Prozessabläufe und Kernausrüstung in artspezifischen RAS

Einführung

Kreislaufanlagen für Aquakulturen (RAS) erfordern maßgeschneiderte Prozesskonzepte und spezielle Anlagenkonfigurationen, um den unterschiedlichen biologischen und ökologischen Anforderungen der verschiedenen Zuchtarten gerecht zu werden. Schwankungen in der Abfallproduktion, dem Sauerstoffbedarf, der Wasserqualitätsempfindlichkeit und den Verhaltensmerkmalen erfordern artspezifische Anpassungen der RAS-Technik. Dieser Artikel untersucht diese entscheidenden Unterschiede anhand der Analyse der Prozessabläufe und der Kernausrüstung für vier wichtige Aquakulturarten: Flossenfische (z. B. Lachs und Forelle), Krebstiere (z. B. Garnelen), Seegurken und Abalonen. Jede Gruppe erfordert individuelle Lösungen in den Bereichen Filtration, Belüftung und Systemarchitektur, um die Produktivität zu optimieren und gleichzeitig die Wasserqualitätsstandards einzuhalten.

RAS fürFlossenfische

(1) Wasseraufbereitungsprozess Fließen

Hauptumwälzkreislauf:

Aquarium → Geschlossen Automatisch Trommelfilter → Umwälzpumpe → Eiweißabschäumer (mit Ozon-Injektion) → Erhöhter Biofilter → Kanal-UV-Sterilisator → Wärmetauscher → Inline-Oxygenator → Aquarium.

 

Aufbereitungsprozess für Zusatzwasser:

Meerwasser bei Flut → Primärer Erdabsetzbecken (ausgekleidet) → Sandsperrfilter → Sekundärer Absetzbecken (ausgekleidet) → Hebepumpe → Sandfilter → Eiweißabschäumer → Erhöhter Biofilter.

 

(2) Wichtige Systemkomponenten

Wichtige Einrichtungen:

• Vierstufiger erhöhter Biofilter mit Durchflussdesign
• Kanalförmiger UV-Sterilisationstank

 

Kernausrüstung:

• Eiweißabschäumer
• Geschlossener automatischer Trommelfilter
• Inline-Oxygenator
• Umwälzpumpen
• Plattenwärmetauscher
• Roots-Gebläse
• Sandfilter (zum Auffüllen von Meerwasser)
• Flüssigsauerstofftank (außerhalb der Anlage)
• Überwachungs-/Anzeigesystem für die Wasserqualität

 

Nebenräume:

• Kontrollraum
• Gerätelagerung
• Labor
• Raum zur Überwachung der Wasserqualität

 

(3) Wichtige technische Parameter

Wasserqualitätsstandards:

• SS:
• DO: >8 mg/l
• CSB:
• Gesamtcoliforme:

 

Systemleistung:

• Wasseraustauschrate: 1 vollständiger Zyklus alle 2–4 Stunden
• Produktionskapazität: >30 kg/m³ für Plattfische (zB Steinbutt/Flunder)

RAS für Garnelen

(1) Ablauf des Wasseraufbereitungsprozesses

Zu den wichtigsten Garnelenarten in China zählen Fenneropenaeus chinensis (Chinesische Garnele), Penaeus monodon (Schwarze Tigergarnele), Marsupenaeus japonicus (Kuruma-Garnele), Litopenaeus vannamei (Pazifische Weißbeingarnele), Penaeus penicillatus (Rotschwanzgarnele), Fenneropenaeus merguiensis (Bananengarnele), Metapenaeus ensis (Greasyback-Garnele) und Exopalaemon carinicauda (Gerippte Weiße Garnele). Aufgrund schwerwiegender Krankheitsprobleme in traditionellen offenen Teichsystemen hat sich die gesunde Garnelenzucht in zwei Richtungen entwickelt:

 

① Integrierte ökologische Landwirtschaft in supralitoralen/gezeitennahen Zonen

② Landgestütztes RAS mit hoher Dichte

Aufgrund der Lebensgewohnheiten chinesischer Garnelen, japanischer Garnelen und gefleckter Garnelen wird in der Fabrikrezirkulation weniger auf die Zucht von Wasser zurückgegriffen. Für die industriell hochdichte Zucht eignen sich südamerikanische weiße Garnelen am besten.

