Figure 1. Schematic diagram of a biofloc technology system. Sustainability 2021

Sustainability 2021, 13, 7255

3 of 15

1.1.1. Carbon–Nitrogen Ratio

In the aquatic environment, the carbon–nitrogen ratio (C/N) plays a vital role in

the immobilization of toxic inorganic N compounds into useful microbial biomass that

might act as a direct source of food for the reared aquatic species. Immobilization of

inorganic N occurs at a C/N ratio of organic matter above 10 and, hence, any alteration

in this ratio within the BFT system might result in a shift in microbial diversity, which

might further affect the water quality. For example, De Schryver et al. [

13

] observed

that a high C/N ratio favors the proliferation of heterotrophic bacteria, which leads to

significant changes in water quality and biofloc composition. As such, manipulation of

the C/N ratio can be achieved through modification of the carbohydrate content in the

feed or the addition of an external carbon source in the rearing water so that microbes

can assimilate waste ammonium for microbial biomass production. This will, in turn,

decrease the concentrations of ammonium/ammonia to less toxic levels, thus making

water exchange unnecessary [

14

]. Total suspended solids (TSS) is another important water

quality parameter whose concentration in aquatic ecosystems depends on the C/N ratio.

Xu et al. [

15

] observed that a high C/N ratio (15:1 and 18:1) rapidly increased the TSS

concentrations in water, which negatively affected the growth performance of L. vannamei.

Moreover, the authors anticipated that production costs would be reduced under the

C/N ratio of 12:1 compared to 15:1 and 18:1 due to reduced utilization of organic carbon,

saving approximately 20,000 L of molasses per hectare of shrimp production at the same

stocking density. Pérez-Fuentes et al. [

16

] also found that, under high-density cultivation

of O. niloticus in a BFT system, C/N ratios exceeding 15:1 promoted the production of

dissolved salts and settled biomass, which affected the growth performance of fish. The

authors recommended a C/N ratio of 10:1 as the optimum condition for the production of

O. niloticus reared under similar conditions. In another study, Silva et al. [

17

] also observed

poor water quality (high TSS, turbidity, alkalinity, and settleable solids) at a C/N ratio

of 20:1, which affected the growth performance of O. niloticus. Similar results have been

reported in Clarias gariepinus [

18

,

19

]. However, Yu et al. [

20

], Haghparast et al. [

21

], and

Wang et al. [

22

] reported better growth performance and immune stimulation in carp at

high C/N ratios (20:1 and/or 25:1) reared in BFT. The discrepancy in results could be

attributed to the difference in species and the source of organic carbon.

1.1.2. Source of Organic Carbon

Different carbon sources, such as molasses, glucose, cassava starch, cornmeal, wheat

flour, sorghum meal, sugar bagasse, sugar, rice bran, ground bread crumb, glycerol, and

anhydrous glucose, are used to enhance nutrient dynamics through an altered C/N ratio

as well as improving the production of crustaceans and certain finfish species [

20

,

23

–

29

].

The efficient establishment of flocs by different carbon sources mainly depends on their

carbon content and speed of degradation, hence indicating that certain carbon sources

are more efficient in promoting floc formation than others. Generally, simple sugars such

as molasses are degraded faster than complex sugars such as cassava starch, leading to

improved water quality, as indicated by lower concentrations of ammonia and a higher

growth rate of beneficial microbial biomass [

2

]. Molasses are the most widely used carbon

sources in BFT systems during larval, nursery, and grow-out phases due to their efficiency

in improving water quality for the sustainable production of aquatic species [

2

,

30

].

One of the most elegant flexibilities of BFT systems is the capability of reusing water-

containing flocs for the production of certain detritivorous species under intensive culti-

vation. This practice aims to prevent the discharge of nutrient-rich wastewater into the

environment, which might result in pollution. Liu et al. [

31

] conducted a 56-day experi-

ment to elucidate the effect of no carbohydrate addition applied to control water quality in

water-reusing BFT systems for tilapia (GIFT Oreochromis niloticus, 99.62

±

7.34 g). Results

indicated no significant difference in growth performance between fish culture in tanks

with or without carbohydrate (glucose) addition, hence indicating the feasibility of no

Sustainability 2021, 13, 7255

4 of 15

carbohydrate addition in water-reusing BFT systems for tilapia. Similar results have been

obtained in L. vannamei juveniles (3.5 g) reared in a BFT system for 30 days [

32

].

tải về 0.71 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: