Kiertoveden laadullista tilaa mitataan ja arvioidaan kalan hyvinvointiin vaikuttavien parametrien mukaan. Näitä vesikemian tunnettuja parametreja ovat muun muassa happipitoisuus, hiilidioksidipitoisuus, pH, alkaliniteetti ja typpiaineenvaihdunnan tuotteet. Näiden parametrien optimiarvojen ja raja-arvojen määrittämisen tekee haastavaksi se tosiasia, että näillä parametreilla saattaa olla yhteysvaikutuksellisia ominaisuuksia, eli yhden muuttujan pitoisuus saattaa vaikuttaa toisen muuttujien raja-arvoihin. Esimerkiksi pH nousu yhdellä yksiköllä (pH 6,5 -> pH 7,5) muuttaa kaloille vähemmän vaarallisen ammoniumin muodon kaloille hyvin vaaralliseksi ammoniaksi. 

Happi 
Happipitoisuus (O₂) on yleisimmin tunnettu veden laatumittari. Happipitoisuus ilmoitetaan joko veden hapen kylläisyysprosentin mukaan tai hapen pitoisuutena mg/l.

Veden lämpötila vaikuttaa sen kykyyn sitoa happea. Mitä korkeampi on veden lämpötila, sitä vähemmän siihen liukenee happea. Toisin sanoen 10 asteinen 100% happikylläinen vesi sisältää happea n. 11 mg/l kun taas 20 asteinen 100% happikylläinen vesi sisältää happea n. 9 mg/l.

Happea tarvitaan solujen energiantuottoon ja alhainen happipitoisuus vaikuttaa kalojen hyvinvointiin. Kalojen happipitoisuuden raja-arvoon vaikuttavat puolestaan kalalajit ja kalojen ainennenvaihdunnallinen tilanne. Täten yksittäisiä arvoja on vaikea määrittää, mutta ohjearvona voidaan pitää, että altaiden happipitoisuuden ei tulisi laskea alle 7 mg/l. Koska kiertovesijärjestelmässä kierrätetään vettä useaan kertaan kala-altaissa, on siihen lisättävä happea samassa määrässä kuin sitä kulutetaan. Nyrkkisääntönä voidaan pitää, että happea tarvitaan noin 1 kg/ rehu-kg (riippuen veden lämpötilasta, kalan koosta, hapen puhtaudesta ja hapen liuotusmenetelmästä).

Taulukko liuenneen hapen määrästä eri lämpötiloissa ja suolapitoisuuksissa:




Hiilidioksidi
Veden hiilidioksidipitoisuus (CO₂) ilmoitetaan mg/l. Lähtökohtaisesti hiilidioksidia on vedessä vähän, mutta hiilidioksia liukeneen veteen kalojen ja veden mikrobien aineenvaihdunnan tuloksena jatkuvasti. Hiilidioksidi vapautuu vedestä ilmaan ja tätä tehostetaan kiertovesilaitoksissa ilmastamalla vettä. Veden kohonnut hiilidioksidipitoisuus heikentää kalojen hiilidioksidin eritystä, joten veden hiilidioksidipitoisuuden tulisi olla alle 15 mg/l. Jatkuvasti korkeana pysyvät hiilidioksidipitoisuudet kasvatusvedessä aiheuttavat munuaisen kalkkeutumista, kasvun hidastumista, epänormaalia uintikäytöstä ja lisäävät kuolleisuutta. Tehokkaalla ilmastuksella (valustusilmastus, puhallusilmastus) ja lyhyellä allasviipymällä saadaan ylläpidettyä kasvatusveden sopiva hiilidioksipitoisuus.



Taulukko atlantin lohen poikasen kasvusta eri CO2-pitoisuuksissa
Kuva (c) Vasco C. Mota


pH
pH arvo ilmaiseen veden happamuutta tai emäksisyyttä. pH:n lukuarvo kertoon vapaiden H⁺ -ionien määrän vedessä, ja mitä pienempi luku on, sitä enemmän vapaita H⁺ -ioneja on vedessä. Neuraalin veden pH arvo on 7, happaman veden alle 7 ja alkaalisen eli emäksisen veden yli 7.

pH vaikuttaa kaloihin sekä suoraan että muiden veteen liuenneiden aineiden kautta. Kaloille pH arvot 6,5 - 9 ovat hyvien siedettyjä, mutta muutokset veden pH:sa voivat vaikuttaa kaloihin muiden parametrien välityksellä. Tärkein kiertovesiviljelyssä huomioitava yhteisvaikutus on pH:lla ja ammoniumin sekä nitriitin kanssa. Tämän lisäksi pH vaikuttaa vetysulfaatin sekä metallien (kupari, kadmium, sinkki, alumiini) myrkyllisyyteen. Kiertovesilaitoksilla pH säädetään n. 7,0-7,5 välille.


