BIOSHELL : Desarrollo de un filtro biológico innovador para aplicación en acuicultura basado en un relleno sostenible de concha de mejillón

portada Bioshell
Temática: 
Eje 1.2 Innovación acuicultura
Objetivos: 

Diseño e instalación de un biofiltro para la depuración de agua de acuicultura con relleno de material residual de la actividad acuícola, como es la concha de mejillón, para su futura implementación en un sistema de recirculación de agua, con el objetivo final de reducir el consumo de agua de este sector.

Descripción: 

El proyecto BIOSHELL consta de 4 actividades principales, articuladas para lograr los objetivos principales del proyecto:

A1. Pruebas a escala laboratorio. En base a experiencias previas basándonos en la literatura científica disponible, ANFACO-CECOPESCA con el apoyo de la Universidad de Valladolid realizará experimentos con biorreactores con conchas de mejillón como material de relleno.

A2. Dimensionamiento de los Biofiltros. La Universidad de Valladolid será la encargada de diseñar las biofiltros a escala piloto que se emplearán en la tercera actividad. Se tendrán en cuenta los resultados preliminares de las pruebas de laboratorio así como los problemas surgidos en esa etapa para tratar de solventarlos en la escala piloto, tales como obstrucciones, flotación, etc.  Se realizará un cálculo para el dimensionamiento de los biofiltros y la cantidad de conchas necesarias para el experimento piloto (10-15L). A partir de estos diseño se comenzará la etapa de construcción del equipo que debe ser para su posible integración en plantas de acuicultura reales “low cost”, no solo en el tema del relleno como se sobreentiendo del proyecto al trabajar con conchas residuales sino también en tema de materiales y facilidad de integración en un sistema de recirculación (RAS) que pudiese implantarse en campo.

A3. Aplicación a escala piloto. ANFACO-CECOPESCA ayudado por la universidad de Valladolid trabajará en la selección de materiales que permitan integrar a una escala piloto (en torno a 15L) un biorreactor de relleno de conchas low cost que permitirá validar los resultados alcanzados a escala laboratorio y ver como las mejoras en el diseño del equipo permiten una mejora de los parámetros de seguimiento de proceso como son la eliminación de materia orgánica o nutrientes del agua residual de la planta de acuicultura continental. 

A4. Difusión de los avances y resultados del proyecto. Finalmente, los resultados y conclusiones del proyecto se divulgarán entre el sector acuícola con el objetivo de dar estos sistemas low cost una alternativa eficaz y sostenible en los sistemas RAS, y para promover su implantación en los procesos productivos de las empresas, tanto a través de medios especializados como revistas del sector como a través de medios generalistas. Las actividades de difusión incluirán además las propias de actualización de redes sociales (LinkedIn, Twitter, etc…) con los avances del proyecto. También, se realizará un evento de difusión en la sede de ANFACO-CECOPESCA al final del período de ejecución del proyecto donde se presentarán los resultados finales del proyecto y podrán también realizarse otras ponencias en la misma temática. 

Resultados del proyecto
Resultados: 

Los resultados de la primera actividad relacionados con el estudio de los biofiltros a escala laboratorio y comparación con rellenos comerciales fueron buenos desde el punto de vista del uso de nuevos rellenos sostenibles. 

Se montaron dos reactores de nitrificación, uno con conchas y el otro con biobolas comerciales, y luego un tercero, que fue un reactor de desnitrificación con conchas, que se montó a la vez que los otros dos, pero se arrancó una vez los equipos de nitrificación tuvieron un estado estacionario estable. Los reactores de nitrificación se operaron durante casi 120 días con concentraciones de amonio que variaron de los 25 ppm iniciales a los 5 ppm y con dos TRH distintos 1 y 0,5 días. Por su parte, el reactor de desnitrificación operó durante 70 días con la salida del reactor de nitrificación con conchas de mejillón. Los resultados muestran que con los filtros de biobolas se consiguió la eliminación casi del 100% a concentraciones de 15, 10 y 5 ppm y TRH 1 día.S egistraron ciertos problemas en los últimos días por la subida del amonio sin explicación aparente puesto que ya llevaba una semana a TRH 0,5 días, por lo que la estabilidad a este TRH no se comprobó en esta etapa en laboratorio. Las bajadas puntuales de pH se compensaron con bicarbonato. Por su parte, con el biofiltro de conchas, se consiguió una eliminación de casi del 100% a concentraciones de 10 y 5 ppm y TRH 1 día y a 5 ppm y 0,5 días de TRH, excepto en los últimos días, que se produjeron subidas del amonio. Además, en este caso, no se registraron problemas de pH. En cuanto a la desnitrificación, se operó con un TRH de 1-1,5 d, alimentando la salida del reactor de nitrificación con conchas, pero los resultados no fueron satisfactorios

