HANDBOOK PRZETŁ V 2 lepsza - sprl.pl

Podręcznik SUSTAINAQUA

1/116

Przedmowa

1. SustainAqua – Wstęp 5

2. Zrównoważony rozwój akwakultury 8

3. Technologia i produkcja w głównych rodzajach akwakultury słodkowodnej w Europie 14 3.1. Chów stawowy 3.2. Systemy przepływowe 3.3. Recyrkulaty w akwakulturze 15 3.4. Chów sadzowy w słodkowodnych jeziorach i rzekach 16

4. Ramy prawne i zarządzanie w słodkowodnej akwakulturze europejskiej 17 4.1. Wspólna Polityka Rybacka (WPR) i powiązane dokumenty 18

4.2. Polityka w zakresie środowiska mająca duże znaczenie dla rozwoju akwakultury 21

5. Jakośc produktów i ich dywersyfikacja – mozliwości rynkowe dla hodowców rybw zakresie produktów rybnych i produktów ubocznych hodowli ryb 25

5.1. Jakość produktów – badania prowadzone w Polsce 25 5.2. Rosliny mokradlowe dla przemysłu bioenergetycznego – badania prowadzone na Węgrzech 26

5.3. Rośliny hydroponiczne i owoce tropikalne dla przemysłu kosmetycznego - badania prowadzone w Szwajcarii 27

6. Uzdatnianie wody w intensywnych systemach hodowli ryb przy użyciu mokradeł i stawów rybnych z ekstensywną produkcją ryb – badania prowadzone na Wegrzech 29

6.1. Sztuczne mokradła jako zrównoważona metoda uzdatniania ścieków pochodzących z akwakultury i produkcji cennych roślin (hodowla suma afrykańskiego) 29

6.2. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: jak oczyszczać ścieki z gospodarstwa hodowli suma? 34

6.3. Połączenie hodowli intensywnej i ekstensywnej w celu zrównoważonego zużycia wody i składników odżywczych (Intensywne-ekstensywne gospodarstwo) 39

6.4. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: projektowanie teoretycznego systemu połączonego 44

7. Udoskonalona produkcja naturalna w ekstensywnych stawach rybnych – badania prowadzone w Polsce 47

7.1. Nowe gatunki i metody stosowane stawowej hodowli ryb: model POLIKULTUROWY 47 7.2. Praktyczne zalecenia i wnioski dla hodowli wiosłonosa w polikulturze stawowej 53 7.3. Użycie składników odżywczych ze ścieków rolniczych w stawowej hodowli ryb: model kaskady w

Polsce 56 7.4. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: projektowanie modelu kaskadowego 61 8. Nowe metody hodowli pstrąga prowadzące do redukcji ścieków gospodarczych – badania w Danii 64 8.1. Wstęp – Ogólny opis badania 64 8.2. Pasza i żywienie – wpływ modelu gospodarstw hodowli pstrąga na środowisko 65 8.3. Zużycie energii w modelowych gospodarstwach hodowli pstrągów 69

8.4. Uprawa roślin stawowych w lagunach w gospodarstwach modelowych 71

8.5. Uprawa alternatywnych gatunków ryb w lagunach osadowych w gospodarstwach modelowych

72 8.6. Podsumowanie – Czynniki sukcesu i ograniczenia 74 8.7. Od stadium przypadku do gospodarstwa rybnego: jak zarządzać modelowym gospodarstwem

produkującym 500 ton ryb rocznie (Modelowe gospodarstwo hodowli pstraga Ejstrupholm) 74

9. Hodowla tilapii w systemach recyrkulowanych – badania prowadzone w Holandii 75 9.1. Model z reaktorem do denitryfikacji gnojówki - Manure Denitrifying Reactor (MDR) 77


2/116

9.2. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: użycie reaktora denitryfikującego USB-MDR w recyrkulacie o produkcji 100 MT (ton metrycznych) tilapii 81

9.3. Model z zastosowaniem skrubera peryfitonowo-glonowego) 101

9.4. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: jak zarządzać modelowym stawem rybnym produkującym 5 ton metrycznych ryb rocznie z zastosowaniem skrubera peryfitonowo-glonowego 102

10. Polikulturowa produkcja tropikalna ze zintegrowaną koncepcją “Tropenhaus” – badania prowadzone w Szwajcarii 104

10.1. Wstęp – ogólna koncepcja Tropenhaus w Szwajcarii 104 10.2. Połączona produkcja skorupiaków i tilapii oraz pasza rybna z roślin tropikalnych 105 10.3. Filtr hydroponiczny z użyciem ciepłej wody w “tropikalnym” systemie polikulturowym 107 10.4. Od badania do gospodarstwa rybnego: Projekt systemu filtrów wodnych z ciepłą wodą w

“Tropenhaus Wolhusen” 109

Bibliografia i zalecenia do dalszej lektury

Podziękowania


3/116

Przedmowa

Na całym świecie następuje szybki rozwój akwakultury, spowodowany zarówno silnie wzrastającym popytem na produkty rybne, jak również zmniejszającymi się zasobami ryb w morzach i oceanach. W celu uniknięcia błędów popełnionych przez europejskie sektory rolnictwa i rybołówstwa, w chwili obecnej i w przyszłości, hodowcy ryb, zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju, powinni dążyć w kierunku przyjaznej środowisku, a jednocześnie o dobrej kondycji ekonomicznej i akceptowanej społecznie akwakultury. Każdy hodowca ryb, niezależnie od tego czy hoduje je w stawach czy przy użyciu systemów recyrkulowanych (RAS), boryka się z podobnymi problemami: jak ulepszyć wykorzystanie składników odżywczych w celu obniżenia kosztów paszy, poprawy wydajności procesu produkcyjnego i zmniejszenia utraty składników odżywczych w filtracie? W jaki sposób usprawnić oczyszczanie ścieków i zmniejszyć ich objętość w celu obniżenia kosztów? W jaki sposób sprostać wszystkim wymogom i ograniczeniom prawnym i udowodnić konsumentom, że oferują produkty najwyższej jakości, powstałe przy użyciu przyjaznych środowisku metod, jednocześnie zapewniając sobie wystarczający do życia i opłacenia pracowników dochód? Projekt SustainAqua, finansowany przez Komisję Europejską, stanowi próbę udzielenia odpowiedzi na wiele z tych pytań. Główny cel SustainAqua, jakim jest wzmocnienie zrównoważonego rozwoju europejskiej akwakultury słodkowodnej poprzez optymalizację metod produkcji, wskazanie potencjalnych zastosowań rynkowych oraz poprawę jakości produktu, realizowany jest poprzez pięć różnych badań prowadzonych w Europie, obejmujących najważniejsze gatunki hodowlanych ryb słodkowodnych. Przeprowadzono badania w zakresie różnych metod pozwalających na zrównoważony rozwój gospodarstw rybackich w Europie – od systemów ekstensywnej i pół-intensywnej hodowli w stawach, przeważającej w Europie Wschodniej i Centralnej, do intensywnych metod hodowli z wykorzystaniem recyrkulatów stosowanych w zachodniej i północnej części kontynentu. Ich wyniki opisane są w podręczniku SustainAqua. We wstępie omówiono znaczenie “zrównoważonego rozwoju” dla akwakultury. Przedstawiono wskaźniki zrównoważonego rozwoju, przeznaczone do oceny poszczególnych badań prowadzonych w ramach projektu SustainAqua. Mając na uwadze późniejszą ocenę stosowanych w badaniach modeli hodowli ryb, zaprezentowano różne technologie stosowane w sektorze akwakultury, takie jak chów stawowy, chów w stawach przepływowych oraz systemy recyrkulowane (RAS). Jak powszechnie wiadomo, praca hodowców ryb i rozwój gospodarstw rybnych są zależne w dużej mierze od różnorakich rozporządzeń krajowych i europejskich, dotyczących sektora akwakultury. Przybliżono więc europejski system regulacyjny. Doskonała, sprawdzona jakość ryb oraz innowacyjne zastosowanie produktów ubocznych akwakultury są ważnymi kryteriami w zmaganiach z rosnącą konkurencją rynkową. Jeden z rozdziałów podręcznika przedstawia wpływ różnych systemów hodowli na jakość produktu oraz możliwe zastosowania rynkowe dla produktów ubocznych akwakultury. Najważniejszą część podręcznika stanowią opisy poszczególnych modeli badanych w ramach pięciu programów badawczych SustainAqua. Badania prowadzone na Węgrzech i w Polsce obejmują tradycyjne stawy hodowlane Centralnej Europy. Na Węgrzech oczyszczanie wody w intensywnych hodowlach prowadzonych w stawach przepływowych zostało usprawnione poprzez zastosowanie biofiltrów. Dodatkowo zaprezentowano zalety połączenia intensywnej i ekstensywnej akwakultury w celu bardziej racjonalnego użycia wody i składników odżywczych. Badania prowadzone w Polsce łączyły akwakulturę z wymogami nowoczesnego gospodarstwa rolniczego. W kaskadowym systemie stawów użyto nawozu pochodzenia zwierzęcego do produkcji planktonu jako karmy dla polikultury karpia. W odpowiedzi na ogólny spadek popytu na karpia we wschodniej Europie wprowadzono wiosłonosa jako nowy gatunek do tradycyjnej polikultury w celu dywersyfikacji produkcji gatunku, lepszego użycia składników odżywczych i poprawienia rentowności gospodarstwa rybnego. W Danii i Holandii przeprowadzono badania technologii stosowania zewnętrznych i wewnętrznych systemów recyrkulacji. W Danii badaniami objęto hodowlę pstrąga tęczowego w tzw. gospodarstwach modelowych w celu optymalizacji żywienia, zmniejszenia oddziaływania na środowisko i obniżenia kosztów energii. W Holandii natomiast zbadano intensywną hodowlę tilapii w systemach recyrkulowanych (RAS), przy użyciu dwóch różnych modeli hodowli – pierwszy z reaktorem denitryfikującym gnojówkę (ang. Manure Denitrifying Reactor), a drugi ze skruberem peryfitonowo-glonowym (ang. Periphyton Turf Scrubber) , zastosowanych w celu zmniejszenia zużycia wody, energii i emisji składników odżywczych. Badania prowadzone w Szwajcarii, unikalne na skalę europejską, wzbogaciły projekt o hodowlę tilapii i owoców egzotycznych w polikulturze, w systemie szklarniowym, przy użyciu darmowego ciepła odpadowego, w celu udowodnienia, że odpady mogą być stosowane jako wielofunkcjonalne źródło do produkcji opłacalnych pod ekonomicznym i ekologicznych ryb i produktów dodatkowych. Rozdział „Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego” pokazuje praktyczne zastosowanie wyników naszych badań w gospodarstwach hodowlanych. Przedstawiono w nim informacje niezbędne do


4/116

wdrożenia modeli hodowli, poprzedzone ogólnym opisem, zasadami, oceną wskaźników zastosowanych przez SustainAqua, sukcesami i ograniczeniami, jak również głównymi korzyściami. Akwakultura ryb słodkowodnych w Europie ma przed sobą duże wyzwania, ale też jasną przyszłość. Zależy ona jednak od tego, czy naukowcy i przemysł podejmą wspólne starania dalszego rozwoju i wdrożenia metod oraz technologii pozwalających na stworzenie zrównoważonej akwakultury w zrównoważonej społeczności europejskiej. Mgr inż. Alexandra Oberdieck Prof. dr. Johan VerrethBremerhaven, Germany, czerwiec 2009 Wageningen, Holandia, czerwiec 2009Koordynator projektu SustainAqua Kierownik ds. naukowych projektu SustainAqua

Podręcznik SUSTAINAQUA SustainAqua –

5/116

1. SustainAqua – Wstęp

Europejscy hodowcy ryb słodkowodnych toczą walkę na dwóch frontach. Z jednej strony, postępująca globalizacja zmusza ich do stawienia czoła rosnącej konkurencji ze strony producentów z krajów o dużo niższych kosztach produkcji. Z drugiej strony, muszą oni sprostać rosnącym wymaganiom legislacji, zarówno europejskiej, jak i krajowej, w kwestii jakości produktów, ochrony środowiska i zdrowia. Istnieją również ograniczenia prawne w stosunku do emisji ścieków, poboru wody, użycia substancji chemicznych i modyfikacji genetycznych. Sukces europejskiego sektora akwakultury ryb słodkowodnych zależy w dużej mierze od tego, czy hodowcy sprostają tym wymaganiom.

Koncepcja projektu SustainAqua SustainAqua to 3-letni zespołowy projekt badawczy, finansowany przez Unię Europejską w ramach Szóstego Programu Ramowego, mający na celu stworzenie bardziej zrównoważonej akwakultury w Europie i jednocześnie zwiększenie konkurencyjności hodowców ryb. Ogólnym celem projektu jest szerzenie wiedzy wśród europejskich hodowców ryb słodkowodnych poprzez szkolenia mające na celu: usprawnienie metod produkcji, wzrost wydajności i rentowności, szukanie potencjalnych zastosowań rynkowych dla produktów ubocznych akwakultury, w obrębie

alternatywnych gałęzi przemysłu, takich jak branża energetyczna czy kosmetyczna, wzrost jakości produktów (smak, wartości odżywcze) jako narzędzia marketingowego do poprawy

akceptacji konsumenta dla hodowlanych ryb słodkowodnych, tym samym uzyskanie poprawy wizerunku sektora.

Poprzez koncentrację na zrównoważonych metodach produkcji, projekt ma na celu poprawę wizerunku sektora i jego produktów w oczach konsumentów i potencjalnych klientów. Projekt przedstawia szereg technologicznych rozwiązań oraz informacji mających na celu poprawę różnych konwencjonalnych systemów stosowanych w akwakulturze. Nowe technologie mają znacznie niższe koszty konstrukcji, utrzymania i eksploatacji niż systemy konwencjonalne, w szczególności w odniesieniu do oczyszczania ścieków.

Badania – zastosowane metody Mając na uwadze realizację głównych celów, zespół projektowy zaplanował przeprowadzenie pięciu różnych projektów badawczych na Węgrzech, w Polsce, w Holandii, w Danii i w Szwajcarii. Każdy temat badawczy obejmuje jeden z reprezentatywnych systemów akwakultury i gatunków ryb słodkowodnych hodowanych w Europie, takich jak pstrąg, karp, tilapia i sum. W każdym projekcie badawczym zostaną opracowane i zanalizowane różne metody optymalizacji procesów produkcji, poprawy jakości i dywersyfikacji produktów. W szczególności, zespół projektowy oceni: różne technologie pozwalające na optymalizację gospodarowania składnikami odżywczymi, wodą i

energią poprzez (a) redukcję kosztów energii poprzez poprawę wydajności zużycia energii; (b) redukcję kosztów oczyszczania ścieków poprzez zmniejszenie objętości i emisji ścieków; (c) redukcję kosztów paszy dla ryb poprzez zwiększenie wydajności zużycia składników odżywczych; (d) redukcja kosztów pracy na jednostkę wytworzonego produktu;

dywersyfikację najczęściej stosowanych europejskich systemów akwakultury ryb słodkowodnych, smak i wartości odżywcze ryb hodowanych w różnych systemach produkcyjnych, skład i wartość ekonomiczną różnych produktów ubocznych akwakultury, Zespół projektowy zamierza zastosować wysoce skuteczne zasady gospodarowania składnikami

odżywczymi spotykane w systemach naturalnych do konkurencyjnych systemów akwakultury. Jednym z przykładów jest skuteczne gospodarowanie składnikami odżywczymi podczas produkcji ryb. Materia organiczna zostanie zużyta w możliwie największym stopniu do produkcji zbywalnych produktów, takich jak bezkręgowce, glony oraz rośliny mające zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Tak zoptymalizowany łańcuch obiegu składników odżywczych pozwala na obniżenie objętości ścieków, uniknięcie stosowania drogiego oczyszczania ścieków i technologii filtrów oraz obniża koszty. Zasady te zostały są sprawdzane w różnych, ekstensywnych, pół-intensywnych oraz intensywnych systemach hodowli ryb.

Ponieważ zdrowie i smak są czynnikami ważnymi dla konsumenta, zespół projektowy sprawdzi poprzez profesjonalne testy sensoryczne i analityczne, czy planowana optymalizacja będzie miała wpływ na jakość produktów rybnych.


6/116

Krótkie wprowadzenie do pięciu projektów badawczych Badania prowadzone na Węgrzech obejmują hodowlę suma afrykańskiego i europejskiego w zbiornikach i sadzach umieszczonych w stawach, jak również oczyszczanie ścieków w połączonych ze sobą stawach, w których hoduje się różne gatunki karpia oraz rośliny mokradłowe, takie jak wierzba i trzcina. Są one uprawiane jako produkty uboczne, a jednocześnie spełniają rolę opłacalnych i skutecznych systemów oczyszczania ścieków. Dodatkowo badane są możliwości użycia tych roślin jako odnawialnych źródeł bioenergii. W Szwajcarii tilapia hodowana jest w systemie hydroponicznym wraz z owocami tropikalnymi – produktami dodatkowymi, takimi jak banany, mango i guawa. Hodowla zwana „Tropenhaus Ruswil” to polikulturowy system umieszczony w szklarni o powierzchni 1 500m², w którym jako źródła energii używa się ciepła odpadowego pochodzącego z gazu naturalnego. Badania mają na celu udowodnienie, że odpady mogą być stosowane jako wielofunkcjonalne źródło do produkcji opłacalnych pod względem ekonomicznym i ekologicznych ryb oraz produktów dodatkowych w systemach polikulturowych. Projekt badawczy prowadzony w Polsce obejmuje hodowle karpia w dwóch systemach modelowych. Jednym z celów jest produkcja paszy z oczyszczonych ścieków, przy użyciu kaskadowego systemu stawów, w których organiczne odpady rolne użyte są do produkcji biomasy ryb i roślin. Pozwala to na hodowlę ryb bez użycia zewnętrznych źródeł pożywienia. Dodatkowo wprowadzono nowe gatunki do tradycyjnej polikultury, w celu dywersyfikacji produkcji gospodarstw rybnych i poprawienia rentowności gospodarstw hodujących karpie. Badania prowadzone w Holandii obejmują intensywną hodowlę tilapii w recyrkulatach (RAS), przy zastosowaniu dwóch eksperymentów z reaktorem do denitryfikacji nawozu (ang. Manure Denitrifying Reactor (MDR) oraz ze skruberem peryfitonowo-glonowym (ang. Periphyton Turf Scrubber) (płuczka z glonami i biomasą umożliwiającą usunięcie zanieczyszczeń z wody). Celem jest zmniejszenie zużycia wody poniżej 25 litrów/kg paszy, obniżenie zużycia energii i emisji rozpuszczonego i stałego azotu, fosforu, dwutlenku węgla oraz materii organicznej. W Danii projekt badawczy obejmuje hodowlę pstrąga tęczowego w ośmiu modelowych gospodarstwach hodowlanych. Celem jest optymalizacja żywienia i zarządzania gospodarstwem oraz ograniczenie oddziaływania na środowisko i kosztów energii. Modelowe gospodarstwa łączą różne technologie pochodzące z intensywnych hodowli ryb w recyrkulatach z oczyszczaniem ścieków poprzez filtry gruntowo-roślinne w celu osiągnięcia znacznego wzrostu produkcji ryb przy jednoczesnym zmniejszeniu lub wręcz wyeliminowaniu oddziaływania na środowisko.

Znaczenie zrównoważonego rozwoju Zrównoważony rozwój akwakultury jest niezbędny, aby uniknąć losu sektora rybołówstwa. Około 75 % najcenniejszych zasobów ryb morskich zostało calkowicie wyłowionych bądź znacznie przełowionych. W tym samym czasie światowa konsumpcja ryb wzrosła z 45 milionów ton w 1973 roku do ponad 130 milionów ton w 2000 roku, a FAO szacuje, że dodatkowo 40 milionów ton produktów akwakultury będzie potrzebne w roku 2030 aby utrzymać obecny poziom konsumpcji. Aby sprostać tym rosnacym wymaganiom w dłuższej perspektywie czasu, trzeba rozwinąć zrównoważone alternatywy. Najbardziej obiecującą alternatywą jest sektor akwakultury. Z tempem wzrostu na poziomie 8% rocznie od lat 80-tych akwakultura jest prawdopodobnie najszybciej rozwijającą się branżą przemysłu spożywczego, która dziś produkuje prawie 50% ryb w skali globalnej, w porównaniu do 9% w roku 1980.

Przekazywanie wiedzy Projekt SustainAqua, wraz z poszczególnymi modelami AQUA+ , dostarcza różnych praktycznych technik oraz szerokiej wiedzy na temat ulepszania konwencjonalnych systemów akwakultury, mając na celu poprawienie rentowności procesów produkcji, zmniejszenie negatywnego oddziaływania na środowisko, poprawę jakości oraz dywersyfikację produktów. Podane rozwiązania pomogą hodowcom ryb dostosować się do istniejących i planowanych ram legislacyjnych na szczeblu europejskim i krajowym oraz do przyszłych zrównoważonych standardów jakości oraz Kodeksów Postępowania, będących ważnym elementem strategicznym w reklamie hodowli. Większość modeli AQUA+ posiada jednocześnie więcej niż jedną funkcję, jak na przykład oczyszczanie ścieków, skuteczne wykorzystanie składników odżywczych oraz produkcję ekonomicznie opłacalnych produktów ubocznych. Dywersyfikacja produktów hodowli zapewni hodowcom ryb większość elastyczność oraz odporność na zawirowania rynkowe. Wiedza zdobyta w wyniku przeprowadzonych badań zostanie przekazana poprzez 22 seminaria szkoleniowe dla hodowców ryb, zaplanowane w maju i czerwcu 2009 roku w Austrii, Danii, Niemczech, na Węgrzech, w Polsce, Szwecji, Hiszpanii I Turcji oraz w seminaria e-learning. Szkolenia i działania o charakterze informacyjnym obejmują niniejszy podręcznik, wikipedię SustainAqua (http://wiki.sustainaqua.org) oraz platform e-learning, podsumowujące korzyści, ryzyka oraz koszty, kryteria sukcesu oraz informacje techniczne na temat poszczególnych modeli badawczych. Osiem kontaktów


7/116

krajowych, koordynowanych przez odpowiednie stowarzyszenia hodowców ryb będzie służyło jako platformy doradcze dla hodowców nawet po zamknięciu projektu. Będą one zapewniały dostęp do wiedzy uzyskanej w projekcie. Z pomocą tych narzędzi hodowcy zyskają możliwość przeprowadzenia restrukturyzacji części lub całości gospodarstwa w celu stworzenia bardziej zrównoważonego, wydajnego przedsiębiorstwa, przy długofalowych korzyściach natury ekonomicznej i ekologicznej. Niezbędne informacje znajdują się na stronie www.sustainaqua.org.

Podręcznik SUSTAINAQUA Zrównoważony rozwój akwakultury

8/116

2. Zrównoważony rozwój akwakultury

Słowo “zrównoważoność” lub “zrównoważony rozwój”, często używane jedynie jako hasłowo, w rzeczywistości kryje w sobie wiele znaczeń. To koncepcja gwarantująca, że środowisko nadawać się będzie do życia w długim okresie czasu, obejmująca co najmniej trzy podstawowe składniki zrównoważonego rozwoju: zachowanie funkcjonalnego środowiska, dobrobyt ekonomiczny i sprawiedliwość społeczną. Podobnie w dziedzinie akwakultury dążenie do zrównoważonego rozwoju znaczy nie tylko osiągnięcie celów środowiskowych, ale także zapewnienie jasnych korzyści ekonomicznych dla hodowców ryb w dłuższym okresie czasu. Jednak określenie „zrównoważony rozwój” bywa często rozmyte i osłabione, kiedy używane jest przez polityków, przedsiębiorców i społeczeństwo w sensie ogólnym swego znaczenia, często w błędnym kontekście i źle zdefiniowane, jedynie w celu podkreślenia pozytywnego sensu tego słowa (tak jak to się działo ze słowami z przedrostkiem „bio” lub „eko” w latach dziewięćdziesiątych). Poniżej wyjaśnimy w jakim kontekście został zaplanowany i przeprowadzony projekt SustainAqua. Pokazany zostanie krótki zarys kontekstu i oryginalna definicja określenia “zrównoważony rozwój”, pojęcie “zrównoważonego rozwoju w akwakulturze” oraz jego zastosowanie w projekcie SustainAqua.

Wprowadzenie – kontekst „zrównoważonego rozwoju" Jedno z istotnych źródeł pochodzenia określenia „zrównoważony rozwój” znajdziemy w raporcie „Nasza wspólna przyszłość”, znanym pod nazwą Raport Brundtlanda. Jego kluczowe przesłanie głosi, że zrównoważony rozwój odpowiada potrzebom obecnych pokoleń bez przekreślania możliwości zaspokojenia własnych potrzeb przez przyszłe pokolenia. Tak rozumiany zrównoważony rozwój (w rolnictwie, leśnictwie i rybołówstwie) chroni ziemię, wodę, rośliny i zwierzęta, nie powoduje degradacji środowiska, jest właściwy pod względem technologii, ekonomicznie opłacalny i społecznie akceptowany. Zrównoważony rozwój oparty jest na założeniach długoterminowych i przedstawia podejście integracyjne, a nie sektorowe. Określenie „zrównoważony rozwój” ma zwykle trzy wymiary: ekologiczny, ekonomiczny i społeczny. Wszystkie te wymiary są równie ważne i oddziaływają na siebie wzajemnie. Nie mogą zostać rozdzielone. Ten model złożony z trzech wymiarów o równym znaczeniu został po raz pierwszy użyty w celu poprawienia pozycji spraw środowiskowych. Od tego czasu, biorąc pod uwagę zależność jednego wymiaru od drugiego, model został skrytykowany za niedostateczne pokazanie, że ekonomia i społeczeństwo przede wszystkim zależą od środowiska naturalnego i jego zasobów (patrz Rys. 1).

Ekonomia Społeczeństwo Przyroda

Rys. 1: Ramy zrównoważonego rozwoju

Jednak na początku XXI wieku musimy jasno powiedzieć, że w celu osiągnięcia zrównoważonego rozwoju konieczna jest bliższa integracja pomiędzy trzema celami. W chwili obecnej, największy nacisk położony jest na ekonomię, przy jednoczesnym zaniedbaniu celów społecznych i środowiskowych. Istnieje więc pilna potrzeba „zrównoważenia” trzech filarów zrównoważonego rozwoju poprzez położenie większego nacisku na aspekt środowiskowy w celu zrekompensowania obecnej przewagi aspektu ekonomicznego. Niewątpliwie w tym procesie należy wziąć pod uwagę Deklarację z Rio w sprawie Środowiska i Rozwoju, podkreślając, że ochrona środowiska musi stanowić integralną część całego procesu rozwoju i nie może być brana pod uwagę w odosobnieniu. Ogólnie przyjmuje się, że każde działanie w przemyśle, rolnictwie czy akwakulturze musi być uzasadnione opłacalnością ekonomiczną. Znalezienie sposobu na zrealizowanie wszystkich trzech


9/116

Rys. 2: Trzy poziomy zakresu systemu, dla którego chcemy

określić zrównoważoność w SustainAqua 1-poziom gospodarstwa, 2- czynniki bezpośrednio związane z procesem

hodowlanym 3- czynniki pośrednio związane w procesem hodowlanym

celów zrównoważonego rozwoju jest zadaniem polityków i społeczeństwa. Ważnym narzędziem do osiągnięcia stanu „zrównoważoności” w trzech wymiarach jest zbadanie i wdrożenie innowacyjnych i optymalnych technologii. Taki jest właśnie cel projektu SustainAqua w dziedzinie akwakultury ryb słodkowodnych.

Zrównoważony rozwój w akwakulturze Akwakultura, podobnie jak inne rodzaje produkcji spożywczej i praktyki przemysłowe ma przed sobą wyzwanie w postaci zrównoważonego rozwoju. Akwakultura rozwinęła się gwałtownie w ostatnich 50 latach. Produkcja ryb wzrosła z 1miliona ton w roku 1950 do 51,7 miliona ton w roku 2006. Połowy osiągane w rybołówstwie utrzymywały się na stałym poziomie, z wyraźną obecnie tendencją spadkową, podczas gdy akwakultura rozwija się bardziej dynamicznie niż inne sektory produkcji zwierzęcej. Akwakultura będzie nadal grała ważną i stale rosnącą rolę w światowym przemyśle rybnym, pozwalając sprostać rosnącemu popytowi na produkty rybne na świecie. Należy więc nadal dążyć do bardziej zrównoważonych, skutecznych i opłacalnych praktyk produkcyjnych w akwakulturze poprzez poprawienie wydajności, użycia zasobów oraz zarządzania środowiskiem. Szczególnie w tym kontekście, projekt SustainAqua odgrywa znaczną rolę. SustainAqua jest pierwszym projektem poszukującym konkretnych rozwiązań technicznych i metodologicznych, jednocześnie oferującym różnorodne formy szkoleń w celu poinformowania hodowców ryb o złożonych wynikach projektu, który ma na celu dążenie do bardziej zrównoważonej hodowli ryb w Europie. Kodeksy postępowania, wskaźniki zrównoważonego rozwoju oraz systemy certyfikacji powinny być opracowane i stale uaktualniane w ramach różnych inicjatyw podejmowanych zarówno na poziomie krajowym, jak europejskim i światowym, w celu osiągnięcia wspólnego zrozumienia zrównoważonego rozwoju w akwakulturze przez wszystkie zainteresowane podmioty oraz wskazania drogi do osiągnięcia zrównoważoności w praktyce. Oto niektóre z nich: "Kodeks Odpowiedzialnego Rybołówstwa", sformułowany przez FAO(1995) "Kodeks Europejskiej Akwakultury" sformułowany przez FEAP (2000), obecnie poddawany rewizji “Podręcznik tworzenia wskaźników zrównoważonego rozwoju w akwakulturze”, wydany przez

EVAD(2008) Porozumienie Światowej Unii Akwakultury (GAA) oraz GLOBALGAP w celu opracowania i

zharmonizowania systemów certyfikacji dla sektora akwakultury na całym świecie (2009) Dla przykładu, w ramach unijnego projektu CONSENSUS (2005-2008), zatytułowanego "Zaangażowanie zainteresowanych podmiotów w opracowanie protokołów zrównoważonej akwakultury w Europie", opracowano zestaw wskaźników zrównoważonego rozwoju jako podstawy systemu certyfikacji oraz w celu przeprowadzenia analizy porównawczej, w oparciu o ograniczony wpływ na środowisko, dużej konkurencyjności i odpowiedzialności etycznej w stosunku do bioróżnorodności i dobrostanu zwierząt. Wszystkie najważniejsze organizacje i zrzeszenia związane z akwakulturą wzięły udział w projekcie. Project SustainAqua uczestniczył w projekcie CONSENSUS poprzez prowadzenie badań różnych nowych rozwiązań technologicznych mających na celu wprowadzenie bardziej zrównoważonych rozwiązań do różnych systemów hodowli ryb słodkowodnych w Europie (patrz rozdział 1). Tak więc, definicja zrównoważonego rozwoju zawarta w niniejszym podręczniku ma przede wszystkim na celu wyznaczenie właściwego kierunku badań prowadzonych w ramach projektu SustainAqua, pozwalającego na wypracowanie metod i technologii dla bardziej zrównoważonej produkcji w akwakulturze w Europie. W ten sposób SustainAqua staje się zapowiedzią przyszłych zmian w prawodawstwie oraz systemie etykiet, będących nadal w fazie dyskusji oraz podaje wskazówki i rozwiązania technologiczne dla bardziej zrównoważonych praktyk w akwakulturze. W ten sposób przyczynia się do uzyskania zgodności z przyszłymi, jeszcze niewdrożonymi etykietami i prawodawstwem.

Zakres systemu Aby „zrównoważony rozwój w akwakulturze” był możliwy do wdrożenia w praktyce i skutecznie zarządzany, należy wytyczyć zakres systemu, dla którego określamy znaczenie zrównoważoności. Dla potrzeb projektu SustainAqua, można wyróżnić trzy zakresy, zilustrowane na rysunku 2: 1. „Poziom gospodarstwa hodowlanego”: obejmuje

czynniki, na które hodowca może mieć bezpośredni wpływ, jak na przykład, jakość wody, składniki odżywcze, zarządzanie energią, zdrowie ryb itp.


10/116

2. „Drugi poziom": obejmuje czynniki bezpośrednio związane z procesami hodowlanymi, na które hodowca nie ma bezpośredniego wpływu, ale na które mógłby mieć wpływ w razie konieczności lub chęci. Są to między innymi: jakość paszy, skład paszy i sposób jej przyrządzania, długość odcinków na których transportowana jest pasza, rodzaj energii stosowanej w gospodarstwie (odnawialna lub nieodnawialna), rynek produktów (daleko od gospodarstwa – długi transport, blisko – krótki transport), itp. Hodowca może także przenieść pewne czynniki z poziomu drugiego do poziomu gospodarstwa, np. produkując paszę w gospodarstwie, używając energii produkowanej w gospodarstwie lub sprzedając produkty bezpośrednio w gospodarstwie.

Dwa pierwsze poziomy mają największe znaczenie w projekcie SustainAqua. 3. „Poziom trzeci": obejmuje czynniki, które są jedynie pośrednio związane z procesem hodowlanym, na

które zwykle hodowca nie ma wpływu. Czynniki te to na przykład zrównoważony charakter opakowania (produkcja, materiał itp. ), rodzaj opału użytego w transporcie ryb itp.

SustainAqua kładzie nacisk przede wszystkim na proces hodowli („poziom gospodarstwa"). Czynniki najistotniejsze dla poziomu drugiego to produkcja paszy dla ryb, produkcja energii, energia użyta do dostarczania wody, transport oraz potencjalne rynki zbytu. Nie należy zapominać, że „poziom legislacyjny”, obejmujący rozporządzenia na poziomie europejskim, krajowym lub regionalnym, musi być także brany pod uwagę. Legislacja ma wpływ na wszystkie poziomy w różny sposób, a nie ma na nią wpływu hodowca. W projekcie SustainAqua brane są pod uwagę tylko te rozporządzenia, które dotyczą poziomu pierwszego lub drugiego.

Wskaźniki zrównoważonego rozwoju i certyfikacja Ograniczona dostępność naturalnych zasobów, jak również wzrastające ceny energii powodują, że Konieczny jest zrównoważony rozwój akwakultury. Chociaż czynione są ku temu starania, pozostaje jeszcze daleka droga do przejścia. W porównaniu do innych rodzajów produkcji zwierzęcej, zrównoważony rozwój jest szczególnie istotny dla akwakultury z uwagi na jej udział w użytkowaniu ważnych zasobów naturalnych takich jak woda, mokradła, tereny przybrzeżne, a jednocześnie użycie dziko żyjących ryb na paszę i rekrutację w stadzie. Zrównoważony rozwój danej działalności i jego pomiar nie jest zjawiskiem statycznym, ponieważ z definicji zawiera aspekty ekonomiczne, środowiskowe i społeczne (Rys. 3). Każde zrozumienie zrównoważonego rozwoju obejmuje oprócz niezmiennych faktów również wartości społeczne, które można dyskutować i które zmieniają się w czasie. Oznacza to, że nie we wszystkich przypadkach można jasno określić, czy proces ma charakter zrównoważony, czy też nie. Często następuje też przejście od procesu niezrównoważonego do zrównoważonego.

Praca, zdrowe i pożywne jedzenie, odnawialne zasoby

Energia słoneczna Obieg składników odżywczych i kationów zasadowych Rentowność

Rys. 3: Zrównoważona akwakultura słodkowodna obejmuje aspekty ekologiczne, ekonomiczne i społeczne

Różne, wymienione powyżej kodeksy postępowania i zbiory kryteriów próbują rozwiązać ten problem, mając na celu wspieranie zrównoważonej produkcji w akwakulturze. Dotychczas nie stworzono jednak wyczerpujących i praktycznych kryteriów, wskaźników czy związanych z nimi systemów etykietowania, które mogłyby rzeczywiście poświadczyć zrównoważony charakter produktu rybnego. Projekt SustainAqua ma na celu szukanie rozwiązań dla tego problemu poprzez różnorodne działania (patrz powyżej). Jak już


11/116

wspomniano, zadaniem SustainAqua nie jest konkurowanie z już istniejącymi systemami wskaźników, opracowanych w ramach projektów otwartych na szeroki wachlarz zainteresowanych udziałowców, np. projektu CONSENSUS. Wybrane i przedstawione poniżej kryteria powstały w oparciu o 5 projektów badawczych, prowadzonych w ramach SustainAqua . Powinny one dać wyraźne wskazówki do poprawy zrównoważonego rozwoju gospodarstw rybnych. Służą one przede wszystkim wskazaniu wymiernego ukierunkowania możliwości przeniesienia i praktycznego zastosowania badań przeprowadzonych w pięciu projektach badawczych SustainAqua w celu stworzenia użytecznych metod i technologii stworzenia bardziej zrównoważonej produkcji w europejskiej akwakulturze. Celem nie jest ocena, czy gospodarstwo hodowli ryb słodkowodnych ma charakter zrównoważony, ale wskazanie wyraźnego kierunku na drodze do skutecznego zrównoważonego rozwoju w przypadku projektu badawczego lub gospodarstwa hodowlanego .

Wskaźniki zrównoważonego rozwoju w projekcie SustainAqua Zespół projektowy SustainAqua opracował na początku projektu 28 wskaźników dla trzech wymiarów zrównoważonego rozwoju, obejmujących aspekty środowiskowe, ekonomiczne i społeczne. Jednak, ponieważ projekt SustainAqua nie mógł objąć wszystkich aspektów badawczych, mających na celu poprawę zrównoważonego rozwoju gospodarstwa hodowli ryb, w ramach pięciu badaniach prowadzonych w ramach projektu wybrano osiem wskaźników, wskazanych w tabeli 1. Zostały one wybrane na podstawie następujących kryteriów: Ważny dla danego działania: Wskaźnik jest wrażliwy na zmiany w zakresie zarządzania w zależności

od celu i jest potrzebny do oceny, czy uczestnik dąży do realizacji celu czy nie. Wiarygodność: Wskaźnik jest zrozumiały dla uczestnika. Wymierność: można zmierzyć wskaźnik. Wykonalność: Można zmierzyć i zarejestrować wskaźnik w ramach środków przewidzianych w

projekcie (budżet, czas)

Kos

zty

prod

ukcj

i

Wzrost wydajności wytwarzania na jednostkę pracy

Zużyty czas pracy na produkt na poziomie gospodarstwa (w oparciu o założenie modelowe)

h/kg produktu

Och

rona

prz

ed

zaw

irow

ania

mi

rynk

owym

i

Poprawa bezpieczeństwa produktu/ zdrowia ryb: zmniejszenie ilości zachorowań Leczenie/ cykl produkcyjny Leczenie/ cykl produkcyjny

Tabela 1: Wskaźniki zrównoważonego rozwoju dla pięciu projektów badawczych SustainAqua

Wymiar środowiskowy

Szczególny cel/ kryterium Wskaźnik Jednostka

Ener

gia

Wydajność energetyczna: jak największa redukcja poboru energii

Pobór energii na wydajność produkcyjną (ryby, biomasa)

Wydajność kWh/ kWh (zróżnicowana dla różnych produktów)

Nakład: redukcja poboru wody z poza systemu (ponowne użycie wody w jak największym stopniu)

Pobór wody na produkt (ryby,biomasa ) l/kg produktu

Wod

a

Wydajność: redukcja objętości ścieków (aspekty jakości patrz składniki odżywcze / wydajność)

Wypływ na produkt (ryby, biomasa) –bez ewapotranspiracji i wycieków, ale z opadami

l/kg produktu

Skuteczność użycia: jak najskuteczniejsze użycie składników odżywczych (wyprodukowanie jak największej ilości, jak najlepszej jakości produktów rynkowych z pewnej jednostki składników odżywczych)

Skuteczność zatrzymywania składników odżywczych ( ang. Nutrient retention efficiency - NRE) – zatrzymanie składników odżywczych w produkcie na kg poboru składników odżywczych do systemu (ryby, biomasa)

kg składników odżywczych (N, P, ChZT) zatrzymanych w produkcie/kg wkładu składników odżywczych [%] (całkowite zapotrzebowanie tlenu obliczane na podstawie ChZT i N)

Wydajność (patrz woda): redukcja objętości ścieków (składniki odżywcze, składniki mineralne i straty materiałów organicznych)

Ilość składników odżywczych / jakość ścieków

N, P, ChZT, przewodzenie elektryczne wydzielone na kg otrzymanego produktu

Skł

adni

ki o

dżyw

cze

Ponowne użycie składników odżywczych dla produktów ubocznych (produkcja produktów ubocznych w gospodarstwie rybnym)

Zatrzymanie składników odżywczych w ponownie użytych N/P dla produktów ubocznych

kg zatrzymanych składników odżywczych na kg wkładu składników odżywczych do systemu w całości [%]

Wymiar ekonomiczny

Szczególny cel/ kryterium Wskaźnik Jednostka


12/116

W rozdziałach poświęconych poszczególnym projektom badawczym będziemy często odnosić się do podanych wskaźników, ponieważ stanowią one podstawę do oceny pięciu badań w ramach projektu SustainAqua oraz do praktycznego zastosowania ich wyników. Pozostałe 20 wskaźników nie zostało nigdy szczegółowo zmierzonych lub ocenionych, ponieważ leżało to poza ramami projektu. Wśród nich były na przykład wskaźniki takie jak „woda i klimat”: wsparcie lokalnej stabilizacji klimatu poprzez wzrost ewapotranspiracji w wyniku stworzenia terenów podmokłych / akwenów wodnych” lub wskaźniki wymiary społecznego, takie jak „ wsparcie tworzenia dodatkowych miejsc pracy” lub „Wsparcie rozwoju obszarów wiejskich". Więcej informacji w wikipedii SustainAqua lub na stronie www.sustainaqua.org.

Zastosowanie zasad zrównoważonego rozwoju w akwakulturze W kolejnych podrozdziałach zostaną przybliżone zasady każdego obszaru zrównoważonego rozwoju. Zostaną także przedstawione ogólne zalecenia dla zrównoważonego rozwoju akwakultury w oparciu o te zasady. Praktyczne przykłady potencjalnych zastosowań przedstawione są w opisach poszczególnych badań prowadzonych w ramach projektu SustainAqua.

Poprawa zrównoważonego rozwoju ekologicznego

Woda, składniki odżywcze, obszar użytkowany przez gospodarstwo oraz energia to najważniejsze aspekty związane z ekologicznym aspektem zrównoważonego rozwoju gospodarstw rybnych. W odniesieniu do wody, istotnymi aspektami są zarówno potrzebna objętość jak i jakość. Woda może być pobierana z wód powierzchniowych, takich jak jeziora czy rzeki, lub z ziemi przy pomocy studni. Istotnym celem we wszystkich systemach jest zmniejszenie zapotrzebowania na wodę w celu ochrony naturalnych ekosystemów. Z uwagi na fakt, że w większości przypadków ścieki pochodzące z akwakultury zawierają dużo składników odżywczych mogących powodować eutrofizację naturalnych systemów, równie istotnym celem jest zmniejszenie objętości ścieków i optymalizacja ich oczyszczania. Najlepsza metoda zarządzania zależy oczywiście od rodzaju akwakultury. Na przykład, tradycyjne stawy karpiowe potrzebują jedynie dopływu wody do wyrównania utraty wody na skutek ewaporacji lub wycieku. Wypływ wody ograniczony jest do odłowu. Recyrkulowane systemy akwakultury, jak na przykład duńskie modelowe gospodarstwa hodowli pstrąga są kolejnym przykładem na znaczne ograniczenie zużycia wody. W tym ostatnim przykładzie użyto lagun roślinnych do zatrzymywania składników odżywczych w wypływającej wodzie (patrz rozdział ‘Dania’). Zrównoważony rozwój ekologiczny wymaga też skutecznego użycia potrzebnych składników odżywczych. Pierwszym krokiem jest ograniczenie strat paszy poprzez zaawansowany system żywienia i właściwy dobór pasz. Celem typowym dla akwakultury jest też dodatkowe użycie pozostałych składników odżywczych. Możliwe jest użycie peryfitonu, jak pokazano w badaniach prowadzonych na Węgrzech. Jak pokazano w badaniach przeprowadzonych w Polsce, hodowla różnych gatunków ryb w jednym stawie, czyli polikultura może podnieść efektywność zużycia składników odżywczych z uwagi na różne nisze ekologiczne dla poszczególnych gatunków ryb. W tym przypadku nie należy jednak używać gatunków obcych lub niewystępujących na danym obszarze. W przypadku dostępności odpowiedniej powierzchni gruntu, zasoby odnawialne, takie jak wierzby i trzciny (przykład w badaniach prowadzonych na Węgrzech) lub rośliny ogrodowe. Jeżeli dostępny jest niezbędny obszar , odnawialne zasoby takie jak wierzby i trzciny (przykład węgierski) lub rośliny ogrodowe, na przykładzie badań prowadzonych w Danii, mogą zostać użyte w celu zwiększenia użycia składników odżywczych. Pochodzenie paszy może także przyczynić się do ekologicznego aspektu zrównoważonego rozwoju. Może to być na przykład mączka rybna wyprodukowana z przyłowu pochodzącego ze zrównoważonego łowiska (np. certyfikowanego MSC). Wymogi dotyczące powierzchni gruntu dla akwakultury zależą w dużej mierze od lokalnych warunków. Ogólnie rzecz biorąc, wprowadzenie produkcji zasobów odnawialnych wraz z produkcją spożywczą kładzie większy nacisk na powierzchnię użytkowanego gruntu. Zmniejszona powierzchnia gruntu na ilość wyprodukowanych ryb, stosowana w niektórych recyrkulatach może być zaletą. Z drugiej strony, powierzchnia stawów w gospodarstwie rybnym może mieć także korzystny wpływ na lokalną stabilizację klimatyczną z uwagi na wzmożoną ewapotranspirację. Tworzą się w ten sposób ekologicznie cenne obszary. Zużycie energii jest szczególnie ważnym aspektem w systemach recyrkulowanych, spotkanych na przykład w Holandii (patrz rozdział ‘Holandia'). Także w innych systemach akwakultury możliwe i istotne jest ograniczenie zużycia energii poprzez zwiększenie wydajności energetycznej, np. przy użyciu lepszych pomp. Celem jest produkcja co najmniej takiej samej ilości ryb przy zużyciu mniejszej ilości energii lub większej ilości ryb przy użyciu tej samej ilości energii. Poprawa zrównoważonego rozwoju ekonomicznego Akwakultura może być ekonomicznie zrównoważona i możliwa do stosowania, jeżeli gospodarstwo jest rentowne, jego dochód pewny, a systemy produkcji i produkty akceptowane przez konsumentów. W wielu przypadkach poprawa ekologicznego aspektu zrównoważonego rozwoju może być powiązana z


13/116

optymalizacją „zrównoważoności” ekonomicznej. Na przykład, bardziej skuteczne użycie paszy i składników odżywczych lub zmniejszenie zużycia wody jest nie tylko korzystne dla środowiska , ale może także obniżyć koszty. Według prawa obowiązującego w poszczególnych krajach, zmniejszenie objętości ścieków obniża także koszty produkcji. To samo dotyczy wszystkich procesów zużywających energię. Bardziej lokalna czy regionalna dystrybucja produktów obniży koszty transportu, które składają się częściowo na koszty energii. Dywersyfikacja produktów akwakultury może powstrzymać zawirowania rynkowe. Polikultura lub dodatkowa produkcja odnawialnych zasobów, roślin ogrodowych lub narybku są przykładami, które odnajdziemy w poszczególnych badaniach prowadzonych w ramach projektu. Produkcja identyfikowalnych, wysokiej jakości produktów może pomóc podnieść ceny, jak również zaufanie konsumentów. W końcu, niemniej istotny, w pełni udowodniony (a nie narzucony), zrównoważony charakter produktu może być znaczącym argumentem na poprawienie akceptacji klientów. Jednak wszystkie te aspekty muszą być oceniane indywidualnie, ponieważ dostępność wszystkich zasobów potrzebnych do hodowli ryb (woda, grunt, składniki odżywcze, energia) jest znacząco różna w zależności od kraju i regionu Europy. W pobliżu dużego miasta, na przykład, bardzo intensywny recyrkulat może być bardzo zrównoważonym rozwiązaniem, szczególnie jeżeli może być ogrzewany ciepłem odpadowym. Jednak w rejonach wiejskich, jak na przykład w większej części Węgier, ogromny, ekstensywny staw karpiowy może okazać się bardziej ekonomicznie zrównoważony, z uwagi na fakt, że grunt i woda są tańsze i dostępne.

