Biofiltros híbridos con materiales reciclados e inertes para la remoción de amonio en sistemas acuapónicos de recirculación

Hybrid biofilters with recycled and inert materials for ammonium removal in recirculating aquaponic systems

Los sistemas acuapónicos son una solución sostenible para la producción de alimentos en zonas con escasez de agua, ya que integran acuicultura e hidroponía mediante la recirculación hídrica. La clave de su funcionamiento reside en la conversión del amonio excretado por los peces en nitrato, un nutriente esencial para las plantas, a través de sistemas de biofiltración. Tradicionalmente, los biofiltros emplean materiales comerciales costosos, lo que limita su adopción en entornos rurales. Por ello, se ha explorado el uso de materiales reciclados e inertes como una alternativa económica y sostenible, lo cual contribuye a la gestión hídrica y la economía circular. Sin embargo, persisten vacíos en la literatura sobre su caracterización fisicoquímica y microbiológica, así como la falta de protocolos estandarizados para evaluar la eficiencia de biofiltros híbridos a pequeña escala. El presente estudio evaluó la eficiencia de 3 biofiltros híbridos construidos con materiales reciclados e inertes (piedras de río; piedra caliza, tubos de PVC y biobolas; y fragmentos de teja y ladrillo) en la remoción de amonio en sistemas de recirculación. Todos se inocularon con consorcios microbianos de agua piscícola y se monitorearon durante 30 días para registrar parámetros fisicoquímicos y concentraciones de amonio, nitritos y nitratos. Los resultados mostraron diferencias significativas en la eficiencia de remoción de compuestos nitrogenados. El biofiltro 3 (fragmentos de teja y ladrillo) fue el más eficaz, pues logró una remoción de amonio (NH₄⁺) de hasta 0.3 mg/L y una producción de nitratos de hasta 132 mg/L. Su superioridad se atribuye a su porosidad, que facilita el transporte capilar de nutrientes, lo que crea microambientes estables y un espacio físico para el crecimiento bacteriano y la proliferación exponencial de biopelículas.

Aquaponics systems represent a sustainable alternative for food production in water-scarce areas, integrating aquaculture and hydroponics through water recirculation. The effectiveness of these systems depends largely on the management of ammonia excreted by fish and its conversion into nitrate, an assimilable form of nitrogen for plants, through biofiltration processes. Traditionally, biofilters rely on high-cost commercial materials, which limits their implementation in rural contexts. Therefore, the use of recycled and inert materials has been explored as an affordable and sustainable alternative that contributes to water management and the circular economy. However, gaps remain in the scientific literature regarding the physicochemical and microbiological characterization of these materials, as well as the lack of standardized protocols to quantify the efficiency of small-scale hybrid biofilters. This study evaluated the efficiency of three hybrid biofilters constructed with recycled materials (river stones; limestone, PVC pipes, and bio-balls; and tile and brick fragments) for ammonia removal in recirculating aquaponic systems. All biofilters were inoculated with microbial consortia from fish water and monitored for 30 days to record physicochemical parameters and the concentrations of ammonia, nitrites, and nitrates. The results revealed significant differences in the removal efficiency of nitrogen compounds. Biofilter 3, composed of tile and brick fragments was the most effective, reducing ammonia (NH₄⁺) concentrations to 0.3 mg/L and reaching nitrate concentrations of up to 132 mg/L. Its superior performance is attributed to the porosity of the materials, which facilitates capillary nutrient transport, creates stable microenvironments, and provides physical space for bacterial growth and exponential biofilm proliferation.