Optimización de variables de operación de biofiltros mixotróficos de matriz inmovilizada para la maximización de las tasas de depuración en sistemas de recirculación acuícola.

Abstract

El acelerado crecimiento que ha tenido la industria salmonera en Chile, ha generado el incremento de las emisiones de contaminantes hacia el medio acuático. Es por esta razón que la industria se ve obligada a buscar alternativas para reducir su impacto al ambiente acuático. Actualmente la tendencia de la industria se basa en utilizar sistemas de recirculación acuícola (SRA), sin embargo, esta no es la única tecnología existente, en los últimos años se han estudiado los biofiltros mixotróficos, que comprenden microalgas y bacterias en una simbiosis que resulta en una mayor eficiencia en la remoción de contaminantes presentes en el agua. El cultivo de estos microorganismos es llevado a cabo en fotobiorreactores los cuales son capaces de controlar las condiciones de cultivo, tales como luz, temperatura, pH, agitación, nutrientes e intercambio gaseoso (CO2 y O2). Estas condiciones de cultivo o también denominadas variables de operación, en los niveles adecuados que requieren los microorganismos, permitirán al fotobiorreactor alcanzar su máximo rendimiento de remoción de nutrientes El objetivo de esta investigación es optimizar las variables de operación de un fotobiorreactor de columna para maximizar las tasas de depuración de nutrientes utilizando como medio de cultivo, agua residual proveniente de un sistema de recirculación acuícola. Las variables operacionales que se estudiaron en esta investigación fueron la irradiancia, agitación por aire y agitación por agua. Las variables respuesta fueron las tasas de depuración de amonio, nitrato y fosfato. Esto fue posible estudiarlo mediante la construcción de un sistema de fotobiorreactores, fabricados de modo que permitieran controlar las variables operacionales. Las tasas de depuración fueron obtenidas a partir de las pendientes de las curvas de concentración cuantificada por medio de un espectrofotómetro. Para llevar a cabo esta optimización se utilizó un diseño de cara central compuesta (CCF), que permitió obtener el diseño experimental, el cual fue la base para llevar a cabo los experimentos y conocer los valores que fueron capaces de maximizar las tasas de depuración de estos nutrientes. Los resultados obtenidos de esta investigación, no permitieron validar el modelo estadístico a causa de la alta dispersión de los datos. Sin embargo, sí fue posible determinar los rangos óptimos donde se maximizan las tasas de depuración mediante las gráficas de superficie de respuesta, que para el caso del amonio son: irradiancia 500-15250 LUX, caudal de aire 2-4 L/min y el caudal de agua 2,2-5 L/min. Para el caso del nitrato los rangos óptimos son irradiancia 15250 LUX, caudal de aire 0 L/min y caudal de agua 1-3 L/min. Por último, el fosfato posee su rango óptimo con irradiancia 500-1520 LUX, caudal de aire 2-4 L/min y caudal de agua 1,5-3,5 L/min. El hecho de que el modelo estadístico aplicado no fuese válido indica que no hay una variable operacional en particular, que tenga mayor influencia por sobre las otras variables; Esto quiere decir que las variables operacionales estudiadas se encuentran