Kalojen päivittäisen hyvinvoinnin ja korkean vastustuskyvyn lähtökohtina ovat on raikas ja puhdas vesi sekä stressitön elinympäristö. Tällaisten olosuhteiden muodostumiseen ja ylläpitämiseen vaikuttavat erilaiset fysikaaliset, kemialliset ja biologiset tekijät. 

Fysikaalisilla tekijöillä tarkoitetaan kalaa ulkoisesti vaurioittavia uhkatekijöitä. Tähän kategoriaan voidaan listata kala-altaiden sekä kalojen siirrossa käytettävien laitteiden ja työvälineiden rakenne, materiaali ja toiminta sekä kalaa vaurioittavat työskentelymenetelmät. Myös lämpötila, valot ja äänet voidaan laskea fysikaalisiin tekijöihin, joskin niiden vaikutus kalojen hyvinvointiin syntyy stressireaktioiden kautta.

Kemiallisilla tekijöillä tarkoitetaan tässä niitä veden ominaisuuksia, jotka heikentävät kalojen kykyä ylläpitää normaaleja elintoimintoja tai kuormittavat huomattavasti kalan aineenvaihduntaa. Tähän kategoriaan voidaan listata mm. typpiyhdisteet (ammoniakki,nitriitti,nitraatti), hiilidioksidi, happi ja alkaliniteetti. Kemiallisiin tekijöihin lasketaan tässä yhteydessä myös veden kiintoaineet.

Biologisilla tekijöillä tarkoitetaan tässä niitä eliöitä, jotka haittaavat kalan kalojen kykyä ylläpitää normaaleja elintoimintoja tai kuormittavat huomattavasti kalan aineenvaihduntaa. Nämä eliöt voivat olla mm. viruksia, bakteereita ja loisia.

Fyysinen ympäristö

Kala-altaat suunnitellaan toimivan vesityksen ja lietteenpoiston mukaan, jolloin kaloille taataan mahdollisimman hyvät elinolosuhteet. Kiertovesilaitosten altaat rakennetaan suurille kalatiheyksille, koska rajallisesta allaskapasiteetista on saatava riittävä tuotto. Hallitulla vesityksellä ja hyvällä veden laadulla voidaan kalamassaa lisätä suhteessa vesitilavuuteen (kg/m³).  Suuri kalatiheys kuitenkin pakottaa kalat uimaan lähellä toisiaan ja altaiden reunoja, jolloin esim. evävaurioiden tai -kulumien todennäköisyys kasvaa. Tätä ei voida välttää suurissa tiheyksissä, mutta sen sijaan voidaan varmistaa, ettei kalan suomupeite vaurioidu altaan rakenteiden tai altaassa sijaitsevien laitteiden takia (esim. terävät kulmat).

Kiertovesilaitoksissa tavoitellaan kalojen nopeaa kasvua, ja riippuen laitoksen allaskapasiteetista kaloja siirretään ja lajitellaan altaasta toiseen. Kalojen siirrot rasittavat kalaa ja tekniikasta riippuen saattavat vaurioittaa kalan ihoa. Jos mahdollista, niin kalat tulisi siirtää altaiden välillä kalapumpuilla, jolloin kalaa voidaan liikuttaa veden kanssa. Jos haavia ja nuottaa käytetään, suositellaan solmuttoman havaksen käyttöä. Samoin on varmistettava, että haavipussin pohjalla tai nuotan perällä olevat kalat eivät joudu liian suuren rasituksen kohteeksi. Kalojen lajitteluun on tarjolla erilaisia lajittelukoneita ja yksinkertaisempi lajittelulaatikoita. Näiden valinnassa ja käytössä on tehokkuuden lisäksi huomioita kaloille syntyvä rasitus.

Lämmön hallinta, valot ja äänet kuuluvat keskeisesti kiertovesiviljelyyn. Kiertovesilaitoksen yhtenä etuna on mahdollisuus lämmönhallintaan, jolla luodaan kaloille edulliset olosuhteet ravinnonottoon ja kasvuun. Optimilämpötilat vaihtelevat kalalajeittain ja sen saavuttamiseksi on huomioitava kaikki veteen lämpöä tuovat tai sitä vähentävät tekijät. Valaistuksen suhteen on huomioitava valorytmin sekä erityisesti vaihto valon ja pimeän välillä. Valojakson vaihtuessa olisi pyrittävä valon vaiheittaiseen lisääntymiseen / vähenemiseen. Veteen välittyvät laitoksen äänet olisi hyvä huomioida suunnittelun ja allassijoittelun yhteydessä, joskin niitä voi olla mahdotonta kokonaan poistaa.