Poprawa zrównoważonego rozwoju społecznego

Problem zrównoważonego rozwoju społecznego jest bardzo złożony. Obejmuje możliwości zatrudnienia w sektorze, warunki pracy w gospodarstwie rybnym (higiena, bezpieczeństwo, szkolenia), ale także ogół społeczeństwa, np. rekreację, zdrowie i sprawy żywieniowe. Ważne aspekty to również atrakcyjność rolnictwa dla młodego pokolenia lub sposób w jaki system akwakultury przyczynia się do zachowania dóbr kultury i tradycji, na przykład hodowla ryb w stawach w Europie Wschodniej. Ten problem nie był w centrum zainteresowania projektu SustainAqua, który bardziej koncentrował się na rozwiązaniach technicznych pozwalających na bezpośredni zrównoważony rozwój w aspekcie ekonomicznym i środowiskowym, który, jeżeli zostanie osiągnięty wspiera również zrównoważony rozwój w aspekcie społecznym (zapewniając pracę, funkcjonalne dla rekreacji środowisko, wnosząc wkład do wysokiej jakości, zdrowej żywności itd.).

Podręcznik SUSTAINAQUA Metody produkcji w akwakulturze

14/116

3. Główne technologie i metody produkcji w akwakulturze słodkowodnej w Europie

Istnieje wiele możliwości grupowania i opisania bardzo zróżnicowanych metod produkcji w akwakulturze słodkowodnej. Jednak z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju, metody produkcji są najbardziej właściwą podstawą do dokonania podziału i opisu. Z uwagi na fakt, że istnieje jednak wiele nakładających się na siebie i wspólnych aspektów w systemach produkcji ryb słodkowodnych, należy wyróżnić następujące podstawowe metody produkcyjne: Chów stawowy Systemy przepływowe Systemy recyrkulowane Chów sadzowy

3.1. Chów stawowy Produkcja ryb słodkowodnych w stawach wykonanych przez człowieka jest często uważana za najstarszą formę chowu ryb w Europie, wywodzącą się z czasów średniowiecznych. Stawy były budowane na terenach, na których dostępna była woda, a nie mogła być prowadzona działalność rolnicza. Obszary podmokłe w Centralnej i Wschodniej Europie są dobrymi przykładami takich terenów. Całkowita produkcja chowu stawowego w Europie sięga około 475 000 ton. Około połowy produkcji stanowią ryby karpiowate, takie jak karp pospolity, tołpyga biała czy tołpyga pstra. Główne kraje produkujące te ryby to Federacja Rosyjska, Polska, Czechy, Niemcy, Ukraina i Węgry. Typowe stawy rybne to ziemne wykopy, w których ryby żyją w warunkach zbliżonych do naturalnych, żywią się naturalnym pożywieniem rosnącym z pomocą światła słonecznego w stawie i składnikami odżywczymi dostępnymi w wodzie. W celu uzyskania lepszych wyników odłowów, hodowcy dodają obecnie składniki odżywcze (organiczny nawóz) i dodatkową paszę (zboże). Dodatkowo prowadzone jest zarybianie narybkiem oraz wpuszczanie świeżej wody do stawu. Produkcja ryb w stawach pozostaje jednak chowem ekstensywnym lub półintensywnym (z dodatkowym karmieniem) w większości krajów, w których półstatyczne zbiorniki wodne odgrywają dużą rolę w akwakulturze. Preparaty chemiczne i lecznicze nie są zwykle używane w takich stawach. Tak więc, głównym problemem z punktu widzenia środowiska jest użycie organicznych nawozów, które mogą powodować eutrofizację otaczających wód pochodzenia naturalnego. Użycie organicznych nawozów jest regulowane na poziomie krajowym. Ekstensywne stawy rybne są zwykle otoczone pasami trzciny i naturalnej roślinności, które tworzą ważne siedliska dla flory i fauny. Stawy odgrywają coraz ważniejszą rolę w turystyce na wsi. Wiele gospodarstw stawowych zamieniono w wielofunkcyjne gospodarstwa rybne, które oferują wiele innych usług w ramach rekreacji, utrzymania bioróżnorodności i poprawy gospodarki wodnej.


15/116

Gospodarstwo stawowe na Węgrzech (Zdjęcie: HAKI)

3.2. Systemy przepływowe W tradycyjnych systemach przepływowych stosowanych w akwakulturze woda przepływa przez zbiorniki hodowlane tylko raz i jest następnie odprowadzana na zewnątrz. Przepływ wody przez zbiorniki hodowlana dostarcza tlen dla ryb i odprowadza rozpuszczone i zawieszone odpady na zewnątrz systemu. Najczęściej systemy przepływowe w europejskiej akwakulturze stosowane są w hodowli pstrąga. Woda pobierana z rzeki przepływa przez zbiorniki hodowlane, a następnie jest oczyszczana przed wypuszczeniem w dół rzeki. Cała objętość wody jest wymieniana w gospodarstwie przynajmniej raz dziennie. Jeżeli przy rzece istnieje więcej niż jedno gospodarstwo rybne, w interesie wszystkich leży utrzymanie dobrej jakości wody wypływającej z jednego gospodarstwa, ponieważ staje się ona wodą wpływającą do drugiego gospodarstwa. Chów pstrąga jest powszechny w całej Europie, a świeże pstrągi można kupić wszędzie. Z uwagi na wymagania wzrostowe i wyniki produkcyjne, pstrąg tęczowy (Oncorhynchus mykiss) w dużej mierze zdominował europejskie hodowle pstrąga (około 95% całej produkcji). W większości krajów członkowskich UE gospodarstwa hodujące pstrąga znajdują się blisko rzek, a hodowla prowadzona jest w basenach lub stawach. Czasami stosowane są sadze jeziorowe. W Europie rokrocznie produkuje się i wprowadza na rynek około 220 000 ton pstrąga wielkości handlowej , z tego 85% w Unii Europejskiej, w której głównymi producentami są Włochy i Francja, a zaraz za nimi Dania, Niemcy i Hiszpania. Jedynym dużym producentem pstrąga poza UE jest Turcja. Po wielu latach wolnego, ale stałego wzrostu, w latach 2000 – 2005 produkcja pstrąga handlowego lekko spadła (o około 0,6% rocznie), ale ceny utrzymały się na dobrym poziomie. Inne źródła wody to woda źródlana, wiercona lub pompowana woda gruntowa woda. W niektórych krajach podgrzewana woda ze źródeł przemysłowych (takich jak elektrownie) jest także używana do produkcji ryb w systemach przepływowych. Woda geotermalna jest też źródłem naturalnie podgrzanej wody, pozwalającym na chów zupełnie nowych gatunków słodkowodnych ( w szczególności suma afrykańskiego, węgorza, jesiotra, okonia i tilapii).

Tradycyjne gospodarstwo pstrągowe w Danii (Zdjęcie DTU-Aqua)

3.3. Recyrkulaty w akwakulturze Systemy recyrkulowane (ang. Recirculation Aquaculture Systems (RAS) są konstrukcjami naziemnymi, w których woda jest wielokrotnie używana po mechanicznym i biologicznym oczyszczeniu w celu obniżenia zapotrzebowania na wodę i energię oraz zmniejszenie emisji składników odżywczych do środowiska. Systemy te maja wiele zalet jak: oszczędność wody i energii, rygorystyczna kontrola jakości wody, małe oddziaływanie na środowisko, wysoki poziom biobezpieczeństwa i łatwiejsza kontrola produkcji ścieków niż w innych systemach produkcyjnych. Największe wady to wysoki koszt kapitałowy, wysokie koszty operacyjne, wymogi bardzo ostrożnego gospodarowania (a tym samym świetnie wyszkolony personel) i


16/116

trudne leczenie w przypadku choroby. Recyrkulaty stanowią ciągle niewielki odsetek systemów używanych w europejskiej akwakulturze i spotykane są główne w Holandii i w Danii. W recyrkulatach hoduje się głównie suma i węgorza, ale także inne gatunki mogą być produkowane przy pomocy tej technologii. Produkcja węgorza w UE wynosiła ok. 11 000 ton rocznie do 2001 roku, a w roku 2002 spadła do ok. 8 500 ton rocznie i ustabilizowała się od tej pory na tym poziomie. Jednak ten wynik kryje w sobie znaczne przesunięcia pomiędzy głównymi producentami: produkcja we Włoszech (kiedyś największego producenta w UE) na tendencje spadkową od końca lat dziewięćdziesiątych, a produkcja w Danii również spadła po roku 2001. Te spadki zostały częściowo zrekompensowane pewnymi zwyżkami w produkcji holenderskiej. Jednak z powodu niepewnych dostaw młodych węgorzy, niektórzy hodowcy przerzucili się na hodowle innych gatunków lub odeszli z sektora.

Intensywny chów tilapii w recyrkulatach (Zdjęcie: WU-AFI)

3.4. Chów sadzowy w jeziorach i rzekach Dobrze zaprojektowane i utrzymywane sadze także dają ograniczone, ale istotne możliwości dla hodowli ryb słodkowodnych. W niektórych wodach, ekstensywna lub intensywna hodowla ryb w sadzach może być zgodna ze zrównoważonym użyciem zasobów. Na przykład hodowla golca jest obecnie prowadzona nie niewielką, ale dochodową skalę w Szwecji. Oczekuje się, że ta hodowla rozwijać będzie się znacznie w nadchodzących latach. Gospodarstwa ulokowane są głównie w nieużytkowanych, ale uregulowanych jeziorach i zbiornikach zaporowych, przy rzekach przeciętych tamami w północnej części kraju. Wody te są generalnie ubogie w składniki odżywcze, a po uregulowaniu zostały dodatkowo ich pozbawione i stały się niemal sterylne. Hodowla ryb w tych wodach mogłaby oznaczać odbudowę naturalnych warunków, ponieważ zwiększona ilość składników odżywczych pomogłaby powrócić środowisku wodnemu do stanu prawie naturalnego. Podwyższenie obecnego poziomu fosforu z 3 µg/l do szacowanego poziomu naturalnego w tych jeziorach, wynoszącego 10 µg/l wymagałoby to produkcji co najmniej 5 000 ton golca rocznie.

Podręcznik SUSTAINAQUA Ramy prawne

17/116

4. Ramy prawne i zarządzanie w słodkowodnej akwakulturze europejskiej

Powszechnie wiadomo, że akwakultura jest jedną z najbardziej uregulowanych gałęzi przemysłowych w Unii Europejskiej. Produkcja ryb przy użyciu bardzo ograniczonych zasobów naturalnych, znajdujących się na liniach brzegowych i w słodkowodnych wodach, jest na czele interesu publicznego. Nic dziwnego, że wszystkie zainteresowane strony, takie jak UE i krajowe administracje rządowe, organizacje pozarządowe i sam przemysł chcą kontrolować sektor akwakultury. Z drugiej strony, doprowadziło to do powstania wielu rozporządzeń, dokumentów i komunikatów, trudnych do śledzenia dla hodowców, którzy chcą przede wszystkim hodować zdrowe ryby nie niszcząc przy tym zasobów naturalnych. W projekcie SustainAqua poszczególne badania prowadzono w celu wsparcia hodowców ryb słodkowodnych w rozwoju ich sektora, przy jednoczesnym dbaniu o najcenniejsze dla nich dobro naturalne: czystą wodę. Celem tego rozdziału jest przybliżenie hodowcom najważniejszych oficjalnych dokumentów dotyczących akwakultury słodkowodnej, pochodzących z UE, organizacji pozarządowych i innych instytucji. Temat ten przedstawiono bardziej szczegółowo w badaniach SustainAqua, dostępnych na stronie internetowej projektu (www.sustainaqua.org). W krajach członkowskich UE największy wpływ na zarządzanie w akwakulturze ma oczywiście prawodawstwo ustanowione przez Komisję Europejską. Doskonały opis różnych dokumentów legislacyjnych został przygotowany przez Federację Europejskich Producentów Akwakultury(źródło: www.profetpolicy.info): Zielona Księga: Zielone Księgi są dokumentami publikowanymi przez Komisję Europejską w celu stymulowania dyskusji na rożne tematy na poziomie europejskim. Zaangażowane strony są zapraszane (instytucje lub jednostki) do uczestnictwa w procesie konsultacji i dyskusji w oparciu o projekty dokumentów wydane przez Komisję Europejską. Zielone Księgi mogą stanowić impuls do dalszych działań legsilacyjnych przedstawianych w Białych Księgach. Biała Księga: Białe Księgi Komisji Europejskiej to dokumenty zawierające propozycję działań wspólnotowych w konkretnej dziedzinie. Czasem są one wynikiem opublikowania Zielonej Księgi w celu uruchomienia procedury konsultacyjnej na poziomie europejskim. Jeżeli Biała Księga zostanie przyjęta przez Radę Ministrów, staje się programem działania dla Unii Europejskiej w konkretnej dziedzinie. Dokumenty COM: projekty aktów prawnych oraz inne komunikaty Komisji Europejskiej dla Rady i/lub innych instytucji, oraz ich prace przygotowawcze; Dokumenty SEC: wewnętrzne dokumenty związane z procesem decyzyjnym oraz z ogólnym działaniem poszczególnych działów Komisji; Decyzje: Decyzja UE jest wiążąca dla osób fizycznych, prawnych i krajów członkowskich, które są jej adresatami. Nie ma zasięgu ogólnego jak rozporządzenie. Dyrektywa: Dyrektywy muszą być transponowane do prawa krajowego przez parlamenty krajów członkowskich i rządy w ciągu 18 miesięcy. Trybunał Europejski ustanowił przez lata, że wiele dyrektyw ma bezpośrednie zastosowanie, a nawet ogłosił, ze kraje członkowskie są zobowiązane do zapłaty kar finansowych w razie nieterminowego wdrożenia dyrektywy. Dyrektywy są transponowane zwykle do prawa krajowego przez parlament, a najczęściej przez rządy w ramach procedury delegowania. Zalecenie: Decyzja, która nie ma mocy wiążącej, a jedynie sugeruje krajom członkowskim podjęcie określonych działań. Kraj Członkowski nie może zostać prawnie ukarany za niestosowanie się do zalecenia. Rozporządzenie: Decyzja UE, która jest bezpośrednio wiążąca dla wszystkich krajów członkowskich i ich obywateli, w całej Unii Europejskiej. Obowiązują bezpośrednio w odróżnieniu do dyrektyw, które muszą zostać transponowane do prawa krajowego. Zakazane jest więc wprowadzanie jakichkolwiek zmian do rozporządzeń UE w ramach wprowadzania ich do prawa krajowego. Uchwała: uchwała jest niewiążącym stanowiskiem, które określa cele i dokonuje politycznych deklaracji. Uchwały Rady Europejskiej nadają kierunek przyszłym inicjatywom politycznym. Uchwały mogą zostać przez Trybuna Europejski w procesie interpretacji prawa. Można je określić jako „miękkie prawo”. Traktat: 1. Formalne porozumienie pomiędzy dwoma lub więcej krajami w zakresie pokoju, sojuszu, handlu lub

innych stosunków międzynarodowych. 2. Formalny dokument obejmujący międzynarodowe porozumienie. Są to narzędzia wspomagające wdrażanie polityki UE, które są najważniejszymi filarami w UE. Wiele wspólnych polityk na znaczenie dla akwakultury słodkowodnej, ale do najważniejszych należą: Wspólna Polityka Rybacka


18/116

Polityki dotyczące zagadnień z zakresu ochrony środowiska, przede wszystkim polityka wodna

4.1. Wspólna Polityka Rybacka (WPR) i powiązane dokumenty Wspólna Polityka Rybacka (WPR) jest instrumentem Unii Europejskiej w zakresie zarządzania rybołówstwem i akwakulturą. Została stworzona w celu zarządzania wspólnymi zasobami i dopełnienia zobowiązań wynikających z podstawowych traktatów wtedy Wspólnoty Europejskiej. Wspólna Polityka Rybacka ma zapewniać taką eksploatację żywych zasobów wodnych, która gwarantuje zrównoważone warunki ekonomiczne, środowiskowe i społeczne. W tym celu Wspólnota ma stosować ostrożne podejście w stosowaniu środków mających na celu ochronę żywych zasobów wodnych, zapewniać ich zrównoważona eksploatację i ograniczać wpływ rybołówstwa na ekosystemy morskie. Jednak jej głównym celem jest stopniowe wprowadzanie podejścia ekosystemowego do zarządzania rybołówstwem . Wspólna Polityka Rybacka przyczynia się też do opłacalnego ekonomicznie i konkurencyjnego sektora akwakultury, biorąc pod uwagę także interesy konsumentów. Określono wspólne działania w głównych obszarach: Ochrona i ograniczenie oddziaływania połowów na środowisko - mając na celu ochronę zasobów ryb

poprzez ograniczenie ilości poławianych ryb, pozwolenie młodym rybom na rozmnożenie i zapewnienie przestrzegania tych działań.

Struktura i zarządzanie flotą – aby pomóc przemysłowi rybołówstwa i akwakultury w dostosowaniu sprzętu i organizacji do ograniczeń narzuconych przez rzadkie zasoby i rynek; ustanowiono również środki wymierzone na stworzenie równowagi pomiędzy nakładem połowowym i dostępnymi zasobami ryb;

Rynek – utrzymanie wspólnej organizacji rynku produktów rybnych i dostosowanie popytu i podaży w dla obopólnej korzyści producentów i konsumentów;

Relacje ze światem zewnętrznym – ustanowienie porozumień o współpracy w sektorze rybołówstwa i negocjowanie na szczeblu międzynarodowym z regionalnymi i międzynarodowymi organizacjami ds. rybołówstwa wspólnych działań ochronnych w rybołówstwie dalekomorskim.

Od roku 2007, wdrażanie WPR odbywa się równolegle z wdrażaniem Zintegrowanej Polityki Morskiej UE, a nazwa Dyrektoriatu Generalnego została zmieniona na DG MARE. Jednak głównym kierunkiem działania WPR są połowy prowadzone w morzu. Akwakultura zyskała ważna rolę jedynie w okresie ostatnich kilku lat. Zagadnienia związane z akwakulturą stały się teraz ważną częścią wymienionych powyżej obszarów działań. Jako główne ciało wykonawcze WPR, Dyrektoriat Rybołówstwa i Spraw Morskich przygotował dokument(COM(2002) 511) dotyczący strategii zrównoważonego rozwoju akwakultury europejskiej. W roku 2007, DG MARE rozpoczęło wspólną dyskusję z sektorem akwakultury na temat wniesienia poprawek do strategii.

4.1.1. Strategia Komisji dotycząca zrównoważonego rozwoju sektora akwakultury w Europie

Strategia Komisji dotycząca zrównoważonego rozwoju sektora akwakultury w Europie ma na celu:

Stworzenie długofalowego, pewnego zatrudnienia, w szczególności w rejonach zależnych od rybactwa; Zapewnienie dla konsumentów dostępności produktów zdrowych, bezpiecznych i dobrej jakości, jak

również promocja standardów zapewniających dobry stan zdrowia zwierząt i ich dobrostan; Zapewnienie przyjaznego dla środowiska przemysłu. Strategia pokreśla, że ważne jest, aby ograniczyć negatywne oddziaływanie akwakultury na środowisko poprzez określenie norm i / lub dobrowolnych porozumień, które chronią środowisko przed degradacją. Pozytywny wpływ niektórych działań podjętych w akwakulturze musi być też doceniony, a działania te poparte, również przez publiczne inicjatywy finansowe. W odniesieniu do konfliktu interesów pomiędzy akwakulturą i środowiskiem, strategia określiła następujące działania: Złagodzenie oddziaływania ścieków Ograniczenie popytu na dziko żyjące ryby młodociane Opracowanie narzędzi do ograniczania oddziaływania ryb, które wydostały się z hodowli, gatunków

obcych i organizmów modyfikowanych genetycznie Zintegrowane działania przeciwko zanieczyszczeniu środowiska i kontroli Szczególne kryteria i wskazówki dla ocen oddziaływania akwakultury na środowisko Określenie i wzmocnienie pozytywnego oddziaływania ekstensywnej hodowli i zarybiania


19/116

Znalezienie rozwiązania problemu żerowania dzikich gatunków chronionych. Ogólnie rzecz biorąc, wizja i cele strategii z roku 2002 jest w pełni uzasadniona i nadal aktualna, jednak wiele argumentów dowodzi potrzeby rewizji. Komisja rozpoczęła konsultacje w 2007 roku w celu uaktualnienia strategii dla akwakultury. Z dokumentów roboczych i bazowych dla konsultacji wynika, ze następujące aspekty wiązane z akwakultura słodkowodną zyskają większe znaczenie w nowej strategii: 1. Przyjazny dla środowiska rozwój akwakultury: UE jest zobowiązana do skutecznej ochrony środowiska.

W tym celu ustanowionych jest szereg przepisów gwarantujących, że rozwój akwakultury jest zrównoważony z punktu widzenia ochrony środowiska.

2. Hodowla ryb to nowy etap w udomowianiu zwierząt. Udomawianie to nie tylko trzymanie zwierząt w niewoli i żywienie ich, aby rosły. Jest też kulminacją w pełni kontrolowanego rozmnażania, chowu i żywienia i skutkuje w szerokiej gamie ras w zależności od celu produkcji i sposobu hodowli zwierząt.

3. Pokonywanie ograniczeń przestrzennych, znaczenie udoskonaleń technologicznych i planowania przestrzennego: wzrastająca konkurencyjność w zakresie przestrzeni stanowi główne wyzwanie dla dalszego rozwoju hodowli ryb słodkowodnych i akwakultury w rejonach przybrzeżnych.

4. Panuje zgodna tendencja, aby uważać naziemne systemy recyrkulowane (i możliwie ogrzewane) za najbardziej obiecujące rozwiązania tam, gdzie przestrzeń jest czynnikiem ograniczającym dostępność wody, a także dla okolic przybrzeżnych. Recyrkulacja wody i technologia jej oczyszczania jest uważana za doskonały sposób rozwiązywania problemu negatywnego oddziaływania na środowisko w akwakulturze oraz dla optymalnej kontroli najbardziej odpowiednich dla ryb warunków środowiskowych. Jednak konieczne jest specjalistyczne wyszkolenie personelu (system monitoringu i nadzoru), a automatyzacja zadań jest prawie koniecznością.

5. Ekstensywna hodowla w stawach śródlądowych i mokradłach oraz zalewach przybrzeżnych jest też narażona na wzmożoną konkurencję ze strony innych przejawów rozwoju gospodarczego (rolnictwo, przemysł, turystyka itp.).

Główne planowane działania strategii można odnaleźć w Rozporządzeniu Rady dotyczącym Europejskiego Funduszu Rybackiego.

