Machbarkeitsabschätzung zum Phosphorrecycling in Fischzucht-Kreislaufanlagen
Creators: name: Fink, Johanna
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2023
Subjects: Aquakultur
Phosphor
Interner Phosphorfällreaktor
Phosphatfällung
Calciumhydroxid
639.8: Aquakultur

description: Phosphor gelangt durch Fischfutter in Aquakulturanlagen und dadurch in beträchtlichen Mengen ins Abwasser. Ein Überschuss an Phosphor in Gewässern führt zu Eutrophierung, während die begrenzte Verfügbarkeit aus nicht erneuerbaren Quellen Phosphor zu einer zunehmend knappen Ressource macht. Massnahmen wie der Einsatz des internen Phosphorfällreaktors (IPR) an der ZHAW zielen darauf ab, Phosphor-Emissionen zu minimieren. Der IPR kombiniert Phosphorfällungs- und pH-Regulierungsprozesse durch Zugabe von Calciumhydroxid, wobei das entstehende basische Wasser zur pH-Regulierung dient.
Ziel dieser Arbeit war es, herauszufinden welche Menge an Phosphor durch den IPR aus der Fischzuchtkreislaufanlage entfernt werden konnte, wieviel Phosphor schlussendlich im Abwasser und wie viel im Schlamm der Anlage landete.
Zuerst wurde ein Vorversuch im Labor durchgeführt, um das Ausfällungsverhalten von Phosphor nach Zugabe von Calciumhydroxid zu untersuchen. Dabei wurden 25 verschiedenen Konzentrationen durch die Mischung von unterschiedlich konzentrierten Phosphor- und Calciumhydroxidlösungen hergestellt. Die Auswertung erfolgte mit R Studio, wobei Fragestellungen zur Phosphorausfällung, dem Phosphor-Calcium-Verhältnis und den übriggebliebenen Calcium-Ionen untersucht wurden. Die Auswertung zeigte, dass eine Calciumhydroxidkonzentration von 160mg/L eine 100-prozentige Phosphorausfällung bei Phosphor-Konzentrationen von 2, 10 und 20 mg/L ermöglichte. Jedoch blieb eine durchschnittliche Menge von 44.8 mg/L Calcium nach der Reaktion zurück. Dies sollte vermieden werden, da ein Überschuss an nicht gelöstem Calciumhydroxid unkontrollierte pH-Änderungen und unerwünschte Phosphatfällungen verursachen kann.
Im Hauptversuch erstreckte sich die Probenentnahme über zwei Wochen. Dabei wurden aus der Fischzuchtkreislaufanlage Proben des Systemwasser und des Schlammes entnommen. Mithilfe des Ionenchromatographen wurden Messungen für den gelösten Phosphor durchgeführt. Der Gesamtphosphor wurde mit Kuvettentests gemessen. Die statistische Auswertung erfolgte in Microsoft Excel. Es zeigte sich eine durchschnittliche Ausfällungs-Effizienz von beinahe 100%. Der hohe Effizienz-Wert des gelösten Phosphors deutete darauf hin, dass praktisch keine Phosphor-Fracht durch das Abwasser aus dem System ausgetragen wurde. Durch den Vergleich der Reaktorwerte vor und nach der Filtration konnte die Rückgewinnungs-Effizienz ausgerechnet werden, welche lediglich 24.8 % betrug. Im Schlamm der Anlage landete durchschnittlich eine Phosphor-Fracht von 8.29 g pro kg Fischfutter.
description: Phosphorus enters aquaculture facilities through fish food and thus enters wastewater in considerable quantities. An excess of phosphorus in water bodies leads to eutrophication, while the limited availability from non-renewable sources makes phosphorus an increasingly scarce resource. Measures such as the use of the internal phosphorus precipitation reactor (IPR) at the ZHAW aim to minimise phosphorus emissions. The IPR combines phosphorus precipitation and pH regulation processes by adding calcium hydroxide. The resulting alkaline water is used to regulate the pH value.
The aim of this work was to find out how much phosphorus could be removed from the fish farming system by the IPR, how much phosphorus ultimately ended up in the wastewater and how much ended up in the sludge of the system.
First, a preliminary test was carried out in the laboratory to investigate the precipitation behaviour of phosphorus after the addition of calcium hydroxide. This involved preparing 25 different concentrations by mixing phosphorus and calcium hydroxide solutions of different concentrations. The analysis was carried out using R Studio, whereby questions relating to phosphorus precipitation, the phosphorus-calcium ratio and the remaining calcium ions were analysed. The evaluation showed that a calcium hydroxide concentration of 160 mg/L enabled 100% phosphorus precipitation at phosphorus concentrations of 2, 10 and 20 mg/L. However, an average amount of 44.8 mg/L calcium remained after the reaction. This should be avoided as an excess of undissolved calcium hydroxide can cause uncontrolled pH changes and unwanted phosphate precipitation.
In the main trial, samples were taken over a period of two weeks. Samples of the system water and sludge were taken from the fish farm recirculation system. The ion chromatograph was used to measure the dissolved phosphorus. The total phosphorus amount was measured using cuvette tests. Statistical analyses were carried out in Microsoft Excel. An average precipitation efficiency of almost 100% was found. The high efficiency value of the dissolved phosphorus indicated that practically no phosphorus load was removed from the system by the wastewater. By comparing the reactor values before and after filtration, it was possible to calculate the recovery efficiency, which was only 24.8 %. An average phosphorus load of 8.29 g per kg of fish feed ended up in the sludge of the system.