Kemiallinen ympäristö

Kiertovesilaitoksen suurin problematiikka syntyy vedenlaadun hallinnasta, eli toisin sanoen kemiallisista uhkatekijöistä. Nimensä mukaan kiertovesilaitoksessa pyritään vähentämään viljelyssä käytettävän veden määrää kierrättämällä vettä altaissa useaan kertaan. Laitoksesta riippuen uutta vettä otetaan kiertoon vaihtelevasti, 2 – 100% laitoksen kokonaisvesimäärästä / vrk. Yleisesti teuraskalaa tuottava kiertovesilaitos ottaa uutta vettä vuorokaudessa n. 10-20% laitoksen kokonaisvesimäärästä. Uuden tarvittavan veden määrä voidaan suhteuttaa myös käytettävään rehumäärään. Yleisesti teuraskalaa tuottava kiertovesilaitos käyttää noin 500-2000 litraa vettä/ rehu-kg. Mitä vähemmän uutta vettä käytetään, sitä enemmän tarvitaan prosessitekniikkaa vedenpuhdistukseen.


Veden kierrätysasteen intensiteetin, tarvittavan prosessitekniikan ja uuden veden suhde
Kuva (c) Billund Aquakultur


Veden viipymä altaissa voi vaihdella, mutta sen olisi hyvä pysyä 15-45 minuutin välillä. Kuitenkin, suurellakin korvausvesimäärällä ja lyhyellä veden viipymällä olevissa laitoksissa kiertää sama vesi altaissa useaan kertaan. Tämä tarkoittaa niin kalojen aineenvaihdunnasta, rehuista kuin laitoksen mikrobifaunasta veteen siirtyvien partikkelien ja liuenneiden aineiden kertymistä kiertoveteen. Samaan aikaan kaloille elintärkeää happea poistuu vedestä kalojen ja mikrobien aineenvaihdunnan seurauksena.

Kalojen aineenvaihduntatuotteista suurimman ongelman muodostavat veteen liukenevat hiilidioksidi ja ammoniakki. Näiden haittatekijöiden yhteydessä on huomioitava veden alkaliniteetti, jolla tarkoitetaan veden emästen kykyä neutraloida veteen liukenevat hapot. Toinen kalojen aineenvaihdunnasta syntyvä haittatekijä ovat veteen sekoittuvat ulosteen kiintoaineet, joskin niiden vaikutusmekanismit kaloihin poikkeavat veteen liuenneiden aineiden vaikutusmekanismeista.

Rehut päätyvät pääosin kalan ruuaksi, mutta osa rehusta jää kiertoveteen joko syömättömänä rehupellettinä, rikkoutuneen rehupellettinä tai rehupölynä. Syömätön rehuaines nostaa veden kiintoaineen pitoisuutta ja heikentää täten veden laatua.

Kaikki kiertovesilaitoksen veden alla olevat pinnat toimivat kasvualustana mikrobeille, jotka hyödyntävät veteen liuenneita aineita. Tämä mikrobikasvustoa on haastavaa hallita ja niistä veteen liukenevat aineenvaihdunnan aineet sekä kuollut massa vaihtelevat. 

Happi
Veden maksimaalinen happipitoisuus on riippuvainen veden lämpötilasta, siten että 100% happikylläisyys on 20 C° vedessä n. 9 mg/l ja 10 C° vedessä n. 11 mg/l. Kalat (ja biosuodattimen bakteeristo) tarvitsevat ja kuluttavat happea jatkuvasti. Alhainen happipitoisuus lisää kalan stressiä ja heikentää kalan kuntoa sekä kasvua. Kalojen hapenkulutus vaihtelee niiden aineenvaihdunnan mukaan, joten mitään tarkkaa arvoa hapenkulutuksesta ei voida antaa. Jonkinlaisena ohjearvona voidaan pitää 300 mg/O₂/kala kg/h. Kiertovesilaitoksissa pidetään yleensä suurta kalatiheyttä, joten riittävä hapen saanti on varmistettava veden lyhyellä viipymällä altaassa sekä hapettamalla vettä siten, että altaaseen tulevan veden happipitoisuus on yli 100%. Poistoveden hapen kylläisyysprosentin tulisi olla yli 60%.

Liunneen hapen määrä (mg/l) eri lämpötiloissa ja suolapitoisuuksissa:

Alkaliniteetti
Kiertovesiviljelyssä on huolehdittava veden kyvystä puskuroida pH muutoksia tai neutralisoida happoja, eli veden alkaliniteetista. Veden alkaliniteetti ilmoitetaan kalsiumkarbonaattipitoisuutena (CaCO₃) mg/l. Korvausveden alkaliniteetti vaihtelee riippuen mistä siitä vesi otetaan. Pääsääntöisesti pohjaveden alkaliniteetti on korkeampi kuin pintavesien. Alkaliniteetti mitataan titraamalla ja alkaliniteetin tulisi kiertovedessä olla n. 50-100mg/l.