4.1.2. Rozporządzenie Rady dotyczące Europejskiego Funduszu Rybackiego Do roku 2006, głównym narzędziem finansowym wspierającym wdrażanie Wspólnej Polityki Rybackiej był Finansowy Instrument Wspierania Rybołówstwa (FIWR). Nowy instrument , Europejski Fundusz Rybacki jest używany w nowym okresie planowania unijnego, w latach 2007 – 2013 (EFR). Jest to fundusz strukturalny, utworzony na potrzeby wspólnego budżetu Unii Europejskiej. Odpowiednie organy decyzyjne UE przydzielają fundusze poszczególnym krajom członkowskim, a te są zobligowane do uzupełnienia przydzielonej kwoty pieniędzmi z budżetu krajowego. Z uwagi na zmiany dokonane w całej polityce regionalnej UE, w celu zharmonizowania jej z reformą WPR, rozporządzenie dotyczące funduszy strukturalnych dla rybołówstwa również uległo zmianie. W oparciu o komunikat Komisji (COM(2004) 497 ostateczny), zostało przyjęte Rozporządzenie Rady ((KE) Nr 1198/2006). Dyskusja z krajami członkowskimi i udziałowcami na temat propozycji Komisji przyniosła szereg zmian. Na przykład, wstępna propozycja ograniczenia pomocy do małych i średnich przedsiębiorstw sektora akwakultury, do przetwórstwa i marketingu. Obecnie stało się możliwe udzielenie pomocy także średnim i dużym przedsiębiorstwom, podczas gdy średnie i małe mają pierwszeństwo. Dodatkowo, nowe rekompensaty mogą zostać przyznane hodowcom, których gospodarstwa położone są na obszarach chronionych NATURA 2000. Możliwe jest też uzyskanie pomocy dla rybactwa śródlądowego, organizacji producentów i na zakup określonego sprzętu dla młodych rybaków. Jednak końcowy tekst EFR, przyjęty przez Radę zachowuje najważniejsze elementy propozycji Komisji i pozostaje zgodny z zasadami i celami WPR. EFR działać będzie przez siedem lat, przy całkowitym budżecie w wysokości 3,8 biliona EUR. Fundusze będą dostępne dla wszystkich branży tego sektora przemysłu – rybołówstwa morskiego i śródlądowego, akwakultury, organizacji producentów oraz branży przetwórstwa oraz rynku, jak również dla obszarów zależnych od rybołówstwa. Kraje członkowskie zdecydują o alokacji funduszy pomiędzy osiami priorytetowymi. Są one również zobowiązane do przygotowania Narodowej Strategii Rozwoju Rybołówstwa w oparciu o Program Operacyjny. Komisja opracowuje zalecenia w zakresie struktury Narodowej Strategii: Strategia zostanie przyjęta po konsultacjach z zainteresowanymi stronami Informacje wymagane w Narodowej Strategii są nawiązaniem do osi priorytetowych EFR Obszary interwencji i WPR Można uwzględnić informacje na temat strategicznych problemów horyzontalnych Narodowa Strategia będzie przedmiotem dyskusji na podstawie sprawozdań kraju członkowskiego


20/116

Narodowa Strategia zawiera: Ogólny opis sektora Analizę SWOT sektora i jego rozwoju Cele i priorytety krajów członkowskich w odniesieniu do zrównoważonego rozwoju Rozwój rybołówstwa i akwakultury w odniesieni do WPR Wstępne oszacowanie funduszy potrzebnych do realizacji Narodowej Strategii Procedury rozwoju, wdrażania i nadzoru narodowej Strategii

Wsparcie finansowe dla hodowców ryb Oczywiście strategia i planowane działania muszą być zgodne z rozporządzeniem Rady dotyczącym EFR. Ten dokument wyróżnia 5 Osi Priorytetowych: 1. Dostosowanie floty rybackiej UE 2. Akwakultura, rybołówstwo śródlądowe, przetwórstwo i obrót produktami rybołówstwa i akwakultury 3. Środki służące wspólnemu interesowi 4. Zrównoważony rozwój obszarów rybackich 5. Pomoc techniczna Dla hodowców ryb słodkowodnych najważniejsze działania są wyszczególnione w osiach 2 i 3.

Oś 2 - Akwakultura, rybołówstwo śródlądowe, przetwórstwo i obrót produktami rybołówstwa i akwakultury W ramach Osi Priorytetowej 2, przewiduje się udzielenie finansowania następującym działaniom sektorze akwakultury: Inwestycje produkcyjne w akwakulturze: EFR wspiera inwestycje w zakresie budowy, rozbudowy, wyposażenia i modernizację instalacji produkcyjnych, przede wszystkim mając na celu poprawę warunków pracy, higieny, zdrowia ludzi i zwierząt oraz jakości produktów, zmniejszenia negatywnego lub wspierania pozytywnego wpływu na środowisko. Inwestycje mają się przyczynić do realizacji jednego z poniższych celów: a. Dywersyfikację o nowe gatunki oraz produkcji gatunków o dobrych perspektywach rynkowych; b. Wdrażanie technik hodowli zmniejszających negatywne oddziaływanie na środowisko lub mających

pozytywny na nie wpływ w porównaniu do normalnych praktyk stosowanych w sektorze akwakultury; c. Wspieranie tradycyjnych metod akwakultury istotnych dla zachowania i rozwoju struktury społeczno-

ekonomicznej i ochrony środowiska; d. Zakup wyposażenia ochrony gospodarstw przed naturalnymi drapieżnikami; e. Poprawę warunków pracy i bezpieczeństwa pracowników gospodarstwa rybnego. Działania dotyczące środowiska wodnego: EFR może wspierać udzielanie rekompensat z tytułu stosowania metod produkcyjnych w zakresie akwakultury przyczyniających się do ochrony i poprawy stanu środowiska oraz zachowania przyrody. Są to na przykład metody hodowli ryb obejmujące ochronę i poprawę stanu środowiska, zasobów naturalnych i różnorodności genetycznej, a także kształtowanie krajobrazu i tradycyjnych cech obszarów. W celu uzyskania rekompensaty należy przedstawić korzyści wynikające z planowanych praktyk dla środwiska, na podstawie wstepnej oceny przeprowadzonej przez wybrane i komptenetne instutycje. Komisja namawia też hodowców ryb do udziału w systemie ekozarządzania i audytu, określonego w Rozporządzeniu (WE) Nr 761/2001 Parlamentu Europejskiego i Rady z 19 marca 2001 roku, pozwalającemu na dobrowolny udział organizacji w ekozarządzaniu i systemie audytu (EMAS). Nadal trwają jednak dyskusje na ten temat w obrębie sektora. Akwakultura organiczna w znaczeniu określonym w Rozporządzeniu Rady (EWG) Nr 2092/91 z 24 czerwca 1991 roku dotyczącego organicznej produkcji produktów akwakultury może także liczyć na poparcie. Z uwagi na bardzo ścisłe i podnoszące koszty produkcji rozporządzenie dotyczące akwakultury organicznej, należy podkreślić, że „zrównoważona akwakultura” powinna również kwalifikować się do uzyskiwania rekompensat za korzyści dla środowiska. Pojęcie „zrównoważona akwakultura” oznacza tu, że praktyki w ramach hodowli ryb są zgodne ze szczególnymi wymaganiami w dziedzinie ochrony środowiska, wynikającymi z wyznaczenia obszarów NATURA 2000, zgodnie z Dyrektywą Rady 92/43/EWG z 21 maja 1992 roku w sprawie ochrony siedlisk przyrodniczych oraz dzikiej fauny i flory. W celu uzyskania rekompensaty na podstawie niniejszego artykułu jej beneficjenci muszą zobowiązać się do przestrzegania przez okres co najmniej pięciu lat wymogów dotyczących środowiska wodnego, które wykraczają poza zwykłe stosowanie dobrych praktyk w dziedzinie akwakultury.


21/116

Środki na rzecz zdrowia publicznego: środki dotyczą głównie hodowców mięczaków i są przeznaczone na ochronę hodowców przed startami finansowymi, spowodowanymi szkodliwym rozrostem glonów. Środki na rzecz zdrowia zwierząt: EFR może mieć udział w finansowaniu kontroli i zwalczania chorób w akwakulturze zgodnie z warunkami decyzji Rady 90/424/EWG z dnia 26 czerwca 1990 r. w sprawie wydatków w dziedzinie weterynarii. W osi 2 zawarte są również inne działania, które nie mają bezpośredniego znaczenia dla hodowców akwakulturę, ale mogą spotkać się z zainteresowaniem. Rybołówstwo śródlądowe: środki kwalifikujące się do udzielenia pomocy

Pomoc dla rybołówstwa śródlądowego i rybołówstwa pod lodem, zgodnie z podobnymi postanowieniami, jak w bieżącym FIFG

Pomoc na przeznaczanie statków śródlądowych do celów innych niż rybołówstwo Tymczasowe zaprzestanie działalności przewidziane w akcie prawnym Wspólnoty

Przetwórstwo i obrót : środki kwalifikujące się do udzielenia pomocy Poprawa warunków pracy, zdrowotnych, higienicznych i jakości produktów Ograniczenie negatywnego oddziaływania na środowisko Poprawa wykorzystania nie w pełni eksploatowanych gatunków, produktów ubocznych i odpadów Zastosowanie nowych technologii, opracowanie innowacyjnych metod produkcji Obrót produktami (pochodzącymi głównie z lokalnych wyładunków i akwakultury ) Kształcenie ustawiczne

Oś 3 – Działania służące wspólnemu interesowi

W ramach Osi 3, z EFR może być udzielana pomoc na środki służące wspólnemu interesowi o szerszym zakresie niż środki zwykle podejmowane przez przedsiębiorstwa prywatne i które pomagają w realizacji celów wspólnej polityki rybołówstwa. Beneficjentami mogą być operatorzy prywatni, organizacje działające w imieniu producentów lub innych uznanych organizacji, pod warunkiem, że ich działania służą wspólnemu interesowi. Środki kwalifikujące się do udzielenia pomocy to: Działania wspólne Ochrona i rozwój flory i fauny wodnej Porty rybackie, miejsca składowania i wyładunku Rozwój nowych rynków i kampanie promocyjne Projekty pilotażowe przeprowadzane we współpracy z podmiotem naukowym lub technicznym przez

podmiot gospodarczy, uznane stowarzyszenie handlowe lub jakikolwiek właściwy podmiot wyznaczony w tym celu przez państwo członkowskie

Modyfikacja statków rybackich w celu zmiany ich przeznaczenia Działania wspólne w zakresie akwakultury to na przykład: Poprawa warunków pracy oraz bezpieczeństwa Przejrzystość rynków Poprawa jakości i bezpieczeństwa żywności Rozwój, restrukturyzacja lub poprawa terenów hodowli w ramach akwakultury Rozwój nowych metod szkoleniowych Propagowanie partnerstwa pomiędzy naukowcami i podmiotami gospodarczymi Promocja równych szans Tworzenie i restrukturyzacja organizacji producentów oraz wdrożenie ich planów Przeprowadzanie studiów wykonalności związanych z propagowaniem w sektorze rybactwa partnerstw

z państwami trzecimi

4.2. Polityka w zakresie środowiska mająca duże znaczenie dla rozwoju akwakultury Polityka Unii Europejskiej w zakresie ochrony środowiska istnieje od dawna. Obecny program działania w zakresie ochrony środowiska jest szóstym z kolei i obowiązywać będzie w Unii do 2012 roku. Jego podstawą jest 30 lat doświadczenia w tym zakresie, które przyniosło już szereg korzyści, w tym znacznie czystszą wodę i powietrze, szerszy zakres ochrony siedlisk przyrodniczych, lepsze gospodarowanie odpadami, lepsze zrozumienie skutków środowiskowych decyzji w zakresie planowania oraz więcej produktów przyjaznych środowisku. Pozostaje jednak jeszcze bardzo wiele do zrobienia.


22/116

Szósty Program Działań na Rzecz Środowiska koncentruje się na czterech priorytetach: Zmiany klimatyczne Ochrona przyrody i bioróżnorodności Środowisko naturalne i zdrowie oraz jakość życia Zasoby naturalne i odpady Z punktu widzenia hodowców ryb najważniejsze są działania w zakresie ochrony przyrody i ochrony naturalnych zasobów (np. wody).

4.2.1. Polityka w zakresie ochrony środowiska: Dyrektywa Siedliskowa i Dyrektywa Ptasia, Natura 2000

Polityka Unii Europejskiej w zakresie ochrony środowiska opiera się na dwóch aktach prawnych – Dyrektywie Ptasiej i Dyrektywie Siedliskowej i korzysta ze szczególnego instrumentu finansowego – Funduszu LIFE Przyroda. Jego priorytetem jest stworzenie europejskiej sieci ekologicznej (obejmującej specjalne obszary ochrony siedlisk), zwanej Natura 2000 oraz włączenie zagadnień środowiskowych do innych obszarów polityki UE, takich jak rolnictwo, rozwój regionalny i transport. Sieć Natura 2000 została stworzona w 1992 roku w wyniku przyjęcia Dyrektywy Siedliskowej, która wraz z Dyrektywą Ptasią tworzy podstawy polityki unijnej w dziedzinie ochrony środowiska. Jest ona narzędziem ochrony bioróżnorodności w Europie zgodnie z międzynarodowymi zobowiązaniami nałożonymi przez Konwencję o Bioróżnorodności. Celem Sieci Natura 2000 jest ochrona gatunków zagrożonych wyginięciem i ich siedlisk przyrodniczych w Europie, niezależnie od istniejących granic państwowych i politycznych. Natura 2000 nie jest jedynie siecią ścisłych rezerwatów przyrodniczych, w których nie dopuszcza się działalności człowieka. Ta metoda ochrony reprezentuje inne podejście – zakłada, że człowiek jest integralną częścią przyrody i może z nią współistnieć. Wiele obszarów Natura 2000 uznanych jest za cenne z uwagi na sposób w jaki były do tej pory użytkowane. Ważne jest, aby to użytkowanie (jak na przykład rolnictwo ekstensywne) mogło być kontynuowane w przyszłości. Poprzez właściwe zarządzanie różnymi rodzajami użytkowania gruntu na obszarach Natura 2000 możliwe jest zapewnienie ochrony zagrożonych półnaturalnych siedlisk i gatunków, zależnych właśnie od właściwego zarządzania. Ostatnio przeprowadzona reforma Wspólnej Polityki Rolnej zastąpiła płatności bezpośrednie w produkcji rolnej płatnościami dla poszczególnych gospodarstw, wymagających spełnienia wymagań z zakresu rolnictwa i ochrony środowiska. Natura 2000 została włączona do Wspólnej Polityki Rolnej. Z tego względu hodowcy ryb są również zobowiązani do przestrzegania wymagań zarządzania obszarami Natura 2000. W skład sieci Natura 2000 wchodzą Specjalne Obszary Ochrony (SAC), wyznaczone dla jednego lub więcej z 198 typów siedlisk oraz 800 gatunków, znajdujących się w załączniku do Dyrektywy Siedliskowej. Sieć obejmuje też Obszary Specjalnej Ochrony (SPA), klasyfikowane w Dyrektywie Ptasiej dla około 200 zagrożonych gatunków oraz obszarów błotno-wodnych o znaczeniu międzynarodowym. Obszary wyznaczane są w trzech etapach. 1. Pierwszy etap obejmuje oszacowania naukowe na poziomie krajowym. Każdy kraj członkowski

desygnuje obszary siedliskowe ważne dla poszczególnych gatunków na swoim terytorium na podstawie wspólnych kryteriów naukowych. Listy krajowe są następnie wysyłane oficjalnie do Komisji Europejskiej.

2. Drugi etap obejmuje selekcję obszarów o znaczeniu wspólnotowym z list krajowym zgodnie z jednym z siedmiu biogeograficznych regionów Europy. Decyzja podejmowana jest na szczeblu Komisji Europejskiej zgodnie z wytycznymi Natura 2000 i zasadami zrównoważonego rozwoju. Jej celem nie jest powstrzymywanie całkowicie działalności gospodarczej, lecz wytyczenie zasad według których może ona mieć miejsce przy jednoczesnym utrzymaniu współpracy w zakresie bioróżnorodności na szczeblu europejskim, pomiędzy krajami członkowskimi a ekspertami naukowymi.

3. Etap trzeci: obszary wyselekcjonowane w etapie drugim, stają się częścią sieci Natura 2000. Kraje członkowskie w ciągu sześciu lat muszą wyznaczyć te obszary jako specjalne obszary chronione i jeśli to konieczne wdrożyć odpowiednie środki zarządzania w celu utrzymania lub odtworzenia gatunków i siedlisk do poziomu właściwego stanu ochrony.

Na obszarach Natura 2000 Dyrektywa wymaga unikania działań niszczących, które mogłyby znacznie zakłócić gatunki lub zniszczyć siedliska, dla których wyznaczono obszar. Dyrektywa zobowiązuje do podjęcia tam gdzie konieczne właściwych w celu utrzymania lub odtworzenia siedlisk naturalnych i gatunków do właściwego stanu ochrony w ich naturalnym zasięgu.


23/116

Kraj członkowski decyduje o zastosowaniu środków właściwych do uzyskania ochrony obszaru: ustawowe (np. utworzenie rezerwatu przyrody), kontraktowe (np. podpisanie umów w zakresie zarządzania obszarem z właścicielem gruntu) lub administracyjne (przeznaczenie odpowiednich funduszy na zarządzanie obszarem).

4.2.2. Ramowa Dyrektywa Wodna i akwakultura słodkowodna W październiku 2000 roku, została przyjęta Dyrektywa 2000/60/EC Parlamentu Europejskiego i Rady ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej, lub w skrócie Ramowa Dyrektywa Wodna. Ramowa Dyrektywa Wodna rozszerza zakres ochrony wód na wszystkie wody i ustanawia jasne cele uzyskania „dobrego stanu” wszystkich europejskich wód do roku 2015 i zrównoważonego korzystania wody w całej Europie. Ten nowy ramowy system daje mało czasu na realizację celów w świetle wzrastającej presji wobec europejskich wód. Wdrażanie Ramowej Dyrektywy Wodnej stawia wiele technicznych zadań dla krajów członkowskich, Komisji, krajów kandydujących i krajów należących do Europejskiej Agencji Środowiska, jak również zainteresowanych stron i organizacji pozarządowych. Dodatkowo wiele dorzeczy rzek europejskich ma charakter międzynarodowy, ponieważ przecinają one granice administracyjne i terytorialne. Wspólne zrozumienie i podejście jest więc niezbędne do pomyślnego i skutecznego wdrożenia Dyrektywy. Komisja przedstawiła projekt Ramowej Dyrektywy Wodnej, obejmujący następujące najważniejsze cele: Rozszerzenie ochrony wód na wszystkie wody, w tym wody powierzchniowe i podziemne Osiągnięcie dobrego stanu wszystkich wód do ustalonej daty Gospodarowanie wodami w oparciu o dorzecza Połączone podejście w zakresie regulacji emisji i standardów jakościowych Ustanowienie właściwych cen Uproszczenie ram legislacyjnych Najlepszym modelem jednego systemu gospodarowania wodami jest gospodarowanie w ramach dorzeczy, jako naturalnej jednostki geograficznej i hydrologicznej, zamiast wprowadzania granic administracyjnych i politycznych. Inicjatywy podejmowane przez odpowiednie kraje dla dorzeczy rzeki Maas, Schelde lub Renu stanowią pozytywne przykłady tego podejścia, ilustrujące współpracę i nakreślanie wspólnych celów niezależnie od granic krajów członkowskich, a w przypadku Renu, nawet poza terytorium Unii Europejskiej. Wiele spośród krajów członkowskich już przyjęło zasadę gospodarowania dorzeczami, ale nie wszystkie. Dla każdego dorzecza, w tym tych, które przekraczają granice krajów, należy przygotować plan gospodarowania wodami na obszarze dorzecza. Plan powinien być aktualizowany co 6 lat. Pozwoli on na sprostanie wymienionym powyżej wymogom koordynowania działań. W celu wspólnej i skoordynowanej sprostania realizacji zadań, pięć miesięcy po wejściu w życie Dyrektywy, kraje członkowskie, Norwegia i Komisja ustanowiły Wspólną Strategię Wdrażania dla Ramowej Dyrektywy Wodnej. Strategia jest stale uaktualniana przez kraje członkowskie. Na lata 2007 – 2009 dyrektorzy właściwych organów krajowych określili następujące priorytety: „RDW i rolnictwo”, RDW i hydromorfologia, „ cele środowiskowe, wyjątki i powiązane zagadnienia ekonomiczne” , „brak wody i susza” “i „ monitoring biologiczny i chemiczny”. Dodatkowo przewiduje się działania związane ze zmianami klimatycznymi, które będą skoncentrowane na możliwościach i sposobach łagodzenia wpływów zmian klimatycznych, które oferuje RDW. Działanie to będzie realizowane w ścisłej powiązaniu z innymi działaniami strategii, w celu połączenia prac związanych ze zmianami klimatycznymi. Cele środowiskowe są kreślone w artykule 4, czyli w najważniejszym artykule Ramowej Dyrektywy Wodnej . Celem jest długofalowe, zrównoważone gospodarowanie wodami w oparciu o szeroko pojętą ochronę środowiska wodnego. Artykuł 4.1. określa główny cel RDW, który należy osiągnąć we wszystkich wodach powierzchniowych i podziemnych, tzn. osiągnięcie dobrego stanu wód do roku 2015 oraz określa zasady powstrzymania dalszej degradacji stanu wód. Następnie podany jest szereg wyjątków dotyczących głównych celów , które pozwalają na ustanowienie mniej ambitnych celów, przesunięcie daty realizacji poza rok 2015 lub wdrażanie nowych projektów pod warunkiem wypełnienia szeregu warunków. Ćwiczenie interkalibracyjne jest kluczowym narzędziem w efektywnym wdrażaniu procesu oceny stanu ekologicznego, gwarantującym harmonijną jego realizację w całej Unii Europejskiej. RDW klasyfikuje wody w pięciu kategoriach jakościowych, określając ich stan jako: bardzo dobry, dobry, umiarkowany, słaby i zły. Ogólnym celem RDW jest osiągnięcie dobrego stanu wszystkich wód powierzchniowych do roku 2015.. „Dobry stan” oznacza dobry stan ekologiczny i chemiczny. W celu skutecznego wdrażania RDW przygotowano przewodniki metodyczne i raporty techniczne.


24/116

Przewodniki metodyczne mają za zadanie przedstawienie podejścia metodologicznego, które będzie musiało być dostosowane do warunków poszczególnych krajów członkowskich. Te i inne dokumenty przygotowane przez Wspólną Strategię Wdrażania (GIS) znajdują się w bibliotece RDW CIRCA, pod adresem: (http://ec.europa.eu/environment/water/water-framework/iep/index_en.htm).

Podręcznik SUSTAINAQUA Możliwości rynkowe

25/116

5. Jakość produktów i ich dywersyfikacja – możliwości rynkowe dla hodowców ryb w zakresie produktów rybnych i produktów ubocznych hodowli ryb

Niezwykle ważnym argumentem w walce z rosnącą konkurencją na rynku produktów rybnych jest doskonała jakość produktów, związana zarówno mięsem ryb, jak i preferencjami konsumentów. Konsumenci są coraz bardziej zainteresowani metodami produkcji ryb oraz składnikami stosowanej paszy . Zarówno rozporządzenia, jak i władze unijne zwracają coraz większą uwagę na bezpieczeństwo żywności i identyfikowalność produkcji „od jaja do talerza”. Z uwagi na własne interesy handlowe i konieczność zaspokojenia potrzeb konsumentów, jak również stosowania się do regulacji prawnych, większość sieci handlowych wprowadziło bardzo ostre przepisy w zakresie produktów rybnych. Aby móc sprzedać ryby za pośrednictwem tak ważnego kanału rynkowego, produkty muszą spełniać wymogi standardów bardzo wysokiej jakości. Jednocześnie, zmieniające się warunki społeczno-ekonomiczne stwarzają nowe rynki dla produktów ubocznych akwakultury słodkowodnej. Hodowcy ryb musza znaleźć innowacyjne sposoby skutecznego zastosowania tych produktów. Wchodząc na rynki alternatywne, szybko rozwijające się obok głównych rynków zbytu wysokiej jakości produktów rybnych, europejscy hodowcy ryb mogą uzyskać większą zrównoważoność hodowli pod względem ekonomicznym i podnieść konkurencyjność w stosunku do międzynarodowego rynku produktów akwakultury, w szczególności tanich produktów z Azji. Jednym z głównych celów SustainAqua była więc analiza wpływu różnych systemów hodowli i żywienia na jakość ryb oraz zbadanie potencjalnych możliwości rynkowych różnych produktów ubocznych akwakultury w celu zdobycia nowych rynków. W badaniu prowadzonym w Polsce oszacowano wpływ trzech rożnych systemów hodowli stawowej na jakość karpia pospolitego. W badaniach prowadzonych w Szwajcarii i na Węgrzech analizowano potencjał rynkowy produktów ubocznych w prężnie rozwijającym się przemyśle kosmetycznym i energetycznym. Badania przeprowadzono na hydrokulturze roślin i owoców tropikalnych w 'Tropenhaus' w Szwajcarii i różnych roślinach mokradłowych na Węgrzech.

