Cultivo de biopelículas de bacterias nitrificantes (bacterias oxidantes de amoníaco, AOB) en MBBR para RAS

La biopelícula rojiza/marrón característica de los MBBR maduros se compone principalmente de bacterias oxidantes de amoníaco (AOB), como Nitrosomonas spp. y Nitrosococcus spp. Estas bacterias quimiolitoautotróficas son responsables del primer paso crucial de la nitrificación: la conversión del amoníaco tóxico (NH₃/NH₄⁺) en nitrito (NO₂⁻). Sus pigmentos (p. ej., el citocromo c) suelen conferir la tonalidad roja. Para un cultivo exitoso, es necesario optimizar las condiciones para su crecimiento y la formación de la biopelícula.

Fases y parámetros clave

Preparación e inoculación del sistema:

● Selección del portador: Elija portadores de gran superficie con una geometría óptima (p. ej., poros internos protegidos) que se adapten a las condiciones hidráulicas específicas. Asegúrese de que la relación de llenado del portador sea adecuada (normalmente entre el 25 % y el 70 % del volumen del reactor).

● Limpieza: Limpie completamente el tanque MBBR y los transportadores para eliminar residuos de fabricación o biopelículas anteriores utilizando agua limpia (evite el cloro o desinfectantes fuertes que matan a los nitrificantes).

● Fuente de inoculación: Introducir un cultivo viable de bacterias nitrificantes. Las fuentes incluyen:

Cultivos nitrificantes comerciales: Diseñados específicamente para sistemas de acuicultura/biopelícula. Siga las instrucciones de dosificación del fabricante.

● Biopelícula/lodo maduro: transferido desde un biofiltro RAS establecido y saludable o un MBBR de aguas residuales (garantiza una fuente libre de patógenos).

● Agua RAS establecida: agua de un RAS en funcionamiento que contiene nitrificantes planctónicos (método más lento).

● Llenado de agua inicial: Llene el MBBR con agua limpia y declorada que coincida con la salinidad y temperatura del sistema objetivo.

Puesta en marcha y desarrollo de biopelículas (fase de crecimiento bacteriano)

Dosificación de amoníaco: Proporcionar una fuente de amoníaco continua y controlada para alimentar el AOB. Métodos comunes:

● Dosificación química: Utilice cloruro de amonio (NH₄Cl) o bicarbonato de amonio (NH₄HCO₃). Mantenga la concentración objetivo de nitrógeno amoniacal (p. ej., 1-5 mg/L).

● Siembra de stock: Introduzca una pequeña cantidad de peces sanos y alimente con una cantidad mínima, permitiendo que el amoníaco excretado se acumule gradualmente. Requiere un seguimiento cuidadoso para prevenir la toxicidad.

● Oxigenación: Mantener una saturación de oxígeno disuelto (OD) > 80 % (idealmente > 5 mg/L). Las AOB son aerobias obligadas. Una aireación fuerte también garantiza una mezcla adecuada de los portadores.

● Control del pH: Mantener el pH dentro del rango óptimo de 7.0 a 8.5. La nitrificación consume la alcalinidad y produce H⁺, lo que provoca una bajada del pH. Regular la alcalinidad (como CaCO₃) a > 100 mg/L (idealmente 150-200 mg/L) con bicarbonato de sodio (NaHCO₃) o equivalente. Evitar un pH < 6.8 o > 9.0.

Temperatura: Mantener dentro del rango óptimo de 25-30 °C (77-86 °F). Las tasas de nitrificación disminuyen significativamente por debajo de 15 °C y por encima de 35 °C. La estabilidad de la temperatura es crucial.

● Tiempo de Retención Hidráulica (TRH): Asegúrese de que el tiempo de contacto entre el agua y la biopelícula sea suficiente. El TRH típico de MBBR varía de 20 minutos a 2 horas, según el diseño y la carga. Evite el flujo excesivo que causa cizallamiento de la biopelícula.

● Nutrientes: Los oligoelementos (P, K, Ca, Mg, Fe, Mo, Cu, Zn) son cofactores esenciales para las enzimas bacterianas. Asegúrese de que haya niveles bajos (a menudo suficientes provenientes de residuos de alimento/peces o sales tampón; los suplementos comerciales de micronutrientes pueden usarse con precaución si se sospechan deficiencias).

