Influència del mètode d'agitació en el creixement d'un tanc d'algues (Ulva ohnoi) integrat en un sistema d'aqüicultura multitròfica (IMTA)

Abstract

Integrated multitrophic aquaculture is gaining importance between fish producers because it can improve the sustainability of this activity by using fish wastes to grow up algae species of commercial interest, in our case Ulva ohnoi. The most important limitation to the expansion of fish-seaweed integrated production is the large seaweed culture area required to reach the necessary uptake of nutrients in order to significantly reduce their concentration. It makes very important to increase the seaweed production and nutrients uptake per unit surface. This can be influenced by the tank design and the algae agitation system, which plays an important role in light availability. The main goal of this work is to analyze the influence of the agitation systems at different nutrient load levels in algae growth and bioremediation capacity. Three experiments lasting three weeks each were conducted. In all the experiments, two tanks with identical geometry, lighting conditions and stocking density were used. To assure that there were no differences of water quality between both tanks; a pump mixed and recirculate the water of both tanks in a closed loop at a ratio of 3.3 renewals per hour. In the first experiment, conducted at a high nutrient load, two agitation systems were compared; one of them, based in bottom aeration, provided a higher turbulence level. In the other, the agitation was produced by water jets entering into the tank, producing a lower turbulence level but a more homogeneous tumbling. In the second experiment the conditions were the same than in the first one, but it was conducted at a low nutrient load. In the third experiment both tanks were set up with bottom aeration systems and high nutrient loads. Two different airflow rates were used to provide different agitation levels. During all three experiments sample colleting and analysis were regularly made. Twice a week biomass yield was checked and some biomass kept for organic nitrogen and phosphorous analysis. Three times per week water samples were collected for nutrient analysis, algae chlorophyll analysis was made at the beginning and at the end of each experiment. The results obtained show that the agitation method influences the algae growth only when the availability of nutrients is a limiting factor. The water jet agitation method seems to provide a more uniform distribution of light over the algae, but its influence on the algae growth and nutrient uptake has not been currently proved.

L'aqüicultura multitròfica integrada està despertant l'interès entre els productors de peix perquè pot millorar la sostenibilitat d'aquesta activitat mitjançant l'ús des residus dels peixos per a fer créixer espècies d'algues d'interès comercial. La limitació més important a l'expansió de la producció integrada peix-algues és la gran àrea de cultiu d'algues necessària per assolir l'absorció de nutrients convenient per reduir significativament la producció de residus. És molt important augmentar la producció d'algues i l'absorció de nutrients per unitat de superfície. Això pot estar influenciat pel disseny del tanc i el sistema d'agitació d'algues, que té un paper important en la disponibilitat de la llum. L'objectiu principal d'aquest treball és analitzar la influència dels sistemes d'agitació en el creixement de les algues, en funció de la càrrega de nutrients. Es van dur a terme tres experiments amb una durada de tres setmanes. En tots els experiments, es van utilitzar dos tancs amb geometria, condicions d'il·luminació i densitat de cultiu idèntiques. Per assegurar que no hi havia diferències de qualitat de l'aigua entre els dos tancs; una bomba barrejava i recirculava l'aigua d'ambdós tancs en un circuit tancat a una proporció de 3,3 renovacions per hora. En el primer experiment, realitzat amb una alta càrrega de nutrients, es van comparar dos sistemes d'agitació; un d'ells, basat en l'aeració inferior, proporcionava un nivell de turbulència més alt. A l'altre, l'agitació era produïa per jets d'aigua que penetren en el tanc, produint un nivell de turbulència més baix però una agitació més homogènia. En el segon experiment, les condicions van ser les mateixes que en el primer, però es va realitzar amb una baixa càrrega de nutrients. En el tercer experiment, ambdós tancs es van configurar amb sistemes d'aeració inferior amb elevada càrrega de nutrients. Es van utilitzar dos fluxos d'aire per proporcionar diferents nivells d'agitació. Durant els tres experiments es van realitzar diversos anàlisis de mostres. Dos cops per setmana es mesurava la producció de biomassa i es guardava certa biomassa per a la determinació de nitrogen orgànic i fòsfor als teixits. Tres cops per setmana es recollien mostres d'aigua per a l'anàlisi de nutrients, es va determinar el contingut de clorofil·la de les algues al principi i al final de cada experiment. Els resultats obtinguts mostren que el mètode d'agitació influeix en el creixement de les algues només quan la disponibilitat de nutrients és un factor limitant. El mètode d'agitació per jets d'aigua sembla proporcionar una distribució més uniforme de la llum sobre les algues, però la seva influència sobre el creixement de les algues i l'absorció de nutrients no s'ha demostrat.

La acuicultura multitrófica integrada está despertando interés entre los productores de pescado porque puede mejorar la sostenibilidad de esta actividad mediante el uso de desechos de peces para cultivar especies de algas de interés comercial. La limitación más importante para la expansión de la producción integrada de peces y algas marinas es el área de cultivo de algas marinas necesaria para alcanzar la absorción necesaria de nutrientes a fin de reducir la producción de residuos. Es muy importante aumentar la producción de algas marinas y la absorción de nutrientes por unidad de superficie. Esto puede verse influido por el diseño del tanque y el sistema de agitación de algas, que juega un papel importante en la disponibilidad de la luz. El objetivo principal de este trabajo es analizar la influencia de los sistemas de agitación a diferentes niveles de carga de nutrientes en el crecimiento de algas y la capacidad de biorremediación. Se llevaron a cabo tres experimentos que duraron tres semanas cada uno. En todos los experimentos, se usaron dos tanques con geometría, condiciones de iluminación y densidad de almacenamiento idénticas. Para asegurar que no hubiera diferencias en la calidad del agua entre ambos tanques; una bomba mezclaba y recirculaba el agua de ambos tanques en un circuito cerrado en una proporción de 3.3 renovaciones por hora. En el primer experimento, llevado a cabo con una alta carga de nutrientes, se compararon dos sistemas de agitación; uno de ellos, basado en la aireación sumergida, proporcionando un nivel de turbulencia más alto. En el otro, la agitación fue producida por los jets de agua que penetraban en el tanque produciendo un nivel de turbulencia más bajo pero un volteo más homogéneo. En el segundo experimento, las condiciones fueron las mismas que en el primero, pero se realizó con una baja carga de nutrientes. En el tercer experimento, ambos tanques fueron configurados con sistemas de aireación sumergida y alta carga de nutrientes. Se usaron dos velocidades de flujo de aire para proporcionar diferentes niveles de agitación. Durante los tres experimentos, se realizaron análisis y recolección de muestras de manera regular. Dos veces a la semana se mesuraba la productividad de biomasa y se guardaba parte de la biomasa para el análisis de nitrógeno orgánico y fósforo. Tres veces por semana se tomaban muestras de agua para el análisis de nutrientes, se determinó el contenido de clorofila en las algas al comienzo y al final de cada experimento. Los resultados obtenidos muestran que el método de agitación influye en el crecimiento de algas solo cuando la disponibilidad de nutrientes es un factor limitante. El método de agitación por jets de agua parece proporcionar una distribución más uniforme de la luz sobre las algas, pero su influencia sobre el crecimiento de algas y la absorción de nutrientes no se ha demostrado.