1.Descripción general de los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS)
(1) Características de los sistemas de recirculación de acuicultura
Los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) son un novedoso modelo de acuicultura desarrollado sobre la base de la acuicultura intensiva, caracterizado por la recirculación y reutilización del agua de cultivo. Además de las ventajas de la acuicultura intensiva convencional, los RAS ofrecen importantes beneficios en el tratamiento de aguas residuales, reducción del consumo de agua y minimización de la descarga de efluentes. A través del diseño optimizado del sistema de suministro de agua y la operación coordinada de múltiples instalaciones y dispositivos, RAS permite el reciclaje repetido de todo el volumen de agua de cultivo. En comparación con la acuicultura intensiva tradicional, son superiores en términos de eficiencia energética para el control de la temperatura, la mitigación de la contaminación ambiental y la prevención y control de enfermedades.
Los RAS requieren el uso integrado de un conjunto integral de instalaciones de purificación y tratamiento de agua. El diseño de sus procesos implica la aplicación de múltiples disciplinas y tecnologías industriales, incluida la mecánica de fluidos, la biología, la ingeniería mecánica, la electrónica, la química y la tecnología de la información de automatización. Un RAS bien-diseñado puede lograr un control total de los parámetros de calidad del agua, como la temperatura, el oxígeno disuelto y los nutrientes, y bajo cualquier circunstancia, más del 90% del agua del sistema se puede reutilizar mediante recirculación.
(2) Esencia y ventajas de RAS
La esencia de los sistemas acuícolas de recirculación (RAS) radica en apoyar y optimizar la producción acuícola a través de enfoques industrializados y modernizados. Al permitir una-regulación completa del proceso del entorno acuático, RAS puede superar parcialmente las limitaciones externas como la temperatura, la disponibilidad de agua y el espacio, logrando así una producción continua-de múltiples lotes durante todo el año. Esto permite la agricultura-fuera de temporada y la entrada escalonada al mercado, lo que brinda a los productores una ventaja competitiva y mayores retornos económicos.
(3) Eficiencia de producción y uso de recursos
El excelente rendimiento de producción de RAS está estrechamente relacionado con sus características altamente controlables y{0}}eficientes en términos de recursos. Por-unidad-de agua, el rendimiento de productos acuáticos en RAS es de 3 a 5 veces mayor que el del flujo tradicional-a través de la acuicultura intensiva y de 8 a 10 veces mayor que el de la acuicultura en estanques, mientras que las tasas de supervivencia aumentan en más de un 10 %. Además, el uso de medicamentos veterinarios y agentes químicos se reduce en casi un 60%. Estas mejoras integrales en los indicadores de desempeño garantizan los beneficios económicos y ecológicos de RAS.
(4) Tratamiento de agua e integración de sistemas
En RAS, el agua de cultivo se somete a una serie de tratamientos, que incluyen filtración física, purificación biológica, esterilización y desinfección, desgasificación y oxigenación, permitiendo la reutilización total o parcial del agua. Al mismo tiempo, la optimización del entorno de cultivo se puede integrar con equipos automatizados, como alimentadores automáticos, lo que permite cierto grado de automatización y gestión inteligente.
(5) Fundamentos tecnológicos y características clave
Los RAS integran tecnologías avanzadas de ingeniería pesquera, equipos mecánicos, nuevos materiales ecológicos-, regulación microecológica y gestión digital. Debido al entorno de producción totalmente controlado, que se ve mínimamente afectado por las condiciones externas, los RAS demuestran ventajas significativas que incluyen la conservación del agua y la tierra, la reducción de la demanda de energía para la regulación de la temperatura, las condiciones de cría estables, las tasas de crecimiento aceleradas, las altas densidades de población y la producción de productos ecológicos-respetuosos con el medio ambiente y libres de contaminación-. Como tal, los RAS son considerados como "el modelo de acuicultura y la dirección de inversión más prometedores del siglo XXI".
(6) Desarrollo y aplicación en China
Hasta la fecha, se han diseñado y construido más de 900 RAS-a gran escala en China, que abarcan las principales provincias costeras y las regiones del interior, extendiéndose incluso hasta Xinjiang. Estos sistemas, que abarcan aplicaciones tanto marinas como de agua dulce, se han comercializado con éxito, cumpliendo los objetivos de producción esperados y demostrando un excelente rendimiento operativo. Las prácticas de producción confirman que RAS no solo ofrece una productividad superior y ventajas ambientales, sino que también logra costos de producción significativamente más bajos por unidad de rendimiento en comparación con otros modelos de acuicultura.
2.Procesos y tecnologías clave de los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS)
Los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) hacen un uso extensivo de equipos y tecnologías de ingeniería industrial. Normalmente constan de unidades de proceso e instalaciones para la eliminación de partículas sólidas; eliminación de partículas en suspensión y materia orgánica soluble; eliminación de sales inorgánicas solubles tóxicas y nocivas como el amoníaco y el nitrito; control de patógenos; eliminación de dióxido de carbono del metabolismo de organismos y microorganismos cultivados; suplementación de oxígeno; y regulación de temperatura. Los procesos técnicos involucrados incluyen aislamiento térmico y control de temperatura, eliminación de partículas sólidas, eliminación de nitrógeno y fósforo inorgánicos solubles, desinfección y esterilización, así como oxigenación.
