Resirkulerende akvakultursystem

Resirkulerende akvakultursystem (RAS) brukes i akvarium og ved fiskeoppdrett der skifte av vann er forhindret og der biofiltrering er nødvendig for å redusere ammoniakk toksisitet. Andre former for filtrering og kontroll over omgivelsene pleier også å være nødvendig for å opprettholde rent vann og et fungerende habitat for fisken. Hovedfordelen med RAS-anlegg er at de har den egenskapen at behovet for ferskt og rent vann reduseres, samtidig som omgivelsene for fisken blir vedlikeholdt. For at et RAS-anlegg skal kunne driftes økonomisk lønnsomt trengs det en stor beholdning fisk, og det er mange som nå undersøker om RAS er en driftsdyktig form for fiskeoppdrett.
En rekke behandlingsprosesser brukes til å opprettholde vannkvaliteten i lukket fiskeoppdrett. Disse trinnene gjøres ofte i en gitt rekkefølge, men noen ganger også samtidig. Vannet i tanken sirkulerer rundt i RAS-anlegget. Vannet vil dra fra tanken fisken er i, til avdelingen der man filtrerer ut faste avfallsprodukter etter fisken. Deretter vil det renne gjennom et biofilter der ammoniakken omdannes. Etterpå vil vannet avgasses for CO2 mens det blir oksygenert. Rensingen blir gjerne avsluttet med oppvarming, nedkjøling og sterilisering av vannet, før det så kan pumpes tilbake i tanken. Denne prosessen kan bli gjennomført på mange forskjellige måter og med forskjellig utstyr, men alt dette må uansett gjennomføres hvis omgivelsene til fiskene fortsatt skal være sunne.
RAS-anlegg er avhengige av biofiltrering for å omdanne ammoniakk (NH4 and NH3) fra avfallet til fisken til nitrat. Ammoniakk er et avfallsprodukt fra fiskens metabolisme. En høy konsentrasjon (>.02 mg/L) av ammoniakk vil være giftig for de fleste finnefisker. Nitrifoserte bakterier er kjemotrofer som omdanner ammoniakk til nitritt og deretter til nitrat. Et biofilter vil utgjøre et substrat for bakteriesamfunnet i tanken, noe som resulterer i at en tjukk biofilm vokser fram i filteret. Vann pumpes gjennom filteret, mens ammoniakken blir til energi for bakteriene. For fisken er nitrat mindre giftig enn ammoniakk (>100 mg/L), og kan fjernes med et dentrifiserende biofilter, eller ved å skifte vann. For at biofilteret skal være effektivt må miljøet i anlegget være stabilit, samtidig som anlegget vedlikeholdes godt.
Både det faste og det flytende avfallet til fisken må håndteres, og dette gjøres ved å samle opp avfallet og skylle det ut av systemet. Ved å fjerne avfallet vil veksten av baktererier, oksygenbehovet og sannsynligheten for sykdom reduseres. Den enkleste måten å fjerne fast avfall på er ved å ha et avsetningsbad der den relative hastigheten til vannet er tregt, så avfallspartiklene til fisken blir oppsamlet i denne gropen. Når avsetningsbadet er i bunnen av tanken vil det være lett å spyle eller suge ut avfallet. Dog er ikke dette hensiktsmessig for RAS-anlegg når målet er å minimere klimaavtrykket. RAS-anlegg pleier vanligvis å benytte seg av et sandfilter eller partikkelfilter som det faste avfallet kan feste seg til, og som periodevis kan spyles rene.
Gjenoksygenering av vannet i anlegget er helt nødvendig for å kunne ha høy tetthet av fisk i tanken. Fisk trenger oksygen for å kunne metabolisere maten og vokse seg store. Det samme gjelder bakteriekulturene i biofilteret. Nedgående oksygennivåer som følger av at nitrat blir dannet, kan bli håndtert på to vis, aerasjon og oksygenering. Ved aerasjon blir luft pumpet gjennom et verktøy som gjør at det dannes bobler i vannsøylen, som fører til et stort overfalteområde der oksygen kan løses ut i vannet. På grunn av at gassen løses ut sakte i vann, samtidig som det trengs et høyt lufttrykk for å lage små bobler blir denne metoden ansett som ineffektiv. I stedet blir vannet oksygenert ved å pumpe rent oksygen inn i det. Flere framgangsmåter blir benyttet for å sørge for at alt av oksygen løses ut i vannet under oksygeneringen. Nøyaktige utregninger og vurderinger trengs for å vite hva som er oksygenbehovet for det gitte systemet, og at behovet må håndteres med passende utstyr for oksygenering eller aerasjon.
