Next generation water treatment

Transkript

1 Next generation water treatment Rec irc ula t ing Aq uac ult ure Sys tems Avd. Bergen Stamsneset 100a 5252 Søreidgrend Hovedkontor Oslo, Anolitveien 16 Postboks 3534, 1402 Ski Avd. Leknes Lekneskroken Leknes Next generation water treatment Tlf Tlf Tlf Next generation water treatment - nye løsninger i vannbehandling jarle.ronhovde@sterner.no post@sterneraqua.no post@sterneraqua.no

2 Recirculating Aquaculture Systems Vårt nye BIOCLEAR RAS (Recirculating Aquaculture Systems) er designet og utviklet på et kommersielt drevet settefiskanlegg utenfor Bergen. Utvikling i fullskala på et anlegg i drift har gitt oss en unik mulighet for å teste, utvikle og optimalisere prosessene. Resultatet er et skreddersydd anlegg tilpasset norske forhold. Det som skiller BIOCLEAR fra våre konkurrenter er: grundig spedevannsbehandling med ozon og UV. MBBR (moving bed biofilm reactor) og SBR (submerged fixed bed reactor), ozonering både i forkant og etterkant av biofiltrene samt finfiltrering med trommelfilter før vannet returnerer til fisken. Anlegget har også 2 paralelle linjer. Den ene linje kan stenges ned for vedlikehold, desinfikasjon, ombygging mm samtidig som driften opprettholdes. Kort sagt et innovativt, velfungerende, og robust anlegg med høy kapasitet. Next generation water treatment Microfiltrering (10-25 micron) med trommelfilter av vannet etter biofilter og før vannet returnerer til fiskekarene. Omfattende og avansert spedevannsbehandling med Sterner Aquazone prosess. Spedevann inn Oksygeninnblandere Avløpsvann fra karene. Kammer for oppsamling av død fisk, feeces og forrester før vannet returnerer til rensing. Ozonering av vannet både i forkant og etterkant av biofilter. CO2 fjerning både sentralt og på karnivå. Ozonering av vannet i forkant av biofiltrene. Ozon er et svært effektiv oksydasjonsmiddel og har flere funksjoner i et resirkuleringsanlegg. Ozon har en kraftig desinfiserende effekt ved at det oksyderer mikroorganismer og virus. Anlegget kombinerer MBBR (moving bed biofilm reactor) med SBR (submerged fixed bed reaktor). Anlegget har flere kammer i serie hvor forholdene kan optimaliseres for de ulike biologiske prosessene som finner sted i et RAS anlegg. Med to parallelle linjer er også mulighetene mange. Fôrrester, feces og annet organisk materiale fra fiskekarene filtreres effektiv bort med trommelfilter. Et skånsomt designet avløpssystem og filter vil kunne effektivt fjerne opp til 60-80% av innholdet av organisk materiell uttrykt som BOF5 (biologisk oksygenforbruk på 20 C i løpet av 5 døgn). - nye løsninger i vannbehandling

3 Fullskala utvikling og testanlegg hos Vik Settefisk i Øygarden utenfor Bergen To paralelle linjer med 2 kammer for henholdsvis BOD fjerning og Nitrifikasjon. Ved å bygge to paralelle linjer har en mulighet for å teste ulike media i samme anlegg. En linje av gangen kan med drift og fisk i anlegget stenges av for vedlikehold, utbedring/oppgradering og ikke minst desinfeksjon.