(1) Características de producción industrializada e intensiva
Los RAS mejoran aún más las características intensivas de la acuicultura industrial, ofreciendo una alta eficiencia de producción y una pequeña ocupación de tierra, al tiempo que superan las limitaciones de los recursos de tierra y agua. Como modelo agrícola de alto-insumo, alto-producto, alta-densidad y alta-eficiencia, RAS se alinea con los objetivos generales de China para la civilización ecológica y las estrategias de desarrollo sostenible.
(2) Importancia ecológica y estratégica
Con sus características intensivas, eficientes, de ahorro-de energía, de reducción-de emisiones y respetuosas con el medio ambiente, RAS se ha convertido en una dirección importante para transformar y mejorar la acuicultura en China hacia un desarrollo ecológico y con bajas-carbonos. Durante varios años consecutivos, RAS ha sido incluido en la lista del Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales de China como una de las principales tecnologías acuícolas recomendadas.
(3)Desarrollo y tendencias actuales
En la actualidad, este modelo ha obtenido un amplio reconocimiento tanto del mundo académico como de la industria en China. La escala de la construcción de nuevos sistemas y la capacidad general de cultivo han aumentado constantemente en los últimos años, lo que convierte a RAS en una de las tendencias clave de desarrollo futuro de la industria acuícola de China.
3.Descripción general de la investigación e industrialización de sistemas de recirculación de acuicultura (RAS)
(1) Investigación e industrialización internacional
Investigación y desarrollo tempranos
El primer sistema de acuicultura de recirculación (RAS) surgió en Japón durante la década de 1950. Posteriormente, muchos países comenzaron a investigar sobre tecnologías de tratamiento de agua y acuicultura para RAS. Inicialmente, estos estudios se basaron en procesos de tratamiento de aguas residuales municipales y sistemas estilo acuario-(con densidades de cultivo de solo 0,16 a 0,48 kg/m³). Sin embargo, estos enfoques no tuvieron en cuenta los requisitos únicos de la acuicultura comercial-particularmente en términos de costos del sistema, uso de recursos, relación entre los volúmenes de agua de cultivo y purificación, y la capacidad de carga del sistema (normalmente 50 a 300 kg/m³). Como resultado, los esfuerzos de investigación encontraron muchos reveses, consumieron grandes cantidades de recursos y progresaron lentamente.
Reconocimiento de características dinámicas
Los primeros estudios también pasaron por alto una característica importante de RAS: su naturaleza dinámica. Las tasas de producción y degradación de los desechos metabólicos de los peces deben alcanzar un equilibrio dinámico para que el sistema permanezca estable y saludable. A mediados de la década de 1980, con una comprensión cada vez mayor de los parámetros de calidad del agua-como el pH, el oxígeno disuelto (OD), el nitrógeno total (TN), el nitrato (NO₃⁻), la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y la demanda química de oxígeno (DQO), y sus patrones de variación en el agua de acuicultura, estos cambios dinámicos se integraron gradualmente en el diseño del sistema. Por ejemplo, la deficiencia de oxígeno se puede corregir rápidamente mediante aireación, pero la respuesta de las bacterias nitrificantes al aumento de las concentraciones de amoníaco a menudo se retrasa significativamente. Por lo tanto, un conocimiento más profundo de los factores limitantes que interactúan se volvió cada vez más importante para el diseño y operación efectivos del sistema.
Desafíos en las primeras prácticas
Muchos profesionales de la acuicultura tenían experiencia con el flujo-a través de sistemas intensivos, pero carecían de conocimientos sobre el funcionamiento de RAS. Como resultado, a menudo no lograron controlar adecuadamente la densidad de población, las cantidades de alimento, la frecuencia de alimentación y la gestión de la calidad del agua, lo que provocó desequilibrios en el flujo de agua del sistema y el ciclo de materiales y, en última instancia, provocó fallas operativas. Esta falta de comprensión científica y experiencia en gestión se reflejó en los niveles de densidad de cultivo: los RAS a escala de laboratorio- generalmente alcanzaban solo entre 10 y 42 kg/m³, mientras que los primeros RAS a escala comercial- se mantenían tan bajos como 6,7 a 7,9 kg/m³. Después de más de medio siglo de avances tecnológicos-que incluyen optimización de procesos, aireación y oxigenación (p. ej., uso de oxígeno líquido), alimentación automatizada y selección de especies adecuadas-los RAS modernos han superado muchos factores limitantes y ahora pueden soportar altas densidades de cultivo de 50 a 300 kg/m³.
