Kreislaufanlagen

In Kreislaufsystemen oder Kreislaufanlagen (engl. Recirculating Aquaculture Systems, RAS) findet die Aquakultur von Fischen, Algen oder Krebstieren in Becken statt. Das Haltungswasser wird in einer integrierten Wasseraufbereitung gereinigt und dann wieder in die Haltungsbecken zurückgeleitet (Kreislauf).

Diese Systeme zeichnen sich durch einen geringen Wasserverbrauch aus, wobei die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (engl. Food and Agriculture Organization of the United Nations, UNFAO) eine maximale Wassererneuerung von unter 10 % des Wasservolumens pro Tag für Kreislaufsysteme festgelegt hat und moderne Kreislaufsysteme sogar weniger als 2 % pro Tag verbrauchen. Da die Standortwahl im Vergleich zu offenen Systemen (Netzgehege, Teichanlagen) relativ unabhängig 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 (siehe auch Artikel Umweltauswirkungen).

Kreislaufsysteme 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, Kot und vom Fisch abgegebene Stoffwechselendprodukte (primär „Abfall"-Produkte aus dem Proteinstoffwechsel) dauerhaft aus dem System zu entfernen. Andernfalls reichern sich diese mitunter in bestimmten Konzentrationen für die Tiere schädlichen Stoffe im Haltungswasser an.

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 Bakterienarten 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 (engl. 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 (engl. off-flavor) 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 Krebstieren 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.

Abbildung: Kreislaufanlage mit Tilapien der Kirschauer Aquakulturen. Foto: F. Schäfer/Aquakulturinfo