Kreislaufsysteme in der Aquakultur

In Kreislaufsystemen (engl. Recirculating Aquaculture Systems, RAS) wird das Haltungswasser in einer integrierten Wasseraufbereitung gereinigt und dann wieder in die Haltungsbecken zurückgeleitet (rezirkuliert). Diese Systeme zeichnen sich durch einen geringen Wasserverbrauch aus, wobei die Food and Agriculture Organization of the United Nations (UNFAO) eine maximale Wassererneuerung von unter 10 % des Wasservolumens pro Tag (10 %/d) für RAS festgelegt hat und moderne RAS sogar weniger als 2 %/d verbrauchen. Da die Standortwahl relativ unabhängig, im Vergleich zu offenen Systemen (Netzkäfige, Teichanlagen), ist und nährstoffreiches Wasser in geringeren Mengen (bspw. Rückspülung von Filtern) abgegeben wird, gilt diese Technologie trotz hoher Betriebs- und Investitionskosten als zukunftsweisend. Da Abwässer aus RAS grundsätzlich über die Kanalisation abgeführt werden können, handelt es sich um eine Technologie, die theoretisch keinerlei Nährstoffemissionen in natürliche Gewässer einträgt und somit nicht zur Gewässereutrophierung beiträgt.

RAS bestehen zumeist aus einer Anzahl von Hälterungsbecken, denen nachfolgend eine mechanische
(z. B. Sedimentfilter, Trommelsiebfilter) und eine biologische Wasseraufbereitung (z. B. Tropfkörper, Bewegtbettfilter) und gegebenenfalls eine Desinfizierung (UV-Bestrahlung oder Ozonierung) angeschlossen sind. Eine entsprechende Wasseraufbereitung ist nötig, um anfallende Futterreste, Faeces und vom Fisch abgegebene Stoffwechselendprodukte (primär „Abfall"-Produkte aus dem Proteinstoffwechsel) dauerhaft aus dem System zu entfernen.

In der mechanischen Reinigung werden Schwebstoffe aus dem System entfernt. Hier kommen Lammellenabscheider, Siebtrommelfilter oder einfache Absetzbecken zum Einsatz. Die Schwebstoffe wiederum können im Anschluss eingedickt (Wassereinsparung) und weiterverwertet werden (Pflanzendünger, Biogas).

Die folgende biologische Reinigungseinheit bietet Siedlungsfläche für Mikroorganismen, die gelöste Stoffe aus dem Stoffwechsel der Fische und dem Futter verstoffwechseln und damit aus dem Wasser entfernen. Besondere Bedeutung kommt den nitrifizierenden Bakterien zu, die das im Proteinstoffwechsel der Fische anfallende toxische Ammonium/Ammoniak (NH3/NH4+) zur Energiegewinnung nutzen und zu Nitrit (NO2-) und Nitrat (NO3-) oxidieren. An diesem zweistufigen Prozess sind verschiedene Arten beteiligt. Verschlechtern sich die Bedingungen, kann dies zur Anreicherung von Ammonium/Ammoniak und Nitrit mit chronischen und letalen Folgen für die Fische führen. Zu den gängigsten Biofiltersystemen zählen Bewegtbettfilter (Moving Bed Filter), Rieselfilter und Fließbettfilter. In einem optimalen Biofilter wird alles Ammonium in Nitrat umgewandelt, wobei Konzentrationen von bis zu 1000 mg/l (NO3-N) auftreten. Da Nitrat Wachstumsleistung, Fortpflanzung, Entwicklung und Fischgesundheit beeinträchtigt und Nitrat induziertes Algen- und Pilzwachswachstum den Geschmack (Off-Flavour) verschlechtern kann, wird zunehmend nach technischen Lösungen zur Nitratentfernung gesucht. Hierzu zählt:

1. Die mikrobiologische „klassische" Denitrifikation unter Sauerstoffausschluss (anaerob).

2. Die Bildung von komplexen, organischen Bioaggregaten (BioFlocs) aus Algen, Pilzen und Bakterienfilmen, in denen Nitrat gebunden wird und die dann als Nahrung von den Fischen verwertet werden. Dieses Verfahren wird vorrangig bei omnivoren Arten, wie beispielsweise der Tilapia realisiert. 

3. Die Nutzung von gelöstem Nitrat als Dünger für die Aufzucht von Nutzpflanzen, insbesondere in Hydrokulturen (Aquaponiksysteme).

Das mechanisch und biologisch gereinigte Wasser kann dann „gesäubert" wieder in die Hälterungsbecken zurückgeleitet werden.

Diese Verfahren gestatten eine intensive Produktion von Fischen, Algen und Krustentieren bei relativ geringer Emission von Nährstoffen. Unter kontrollierten Bedingungen kann die Produktion unter Schonung natürlicher Ressourcen optimiert werden.

 

Sehen Sie hierzu auch den Informationsfilm zur Reproduktion von Fischen in der Aquakultur.

 

Weiterführende Literatur:

de Schryver, P. and Verstraete, W., 2009. Nitrogen removal from aquaculture pond water by heterotrophic nitrogen assimilation in lab-scale sequencing batch reactors. Bioresource Technology 100: 1162-1167.

Eding,E.H., Kamstra, A., Verreth, J., Huisman, E.A., and Klapwijk, A., 2006. Design and operation of nitrifying trickling filters in recirculating aquaculture: A review. Aquacultural Engineering 34: 234-260.

Martins,C.I.M., Eding, E.H., Verdegem, M.C.J., Heinsbroek, L.T.N., Schneider, O., Blancheton, J.P., d'Orbcastel, E.R., and Verreth, J.A.J. 2010. New developments in recirculating aquaculture systems in Europe: A perspective on environmental sustainability. Aquacultural Engineering 43: 83-93.

Rennert, B., Groß, R., van Ballegooy, C., Kloas, W. 2011. Ein Aquaponiksystem zur kombinierten Tilapia- und Tomatenproduktion. Fischer und Teichwirt pp 209-214