4 Biofilteret er selve motoren i et RAS anlegg Biolegemene i et biologisk filter er helt essensiellt, fordi det virker som habitat for bakteriene som "renser" vannet for oss ved å fjerne avfallstoffene fra fisken. For å gi plass til store mengder bakterier er biolegemene utformet slik at overflaten er så stor som mulig, samtidig skal utformingen hindre tilklogging og gjengroing. I et MBBR som er riktig drevet vil overflødig biofilm kontinuerlig vaskes av. Det er viktig at gjenværende aktiv biofilm er passe tynn for at omsettingen skal være stor. Sterner Bioclear har et svært fleksibelt luftdistribusjonsystem, som kan driftes slik at forholdene i biofilteret blir optimal. Filtrering av avløpsvann fra karene I et RAS anlegg er det viktig å redusere belastning av organisk materiale til biofiltrene. Fôrrester, feces og annet organisk materiale fra fiskekarene filtreres effektiv bort ved hjelp av mikrosiling av avløpsvannet. Et skånsomt designet avløpssystem og filter vil kunne effektivt fjerne opp til 60-80% av innholdet av organisk materiell uttrykt som BOF5 (biologisk oksygenforbruk på 20 C i løpet av 5 døgn) Dertil er det viktig å redusere overforing. Skånsom og kort transport med minst mulig turbulens frem til avløpsfiltrene vil bidra til å bevare organisk materiale mest mulig intakt, som igjen bidrar til effektiv fjerning. Ozonering av vannet i forkant av biofiltrene Ozon er et svært effektiv oksydasjonsmiddel og har flere funksjoner i et resirkuleringsanlegg. Ozon har en kraftig desinfiserende effekt ved at det oksyderer mikroorganismer og virus. Det vil også bryte ned noe av det lettest oksydérbare organiske materiale, og gjøre det resterende organiske materialet mer biotilgjengelig for bakteriene i biofiltrene. Ozon er også effektivt for oksydasjon av nitritt til nitrat. Alt dette sammen med den kraftige oksygeneringen som skjer ved ozonering av vann, vil derfor bidra til å øke omsettingshastigheten til biofiltrene RK plast. Spesifikk overflate på 750m 2 pr m 3 Mutag biochips. Spesifikk overflate på 3000 m 2 pr m 3 ) På markedet er det flere typer biolegemer med ulik utforming og ekstrem stor spesifik overflate. To paralelle linjer gir oss mulighet til å teste og sammenligne slike nye og spennende produkter mot tradisjonelle biolegemer. Omsettingshastigheten og dermed kapasiteten i et biofilter er også svært avhengig av riktig vannkjemi i tillegg til temperatur. Temperaturen som er optimal for laks, er suboptimal for Nitrifikasjon. Nitrifikasjonsbakteriene er varmeelskende og trives og omsetter best ved temperaturer over 30 C. Dette er viktig å ta hensyn til ved dimensjonering av anlegg. Ph og alkalinitet er svært viktig i et biofilter. Nitrifikasjonsbakteriene trives og omsetter best ved en Ph på mellom 8-8,5 og en tilstrekkelig alkalinitet. I et RAS anlegg ønsker vi å holde en stabil Ph på 7,5. Ved en Ph på 6, som er vanlig i mange gjennomstrømmingsanlegg i Norge, ville nitrifikasjonen nærmest ha stoppet opp. Ph kontroll og Ph justering vil derfor være en avgjørende faktor i et RAS anlegg. - nye løsninger i vannbehandling

5 Kombinerer flere kammer MBBR med SBR Selv om vi har en effektivt og god filtrering av avløpsvannet vha. mikrosiling, vil det alltid være organisk materiell igjen. Noe er oppløst i vannet, noe er i form av svært fine partikler. Heterotrofe bakterier i et biofilter vil straks starte prosessen med å bryte ned resterende BOF i vannet. Disse bakteriene vil etablere seg i en biofilm i et MBBR filter. De formerer seg betydelig raskere enn nitrifikasjonsbakteriene og vil med mye organisk belastning undertrykke disse. Det vil blant annet derfor være fordelaktivt å skille prosessene fysisk ved å bygge flere kamre i serie. Når så det meste av det organiske materialet er brutt ned ligger forholdene til rette for bioligisk nitrifikasjon. Dette er betegnelsen på prosessen hvor aerobe autotrofe bakterier oksyderer ammonium til først nitritt og så til nitrat. MBBR kamrene vil med Sterner Aquatech bioclear sitt konsept få tilført godt luftet vann med lavt CO2 innhold som er ozonert, rikt på oksygen og med lavt innhold av organisk materiale. Vannet justéres til Ph 7-7,5 og har relativt lang oppholdstid i biofilteret. Innløpskonsentrasjonen av TAN til biofiltrene vil være relativt høyt. Dette som følge av god CO2-lufting på karnivå og dermed lengre oppholdstid på vannet i fiskekarene. Alt dette bidrar til en større omsettingshastighet av både BOD og TAN i biofilteret. Overdrevent bruk av luft i MBBR kamrene medfører for kraftig avskalling av biofilm, noe som reduserer kapasiteten til biofiltrene. I tillegg skaper den kraftige luftningen mye fine partikler som i ytterste konsekvens kan irritere fiskegjeller og medføre betennelse. SBR (submerged bioreaktor) i etterkant av MBBR samler effektivt opp avskallet biofilm og andre fine partikler. Dette filteret skal rengjøres og tilbakespyles regelmessig. Spedevannsbehandling i vårt utviklings- og testanlegg hos Vik Settefisk AS. Mikro filtrering før vannet føres tilbake til karene. AquaZone- prosessen består av en grundig vannrensing og to desinfeksjonstrinn. Først desinfiseres vannet med ozon, deretter blir det filtrert i et flermedia sandfilter, for så til slutt å bli UV behandlet. Det er relativt små vannmengder som utgjør spedevannet i et resirkuleringsanlegg, (fra 0,5-1 kbm/kg for/dag) derfor er det en rimelig forsikring å foreta en grundig vannbehandling på det. Finfiltrering av vannet gjennom 15 mikrons filterduk i trommelfilter før det blir returnert til fiskekarene bidrar positivt til et rent og fint karmiljø fritt for partikler. Innkubering av rogn og plommesekkyngel, samt startforing vil etter en slik filtrering fungere fint.

