Denitrifikation in geschlossenen Kreislaufanlagen. so einfach und sicher wie Nitrifikation? 8. Büsumer Fischtag 2017

Transkript

1 Denitrifikation in geschlossenen Kreislaufanlagen so einfach und sicher wie Nitrifikation? M.Sc. Johann Torno Gesellschaft für Marine Aquakultur mbh 8. Büsumer Fischtag

2 Warum brauchen wir Denitrifikationsreaktoren? strengere Umweltauflagen im Hinblick auf AquakulturAbwässer Kreislaufanlagen mit entsprechender Klärung sind zukunftsweisend Einzelfallprüfung durch lokale Behörden Maßgeschneiderte Lösungen Wiederverwendung von Wasser in KLA reduzierter Wasserverbrauch Unabhängigkeit von Standort & Umwelt Kontrolle aller Haltungsbedingungen Hygienemanagement 1

3 Warum brauchen wir Denitrifikationsreaktoren? NO 2 NH % 15 % aerob anaerobic NO 2 Nitrifikation Denitrification Nitrat kann einen negativen Effekt auf die Fischperformance haben! van Bussel, 2012; Steinberg, 2017; Torno, 2015 NO Wasseraustausch O Denitrifikation 2

4 Denitrifikation in natürlichen Gewässern NO 2 NH 4 + aerob Nitrifikation NO 2 anoxisch Denitrifikation NO O 3

5 Denitrifikation in Kreislaufanlagen NO 2 NH 4 + aerob anoxisch Nitrifikation Denitrifikation Voraussetzungen für Denitrifikation: NO 2 NO 2 Nitrat Bakterien (Denitrifikanten) oxidierbare organische Stoffe NO O Abwesenheit von molekularem Sauerstoff (O 2 ) NO X O X 4

6 Denitrifikation in Kreislaufanlagen NO 2 NH 4 + aerob anoxisch Nitrifikation Denitrifikation NO 2 Voraussetzungen für Denitrifikation: Nitrat Bakterien (Denitrifikanten) oxidierbare organische Stoffe Abwesenheit von molekularem Sauerstoff (O 2 ) NO O 5

7 Selbstreinigender Inertgas Denitrifikations Reaktor Kunststoff Spranger GmbH, 2017 Herausforderung: C 6 Kohlenstoff effiziente und sichere Kohlenstoffquelle akkurate Dosierung Kontinuierlicher Betrieb 2 Jahre Dauerbetrieb Geringe Verschlammung selbstreinigend Hoher Automatisierungsgrad vielversprechend Kompakte Bauweise passt auf eine Europalette Niedriger Energieverbrauch 0,22 kwh/d 0,06 /d 80 kwh/a 22,5 /a Geringer Wartungsaufwand tägliche Routine ca. 5 min (ohne Datenerhebung) Effektiver Abbau Abbauraten bis zu 95 % bzw. 800 g N/m³/d Kalkeinsparung Kalkeinsatz um bis zu 50 % gesenkt 6

8 Spektrum Akademischer Verlag Kohlenstoffquellen Denitrifikation {CH 2 O} + 4 H + 2 (g) + 5 CO 2 (g) + 7 H 2 O KohlenstoffQuelle (Methanol) oxidierte Produkte (CO 2 ) [H + + e ] anaerobe Atmungskette ATP (Nitrat) n * e (Nitrit) NO 2 (Stickstoffoxid) (Distickstoffoxid) NO O 7

9 Kohlenstoffquellen Methanol H225 Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar H301 + H311 + H331 H370 Giftig bei Verschlucken, Hautkontakt oder Einatmen Schädigt die Organe MüllerBelecke et al Ethanol (vergällt) Methanol Essigsäure Glyzerin Kein neg. Effekt auf Futteraufnahme geringer Preis Alternative Kohlenstoffquellen (Torno, 2016) Acetol (Acetat + Alkohol) Einsatz in kommunalen Kläranlagen Gute Denitrifikationsraten Kein Gefahrstoff Abwasserrückführung aus der Anlage Keine zusätzlichen Kosten Reduktion des Abwassers Kein Gefahrstoff 8