Crecimiento industrial e innovaciones tecnológicas
Mientras la acuicultura tradicional en estanques enfrentaba un estancamiento debido a la competencia por la tierra y las presiones ambientales, los RAS en Europa y América del Norte experimentaron un rápido crecimiento entre los años 1980 y 1990. Esta expansión industrial estuvo acompañada de mejoras tecnológicas, incluido el uso de filtros presurizados y no-presurizados para sólidos suspendidos de gran tamaño, ozonización para desinfección y degradación de la materia orgánica, y el desarrollo de múltiples filtros biológicos como filtros sumergidos, filtros percoladores, filtros alternativos, contactores biológicos giratorios, biofiltros de tambor y reactores de lecho fluidizado, así como unidades de desnitrificación anaeróbicas. Con estos avances, RAS maduró gradualmente y entró en aplicación comercial.
El caso de Estados Unidos
Estados Unidos ha mantenido una posición de liderazgo en la investigación RAS tanto fundamental como aplicada, cubriendo áreas como la nutrición y fisiología de especies cultivadas intensivamente, prevención de enfermedades y tecnologías de tratamiento de agua. Una característica clave del RAS estadounidense es su alto grado de automatización y mecanización en el control de la calidad del agua. Los sistemas-asistidos por computadora regulan automáticamente el oxígeno disuelto, el pH, la conductividad, la turbiedad y los niveles de amoníaco, así como las condiciones ambientales como la temperatura, la humedad y la intensidad de la luz. Aprovechando su avanzada base industrial, EE. UU. ha adoptado ampliamente equipos de alta tecnología para oxigenación, purificación biológica, eliminación de sólidos, clasificación y recolección. Por ejemplo, el RAS experimental desarrollado por el Centro de Biotecnología Marina de la Universidad de Maryland incorpora procesos de tratamiento anaeróbico, muy parecidos a los sistemas diseñados por Aquatec-Solutions en Dinamarca.
4.Desafíos y Contramedidas para el Desarrollo de Sistemas Industrializados de Recirculación de Acuicultura (RAS)
(1) Integración insuficiente de instalaciones y equipos
Aunque los equipos de tratamiento de agua, alimentación automática, desinfección y aireación de China se han acercado gradualmente al nivel avanzado internacional, la integración general del sistema sigue siendo inadecuada. La falta de empresas-de gran escala capaces de producir juegos completos de equipos RAS ha aumentado los costos y la complejidad de la construcción, obstaculizando así el rápido avance de los equipos nacionales.
(2) Necesidad de optimización del pienso compuesto especializado
En la actualidad, las fórmulas de alimentos acuícolas en China son muy homogéneas y carecen de alimentos especializados diseñados para RAS y especies cultivadas específicas. Esto aumenta la carga operativa de los sistemas de tratamiento de agua y afecta el rendimiento agrícola. Es necesario desarrollar alimentos RAS-específicos para cada especie con una nutrición bien-equilibrada, bajas tasas de lixiviación y tasas de conversión alimenticia favorables.
(3) La prevención y el control de enfermedades requieren mayor precisión
La agricultura de alta-densidad y alta-eficiencia aumenta el riesgo de brotes de enfermedades una vez que se producen desequilibrios en el sistema, y los patógenos son difíciles de eliminar en sistemas cerrados. Se debe mejorar la optimización del sistema para mejorar la capacidad de amortiguación, mientras que la investigación debe centrarse en la fisiología de los peces, las respuestas al estrés, los indicadores tempranos de enfermedades y los mecanismos eficaces-de alerta de enfermedades.
(4) Presión significativa del consumo de energía y reducción de costos
La alta inversión inicial en construcción y el consumo de energía son desafíos inevitables para RAS. Se deben implementar medidas de ahorro de energía-tanto a nivel de equipo como de sistema, incluido el desarrollo de filtros de baja-energía, dispositivos de eliminación de CO₂, tecnologías de tratamiento de aguas residuales y aplicaciones de energía renovable como bombas de calor de fuente solar, eólica y de agua-.
(5) Falta de estandarización en la operación y gestión
Actualmente, no existen estándares o normas técnicas unificadas para RAS en China. Como resultado, el diseño del sistema, las prácticas de gestión y el desempeño agrícola varían ampliamente, y las fallas operativas son comunes. Es fundamental establecer un marco técnico estandarizado para una acuicultura saludable, mejorar los estándares de procesos y gestión, y promover proyectos demostrativos para una producción estandarizada.
(6) Necesidad de fortalecer la investigación básica
La comprensión científica de varios aspectos sigue siendo insuficiente, incluido el estado de salud de las especies cultivadas en alta-densidad y condiciones específicas de calidad del agua, los cambios estructurales de las biopelículas durante el funcionamiento del sistema, los mecanismos del ciclo de nutrientes y los métodos óptimos para la eliminación y el tratamiento inofensivo de partículas sólidas. Estas brechas obstaculizan el desarrollo futuro de tecnologías y equipos relevantes.
(7) Tendencias y oportunidades de desarrollo futuro
A pesar de estos desafíos, RAS ofrece ventajas significativas en eficiencia de producción, sostenibilidad ambiental y bienestar animal. Como modelo agrícola verde, ecológico, circular y eficiente, se alinea con las tendencias globales hacia un desarrollo bajo-carbono. Con la modernización de las pesquerías de China, el avance de la civilización ecológica y la aceleración de los objetivos de neutralidad de carbono, se espera que RAS entre en una nueva fase de rápido desarrollo.