3 a NO32- es de 30100 días (media = 45 días) • Las adiciones graduales de los heterotrofos permiten un incremento lento del NH3 en el sistema (3-5 días entre adiciones) • Se puede usar agua y medio filtrante húmedezido procedente de otros biofiltros (81% más rápido) • Los inoculantes artificiales no son tan eficientes como los medios húmedos
Procedimientos para la Activación del Biofiltro PASO
PROCEDIMIENTO
COMENTARIOS
1
Establecer una concentración de amonio total (TAN) de 10 a 20 ppm
2
Medir TAN cada 2 –3 días
3 4
Cuando TAN < 5 ppm, añadir NH4HCO3 para obtener (como paso 1) 10 a 20 ppm Medir TAN cada 2 –3 días
5
Repetir paso # 3
6
Medir TAN y Nitrito diariamente
7
Cuando TAN < 5 ppm, añadir NH4HCO3
(como paso 1)
8
Continuar añadiendo NH 4HCO3 hasta que el nitrógeno añadido diariamente sea equivalente a ¼ a ½ de la carga de amonio total esperada de la alimentación de los peces Estabular los animales y comenzar su alimentación; controlar TAN y Nitrito estrechamente
40 a 80 mg NH4HCO3 /kg pienso
9
53 a 106 mg NH4HCO3 por litro
(como paso 1)
Evolución de la Nitrificación (20 ºC) o n e 24 g ó r t i n 20 o m 16 o c ) m12 p p ( n 8 ó i c a 4 r t n e c 0 n o C
Amonio Total Nitrito
NO32-
Nitrato
NH3 + NH4
+
NO2-
A veces puede alcanzarse una situación estabilizada debido a la renovación del agua
Situación estabilizada
0
6
13
Activación de Nitrosomonas sp.
19
26
32
39
45
Día
Activación de Nitrobacter sp.
52
58
Desnitrificación (Biofiltros aeróbios/anaeróbios) • Función: reducir nitrato a nitrógeno gaseoso pH < 7
NO3- + 5/6 CH3OH
Pseudomonas
1/2 N2 + 5/6 CO2 + 7/6 H2O + OH-
• Efectos secundarios – producción de H 2S (olor a huevos podridos) – cuando se detecta este olor podremos considerar que se ha llegado a valores letales, entonces debemos renovar rapidamente para eliminarlo – en los filtros anaeróbios se puede eliminar colocando planchas de hierro dulce u oxidado
Preguntas y Recomendaciones • Preguntas: – ¿que método es el mejor? – ¿y cual más económico?
• Recomendaciones: – – – – –
Lo más sencillo posible No gastar en lujos Invertir en bombas y filtros Buscar proveedores de confianza No intentar inventar la rueda
Ejemplos Reales de Sistemas de Recirculación
RAS en Cría Larvaria (Mediterráneo) Características del cultivo Larvas Alevines
Características del sistema Larvas
Alevines
Peso final
40 mg
1-5 g
Carga inicial (kg/m3) Carga final (kg/m3) Duración (días) Limpieza (días)
0,4
0,4
Filtro de Filtro de malla arena Desinfección UVA
4
30
Biofiltro
40
90
Desgasificador (CO2)
40
90
Calentamiento/ Enfriamiento Aireación Oxigenación Blancheton, 2000
RAS en Preengorde (Mediterráneo) Características del Características del sistema cultivo Peso final (g) Carga inicial (kg/m3) Carga final (kg/m3) Duración (meses) Limpieza
10 – 150 10 50 – 80 1-6
Filtro de malla Desinfección UVA Biofiltro Desgasificador(CO 2) Calentamiento/Enfriamiento Control del pH Oxigenación
cada ciclo Blancheton, 2000
RAS en Engorde (Mediterráneo) Peso final (g) Carga inicial (kg/m3) Carga final (kg/m3) Duración (años) Limpieza
Características del cultivo 200 – 1.500 > 25 > 100 1–2 cada ciclo
Características del sistema Filtro de malla Desinfección (UVA, O3) Biofiltro nitrificador grande Biofiltro desnitrificador (opcional) Desgasificador(CO 2) Calentamiento Enfriamiento Control del pH Oxigenación
Blancheton, 2000
RAS en Europa PAÍS
ESPECIES
Nº GRANJAS PROD. (Tm.)
