Ozon in der Aquakultur: Ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Wasserqualität und Biosicherheit

 

Ozonproduktion in der Aquakultur

 

Die Aquakultur steht vor ständigen Herausforderungen bei der Aufrechterhaltung einer optimalen Wasserqualität und dem Schutz der Tiergesundheit. Krankheitserreger, organische Abfälle und gelöste Schadstoffe können sich sowohl in Durchflusssystemen als auch in Rezirkulierenden Aquakultursystemen (RAS) ansammeln und das Wachstum, die Überlebensraten und die Produktqualität beeinträchtigen.

Ozon (O₃) wird zunehmend als wirksame Lösung für diese Herausforderungen eingesetzt. Ozon gilt als eines der stärksten Oxidationsmittel für die Wasseraufbereitung und bietet ein breites Wirkungsspektrum, von der Bekämpfung von Krankheitserregern bis zur Reduzierung der organischen Belastung, ohne dabei andere chemische Rückstände als Sauerstoff zu hinterlassen.

Was ist Ozon?

Ozon ist eine dreiatomige Form von Sauerstoff (O₃) mit einem viel höheren Oxidationspotenzial als molekularer Sauerstoff (O₂). Es handelt sich um ein von Natur aus instabiles Gas, das leicht mit organischen und anorganischen Verbindungen reagiert, komplexe Moleküle aufspaltet und Mikroorganismen inaktiviert. Aufgrund seiner starken oxidativen Eigenschaften wird Ozon in der Wasseraufbereitung in verschiedenen Industriezweigen und in der Aquakultur häufig eingesetzt.

Wie Ozon entsteht

In der Aquakultur wird Ozon in der Regel vor Ort mit einem Ozongenerator hergestellt.

Der Prozess umfasst:

• Ausgangspunkt ist reiner Sauerstoff als Einsatzgas.
• Der Sauerstoff wird durch eine elektrische Entladung (Koronaentladung) im Inneren des Generators geleitet.
• Diese elektrische Energie spaltet O₂-Moleküle in einzelne Sauerstoffatome, die sich dann mit anderen O₂-Molekülen zu Ozon (O₃) verbinden.

Die meisten kommerziellen Ozongeneratoren für die Aquakultur sind so ausgelegt, dass sie Ozon in Konzentrationen von etwa 10 Gewichtsprozent im Sauerstoffstrom erzeugen. Diese bedarfsgerechte Produktion macht Lagerungsprobleme überflüssig und gewährleistet, dass das Gas sofort verbraucht wird, da Ozon schnell wieder zu Sauerstoff zerfällt.

Wirkungsweise

Ozon wirkt in erster Linie durch Oxidation und greift folgende Stoffe an:

• Krankheitserreger wie Bakterien, Viren und Parasiten.
• Organische Stoffe, einschließlich gelöster und partikulärer organischer Stoffe.
• Farb- und Geruchsverbindungen, die die Wasserqualität beeinträchtigen.

Seine Vorteile gegenüber anderen Oxidationsmitteln wie Chlor sind:

Höhere Oxidationskraft (1,52-mal stärker als Chlor).

Vor-Ort-Produktion aus Sauerstoff und Strom (Reduzierung von Logistik und Chemikalienhandhabung).

Keine schädlichen chemischen Rückstände, diese werden zu Sauerstoff zersetzt.

Applications in Aquaculture

Inlet Water Disinfection

Ozone can be applied to disinfect incoming water before it enters tanks or ponds, significantly reducing the risk of introducing pathogens. This is applicable to all species and systems, including flow-through farms and RAS facilities.

In shrimp farming, ozone is increasingly used as a replacement for chlorine, particularly in areas where electricity is cheaper than chemical supply chains. It is also effective against recurrent viral diseases such as White Spot Syndrome.

Caution for seawater use: When treating seawater, Oxidation-Reduction Potential (ORP) should be carefully monitored. Exceeding 800 mV of ORP can oxidize bromide ions into bromine, which is toxic to aquatic species.

