Prozesstechnologie für landgestützte Kreislaufaquakultursysteme (RAS)

Überblick

Der landgestütztes industrialisiertes RASModell ist gekennzeichnet durch:

• Minimale Umweltbelastung– Geringe bis keine Freisetzung nährstoffreicher Schadstoffe
• Wasserwiederverwendung– Wiederholtes Recycling und Aufbereitung des Wassers, wodurch die externe Kontamination minimiert wird

Kerntechnologie: Wasserreinigung

Behandlungsphasen

• Quelle Wasseraufbereitung
• Systeminterne Wasseraufbereitung
• Notwendige Abwasserbehandlung

Wichtige Wasseraufbereitungstechnologien

1. Mechanische Filtration
2. Schaumfraktionierung (Eiweißabschäumung)
3. Biologische Reinigung
4. Oxygenierung
5. UV-Sterilisation

Wasseraufbereitungsprozess Fließen

1. Abwasser aus Fischtanksdurchläuft zunächst eine Trommelfilter (mechanisches Sieb)um Schwebstoffe (hauptsächlich nicht gefressenes Futter, Kot und abgelösten Biofilm) zu entfernen.
2. Eiweißabschäumer beseitigt gelöste organische Stoffe (z. B. Proteine) und kolloidale Partikel.
3. Biofilternutzt mikrobielle Nitrifikation zur Entfernung von giftigen Ammoniak und Nitrit.
4. UV-Sterilisationdesinfiziert das Wasser.
5. Oxygenierung(durch Einblasen von reinem Sauerstoff oder Luft) sorgt für optimale Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff.
6. Das aufbereitete Wasser wird in die Fischbecken zurückgeführt und bildet eine geschlossenes Kreislaufsystem(Zusammengefasst als: „Einfacher Hub, doppelte Filtration, teilweise Desinfektion, gründliche Reinigung“).

Wasseraufbereitungstechnologie

Die Wasseraufbereitung ist der Grundstein des geschlossenen RAS-Betriebs und integriert Prinzipien und Technologien aus Wasseraufbereitung, Biologie und MikrobiologieDas Hauptziel der RAS-Wasseraufbereitung ist schädliche Schadstoffe entfernenunter Beibehaltung optimaler Wasserqualitätsparameter wie Temperatur, gelöster Sauerstoff (DO) und pH-Wert.

RAS-Wasseraufbereitungsmethoden nach Mechanismus

RAS-Behandlungsprozesse werden grob kategorisiert in drei Hauptansätze:

1. Biologische Methoden

• Belebtschlammverfahren
• Biofilmsysteme (z. B. Bewegtbett-Biofilmreaktoren – MBBR)
• Biologische Wirbelschichten

2. Physikalische Methoden

• Aktivkohleadsorption
• Schaumfraktionierung (Eiweißabschäumung)

3. Chemische Methoden

• Ozonierung
• Photokatalytische Oxidation
• Elektrochemische Oxidation

Fallstudie: RAS für Atlantischen Lachs im Orientalischen Ozean

Im geschlossenes Kreislaufprojekt zur Zucht von Atlantischem LachsDas RAS-System kombiniert mehrere fortschrittliche Behandlungstechnologien, die auf Folgendes zugeschnitten sind:

• Nährstoffbedarf und Stoffwechselabfallprofile
• Abwassereigenschaften und Belastungsraten
• Wasserqualitätsanforderungen von Kulturarten
• Leistungskriterien für Biofilter

Angewandte integrierte Behandlungstechnologien:

1. Fest-Flüssig-Trennung(mechanische Filterung)
2. Schaumfraktionierung(Proteinentfernung)
3. Biologische Filterung (Nitrifikation/Denitrifikation)
4. Ozonbehandlung(Desinfektion & Oxidation)
5. UV-Sterilisation(Erregerkontrolle)
6. Sauerstoffversorgungssysteme(DO-Management)

In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Wasseraufbereitungstechnologien im Detail beschrieben.

1. Fest-Flüssig-Trenntechnik

Die Fest-Flüssig-Trenntechnologie zielt in erster Linie auf die Entfernung von Schwebstoffen aus Aquakulturabwässern ab. Basierend auf den Partikeleigenschaften (Dichte, Größe) und Trennmethoden kann sie in folgende Kategorien eingeteilt werden:

• Mechanische Filterung:

Beispiel: Gebogene Siebfilter fangen Partikel >30 μm mit einer Entfernungseffizienz von >95 % ab.

• Schwerkrafttrennung:

Absetzbecken oder Hydrozyklone für dichtere Partikel.

2. Schaumfraktionierung

Eine auf Flotation basierende Technik, die weit verbreitet ist in Marine RASaufgrund der hohen Oberflächenspannung des Meerwassers, die die Schaumbildung durch Belüftung erleichtert. In Süßwassersystemen wird es nur bei hoher organischer Belastung eingesetzt.

• Ozonverstärkter Betrieb:

Ozon wird oft in die Luftzufuhr eingespritzt, um gleichzeitig DesinfektionUnd Farbentfernung.

3. Biofiltrationstechnologie

Der KernBei der RAS-Wasseraufbereitung wird bei der Biofiltration Biofilm-basierte Bioreaktoren (z. B. MBBR) aufgrund ihrer:

• Hohe Behandlungseffizienz
• Kompakte Stellfläche
• Niedrige Bau-/Betriebskosten
• Hohe Stoßfestigkeit

Mechanismen:

• Mikrobielle Oxidation und Flockung
• Adsorption durch Filtermedien
• Nahrungskettenprädation in mikrobiellen Ökosystemen

Vorteile gegenüber Belebtschlamm:

• Bessere Unterstützung nitrifizierende BakterienWachstum für die Aquakultur.
• Weitgehend studiert in Optimierung der Stickstoffentfernung, mit vorläufigen quantitativen Designparametern aus der EU/US-Forschung

4. Ozonierungstechnologie

Ozon oxidiert und zersetzt organische Stoffe und toxische Metaboliten effektiv. Nachbehandlungswasser erreicht Sauerstoffübersättigungund bietet gleichzeitig schnelle Wirkung, keine Sekundärverschmutzung und eine hervorragende Entfärbung. Weit verbreitet in marine Aquakulturund Abwasserbehandlung wird Ozon typischerweise injiziert in Schaumfraktioniererin RAS-Systemen.

5. UV-Desinfektionstechnologie

Ultraviolette (UV) Strahlung wird in großem Umfang sowohl in Süßwasser- und Meeresaquakulturzur Beseitigung von Krankheitserregern, bietet niedrige BetriebskostenUnd keine giftigen Rückstände. Ein ordnungsgemäß gewartetes UV-System erreicht eine Inaktivierungsrate von >99 % für Vibrio spp.

6. Sauerstoff-Zugabe-Technik

Reine Sauerstoffinjektion erhöht gelöster Sauerstoff (DO)an Einlaufstellen zu 110 % Sättigung, während Produktionstanks eine Sättigung von 80–90 % aufrechterhalten. Wichtige Überlegungen:

• Sauerstoffversorgung mit den Anforderungen der Art in Einklang bringen
• Vermeiden Sauerstoffnarkose(Effekt der „Trunkenheit“ durch Hyperoxie)