5.1. Jakość produktu – badania prowadzone w Polsce Określenie „jakość ryby” jest kompleksowym zestawieniem cech charakterystycznych, zależnych od wielu czynników. Obejmuje wygląd zewnętrzny (np. kolory), wartość odżywczą (skład części jadalnej, np. tłuszcze tłuszczowe, tłuszcze), charakterystykę organoleptyczną (smak, zapach, konsystencję), świeżość i bezpieczeństwo (zawartość substancji szkodliwych, metali ciężkich, substancji chemicznych stosowanych w akwakulturze i ich metabolitów, patogenów ludzkich). W projekcie SustainAqua głównym celem było określenie wpływu różnych metod żywienia i hodowli ryb na jakość i smak karpia, oceniany za pomocą testów konsumenckich, określenie profilu przy pomocy testów sensorycznych w czasie paneli z udziałem ekspertów oraz analiz chemicznych białka, tłuszczy i kwasów tłuszczowych. Szukano odpowiedzi na następujące pytania: Czy istnieje różnica w smaku karpia hodowanego w polikulturze i monokulturze (inne spektrum pasz i

skuteczność ich stosowania)? Czy istnieje różnica w smaku i jakości karpi żywionych paszą zbożową (kukurydza i pszenica) i

pożywieniem naturalnym? Badania koncentrowały się na karpiu pospolitym (Cyprinus carpio), głównym gatunku hodowlanym w Polsce. Poddano badaniu następujące próbki ryb: 1. Karp pospolity hodowany w tradycyjnej monokulturze - żywiony paszą zbożową 2. Karp pospolity hodowany w tradycyjnej polikulturze - żywiony naturalnie 3. Karp pospolity hodowany w monokulturze - żywiony naturalnie Dodatkowo poddano badaniom tołpygę białą (Hypophthalmichthys nobilis), pochodzącą z hodowli polikulturowej, żywionej naturalnie, w celu potwierdzenia wysokiej jakości i smaku oraz zdobycia większej akceptacji rynkowej. Obecnie istnieje wiele uprzedzeń wśród konsumentów w stosunku do złego smaku tego gatunku, co skutkuje w niskich cenach (ok. 1€/kg). Wyniki pokazują, że karp żywiony naturalnie ma dużo niższą zawartość tłuszczów niż karp żywiony zbożem. Znaczne różnice są widoczne w zawartości kwasów tłuszczowych i w składzie. Karp żywiony naturalnie miał większe proporcje wielonienasyconych kwasów tłuszczowych n-3 i n-6, które mają pozytywne wpływ na zdrowie człowieka. Także akceptacja konsumentów była dużo wyższa w przypadku karpia żywionego paszą naturalną, co spowodowane było świeżym, neutralnym i nie bardzo ostrym zapachem i delikatnym, nie


26/116

pleśniowym smakiem. W analizie nie zaznaczono większych różnic pomiędzy karpiem pochodzącym z monokultury i z polikultury. W podsumowaniu można stwierdzić, że system żywienia ma większy wpływ na jakość sensoryczną i chemiczną niż system hodowli. Głównym czynnikiem wpływającym na zawartość tłuszczu, skład kwasów tłuszczowym i charakterystykę organoleptyczną jest dieta. Czy karp jest hodowany w monokulturze czy w polikulturze nie ma większego wpływu na jakość ryby. Dodatkowo, w przypadku wprowadzenia na rynek tołpygi białej (Hypophthalmichthys nobilis), wyniki badań wskazują dobrą ocenę w zakresie jakości sensorycznej i akceptacji konsumentów oraz składu chemicznego, z wynikami podobnymi do karpia pospolitego.

5.2. Rośliny mokradłowe dla przemysłu bioenergetycznego – badania prowadzone na Węgrzech

Potencjał produkcji biomasy dla prężnie rozwijającego się sektora bioenergetycznego jest ogromny. Produkty lignocelulozowe jako produkty uboczne akwakultury dają szerokie możliwości produkcji etanolu, ciepła i elektryczności. Połączenie akwakultury, oczyszczania ścieków i produkcji bioenergii stanowi nowatorskie podejście w Unii Europejskiej. Może ono służyć dwóm celom przy jednocześnie ogromnych korzyściach: 1. Hodowcy ryb mają jednocześnie dwojakie korzyści: hodowca oszczędza na oczyszczaniu ścieków i

zyskuje nowe źródło dochodu poprzez sprzedaż nowego produktu. 2. Aby sprostać zapotrzebowaniu na biomasę w Unii Europejskiej, należy wykorzystać wszystkie

potencjalne obszary do produkcji biomasy, w tym tereny przeznaczone do hodowli ryb.

Wierzba po zasadzeniu na przykrytym wodą terenie (Zdjęcie: AKVAPARK)

Możliwości W ramach projektu przeprowadzono badania trzciny pospolitej (Phragmites australis), pałki wąskolistnej (Typha latifolia/ angustifolia), trzciny laskowej (Arundo donax) i wierzby (Salix viminalis) w zakresie potencjalnego zastosowania w produkcji biomasy lub na potrzeby produkcji energii, np. do produkcji trocin lub pelet do produkcji ciepła lub elektryczności lub produkcji bioetanolu celulozowego jako biopaliwa dla transportu (patrz tabela 2)

Zawartość wody

- Czynnik krytyczny określający ilość ciepła wyprodukowanego poprzez spalanie - Im wyższa zawartość wody w paliwie, tym mniejsza zawartość energii

Wartość paliwa

- ilość energii wydalonej formie energii przy spalaniu w kg drzewa


27/116

Ściana komórkowa polisacharydów

- Ściany komórkowe roślin zawierają głownie 3 typy polimerów: celulozę, hemicelulozę i ligninę. - celuloza i hemiceluloza zawierają długie łańcuchy cukrów, które mogą być zamienione na paliwo dla transportu jako bioetanol. - Ważne jest, aby znać udział wielocukrów(polisacharydów) w celu oceny wstępnego potencjału rośliny do produkcji biopaliwa

Tabela 2: Analizy prowadzone w ramach SustainAqua w celu określenia potencjału energetycznego roślin mokradłowych

Wyniki analiz dowodzą, że istnieje oczywisty potencjał do produkcji bioenergii. Wartości dla ścian komórkowych polisacharydów wskazują na możliwość produkcji bioetanolu celulozowego z tych roślin, w szczególności z Arundo donax i Phragmites australis. Wartość cieplna wskazuje na obiecujące wyniki , szczególnie w przypadku pałki wąskolistnej. Inne badania międzynarodowe potwierdzają duży potencjał wszystkich czterech badanych roślin mokradłowych. Należy jednak wziąć pod uwagę fakt, że w gospodarstwie hodowlanym głównym zadaniem roślin mokradłowych jest oczyszczanie ścieków pochodzących z akwakultury. Celem powinno być też zastosowanie wyprodukowanej biomasy jako produktu ubocznego do wytwarzania bioenergii. Oczyszczanie ścieków, a nie produkcja bioenergii będzie jednak zawsze zadaniem priorytetowym w hodowli roślin mokradłowych w gospodarstwie hodowlanym. Skutkiem tego mogą pojawić się niezwykle istotne czynniki ograniczające skuteczną i opłacalna produkcje bioenergii: 3. Położenie obszaru hodowli roślin mokradłowych nie stanowi optymalnych warunków do produkcji

bioenergii. 4. Czas żniw ma duże znaczenie dla optymalnej jakości spalania (najlepsza na wiosnę). 5. Cykl żniw wynoszący 2-3 lata jest bardziej odpowiedni. Należy dokładnie zbadać najskuteczniejsze sposoby połączenia oczyszczania ścieków z produkcją roślin energetycznych w celu znalezienie optymalnych warunków realizacji obu celów.

Możliwości rynkowe Obecnie istnieją bardzo korzystne warunki do rozwoju produkcji biomasy na potrzeby wytwarzania energii. Ambitne cele postawione przez Unię Europejska w zakresie zwiększenia udziału bioenergii w europejskim przemyśle energetycznym stwarza wielkie zapotrzebowanie na zasoby biomasy w następnej dekadzie. Także dla hodowców ryb jest to unikalna szansa zyskania dodatkowego źródła dochodu poprzez użycie produktów ubocznych biomasy w gospodarstwie rybnym do dostarczania pilnie potrzebnego surowca prężnie rozwijającemu się przemysłowi bioenergetycznemu. Wierzba (Salix viminalis) jest obecnie używana do produkcji trocin na cele grzewcze i energetyczne, np. tzw. Uprawa rotacyjne drzew szybko rosnących. Uprawy te dają potrzebne wytyczne do planowania uprawy roślin mokradłowych w gospodarstwach rybnych. Z punktu widzenia opłacalności rynkowej, uprawy muszą mieć minimum 1 ha powierzchni, być dostępne dla maszyn żniwnych i muszą produkować minimum 8-11 ton suchej masy na hektar w ciągu roku. W odniesieniu do uprawy trzech gatunków roślin zielnych objętych badaniami prowadzonymi na Węgrzech, jak trzcina pospolita, pałka wąskolistna i trzcina laskowa, ten rodzaj upraw dopiero stawia pierwsze kroki w rozwoju. W najbliższej przyszłości można oczekiwać udoskonaleń. W czasie następnych 3-5 lat dokonają się zmiany natury technoekonomicznej na rynku biomasy i bioenergii w Europie, a w tym czasie należy z optymalizować warunki produkcji biomasy w powiązaniu z akwakulturą, nie lekceważąc jednocześnie najważniejszej funkcji roślin mokradłowych, jaką jest oczyszczanie ścieków i zatrzymywanie składników odżywczych.

5.3. Rośliny hydroponiczne i owoce tropikalne dla przemysłu kosmetycznego - badania prowadzone w Szwajcarii

Rośliny hydroponiczne i owoce tropikalne mają duży potencjał do stosowania jako odnawialne, podstawowe surowce w przemyśle kosmetycznym. Szansą dla tego typu współproduktów akwakultury jest sprzedanie pochodzenia produktu. W koncepcji holistycznej mogłaby istnieć tylko jedno miejsce sprzedaży tych produktów. Szczególnie małe i średnie przedsiębiorstwa powinny być zainteresowane w współtworzeniu nowych produktów, takich jak kremy z papai lub guawy.

Możliwości W ramach projektu SustainAqua, została zbadana również rzęsa (Lemna sp.), która również mogłaby stać się produktem ubocznym węgierskiego systemu oczyszczania ścieków lub polskiego systemu kaskadowego, hiacynt wodny (Eichhornia crassipes), guawa (Psidium spI i papaja (Carica papaya). W przypadku owoców


28/116

tropikalnych badania koncentrowały się owocach niskiej i średniej jakości owocach, które nie mogą zostać sprzedane do sklepów jako produkt pierwszej jakości. Badania pod kątem nowych składników lub całej kompozycji chemicznej wybranych roślin nie były możliwe. W badaniach stężenia skoncentrowano się na znanych i pożądanych składnikach (patrz tabela 3):

Pektyna

- Rzęsa jest bogata w specyficzną dla niej pektynę (apiogalactoronan/ lemnan) - Niezwykłe cechy w porównaniu do zwykłej pektyny (z jabłek) - Może być użyta do leczenia objawów starzenia i podrażnień skóry

Karotenoidy i likopen

- Guawa i papaja są bogate w substancje bioaktywne - ß-karoten i likopen są znane z dobrego wpływu na zdrowie

Polifenole - Guawa ma właściwości przeciwutleniające w związku z zawartością polifenoli. - Hiacynt wodny dzięki zawartości polifenoli może ochraniać skórę przed szkodliwymi skutkami metali ciężkich i może poprawię oddychanie skóry . - Hiacynt wodny może być użyty do fitoremediacji, ponieważ zatrzymuje metale i substancje toksyczne w wodzie ściekowej w celu użycia ich do metabolizmu.

Tabela 3: Analizy prowadzone w SustainAqua w celu określenia potencjału przemysłowego roślin hydroponicznych i owoców tropikalnych

Wyniki analiz przeprowadzonych w ramach badań dokonanych w Tropenhaus' wskazują, że produkty współtowarzyszące akwakulturze nie zawierają wyższego stężenia danej substancji aktywnej niż inne rośliny. Jednak wartością dodaną w użyciu produktów współtowarzyszących akwakulturze w sektorze kosmetycznym mogłoby być holistyczne i organiczne podejście do produkcji z 'Tropenhaus' lub do innych produkcji ze zrównoważonych gospodarstw hodowli ryb. Ograniczenie sprzedaży do jednego miejsca przyniosłoby korzyści dla niektórych gałęzi przemysłu, w szczególności dla małych i średnich przedsiębiorstw.

Możliwości rynkowe Ostatnie tendencje w kosmetyce, w szczególności rynek kosmetyków naturalnych, tworzą korzystne warunki dla zastosowania produktów współtowarzyszących akwakulturze: Gwałtowny wzrost rynku do 20% w branży kosmetyków naturalnych

Światowa sprzedaż kosmetyków organicznych gwałtownie rośnie. Zyski osiągnęły prawie 5 bilionów EUR w roku 2006. Europa jest motorem napędowym wzrostu, przy stopie wzrostu ponad 20%, równej 1,2 biliona EUR. Niemcy, a za nimi Austria i Szwajcaria są krajami wiodącymi w tym segmencie rynku, osiągając 650 milionów EUR sprzedaży w roku 2006. Przewiduje się, że udział w ogólnym rynku kosmetycznym wzrośnie z obecnych 6% do 10% w roku 2012. Rynek francuski rozwija się najszybciej. Osiągnął 40% wzrostu w roku 2005.

Dominacja innowacyjnych małych i średnich przedsiębiorstw W Europie segment dostawców jest bardzo sfragmentaryzowany i zdominowany przez małe i średnie przedsiębiorstwa. Ponad 400 takich przedsiębiorstw produkuje kosmetyki naturalne.

Wysokie tempo rozwoju nowych produktów jest kluczowym czynnikiem Przemysł kosmetyczny charakteryzuje się innowacyjnością i wysokim tempem rozwoju produktów. Innowacyjność jest niezbędna w celu poprawienia wyników, zapewnienia bezpieczeństwa produktów i wyeliminowania negatywnego oddziaływania produktów na środowisko. Przedsiębiorstwa prowadzą badania nad naturalnymi składnikami, powoli rezygnując z syntetycznych substancji chemicznych.

Plasowanie produktu: skuteczny marketing polega na oczywistym wyodrębnieniu produktu spośród produktów konkurencyjnych Miarą sukcesu dla naturalnych kosmetyków jest plasowanie produktu. Zwycięzcami rynkowymi stają się firmy, które potrafią jasno wyodrębnić swoje produkty od produktów konkurencyjnych, zarówno naturalnych jak i konwencjonalnych.


Badania prowadzone na Węgrzech

29/116

6. Uzdatnianie wody w intensywnych systemach hodowli ryb przy użyciu mokradeł i stawów rybnych z ekstensywną produkcją ryb – badania prowadzone na Węgrzech

6.1. Sztuczne mokradła jako zrównoważona metoda uzdatniania ścieków pochodzących z akwakultury i produkcji cennych roślin (hodowla suma afrykańskiego)

6.1.1. Wstęp – ogólny opis innowacyjnej technologii Otrzymanie i utrzymanie dobrej jakości wody w naturalnych zbiornikach wodnych jest ważnym celem postawionym przez prawodawstwo europejskie i krajowe oraz organizacje pozarządowe. Wynika to z faktu, że jakość i ilość świeżej zasobów wody jest jednym z kluczowych czynników wpływających na zdrowie człowieka. Ścieki powodują eutrofizację i deteriorację naturalnych ekosystemów. Jednocześnie opłaty za odprowadzanie ścieków są dużym obciążeniem na Węgrzech. Te argumenty zmuszają producentów do szukania skutecznych i opłacalnych metod uzdatniania wody. W ostatnich dziesięcioleciach, sztuczne mokradła zostały ponownie odkryte jako skuteczna metoda uzdatniania ścieków. W ekosystemach mokradeł zawartość substancji zanieczyszczających jest obniżana poprzez naturalne procesy z udziałem roślin, które mają właściwości oczyszczania wody. Zawieszone ciała stałe w ściekach są osadzane i zamieniane w rozpuszczalne składniki odżywcze, które są nastepnie zużywane przez organizmy żyjące na mokradłach. Kombinacje różnych rodzajów mokradeł, takich jak staw stabilizacyjny, staw rybny i staw makrofitowy mogą poprawić skuteczność usuwania składników odżywczych z wody. Przy połączeniu cennych gatunków ryb i roślin, składniki odżywcze mogą zostać zamienione w zbywalne produkty uboczne. Obsadzanie ryb w jednym stawie powoduje, że pewna cześć składników odżywczych zostaje ponownie użyta przez ryby, a właściwy poziom rozpuszczonego w wodzie tlenu zapewnia odpowiednie warunki dla procesów aerobowych. W stawie makrofitowym liczne makrofity tolerujące zastosowany poziom wody pochłaniają znaczne ilości składników odżywczych produkując biomasę, która może zostać następnie użyta do produkcji bioenergii.

6.1.2. Zasady badania Hodowla suma afrykańskiego położona jest w Eksperymentalnym Systemie Stawowym Instytutu Badawczego Rybołówstwa, Akwakultury i Nawadniania (HAKI) w Szarvas, na Węgrzech. Obszar pilotażowy o powierzchni 1,1 ha (podsystem „A”) i 0,4 ha (podsystem „B”) to system mokradeł, skonstruowany w celu uzdatniania wody ściekowej pochodzącej z intensywnej hodowli suma afrykańskiego, prowadzonej w systemie przepływowym. Podsystemy mokradeł obejmują staw stabilizacyjny, staw rybny i stawy makrofitowe. Stawy zostały wypełnione zmagazynowaną wodą, pochodzącą z pobliskiego zakola rzeki Körös, po rozpoczęciu działania systemu (maj w roku 2007, luty w roku 2008). Ścieki z hodowli suma afrykańskiego zostały skierowane do napowietrzonego stawu stabilizacyjnego, gdzie zainstalowano aerator łopatkowy i dodano wodę, pochodzącą z rzeki. Woda ze stawu stabilizacyjnego została wprowadzona do stawu rybnego, gdzie pewna ilość składników odżywczych została zatrzymana w biomasie ryb. Ścieki ze stawu rybnego zostały skierowane do systemu sztucznych mokradeł z czteropowierzchniowym przepływem ścieków, porośniętych różnymi Objaśnienia do Rys. 4: podsystem A podsystem B, Hodowla suma

A_PH 2288m2

A_TY 2728m2

B_SA 683 m2

B_AR 683 m2

Subsystem ’A’ Subsystem ’B’

B_SAi 683 m2

B_TAi 683 m2

A_SP 3072 m2

A_FP 3072 m2

B_SP 1387 m2

B_FP 1380 m2

Stabilisation pondFishpond Macrophyte pondIrrigated area

Flow-through African catfish

farm

Rys. 4: Schematyczny rysunek planu badania hodowli suma afrykańskiego



30/116

afrykańskiego w systemie przepływowym, Staw stabilizacyjny, Staw rybny, Staw makrofitowy, Obszar nawodniony

roślinami energetycznymi: trzciną pospolitą (Phragmites australis), pałką szerokolistną i wąskolistną (Typha latifolia and T. angustifolia), wierzbą (Salix viminalis), trzciną laskową (Arundo donax) i tamaryszkiem (Tamarix tetrandra) (patrz tabela 4). Schemat tego systemu przedstawiono na rys. 4. W roku 2008 dwa dodatkowe, nawodnione pola, z poziomem wody utrzymanym pod powierzchnią gruntu, zostały podłączone do podsystemu „B”. Zbadano możliwości usuwania (remediacji) sodu przez wierzbę i tamaryszek. Zastosowano następujące parametry badawcze: Czas retencji: czas retencji hydraulicznej wynosił 18 dni w każdym z mokradeł. Głębokość wody: średnia głębokość wody w stawach stabilizacyjnych i rybnych wynosiła 1,2 m, a w

stawach makrofitowych 0,5 m. Obsada ryb: Polikultura została obsadzona rybami przy gęstości obsady 900 kg/ha: 35% stanowił karp

pospolity(Cyprinus carpio), 60% tołpyga biała (Hypophthalmichthys molitrix) i 5% amur biały (Ctenopharyngodon idella) w kwietniu i maju. Skład obsady ryb został dobrany w celu skutecznego oczyszczenia wody oraz zastosowania rożnych, naturalnych źródeł pożywienia.

Karmienie: do stawów rybnych nie podawano sztucznej karmy. Odłów: odłów w stawach rybnych nastąpił w listopadzie, po czym została wypuszczona woda i dno

pozostało suche w zimie (od listopad do lutego)

Jednostka badawcza

Obszar Głębokość wody

Gatunek Uwagi

A_SP 3 072 m2 1,2 m Rzęsa (Lemna sp.) Regularnie usuwana

A_FP 3 072 m2 1,2 m Polikultura karpia Obsada kwiecień Odłów w listopadzie

A_PH 2 288 m2 0,5 m Trzcina pospolita (Phragmites australis), rzęsa Zbierana w listopadzie

A_TY 2 728 m2 0,5 m Pałka (Typha latifolia, T. angustifolia) Zbierana w listopadzie

B_SP 1 387 m2 1,2 m Rzęsa (Lemna sp.) Regularnie usuwana

B_FP 1 380 m2 1,2 m Polikultura karpia Obsada kwiecień Odłów w listopadzie

B_SA 683 m2 0,5 m Wierzba (Salix viminalis), pałka (Typha sp.)

Sadzone w 2006 r., niedostateczny przyrost wierzby, inwazja pałki

B_AR 683 m2 0,5 m Trzcina laskowa (Arundo donax), pałka(Typha sp.)

Sadzone w 2006 r., niedostateczny przyrost trzciny, inwazja pałki

B_SAi 683 m2 Nie dotyczy Wierzba (Salix viminalis) Sadzone w 2007 r., nawadniane wodą wypływającą ze stawu rybnego (B_FP)

B_TAi 683 m2 Nie dotyczy Tamaryszek (Tamarix tetrandra) Sadzone w 2007 r., nawadniane wodą wypływającą ze stawu rybnego (B_FP)

Tabela 3: Główne cechy jednostek badawczych

6.1.3. Ocena wybranych wskaźników zrównoważoności stosowanych w projekcie SustainAqua

Dopływ i wypływ wody Dopływ wody do systemu eksperymentalnego pochodził z dwóch źródeł: Woda wypływająca z hodowli suma afrykańskiego, podlegająca oczyszczaniu Świeża woda z rzeki Körös do wypełnienia stawów, dotleniająca i dostarczająca glonów do stawów

stabilizacyjnych podczas prowadzenia badania. Na początku stawy zostały wypełnione świeżą wodą z dopływu rzeki Körös. Większa część wody została użyta do wypełnienia stawów stabilizacyjnych (13 829 m3 w roku 2007; 11 173 m3 w roku 2008); dalsze 10 037 m3 w roku 2007 i 17 089 m3 w roku 2008. Dzienne zużycie wody wynosiło średnio 65.6 m3 w roku



31/116

2007 i 69.5 m3 w roku 2008. Obliczono teoretyczną , dzienną objętość wody, ponieważ odświeżające dolewy wody były stosowane nieregularnie, tylko w przypadku niedostatecznego natlenienia. Obliczono zużycie wody świeżej w systemie uzdatniania. Okazało się, że na 1 m3 wody ściekowej z akwakultury, poddawanej uzdatnianiu, zużyto 0,159-0,274 m3 wody z rzeki podczas okresu produkcyjnego, a w całości zużyto (wraz z początkowym napełnieniem stawów) 0,279-0,453 m3. Odpływ wody następował poprzez kanały odpływowe, znajdujące się w stawach makrofitowych. Podczas retencji objętość wpuszczonej wody zmniejszała się na skutek ewaporacji, ewapotranspiracji i wycieków. W rezultacie woda wypływająca miała o 55-57% mniejszą objętość niż woda wpływająca.

