Descripción general de la innovación
Cada módulo de acuicultura en el sistema Tropenhaus consiste en:- Un tanque para criar peces
- Un filtro biológico hidropónico en cada estanque
- Una bomba para recircular el agua
En uno de los módulos, se instaló y evaluó un nuevo filtro acuapónico consistente en una caja de plástico con ranuras en el fondo y laterales rellena de gránulos de arcilla expandida como sustrato en la que se cultivan directamente plantas tropicales. El agua procedente de los tanques de peces se libera en la parte superior de las cajas expandiendo los gránulos de arcilla. Las ranuras favorecen la aireación del filtro y por tanto evitan las condiciones anaeróbicas. Las raíces de las plantas que crecen en la parte inferior del filtro ayudan a mejorar el rendimiento mecánico del mismo y proporcionan un hábitat idóneo para los microorganismos.
Principios del módulo
Se configuraron experimentos para evaluar los resultados individuales de dos tipos de filtros acuapónicos (el antiguo sistema hidropónico de estanque y el nuevo de caja con arcilla expandida). Cada uno de estos sistemas tiene asociado un tanque circular (con pared metálica y tela impermeable de PE) y un sistema de calefacción en el suelo. Los tanques tienen un diámetro de 5,5 m. y una capacidad de 10 m3 de agua que se mantuvo a una temperatura de 25 °C. El agua se bombea desde el desagüe hasta los filtros hidropónicos dos veces por hora. La variación diaria de temperatura fue de 5 °C (23 °C durante el día y 18 °C en la noche). El agua residual de los tanques (efluente) se usó para irrigar el invernadero. Un depósito situado en el techo del invernadero recoge agua de lluvia que se emplea para el abastecimiento de los tanques. El filtro acuapónico consiste en 40 cajas plásticas ranuradas en las paredes y fondo. Cada caja se llena con 60 L, de gránulos de arcilla expandida con un diámetro de 13 mm - 20 mm. El volumen total de filtro fue de 2,4 m3. El agua residual de los peces se suministra a cada caja mediante una tubería. El filtro acuapónico incluye los siguientes principios de innovación:
- Tratamiento del agua: los gránulos de arcilla expandida actúan como sustrato sustituyendo el agua
- Cultivos: las plantas acuáticas son sustituidas por frutas tropicales
- Construcción: Es posible hacerlo a nivel del suelo con lo cual se facilita el manejo.
Evaluación de los indicadores de sostenibilidad seleccionados en SustainAqua
La tabla resume los resultados en relación a los indicadores de sostenibilidad seleccionados en SustainAqua comparando ambos tipos de filtro, mostrando claramente las mejoras obtenidas en relación a la eficacia de utilización de nutrientes y producción así como en el aumento de la productividad que deriva en menores costos de mano de obra.