RAS: Wasserrückführung Desinfektion und Kontrolle der organischen Belastung

In RAS-Anlagen erfüllt Ozon mehrere Funktionen:

• Reduzierung der Keimbelastung: Vergleichbar mit UV-Desinfektion, jedoch mit dem zusätzlichen Vorteil der Oxidation organischer Stoffe.
• Beseitigung organischer Stoffe: Durch die Oxidation gelöster organischer Stoffe reduziert Ozon die Nährstoffversorgung heterotropher Bakterien. In einem RAS verringert diese Voroxidation die organische Belastung des Biofilters, was die Aktivität nitrifizierender Bakterien fördert und die Gesamteffizienz der biologischen Filterung verbessert.
  
  
• Verbesserung der Schaumfraktionierung: Ozon wird häufig über einen Eiweißabschäumer zugeführt. Der Oxidationsprozess verbessert die Blasenbildung und ermöglicht so die Entfernung feiner Schwebstoffe (
  Proteinabschäumung und Ozon wirken synergistisch: Ozon oxidiert organische Stoffe teilweise, verringert die Oberflächenspannung und erleichtert so deren Entfernung, während der Abschäumer diese Partikel physikalisch aus dem System entfernt. Diese Kombination senkt die Bakterienbelastung, verbessert die Wasserklarheit und unterstützt die allgemeine Systemstabilität.
  
  
• Verhinderung von NO₂⁻-Spitzen: In RAS-Systemen können Nitrite (NO₂⁻) schnell Konzentrationen erreichen, die für Fische giftig sind, insbesondere nach einer hohen organischen Belastung oder einem vorübergehenden Ungleichgewicht im Biofilter. Ozon hilft, diese Spitzen zu begrenzen, indem es NO₂⁻ teilweise zu Nitrat (NO₃⁻) oxidiert, wodurch die Nitritansammlung reduziert und der Stickstoffkreislauf stabilisiert wird.
  
  
• Verhinderung von Geschmacksveränderungen: Geschmacksveränderungen wie Geosmin und MIB (2-Methylisoborneol) können den Marktwert von gefangenen Fischen erheblich mindern. Ozon zerstört diese Verbindungen in den in der Aquakultur üblicherweise verwendeten Konzentrationen nicht direkt. Durch die Oxidation gelöster organischer Stoffe und feiner Partikel, bevor Bakterien diese in Geosmin oder MIB umwandeln können, verringert Ozon jedoch indirekt die Bedingungen, die zu ihrer Bildung führen. Diese proaktive Kontrolle der Vorläuferstoffe trägt zur Erhaltung der Produktqualität und des Geschmacks bei und minimiert das Risiko kostspieliger Verzögerungen bei der Reinigung vor der Ernte.

Proteinabschäumer von @CMAQUA

 

Dosierungsrichtlinien und betriebliche Überlegungen

Die richtige Ozon-Dosierung in RAS hängt weitgehend von der Futtermenge ab.

Allgemeine Branchenrichtlinien empfehlen:

• 10–20 g O₃ pro kg Futter (einige Systeme können bis zu 25 g/kg erreichen).

Das Verhältnis von Futter zu Ozon wird häufig als Referenz für die Dimensionierung sowohl des Ozongenerators als auch des Eiweißabschäumers in RAS-Systemen verwendet. Die effizienteste Methode zur Steuerung der Ozon dosierung im Betrieb ist jedoch die Überwachung des ORP (Oxidations-Reduktions-Potential). Ein Zielwert von etwa 700–750 mV am Auslass des Eiweißabschäumers ist in der Regel ein guter Indikator dafür, dass organische Stoffe und Krankheitserreger effektiv oxidiert werden, ohne dass es zu übermäßigen Rückständen im nachgeschalteten Bereich kommt.

Da Abschäumer in der Regel parallel zum Hauptwasserumwälzsystem betrieben werden, kann das ORP bei etwa 200–300 mV gehalten werden, sodass keine Gefahr für die Tiere besteht.