Skuteczność wykorzystania składników odżywczych Całkowity dopływ azotu do stawów wynosił 162 kg w okresie produkcyjnym w roku 2007, co odpowiadało dziennemu zrzutowi z całego systemu uzdatniania w wysokości 1,05 kg. W wodzie wypływającej znajdowano mniej niż 10% azotu znalezionego w wodzie wpływającej. Całkowity odpływ fosforu wynosił 44,9 kg, przy dziennym odpływie 0,9 kg, przy czym w wodzie wypływającej znajdowało się 27% fosforu z wody wpływającej. Zawartość węgla w próbkach wody odpowiadała połowie lotnej zawiesiny ciał stałych: całkowity dopływ węgla do stawów wynosił 3 262 kg w okresie produkcyjnym, co odpowiadało 21,1 kg dziennego odpływu. W wodzie wypływającej znajdowało się mniej niż 8% całego dopływu węgla organicznego (tabela 5).

N P C

dopływ odpływ usuwanie dopływ odpływ usuwanie dopływ odpływ usuwanie Jednostka

kg kg % kg kg % kg kg % A_ST 1 167 722 38,1 117 95,1 18,7 1 930 1 307 32,2 A_FI 722 404 27,2 (44,0) 95,1 69,0 22,3 (27,4) 1 307 1 022 14,8 (21,9) A_PH 207 77.4 11,1 (62,6) 35,6 20,5 12,9 (42,4) 526 325 10,4 (38,2) A_TY 196 46.5 12,8 (76,3) 33,4 15,1 15,6 (54,8) 495 279 11,2 (43,6)

A_Ogółem 1 167 124 89,4 117 35,6 69,6 1 930 605 68,7 B_ST 512 235 54,1 50,0 31,9 36,2 813 561 31,0 B_FI 235 114 23,6 (51,5) 31,9 18.8 26,1 (41,0) 561 374 23,0 (33,4) B_SA 56,4 21,1 6,90 (62,6) 9,30 5,13 8,36 (44,9) 188 108 9,82 (42,5) B_AR 58,1 17,0 8,03 (70,8) 9,55 4,13 10,8 (56,7) 186 79,4 13,1 (57,3)

B_Ogółem 512 38,1 92,6 50,0 9,26 81,5 813 187 77,0 Ogółem 1 679 162 90,3 167 44,9 73,1 2 743 792 71,1

Tabela 4: : Dopływ, odpływ i usuwanie składników odżywczych w hodowli suma afrykańskiego w roku 2007 (w nawiasie: ilość usunięta obliczona w stosunku do ilości w dopływie)

N P C dopływ odpływ usuwanie dopływ odpływ usuwanie dopływ odływ usuwanie

Jednostka kg kg % kg kg % kg kg %

A_ST 1 352 865 36,0 152 95,9 37,0 2 646 1 304 50,7 A_FI 865 376 36,1 (56,5) 95,9 48,0 31,5 (49,9) 1 304 1 143 6,07 (12,3) A_PH 184 41,9 10,5 (77,3) 23,7 15,5 5,36 (34,4) 562 161 15,2 (71,4) A_TY 198 37,1 11,9 (81,2) 23,3 14,7 5,66 (36,9) 522 166 13,4 (68,1)

A_Ogółem 1 352 79,0 94,2 152 30,2 80,1 2 646 327 87,6 B_ST 717 361 49,6 78,9 40,4 48,7 1 351 554 59,0 B_FI 361 184 24,7 (49,0) 40,4 19,3 26,7 (52,2) 554 503 3,78 (9,22) B_SA 88.3 17,3 9,90 (80,4) 9,21 2,96 7,93 (67,9) 238 68.3 12,5 (71,3) B_AR 99.0 19,5 11,1 (80,3) 9,78 3,97 7,36 (59,4) 257 80.1 13,1 (68,8)

B_Ogółem 717 36,8 94,9 78,9 6,93 91,2 1 351 148 89,0 Ogółem 2 069 116 94,4 231 37,1 83,9 3 997 475 88,1

Tabela 6: Dopływ, odpływ i usuwanie składników odżywczych w hodowli suma afrykańskiego w roku 2008 (w nawiasie: ilość usunięta obliczona w stosunku do ilości w dopływie)



32/116

Całkowity odpływ azotu ze stawów wynosił 116 kg w okresie produkcyjnym w 2008 roku, co odpowiadało 0,48 kg dziennego odpływu z całego systemu uzdatniania. W wodzie wypływającej znaleziono mniej niż 6% azotu znajdującego się w wodzie wpływającej. Całkowity odpływ fosforu wynosił 37,1 kg, przy dziennym odpływie w wysokości 0,15 kg, przy czym w wodzie wypływającej znaleziono 16% fosforu z wody wpływającej. Całkowity odpływ węgla organicznego wynosił 4 812 kg, co odpowiadało 19.7 kg dziennego odpływu. W wodzie wypływającej znaleziono mniej 5% węgla organicznego znajdującego się w wodzie wpływającej (tabela 5). Odpływ azotu i fosforu był znacznie niższy w 2008 niż w 2007roku, w szczególności dzienne odpływy były niemal 50% niższe niż w 2008 roku. Odpływ węgla organicznego, zgodnie z odpływami dziennymi, był podobny w obu latach.

2007 2008 Składnik odżywczy jednostka N P C N P C

Dopływ kg 1 679 167 2 743 2 069 231 3 997 Woda % 9,7 27 29 5,6 16 4,3 Woda w czasie odłowu % 10 17 20 5,9 9,2 7,5 Ryby % 1,0 1,8 3,5 0,99 1,7 2,3

Odpływ

Rośliny % 4,0 9,2 n.o.* 3,7 8,5 n.o.* *nie obliczono

Tabela 5: Odpływ i retencja składników odżywczych w produktach pochodnych

Część składników odżywczych w hodowli suma afrykańskiego zostało zużytych przez ryby i rośliny energetyczne, dając cenne produkty uboczne. Podobna proporcja składników odżywczych z wody wpływającej została zamieniona w biomasę rybną i roślinną w obu latach: odpowiednio 1,0%, 1,8%, i 2.3-3.5% azotu, fosforu i organicznego węgla pozostało w odłowionych rybach. Do roślin energetycznych przedostało 3,7-4,0% azotu i 8,5-9,2% fosforu (tabela 6).

Wydajność energetyczna Podczas funkcjonowania systemu eksperymentalnego chowu suma afrykańskiego, energia elektryczna była stosowana do pompowania wody wypływającej do stawów stabilizacyjnych (jedna pompa o sile 3,1 kW) oraz do aeratorów używanych do mieszania i aerowania wody (2 aeratory o mocy 0,75 kW). Zużycie energii przez pompy i aeratory wyniosło 16 221 kWh w roku 2007 i 16 997 kWh w roku 2008. Zużycie energii przez pompy można wyeliminować w przypadku wprowadzenia grawitacyjnego wypływu ścieków do systemu uzdatniania. Jednostkowe zużycie energii na oczyszczanie ścieków wyniosło 0,257 kWh/m3 w roku 2007 i 0,273 kWh/m3 w roku 2008. Około 48 l paliwa, tzn. 487 kWh zużyto podczas zbioru i transportu biomasy. Całkowita wartość paliwa z zebranej biomasy wyniosła 81 728 MJ, odpowiadających 22 702 kWh w roku 2007 i 359 207 MJ, równych 99 780 kWh w roku 2008. W bilansie energetycznym systemu eksperymentalnego obliczono, że w roku 2007, podczas funkcjonowania systemu wyprodukowano 6 000 kWh więcej energii niż jej zużyto, a 82 296 kWh więcej energii w roku 2008 (tabela 8).

2007 2008 kWh MJ kWh MJ

Zużycie energii elektrycznej 16 221 58 396 16 997 61 189 Pompowanie ścieków 10 714 38 570 9 077 32 677 Aeracja 5 508 19 829 7,920 28 512 Zużycie paliwa 487 1 754 487 1 754 Wartość paliwa z roślin 22 702 81 728 99 780 359 207 Bilans 5 994 21 578 82 296 296 263

Tabela 6: Bilans energetyczny hodowli suma afrykańskiego

W systemie oczyszczania ścieków hodowano rośliny energetyczne jako cenne produkty uboczne. Użycie tych roślin jako paliwa oznacza produkcję odnawialnej energii. Rośliny posadzono w stawach makrofitowych w grudniu 2007 roku, a ich całkowita biomasa ważyła 8 320 kg. Wyprodukowana biomasa makrolitów ważyła 40 900 kg w roku 2008. Pałka wykazała największy przyrost, wierzba najmniejszy. W stawach wypełnionych trzciną pałkową i wierzbą, nastąpił intensywny, spontaniczny wzrost palki, który zahamował rozwój posadzonych roślin. Trzcina wykazała się najwyższymi wartościami energetycznymi w wysokości średnio 11 372 J/g. Wierzba miała wartość 9 699 J/g. Pałka i trzcina laskowa miały dość niskie wartości energetyczne, odpowiednio 9 214 J/g i 8 611 J/g.



33/116

W okresie jesieni, zimy i wiosny wartość opałowa wzrosła prawie dwukrotnie w przypadku trzciny i o 45% w przypadku pałki z uwagi na spadek zawartości wody. Wyniki te wskazują, że w celu osiągnięcia najwyższej wartości opałowej należy zbierać rośliny mokradłowe w okresie od marca do kwietnia, z uwagi na najniższą zawartość wody w tym okresie i tym samym relatywnie wysoką wartość kaloryczną.

Wydajność pracy Sadzenie drzew, codzienne czynności operacyjne, zbiory roślin i odłów ryb wymagały odpowiednio około 64, 176, 216 i 32 osobogodziny. Całkowity wkład pracy w czasie procesu oczyszczania wyniósł 488 godz., co oznacza, że 0,00778 osobogodziny na m3 wody ściekowej zużyto podczas procesu oczyszczania ścieków w hodowli suma afrykańskiego.

6.1.4. Czynniki sukcesu i ograniczenia Eksperymentalna hodowla suma afrykańskiego przyniosła znaczne korzyści środowiskowe i ekonomiczne: Ponowne użycie składników odżywczych i retencja: zastosowanie eksperymentalnego procesu

oczyszczania ścieków pozwoliło zmniejszyć odpływ składników odżywczych pochodzących z intensywnej hodowli o 1 300 kg N/ha, 130 kg P/ha i 7 500 kg ChZT/ha podczas całego okresu produkcyjnego od lutego do listopada 2008 roku.

Produkcja ryb: w stawach rybnych wyprodukowano średnio 1 458 kg/ha biomasy ryb przy zastosowaniu żywienia naturalnego.

Produkcja biomasy: wyprodukowano 40 900 kg biomasy roślin jako potencjalnego źródła energii odnawialnej, która pomoglaby ograniczyć spalanie gazu ziemnego i ograniczyć emisje dwutlenku węgla o 11 250 kg rocznie.

Dodatni bilans energetyczny: podczas funkcjonowania sytemu sztucznych mokradeł zużyto mniej energii niż wyprodukowano jej w formie biomasy roślin.

Usuwanie składników odżywczych z wody ściekowej prowadzi do ograniczenia kosztów poniesionych za zrzut ścieków i pomaga uniknąć kar z powodu zanieczyszczania środowiska.

Niższe koszty niż w przemysłowych technologiach oczyszczania ścieków. Produkcja zbywalnych produktów ubocznych daje dodatkowy dochód. Jednak zastosowanie tych metod oczyszczania ma pewne ograniczenia: Warunki klimatyczne w Europie Centralnej i Wschodniej ograniczają funkcjonowanie sztucznych

mokradeł w zimie, przy tym samym poziomie obciążenia ściekami. W niskich temperaturach (poniżej 15 ºC), zaleca się obniżenie obciążenia ściekami poprzez obniżenie zagęszczenia (odfiltrowanie zawiesiny ciał stałych) lub objętości używanej wody (magazynowanie).

Powierzchniowy przepływ (przy ciągłym dopływie wody) w mokradłach daje korzystne warunki dla trzciny i pałki. Otwarta powierzchnia wodna i stosunkowo cienka warstwa ziemi nie dawały jednak optymalnych warunków dla wierzby i trzciny laskowej. Wilgotne gleby z głęboką, żyzną warstwą tworzą dobre warunki dla tych gatunków.

Budowa i właściwe funkcjonowanie wymagają dokładnego planowania i ciągłej kontroli jakości wody w poszczególnych stawach oraz kontroli poziomu rozpuszczonego tlenu w stawach rybnych, ponieważ przekroczenie pewnych norm może spowodować poważne zakłócenia naturalnej równowagi w stawach, funkcjonujących jak sztucznie stworzone ekosystemy.

6.1.5. Zalety wdrożenia Przepisy dotyczące ochrony środowiska zmuszają hodowców ryb do ograniczenia ilości wypuszczanych ścieków i substancji zanieczyszczających oraz do stosowania zrównoważonych metod oczyszczania. Złożony system mokradeł oferuje dostateczne oczyszczanie, zgodne ze standardami ochrony środowiska. Ich budowa i koszty operacyjne są niższe niż sztucznych systemów oczyszczania. Biorąc pod uwagę średnie parametry jakości wody otrzymanej podczas badań, dałoby to 10,2 milionów forintów oszczędności w opłatach za ścieki w gospodarstwie hodowli suma afrykańskiego. Dałoby to dodatkowy dochód w wysokości 6,5 miliona forintów z produkcji pałki i ryb, podczas gdy koszty całej operacji wynosiłyby poniżej 4,6 miliona forintów. Stawy rybne są dostosowane do prowadzenia dodatkowej produkcji ryb, np. hodowla ryb ozdobnych lub gatunków żywiących się naturalnym pożywieniem tworzą możliwości zużycia niewykorzystanych składników odżywczych. Naturalne metody oczyszczania ścieków wymagają małej ilości nieodnawialnej energii, ale są intensywnymi



34/116

systemami hodowli, wymagającymi dużej powierzchni. W oparciu o wyniki badań i biorąc pod uwagę aspekty klimatyczne i ekonomiczne, system mokradeł o powierzchni 12 ha byłby wystarczający do oczyszczania 100% wody ściekowej o pojemności wypływającej z hodowli przepływowej afrykańskiego suma, o rocznej wydajności 300 t ryb.

6.2. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: jak oczyszczać ścieki z gospodarstwa hodowli suma?

6.2.1. Opis intensywnej hodowli ryb Dokonano porównania wyników badań hodowli suma afrykańskiego z istniejącą hodowlą ryb w systemie przepływowym, o całkowitej wydajności produkcyjnej w wysokości 300 ton rocznie. Sum afrykański jest produkowany (Clarias gariepinus) w systemie intensywnym w zewnętrznych zbiornikach wypełnionych wodą geotermalna z terenu gospodarstwa. Całkowita objętość wody w zbiornikach wynosi 1 200 m3 na powierzchni 3 690 m2. Średnie zużycie paszy dla ryb wielkości rynkowych wynosi 1,2 kg paszy na 1kg ryby. W hodowli 1 tony suma afrykańskiego, 24 kg azotu (N) i 3,9 kg fosforu (P) jest zamieniane na biomasę ryb. 52 kg N i 9,8 kg P jest zrzucane do wody ściekowej. Zużyta woda jest odprowadzana do zakola rzeki, gdzie ścieki powodują eutrofizację i zniszczenie naturalnego ekosystemu. Zgodnie z najnowszymi przepisami w zakresie ochrony środowiska, wypuszczanie ścieków do wód naturalnych podlega opłacie w wysokości zaleznej od masy wypuszczanych składników odżywczych, a hodowcy są zobligowani do stosowania zrównoważonej technologii oczyszczania ścieków.

6.2.2. Mechanizm oczyszczania ścieków w mokradłach W ekosystemach mokradeł zawartość zanieczyszczeń jest obniżana przez naturalne procesy z zastosowaniem odnawialnych źródeł energii. Sztuczne mokradła są technologiami zrównoważonymi, ponieważ : Są skuteczne w usuwaniu zanieczyszczeń; Systemy te zużywają minimalne ilości energii kopalnej i substancji chemicznych; Koszty budowy są niskie, a koszty operacyjne i utrzymania są niższe niż w sztucznych systemach

oczyszczania ścieków; Wtapiają się dobrze w środowisko naturalne, a wyraźne wartości estetyczne powodują łatwą akceptację

społeczeństwa; Tworzenie siedlisk mokradłowych pomaga zachować gatunki żyjące na mokradłach i przyczynia się do

bioróżnorodności. Poprzez zastosowanie różnych typów mokradeł, jak staw stabilizacyjny, staw rybny i staw makroficzny, usuwanie składników odżywczych jest bardziej skuteczne. Co więcej, poprzez włączenie cennych gatunków, składniki odżywcze są zamieniane w zbywalne, uboczne produkty. Przy stosowaniu mokradeł powierzchniowych, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki: Wymagana jest duża powierzchnia gruntu, Warunki klimatyczne mają wpływ na skuteczność oczyszczania ścieków.

6.2.3. Parametry w zakresie planowania

Charakterystyka wody ściekowej Woda ściekowa pochodząca z hodowli suma afrykańskiego charakteryzowała się wysoką zawartością substancji rozpuszczonych, pochodzących z użytej wody geotermalnej oraz wysokim chemicznym zapotrzebowaniem tlenu (ChZT). Azot ogólny składał się w 60 % z azotu amonowego (TAN) i w 40% z organicznego azotu, a inne formy azotu znajdowały się w niewielkich ilościach. Fosfor ogólny zawierał prawie 50% ortofosforanu P, podczas gdy lotne zawiesiny ciał stałych stanowiły 90% wszystkich zawiesin ciał stałych. Na podstawie średnich stężeń obliczono, że roczny odpływ azotu równa się 13 t, masa fosforu w ściekach wyniosła 1,3 t, a zawartość ChZT w ściekach wynosiła rocznie 87 t (tabela 9).

C ścieki Standardowe odchylenie

Ładunek zanieczyszczeń Parametr

mg/l kg/dzień Substancje rozpuszczone ogółem 714 62.5 857



35/116

Chemiczne zapotrzebowanie tlenu 200 89.0 239 Azot amonowy 18.7 5.84 22.4 Ogólny organiczny N 11.6 11.8 13.9 Ogólny N 29.7 11.4 35.6 Ortofosforan P 1.37 1.07 1.64 Ogólny P 2.90 0.92 3.48 Lotne zawiesiny ciał stałych 114 57.6 137

Tabela 7: Średnie wartości chemicznych parametrów wody i obliczony dzienny odpływ wody ściekowej (n=38)

Retencja składników odżywczych Zdolności retencyjne zostały obliczone dla przedziałów temperatury co 5 o , w oparciu o dane z badań przeprowadzonych w 2008 roku, dotyczących zależności ładunku zanieczyszczeń w wodzie od temperatury. Usuwanie azotu N było najbardziej podatne na wzrost temperatury. Również usuwanie ChZT mialo lepszy skutek przy wyższej temperaturze. Retencja P i usuwanie suchej masy organicznej (s.m.o.) były skuteczne jedynie w wysokiej temperaturze (tabela 10). Podczas projektowania systemu powinno się wziąć pod uwagę najniższy poziom zdolności usuwania, natomiast ustalanie wielkości różnych rodzajów mokradeł powinno być przeprowadzone równolegle dla dwóch stawów, które mogą w razie potrzeby zostać włączone lub odłączone od systemu.

Usuwanie N Usuwanie P Usuwanie s.m.o. Usuwanie ChZT Przedział temperatury wody kg/ha/dzień 10-15 ºC 2,96 0,36 19,48 18,99 15-20 ºC 5,71 0,37 18,68 30,92 20-25 ºC 7,41 0,75 37,66 44,46

Tabela 8: Usuwanie substancji zanieczyszczających w przypadku sztucznego mokradła w różnych przedziałach temperatury

Możliwość dodania świeżej wody podczas operacji, w szczególności w stawach stabilizacyjnych i rybnych jest istotnym elementem procesu oczyszczania ścieków. System zasilania i odwadniania w stawach musi być zaprojektowany i zbudowany w sposób umożliwiający niezależne napełnianie i spuszczanie wody w razie konieczności.

Obsada ryb Staw do polikultury karpia został wybrany spośród stawów rybnych w celu użycia pewnej ilości składników odżywczych bezpośrednio przez ryby lub przez łańcuch pokarmowy w stawach. Karp pospolity, żywiący się pokarmem dennym, wzburza osady denne, z których składniki odżywcze i materia organiczna przedostają się do wody, wzmagając pierwotną produkcję i zwiększając wybór pożywienia dla organizmów filtrujących. Tołpyga biała toleruje wyższe stężenia i może spożywać większą cześć planktonu i zooplanktonu. Zaobserwowano, że tołpyga może filtrować resztki paszy ze ścieków pochodzących z intensywnej hodowli. Amur biały, żywiący się makrofitami, został osadzony w celu kontrolowania wzrostu rzęsy w stawach. W stawie eutroficznym czy hipertroficznym, rzęsa rozrasta się spontanicznie do tego stopnia, że w małych stawach może pokryć całą powierzchnię, przeszkadzając w pierwotnej produkcji glonów. Obsadzanie młodego karpia pospolitego może powstrzymać gwałtowny wzrost zooplanktonu. Różne gęstości obsady zostały przebadane w czasie przeprowadzonych eksperymentów. Najwyższą produkcję karpia i tołpygi zanotowano przy całkowitej gęstości obsady wynoszącej 1 000 kg/ha i składzie obsady w proporcjach 35%:50%:15% (z udziałem białego amura). Indywidualna waga zarybieniowa, np. wiek ryb w obsadzie, ma także wpływ na wyniki produkcji, ponieważ jednoroczne ryby rosną szybciej niż większe ryby. Jednak dwuletni karp jest w stanie bardziej skutecznie spowodować ponowne zawieszenie osadu.