I alle RAS-anlegg må pH-verdien kontrolleres og overvåkes nøye. Det første steget ved nitrifisering i biofilter forbruker alkalitet, som fører til en lavere pH-verdi i tanken. Det er nødvendig å holde pH-verdien på et passende nivå (5,0-9,0 for ferskvannssystemer) hvis levekårene i vanntanken skal være gunstige for livet i den. pH-verdien blir vanligvis opprettholdt ved å tilføre alkalitet til systemet, for eksempel med kalk (CaCO3) eller natriumhydroksid (NaOH). En lav ph-verdi vil føre til høye nivåer av karbondioksid (CO2) løst ut i vannet, som kan være giftig for fisken. pH-veriden kan også justeres med degassing av CO2, som er nødvendig anlegg der oksygenering i stedet for aerasjon brukes for å opprettholde O2-nivåene.
All fisk har en temperatur som de foretrekker, der en temperatur over eller under vil påvirke fisken negativt, og muligens føre til at den dør. Varmtvannsfisker som Tilapia og Barramundi foretrekker at vannet er fra 24 °C og oppover, mens kaldtvannsfisker som ørret og laks foretrekker en vanntempratur under 16 °C. Temperaturen påvirker også i stor grad konsentrasjonen av tilført oksygen (DO), der varmere vann har lavere verdier for konsentrasjonen av DO. Nedsenkede varmeanlegg benyttes for å opprettholde en ønskelig temperatur i tanken.
Sykdomsutbrudd forekommer lett når det er snakk om store mengder fisk, som man vanligvis har i RAS-oppdrettsanlegg. Hyppigheten av utrbrudd kan reduseres ved å benytte flere selvstendige systemer i det samme bygget, samt å unngå at vann fra forskjellige anlegg blandes sammen. Utstyret og personellet ved anleggene bør også renses godt, og gjerne begrenses til delegerte anlegg. Å bruke Ultra fiolet (UV) eller ozone vannbehandling vil redusere mengden av fritt svevende virus og bakterier.
Å kombinere planter og fisk i et RAS-anlegg kalles for akvaponikk. I et slikt system blir ammoniakken fra fisken både gjort om til nitrat og også fjernet av planter i vannet. I et akvaponikk-anlegg vil fisken effektivt gjødsle plantene, som altså gjør dette til et lukket system der veldig lite avfall blir dannet mens nødvendige tilskudd blir minimert. Fordelen med akvaponikk er at man kan høste og selge avlinger. Det finnes motstridende syn på hvor bærekraftig og trygt avfallet i RAS-anlegget er til å gro planter ved akvaponikk. Framtidige justeringer og oppgraderinger til operasjonelle RAS-farmer til delvis kommersielle akvaponiske anlegg bør ikke bli hindret av næringsmangel eller tvil om tryggheten ved å bruke avfallet til fisken som næring. Å gi insentiver til å bruke avfallet fra RAS-oppdrett til delvis kommersiell akvaponikk blir oppmuntret av flere. Næringen fra avfallsvannet og slammet i RAS er trygt og effektivt til å gjødsle planter ved akvaponikk.
Hjemmeakvarium og kommersielle akvarium er former for RAS-anlegg der vannkvaliteten overvåkes nøye, men der mengden fisk er relativt liten. Hensikten med disse anleggene er å vise fram fisken, ikke at den skal bli til mat. Fremdeles blir biofiltre og andre former for vannbehandling brukt til å redusere behovet for å bytte vann, samt å opprettholde gjennomsikten i vannet. Akkurat som ved tradisjonelle RAS-anlegg må vannet til tider fjernes for å få ned mengden av nitrat og andre giftige kjemikalier, så de ikke hopes opp i systemet. Akvarium ved kysten har ofte mye naturlig vannutskifting, og blir derfor ikke håndtert som et RAS-anlegg.