Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei wachsendem wirtschaftlichem und \u00f6kologischem Interesse an Aquakulturen fokussiert sich die angewandte Anlagentechnik zunehmend auf nachhaltige Produktionsverfahren mit integrierter Wasseraufbereitung (Kreislaufanlagen). F\u00fcr die verfahrenstechnische Umsetzung eines wesentlichen Prozesses der biologischen Wasseraufbereitung – die bakterielle Nitrifikation (Oxidation der fischtoxischen Stickstoffverbindungen Ammonium und Nitrit zum wesentlich unsch\u00e4dlicheren Nitrat) – fehlen gesicherte Kennzahlen f\u00fcr die Auslegung und den Betrieb, denn besonders in der Startphase eines Biofilters kann es zu der Akkumulation von Ammonium oder Nitrit kommen. Ziel des Projektes war es, einige wichtige dieser Kennzahlen bereitzustellen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der 3. Projektphase wurden verschiedene Kunststoffe und Zuschl\u00e4ge auf ihre Eignung f\u00fcr Marikultur-Kreislaufanlagen in Bezug auf die Anheftung und Hydrophobizit\u00e4t \u00fcberpr\u00fcft. Des Weiteren wurden F\u00fcllk\u00f6rperoberfl\u00e4chen durch einfache Behandlungen konditioniert und der Effekt mittels Aktivit\u00e4tstests ermittelt. Verschiedene g\u00e4ngige Kunststoffe wurden auf ihre hormonelle Wirkung mittels YES\/YAS Test \u00fcberpr\u00fcft. In Hinblick auf eine m\u00f6gliche Beeintr\u00e4chtigung des Umsatzes im Biofilter wurde die Toleranz gegen\u00fcber dem Stoffwechselendprodukt Nitrat und den Reaktionsprodukten von Ozon an Referenzorganismen im Labor und in Versuchsanlagen der GMA getestet. Die Nitrifikation in der Anlaufphase in vier von der Kunststoff Spranger GmbH konzipierten und bereitgestellten Bewegtbett-Reaktoren, die jeweils \u00fcber ein alternatives Bel\u00fcftungsverfahren verf\u00fcgen, wurde untersucht. Die Einlaufphase von drei Biofiltern der GMA mit unterschiedlichen initialen F\u00fctterungen (Mineralsalze\/ Fischfutter) wurde \u00fcber > 1 Jahr mit Aktivit\u00e4tstests und Identifizierung der nitrifizierenden Gemeinschaft begleitet. Die Anreicherung Ammoniak oxidierender Bakterien aus der ehemaligen Anlage der Firma Ecomares in B\u00fcsum wurde fortgesetzt. Benutzte F\u00fcllk\u00f6rper wurden bis zu einem Jahr unter verschiedenen Bedingungen gelagert und deren Restaktivit\u00e4ten bestimmt. Ein Bioreaktor mit online-\u00dcberwachung der wichtigsten Parameter wurde gefertigt und die heterotrophe Begleitfauna auf F\u00fcllk\u00f6rpern mittels MPN quantifiziert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es konnte eine Formulierung f\u00fcr Kunststoffe als vorteilhaft gegen\u00fcber Vergleichsmaterialen herausgestellt werden, welche von der GEA 2H Water Technologies zur Herstellung von F\u00fcllk\u00f6rpern (FK) verwendet werden kann. Neben der quantitativen Bestimmung der Anheftung von Bakterien konnten Polysaccharidkomponenten in der EPS der Referenzorganismen durch Lektinf\u00e4rbung visualisiert werden. Die Oberfl\u00e4chen aller untersuchten Kunststoffe wurden als hydrophob charakterisiert. Es stellte sich heraus, dass die Behandlung von neuen F\u00fcllk\u00f6rpern mit nitrifizierenden Bakterien (AOB und NOB) bewirkt. Allein die Verwendung bereits benutzter und ges\u00e4uberter FK zeigte eine solche Wirkung im Vergleich zu neuen FK. Mittels YES\/YAS Test wurde nur eine sehr geringe hormonelle Wirkung durch Substanzen in den untersuchten Kunststoffen gemessen. Versuche mit verschiedenen Nitratkonzentrationen in Versuchsreaktoren zeigten, dass schon bei 125 mg\/l NO3-N die Nitrit-Oxidation beeintr\u00e4chtigt werden kann; die Unterschiede waren allerdings erst ab 500 mg\/l NO3-N signifikant. Dennoch scheinen die NOB sensibler auf hohe Nitratkonzentrationen zu reagieren als AOB, bei denen eine Reduzierung der Ammoniak-Oxidation erst bei 500 mg\/l NO3-N nachgewiesen wurde. Steinbutte wurden bereits durch 125 mg\/l NO3-N in ihrem Wachstum beeintr\u00e4chtigt. Anders als bei hohen Nitratwerten wurde eine leichte Erh\u00f6hung der Nitrifikationsleistung durch TRO Konzentrationen von 0,05 bis 0.15 mg\/l Cl2 gemessen. Die optimale Ozondosierung wird durch die Fischgesundheit limitiert. Die Verringerung der Bel\u00fcftung durch reduzierte Einblastiefe oder mechanische Durchmischung erwies sich als f\u00fcr NOB von Vorteil w\u00e4hrend der Einlaufphase, die AOB dagegen zeigten geringere Aktivit\u00e4ten bei mechanischer Durchmischung und Intervall-Bel\u00fcftung. Die Langzeituntersuchungen der Einlaufphasen von 3 baugleichen Biofiltern zeigten, dass Aktivit\u00e4tstests im Labor ein geeignetes Werkzeug sind, um die Entwicklung von Nitrifikationspotentialen zu verfolgen. Solange keine Fische eingesetzt werden, ist eine sehr hohe Gabe an Ammonium und Nitrit zu empfehlen, um anf\u00e4ngliches Wachstum zu unterst\u00fctzen. Die unterschiedlichen Methoden der Beimpfung hatten