6.2.4. Czynniki krytyczne dla funkcjonowania systemu Warunki klimatyczne: naturalne systemy oczyszczania wody funkcjonują sprawnie w temperaturze wody 15-30 ºC, tzn. od kwietnia do października w Centralnej i Wschodniej Europie. Jednak gospodarstwa rybne funkcjonują przez cały rok. W zimie, zmniejszone usuwanie składników odżywczych, szczególnie azotu jest charakterystyczne dla sztucznych mokradeł z podpowierzchniowym przepływem ścieków. Tak więc, ładunek zanieczyszczeń zmniejsza się przy niższych temperaturach. Konieczna jest wtedy większa powierzchnia do



36/116

usuwania składników odżywczych. Filtracja mechaniczna może również obniżyć ładunek składników odżywczych w rozpuszczonych związkach organicznych. Obsady ryb: w ekosystemach stawowych, gatunki obsadzone i naturalnie występujące organizmy wymagają odpowiednich środków zarządzania. Ryby są wrażliwe na niski poziom tlenu (<1.5-2.0 mg/l) i podwyższone stężenie niejonowanego amoniaku >0.3-0.4 mg/l). Kiedy promienie słoneczne są często zatrzymywane przez chmury, deszczową pogodę, fotosynteza tlenowa może być ograniczona, co powoduje spadek stężenia rozpuszczonego tlenu w wodzie. Wyższy poziom amoniaku może być spowodowany przez zbyt wysoki ładunek składników odżywczych, szczególnie w niskich temperaturach i kiedy ograniczone jest działanie bakterii nitryfikujących. Poniżej odpowiedniego poziomu rozpuszczonego tlenu, wyrównywanie deficytu odbywa się poprzez aerację lub dopływ świeżej wody. Aeracja lub dopływ świeżej wody pomagają również w obniżeniu stężenia niejonowanego amoniaku. Regularny (codzienny) monitoring stężenia tlenu i niejonowanego amoniaku oraz śledzenie warunków pogodowych może zapobiec katastrofalnemu pogorszeniu jakości wody. Gwałtowne rozrosty planktonu: gwałtowny wzrost zooplanktonu w stawach może mieć miejsce na początku okresu wegetacyjnego. Filtrowanie zawiesin ciał stałych i fitoplanktonu skutkuje w produkcji znacznej ilości biomasy. Jednak gradacja zooplanktonu obniża stężenie tlenu w wodzie. W celu niedopuszczenia do szkodliwego rozmnażania zooplanktonu należy usunąć jego biomasę poprzez obsadzenie młodych ryb lub filtrację. Nie zaobserwowano gwałtownych rozrostów cyjanobakterii w systemach oczyszczania wody. Rzęsa wodna: w wodach stojących mogą się pojawić rożne rodzaje rzęsy, która w odpowiednich warunkach rozmnaża się bardzo szybko. Rzęsa pokrywa powierzchnię stawu i powstrzymuje rozrost i działanie fitoplanktonu, co skutkuje powstaniem anaerobowych warunków w wodzie. Zaleca się usuwanie rzęsy ze wszystkich rodzajów stawów, ponieważ procesy aerobowe są zalecane w systemach. Najlepsza kontrolę rozrostu rzęsy w stawach zapewnia obsadzanie amura białego, który żywi się rzęsą, przetwarzając ją w ten sposób w biomasę ryb. W stawach makrofitowych zaleca się ręczne usuwanie rzęsy w celu zwiększenia otwartej powierzchni wody. Nagromadzenie osadów: umiarkowane nagromadzenie osadów zaobserwowano w dopływach ścieków z hodowli do stawów stabilizacyjnych. Po dłuższym użytkowaniu (15-20 lat), może być konieczne usuniecie nagromadzonych osadów.

6.2.5. Projektowanie proponowanego systemu mokradeł

Na podstawie wyników badań i dziennego ładunku zanieczyszczeń pochodzących z hodowli ryb w wysokości 300 t/rocznie, na system mokradeł zaleca się obszar 12 hektarów. Obszar i struktura systemu są zaprojektowane w celu zapewnienia bezpieczeństwa oczyszczania w zimie i poprawy jakości wypływającej wody. Budowa równoległych stawów może poprawić elastyczność systemu, ponieważ w zimie zalecana jest zwiększona powierzchnia stawów w stosunku do lata, w celu zapewnienia możliwości oczyszczania tej samej objętości ścieków (patrz Rys. 5). Po zapoznaniu się z udziałem rożnych rodzajów mokradeł w oczyszczaniu ścieków, zaleca się proporcję 3.5:2:1 wielkości stawu stabilizacyjnego w stosunku do stawu rybnego i stawu makrofitowego. Na proponowany system mokradeł składają się więc: Trzy stawy stabilizacyjne o powierzchni 2,2

ha, Jeden staw rybny o powierzchni 3,7 ha i Jeden staw makrofitowy o powierzchni 1,8

ha. Ojasnienie rysunku - Gospodarstwo rybne – staw stabilizacyjny o powierzchni 2,2 ha i głębokości 1,2 m - staw stabilizacyjny o powierzchni 2,2 ha i głębokości 1,2 m - staw stabilizacyjny o powierzchni 2,2 ha i głębokości 1,2 m – staw rybny 3,7 ha, głębokość 1,2 m – staw makrofitowy 1,8 ha, głębokość 0,5 m

Obsady karpia w polikulturze powinny mieć miejsce w stawie rybnym. Sugerowana proporcja gatunków ryb

Stabilisation pond

2.2 ha depth 1.2 m

Stabilisation pond

2.2 ha depth 1.2 m

Stabilisation pond

2.2 ha depth 1.2 m

Fishpond

3.7 ha depth 1.2 m

Macrophyte pond 1.8 ha

depth 0.5 m

AC farm

Rys. 5: Proponowany układ systemu mokradeł do oczyszczania ścieków dla rocznej produkcji 300 t suma w gospodarstwie rybnym



37/116

do obsady: 35% karpia pospolitego (2 letni): 50% tołpygi bialej (jednorocznej):15% amura białego, przy gęstości 1 000 kg/ha i wadze jednostkowej 50-300 g. Inne gatunki karpia, np. ryby ozdobne mogą być obsadzane w podobnej gęstości. Na początku procesu hodowlanego stawy wypełniane są wodą rzeczną (tzn. nie zanieczyszczoną wodą powierzchniową lub podziemną). Przy zastosowaniu równoległych stabilizacyjnych stawów, opróżnianie i napełnianie stawów mogą przebiegać zamiennie. Zgodnie z założeniem, że jeden staw stabilizacyjny nie będzie użytkowany w czasie ciepłych miesięcy (od kwietnia do września), napełnianie tego stawu może zacząć się przed lub równolegle do opróżniania i napełniania pozostałych stawów. Podczas opróżniania i napełniania niektórych stawów stabilizacyjnych, oczyszczanie może być kontynuowane w już napełnionym stawie. Odłów w stawie rybnym może nastąpić pod koniec października lub na początku listopada. Po odłowie, opróżnianie stawów stabilizacyjnych może być kontynuowane. Zbiór roślin w stawach makrofitowych powinno odbywać się wczesną wiosną, w marcu, kiedy zawartość wody w częściach naziemnych roślin jest najmniejsza. Zalecane jest utrzymanie obniżonego poziomu wody w stawach makrofitowych podczas zbioru roślin. Uważa się, że proponowany system mokradeł może usunąć w ciągu roku około 1 000-1 100 kg fosforu, 7 000-8 000 kg nieorganicznego azotu i 70 000-80 000 kg ChZT z wody ściekowej. Biorąc pod uwagę średnie parametry jakości wody użytej w badaniach, zastosowanie badanego modelu w hodowli suma afrykańskiego da 9 672 000 HUF oszczędności na opłatach za ścieki z tej hodowli. Dodatkowe oszczędności pochodzą z produkcji ryb w stawach rybnych i produkcji pałki (biopaliwa) w stawach mikrofitowych. Biorąc pod uwagę 5 % zniżkę, wartość bieżąca netto inwestycji zwraca się w ósmym roku (w tym przypadku w roku 2017) i wynosi 34 miliony HUF po 15 latach operacji. Pozostałe obliczenia przedstawiono w tabeli poniżej. Analiza wydajności kosztów przyjmuje, że ceny energii i paliwa oraz cena rynkowa palki będą rosły 6% w stosunku rocznym. Zakładana inflacja płac wynosi 3 %, podczas gdy wzrost cen ryb i narybku określony jest na poziomie 2 % rocznie(tabela 11).

Podręcznik SUSTAINAQUA Badania prowadzone na Węgrzech

38/116

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 Koszty budowy stawów (4.5 miliona HUF/ha) + zakup gruntu

58 400

Koszt młodocianych ryb 1 128 1 151 1 174 1 197 1 221 1 245 1 270 1 296 1 322 1 348 1 375 1 403 1 431 1 459 1 488 Koszty paliwa (250 litrów na rok) 25 75 80 84 89 95 100 106 113 120 127 134 142 151 160 170

Koszt elektryczności (35.040 kWh/ rok) 1 261 1 337 1 417 1 502 1 593 1 688 1 789 1 897 2 011 2 131 2 259 2 395 2 538 2 691 2 852

Koszty robocizny (2,800 godz. /rok) 400 2 100 2 163 2 228 2 295 2 364 2 434 2 508 2 583 2 660 2 740 2 822 2 907 2 994 3 084 3 176

Dochód z pałek (0,8 HUF/MJ) 863 915 970 1 028 1 090 1 155 1 224 1 298 1 375 1 458 1 546 1 638 1 737 1 841 1 951 Dochód z produkcji ryb 3 356 3 423 3 492 3 561 3 633 3 705 3 779 3 855 3 932 4 011 4 091 4 173 4 256 4 341 4 428 Niezapłacone opłaty za ścieki 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672 9 672

Zysk -58 825 9 327 9 280 9 230 9 178 9 122 9 064 9 002 8 937 8 868 8 795 8 718 8 637 8 551 8 460 8 365 Obniżony zysk (r=5%) -58 825 8 882 8 417 7 973 7 551 7 148 6 764 6 398 6 049 5 716 5 399 5 097 4 809 4 535 4 273 4 024 Wartość bieżąca netto -58 825 -49 943 -41 526 -33 552 -26 002 -18 854 -12 090 -5 693 356 6 072 11 471 16 568 21 378 25 912 30 185 34 209

Tabela 9: Analiza wydajności kosztów proponowanego 12 hektarowego systemu mokradeł (w tysiącach forintów HUF, 1 EURO=275 HUF)


39/116

6.3. Połączenie hodowli intensywnej i ekstensywnej w celu zrównoważonego zużycia wody i składników odżywczych (gospodarstwo intensywno-ekstensywne)

6.3.1. Wstęp – ogólny opis innowacyjnego rozwiązania W rozwoju przyjaznych środowisku technologii hodowli ryb w systemie gospodarstw stawowych należy oczywiście ująć intensywną hodowlę ryb. Charakterystyczna cechą tej metody jest oczyszczanie wody ściekowej, wzbogaconej w organiczne i nieorganiczne składniki odżywcze pochodzące ze stawów z intensywną hodowlą w stawie ekstensywnym. Część składników odżywczych jest tam zużywana poprzez różnego rodzaju procesy biologiczne, a pozostała część dołącza do osadu dennego. Woda uzdatniana lub oczyszczana jest ponownie użyta w stawach rybnych. Zastosowanie połączonego systemu produkcji przyczynia się do ekologicznego, zrównoważonego rozwoju hodowli ryb oraz do produkcji ryb o dużej wartości rynkowej. Hodowla ryb oparta na peryfitonie jest technologią podnoszącą produkcję naturalnego pożywienia w stawie oraz zastosowania tego pożywienia do produkcji ryb. Lepsze zastosowanie składników odżywczych w systemach hodowlanych ma na celu obniżenie odpływu tych substancji do wód naturalnych. Produkcja hodowlana jest wyższa w stawach, do których dodaje się substrat peryfitonu, niż w stawach, w których go brak. Nowy rodzaj produkcji pierwotnej oraz drugorzędna produkcja organizmów bentosowych, przyspieszona sztucznymi substratami tworzą nowy łańcuch pokarmowy, którego części staje się biomasą ryb. Spasanie na dwuwymiarowej warstwie peryfitonu jest bardziej skuteczne niż filtrowanie przez glony z trójwymiarowego skupiska planktonu. Jeśli glony stawowe mogłyby rosnąć w substratach, więcej ryb mogłoby się nimi żywić, co dałoby bardziej skuteczne użycie produkcji pierwotnej. Zastosowanie peryfitonu w stawie ekstensywnym, przeznaczonym do oczyszczania ścieków może podnieść skuteczność oczyszczania w stawach. Ogólnym celem badań intensywno-ekstensywnego gospodarstwa (IEG) jest znalezienie rozwiązań mogących pomóc tradycyjnym hodowlom karpi w bardziej efektywnym użyciu wody poprzez produkcję cennych gatunków w zbiornikach lub stawach ekstensywnie użytkowanych, w celu dywersyfikacji i podwyższenia wyników ekonomicznych produkcji ryb. Badania IEG zostały przeprowadzone w oparciu o połączenie intensywnych i ekstensywnych metod hodowli oraz różnych gatunków, które zajmują różne nisze w łańcuchu pokarmowym, w jeden zintegrowany system, który pozwala na przetworzenie składników odżywczych w wodzie ściekowej. Skutkuje to lepszą efektywnością użycia składników odżywczych oraz obniżeniem emisji do środowiska. Jednocześnie wzrasta produkcja na jednostkę poboru wody. Celem badania było znalezienie nowej metody produkcji ryb drapieżnych w stawach oraz zwiększenia zużycia składników odżywczych do produkcji ryb. Celem badania było opracowanie nowej metody produkcji ryb drapieżnych w systemie stawowym oraz zwiększenie użycia składników odżywczych do produkcji ryb. Innowacyjny system IEG miał za zadanie: 1. Podnieść możliwości produkcyjne; 2. Dywersyfikacje gatunków hodowlanych i 3. Przetworzenie składników odżywczych w cyklu produkcyjnym. Mając na uwadze powyższe cele, badania zostały poświecone: Ocenie możliwości ponownego użycia składników odżywczych w połączonych systemach hodowli Badaniu różnych rozwiązań biotechnologicznych (np. zastosowane peryfitonu, hodowla omułków) w

dodatkowej produkcji gospodarstwa rybnego oraz jakości wody Ocena budżetu składników odżywczych w systemie eksperymentalnym

6.3.2. Zasady funkcjonowania modelu Badania poświęcone IEG prowadzono w trzech stawach (każdy o powierzchni 310 m2, głębokości 1 m). Stawy były użytkowane ekstensywnie, ale w każdym umiejscowiona była klatka użytkowana intensywnie (objętość 10 m3) (Rys. 6). Stawy wypełnione były wodą naturalną, pochodzącą z rzeki, tydzień przed obsadzeniem ryb. Poziom wody był utrzymywany poprzez regularne dostarczanie wody z rzeki. Aerator łopatkowy (0.5 kW) podłączono w stawie w celu zapewnienia odpowiedniego stężenia tlenu i zapewnienia przepływu wody pomiędzy intensywnie i ekstensywnie użytkowanymi miejscami. Podczas badania nie stosowano leków i substancji chemicznych.


40/116

Water supply canal

Water tretment unit Water tretment unit Water tretment unit 300 m2 300 m2 300 m2

Fish stocking only

Experimental system I. (IES/1) Experimental system II. (IES/2) Experimental system III. (IES/3)

: Paddle wheal aerator : direction of water circulation

Inte

nsiv

e un

it

Inte

nsiv

e un

it

Inte

nsiv

e un

it

Periphyton

Fish stocking only

Periphyton

Fish + shellfish stocking (2007)

Rys. 6: Schemat systemu eksperymentalnego

Kanał dostarczający wodę – punkt oczyszczania wody- jedynie zarybienie – jednostka intensywnego chowu - punkt oczyszczania wody – peryfiton – jedynie zarybienie – zarybienie i obsada skorupiaków – system eksperymentalny – aerator łopatkowy – kierunek przepływu wody

We wszystkich stawach zastosowano ten sam sposób żywienia i zarybiania. Granulowana pasza (45% białka nieoczyszczonego, stosunek C:N wynosi 6) podawana była codziennie do stawów intensywnych przy pomocy automatycznego karmidła, podczas gdy w stawach ekstensywnych nie podawano paszy. Schemat ekstensywnych stawów był jedną różnicą pomiędzy systemami, w których testowano wpływ podawania peryfitonu i obsadzania skorupiakami na jakość wody, wyniki produkcji ryb oraz użycie składników odżywczych. Średni dopływ składników odżywczych w paszy wynosił 0,5 N/m2/dziennie w 2007 roku i 1,2 N/m2/dziennie w 2008 roku (tabela 12). Jedynym źródłem składników odżywczych w systemie była pasza dla ryb stosowana w jednostce intensywnego chowu. Dodatkowa powierzchnia przeznaczona na wzrost peryfitonu wynosiła 0, 100 i 200 % (tzn. 0, 1 i 2 m2 obszar peryfitonu/m2 powierzchni stawu) powierzchni stawu (tabela 13).

Azot Fosfor Węgiel organiczny Średni

dopływ Maksymalny dopływ

Średni dopływ Maksymalny dopływ

Średni dopływ

Maksymalny dopływ

2007 0,51 0,72 0,08 0,12 3,1 4,4 2008 1,2 1,8 0,19 0,28 7,3 10,6

Tabela 10: Dzienny dopływ składników odżywczych z paszy w IEG

Podsystem IEG 1 Podsystem IEG 2 Podsystem IEG 3 Średnia zawartość paszy 0.5 g N/m2/dziennie (2007)

Nie ma peryfitonu PA 1 m2/m2 PA 1 m2/m2 + obsada skorupiaków

Średnia zawartość paszy 1.2 g N/m2/dziennie(2008) Nie ma peryfitonu PA 1 m2/m2 PA 2 m2/m2

PA: obszar peryfitonu

Tabela 11: Schemat eksperymentu

Funkcjonowanie systemu w roku 2007 Intensywny chów suma europejskiego (Silurus glanis L.) prowadzony był w jednym stawie na paszy granulowanej . Wstępna biomasa obsady wynosiła 100 kg (10 kg/m3). Ekstensywny chów karpia pospolitego (Cyprinus carpio L.) i tilapii nilowej (Oreochromis niloticus L.) prowadzony był w drugim stawie bez podawania dodatkowej paszy, przy wstępnej biomasie obsady wynoszącej 30-30 kg. Dodatkowo dokonano obsadę szczeżuji wielkiej (Anodonta cygnea L.) w gęstości 1 sztuka/m2 (waga 109±69 g/osobnik) w trzecim stawie. Skorupiaki zostały umieszczone w plastikowych, podwieszonych workach 10 cm od dna. W każdej torbie umieszczono 10 skorupiaków. Łącznie zawieszono 30 toreb w podsystemie IEG 3. W dwóch stawach (IEG 2 i 3) wyniki produkcyjne intensywnego chowu zostały poprawione poprzez dodanie peryfitonu, który urósł na sztucznym substracie, bez dodawania dodatkowych substratów (system 1). Gałązki wierzby użyto jako substrat do wzrostu peryfitonu. Dzięki substratowi wierzbowemu zyskano dodatkowe 300 m2 w każdym stawie, o powierzchni podobnej do powierzchni całego stawu. Jednak powierzchnia gałązek zmniejszała się stale podczas funkcjonowania systemu, dochodząc do 70 m2 pod koniec sezonu produkcyjnego. System


41/116

eksperymentalny funkcjonował przez 22 tygodnie, od 10 maja do 11 października 2007 roku.

Funkcjonowanie systemu w roku 2008 W drugim roku funkcjonowania, gęstość obsady (20 kg/m3) w częściach stawów z intensywną hodowlą zwiększyła się dwukrotnie w porównaniu do roku 2007, a tym samym średnia zawartość składników odżywczych w paszy wzrosła do 1,2 gN/m2/dziennie. Dla bezpieczeństwa funkcjonowania, staw intensywny został obsadzony sumem afrykańskim(Clarias gariepinus L.) jako modelową ryba, bardziej odporną niż gatunek europejski. Eksperymentalny wzorzec IEG/3 został zmieniony w roku 2008, nie zarybiono skorupiakami, a powierzchnia sztucznego substratu została zwiększona do 600 m2 (2 m2 powierzchni peryfitonu/m2 powierzchni stawu). Powodem usunięcia skorupiaków z wzorca eksperymentalnego była duża śmiertelność w pierwszym roku, a tym samym nagromadzenie składników odżywczych w biomasie skorupiaków nie była tak wysokie jak oczekiwano. Dodatkowo wystąpił problem z pasożytami, który spowodował wysoką śmiertelność ryb w punkcie intensywnego chowu. W drugim roku funkcjonowania zastosowano sztuczny, plastikowy substrat do rozwoju peryfitonu z uwagi na stałą powierzchnie w odróżnieniu do gałązek wierzby. System funkcjonował przez 16 tygodni, od 21 maja do 10 września 2008 roku. W obu latach, wyniki produkcji netto całego systemu (ekstensywna i intensywna część razem ) był najwyższy w tych stawach, gdzie powierzchnia peryfitonu wynosiła 100% powierzchni stawu (tabela 14).

6.3.3. Ocena wybranych wskaźników zrównoważonego rozwoju w projekcie SustainAqua

Wydajność energetyczna Energia elektryczna była jedyna energią użytą do mieszania i aerowania każdego ze stawów eksperymentalnych aeratorami łopatkowymi (0.5 kW) podczas funkcjonowania eksperymentu. Zużycie energii elektrycznej dominowało w całkowitym zużyciu energii , podczas gdy zużycie paliwa wyniosło jedynie 2-3% całego zapotrzebowania energetycznego. Dzienne zużycie energii wynosiło 12.2 w roku 2007 i 12.4 kWh w roku 2008. Zużycie energii na produkcję ryb zostało zestawione w tabeli 15. Jednostkowe zużycie energii było dużo wyższe w roku 2007 niż 2008, z powodu niższych wyników produkcyjnych w hodowli w pierwszym roku badań. Wydajność energetyczna poprawiła się poprzez dodatkową produkcję ryb w stawie ekstensywnym w wysokości 35% w roku 2007 i 21% w roku 2008.

Dopływ i odpływ wody Stawy zostały wypełnione świeżą woda z pobliskiego dopływu rzeki Körös. W stawach ekstensywnych, ewaporacja i wycieki były kompensowane podczas trwania badań (tabela 16). Podczas funkcjonowania hodowli nie wypuszczono wody ściekowej; woda została wypuszczona ze stawów jedynie podczas odłowu ryb.

Wykorzystanie składników odżywczych Całkowite dopływy składników odżywczych (zarybianie, dopływ wody, pasza) oraz odpływy (odłów ryb i wypuszczanie wody) są przedstawione w tabeli 17. Głównym źródłem substancji odżywczych była pasza, stanowiąca 80% całkowitego dopływu azotu, 75% dopływu fosforu i 85% węgla. Retencja składników odżywczych wynosiła 6.300 kg/ha dla węgla organicznego, 1.000 kg/ha dla azotu i 180 kg/ha dla fosforu w roku 2008, przy wyższym ładunku składników odżywczych. Zatrzymane składniki odżywcze stanowiły 65 i

IEG/1 IEG/2 IEG/3 Staw intensywny 3.173 5.747 2.747 Staw ekstensywny 3.619 2.078 4.044

2007

Cały system 6.792 7.825 7.083 Staw intensywny 13.221 12.788 12.811 Staw ekstensywny 2.789 5.048 2.718

2008

Cały system 16.010 17.837 15.529

Tabela 12: Wyniki produkcji netto w IEG (kg/ha)

IEG/1 IEG/2 IEG/3 Zużyta energia 1857 1857 1857 ZE staw intensywny (kWh/kg)

18.8 10.4 21.6 2007

ZE cały system (kWh/kg) 8,76 7,61 8,40 Zużyta energia 1384 1384 1384 ZE staw intensywny (kWh/kg)

3,35 3,47 3,46 2008

ZE cały system (kWh/kg) 2,6 2,48 2,85 ZE: Zużycie energii do produkcji ryb (kWh/kg produkcja ryb netto)

Tabela 13: Zużycie energii w IEG(kWh)

IEG/1 IEG/2 IEG/3 Pobór wody 735 518 848 Wypływ wody 248 242 225

2007

ZW (m3/kg fish) 3.5 2.1 3.8 Pobór wody 956 890 850 Wypływ wody 245 256 260

2008

ZW (m3/kg fish) 1.9 1.6 1.8 ZW: zużycie wody na produkcję ryb (pobór wody/kg ryb)

Tabela 14: Bilans wodny wposzczególnych systemach w IEG (m3)


42/116

57% azotu, 66 i 58% fosforu oraz 75 i 64% węgla organicznego wpuszczonych do systemu odpowiednio w roku 2007 i 2008. System połączony był w stanie przetworzyć 1.400 kg/ha azotu pochodzącego z paszy. Zużycie składników odżywczych w produkcji ryb w IEG, wyrażone w procentowym udziale wprowadzonych w paszy składników odżywczych przedstawiono w tabeli 18. System połączony w produkcji ryb dał większe o 26% zużycie białka. Przy zastosowaniu peryfitonu ta proporcja mogła być zwiększona do 40% w roku 2008. Całkowite zużycie składników odżywczych w produkcji ryb było największe w obu latach, kiedy powierzchnia peryfitonu była równa 100% u powierzchni stawu. Zużycie składników spadało w przypadku najwyższej proporcji powierzchni peryfitonu do powierzchni stawu. Wskazuje to, że powierzchnia peryfitonu równa w 100% powierzchni stawu jest wystarczająca do zużycia metabolitów wprowadzonych paszy w wysokości 1,8 g N/m2/dziennie. Średni wskażnik wykorzystania paszy wynosił 3,3 w roku 2007 i 1,6 w roku 2008 w części użytkownej intensywnie. Poprzez użycie systemów połączonych wskażnik wykorzystania paszy wzrósł o 51% i 44% (do 1,6 i 0,9) z powodu dodatkowej produkcji ryb w stawie intensywnym.

