Cualquiera que viva en Okinawa, una isla subtropical en Japón, aprecia la intensidad de su industria porcina. Las granjas tienen un gran efecto en la economía y la cultura de la isla. Según la Oficina del Gabinete de Japón, a partir de 2018, había más de 225, 000 cerdos en Okinawa. El cerdo es un alimento básico en la dieta local y se encuentra en muchos platos en los restaurantes tradicionales. Pero la presencia de las granjas porcinas tiene otra, menos bienvenido, impacto — del tipo oloroso. Conduzca por algunas áreas particularmente llenas de granjas con las ventanillas del automóvil bajas y seguramente se llenará de arrepentimiento.

Este olor es al menos en parte, causada por un subproducto de la cría de cerdos. Al otro lado de Okinawa, Las granjas producen grandes cantidades de aguas residuales. Ahora, Investigadores de la Unidad de Sistemas Biológicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) han creado un nuevo sistema para tratar estas aguas residuales, que han probado con éxito en una granja porcina local en Okinawa.

"Nuestro nuevo sistema utiliza dos cámaras diferentes, "explicó la Dra. Anna Prokhorova, autor principal de un artículo publicado recientemente en Tecnología Bioambiental . "En la única cámara, las aguas residuales porcinas sin diluir se tratan para eliminar el olor, patógenos, y materia orgánica, mientras que en la otra cámara, El exceso de nitrato y fosfato se elimina de las aguas residuales que ya han sido tratadas mediante el sistema de aireación tradicional. A lo mejor de nuestro conocimiento, este es el primer sistema que trata con éxito dos tipos diferentes de aguas residuales al mismo tiempo ".

Este es un marcado contraste con el sistema de aireación tradicional utilizado actualmente por los agricultores que trata principalmente la materia orgánica en las aguas residuales y también convierte el amonio presente en nitrato, pero no trata el nitrato más. En Japón, el límite de descarga de nitratos para la industria ganadera pronto se reducirá a una quinta parte del nivel actual (que hoy se encuentra en 500 miligramos de nitrato-nitrógeno por litro) para estar en línea con otras industrias. Es probable que más del 35% de las granjas en Okinawa superen este cambio inminente.

"Esto es muy preocupante porque la contaminación por nitratos puede tener impactos desastrosos tanto en la salud humana como en el medio ambiente, "dijo la Dra. Mami Kainuma, líder de grupo en la Unidad de Sistemas Biológicos. "Cuando la gente ingiere nitrato, se convierte en nitrito, lo que afecta la capacidad de la sangre para transportar oxígeno y puede provocar metahemoglobinemia o síndrome del bebé azul ".

Este nuevo sistema se basó en la existencia de una rica comunidad de bacterias para comenzar el proceso. En la primera cámara, la cámara del ánodo, las bacterias reaccionaron con las moléculas orgánicas presentes, liberando electrones en el proceso. Luego, estos electrones se transfirieron a la segunda cámara, la cámara del cátodo, a través de los electrodos. La cámara del cátodo contenía aguas residuales que ya habían pasado por el proceso de aireación y, por lo tanto, tenían altos niveles de nitrato. Las bacterias en la superficie de la cámara del cátodo aceptan estos electrones y los utilizan para impulsar la conversión de nitrato en nitrógeno gaseoso. La ventaja de este sistema es que la remoción de nitratos puede ocurrir en aguas residuales con bajo contenido de materia orgánica, como el agua ya aireada.

Después de probar con éxito este sistema en el laboratorio, los investigadores establecieron un experimento piloto inicial en una de las granjas de cerdos en el Centro de Investigación de Ganadería y Pastizales de la Prefectura de Okinawa trabajando con el Centro de Ciencias Ambientales de la Prefectura de Okinawa y Okidoyaku. Allí tenían acceso tanto al tanque de aireación como a las aguas residuales sin tratar. El proyecto fue financiado por el gobierno de la prefectura de Okinawa y supervisado durante más de un año. Debido al papel integral que jugaron las comunidades bacterianas, los investigadores también analizaron qué especies estaban presentes, cómo la composición de la comunidad cambió con el tiempo, y qué especies fueron responsables de cada paso.

El experimento a largo plazo mostró que las bacterias dominantes que eliminan los nitratos eran las que pueden recibir electrones para crecer. Durante el tratamiento, su actividad fue estimulada por el potencial aplicado al electrodo en un rango de -0.4V - -0.6V, lo que condujo a un tratamiento más eficiente de las aguas residuales. Dichas comunidades bacterianas crecieron en más del 60% en total en la cámara del cátodo, y continuó exhibiendo una fuerte actividad, conduciendo a una alta tasa de reducción de nitratos. Otra gran ventaja fue que, como la materia orgánica y, en particular, los ácidos grasos volátiles se degradaron en las aguas residuales crudas, el olor disminuyó, y el número de patógenos reducido.

"Estamos muy contentos con los resultados hasta ahora. Es mucho más eficiente de lo que esperábamos, ", dijo el Dr. Prokhorova." Este sistema es escalable, bajo costo, fácil de montar, y bajo mantenimiento. Tenemos la esperanza de que en los próximos años, será utilizado por agricultores en Okinawa y otros lugares con problemas similares, como las comunidades rurales en el Japón continental y el sudeste asiático ".