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Rezirkulierende Aquakultursysteme (RAS)

Die Kul­tivierung von Fis­chen an Land wurde in den let­zten Jahrhun­derten stark opti­miert. Ins­beson­dere die geschlossene Kreis­la­u­fan­lage (Englisch: recir­cu­lat­ing aqua­cul­ture sys­tem, kurz: RAS) hat sich mit­tler­weile neben den tra­di­tionellen Aquakul­turmeth­o­d­en wie Teich­sys­te­men, Net­zkä­fi­gen und Durch­flusssys­te­men etabliert. Um einen konkreten Überblick zu den Unter­schieden der bei­den Meth­o­d­en zu erhal­ten, wer­den nach­fol­gend zunächst die Merk­male tech­nol­o­gisiert­er Kreis­lauf­sys­teme mit tra­di­tionellen Zucht­meth­o­d­en ver­glichen. Darüber hin­aus wird anhand des SEAWATER Cubes der Auf­bau ein­er inno­v­a­tiv­en geschlosse­nen Kreis­la­u­fan­lage detail­liert in den einzel­nen Prozesss­chrit­ten erk­lärt.

Traditionelle Aquakultur vs. hoch technologisierte Kreislaufsysteme

Ver­gle­icht man exten­siv bzw. semi-inten­sive Meth­o­d­en wie Teich­sys­teme, Net­zkä­fige und Durch­flusssys­teme mit geschlosse­nen Kreis­la­u­fan­la­gen, so wer­den die Unter­schiede mit Blick auf die nach­fol­gende Über­sicht schnell klar. Ökol­o­gisch betra­chtet sind die RAS klar im Vorteil und auch im Hin­blick auf die Region­al­ität der Pro­duk­tion und die Reduk­tion von Immis­sio­nen kön­nen diese Sys­teme punk­ten.

Aufbau einer geschlossenen Kreislaufanlage am Beispiel des SEAWATER Cubes

Der SEAWATER Kreis­lauf set­zt sich als geschlossen­er Kreis­lauf zur Aufzucht von Fis­chen aus 10 entschei­den­den Kom­po­nen­ten zur Wasser­auf­bere­itung zusam­men. Das Fis­chhal­te­beck­en, der Trom­melfil­ter, die Kreis­lauf­pumpe und der Biofil­ter mit Belüf­tung durch den Kom­pres­sor befind­en sich im Haup­tkreis­lauf. Auch der Abschäumer mit Zugabe von Ozon durch den Ozon­gener­a­tor, die CO2-Des­orp­tion und die Den­i­tri­fika­tion befind­en sich im Haup­tkreis­lauf, jedoch wer­den sie nur mit einem Teil des Wasser­stroms beauf­schlagt. Die Sed­i­men­ta­tion befind­et sich in einem Bypass des Trom­melfil­ters und des Fis­chhal­te­beck­ens.