AÑO
ALEMANIA
Anguilla anguilla
5
300
--
BÉLGICA/LUX
Anguilla anguilla
3
160
--
GRAN BRETAÑA
Anguilla anguilla
2
45
--
GRECIA
Anguilla anguilla
11
600
--
DINAMARCA
Anguilla anguilla
26
2.700
1985
ESPAÑA
Anguilla anguilla
2
340
1986
FRANCIA
Anguilla anguilla Dicentrarchus labrax Scophthalmus maximus
1 1 1
25 200 --
--1990
HOLANDA
Anguilla anguilla Clarias gariepinus
60 24
4.000 5.000
1985-1990
NORUEGA
Salmo salar
--
--
1985
Producción de Lubina (Francia) Prod. Anual (Tm) Volumen (m3) Renovación especifica Temp. media (ºC) Carga (kg/m3) Otras
Circuito abierto (FAS) 100 1.600 150 m3 por kg de alimento
Circuito cerrado (RAS) 70 400 0,5-1,5 m3 por kg de alimento
19 30-60 Alimentación automática, oxigenación y emergencias
21,5 70-100 Alimentación autodemanda, oxigenación y emergencias
Blancheton, Gasset y Eding, 2004
Producción de Rodaballo (Francia) Circuito abierto Circuito cerrado (FAS) (RAS) Temp. media (ºC) Recirculación (%/h)
6 - 24 20 - 50
12 - 18 100
Renovación (%/día) Factor de conversión Peso inicial (g) Peso final (g) Carga (kg/m3) Mortalidad
500 - 1200 1,3 20 – 100 900 - 1.100 65 – 70 10 - 15
100 1,0 – 1,1 20 1.500 – 1.800 70 8-9
Lavenant, De La Pomelie y Paquotte, 2004
RAS con Tilapia (Israel) Parámetros Componentes de producción Cultivo (días) 331 V. Tanques: 60 m3 4,1 Renovación (%/día) 0,19 Consumo de agua (m3 /kg) V. Filtros: 40 m3 Factor de conversión 2,03 28 Peso inicial (g) Tiempo de 501 Peso final (g) retención en los SGR (%) 0,87 tanques: 1 h 81,1 Carga (kg/m3) Tiempo de 4868 Biomasa (kg) retención en los Supervivencia (%) 95 filtros: 5 h Van Rijn, 2001
RAS con Dorada (Israel) Circuito abierto Circuito cerrado (FAS) (RAS) 100 100 Volumen cultivo (m3) 200 322 Cultivo (días) Renovación (%/día) 800 80 35-40 3,5-4,0 Consumo de agua (m3 /kg) 1,8 1,8 Factor de conversión Densidad inicial (nº/m3) 250 250 86 / 330 86 / 490 Peso inicial/final (g) 0,67 0,54 SGR (%) Carga final (kg/m3) 78 94 99 95 Supervivencia (%) Mozes et al ., 2003
Sistemas de Recirculación en el IFAPA Centro El Toruño
Cronología AÑOS
TIPO
M3
ESPECIES
OBJETIVOS
1988
RAS
1.000
Oncorhynchus mykiss
Aclimatación a agua de mar
1992
RUS (1)
11.000
Ruditapes philippinarum / Sparus aurata
Mejora de los efluentes
1995
RUS
Ruditapes philippinarum / Sparus aurata
Mejora de los efluentes
1995–97
RAS
6
Dicentrarchus labrax / Sparus aurata
Experimentos de alimentación
1995-97
RAS
48
Diplodus sargus / Sparus aurata
Preengorde
1995/97/99
RAS
900
Acipenser naccarii
Aclimatación a agua de mar
1999-2007
RAS
80
Solea senegalensis
Puesta desfasada (+)
1999-2001
RAS
550
Thunnus thynnus
Engorde
2002-07
RAS
100
Pagellus bogaraveo
Puesta en cautividad (+)
2002-07
RAS
250
Epinephelus marginatus
Puesta en cautividad (+)
2002-07
