Los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) se han convertido en una importante dirección de desarrollo en la acuicultura moderna, proporcionando ventajas en la conservación del agua, producción estable y reducción de descargas ambientales. Sin embargo, estos sistemas producen aguas residuales que contienen altas concentraciones de sólidos suspendidos, contaminantes a base de nitrógeno- y fósforo-y grandes cantidades de materia orgánica disuelta. Si dichas aguas residuales ingresan a un sistema de nanofiltración (NF) sin un tratamiento previo adecuado, se producirá una grave contaminación de la membrana, lo que reducirá rápidamente el flujo y aumentará los costos operativos. Por esta razón, seleccionar una tecnología de pretratamiento eficaz es fundamental para mantener la estabilidad del funcionamiento de NF.
Investigaciones recientes compararon dos importantes tecnologías de pretratamiento: -floculación y ultrafiltración- para analizar su rendimiento de eliminación de contaminantes, su influencia en la disminución del flujo de NF y las características de contaminación de las membranas. Los hallazgos proporcionan una valiosa orientación técnica para seleccionar procesos de pretratamiento adecuados en el tratamiento de aguas residuales RAS.
En el pretratamiento de floculación, el alginato de sodio mostró el mejor desempeño entre los tres floculantes probados. Con una dosis óptima de 45 mg/L y una velocidad de agitación de 1200 r/min, logró una tasa máxima de eliminación de sólidos en suspensión del 79,70%. Sin embargo, la eficiencia de eliminación de nitrógeno amoniacal, nitrato, nitrito y sulfuros fue generalmente inferior al 40%, lo que indica que la floculación es insuficiente para los contaminantes disueltos que se encuentran comúnmente en las aguas residuales de la acuicultura. El estudio también encontró que el alginato de sodio forma flóculos pequeños y compactos que tienden a depositarse en la superficie de la membrana NF, creando una capa densa de torta. Debido a su estructura de polisacárido natural, el alginato de sodio también proporciona un sustrato para el crecimiento microbiano durante el período prolongado de sedimentación, lo que aumenta significativamente la contaminación biológica en la membrana NF. Como resultado, la recuperación del fundente después de la limpieza es relativamente pobre, lo que sugiere que la suciedad causada por la floculación es más adhesiva y difícil de eliminar.
Por el contrario, las membranas de ultrafiltración (UF), con tamaños de poro de 0,01 a 0,1 μm, demuestran un rendimiento excelente en la eliminación de sólidos suspendidos, logrando una tasa de eliminación de hasta el 98,54 %. Aunque la UF tiene una capacidad limitada para eliminar contaminantes de nitrógeno y fósforo, reduce eficazmente la carga de partículas que ingresan al sistema NF. Como resultado, la membrana NF forma una capa de torta más suelta durante la operación, lo que reduce el bloqueo de los poros y ralentiza el aumento de la presión transmembrana. Según las pruebas de rendimiento de NF, las aguas residuales pretratadas con UF mostraron un flujo inicial más alto, una disminución de flujo más lenta y una recuperación de flujo significativamente mejor después de limpiezas repetidas en comparación con el agua pretratada con floculación-. Esto indica que la UF puede retrasar significativamente la contaminación irreversible de la membrana NF.
Un análisis adicional utilizando fluorescencia de matriz de excitación-emisión (EEM) mostró que la solución de limpieza del sistema de floculación-NF contenía picos fuertes que representaban subproductos microbianos solubles, mientras que estos picos estaban casi ausentes en el sistema UF-NF. Esto confirma que la sedimentación prolongada y la naturaleza polisacárida del alginato de sodio promueven el crecimiento microbiano, aumentando así la obstrucción de la membrana en la etapa NF.
En general, la comparación muestra claramente que la ultrafiltración es más efectiva que la floculación como método de pretratamiento para la nanofiltración de aguas residuales de acuicultura en recirculación. Aunque la floculación proporciona una opción de bajo-costo para la eliminación inicial de partículas, sus características de flóculo y sus riesgos microbianos provocan una contaminación irreversible más grave de la membrana. Por lo tanto, se espera que un proceso de membrana integrado UF + NF se convierta en una tecnología clave para el tratamiento avanzado y la reutilización de aguas residuales RAS.
De cara al futuro, a medida que la producción acuícola aumente y las regulaciones ambientales se vuelvan más estrictas, temas como el control de incrustaciones por nanofiltración, la optimización del pretratamiento de ultrafiltración y el desarrollo de membranas NF de baja-presión y alta-eficiencia seguirán atrayendo atención. La integración de UF y NF en sistemas de membranas más compactos y energéticamente-eficientes promoverá la transformación del tratamiento de aguas residuales de la acuicultura hacia la recuperación de recursos, una reducción de las descargas y una gestión del agua más sostenible.