Der optimierte RAS-Prozess für Garnelen:

Garnelenzuchtbecken →Absetzbecken →Sandfilter →Integrierter ökologischer Kulturteich →Hebepumpe →Erhöhter Biofilter →Garnelenzuchtbecken

 

Der Biofilter wird mit Ergänzungswasser aus einem Reservoir versorgt. Je nach Betriebsgröße können mehrere unabhängige Wasseraufbereitungssysteme eingesetzt werden, um unterschiedliche Arten zu berücksichtigen und die Bewirtschaftung zu vereinfachen.

 

• Zu den wichtigsten Einrichtungen gehören:
• Garnelenzuchtbecken
• Wasserspeicher
• Biofilter
• Absetzbecken
• Sandfilter
• Integrierter ökologischer Kulturteich

 

(2) Wichtige Systemkomponenten

 

① Garnelenzuchtbecken

• Form: Rechteckig (Verhältnis Länge zu Breite 2-3:1) für Platzeffizienz
• Bereich: 500-2.000 m²
• Tiefe: 1,8-2,0 m
• Pisten:
  • Seitenwände: 1:1,5 bis 1:2
  • Unten: 1:1.000 bis 1:2.000 Gefälle
• Merkmale:
  • Ein-/Auslauftore an den kürzeren Seiten
  • Undurchlässige Auskleidung (Ton oder Geomembran) für poröse Böden

 

② Wasserspeicher

• Funktion: Versorgt den Biofilter durch Pumpen mit Ergänzungswasser
• Design:
  • Gezeitenbeeinflusste Bauweise bevorzugt
  • Verhältnis Oberfläche zu Kulturbehältern: 1:1,5 bis 1:2
  • Kapazität ausreichend für ≥1 Produktionszyklus (geschlossener Kreislaufbetrieb verhindert die Einführung von Krankheitserregern)
• Kleinformatige Alternativen:
  • Gefilterte Brunnen
  • Durchlässige Reservoirs

Ökologische Vorteile:

• Solardesinfektion: Tägliche UV-Belastung
• Natürliche Belüftung: Windgetriebene Oberflächenwellen halten hohen Sauerstoffgehalt aufrecht
• Mikrobiell/AlgenEntwicklung: Substrat bildet bioaktive Gemeinschaften zur Wasserreinigung
• Felddaten zeigen, dass Küstenreservoirs eine stabile Wasserqualität aufweisen, wenn sie vor externer Verschmutzung geschützt sind.

RAS für Seegurke

Seegurken-RAS erfordert besondere Aufmerksamkeit EnergieeffizienzUnd Kostensenkung, insbesondere im Winter, wenn der Wärmeenergiebedarf hoch ist. Neben der Entwicklung energieeffizienter Anlagen reduziert Wasserrecycling die Heizkosten erheblich, indem thermisch aufbereitetes Abwasser wiederverwendet wird. Das Systemdesign konzentriert sich auf effektive WasseraufbereitungUnd energiesparende Temperaturregelung.

 

(1) Ablauf des Wasseraufbereitungsprozesses

Der optimierte Prozess für die Seegurkenkultur:

Kulturtank-Abfluss →Sedimentation/Mikrosiebfiltration →Eiweißabschäumer (mit Ozondesinfektion) →Biofilter/Integrierter Biofilter →UV-Sterilisation →Temperaturregelung →Belüftung →Kulturtank

(2) Analyse der Wasseraufbereitungskomponenten

① Optionen zur Feststoffentfernung

• Absetzbecken:
  • Vorteile: Keine Betriebskosten
  • Nachteile: Geringere Entfernungseffizienz im Vergleich zu Mikrosieben
• Mikrosiebfiltration:
  • Optionen: Bogensiebfilter, Inline-Filter, Trommelfilter
  • Kompromisse:
    • Gebogene Siebe: Geringere Partikelentfernung, aber minimaler Energieverbrauch
    • Automatisierte Trommelfilter: Hohe Effizienz, aber Energieaufwand

 

