Wasseraufbereitung und entkeimung in Aquakultur-Kreislaufsystemen mittels Ultraschall-induzierter Kavitation

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1 Gesellschaft für 6. er Fischtag 11. Juni 2015 Wasseraufbereitung und entkeimung in -Kreislaufsystemen mittels Ultraschall-induzierter Kavitation Hansup Nam-Koong GMA Gesellschaft für mbh J.P. Schroeder, G. Petrick, C. Schulz

2 2 Herausforderungen in RAS Gesellschaft für Hoher Erregerdruck unerwünschter Beigeschmack durch Geschmacksstoffe () 2-MIB Geosmin Fischkrankheiten [Morton] Bioaccumulation factor (BCF) ~ [ASV-Konstanz] Total- oder Teilverlust des Fischbestandes Minderung der Produktqualität

3 Maßnahmen gegen Fischkrankheiten Gesellschaft für [AKVA Group] Therapeutika [kesla] Biofilter UV Partikuläre & Gelöste Fracht Firewall [BWT] Bakterien, Viren Eukaryoten 3

4 Maßnahmen gegen Gesellschaft für [AKVA Group] Desinfektionsmittel Partikuläre & Gelöste Fracht [kesla] Biofilter UV AOP Activated Carbon 4 [BWT] Aushältern

5 Projektziel Gesellschaft für kombinierte Ursachenbekämpfung Senkung des Erregerdrucks Reduzierung von mit Ultraschall 2-MIB Geosmin 5

6 Ultraschall Gesellschaft für Ultraschall 6 Quelle: ultrawaves.de

7 Ultraschall & Kavitation Gesellschaft für 7 [ultrawaves.de]

8 Gesellschaft für Mechanische Effekte Schockwellen kavitierende Blase Sonochemische Effekte Thermische Dissoziation (Thermolyse) Microstreams km/h 1100 bar Radikalbildung OH + OH -> H 2 O 2 H 2 O -> OH + H 8 mittels: - Scherkräfte Unterstützt durch Hitze & Druck Off-Flavor mittels: - thermische Dissoziation - Oxidation

9 Gesellschaft für Teil 1 9

10 Modellorganismen zur Gesellschaft für Bakterien Phytoplankton Zooplankton Bakterien Süßwasser Bakterien Nanochloropsis salina Pavlova viridis Rhodomonas baltica Haematococcus pluvialis Haematococcus pluvialis Cysten Rotatorien: Brachionus plicatilis Copepoden: Acartia tonsa Ciliaten: Paramecium caudatum Artemien: Artemia salina U l t r a s c h a l l (20 vs. 850 khz) Lebendzellzahl Photosynthese Aktivität Lebend/Tot-Zählung 10

11 Gesellschaft für Bakterien Bakterien aus Süßwasser RAS Bakterien aus Salzwasser RAS 11

12 Gesellschaft für Phytoplankton 12

13 Gesellschaft für Zooplankton 13

14 Gesellschaft für Zooplankton Artemia salina 850 khz vs. 20 khz Arcatia tonsa 850 khz vs. 20 khz 14

15 Gesellschaft für Teil 2 1 5

16 Versuchsaufbau zur Gesellschaft für Standard Lösung Leitungswasser Süßwasser Salzwasser Zander wasser Forellen wasser U l t r a s c h a l l (20 vs. 850 khz) 16 Volumen: 250 ml 15 min Ultraschallbehandlung Flüssig-flüssig - Extraktion Gaschromatographie- Massenspektrometer-Analyse

17 Reduction [%] Reduction [%] Ergebnisse bei 850 khz Gesellschaft für Wassermatrizen + Standard (5 µg/l) tap water n = 6 2-MIB GSM fresh water RAS n = marine water RAS n=6 2-MIB GSM 17 wasser + biogenem Trout Experimental RAS (Sal. 5) n = Pikeperch Farm (Sal. 0) n = 4

18 Reduction [%] Reduction [%] Ergebnisse bei 850 khz Gesellschaft für 2-MIB GSM Wassermatrizen + Standard (5 µg/l) Wasser löslichkeit [mg/l] > K OW 3.13 < 3.7 [Pirbazari et al. 1992] tap water n = 6 2-MIB GSM fresh water RAS n = marine water RAS n=6 2-MIB GSM 18 wasser + biogenem Trout Experimental RAS (Sal. 5) n = Pikeperch Farm (Sal. 0) n = 4

19 Reduction [%] Ergebnisse Gesellschaft für MIB GSM khz 850 khz 20 khz 850 khz 20 khz 850 khz 20 khz vs. 850 khz Leitungswasser Süßwasser Salzwasser 20 khz - weniger Kavitationsblasen - stärkere Implosionen -> kleinere Gesamtoberfläche khz - mehr Kavitationsblasen - schwächere Implosionen -> größere Gesamtoberfläche

20 Gesellschaft für mit Ultraschall Gute Wirkung gegen getestete phytoplanktische und zooplanktische Modellorganismen 4-5 µm Ultraschall-Wirkung und Frequenz-Effekt ist artspezifisch mit Ultraschall Ultraschall reduziert GSM und 2-MIB in wasser unabhängig der organischen und anorganischen Belastung HF-Ultraschall (850 khz) entfernt Geosmin und 2-MIB effizienter als NF-Ultraschall (20 khz) 20

21 Gesellschaft für Kosten? Upscaling? 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! This study was funded by