Ph.d.-forsvar om nye metoder til at fjerne opløst kvælstof og organisk materiale i akvakultur

En yderligere reduktion af næringsstofudledningen fra dambrug kræver, at eksisterende renseteknologierne forbedres og/eller at nye udvikles. Eksisterende teknologier er effektive til at fjerne partikulære næringsstoffer samt til at køre nitrifikationsprocessen, hvor ammonium omdannes til nitrat. Egentlig Fjernelse af især opløst kvælstof (Nitrat-N) men også organisk stof er stadig et problem, der hindrer udvidelsen af erhvervet især i mere sårbare områder. Intensivt, recirkulerende dambrug (RAS) har potentielt set muligheden for at anvende avancerede slutrensningsteknologier, hvorimod mindre og mere traditionelle dambrug er begrænset af, at der p.t. ikke eksisterer simple og omkostningseffektive teknologier til at fjerne opløste næringsstoffer.

Formålet med denne Ph.d.-afhandling var at evaluere problemets omfang set i forhold til den store variation i anlægstyper, der findes inden for mere traditionelle dambrug, og på baggrund heraf at udvikle mulige, simple løsninger til at fjerne opløst kvælstof og opløst organisk stof fra dambrugenes udløbsvand.

Studierne var stort set delt i to halvdele. Første halvdel fokuserede på omsætningen af opløst organisk stof (DOM; Paper I) samt opløste N-forbindelser (Paper II) i aerobe biofiltre opereret med forskellig næringsstofbelastning. Anden halvdel undersøgte potentialet for at anvende anoxiske denitrifikationsfiltre baseret på træflis til at fjerne nitrat (uden tilsætning af kulstofkilde) fra dambrugenes udløbsvand (Paper III-V).

Undersøgelserne i første halvdel viste, at kapaciteten for arealbaseret fjernelsesrate af DOM, samt den tilsvarende omsætning af ammonium, nitrit og urea i aerobe biofiltre steg i takt med, at næringsstofbelastningen på filterene steg op til en vis grænse. Resultater understøttede, at DOM til en vis grad kan fjernes vha. biofiltrering, og at anvendelse af aerobe biofiltre kan være en mulig løsning til at reducere indholdet af DOM i udløbsvandet fra mindre dambrug. Endvidere viste resultaterne, at omsætningen af urea biddrager til nitrifikationsprocessen i biofiltre, samt at overgangen fra 1ste ordens (substratbegrænset) til 0te ordens (substrat-ubegrænset) omsætning af ammonium og nitrit steg op til en bestemt tærskelværdi i takt med, at næringsstofbelastningen på filtrene steg. Det betyder, at kapacitet for N-omsætningen i biofiltre tilvænnet lave næringsstofbelastninger meget let overskrides, og at de ikke responderer særlig effektivt på pludselige stigninger i N-belastningen.

I den anden del af afhandlingen blev der installeret en pilotskala træflis-bioreaktor på et kommercielt dambrug, og opstartsfasen blev nøje fulgt og dokumenteret (Paper III). Undersøgelserne viste, at bioreaktoren omgående fjernede nitrat, og at opstartsfasen blev ledsaget af en kortvarig udvaskning af næringsstoffer fra træflisen. Studiet demonstrerede, at træflis-bioreaktorer kan fjerne nitrat fra udløbsvand med lave næringsstofkoncentrationer uden kulstoftilsætning, men viste også, at fjernelsesraten er forholdsvis lav (7.06±0.81 g NO3-N /m3/d ved en temperatur på ca. 8°C). Det betyder, at en træflis-bioreaktor skal være temmelig stor, hvis den skal kunne fjerne al nitraten i udløbsvandet fra et dambrug. Der blev derfor gennemført et laboratoriestudie med henblik på at undersøge, hvordan fjernelsesraten eventuelt kunne forbedres. Studiet viste (Paper IV), at N-fjernelsen i laboratorieskala træflis-bioreaktorer kunne stimuleres ved at ændre den hydrauliske opholdstid samtidig med, at der blev tilsat bikarbonat til indløbsvandet. Samtidig indikerede resultaterne, at svovlbaseret, autotrof denitrifikation spiller en potentiel, vigtig rolle for N-fjernelsen i træflis-bioreaktorer. Dette blev nærmere belyst i et efterfølgende laboratoriestudie, der viste, at fjernelsesraten af N steg i mixotrofe bioreaktorer fremstillet ved at blande træflis, svovlkugler og strandskaller i forskellige forhold (Paper V).

Samlet set understøttede træflisstudierne, at træflis-bioreaktorer udgør en meget interessant alternativ og simpel metode til at reducere nitratindholdet i udløbsvand fra dambrug, hvor det fx ikke er muligt at installere heterotrofe denitrifikationsreaktorer, der typisk kræver adgang til/tilsætning af en ekstern kulstofkilde.