② Eiweißabschäumer mit Ozon

• Entfernt Partikel
• Vorteile von Ozon:
  • Inaktivierung von Krankheitserregern
  • Oxidation gelöster organischer Stoffe (DOM)
  • CO₂-Stripping
  • DO-Verbesserung

③ Biofiltrationssystem

• Konventioneller Biofilter:
  • Mikrobenbeschichtete Medien zersetzen gelöste organische Stoffe und Ammoniak
• Integrierter Biofilter (empfohlen):
  • Zweischichtiges Design:
    • Untere Schicht: Bürstenartiger Biofilmträger
    • Obere Schicht: Makroalgen (z. B. Ulva) zur Nährstoffaufnahme und O₂-Produktion
  • Merkmale:
    • Lichtdurchlässige Gewächshausstruktur (Photosynthese am Tag)
    • Aufrollbare Thermovorhänge (Nachtisolierung)
    • Mehrtrichter-Bodenabläufe
    • Feinblasige Belüftung am Tankboden

 

④ UV-Sterilisation

• Kanal-UV-Einheiten: Einfache, wartungsarme Lösung für Seegurken-RAS

 

⑤ Temperaturregelung

• Winter: Kesselheizung
• Sommer: Gekühltes Tiefseewasser oder Kühlsysteme

 

⑥ Belüftung

• Feinblasige Diffusoren in Biofiltern verbessern:
  • DO-Werte
  • Biofilmaktivität

 

Anlagenlayout

• Kleine/mittlere landwirtschaftliche Betriebe: Unterbringung von Behandlungs- und Kultureinheiten in einem Gebäude
• Große landwirtschaftliche Betriebe: Eigene Wasseraufbereitungsanlage mit verteilter Versorgung

RAS für Abalone

In natürlichen Lebensräumen leben Abalonen überwiegend Felsspalten, Höhlen und Felsvorsprüngein algenreichen Zonen, gekennzeichnet durch makellose Wasserqualität und starke StrömungenAufgrund ihrer hohen Anforderungen an die Wasserqualität müssen die Abalone-RAS Folgendes gewährleisten:

• Minimale Schwebstoffe
• Hohe Transparenz
• Niedrig gelöste organische Schadstoffe
• Erhöhter gelöster Sauerstoff (DO >6 mg/L)

① Wasserentnahmebauwerke

Um die direkte Nutzung potenziell kontaminierter Gezeitengewässer zu vermeiden, sind Küsteneinlassstrukturen unerlässlich:

• Gezeitenreservoirs
• Filterbettbrunnen
• Durchlässige Speicherteiche

Diese sorgen für eine Erstbehandlung, bevor das Wasser in die RAS-Behandlungsanlage gelangt.

 

② Wasseraufbereitungsprozess

Optimierter Prozessablauf:

Abalone-Zuchttank → Mikrosiebfiltration → Eiweißabschäumer (mit Ozon) → Biofilter/Integrierter Biofilter → UV-Sterilisator → Temperaturregulierung → Sauerstoffanreicherung → Zuchttank

 

Schlüsselkomponenten:

• Ozonverstärkter Eiweißabschäumer:
  • Entscheidend für die Kontrolle von Krankheitserregern und die Entfernung organischer Stoffe
  • Intermittierender Betrieb mit UV zur synergistischen Desinfektion
• Integriertes Biofilterdesign:
  • Obere Zone: Schwebende Makroalgen (Gracilaria oder Ulva) zur Nährstoffaufnahme
  • Untere Zone: Bürstenartige Biofilmträger für die mikrobielle Nitrifikation
  • Base: Feinblasige Diffusoren mit Mehrbehälter-Schlammsammlung
• Duales Desinfektionsprotokoll:
  • Ozon (0,1–0,3 mg/l Rest) zur Viren-/Bakterienkontrolle
  • UV (40 mJ/cm²) als sekundäre Barriere

 

③ Temperaturregelung

Saisonale Strategien:

Jahreszeit	Verfahren	Zieltemperatur
Sommer	Tiefe Meerwasserbrunnen	16-18℃
	Kältemaschinen
Winter	Geothermiebohrungen	10-12℃
	Kohlebefeuerte Kessel

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