Aquakultur

Die Überfischung der Meere und Ausrottung diverser Fischarten hat dazu geführt, dass weltweit die Aquakultur eine der am stärksten wachsenden Industriezweige geworden ist. Gleichzeitig wird eine enorme Belastung der natürlichen Wasserressourcen hervorgerufen. Durch die Produktion von Zuchtfischen in „offenen“ Freilandanlagen, wie sie z.B. in Skandinavien und Schottland zur Lachszucht betrieben werden, kommt es zu starken Belastungen durch schädliche Nährstoffeinträge (Stickstoff, Phosphor, organische Stoffe usw.). In den o.g. Anlagen werden darüber hinaus verstärkt Medikamente (v.a. Antibiotika) eingesetzt, eine Schädigung der angrenzenden Ökosysteme ist vorprogrammiert.

Eine erfolgversprechende Alternative bieten hier die landgestützten Durchfluss- oder Kreislaufanlagen. Dabei werden die endlichen Wasserressourcen soweit wie möglich geschont. Systembedingt benötigen geschlossene Aquakulturen einen Wasseraustausch von täglich 2 bis zu 10% bezogen auf das Anlagenvolumen. Wichtigste Komponente hierbei ist die mechanisch/biologische Abwasserreinigung. Prinzipiell ist eine Kreislaufanlage aber immer als eine Einheit zu verstehen.

Quelle: IMARE Institut für marine Ressourcen

Die Wasseraufbereitung in einem Kreislaufsystem erfolgt prinzipiell in einer seriellen Anordnung der einzelnen Behandlungsstufen im Hauptwasserstrom.

Der erste Schritt der Wasseraufbereitung ist die Entfernung von Feststoffen aus dem Wasser. Hierzu gehören Futterreste, Fischkot und Bakterienbiomasse. Im Wasser befindliche Feststoffe beeinträchtigen nicht nur den Gesundheitszustand der Fische, sondern auch die Abbauprozesse auf dem Biofilm in den nachgeschalteten Biofiltern. Ein erheblicher Anteil der Partikel hat eine Partikelgröße < 50 µm und ist somit durch herkömmliche Filtertechnik kaum erfassbar. Moderne Kreislaufanlagen sollten deshalb über eine mehrstufige Feststoffseparation verfügen, um die gesamte Partikelfracht aus dem Wasser entfernen zu können.

Nach der Feststoffseparation werden in aeroben biologischen Filtern das toxische Stoffwechselprodukt Ammoniak (bzw. Ammonium bei Lösung in Wasser) durch den Prozess der Nitrifikation in Nitrit und Nitrat abgebaut. Der Abbau von im Wasser gelösten Kohlenstoffverbindungen und die Entfernung der partikulären Substanzen aus dem Wasser haben einen positiven Effekt auf die Nitrifikation. Nitrat stellt die am geringsten toxische Stickstoffverbindung für die kultivierten Tiere in den Kreislaufanlagen dar und kann mittels eines anaeroben Biofilters aus dem Wasser entfernt werden. Der Prozess der Denitrifikation findet in der Regel nicht im Hauptwasserstrom des Systems statt, sondern in einem Nebenstrom.

In weiteren Schritten werden im Hauptwasserstrom die Sauerstoffsättigung, Säure/Basengleichgewicht (pH-Wert), Temperatur und Salzgehalt eingestellt, bevor das Wasser zurück in die Kulturbecken geleitet wird.

Für die Zirkulation des Kreislaufwassers werden Pumpen verwendet, die jedoch einen konstanten Energiebedarf aufweisen und auf diesem Wege Energie in Form von Wärme in das System eintragen können. Aus diesem Grunde wird seit geraumer Zeit das Luftheber-Prinzip eingesetzt, bei dem aufsteigende Luft für die Zirkulation des Wassers verantwortlich ist. Dieses Verfahren bietet die Vorteile, dass es nur einen geringen Energiebedarf aufweist und keine zusätzliche Wärme ins System einträgt, darüber hinaus kommt es durch die eingebrachte Luft zu einer Sauerstoffanreicherung im Wasser.

Die Entwicklung von modernen Kreislaufanlagen muss insgesamt darauf ausgerichtet sein, eine stabile Systemfunktion durch biologische Gleichgewichte zu erreichen; die Mess- und Regeltechnik ist für die Kontrolle und die Regelung elementarer Prozesse im reibungslosen Betrieb notwendig.