Alkaliniteetti
Veden alkaliniteeti ilmoitetaan veden kalsiumkarbonaatti (CaCO₃) pitoisuutena (mg/l). Yleisimmät veden alkalineettiin vaikuttavat ionit ovat karbonaatti (CO₃^-) ja bikarbonaatti (HCO₃^-). Yksinkertaistaen alkaliniteetillä tarkoitetaan veden kykyä puskuroida siinä taphtuvan pH:n muutosta happamaan suuntaan, eli vesiliuoksen emäkset neutralovat siihen lienneita happoja.

Biofilttereiden nitrifikaatiobakteerit kuluttavat kalsiumkarbonaattia hapettaessaan ammoniumia/ammoniakkia nitriitiksi, ja edelleen nitriitistä nitraatiksi. Lisäksi kalojen ja nitrifikaatiobaktereiden hengittämä hiilidioksi laskee veden pH:ta. Täten veden alkaliniteetilla, pH:lla ja hiilidioksidilla on yhteys toisiinsa. Makean veden alkaliniteeti voi vaihdella 5 mg/l - 500 mg/l. Suomessa pohjavedet ovat pehmeitä, eli niillä on alhainen alkaliniteetti. Hyvä alkaliniteettiarvo kiertovedessä on noin 100 mg/l. Se estää veden pH:n nopean laskun hiilidioksidipitoisuuden noustessa. Jos veden pH on selvästi alle 7,0 niin tällöin yleensä alkaliniteettikin on liian alhainen (alle 50 mg/ l CaCO3).

Veden pH:n säätäminen voidaan toteuttaa mm. kalkilla tai soodalla. Tätä varten tulee sooda/kalkki tulee liuottaa veteen ja annostella kalvopumpulla järjestelmään. Säätäminen voidaan toteuttaa myös lipeällä (huom. työturvallisuus!).

pH:n, alkaliniteetin ja hiilidioksidin suhde alkaliniteetin ollessa 25, 50 ja 100 mg/l (veden suolapitoisuus 0% ja lämpötila 20-astetta):

TAN (Total Ammonia Nitrogen), Nitriitti (NO2) ja Nitraatti (NO3)
Veden ammoniakki (NH₃ ) ja ammonium (NH_4 ⁺) muodostavat veden kokonaisammoniumtypen eli TAN-arvon (Total ammonia nitrogen) mg/l. Veteen vapautuu ammoniakkia tai ammoniumia jatkuvasti kalojen valkuaisaineaineenvaihdunnan tuloksena. Näistä kahdesta yhdisteestä ammoniakki on hyvin vaarallista kaloille, mutta ammonium on paremmin siedetty. Siitä kumpana muotona veteen erittyvät typpituotteet esiintyvät, riippuu veden pH:sta, lämpötilasta ja suolaisuudesta. Näiden arvojen noustessa ammonium muuttuu ammoniakiksi. Vedessä ei esiinny vapaata ammoniakkia, jos veden pH on alle 6,9. Kiertoveden ammoniakki ja/tai ammonium pitoisuudet pyritään pitämään matalina biofiltterin avulla, joka muuttaa yhdisteet nitraatiksi ja nitriitiksi.

Yksi syötetty rehu-kg synnyttää noin 30 g kokonaisammoniumtyppeä (TAN) kasvatusveteen.

Taulukko vapaan ammoniakin määrästä (NH3) prosentuaalisesti kokonaisammoniumtypestä (TAN) eri pH tasoilla:



Kiertoveden TAN-yhdisteet poistetaan biofiltterin avulla. Nitriitti ja nitraatti ovat tämän prosessin tuotteita ja niiden pitoisuudet ilmoitetaan mg/l. Biofiltterin mikrobit (Nitrosomonas) hapettavat aineenvaihdunnassaan ammoniakin ja ammoniumin nitriitiksi (NO₂^-). Niitriitti on kaloille haitallinen yhdiste, mutta sen muuttuu nopeasti nitraatiksi (NO₃^-) biofiltterin mikrobien (Nitrobakteeri) aineenvaihdunnassa. Myös otsoni hapettaa nitriittiä nitraatiksi. Nitraattia kalat sietävät paremmin ja sitä pidetään tasapainoisen biofiltterin lopputuoteena.