  1. Das Fis­chhal­te­beck­en ist voll­ständig mit Wass­er befüllt und dient als Leben­sraum für die Tiere. Darin wer­den Fut­ter und Sauer­stoff einge­tra­gen. Zudem wer­den die Auss­chei­dun­gen der Fis­che (Fäzes, CO2, Ammo­ni­ak beziehungsweise Ammo­ni­um) durch den starken Strö­mungsver­lauf des Wassers zur ersten Kom­po­nente der Wasser­auf­bere­itung trans­portiert. Rel­e­vante und mess­bare Para­me­ter sind unter anderem der Salzge­halt (bei Salzwass­er-Aquakul­tur), die Tem­per­atur, der pH-Wert und die Redox-Span­nung sowie der Sauer­stof­fge­halt.
  2. Der Trom­melfil­ter dient der Aus­tra­gung von Fest­stof­fen und Par­tikeln, die generell größer als 40µm sind (abhängig von der Maschen­weite der Fil­tergaze).
  3. Das par­tikel­be­lastete Rück­spül­wass­er wird zur Wasser­rück­gewin­nung in die Sed­i­men­ta­tion geführt. Dort set­zen sich die Par­tikel am Boden ab. Dieser Schlamm wird gezielt aus dem Sys­tem ent­fer­nt, wohinge­gen das gek­lärte Wass­er im oberen Teil der Sed­i­men­ta­tion ins Sys­tem zurück­ge­führt wird.
  4. Die Kreis­lauf­pumpe befördert das Wass­er der Anlage vom Pumpen­sumpf, mit dem darin befind­lichen Trom­melfil­ter, in die Wasser­auf­bere­itungskom­po­nen­ten und gener­iert somit erst den notwendi­gen Durch­fluss für die Wasser­auf­bere­itung.
  5. Der Biofil­ter macht sich den biol­o­gis­chen Prozess der Nitri­fika­tion zunutze, um das von den Fis­chen aus­geschiedene Ammo­ni­ak bzw. Ammo­ni­um zunächst zuNi­trit und dann zu Nitrat umzuwan­deln. Diese Auf­gabe übernehmen autotro­phe, aer­obe Bak­te­rien, welche durch Biofilm­bil­dung an Kun­st­stoffträgern (Car­ri­ern bzw. Fil­ter­pel­lets) haften.
  6. Für diesen Prozess wird Sauer­stoff benötigt, welch­er durch den Kom­pres­sor in die Fil­terkom­po­nente befördert wird.
  7. Der Ozon­gener­a­tor unter­stützt den Prozess der Schaum­bil­dung im nach­fol­gen­den Schritt und begün­stigt die Ablö­sung von Pro­teinen aus Par­tikelober­flächen.
  8. Der Abschäumer ist ein physikalisch arbei­t­en­des Gerät, auch „Flota­tion“ oder „Pro­tein­skim­mer“ genan­nt. In diesem Prozesss­chritt wer­den in einem Gegen­stromver­fahren ober­flächenak­tive Eiweißverbindun­gen an die einge­tra­ge­nen Luft­blasen ange­haftet. Dadurch wird eine Schaum­bil­dung erzeugt. Der Schaum wird anschließend mit den an ihm haf­ten­den ampholytis­chen Sub­stanzen, Viren und Par­tikeln (z. B. Bak­te­rien) aus­ge­tra­gen. Damit wer­den im Abschäumer alle kleinen Par­tikel (< 40 µm) aus dem Wass­er ent­fer­nt, die den Trom­melfil­ter noch passieren kon­nten.
  9. Die CO2-Des­orp­tion ist eine Ent­ga­sungskom­po­nente, um das von Fis­chen und Bak­te­rien abgeschiedene Kohlen­stoff­diox­id aus dem Wass­er zu ent­fer­nen. Zusät­zlich dient die in der CO2-Des­orp­tion einge­tra­gene Außen­luft zur Küh­lung des Wassers.
  10. Der anaer­obe Biofil­ter, die Den­i­tri­fika­tion, arbeit­et eben­falls mit Bak­te­rien und entsprechen­den Car­ri­ern. Die Den­i­tri­fika­tion stellt dabei im Wesentlichen die Umwand­lung von Nitrat zu ele­mentarem Stick­stoff (N2) dar und arbeit­et nur bei gerin­gen Sauer­stof­fkonzen­tra­tio­nen (cir­ca < 0,1 mg/L; anaer­obe Ver­hält­nisse = unter Sauer­stof­fab­schluss). Der Stick­stoff wird in die Umge­bungsluft abgegeben.

Betra­chtet man abschließend nochmal die ver­schiede­nen Sys­teme, so kann fest­ge­hal­ten wer­den, dass offene Aquakul­turen wie beispiel­sweise Teichan­la­gen auf­grund der Bio­di­ver­sität wahrschein­lich die „Ide­alvorstel­lung“ in den Köpfen der Ver­brauch­er sind. Auf­grund des enor­men Platzbe­darfs ist mit diesen Zucht­meth­o­d­en jedoch keine nach­haltige Bestand­ser­höhung in Deutsch­land möglich. Prob­lema­tisch sind außer­dem die oft hohen Ver­luste, welche durch Krankheit­en, kli­ma­tis­che Extrema oder fis­chfressende Tiere verur­sacht wer­den.

