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The development of a deammonification treatment to remove nitrogen from recirculated water used in aquaculture (DeamRecirc)

Leitung:Dr.-Ing. Maike Beier
Bearbeitung:Klaus Nelting, M.Sc., Dr.-Ing. Yvonne Schneider
Laufzeit:01/2011 - 04/2013
Förderung durch:Europäische Union im 7. Forschungsrahmenprogramm
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Bild The development of a deammonification treatment to remove nitrogen from recirculated water used in aquaculture (DeamRecirc)

Inhalt

Bedingt durch den weltweiten Rückgang der natürlichen Fischbestände hat sich die Aquakultur zum am schnellsten wachsenden Sektor der Lebensmittelproduktion entwickelt – mit einem 60fachen Wachstum in den letzten 50 Jahr. Konventionelle Zuchtanlagen erfordern bedingt durch die Akkumulation von Futterüberschuss und Stoffwechselprodukten im Wasser eine hohe Austauschrate und sind daher durch einen hohen Wasserverbrauch sowie eine hohe Nährstoffbelastung des Wassers gekennzeichnet. Um sowohl die Wasserqualität als auch die Gesundheit der Fischkulturen zu schützen, kommt nun insbesondere für Aquakulturanlagen im Binnenland ein Konzept zur Wasserrezirkulation (RAS) zum Einsatz. Um hohe Rezirkulationsraten zu erzielen, ist eine weitgehende Elimination des toxischen Stoffwechselproduktes Ammoniak von wesentlicher Bedeutung.

Bisher erfolgte die Behandlung des Wassers im Wesentlichen in nitrifizierenden Biofiltern, die das Ammoniak zu Nitrat umwandeln. Dieses zeigt eine deutlich geringe Fischtoxizität. In einem weitgehend geschlossenen System ist es jedoch erforderlich, auch die Nitratkonzentration zu begrenzen und somit eine weitgehende Stickstoffelimination durchzuführen.

Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es daher, ein Konzept zur Einbindung des Deammonifikationsprozesses in RAS zu entwickeln.

Im Fokus steht dabei die Untersuchung der Eignung bekannter Verfahren aus der kommunalen Abwasserreinigung unter dem Gesichtspunkt der Übertragbarkeit auf die Randbedingungen in RAS. Basierend auf Literaturstudien, Laborversuchen und umfangreichen Messungen in verschiedenen Aquakulturanlagen wird ein Verfahrenskonzept erarbeitet, das anschließend im Pilot-Maßstab erprobt wird. Die Einbindung von Industriepartnern ermöglicht die spätere Umsetzung und Verbreitung im großtechnischen Maßstab.

Im Einzelnen werden am ISAH folgende Gesichtspunkte bearbeitet:

  • Identifikation maßgebender Randbedingungen und spezifischer Biozönosemerkmale für die Deammonifikation in naturnahen Ökösystemen
  • Untersuchung zur Anpassungsfähigkeit deammonifizierender Biomasse an RAS-typische Randbedingungen, insbesondere: Temperaturen < 20 °C, hoher Salzgehalt, niedrige N-Konzentration, hohes C/N-Verhältnis
  • Identifikation und Charakterisierung möglicher Impfschlämme für den Deammonifikationsprozess
  • Beratung bei Konzeption, Inbetriebnahme und Betrieb der Pilotanlage, begleitende Aktivitätstests

Content (in english)

The aquaculture industry has been very slow to adopt denitrification methods. Present practice is to convert the toxic metabolic waste product ammonia via nitrite to nitrate in a nitrifying bio-filter. This microbial process demands oxygen and reduces the pH, requiring expensive buffering treatment. The accumulating nitrate is generally flushed from the farm into recipient waters without pollutant removal.

The DeammRecirc proposal is based on the recent experiences and success of using deammonification to convert ammonia to nitrogen gas in other waste water treatment applications. This method will in the proposed project be adapted for use in recirculation aquaculture systems (RAS) for fresh- and marine water species. By using a deammonification reactor within RAS, ammonia will be converted to nitrogen gas in one step. Deammonification bacteria enriched in granules will be adapted to RAS water qualities. The advances compared to current SoA include reduced oxygen use, reduced cost for buffering chemicals, lower carbon footprint, reduced levels of nitrate rich effluent released to the environment, reduced pumping cost and treatment need of new exchange water.

The project includes 11 participants, of which four are industrial SMEPs, which will produce, develop and distribute the DeammRecirc system post project, one is a large enterprise end user, one participant is from S. Africa who plans to transfer the technological development to the aquaculture industry to their continent and ISAH is one of four RTD participants, responsible for research about the deammonification process under RAS-specific boundary conditions and counselling during construction, start-up and operation of the pilot plant.

 Projektpartner

  • Cyklar-Stulz GmbH (AUS)
  • Formoplast Kunststoffbehälterbau und – vertrieb GmbH (D)
  • ARAconsult GmbH (AUS)
  • Tecnologias y equipos para el medio ambiente S.L. (ESP)
  • Hardingsmolt AS (NO)
  • Angelsey Aquaculture Ltd. (UK)
  • Marine Finfish Farmers Association of South Africa (MFFASA) (S.A.)
  • Teknologisk Institutt AS (NO)
  • Aqua Consult Ingenieur GmbH (D)
  • Swansea University (UK)

Link

 http://deammrecirc.com/

Übersicht