Im Wasser gelöster Sauerstoff ist für das Überleben und das Wachstum von Fischen und Krustentieren unerlässlich. So wie Landtiere auf Luft zum Atmen angewiesen sind, so sind auch aquatische Arten auf sauerstoffreiches Wasser angewiesen, um lebenswichtige biologische Funktionen auszuführen. Fische nehmen Sauerstoff über ihre Kiemen auf und unterstützen damit wichtige Prozesse wie Verdauung, Stoffwechselregulierung und Fortbewegung.
Wenn der Sauerstoffgehalt zu niedrig ist, können Wassertiere unter oxidativem Stress leiden, der das Wachstum hemmt und in schweren Fällen zum Tod führen kann. Ein unzureichender Sauerstoffgehalt wirkt sich auch auf die Umgebung des Beckens aus, verschlechtert die Wasserqualität und stört möglicherweise die Filtrations- und Biofiltrationssysteme.
Wodurch wird der Sauerstoffbedarf in der Aquakultur beeinflusst?
Der Sauerstoffverbrauch ist eng mit dem Stoffwechsel der Fische verbunden und wird von mehreren Faktoren beeinflusst:
- Art der Aufzucht
- Biomasse und Größe der Tiere
- Wassertemperatur und Salzgehalt
- Fütterungsrate und -häufigkeit
- Art des Systems (z. B. RAS oder Durchfluss)
Während diese Variablen miteinander zusammenhängen, sticht ein Parameter als zuverlässiger Indikator für den Sauerstoffbedarf hervor: die Menge des Futters.
Und warum? Weil die Futtermenge alle der oben genannten Faktoren widerspiegelt. Der Nährstoffbedarf ist für die meisten Fisch- und Garnelenarten gut dokumentiert, und die Futtertabellen sind in der Regel an die Wassertemperatur und die Fischgröße angepasst. Im Grunde genommen ist die Futtermenge die beste Darstellung der Stoffwechselaktivität eines Tieres.
Futter-Sauerstoff-Verhältnis
Eine gängige Faustregel in der Aquakultur besagt, dass für 1 kg Futter etwa 350 g Sauerstoff benötigt werden, damit die Fische oder Garnelen es verstoffwechseln können.
Wenn Sie also 10 kg Futter pro Tag in einem Becken füttern, verbraucht der Besatz täglich etwa 3,5 kg Sauerstoff.
Beachten Sie, dass der Sauerstoffverbrauch in der Regel kurz nach der Fütterung seinen Höhepunkt erreicht. Bei Verwendung von Futterautomaten, die kleinere Mahlzeiten über den Tag verteilen, gleicht sich der Sauerstoffbedarf jedoch in der Regel aus, so dass die Spitzenwerte reduziert und der Sauerstoffgehalt stabilisiert wird.
The Special Case of RAS (Recirculating Aquaculture Systems)
RAS are closed-loop systems where water is continuously filtered and reused, making them highly water-efficient and suitable for high-density farming. However, because the water remains in the system longer, biological activity increases, especially due to bacteriological activity.
In RAS, the total oxygen consumption per kilogram of feed is estimated to be about 1 kg. This includes:
- 350 g for fish or shrimp respiration
- 650 g for microbial respiration in the biofilter
This increased demand is mainly due to the nitrifying bacteria in the biofilter, which oxidize ammonia and other waste products. Most RAS systems use Moving Bed Biofilm Reactors (MBBRs), where aeration is used for the movement of the filter while also supply ing it with oxygen.
Der Sonderfall der RAS (Recirculating Aquaculture Systems)
RAS sind geschlossene Kreislaufsysteme, in denen das Wasser kontinuierlich gefiltert und wiederverwendet wird, was sie sehr wassersparend und für eine hohe Besatzdichte geeignet macht. Da das Wasser jedoch länger im System verbleibt, steigt die biologische Aktivität, insbesondere die bakterielle Aktivität.
Bei RAS wird der gesamte Sauerstoffverbrauch pro Kilogramm Futter auf etwa 1 kg geschätzt. Dies beinhaltet:
- 350 g für die Atmung der Fische oder Garnelen
- 650 g für die mikrobielle Atmung im Biofilter
Dieser erhöhte Bedarf ist hauptsächlich auf die nitrifizierenden Bakterien im Biofilter zurückzuführen, die Ammoniak und andere Abfallprodukte oxidieren. Die meisten RAS-Systeme verwenden Bewegtbettfilter (MBBRs), bei denen die Belüftung für die Bewegung des Filters genutzt wird, während er gleichzeitig mit Sauerstoff versorgt wird.
Beispiel: Berechnung des Sauerstoffbedarfs in einer RAS-Tilapia-Farm
Tank Oxygenation
Assuming the water entering the tanks is fully saturated with oxygen (100%), the fish still consume 262.5 kg/day, or about 11 kg/hour.
Oxygen Supply in Normal Operation
Let’s say oxygen is introduced using a low head oxygenator with an 80% dissolution rate:
Required oxygen input = 11 kg/hour ÷ 0.80 = 13.75 kg/hour
Oxygen Supply in Emergency Mode
If oxygen is introduced via ceramic diffusers with a 20% dissolution rate at 1 m water depth:
Required oxygen input = 11 kg/hour ÷ 0.20 = 55 kg/hour
Betrachten wir eine RAS-Tilapiafarm mit folgendem Aufbau:
- 10 Becken à 50 m³
- Gesamtbiomasse: 25 Tonnen Jungtilapia (25 g)
- Besatzdichte: 50 kg/m³
- Wassertemperatur: 25 °C
- Fütterungsrate: 3 % der Biomasse pro Tag → 750 kg Futter pro Tag
Aufschlüsselung des Sauerstoffbedarfs:
- Fischatmung: 35 % → 262,5 kg/Tag
- Biofilterbakterien: 65 % → 487,5 kg/Tag
- Gesamtsauerstoffbedarf des Systems: 750 kg/Tag
Belüftungsbedarf des Biofilters
Die Belüftung im Biofilter liefert die benötigten 487,5 kg Sauerstoff. Unter der Annahme:
- Luft enthält ca. 20 % Sauerstoff
- Die Lösungseffizienz der Belüftung im MBBR beträgt ca. 5 %
Sie benötigen ca.:
41.666 m³ Luft pro Tag oder 1.736 m³/Stunde
(Wir werden in einem späteren Artikel näher auf die Dimensionierung und den Betrieb des Biofilters eingehen.)
Sauerstoffversorgung des Beckens
Vorausgesetzt, das Wasser, das den Biofilter verlässt, ist vollständig mit Sauerstoff gesättigt (100 %), müssen die Fische mit genügend Sauerstoff versorgt werden, um ihren Bedarf von 262,5 kg/Tag oder etwa 11 kg/Stunde zu decken.
Sauerstoffversorgung im Normalbetrieb
Angenommen, die Sauerstoffzufuhr erfolgt über einen Niederdruck-Oxygenator mit einer Auflösungsrate von 80 %:
- Erforderliche Sauerstoffzufuhr = 11 kg/h ÷ 0,80 = 13,75 kg/h
Sauerstoffversorgung im Notfallbetrieb
- Erforderliche Sauerstoffzufuhr = 11 kg/h ÷ 0,20 = 55 kg/h
Zusammenfassung
- Die Futtermenge ist ein zuverlässiger Indikator für den Sauerstoffbedarf.
- 1 kg Futter entspricht ≈ 350 g Sauerstoff in offenen Systemen; bis zu 1 kg Sauerstoff in RAS aufgrund der Bakterienaktivität.Die richtige Dimensionierung der
- Sauerstoffversorgungssysteme – einschließlich Notstromaggregaten – ist entscheidend für einen stabilen Betrieb.
- Die Belüftungssysteme im Biofilter müssen entsprechend dem mikrobiellen Bedarf richtig dimensioniert sein.
