Teich-Biofilter
Aquakultur ist die Zucht von Wasserorganismen wie Fischen, Krebstieren, Weichtieren und Wasserpflanzen. Die weltweite Nachfrage nach Fisch hat den Anstoß für ein schnelles Wachstum der Aquakultur gegeben. Im Jahr 2012 wurden 66,6 Millionen Tonnen Fisch in Aquakultur produziert, was 42,2 % der weltweiten Speisefischproduktion ausmachte. Darüber hinaus ist die Aquakultur mit einem durchschnittlichen Wachstum von 6,5 % im Zeitraum 2000 bis 2012 einer der am schnellsten wachsenden Lebensmittelsektoren.
Aquakultursysteme können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: extensiv, halbintensiv und intensiv, basierend auf der Produktion pro Volumeneinheit (m 3 ) oder Flächeneinheit (m 2 ). Natürliche kleine Seen fallen in typische Extensivsysteme, Teichkulturen mit Fütterung oder Belüftung in semiintensive Systeme und rezirkulierende Aquakultursysteme in intensive Systeme.
Kreislaufaquakultursysteme (RAS) sind tankbasierte Systeme, bei denen die Umweltparameter vollständig kontrolliert werden, sodass Fische in hoher Dichte gehalten werden können. Die RAS-Technologie wurde in den letzten drei Jahrzehnten entwickelt und verfeinert. Die RAS-Technologie ist in der Lage, bei hoher Kapazität mit weniger Wasser zu arbeiten und ist im Vergleich zur herkömmlichen Fischzucht eine Voraussetzung. Außerdem kann RAS den Einsatz von Chemikalien und Antibiotika sowie die Abfallentsorgung reduzieren. Darüber hinaus ist RAS artanpassungsfähig, sodass das ganze Jahr über Fisch produziert werden kann. Allerdings benötigt RAS hohe Kapital- und Betriebsinvestitionen, was den größten Nachteil darstellt. Darüber hinaus handelt es sich bei der Inbetriebnahme um ein komplexes System, für dessen Wartung und Überwachung Fachwissen erforderlich ist.
Die Wasserqualitätskontrolle in RAS wird durch viele verschiedene Komponenten erreicht. Im Allgemeinen besteht RAS aus einer Heizung oder einem Wärmetauscher zur Einstellung der Wassertemperatur, einem Belüftungssystem zur Reduzierung der Konzentration von gelöstem CO 2 , einem Sauerstoffanreicherungssystem zur Bereitstellung von ausreichend Sauerstoff, Trommelfiltern zur Entfernung suspendierter Feststoffe und einem Desinfektionssystem (UV- und Ozonausrüstung) zur Inaktivierung von Krankheitserregern und Biofiltersystem zur Entfernung von Stickstoffabfällen. Die Alkalität im System wird durch die Zugabe von Chemikalien kontrolliert.
Es gibt viele Arten von Biofilmsystemen, die zur Wasseraufbereitung verwendet werden, wie z. B. Rieselbiofilter, rotierende biologische Kontaktoren (RBC), Biofilter mit körnigen Medien, Biofilter mit schwimmenden Perlen und Biofilter mit Wirbelschicht, die alle Vor- und Nachteile haben. Der Tropfkörper ist nicht volumenwirksam; Bei rotierenden biologischen Kontaktoren kam es häufig zu mechanischen Ausfällen. Biofilter mit körnigen Medien erfordern eine regelmäßige Rückspülung und die Wirbelschichtreaktoren weisen hydraulische Instabilität auf. In diesem Zusammenhang wurde Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre in Norwegen die Moving-Bed-Biofilm-Reaktor-Technologie (MBBR) entwickelt.
Mittlerweile wird MBBR weltweit zur Behandlung kommunaler und industrieller Abwässer sowie zur Wasseraufbereitung in der Aquakultur eingesetzt. In der Aquakulturindustrie wird MBBR hauptsächlich zur Nitrifikation sowie zur Entfernung organischer Stoffe eingesetzt. Um zu vermeiden, dass die heterotrophen Bakterien, die organisches Material verbrauchen, die nitrifizierenden Bakterien bei hoher organischer Belastung unterdrücken, wird MBBR in einem Aquakultursystem immer bei geringer organischer Belastung betrieben.
Im Vergleich zu den meisten anderen Biofilmreaktoren nutzt MBBR das gesamte Tankvolumen für das Biomassewachstum, weist außerdem einen unbedeutenden Druckverlust auf, erfordert keine regelmäßige Rückspülung und ist nicht anfällig für Verstopfungen. Darüber hinaus kann der Füllanteil an Biofilmträgern im Reaktor Präferenzen unterliegen. Es wird jedoch empfohlen, dass der Füllanteil weniger als 70 % beträgt, um den Träger frei im Reaktor schweben zu lassen.
MBBR ist eine auf der Biofilmtheorie basierende Technologie, bei der ein aktiver Biofilm auf speziell entwickelten Kunststoffträgern (oder Biomedien) wächst, die im Reaktor suspendiert sind. Es kann sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen betrieben werden. Die Biomedien werden durch Bewegung von Belüftungsdiffusoren in der Schwebe gehalten, während in anaeroben Fällen ein Mischer verwendet wird, um die Biomedien in Bewegung zu halten. Biomedien werden aus verschiedenen Materialien hergestellt und üblicherweise wird hochdichtes Polyethylen verwendet, das eine Dichte von etwa 0,95 g/cm 3 hat. Um eine maximale spezifische Oberfläche (m 2 /m 3 ) bereitzustellen, Biomedien gibt es in verschiedenen Formen und Größen.