Por su parte en la segunda y tercera actividad relacionada con la parte de diseño, construcción y operación del biofiltro piloto se tuvieron en cuenta los resultados de laboratorio. Como no se consiguió desnitrificar, bien en la actividad 1,  en la fase de diseño se pensó en un sistema que permitiese mejorar la tasa de desnitrificación mediante la modificación de la configuración del reactor colocando el sistema de desnitrifciación previo al de nitrificación.  El sistema piloto se montó en la planta del Grupo Tres Mares en Lires (Cee, Coruña). Los biofiltros de nitrificación y desnitrificación se rellenaron con conchas de mejillón procedentes de un cocedero de mejillón, y se inoculó el biofiltro con una mezcla de lodo de EDAR urbana con bacterias nitrificantes de acuario al igual que se había realizado en los sistemas de laboratorio. El sistema piloto estuvo operando en torno a 10 semanas, durante las cuales se realizaron mediciones de pH y seguimiento de la concentración de amonio, nitritos y nitratos unas 2-3 veces por semana. Además, se monitorizó la eliminación de materia orgánica en fase ya estacionaria. Los datos obtenidos del seguimiento controlado de los reactores permitieron calcular la eficiencia de eliminación de nitrógeno en ambos equipos y la acumulación de intermedios de reacción.

La eliminación del amonio y del nitrito fue del 100% en los últimos 20 días de operación, mientras que la concentración de nitrato se redujo en los últimos días indicando que la desnitrificación era adecuada, al contrario de lo que sucedió a escala laboratorio donde el nitrato no se eliminaba con las conchas. Por tanto, se puede decir que los biofiltros tienen una capacidad de eliminación de 5 ppm por día de nitrógeno amoniacal. El pH se mantuvo estable entre 7,8 y 7,2 la mayor parte de la operación sin necesidad de fuentes de alcalinidad externas. Los análisis de Carbono Orgánico Total (TOC) en muestras de entrada y salida indicaron una eliminación de materia orgánica en torno al 45-55%.En definitiva, los resultados muestran que el uso de concha de mejillón conllevó una mayor estabilidad en el proceso de nitrificación, tanto con 1 día de tiempo de residencia a 5, 10 y 15 ppm de N-NH4+, como con 0.5 días y 5 ppm de N-NH4+.

Las conclusiones principales del estudio han sido:

-  Se ha verificado una eficacia similar en sistemas de relleno de conchas respecto a los rellenos de biobolas para la eliminación de nitrógeno

- El uso de la concha permite una mayor estabilidad en el pH en los biofiltros como se preveia inicialmente

- El escalado mejoró los resultados respecto a la eliminación de nitrato respecto a laboratorio, aunque se necesitaron tiempos mayores para llegar a proceso estable

- La mayor pega es que se emplea muy poca cantidad de residuo ya que no se acumulan biofilms en periodos cortos y por ello no hay necesidad de reposición del relleno de concha por lo que como solución de acuicultura es viable pero como solución a gestión del residuo en esta aplicación en concreto, la demanda sería baja.

Los resultados de este trabajo se han difundido en la revista Investigación ( L Regueiro et al. (2020). Desarrollo de un filtro biológico innovador para su aplicación en acuicultura basado en un relleno sostenible de concha de mejillón. Investigación: cultura, ciencia y tecnología, (23), 54-59.), así como en el blog de Anfaco (http://www.anfaco.es/blog_ct/index.php/2020/01/31/filtros-biologicos-bas...) y en numerosas notas de prensa, así como via twitter en el perfil del proyecto (https://twitter.com/bioshell4?lang=es) y otras redes sociales. 

Convocatoria de subvenciones: 
2018
Estado: 
Cerrado
Año de inicio: 
2019
Año de finalización: 
2020
Ámbito de actuación: 
Castilla y León
Galicia
Beneficiario: 

ANFACO-CECOPESCA

Socios: 

Universidad Valladolid

Entidades colaboradoras: 

Grupo Tres Mares