10 Kohlenstoffquellen Dosierung: MeOH biologisch abbaubarer Kunststoff MeOH biologisch abbaubarer Kunststoff 9

11 Biologisch abbaubare Kunststoffe BioPolyester PHA (Polyhydroxyalkanoate bzw. Polyhydroxyfettsäuren) Cellulose & Cellulosederivate PHV (Polyhydroxyvalerat) Lignin Chitin PLA (Polylactide bzw. Polymilchsäure) Chitosan PCL (Polycaprolacton) Stärke & Stärkederivate diverse Compounds verschiedener Hersteller 10

12 PHA basiertes Granulat empfohlen für Denitrifikation aus erneuerbaren pflanzlichen Rohstoffen (ASTM D6866) kompostierbar & biologisch abbaubar (ASTM D6400) unbedenklich beim Kontakt mit Lebensmitteln (1935/2004/EEC & Plastics Regulation 10/2011) alle Bestandteile gelistet in der Verordnung über Materialien und Gegenstände aus Kunststoff, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen (Tabelle 1, Anhang 1 der Verordnung (EU) Nr. 10/2011) für alle Bestandteile keine SML (spezifische Migrationsgrenzwerte specific migration limits) Ø 3 mm 11

13 Kunststoff Spranger GmbH, cm Funktion SIDReaktor (angepasster VersuchsReaktor) Wasservolumen gesamt: 27 L Wasservolumen bis Sieb: 22 L 30 cm 12

14 Kunststoff Spranger GmbH, cm Funktion SIDReaktor (angepasster VersuchsReaktor) NO 2 NO O Wasservolumen gesamt: 27 L Wasservolumen bis Sieb: 22 L 30 cm 13

15 Kunststoff Spranger GmbH, cm Funktion SIDReaktor (angepasster VersuchsReaktor) Wasservolumen gesamt: 27 L Wasservolumen bis Sieb: 22 L 30 cm 14

16 Kunststoff Spranger GmbH, cm Funktion SIDReaktor (angepasster VersuchsReaktor) Wasservolumen gesamt: 27 L Wasservolumen bis Sieb: 22 L 30 cm 15

17 Versuchsaufbau SID Kontrolle Methanol PHA Granulat 1 m³ Zander 30 kg/m³ Besatzdichte DFI 1 %BM/d : Haltungsbecken 5: Abschäumer 2: Filtereinheit 6: UVFilter 3: FeststoffFilter 7: SIDReaktor 4: BewegtbettFilter jede Stunde für 30 Sekunden Umwälzung NH 4+, NO 2, ph, SBV Temperatur, Sauerstoff, ORP NTU u.a. TC, TOC, TIC & TN

18 Wert xy Versuchsablauf Kontrolle Methanol PHA Granulat 20 EinlaufPhase Umstell Phase VersuchsPhase 15 Akkumulation von Nitrat 10 Besiedeln der Aufwuchskörper & PHA Granulat mit Bakterien Versuchstag 17

19 NH 3 N [mg/l] N [mg/l] Ergebnisse MeOH ohne SID MeOH SID PHA SID Versuchstag ohne SIDReaktor: mg N [mg/l] MeOH SIDReaktor: mg N [mg/l] PHA SIDReaktor: mg N [mg/l] 18

20 NaHCO 3 /Futter [kg/kg] Ergebnisse 0.4 ohne SID MeOH SID PHA SID ,60 0,70 /kg NaHCO EinlaufPhase UmstellPhase VersuchsPhase Versuchsphase: MeOH SIDReaktor: NaHCO 3 Einsatz um 77% reduziert PHA SIDReaktor: NaHCO 3 Einsatz um 71% reduziert 19

21 Kunststoff Spranger GmbH, 2017 Denitrifikation in geschlossenen Kreislaufanlagen so einfach und sicher wie Nitrifikation? fast JA 20

22 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Vielen Dank für die Mitarbeit Valérie Einwächter Karl Bissa Christopher Naas Phillip Strauß