Alkaliteetin annostelun pysäyttämisen vaikutus RAS:n pH-arvoon jatkuvalla syöttökuormituksella järjestelmään. Huomaa pH:n kiihtyvä lasku ajan myötä:


Kaavio (c) Jelena Kolarevic

Hiilidioksidi
Veden kohonneet hiilidioksidimäärät heikentävät kalojen hengitystehokkuutta ja heikentävät kalojen kykyä sietää alhaisempia happipitoisuuksia. Tämän johdosta veteen liukeneva hiilidioksidi täytyy poistaa kiertovedestä. Veden hiilidioksidipitoisuutta voidaan mitata erillisillä mittareilla tai se voidaan arvioida pH:n, lämpötilan ja alkaliniteetin perusteella. Hiilidioksidipitoisuuden tulisi pysyä alle 15 - 20 mg/l. Korkeat CO₂-pitoisuus aiheuttaa kaloissa kroonisia ongelmia, heikentynyttä ruokahalua, munuaisen kalkkeutumista sekä epänormaalia uintia/ käytöstä.

Ammoniakki
Ammoniakkia (NH₃) syntyy kalojen typpiaineenvaihdunnassa. Ammoniakki liukenee veteen tehokkaasti ja riippuen veden pH:sta, lämpötilasta ja suolaisuudesta se esiintyy joko ammoniakkina tai ammoniumina (NH₄⁺). Näiden eri muotojen kokonaismäärästä vedessä käytetään lyhennettä TAN (Total Ammonia Nitrogen). Näistä muodoista ammoniakki on erittäin vaarallista kaloille, koska se pystyy kulkeutumaan solukalvojen läpi ja häiritsee näin solujen normaalia toimintaa. Pitämällä veden pH 7 tai hieman alle (6,8 – 7,0) voidaan vähentää ammoniumin esiintymistä ammoniakkina. Ammoniumia poistetaan vedestä muuttamalla se biofilttereissä bakteereiden avulla nitriitiksi (NO₂) ja nitraatiksi (NO₃).Nitraattipitoisuudet pidetään riittävän alkaisina vaihtamalla vettä kierrossa. Nitraatti voidaan edelleen poistaa kierrosta typpikaasuna denitrifikaatiolla. Typpiaineenvaihdunnan tuotteiden pitoisuudet eivät saisin nousta yli seuraavien raja-arvojen; ammoniakki (NH3-N) 0,02 mg/l, ammonium (NH4-N) 2,0 mg/l, nitriitti (NO2-N) 0,5 mg/l, nitraatti (NO3-N)100 mg/l.  



Taulukko: NH3 osuus kokonaistypestä (TAN) eri pH-tasoilla
(c) Aquaworld Aquarium

Kiintoaines
Lähtökohta on, että kiertoveden korvausvesi on lähes vapaa kiintoaineesta. Kiintoainesta kuitenkin päätyy kiertoveteen syömättömästä ja hajonneesta rehusta, ulosteesta sekä bakteeri- ja levämassasta. Veden lisääntynyt kiintoaines ärsyttää kalojen kiduksia johtaen liman kasvaneeseen erityksen kiduksissa mikä heikentää kidusten toimintaa. Pahimmillaan ärsytys voi johtaa kidustulehdukseen. Lisäksi lisääntynyt kiintoaines lisää bakteerien määrää kiertovedessä. Tämän takia kiintoainesta täytyy poistaa jatkuvasti kiertovedestä ja kiintoainepitoisuuden tulisi olla alle 10mg/l. Kiintoaines määrät voivat vaihdella nopeasti riippuen rehun laadusta ja ruokinnan tasosta. Toimiva tapa seurata kiintoainemääriä vedessä on seurata veden näkösyvyyttä. Kun kiintoainespitoisuus pysyy alle 5 mg/l vesi on kirkasta. 10 mg/l vesi on hieman sameaa ja kun kiintoaines ylittää 15 mg/l vesi on jo selkeästi sameaa. Myös hajut viestivät vedenlaadusta.

Biologinen ympäristö

Kaloille haitallisia patogeenejä (virukset, bakteerit, sienet, loiset) esiintyy luonnonvesissä, josta ne voivat kulkeutua eri vektoreiden välityksellä kiertovesilaitokseen. Koska ympäristöä, jossa elää vain haluttuja mikrobeja, ei voida kiertovesiviljelyssä varmistaa, tulee kaloja tarkkailla päivittäin. Kiertovesilaitos on kuitenkin veden mukaan tuomien tartuntojen suhteen edullisessa tilanteessa, koska kiertovesilaitoksissa tulovesi on hallittavissa ja se voidaan desinfioida ennen kiertoon pääsyä. Toisaalta, mikäli biologinen taudinaiheuttaja pääsee kiertovesilaitokseen, sillä on suora pääsy kaikkiin altaisiin kiertoveden mukana. Tätä sisäistä tartunnan leviämistä voidaan myös estää kiertoveden tehokkaalla desinfioinnilla. Tuloveden lisäksi taudinaiheuttajat voivat päästä kiertoveteen mäti- ja kalaerien tai työntekijöiden työvaatetuksen mukana. Tulevat mäti- ja kalaerien osalta tulee aina tarkastaa tautivapaus. Lisäksi työntekijöiden (sekä vierailijoiden) tulee käyttää laitoskohtaisia vaatteita, siten että kontaminaatiovaaraa muiden vaatteiden kanssa ei ole.