Suuntaa antavia maksimiarvoja: 

TAN = 1,0-2,0 mg/l

NH4-N = 2,0 mg/l

NH3-N = 0,02 mg/ l 

NO2-N = 0,5 mg/l

NO3-N = 100 mg/l

Kun RAS-laitosta käynnistetään, tulee huomioida, että biosuodattimen kypsytys vaatii paljon aikaa (kuukausia), jotta nitrifikaatiobakteereita on tarpeeksi vahva kanta hapettamaan kalojen erittämä ammoniakki nitriitin kautta nitraatiksi. Nitrifikaatiobakteereista Nitrobacter-suvun bakteerit lisääntyvät hitaammin kuin Nitrosomonas, joten yleensä RAS-laitoksella nitriitti on suurempi ongelma kuin ammoniakki/ammonium. Lämminvesilajit sietävät yleensä paremmin ammoniakkia kuin kylmän veden lajit (esim. kirjolohi vs. nieriä), joten sopivien raja-arvojen selvittäminen on laitos- ja lajikohtaista.

Veden pH-tason pitäminen matalalla (6,8-7,0) vähentää riskiä ammoniakin (NH3-N) esiintymistä myrkyllisessä muodossa, mutta tällöin alkaliniteetti on yleensä hieman liian alhainen. Jos typpiyhdisteiden arvot nousevat nopeasti tulee ruokintaa pienentää ja vedenvaihtoa lisätä.

Jos nitriitti (NO2-N) nousee, järjestelmään voidaan lisätä suolaa/kalsiumkloridia (1:100 – NO2:Cl) jolla estetään nitriitin pääsy kalan verenkiertoon.



Nitriitin vaikutus kuolleisuuteen
Taulukko (c) Jani Pulkkinen

Jos nitraatti nousee, tulee vedenvaihtoa lisätä. Jos biosuodatin on mitoitettu oikein, ja ruokintatasot ovat stabiilit, ei TAN arvojen tulisi nousta. Yleensä yliruokinnan tai riittämättömän nitrifikaatiobakteeriston takia arvot nousevat. Jos nitraattipitoisuus (NO3-N) on jatkuvasti koholla, eikä vedenvaihtoa voida lisätä, tulee järjestelmään asentaa denitrifikaatiosuodatus, jolla nitraatti voidaan pelkistää typpikaasuksi. Jos vettä pystytään käyttämään vähintään 700-800 l/ ruokittu rehukg, ei nitraattipitoisuuden pitäisi nousta liian korkeaksi.

Jos korvausveden määrää lähdetään pienentämään alle 500 l/ rehukg, tulee järjestelmässä olla denitrifikaatiosuodatus, jolla nitraatti pelkistetään typpikaasuksi ilmaan.

Kiintoaine (TSS, Total Suspendid Solids)
Kiintoaineella tarkoitetaan vedessä leijuvia ja pintoihin kiinnittyneitä partikkeleita (Total Suspendid Solids/ TSS). Niitä päätyy kiertoveteen tuloveden, syömättömän rehun, ulosteiden, leväkasvuston ja mikrobitoiminnan tuloksena.

Kiintoaineen määrä ilmoitetaan suspensio arvona, eli veteen sekoittuneen kiintoaineen arvona mg/l. Ongelmallisia ovat hyvin pienet partikkelit, joita ei saada tehokkaasti pois mekaanisilla suodattimilla (alle 20 mikrometriä). Vedessä on yleensä pieniä määriä kiintoainesta, mutta määrän kasvaessa se häiritsee kalojen kidusten toimintaa ja saattaa saada aikaan epätoivuttua mikrobikasvustoa.

Kiintoaine myös tarttuu kiertovesilaitoksen putkistojen pinnoille joista se saattaa irrota isompina määrinä esimerkiksi paineenvaihtelun seurauksena. Tällöin veden kiintoaineen pitoisuus saattaa hetkessä nousta suureksi. Kiintoaineen kertymistä veteen ehkäistää tehokkaalla suodatuksella ja järjestelmän pesulla/huuhteluilla. Tarvittaessa pienempiä kiintoainepartikkeleita voidaan flokata eli sitoa yhteen eri käsittelyillä, esimerkiksi otsonoinnilla.

Kiintoainepitoisuuden olisi hyvä olla alle 10 mg/l, jolloin vesi on silminnähden kohtuullisen kirkasta.

Karkeasti voidaan sanoa, että jos veden kiintoainepitoisuus on:

5 mg/l --> vesi on kirkasta

10 mg/l --> vesi on hieman sameaa

15 mg/l --> vesi on jo selkeästi sameaa

Kiintoaineen määrää voidaan mitata jatkuvatoimisilla antureilla tai analysoimalla vesinäytteet laboratoriossa. Kiintoaineen määrän kasvua pystytään seuraamaan veden värin ja hajun muutoksista aistinvaraisesti sekä mittauksilla.