En un contexto de creciente presión hídrica y demanda de producción de alimentos, la aplicación de técnicas de acuicultura constituye una poderosa herramienta para la resolución de este problema global. Particularmente, la explotación de sistemas de acuicultura recirculante (Recirculating Aquaculture Systems, RAS, por sus siglas en inglés), gana peso como práctica de referencia por su menor demanda de agua y terreno. No obstante, este tipo de metodologías requieren de la aplicación de tratamientos avanzados de sus efluentes acuosos, puesto que en los RASs se emplean diferentes compuestos químicos (antibióticos, desinfectantes, hormonas…) y sus condiciones de operación favorecen la proliferación de agentes patógenos en aguas. Por ello, se hace imprescindible eliminar estos agentes contaminantes, garantizando una óptima calidad del agua.
Una interesante alternativa para la consecución de este objetivo es la aplicación de los procesos de oxidación avanzada, o AOPs (por sus siglas en inglés, Advanced Oxidation Processes). Estos métodos de tratamiento de aguas se basan en la generación in situ de especies químicas muy oxidantes, tales como los radicales hidroxilo o sulfato o el oxígeno singlete, que tienen la capacidad de interaccionar con los agentes patógenos y los compuestos químicos tóxicos promoviendo su degradación. No obstante, estas técnicas están sujetas a una cuidadosa optimización, que garantice un equilibrio entre la eliminación de estos contaminantes, la no generación de subproductos de desinfección, y el uso económica y ambientalmente sostenible de los reactivos y equipamientos que requieren para su operación.
El desarrollo y la aplicación de estos nuevos procesos son por ello de gran interés investigador. Por ello, el grupo de investigación en Tecnologías Ambientales y Recursos Industriales (TAR Industrial), de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, en la Universidad Politécnica de Madrid, trabaja en el estudio de estos tratamientos avanzados. En el marco del proyecto PHOTORAS (PID2021-128165OA-I00), financiado por la Agencia Estatal de Investigación, el equipo de trabajo liderado por los investigadores Jorge Rodríguez-Chueca y Patricia García-Muñoz aspira a la optimización de estos procesos en los RASs, así como a la comprensión de sus mecanismos de descontaminación y desinfección de aguas.
En los últimos meses, se han producido avances en el desarrollo de estas tecnologías, puesto que se han optimizado las condiciones operativas de los novedosos tratamientos homogéneos, basados en la acción combinada de reactivos oxidantes (como el peróxido de hidrógeno, el hipoclorito de sodio, el persulfato de sodio, el peroximonosulfato de potasio y el ácido peracético) y radiación ultravioleta-C. La aplicación de estos procesos en sistemas discontinuos a escala de laboratorio, en presencia de aguas simuladas de acuicultura, ha demostrado el potencial de estas técnicas para el tratamiento terciario y cuaternario de estas aguas de composición fisicoquímica y biológica variable. En concreto, en los últimos ensayos llevados a cabo por los investigadores del grupo se ha logrado la desinfección cuantitativa de Enterococcus faecalis (un patógeno muy extendido en sistemas de aguas residuales), así como la eliminación por niveles inferiores al 80% de amoxicilina (un contaminante de preocupación emergente de naturaleza antibiótica) en las aguas empleadas como matriz para los estudios experimentales.
Por otra parte, los resultados de la determinación de subproductos de desinfección (tales como los aniones clorito, clorato y bromato o los compuestos organohalogenados como el cloroformo) generados tras la aplicación de estos tratamientos son muy optimistas. Si bien se ha cuantificado generación significativa de estas especies para el tratamiento combinado de luz UV-C y NaClO, la concentración de estas sustancias para los tratamientos con H2O2, ácido peracético, peroximonosulfato de sulfato y persulfato de potasio se encuentra por debajo de los límites de detección de las técnicas cromatográficas empleadas en su análisis. Asimismo, se han llevado a cabo ensayos preliminares de fitotoxicidad, que arrojan resultados muy esperanzadores de cara a la reutilización y recirculación de estos efluentes.
Estos resultados han sido recientemente presentados en la 12th European Conference on Solar Chemistry and Photocatalysis (SPEA12), celebrada en la ciudad de Belfast entre los días 17 y 21 de junio de 2024. El investigador predoctoral Pablo Santiago-Espiñeira, en su comunicación oral titulada Assessing the degradation of antibiotics in aquaculture effluents by UV-C Driven Advanced Oxidation, expuso los últimos avances de la investigación.
Los próximos pasos en la investigación de este proyecto pasan por el paulatino escalado de estos procesos a sistemas en recirculación, con el objetivo de alcanzar la escala piloto en los próximos meses. Asimismo, se aspira a la validación de estas técnicas para la desinfección y descontaminación de patógenos y microcontaminantes específicos de acuicultura, manteniendo siempre el foco en la obtención de un agua de elevada calidad y seguridad para el desarrollo de especies criadas en acuicultura.
