Lammen biosuodatin
Vesiviljely on vesieliöiden, kuten kalojen, äyriäisten, nilviäisten ja vesikasvien viljelyä, maailmanlaajuinen kalan kysyntä on antanut sysäyksen vesiviljelyn nopealle kasvulle. Vuonna 2012 vesiviljelyssä tuotettua kalaa oli 66,6 miljoonaa tonnia, mikä vastasi 42,2 % maailman ruokakalatuotannosta. Lisäksi vesiviljely on yksi nopeimmin kasvavista elintarvikkeiden tuotantosektoreista, ja se kasvoi keskimäärin 6,5 % vuosina 2000–2012.
Vesiviljelyjärjestelmät voidaan luokitella kolmeen pääluokkaan: laajaperäiset, puoliintensiiviset ja intensiiviset tuotantomäärän tilavuusyksikköä (m 3 ) tai pinta-alayksikköä (m 2 ) kohden. Luonnolliset pienet järvet putoavat tyypillisissä laajaperäisissä järjestelmissä, puoliintensiivisissä ruokinta- tai ilmastusjärjestelmissä lampiviljely ja kiertovesiviljelyjärjestelmät ovat intensiivisiä.
Recirculating Aquaculture Systems (RAS) ovat säiliöpohjaisia järjestelmiä, joissa ympäristöparametreja valvotaan täysin, joten kaloja voidaan istuttaa tiheään. RAS-teknologiaa on kehitetty ja jalostettu viimeisen kolmen vuosikymmenen ajan. RAS-teknologialla on kyky toimia suurella kapasiteetilla pienemmällä vedellä ja se on edellytys perinteiseen kalanviljelyyn verrattuna. Lisäksi RAS voi vähentää kemikaalien ja antibioottien käyttöä ja jätteiden hävittämistä; Lisäksi RAS on lajikohtaisesti mukautuva, joten kalaa voidaan tuottaa ympäri vuoden. RAS tarvitsee kuitenkin paljon pääomaa ja operatiivisia investointeja, mikä on suurin haitta. Lisäksi se on monimutkainen käynnistysjärjestelmä, jonka ylläpitoon ja valvontaan tarvitaan asiantuntemusta.
Veden laadun valvonta RAS:ssa saavutetaan useilla eri komponenteilla. Yleensä RAS koostuu lämmittimestä tai lämmönvaihtimesta veden lämpötilan säätämiseksi, ilmastusjärjestelmästä liuenneen CO 2 -pitoisuuden vähentämiseksi, hapetusjärjestelmästä riittävän hapen syöttämiseksi, rumpusuodattimista suspendoituneen kiintoaineen poistamiseksi, desinfiointijärjestelmästä (UV- ja otsonilaitteet) patogeenien inaktivoimiseksi. ja biosuodatinjärjestelmä typpijätteen poistamiseksi. Järjestelmän emäksisyys säädetään lisäämällä siihen kemikaaleja.
Vedenkäsittelyyn käytetään monenlaisia biofilmijärjestelmiä, kuten valuvat biosuodattimet, pyörivät biologiset kontaktorit (RBC), rakeiset biosuodattimet, kelluvat helmibiosuodattimet ja leijukerrosbiosuodattimet, kaikilla on etuja ja haittoja. Tiputussuodatin ei ole tilavuustehokas; mekaanisia vikoja on usein koettu pyörivissä biologisissa kontaktoreissa; rakeisen väliaineen biosuodattimet tarvitsevat ajoittain takaiskua ja leijukerrosreaktorit osoittavat hydraulista epävakautta. Tässä yhteydessä liikkuva petibiofilmireaktori (MBBR) kehitettiin 1980-luvun lopulla ja 1990-luvun alussa Norjassa.
Nyt MBBR:tä on sovellettu maailmanlaajuisesti yhdyskunta- ja teollisuusjätevesien käsittelyyn sekä vesiviljelyn vedenkäsittelyyn. Vesiviljelyteollisuudessa MBBR:tä käytetään pääasiassa nitrifikaatioon sekä orgaanisten aineiden poistoon. Jotta orgaanista ainetta kuluttavat heterotrofiset bakteerit eivät tukahduttaisi nitrifioivia bakteereja suurilla orgaanisella kuormituksella, MBBR:ää käytetään aina pienillä orgaanisilla kuormituksilla vesiviljelyjärjestelmässä.
Verrattuna useimpiin muihin biofilmireaktoreihin MBBR käyttää koko säiliön tilavuuden biomassan kasvattamiseen, sillä on myös merkityksetön painehäviö, eikä se tarvitse säännöllistä takaisinhuuhtelua eikä se ole herkkä tukkeutumiselle. Lisäksi biofilmikantaja-aineiden täyttöfraktio reaktorissa voidaan asettaa etusijalle. On kuitenkin suositeltavaa, että täyttöfraktioiden tulisi olla alle 70 %, jotta kantaja pysyy vapaasti reaktorissa.
MBBR on biofilmiteoriaan perustuva teknologia, jossa aktiivinen biofilmi kasvaa erityisesti suunnitelluilla muovisilla kantoaineilla (tai biomedialla), jotka on ripustettu reaktoriin. Sitä voidaan käyttää sekä aerobisissa että anaerobisissa olosuhteissa, biomedia pidetään suspendoituneena ilmastushajottimista sekoittamalla, kun taas anaerobisissa tapauksissa käytetään sekoitinta, joka pitää biomedian liikkeessä. Biomediat valmistetaan erilaisista materiaaleista ja yleisesti käytetään korkeatiheyksistä polyeteeniä, jonka tiheys on noin 0,95 g/cm 3. Maksimaalisen ominaispinta-alan (m 2 /m 3 ) aikaansaamiseksi, biomediat on suunniteltu eri muotoisia ja kokoisia.