RAS
550
Argyrosomus regius
Puesta en cautividad (+)
2002-07
RAS
250
Pagrus auriga
Puesta en cautividad (+)
2002-07
RAS
250
Pagrus pagrrus
Puesta en cautividad (+)
1999-2007
RUS
2.000
Varias
Cultivo
2008-10
IMTA (2)
24.000
Ruditapes philippinarum-Argyrosomus regius
Mejora de los efluentes
(1) RUS: Reuse Aquaculture System (2) IMTA: Integrated Multi-Trophic Aquaculture
Aclimatación de O. mykiss • Aclimatación: 16 días (diciembre 1988) • Componentes del sistema de recirculación: • 4 tanques de cultivo (hormigón) de 70 m3 • 1 tanque (PRFV) de mezcla de agua dulce y de mar de 8 m3 • 1 estanques de recirculación de 700 m2 • Truca arcoiris: 18.180 peces de 300 g (1 año de vida) • Carga (Kg/m3): 21 • Renovación (m3 /h): 0,7 • Calidad del agua: • Temperatura (ºC): 9-13 • Salinidad (ppt): 0 - 34 • Oxígeno (ppm): 7,0 – 10,8 • Supervivencia (%): 99,2 • Engorde en la bahía de Getares (Algeciras)
Aclimatación de A. naccarii I AGUA SALADA AGUA POTABLE
BOMBA 20 m3/h
ELECTROSOPLANTE
D
BOMBA 7,2 m3/h
E-1 E-2 RECIRCULADOR
E-3
E-4
F-1
F-2
C-1
BOMBA 4,2 m3/h CANAL DE DESAGÜE FILTRO BIOLÓGICO
D : TANQUE DE CONTROL (AGUA DULCE) E : TANQUES DE ACONDICIONAMIENTO DE ESTURIONES F : TANQUES DE FILTRACIÓN BIOLÓGICA C : ESTANQUE DE DECANTACIÓN Y MEZCLA DE AGUAS
Aclimatación de A. naccarii II • Aclimatación: 44 días • Componentes del sistema de recirculación: • 1 tanque experimental de 70 m3 , dividido en cuatro partes • 1 tanque de control de 70 m3 • 1 estanque de recirculación de 700 m2 para la mezcla de agua dulce y agua de mar • Esturión italiano: 40 peces ( 5 lotes) • Edad (años): 1- 4 • Peso (g): 400 – 5.000 • Salinidad (ppt): 0 - 33 • Supervivencia (%): – Peces de 2 años: 12 % – Peces de 4 años: 50 %
Cría de Dorada, Lubina y Sargo TIPO DE CULTIVO
Cultivos experimentales
Cultivos semiindustriales
Nº sistemas empleados
4
4
1
Nº tanques cultivo
2
2
4
3,2
3,2
48
1
1
11
Separador espuma (m3)
0,05
0,05
---
Vol. filtros biológicos (m3)
0,8
0,8
28
Renovación (%/día)
10
10
5-7
Dorada
Lubina
Dorada y Sargo
91
285
170
Vol. cultivo máximo (m3) Vol. reserva (m3)
Especie Duración cultivo (días)
Cría de Dorada, Lubina y Sargo TIPO DE CULTIVO
CULTIVOS EXPERIMENTALES
Especie
Circuito
Dorada
CULTIVOS SEMIINDUSTRIALES Lubina
Cerrado
Dorada
Sargo
Cerrado
Abierto
Abierto
Cerrado
Nº sistemas
4
1
2
2
1
1
Calefacción (kw)
--
--
0,5-1
--
--
--
Nº alevines (miles)
1,68
0,42
0,80
1
0,42
6,36
7,85
Supervivencia (%)
97,5
97,5
98,0
98,4
95,3
76,0
47,8
Peso inicial (g)
8,1
8,1
18,9
18,9
18,9
5-25-100
4-90
Peso final (g)
41,9
43,0
66,3
55,5
52,9
13-45-?
7-?
Carga máxima (kg/m3)
5,6
5,5
9,0
9,6
6,6
3,8
1,3
Cría de Dorada y Sargo
Reproducción de S. senegalensis I ENTRADA DE AGUA NUEVA FILTRO MECÁNICO RECOGEDO
ESTERILIZADOR DE U. V.
