Kiertovesikasvatuksessa samaa vettä käytetään uudelleen kasvatusaltailta palaavan veden käsittelyn (puhdistuksen) jälkeen. Kiertovesilaitos (RAS, Recirculating Aquaculture Systems) tarvitsee uutta vettä noin 200-1000 litraa per ruokittu rehu-kg.


Kuva: Atlantic Sapphire AS

Vedenkäsittelyn päävaiheita ovat:

1. Kiintoaineen poisto
2. Biologinen suodatus (nitrifikaatio)
3. Ilmastus (hiilidioksidin poisto)
4. Muut käsittelyt, muun muassa: hapetus, hienojakoisen kiintoaineen poisto, desinfiointi, denitrifikaatio (typen pelkistäminen typpikaasuksi)

Kiertovesilaitokselta poistuu normaalisti kahta eri vesijaetta:

1. Lietepitoinen vesi (n. 25% kokonaispoistovesimäärästä) --> lietepitoiseen veteen (partikkeleihin) on sitoutunut n. 80% fosforista ja 20% typestä
2. Poistovesi (n. 75% kokonaispoistovesimäärästä) --> poistoveteen on sitoutunut (veteen liuennaana n. 20% fosforista ja 80% typestä

Kiertovesikasvatuksen prosessi:


Vedenkäsittely

1. Kiintoaineen poisto
Kiintoaineen (yli 40 mikrometrin partikkelit) poisto voidaan toteuttaa eri menetelmin. Käyttäen muun muassa selkeytystä (erilaiset suppilot, siilot ja selkeyttimet) ja suodatusta (mekaaniset rumpusiivilät, granulaattisuodattimet ja hiekkasuodattimet).

Kuvia selkeyttimistä:



Kuva rumpusiivilästä:



2. Biologinen suodatus
Biologisessa suodatuksessa veteen kertynyt ammoniumtyppi hapetetaan bakteereiden toimesta nitriitin kautta nitraatiksi. Tapahtumaa kutsutaan nitrifikaatioksi. Nitrifikaatiobakteerit biofilmia, jota muodostetaan kasvualustaan. Tästä johtuen biologisissa suodattimissa käytetään nk. kantoainetta, johon biofilmiä saadaan muodostettua bakteereita varten. Kantoaine voi olla muovisia granulaatteja, hiekkaa, kennostoja tai muuta ainetta, jossa on paljon pinta-alaa. Biofilmiä tarvitaan n. 100-150m2/ rehu-kg. '

Erityyppissiä bioreaktoreita:



Trickling-valutussuodatin


Kiinteäpetisuodatin (Fixed Bed Bioreactor, FBBR)



Leijupetisuodatin (Fluidized Sand Bed Filter, FSBF)


Liikkuvapetisuodatin (Moving Bed Bioreactor, MBBR)

3. Ilmastus
Ilmastuksessa on tarkoituksena poistaa kalojen ja bakteereiden hengityksestä veteen liuennut hiilidioksidi. Ilmastus voidaan toteuttaa joko niin, että vesi johdetaan ilmatilaan (valutusilmastus) tai ilmaa johdetaan veteen (puhallusilmastus). Ilmaa tarvitaan noin 6 kertaa kiertävän veden määrä.

Vettä ilmaan (valutusilmastus):



Ilmaa veteen (puhallusilmastus):



4. Muu tekniikka
Muita vedenkäsittelyn vaiheita ovat muun muassa:
- Hapetus (matalapainehapettimet, paineelliset kartiohapettimet, keraamiset happikivet)
- Hienojakoisen kiintoaineen poisto (kiinteäpetisuodattimet, granulaattisuodattimet, valkuaisainevaahdottajat)
- Desinfiointi (UV-sädetys, otsonointi, peretikkahappo, vetyperoksidi)
- Denitrifikaatio, eli nitrifikaatiosta syntyvät nitraattitypen pelkistäminen hapettomassa reaktorissa bakteereiden toimesta typpikaasuksi

Kiertovesilaitoksen poistoveden käsittely

Fosfori:

• Suurin osa fosforista (noin 70-80 %) poistuu tiivistämistä vaativaan lieteveteen kiintoaineen talteenoton myötä
• Liukoisen fosforin poistaminen vaikeaa
• Lietevettä noin 100-200 m3/ rehutonni

Typpi:

• Suurin osa typestä on liukoisessa muodossa nitraattina, joten poistaminen vaatii lisätekniikkaa (denitrikaatiosuodattimet, puulastusuodattimet, hakereaktorit jne.)
• ”Poistovettä” 300-600 m3/ rehutonni

Fosforin poistotekniikkaa:

• Kerätyn lietteen tiivistäminen kemikaaleilla --> kaksivaiheinen prosessi, jossa ensimmäinen vaihe on sakkaus (koagulointi). Sakkaus tehdään yleisimmin polyalumiinikloridilla. Toinen vaihe on nimeltään flokkulointi, jossa sakka sidotaan isommiksi hiutaleiksi (polymeereilla).
• Flokattu sakka saadaan erotettua vedestä --> käytetään nauhasuodattimia, flotaatiota, selkeytystä. Syntyvä liete on kuiva-ainepitoisuudeltaa n. 3-5% --> lietettä voidaan tiivistää lisää, esimerkiksi lingolla tai puristimella. Tällöin kuiva-ainepitoisuus nousee n. 25%:iin. Lietettä voidaan myös termisesti kuivata, jolloin päästään yli 95% kuiva-ainepitoisuuteen (kallista).
• Liukoisen fosforin poistaminen voidaan toteuttaa kosteikoissa tai reaktiivisilla aineilla
• Poistoveden käsittelystä syntyvän lietteen jatkokäyttö --> kompostointi, peltolevitys, biokaasun tuotanto, poltto

Nauhasuodatin flokatun sakan erottamiseksi vedestä

Typen poistotekniikkaa:

• Typpi on pääosin liukoisessa muodossa, jolloin sen poistamiseksi tarvitaan hapettomat olosuhteet ja denitrifikaatiota (typen pelkistäminen bakteereilla). Denitrifikaatio tarvitsee hiilen lähteen
• Puuhakereaktorit ovat yleistyneet Tanskassa --> puusta vapautuu hiiltä denitrifikaatioon
• Kantoaineeseen perustuva denitrifikaatio, jolloin reaktoriin syötetään hiiltä (metanoli, etanoli yms.)
• Lietteeseen perustuva denitrifikaatio, jolloin kalojen lietteestä saadaan osa hiilestä

Laukaan puuhakereaktori typen poistoon


Kiertovesilaitosten kannattavuus
Laitosten investointikulut ovat suuret, koska tuotantotapa tarvitsee paljon tekniikkaa ja laitteita. Suomen olosuhteissa lämpöeristetty halli on pakollinen ja se nostaa investointikuluja. Suuntaa-antavia investointiarvioita:

100 tonnin RAS = n. 15 € / tuotantokapasiteetti-kg
1 000 tonnin RAS = n. 12 €/ tuotantokapasiteetti-kg
10 000 tonnin RAS = n. 8 €/ tuotantokapasiteetti-kg

Kiertovesilaitosten käyttökustannukset ovat suuremmat verrattuna verkkoallaskasvatukseen. Käyttökustannukset muodostuvat mm. rehusta, henkilöstöstä, energista, hapesta ja kemikaaleista.

Lähde ja lisää aiheesta:
Kalojen RAS kasvatus_Pulkkinen.pdf