Bei der Dosierung im Betrieb sollte außerdem Folgendes berücksichtigt werden:

• Durchflussmenge durch die Aufbereitungsanlage.
• Verweildauer in der Kontaktkammer oder im Skimmer.
• Kontinuierliche ORP-Überwachung, um eine Überdosierung zu vermeiden, insbesondere in Meerwasser.
• Umfang der mechanischen Filtration; eine bessere Partikelentfernung reduziert den Ozonbedarf.

Bei der Ozonbehandlung von Zulaufwasser hängt die erforderliche Ozondosis hauptsächlich von der anfänglichen organischen Belastung ab. Als Faustregel gilt, dass 1 g O₃ pro m³ Wasser angestrebt werden sollte. Oberhalb dieses Wertes wird es unter normalen Bedingungen schwierig, mehr Ozon effizient in Wasser zu lösen.

Eine einfache Schätzmethode kann verwendet werden, um den Ozonbedarf auf der Grundlage von Chlortests zu approximieren:

1. Fügen Sie eine Chlorquelle (z. B. Calciumhypochlorit) zu einer definierten Menge des Zielwassers hinzu, während Sie den ORP-Wert messen.
2. Sie die Menge an freiem Chlor, die erforderlich ist, um 700–750 mV zu erreichen.
3. Rechnen Sie diesen Chlorbedarf in die entsprechende Ozonmenge um, wobei Sie berücksichtigen, dass sowohl Ozon (O₃) als auch „aktives Chlor“ (als Cl₂) pro Mol 2 Elektronen verbrauchen:

• Äquivalentes Gewicht (MW / n):

1. O₃: 48 / 2 = 24 g pro Äquivalent
2. Cl₂: 70.9 / 2 = 35.45 g pro Äquivalent

• Daher entspricht 1 kg aktives Chlor (Cl₂-Äquivalent) ≈ 0,68 kg O₃ bei gleicher Oxidationskapazität.
• Bei einer Ozonauflösungseffizienz von ~85 % entspricht dies ~0,80 kg Ozon, um die Wirkung von 1 kg freiem Chlor zu erreichen.

In allen Fällen wird empfohlen, vor der Ozon-Desinfektion so viel Schwebstoff wie möglich zu entfernen. Dies erhöht die Effizienz der Ozon-Oxidation und reduziert den Gesamtbedarf an Oxidationsmitteln.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile

• Breitbandige Desinfektion (Bakterien, Viren, Parasiten).
• Stärkeres Oxidationsmittel als Chlor.
• Wird vor Ort hergestellt (lieferungsfrei).
• Reduziert die organische Belastung und verbessert die Wasserklarheit.
• Erhöht den Gehalt an gelöstem Sauerstoff nach der Zersetzung.
• Fördert eine bessere Futterverwertung, Wachstumsraten und Produktqualität.

Einschränkungen

• Eine Überdosierung in Meerwasser kann zu toxischen Bromverbindungen führen.
• Ausrüstungskosten und Anforderungen an die Betriebssteuerung.
• Erfordert qualifizierte Bediener und eine gut synchronisierte automatische Dosierung, um die Ozon-Dosierung auf der Grundlage des Redoxpotentials (ORP) zu steuern.

Schlussfolgerung

Ozon ist ein bewährtes, vielseitiges Mittel zur Verbesserung der Wasserqualität und Biosicherheit in der Aquakultur. Seine Fähigkeit zur Desinfektion, Kontrolle organischer Stoffe und Unterstützung einer besseren Systemleistung macht es sowohl für RAS- als auch für Durchflusssysteme wertvoll.

Während eine sorgfältige Dosierung und Überwachung unerlässlich sind, um Risiken zu vermeiden, bietet der Trend zur Vor-Ort-Ozonerzeugung aus Sauerstoff logistische, wirtschaftliche und ökologische Vorteile gegenüber chemischen Desinfektionsmitteln. Da die Branche die Systemkonzeption weiter optimiert, dürfte die Kombination aus Ozon und fortschrittlicher mechanischer Filtration wie Eiweißabschäumung in den kommenden Jahren noch weiter verbreitet sein.