keinen Einfluss auf die Zusammensetzung der NOB; die dominierenden AOB St\u00e4mme in dem mit und ohne Futter beimpften Modulen waren jedoch unterschiedlich. Es ist m\u00f6glich, dass Futter oder andere organische Substanzen das Wachstum von NOB beschleunigen. Ozon sollte erst eingeleitet werden, wenn die Menge der Substanzen, die dem Nitrit gegen\u00fcber bevorzugt oxidiert werden (z. B. Gelbstoffe), ausreichend ist, um den NOB genug Substrat zum Wachstum zu lassen. Die Identifikation der beteiligten Bakterien zeigte, dass sich vor allem NOB aus drei verschiedenen Gattungen an die FK angeheftet haben, aber nur AOB aus der Gattung Nitrosomonas. Nitrospira dominiert die Nitrit-Oxidation, wobei bis zu 100 % Sequenz\u00e4hnlichkeiten mit dem zuvor isolierten Nitrospira aus der Ecomares-Anlage gefunden wurden. Ein AOB sowie ein weiterer Nitrospira aus der Ecomares-Anlage konnten hoch angereichert werden. F\u00fcllk\u00f6rper, die in Meer- und Leitungswasser bei 4 \u00b0C und 17 \u00b0C gelagert wurden, zeigten noch relativ hohe Restaktivit\u00e4ten auch nach mehreren Monaten, wobei die der NOB stets h\u00f6her als die der AOB waren. Trockene Lagerung bei 17 \u00b0C verminderte die Nitrifikationsleistung am st\u00e4rksten. Ein Bioreaktor wurde konstruiert und eine dauerhafte Online-\u00dcberwachung mittels potentiometrischer Messung war (bedingt) m\u00f6glich. Auf den FK waren Bakterien des Schwefel-, des Stickstoff-, des Eisen- und des Mangankreislaufes sowie heterotrophe Pilze und Bakterien in z. T. sehr hohen Zellzahlen nachweisbar.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse aus dem Projekt wurden national und international in sechs Zeitschriften-Artikeln ver\u00f6ffentlicht und in sieben Vortr\u00e4gen und auf acht Postern pr\u00e4sentiert. Zudem wurden vier Graduationsarbeiten angefertigt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die vielseitigen Untersuchungen zur Nitrifikation im Rahmen des DBU Projektes haben zu Erkenntnissen gef\u00fchrt, die zur Optimierung solcher Anlagen beitragen und dadurch die Anwendung der Kreislauftechnik in der Aquakultur attraktiver macht. Dabei sind Erkenntnisse zur Anheftung, Lagerung von bewachsenen F\u00fcllk\u00f6rpern, Nitrat- und Ozonhemmung sowie Bel\u00fcftung erlangt worden. Dominierende Nitrifikanten konnten identifiziert und in Laborkultur gebracht werden. Neue Ans\u00e4tze f\u00fcr Einlaufphasen wurden konzipiert, mikrobiologisch begleitet und bewertet. Die Ergebnisse der Laborexperimente wurden erfolgreich auf Versuchsreaktoren \u00fcbertragen und k\u00f6nnen zum Teil direkt von Betreibern von marinen Anlagen bzw. bei der Herstellung von F\u00fcllk\u00f6rpern verwendet werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Bei wachsendem wirtschaftlichem und \u00f6kologischem Interesse an Aquakulturen fokussiert sich die angewandte Anlagentechnik zunehmend auf nachhaltige Produktionsverfahren mit integrierter Wasseraufbereitung (Kreislaufanlagen). F\u00fcr die verfahrenstechnische Umsetzung eines wesentlichen Prozesses der biologischen Wasseraufbereitung – die bakterielle Nitrifikation (Oxidation der fischtoxischen Stickstoffverbindungen Ammonium und Nitrit zum wesentlich unsch\u00e4dlicheren Nitrat) – fehlen gesicherte Kennzahlen […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[61,47,51,52,53],"class_list":["post-25420","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-hamburg","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"23821\/03","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"23821-03.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"252.505,00","dbu_projektdatenbank_firma":"LimnoMar\nLabor f\u00fcr Limnische und Marine Forschung\nAbt. Vergleichende Pathologie","dbu_projektdatenbank_strasse":"Bei der Neuen M\u00fcnze 11","dbu_projektdatenbank_plz_str":"22145","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Hamburg","dbu_projektdatenbank_p_von":"2010-01-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2011-12-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"1 Jahr und 12 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"","dbu_projektdatenbank_inet":"www.limnomar.de","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Hamburg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"115","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-23821_03.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/25420","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/25420\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":38423,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/25420\/revisions\/38423"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=25420"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=25420"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=25420"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}