Kalojen osittaiskiertokasvatuksen ravinnepäästöt ja poistoveden käsittelymenetelmät

Abstract

Sisävesillä tapahtuvan vesiviljelyn tavoitteena tulevaisuudessa on tuotannon kasvattaminen sekä päästöjen ja kulujen pienentäminen. Tämä vaatii uusien ja kilpailukykyisten menetelmien kehittämistä. Kiertovesiviljelyssä vettä kierrätetään järjestelmän läpi samalla puhdistaen sitä, jolloin uuden korvausveden määrä on huomattavasti pienempi kuin perinteisessä läpivirtauskasvatuksessa. Kierto-vesiviljelyn etuina ovat pienemmät ravinnepäästöt sekä tarkempi kasvatusolosuhteiden, kuten lämpötilan ja vedenlaadun, säätely. Haasteina puolestaan ovat taloudelliset kustannukset, kiintoaineen ja ravinteiden kertyminen järjestelmään, mikä voi aiheuttaa ongelmia kalojen hyvinvoinnille ja järjestelmän toiminnalle. Haasteita voidaan vähentää erilaisilla vesiviljely tekniikoilla, kuten osittaiskiertokasvatuksella. Osittaiskiertokasvatusjärjestelmässä ei käytetä biologista suodatinta ja uuden korvausveden määrä on suurempi kuin kiertovesiviljelyssä. Tämän tutkielman ravinnetasekoe toteutettiin Laukaan Luonnonvarakeskuksen kalanviljelylaitoksella vuonna 2020 käyttöönotetussa osittaiskiertokasvatusjärjestelmässä. Osittaiskiertokasvatusjärjestelmä koostui kolmesta ISO-merikontista. Konttien poistovesi johdettiin pyörreselkeyttimeen, jossa kiintoaine eroteltiin poistovedestä. Vuoden 2021 ravinnetasekokeen tarkoituksena oli selvittää, voidaanko osittaiskiertojärjestelmän poistoveden ravinnepäästöjä vähentää liittämällä järjestelmään rumpusuodatin ja kaksi pientä rakennettua kosteikkoa. Pyörreselkeyttimen lietteen, rumpusuodattimen pesuveden sekä poistoveden näytteistä analysoitiin kiintoaineen, kokonaistypen, kokonaisfosforin sekä fosfaattifosforin pitoisuudet. Kosteikoiden ja poistoveden näytteistä analysoitiin kokonaistypen, ammonium-, nitriitti- ja nitraattitypen sekä fosfaattifosforin pitoisuudet. Ravinnetasekokeen aikana poistoveden mukana vapautui 0,4 kg fosforia, 28 kg typpeä ja 38 kg kiintoainetta. Kaloihin sitoutumattomasta typestä 93,8 % vapautui poistoveden mu-kana. Typen päästöjä on mahdollista vähentää kosteikoiden avulla. Käytetyt kosteikot alensivat poistoveden typpipitoisuutta heikosti, sillä ravinnetasekoe ajoittui järviruo’on kasvukauden loppuun. Ravinnepäästöt suhteutettuna ruokintaan olivat fosforin osalta pienemmät vuonna 2021, (0,6 ± 0,1 g/kg rehua) kuin vuonna 2020 (2,7 ± 0,6 g/kg rehua) (p < 0,001). Erot vuosien välillä johtuivat käytettyjen rehujen fosforipitoisuudesta sekä rehun sisältämän fosforin tehokkaammasta sitoutumisesta kaloihin vuonna 2021.

The aim for inland aquaculture in the future is to increase production and to decrease costs and effluent discharges. Development for new and commercially competitive methods are required. In recirculating aquaculture systems (RAS), the water is reused in the system. The water is treated as it recirculates in the system and the usage of makeup water is significantly lower than in traditional flow-through systems. The advantages of the recirculating aquaculture system are lower nutrient discharge and control over the rearing conditions, for example better control over water temperature and water quality parameters. The challenges in recirculating aquaculture are expenses of the system, accumulation of solids and nutrients in the system, which can cause problems to fish health and to the function of the system. The challenges in recirculating aquaculture system can be reduced with different aquaculture methods, for example a partial recirculating aquaculture system. In partial recirculating aquaculture system, the usage of makeup water is higher than in recirculating aquaculture systems, but less than in flow-through systems. For this thesis the nutrient discharge experiment was carried out in the fish farm of Natural Resources Institute Finland, in Laukaa, in a partial recirculating aquaculture system, which was put into service in 2020. The partial recirculating aquaculture system consisted of three ISO shipping containers. Wastewater flowed into a swirl separator, where the solids were sedimented to sludge and clear water was discharged. A drum filter and two constructed wetlands were connected to the system to improve discharged water quality. Concentrations of phosphorus, nitrogen and solid matter were analysed of the sludge from swirl separator, backwash water of the drum filter and discharged water. Concentrations of total nitrogen, ammonia, nitrite, nitrate, and phosphate were analysed of the wetland water and wastewater. During the experiment 0.4 kg of phosphorus, 28 kg of nitrogen and 38 kg of solid matter were released in the wastewater. 93.8 % of the nitrogen not bound to fish was released in the wastewater. Nitrogen emissions could be reduced with wetlands. Phosphorus discharges in proportion to the fed feed were lower in 2021 (0.6 ± 0.1 g/kg feed) than in 2020 (2.7 ± 0.6 g/kg feed) (p < 0.001). Differences in phosphorus discharge is caused by different feed compositions and more efficient binding of phosphorus in fish in 2021.