6 Karintern gjenbruk av vann med CO2 lufting og oksygenering Sterners velkjente OxyTech system består av en trykkforøkningspumpe og en kompakt gassinnblander som garanterer optimal tilsetning av gasser til væsker. OxyTech henter ut en delstrøm av væsken som skal anrikes med oksygen. Delstrømmen gassovermettes og anrikes med mikrobobler i et reaksjonskammer ved hjelp av trykk og en injektor. Blandingen føres deretter tilbake til karet gjennom eget horisontalt strålerør. Det å bruke horisontalt strålerør bidrar også til et "renere" karmiljø, ved å skape god strøm og god selvrensing. Systemet opererer ved et driftstrykk mellom 1,0-2,5 bar. Oksygen som blir tilført gassinnblanderen blir tilsatt vannstrømmen ved hjelp av en innebygget diffusor. Vannhastigheten i gassinnblanderen er nøye tilpasset slik at oksygenet blandes kjemisk i vannet eller som mikrobobler mindre enn 50 mikron. Større bobler vi stige opp i reaksjonskammeret og suges tilbake til injektoren for så å bli mikset på nytt. Sterner Aquatech AS sine CO2-luftere i rustfritt stål har både i forsøk og praksis vist seg å være svært effektive (fjerner mer enn 60% av CO2 innholdet i vannet som passerer lufteren) I tillegg til å fjerne CO2 bidrar den også med å tilføre O2, samt å skape gode strømforhold i karene. Dette siste er spesielt viktig for å opprettholde gode hydrauliske forhold med effektiv selvrensing selv ved bruk av relativt lave mengder med nytt vann gjennom karene. Sterner Aquatech AS anbefaler å lufte fra l/min/tonn fisk ved maksimal biomasse. Anbefalingen er basert på forsøk, praktiske erfaringer samt at en etterstreber å holde seg innenfor anbefalingen fra Mattilsynet om ikke å overskride 15 mg CO2 i driftsvannet til fisken. I dagens kommersielle settefiskanlegg med store tettheter og intensiv oksygenering, oppstår det fort høye CO2 verdier i fiskekarene. Vi mener derfor at det i de fleste tilfeller er nødvendig også å lufte på karnivå. Dette illustreres av følgende beregning: For å holde CO2 innholdet under 15 mg/l i et oppdrettskar med en tetthet på 60 kg/kbm, 50 grams fisk, i 14 C og med en utforing på 2%, må en ha en vannutskifting på minimum 0,6 l/kg fisk/min. Dette forutsetter også at innløpsvannet er fritt for CO2. De fleste RAS anlegg har dessverre for liten kapasitet på CO2 lufting, og har derfor et CO2 innhold på innløpsvannet som er ugunstig høyt. Dette betyr at en må ha en enda større vannutskifting på karnivå, sannsynligvis en vannutskifting på mindre enn 15 minutt. I tillegg skal det nevnes at i et RAS anlegg er det høy karbonat alkalitet, noe som gjør at det frigjøres ytterligere CO2 ved Ph senkingen som finner sted i oppdrettskaret. Store vannmengder gjennom fiskekarene medfører store dimensjoner på inn og avløpsrør, ventiler og silflater. Det skaper et ugunstig miljø for fisken, med ugunstige hydrauliske forhold. Svært få, om noen settefiskanlegg i Norge er dimensjonert for slike vannmengder. CO2 innholdet i driftsvannet i settefisk anlegg i Norge kommer i all hovedsak fra fisken selv. I fiskens energiomsetting forbrukes oksygen, og det skilles ut CO2 i gassform over gjellene. CO2 produksjonen er direkte relatert til oksygenforbruket. Effekten av lufting på karnivå er gunstig med Sterner Aquatech sin CO2 lufter. Lufteren bygger på thrickling prinsippet, som er den mest effektive og energiøkonomiske metoden å lufte vann på. Fra 55-70% av CO2 innholdet luftes vekk fra vannet som passerer gjennom lufteren. CO2 i gassform skilles ut over fiskens gjeller. En liten del vil midlertidig reagere med vann og danne karbonsyre (H2CO3) Ph- senkingen som følge av dette vil trekke likevekten i retning mer fysikalsk oppløst CO2 fra karbonatsystemet, derfor kan det i tillegg til fiskens utskillelse mobiliseres ytterligere CO2 fra karbonat og bikarbonat. Derfor er det mest effektivt å lufte når Ph verdien er lavest, som av nevnte grunner vil være i fiskekarene og avløpsvannet. Vi leverer to varianter av Oxytech.