Kiertovesiviljelyssä vettä täytyy hapettaa jatkuvasti ja voimakkaasti. Hapetuksessa käytetään joko nestemäistä happea (LOX = Liquid Oxygen) tai happi tehdään itse happigeneraattorilla (PSA = Pressure Swing Absorption). Pulloissa ja suuremmissa säiliöissä tilattu nestemäinen happi on puhtaampaa (miltei 100% puhtaus) ja menetelmänä vähemmän riskialtis verrattuna omaan happigeneraattoriin.


Nestehappi (LOX) säiliöitä
Kuva (c) Linde

Oman happigeneraattorin käyttäminen vaatii generaattorin huolto-ohjelmat ja hapen puhtaudessa ei päästä 100%:n tasolle (max. 95%). Tällöin hapen mukana johdetaan myös mm. typpeä veteen. Happigeneraattori koostuu paineilmakompressorista, ilmankuivaimista, happigeneraattorista ja painesäiliöistä (tuotetulle ilmalle ja hapelle). Happigeneraattorin etuja on hapen hinta sekä riippumattomuus. Hapen tuotantotavasta riippumatta varsinainen veden hapetus (hapen liuottaminen veteen) toteutetaan samoilla laitteilla. 

Video happigeneraattorin toiminnasta

Happigeneraattori
Kuva (c) OxyMat


Yleensä altaiden tuloveden hapetuksessa pyritään selkeään hapen ylikylläisyyteen eli 120-180% kylläisyysprosenttiin. Vedeltä vaadittava happipitoisuus arvioidaan altaan hapenkulutuksen eli kalamassan, veden viipymän ja ruokinnan mukaan. Peukalosääntönä voidaan pitää, että liennutta happea tarvitaan noin 1 kg / tuotettu kalakilo. Altaan veden happipitoisuus tulisi olla vähintään 90%, mielellään n. 100%, eikä altaasta poistuvan veden happipitoisuus saisi olla juurikaan vähemmän. Altaiden happipitoisuuden jatkuva seuranta on hyvin tärkeää, joskin se on usein toteutettu vain tuloveden runkolinjan happipitoisuuden tarkastelulla. 

Happi voidaan liuottaa veteen käyttämällä mm. painehapettimia (kartiohapetin), matalapainehapettimia (Low Head Oxygenation-hapettimia & kolonnihapettimia) sekä keraamisia hapettimia (ns. ”happikiviä”).

Paineellinen hapetus
Paineellinen hapetus toteutetaan suljetussa, yleensä on kartion mallisessa säiliössä. Säiliöt on valmistettu lasikuidusta tai teräksestä. Säiliöön pumpataan vettä siten että säiliön paine nousee noin 2 baariin. Paineen alaiseen vesimassaan vapautetaan happea pieninä kuplina (paine n 2 bar). Paineellisen hapetuksen hyötysuhde on n. 90-100%, eli suurin hapesta saadaan liukenemaan veteen.



Kartiohapettimen toiminta
Kuva (c) B. Vinci, S. Summerfelt

Paineellisessa hapetuksessa saavutetaan parhaimmillaan veden 300% ylikylläisyys. Yleensä vain osa altaisiin tulevasta vedestä hapetetaan kun kyseessä paineellinen kartiohapetus. Kartiohapetusta käytettäessä tulee huolehtia, oikeasta vedenpaineesta kartiossa sekä kartioon johdettavasta hapen määrästä. Lisäksi hapetetun veden virtaama koko vesimassasta on pidettävä oikeana. Kartiohapetin vaatii aina erillisen hapetuspumpun, joka lisää energiankulutusta. Kartiohapettimissa voidaan liuottaa hapen lisäksi myös otsonia (veden desinfiointiin).


Kartiohapettimia ja hapetinpumppuja Danish Salmonin laitoksella
Kuva (c) Pekka Marttinen

Matalapainehapetin (kolonnihapetin)
Paineeton hapetus voidaan mm. toteuttaa lieriön mallisessa kolonnissa, jonka sisällä vesi hajotetaan pisaroiksi suuttimien, levyjen, pallojen tai muiden pintojen avulla. Lieriön alaosaan syötetään happea, jolloin happi saadaan liukenemaan tehokkaasti pisaroituneeseen veteen lieriön sisällä.

Hyötysuhde kolonnihapetuksessa on n. 80% ja kolonnihapetuksessa päästään parhaimmillaan veden 200% kyllästyneisyyteen. Hapetusta varten vesi täytyy pumpata lieriön päälle. Kolonnihapetuksessa saadaan isompiakin vesimääriä johdettua hapetuksen läpi verrattuna painehapettimeen. Kolonnihapetusta käytettäessä tulee huolehtia, että vesivirtaus kolonniin on haluttu. Kolonniin ei saa päästää missään vaiheessa ilmaa veden mukana. Kolonnihapettimeen voidaan johtaa myös otsonia veden desinfioimiseksi.




Kolonnihapetin (hapetus + desinfiointi)
Kuva (c) Pekka Marttinen

Matalapainehapettimet (Low Head Oxygenators/ LHO)
LHO-hapetin toimii samalla periaatteella kuin kolonnihapetin, mutta hapetinta ei täytetä palloilla/ levyillä.Vesi pumpataan/ johdetaan hapettimen yläosaan, jossa on vesipatja. Vesipatjan alla on suuttimia, joiden läpi vesi virtaa voimaakkaasti ”välitilaan”, jonne syötetään happea (& otsonia).

LHO hapettimella saavutetaan yli 200% happikyllästyneisyys ja hyötysuhde on n. 80%. LHO hapettimen etu kolonnihapettimeen on veden pumppauskorkeus, joka on selkeästi pienempi LHO hapettimilla.


LHO- hapettimen toiminta
Kuva (c) B. Vinci, S. Summerfelt

Keraamiset hapettimet (diffuusorit)
Keraamiset hapettimet, eli happikivet (diffuusorit) toimivat parhaiten allashapetuksessa ja hätähapetusjärjestelmänä. Keraamiset kivet asetetaan kala-altaiden pohjalle ja tarvittaessa niiden läpi ajetaan happea altaisiin. Kivet hajoittavat hapen hyvin pieniksi kupliksi, jolloin happi liukenee suhteellisen tehokkaasti veteen. Liukenemiseen vaikuttaa vesimassan korkesu jonka läpi happikupla nousee.

Keraamisten hapettimien hyötysuhde on noin 50%. Keraamisia happikivien läpi voidaan ajaa jatkuvasti pieni määrä happea, jolloin hätätilanteen sattuessa ne ovat jo valmiiksi käytössä. Keraamisia hapettimia varten tulisi olla komposiitti tai RST-putkisto ja jokaiselle hapettimelle oma venttiili, jolla hapen määrää saadaan yksilöllisesti säädettyä.

Keraamiset hapettimet tulee puhdistaa harjalla säännöllisesti. Keraamisen hapettimen paine ei saa ylittää 3,5 baria, muuten vaarana, että hapetin ”räjähtää”. Keraamista hapetinta ei tule käyttää ilmassa, vaan aina veden alla.


Keraaminen hapetin (ns. happikivi)
Kuva (c) Point Four