Der entschei­dende Vorteil geschlossen­er Kreis­la­u­fan­la­gen ist die Unab­hängigkeit von äußeren Ein­flüssen. Wo bish­er vor allem Großan­la­gen Stand der Tech­nik waren, entwick­eln sich langsam alter­na­tive Konzepte. Der SEAWATER Cube ist ein Beispiel für ein mod­ernes, kom­pak­tes und stan­dar­d­isiertes Anla­gen­sys­tem. Mit ihm ermöglichen wir die Pro­duk­tion hoch­preisiger Speise­fis­che, welche kleine bis mit­tel­ständis­che Betriebe region­al zum Verkauf anbi­eten kön­nen. Neben dem gerin­gen Platzbe­darf ist auch kein großer Bau- und Instal­la­tion­saufwand für die Inbe­trieb­nahme der Anlage notwendig. Mit inno­v­a­tiv­en Kom­po­nen­ten stellen wir stets eine sehr gute Wasserqual­ität in der Anlage sich­er und kön­nen dadurch das Auftreten von Krankheit­en stark reduzieren. Im SEAWATER Cube wer­den gän­zlich auf den Ein­satz von Antibi­oti­ka verzichtet und die wichti­gen Bak­te­rienkul­turen in den biol­o­gis­chen Fil­ter geschont. Zudem schaf­fen wir mit diesem Sys­tem die Möglichkeit ein­er gläser­nen Pro­duk­tion, wodurch dem Ver­brauch­er mehr Trans­parenz geboten und eine Nähe zum Pro­dukt geschaf­fen wird.

Aquakul­tur ist der wach­s­tumsstärk­ste Bere­ich der Lebens­mit­tel­pro­duk­tion. Die Investi­tion in nach­haltige Fis­chzucht­meth­o­d­en lohnt sich, denn nur dadurch kön­nen die Welt­meere geschont und ein entschei­den­der Beitrag zum Schutz der natür­lichen Bestände geleis­tet wer­den.

Ref­eren­zen

— Badi­o­la, M.; Men­di­o­la, D.; Bostock, J.: Recir­cu­lat­ing Aqua­cul­ture Sys­tems (RAS) analy­sis: Main issues on man­age­ment and future chal­lenges. Else­vi­er B.V., 2012.

— Lekang, O.-I.: Aqua­cul­ture Engi­neer­ing. Sec­ond Edi­tion, John Wiley & Sons, Ltd., 2013.

— Mar­tins, C. I. M.; Eding, E. H.; Verdegem, M. C. J.; Heins­broek. T. N. et al: New devel­op­ments in recir­cu­lat­ing aqua­cul­ture sys­tems in Europe: A per­spec­tive on envi­ron­men­tal sus­tain­abil­i­ty. Aqua­cul­tur­al Engi­neer­ing, Else­vi­er B.V., 2010.

— Orel­lana, J.; Waller, U.; Weck­er, B.: Cul­ture of yel­low­tail king­fish (Seri­o­la lalan­di) in a marine recir­cu­lat­ing aqua­cul­ture sys­tem (RAS) with arti­fi­cial sea­wa­ter. Else­vi­er B.V., 2013.

— Stein­bach, C.: Entwick­lung eines Sub­strates für Fließ­bett-Den­i­tri­fika­tion­sstufen in Flu­id­kreis­läufen der Marikul­tur. Mas­terthe­sis, Hochschule für Tech­nik und Wirtschaft des Saar­lan­des, 2014.

— Schaar, S.: Ausle­gung eines den­i­tri­fizieren­den Biofil­ters in ein­er geschlosse­nen Kreis­la­u­fan­lage für Wolfs­barsche. Bach­e­lorthe­sis, 2019.

—  http://orgprints.org/32165/1/32165–15OE026-naturland-bergleiter-2017-kreislaufanlagen-aquakultur.pdf, aufgerufen am 02.10.2019

—  Stavrakidis-Zachou, O.; Ernst, A.; Stein­bach, C.; Wag­n­er, K.; Waller, U.: Devel­op­ment of den­i­tri­fi­ca­tion in semi-auto­mat­ed mov­ing bed biofilm reac­tors oper­at­ed in a marine recir­cu­lat­ing aqua­cul­ture sys­tem. Springer Nature Switzer­land, 2019.

— van Rijn, J.: Waste treat­ment in recir­cu­lat­ing aqua­cul­ture sys­tems. Aqua­cul­tur­al Engi­neer­ing, Else­vi­er B.V., 2012.

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