Maduración y aumento de la carga (estabilización de la biopelícula)

Monitoreo: Realice un seguimiento diario de los parámetros clave:

● NH₃/NH₄⁺: La concentración debería comenzar a disminuir a medida que se establece el AOB.

● NO₂⁻: La concentración aumentará significativamente a medida que el AOB convierte el amoníaco. Esta es una fase crítica donde el riesgo de toxicidad por nitrito es alto.

● NO₃⁻: Aumentará más tarde a medida que se establezcan las bacterias oxidantes de nitrito (NOB).

● pH y alcalinidad: Vigile de cerca y amortigüe según sea necesario.

● HACER: Asegurarse de mantener niveles altos y constantes.

Paciencia: La maduración de la biopelícula tarda de 3 a 8 semanas, dependiendo de la temperatura, el inóculo y las condiciones. La biopelícula visible (fina, a menudo irregular al principio) se desarrolla en cuestión de días, pero la capacidad de nitrificación completa tarda semanas.

Aumento gradual de la carga: Una vez que los niveles de amoníaco y nitrito se reduzcan constantemente a casi cero (lo que indica actividad de AOB y NOB), se puede aumentar gradualmente la biomasa/tasa de alimentación de los peces en pequeños incrementos. Permita que la biopelícula se adapte entre incrementos. Vigile de cerca el amoníaco y el nitrito después de cada incremento.

Operación y mantenimiento continuos

● Condiciones estables: minimiza las fluctuaciones de temperatura, pH, DO y carga de amoníaco.

● Control de la biopelícula: El cizallamiento hidráulico óptimo previene el espesor excesivo de la biopelícula (lo cual reduce la eficiencia de difusión y promueve la formación de zonas anaeróbicas/desprendimiento). Las colisiones de portadores lo logran de forma natural en MBBR bien mezclados. Evite la limpieza mecánica a menos que se produzca una obstrucción grave.

● Monitoreo: Monitorear continuamente el amoníaco, nitrito, nitrato, pH, DO y temperatura como parte de la gestión de rutina del RAS.

● Evitar los biocidas: Evitar estrictamente la introducción de antibióticos, formalina, ozono (directamente en el reactor) o cloro, ya que diezman las bacterias nitrificantes.

Solución de problemas de cultivo lento

● Temperatura baja: aumenta la temperatura al rango óptimo.

● DO bajo: Aumenta la aireación/oxigenación.

● Baja alcalinidad: Dosifique bicarbonato de sodio para mantener la alcalinidad > 100 mg/L y el pH 7.0-8.5.

● Amoníaco insuficiente: asegúrese de que haya una fuente continua de amoníaco de 1 a 5 mg/LN durante el arranque.

● Sustancias tóxicas: Analice la presencia de cloro/cloramina, metales pesados ​​o desinfectantes residuales. Utilice carbón activado si es necesario.

● Desprendimiento excesivo de biopelícula: Verifique el flujo/corte hidráulico; asegúrese de que los portadores se mezclen correctamente, pero sin excesiva turbulencia. Estabilice la carga.

● Inóculo deficiente: considere agregar cultivo comercial fresco.

Nota importante sobre las "Bacterias Rojas": Si bien las AOB son las principales responsables del color rojo, las biopelículas MBBR maduras y sanas son comunidades microbianas complejas que incluyen bacterias oxidantes de nitrito (NOB, por ejemplo, Nitrobacter, Nitrospira), bacterias heterótrofas, protozoos y microfauna. Durante el inicio, el enfoque se centra en el cultivo de la población de AOB, sensible y de crecimiento lento, ya que suelen ser el paso limitante de la velocidad de nitrificación. El establecimiento de NOB suele seguir al de las AOB después de 1 o 2 semanas.

Al controlar meticulosamente estos parámetros y tener paciencia durante la fase de inicio, se puede cultivar con éxito una biopelícula nitrificante (roja) robusta y eficiente dentro de un MBBR para la eliminación efectiva del amoníaco en RAS.