| Resultados | Sistema con filtro acuapónico (cajas) | Sistema con filtro hidropónico (tanques) | ||
| Eficiencia energética | Consumo de energía por tilapia producida [kWh/kg] | Consumo de energía por tilapia producida [kWh/kg] | ||
| Total | 214.43 | Total | 157.41 | |
| Calor | 214.38 | Calor | 157.36 | |
| Electricidad | 0.05 | Electricidad | 0.05 | |
| Water input | Entrada de agua por tilapia producida [m3/kg] | 1.4 | Entrada de agua por tilapia producida [m3/kg] | 1.4 |
| Salida de agua | Salida de agua por tilapia producida [m3/kg] | 1.4 | Salida de agua por tilapia producida [m3/kg] | 1.3 |
| Eficiencia en la utilización de nutrientes | N en la biomasa de tilapia / N entrada[kg/kg] | 0.28 | N en la biomasa de tilapia/ N entrada [kg/kg] | 0.24 |
| P en la biomasa de tilapia/ P entrada[kg/kg] | 0.32 | P en la biomasa de tilapia/ P entrada[kg/kg] | 0.27 | |
| Salida de nutrientes | N vertido en agua de salida / N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.21 | N vertido en agua de salida / N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.22 |
| P vertido en agua de salida / N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.17 | P vertido en agua de salida / N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.29 | |
| Reciclaje de nutrientes en productos comercializables | N retenido en subproductos/ N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.01 | N retenido en subproductos/ N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.00 |
| P retenido en subproductos/ N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.01 | P retenido en subproductos/ N entrada (esqueleto) [kg/kg] | 0.00 | |
| Incremento de productividad por unidad de mano de obra | Tiempo invertido en el manejo del sistema/ productos [h/kg] | 0.04 | Tiempo invertido en el manejo del sistema/ productos [h/kg] | 0.27 |
Fluctuaciones en amoníaco, nitrito, nitrato, O2 y DQO
Comparación de las fluctuaciones de nitrito
Las concentraciones de amoniaco siguieron una evolución similar y permanecieron relativamente bajas en ambos tanques durante un periodo bastante prolongado de tiempo. A finales de agosto, se observó un incremento en ambos sistemas. Sin embargo, las concentraciones de amoníaco en el sistema con filtro hidropónico se mantuvieron más altas que las del filtro acuapónico. Las concentraciones de nitrito también se mantuvieron en niveles bajos. Sin embargo se observaron mayores fluctuaciones en el filtro hidropónico (tanque) que en el acuapónico en el cual se mantuvieron más equilibradas (cajas). Las concentraciones de nitrato mostraron variaciones de aproximadamente la misma magnitud en ambos sistemas. Las concentraciones de oxígeno variaron entre 1.5 y 7.2 mg/l en el sistema de tanque, y entre 5.9 y 7.9 mg/l con el sistema de filtro acuapónico. Los niveles de DQO fueron aproximadamente los mismos excepto en ambos sistemas con la excepción de un pico en el sistema acuapónico a mediados del mes de abril.
Factores de éxito y limitaciones
El filtro acuapónico ha demostrado ser un tratamiento de las aguas residuales muy eficaz y rentable para sistemas como Tropenhaus, en los cuales la acuicultura se combina con la producción vegetal. Puede ser instalado en el área de cultivo del invernadero proporcionando la misma productividad que el resto de la superficie cultivada. Comparado con el filtro hidropónico, se necesita menos trabajo de mantenimiento (en particular para la retirada de lodos) y no más para la producción vegetal. El filtro acuapónico también muestra un mejor rendimiento biológico (mayor estabilidad) que el filtro hidropónico, especialmente para los parámetros de amonio y nitritos, que son tóxicos para los peces. Cuando el filtro acuapónico no pueden integrarse en la superficie cultivada, se necesita un espacio adicional que puede ser una desventaja en comparación con el filtro hidropónico (situado por encima del estanque de peces). Otro inconveniente es la distribución de agua necesaria para cada caja (complejidad del sistema de canalización).
Beneficios de la implantación
En comparación con el filtro hidropónico, el filtro acuapónico ha mostrado algunas ventajas:- Mayor valor añadido de los subproductos (frutas tropicales frente a plantas acuáticas)
- Menos fluctuaciones en las concentraciones de nutrientes en los tanques de peces
- Mayor facilidad para integrarlo en el sistema existente (área cultivada) sin incremento en los costes de construcción
- Mantenimiento y manejo facilitado, menor necesidad de mano de obra.
El nuevo filtro acuapónico es un caso modelo de ingeniería ecológica en el cual “los conceptos ecosistémicos se han empleado para servir a la sociedad” y “los residuos se han empleado como recurso”. El caro trabajo manual del técnico para eliminar los lodos ha sido reemplazado por procesos naturales. El agua residual de los tanques de tilapia se ha usado para generar productos de alta calidad (frutas tropicales y verduras) mejorando el rendimiento económico de la producción integrada al sistema. El plan de negocios de la nueva ampliación del proyecto Tropenhaus que incluye el nuevo filtro acuapónico basado en la producción de fruta, da prueba de ello.