ESPUMADORES
BOMBA TUBOS DE AIREACIÓN
ENTRADA DE AGUA NUEVA
Reproducción de S. senegalensis II FILTRO BIOLÓGICO TUBOS DE AIREACIÓN ESPUMADORES
TANQUE DE REGULACIÓN 2 RECOGEDOR DE HUEVOS
ESTERILIZADOR DE U. V. TANQUE DE PUESTA
ENFRIADOR
TUBOS DE LIMPIEZA
TANQUE DE REGULACIÓN 1
Reproducción de P. auriga BOMBA Y TUBO VENTURI
SONDA DE OXÍGENO
RECOGEDORES DE HUEVOS
SONDA DE TEMPERATURA BOMBA
FILTROS DE ARENA
DEPÓSITO DE OXÍGENO LÍQUIDO ( 4.000 Kg )
CENTRALINA CAUDALÍMETROS CON ELECTROVÁLVULAS
Reproducción de A. regius I ELECTROSOPLANTES ESTRUCTURA DE PERFILES METÁLICOS Y SUELO DE TRAMA PARA ACCESO A LOS TANQUES
APORTE DE AGUA NUEVA
APORTE DE AGUA NUEVA TANQUE DE 5 m DE RADIO
TANQUE DE 3 m DE RADIO
FILTRO REBOSADEROS
BOMBA
RECOGEDOR DE HUEVOS FILTRO
BOMBA
FILTRO DE SÍLICE
ENFRIADOR TANQUE DE 3 m DE RADIO
FILTRO APORTE DE AGUA NUEVA
Reproducción de A. regius II RECOGEDOR DE HUEVOS
REBOSADEROS
PLATAFORMA DE ACCESO A LOS TANQUES
REBOSADEROS
RECOGEDOR DE HUEVOS FILTROS
FILTROS VISOR
0 4 , 0 2 9 , 1
0 5 , 3
0 1 , 1
TANQUE DE 5 m DE RADIO
DESAGÜES DE FONDO
TANQUE DE 3 m DE RADIO
Desnitrificador
Sistema de reutilización (RUS) TANQUE ELEVADO BOMBAS SUMERGIBLES (2) FILTROS BIOLÓGICOS CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN
FOSO
APORTE DE LAS NAVES CRIADERO Y SEMILLERO
REBOSADERO
ESTANQUES DE DECANTACIÓN
BOMBAS SUMERGIBLES (2)
+ Información •
Cárdenas S., Cañavate JP., 1998.- Recirculación de agua a través de filtros biológicos en cultivos de peces marinos. Revista Aquatic 2 (http://www.revistaaquatic.com).
•
Cárdenas S., Cañavate JP, Revilla E., Méndez J., Calvo A., Cañavate JP., 2002.- Descripción de una instalación nueva para el cultivo en circuito cerrado de atunes. I Congreso Iberoamericano Virtual de Acuicultura “CIVA 2002” (http: //www.civa2002.org).
•
Cárdenas S., Cañavate JP., Revilla E., Méndez J., Muñoz JL., Naranjo JM., 2004.- Recirculation Aquaculture Systems at CICEM El Toruño. Avanced Course on Recirculation Systems and Their Application in Aquaculture.
IFREMER, CIHEAM, FAO. Sétè (France). •
Cárdenas S., Cañavate JP., Zerolo R., 2008.- Recirculation Fish Culture Systems at IFAPA Centro El Toruño. Curso Avanzado sobre Sistemas de Recirculación y su Aplicación en Acuicultura. IRTA, CIHEAM, Sant Carles de la Ràpita, Tarragona (España), 10-14 marzo 2008.
•
Muñoz J.L., Sánchez-Lamadrid A., Saavedra M., Cárdenas S., 1995.- Cultivo asociado de almeja japonesa (Ruditapes philippinarum) y dorada ( Sparus aurata) en estanques con circuito semicerrado. Actas del V Congreso Nacional de Acuicultura , Universidad de Barcelona. San Carlos de la Rápita (Tarragona).