Podsystem IEG/1 Podsystem IEG/2 Podsystem IEG/3 N P C N P C N P C

Dopływ (kg/ha) 930 160 5400 930 150 5400 950 160 5500

Odpływ (kg/ha) 330 55 1200 350 59 1600 310 55 1300

2007

Retencja (%) 65 65 78 63 67 72 67 65 76 Dopływ(kg/ha) 1790 310 9700 1800 320 9700 1800 310 9700

Odpływ (kg/ha) 760 130 3100 840 140 3900 720 130 3200

2008

Retencja (%) 58 60 67 53 55 59 60 60 67

Tabela 15: Częściowy bilans składników odżywczych w IEG

PA 0% PA 100% PA 100%+S (2007), PA 200% (2008)

N P C N P C N P C Intensywny 8.5 7.8 5.6 17 17 11 6.4 5.6 4.1 Ekstensywny 11 13 7.8 6.5 6.9 4.2 13 17 9.2

2007

Ogółem 20 21 13 24 24 16 19 24 13 Intensywny 23 23 16 22 22 15 22 22 15 Ekstensywny 6.1 3.3 4.4 10 8.9 7.3 5.9 3.3 4.2

2008

Ogółem 29 26 20 33 31 22 28 25 19 PA: powierzchnia peryfitonu, S: skorupiaki

Tabela 16: Nagromadzenie składników odżywczych w biomasie ryb wyrażone w procentowym udziale wprowadzonych w paszy składników odżywczych (%)

Ze stawów eksperymentalnych podczas produkcji 1 kg biomasy ryb zrzucono 2,-8,3 g azotu, 0,20-0,53 g fosforu i 9-46 g węgla organicznego (tabela 19). Dodanie peryfitonu i składników odżywczych w paszy nie miało wpływu na zawartość składników odżywczych w ściekach. Jedynie stężenie azotu było niższe w ściekach, w przypadku kiedy powierzchnia peryfitonu wynosiła 200% powierzchni stawu.

Podsystem IEG/1 Podsystem IEG/2 Podsystem IEG/3

N P C N P C N P C 2007 8,3 0,48 9,2 5,1 0,48 30 5,1 0,32 25 2008 4,2 0,20 16 5,8 0,53 46 2,6 0,27 20

Tabela 17: Zrzut składników odżywczych z produkcji ryb w IEG (g/kg wydajność produkcyjna netto)

W procesie funkcjonowania systemów oczyszczania wody ściekowej, znaczną rolę, oprócz wchłaniania składników odżywczych przez glony i rozkładu bakteryjnego, odgrywa pożeranie heterotroficznych organizmów i procesy denitryfikacji. Tym samym regulacja poziomu tlenu w celu stworzenia warunków aerobowych poprzez mechaniczną aerację jest istotna dla skutecznego usuwania składników odżywczych podczas oczyszczania wody. Eksperymentalna kombinacja pilotażowa intensywnej produkcji ryb z ekstensywną hodowlą w stawach rybnych okazała się możliwa do wdrożenia. System połączony był zdolny do przetworzenia dużej ilości dodatkowych składników odżywczych z intensywnej produkcji ryb. Maksymalne proporcje powtórnie użytych, dodatkowych składników odżywczych w dodatkowej produkcji ryb w stawie rybnym wyniosły 13% azotu,


43/116

17% fosforu i 9% węgla organicznego. Wydajność produkcyjna stawu ekstensywnego została poprawiona poprzez dodanie peryfitonu, wyrośniętego na sztucznych substratach, z uwagi na to, że peryfiton stanowi szczególne pożywienie dla ryb. Sucha masa peryfitonu, złożonego z wielu warstw, była znacznie bardziej obfita w próbkach, które zostały pobrane z górnych części słupków, niż z dolnych części. W porównaniu do średniej rocznej ilości suchej masy peryfitonu, nie było znaczącej różnicy w obu stawach. Jednak większa ilość zjadanego przez ryby peryfitonu skutkowała większą wydajnością produkcji ryb w stawie ekstensywnym. Poprzez śledzenie ilościowych i jakościowych zmian w zakresie peryfitonu, wzbogacamy wiedzę na temat funkcjonowania systemu, krążenia składników i przepływu energii w ekosystemach wodnych oraz możliwości poprawienia skuteczności systemu, który może być następnie wdrożony do użytkowania i dalszego doskonalenia technologii. Badania bilansu składników odżywczych w systemie pokazały, że dostateczna wielkość stawu ekstensywnego pozwala na skuteczne oczyszczenie ścieków z intensywnej hodowli ryb oraz na ponowne użycie wody do intensywnej produkcji ryb.

Wydajność pracy a zrównoważony rozwój ekonomiczny 31.3 i 37.3 osobogodzin zużyto do produkcji ryb w każdym stawie eksperymentalnym. Tak więc nakład pracy wyniósł odpowiednio 0.13-0.15 i 0.07-0.08 godz./kg net produkcji ryb netto w roku 2007 i 2008. Ponieważ oba lata funkcjonowania eksperymentu udowodniły, że najlepsze wyniki osiągnięto w podsystemie IEG/2, można stwierdzic, że użycie 1 m2 sztucznej powierzchni na 1 m2 powierzchni stawu prowadzi do najwyższej opłacalności ekonomicznej. Wyniki wskazują, że hodowla suma afrykańskiego (2008) jest bardziej opłacalna niż hodowla suma europejskiego (2007).

6.3.4. Czynniki sukcesu i ograniczenia Wyniki dowodzą, że połączenie intensywnej i ekstensywnej hodowli ryb jest skutecznym narzędziem w ograniczaniu zanieczyszczenia środowiska w intensywnej hodowli ryb, przy jednoczesnym zwiększaniu produkcji hodowli ekstensywnej jako produktu ubocznego. Skuteczność chowu ekstensywnego może zostać zwiększona poprzez zastosowanie peryfitonu rosnącego na sztucznych substratach. Połączona produkcja ryb pozwoliła na wyższe o 26% zużycie białek. Przy zastosowaniu peryfitonu zużycie można powiększyć o 40%. Zbiorowiska zależne od substratów oferują nowy łańcuch pokarmowy, z którego część staje się biomasą ryb. Jakość wody była odpowiednia do rozwoju ryb. Ogólna wydajność produkcyjna wynosiła około 1 t/ha w stawach tradycyjnych, natomiast w systemach połączonych może wzrosnąć do 20 t/ha. Jednak zrzut składników odżywczych z tradycyjnych stawów rybnych jest bardzo niski z uwagi na lepszą skuteczność zużycia składników odżywczych.

6.3.5. Zalety wdrożenia Połączenie intensywnego i ekstensywnego chowu ryb wykorzystuje zalety tradycyjnej hodowli w stawach oraz intensywnych systemów chowu ryb. Cenne gatunki drapieżnych ryb mogą być produkowane w części systemu przeznaczonej do intensywnego chowu, podczas gdy włączenie stawu ekstensywnego jako miejsca oczyszczania ścieków pozwala na obniżenie zrzutów składników odżywczych do środowiska naturalnego oraz na wyższe odzyskanie składników odżywczych z produkcji ryb. Intensywna hodowla może odbywać się w sadzach lub w pływających zbiornikach, umieszczonych w stawie ekstensywnym. W części intensywnego chowu można hodować cenne ryby drapieżne w kontrolowanych warunkach i przy żywieniu sztucznym. Niezjedzona pasza oraz odpady metaboliczne ryb mogą być użyte w części ekstensywnej, wspomagając wzrost produkcji. W porównaniu to skuteczności użycia składników odżywczych wynoszącej 20-25% w większości intensywnych systemów hodowli, ale może wzrosnąć o 30-35% w systemach połączonych stawów, obniżając poziom zrzutów składników odżywczych do wód naturalnych. Zastosowanie intensywno-

IEG/1 IEG/2 IEG/3 Zużycie energii do produkcji ryb (kWh/kg) Staw intensywny 3,4 3,5 3,5 Cały system 2,8 2,5 2,9 Zużycie wody do produkcji ryb (m3/kg) Pobór wody 1,8 1,6 1,6 Zrzut ścieków 0,5 0,4 0,5 Zrzut składników odżywczych na kg wyprodukowanej ryby (g/kg) N 4,2 5,8 2,6 P 0,0 0,53 0,27 C 16 46 20 Ponowne użycie składników odżywczych w dodatkowej produkcji ryb (% dopływu) N 6,0% 10% 5,8% P 3,2% 8,6% 3,2% C 4,3% 7,2% 4,1%

Tabela 18: Wskaźniki zrównoważoności w systemie IEG w roku 2008


44/116

ekstensywnego systemu stawowego sytemu produkcji ryb może przyczynić się do lepszego wykorzystania zasobów wody oraz zrównoważonego rozwoju rolnictwa. Wynik badania udowodniły, że połączenie intensywnej akwakultury z ekstensywnymi stawami podwyższa skuteczność zużycia składników odżywczych i produkcję ryb w systemach połączonych. Najważniejsze wskaźniki zrównoważoności przedstawiono w tabeli 20.

6.4. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: projektowanie teoretycznego systemu połączonego

6.4.1. Ogólna technologia Technologia zastosowana w IEG jest prosta: wydzielony obszar do hodowli intensywnej, położony w stawie tradycyjnym. Klatki lub zbiorniki mogą być użyte jako miejsce hodowli intensywnej, przy zachowaniu ścisłych interakcji ze stawem rybnym. Staw rybny funkcjonuje jako biologiczny filtr i oczyszcza wodę z intensywnej części. Wydajność produkcyjna ryb w stawie ekstensywnym może zostać poprawiona przez dodanie dodatkowej powierzchni dla wzmożonej produkcji peryfitonu . Wyniki badań pokazują, że dodatkowa produkcja ryb w stawie ekstensywnym była najwyższa, kiedy powierzchnia peryfitonu była równa 100% powierzchni stawu. Kluczem do bezpieczeństwa funkcjonowania systemu jest równowaga pomiędzy ładunkiem składników odżywczych z części intensywnej i możliwością oczyszczania w stawie ekstensywnym. Przy dostatecznej powierzchni stawu ekstensywnego można utrzymać należytą jakość wody do produkcji ryb i zminimalizować zrzuty składników odżywczych do wód naturalnych, do których wpadają ścieki. Aeratory łopatkowe mogą pomóc w utrzymaniu odpowiedniego przepływu wody pomiędzy częścią intensywną i ekstensywną i utrzymać optymalny poziom tlenu. System stawowy funkcjonuje jako system zamknięty. Nie ma zrzutów wody ściekowej do środowiska podczas czasu trwania chowu, a woda jest wypuszczana ze stawów jedynie w momencie odłowów. Jedynie ewaporacja i wycieki są regularnie kompensowane. Ewaporacja jest wyższa w ciągle napowietrzanym systemie stawowym niż w tradycyjnych stawach rybnych, a przewidywana objętość kompensacyjna może osiągać 150% całej objętości stawu rocznie.

Zalety Wady Prosta technologia przy niskim poziomie inwestycji i niskimi kosztami operacyjnymi

Trudniejsze do kontrolowania warunki produkcji (np. wahania temperatury)

Lepsze zużycie składników odżywczych oraz dodatkowy dochód z dodatkowej produkcji ryb

Jakość wody uzależniona przede wszystkim od naturalnych procesów biologicznych

Niski zrzut składników odżywczych do wód naturalnych Ograniczony okres wzrostu (od kwietnia do października na Węgrzech)

Niskie zapotrzebowanie na energię do produkcji ryb Przechowywanie ryb zimą wymaga rozwiązania Niższe zużycie wody w porównaniu do innych technik hodowli stawowych

Skoncentrowana produkcja zmniejsza straty wywołane przez drapieżniki

Tabela 21: Zalety i wady wdrożenia IEG

6.4.2. Parametry w zakresie planowania Maksymalny dopływ składników odżywczych z paszy wynosi 1,8 g N/m2/dziennie (odpowiada podaniu paszy zawierającej 1.2 g białka nieoczyszczonego lub 2 kg stałej obsady ryb w części intensywnej). Sugerowane obsady ryb: zaleca się prowadzenie polikultury karpia w ekstensywnych stawach w oparciu o obsadzanie karpia pospolitego, jako ryby wszystkożernej, żerującej na dnie, wraz z innymi gatunkami ryb filtrujących (np. tilapia, tołpyga biała). W przypadku monokultury karpia pospolitego w stawie ekstensywnym zaleca się mieszane rożnych grup wiekowych karpi (1 lub 2 letnie). Oczekiwana wydajność produkcyjna netto wynosi około 18 t/ha przy stymulującej produkcji peryfitonu (13 t/ha z produkcji intensywnej i 5 t/ha w ekstensywnym stawie rybnym) i 16 t/ha bez dodatkowej powierzchni dla peryfitonu (13 i 3 t/ha odpowiednio z hodowli intensywnej i ekstensywnej). Zalecana dodatkowa powierzchnia do rozwoju peryfitonu jest równa około 100% powierzchni stawu. Wynik badań dowiodły, że wydajność stawu ekstensywnego może zostać podwyższona przez dodanie peryfitonu rosnącego na sztucznych substratach. Połączona produkcja ryb daje o 25% wyższe zużycie białka niż w osobnej hodowli intensywnej. Po zastosowaniu peryfitonu zużycie można powiększyć nawet o 40%.


45/116

Zapotrzebowanie na tlen w systemach produkcyjnych jest wyższe niż w tradycyjnych stawach rybnych z uwagi na wysoki ładunek składników odżywczych i zarybianie. Ogólne tempo respiracji w zbiorowisku wynosi 1.5 g O2/m2/godz. i jest pokrywana przez produkcję tlenu wydzielanego przez glony w ciągu dnia, ale dodatkowe dostarczanie tlenu jest konieczne, gdy zapada ciemność. W badaniu aeratory łopatkowe były użyte do utrzymania odpowiedniego poziomu tlenu i przepływu wody. Zgodnie z obliczeniami, całkowita moc 1 kW wystarczy do utrzymania poziomu tlenu w stawie o powierzchni 1500-2 000 m2 podczas godzin nocnych, przy użyciu aeratorów łopatkowych. W ciągu dnia, szczególnie przy słonecznej pogodzie, główną funkcją aeratora jest zapewnienie odpowiedniego przepływu wody pomiędzy częścią intensywną i ekstensywną oraz do spłukiwania osadów z części intensywnego chowu. Mieszanie jest ważne dla utrzymania komórek glonów w zawieszenia w wodzie, w celu stymulowania produkcji pierwotnej. Zalecane natężenie przepływu wody wynosi 5-10 cm/sek.

6.4.3. Czynniki krytyczne dla funkcjonowania systemu Głównym czynnikiem ryzyka w funkcjonowaniu jest zmienna wydajność oczyszczania, wynikająca z nieprzewidywalnych wahań biomasy fitoplanktonu i składu gatunkowego w stawie oczyszczającym. Ważnymi czynnikami praktycznymi w tym systemie jest homogeniczne mieszanie stawu oczyszczającego i utrzymanie odpowiedniego poziomu tlenu w celu pokrycia zapotrzebowania ryb na tlen i zapewnienia procesów nitryfikacji i dekompozycji. Krytyczny poziom tlenu wynosi 4 mg/l. Ważne jest, aby unikać powstawania przewlekłych warunków atoksycznych w całym systemie. Stężenie całkowitego azotu amonowego (TAN) i azotu azotanowego nie powinny przekraczać 0.5 mg/l. Pojawienie się wysokiego stężenia amoniaku wskazuje na niedostateczny poziom nitryfikacji lub przeciążenie systemu. W przypadku wysokiego stężenia amoniaku należy zmniejszyć ładunek paszy i zapewnić intensywną aerację aż do osiągnięcia spadku poziomu amoniaku i azotanów do poziomu tolerowanego. W celu uniknięcia nagromadzenia składników odżywczych w osadzie stawu konieczna jest okresowa aeracja poprzez wypuszczenie wody. Zaleca się utrzymanie stawu w stanie suchym w zimie, ponieważ mineralizacja azotu i węgla organicznego następuje właśnie w tym czasie, a suche warunki zmniejszają ryzyko występowania pasożytów i innych substancji chorobotwórczych. Ilość zadawanej paszy musi być dostosowana do wahań temperatury, ponieważ proces produkcyjny jest od nich zależny.

6.4.4. Projektowanie gospodarstwa o produkcji 80 t/rocznie Poniżej opisano proponowane gospodarstwo hodowli ryb, z planowaną produkcją około 50 t ryb drapieżnych z hodowli intensywnej i 30 t karpia pospolitego. Z planowanym dochodem w wysokości 8 milionów forintów, może być ono traktowane jak małe lub rodzinne gospodarstwo (tabela 22). W oparciu o wyniki dwóch lat badań eksperymentalnych i biorąc pod uwagę założenia ekonomiczne, zalecana dla intensywno-ekstensywnego systemu hodowli w stawach powierzchnia powinna wynosić 2.5 ha. System powinien składać się z 2 stawów, każdy z 4 klatkami do intensywnej hodowli ryb drapieżnych (gęstość obsady: 20 kg/m3, wskaźnik wykorzystania paszy: 1.5). W części ekstensywnej stawów zaleca się prowadzenie hodowli karpia pospolitego bez dokarmiania paszą (gęstość obsady: 6 t/ha) oraz użycie sztucznego substratu do intensywnej produkcji peryfitonu (10 000 m2 substratu na hektar). Przepływ wody powinien być zapewniony przez 4 czterołopatowe aeratory (2-2 kW).

Część przeznaczona na chów intensywny

Staw ekstensywny Razem

Zarybianie Ogółem (t) 16 15 31 Chów intensywny 2 t/klatka (100m2) 7.5 t/staw (1.25ha) ha (t/ha) 6,4 6 12,4 Wykorzystanie paszy 1,5 - 1,0 Pasza zużyta 51 t - 51 t Odłów Ogółem (t) 50 27,5 77,5 Chów intensywny 6,25 t/klatka (100m2) 15 t/staw(1,25ha) ha (t/ha) 20 13,75 31 Produkcja netto Ogółem (t) 34 t 12.5 46.5

ha (t/ha) 13,6 5 18,6


46/116

Tabela 22: Zarybianie i produkcja gospodarstwa

Rys. 7: Schemat gospodarstwa

Całkowita powierzchnia stawu – część przeznaczona na chów intensywny

Obliczono koszty inwestycji, obejmujące zakup 3.5 ha ziemi (1,4 miliona HUF*), budowę stawów o powierzchni 2.5 ha (15 milionów HUF*) z klatką o powierzchni 800 m3 (0,8 miliona HUF*), ułożenie sztucznego substratu do produkcji peryfitonu (1,2 miliona HUF*) i stworzenie początkowych aktywów obrotowych (0,6 miliona HUF*). Dalsze kalkulacje przedstawiono w tabeli poniżej. W analizie wydajności kosztów przyjęto ceny stałe. Biorąc pod uwagę 10 % zniżkę, wartość bieżąca netto inwestycji zwraca się w trzecim roku i wyniesie 33 miliony HUF* po 10 latach funkcjonowania. * 1 euro = 275 HUF (13.05.2009)

Tabela 19: Analiza wydajności kosztów proponowanego gospodarstwa (w tysiącach HUF*), 1 EURO=275 HUF

0. rok 1. rok 2. rok 3. rok 4. rok 5. rok 6. rok 7. rok 8. rok 9. rok 10. rok Inwestycja -19000 Wartość rezydualna po 10 latach 5 000 Koszty paszy -10260 -10260 -10260 -10260 -10260 -10260 -10260 -10260 -10260 -10260 Koszty nasion -17600 -17600 -17600 -17600 -17600 -17600 -17600 -17600 -17600 -17600 Koszty pracy -1 800 -1 800 -1 800 -1 800 -1 800 -1 800 -1 800 -1 800 -1 800 -1 800 Koszty energii -1 613 -1 613 -1 613 -1 613 -1 613 -1 613 -1 613 -1 613 -1 613 -1 613 Koszty ogółem -31273 -31273 -31273 -31273 -31273 -31273 -31273 -31273 -31273 -31273 Całkowity przychód 39 400 39 400 39 400 39 400 39 400 39 400 39 400 39 400 39 400 39 400 Przepływy pieniężne -19000 8 127 8 127 8 127 8 127 8 127 8 127 8 127 8 127 8 127 13 127 Zdyskontowane przepływy p.(r=10%) -19000 7 388 6 717 6 106 5 551 5 046 4 588 4 171 3 791 3 447 5 061 Zdyskontowane przepływy p. -19000 -11612 -4 895 1 211 6 762 11 808 16 396 20 567 24 358 27 805 32 866

Total pond area: 1.25 hectare

Intensive fish production unit

100 m2


100 m2


100 m2


100 m2


100 m2


100 m2


100 m2


100 m2

Total pond area: 1.25 hectare


47/116

7. Udoskonalona produkcja naturalna w ekstensywnych stawach rybnych – badania prowadzone w Polsce

7.1. Nowe gatunki i metody stosowane stawowej hodowli ryb: model POLIKULTUROWY

7.1.1. Ogólny opis badań Większość gospodarstw stawowych w Polsce stanowią monokultury karpia pospolitego. Inne gatunki ryb, hodowanych razem z karpiem, mają mniejszą wartość rynkową z uwagi na ograniczony popyt. Mała dywersyfikacja produkcji nie pozwala na kompensowanie strat ekonomicznych wynikających ze spadającego popytu na karpia. Obsady monokulturowe nie są też efektywne w odniesieniu do zużycia składników odżywczych. W celu poprawienia rentowności i obniżenia negatywnego wpływu na środowisko gospodarstw hodujących karpie zaleca się więc wprowadzenie obsad polikulturowych. Wprowadzenie nowych gatunków ryb poprawi dywersyfikację produktów gospodarstw stawowych i pozwoli na lepszą konkurencyjność w odniesieniu do innych hodowców ryb poprzez oferowanie ryb bardziej pożądanych przez konsumentów. Z uwagi na charakterystykę stawowej hodowli karpia zaleca się wprowadzenie ryb mogących zastąpić roślinożerne i planktonożerne gatunki karpiowate. Z przeglądu literatury i doświadczeń praktycznych wynika, że amerykański wiosłonos amerykański (Polyodon spathula) jest jednym z zalecanych gatunków. Wiosłonos jest rybą jesiotrokształtną, żyjącą w warunkach naturalnych w wolno płynących rzekach, w rejonach o umiarkowanym klimacie w Ameryce Północnej. W ciągu życia wiosłonos, w odróżnieniu do innych jesiotrowatych, odżywia się jedynie planktonem i osiąga 2 m długości. Jest pożądany ze względu na smak mięsa i ikrę. Wiosłonos został sprowadzony do Polski w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku i nigdy nie zyskał popularności. Wiosłonos filtruje swoje pożywienie. Z uwagi na szybkie tempo wzrostu, wiosłonos wydaje się być doskonałym gatunkiem zastępczym dla tołpygi. Obok korzyści natury ekonomicznej, obecność gatunku filtrującego wzmaga dynamikę użycia składników odżywczych oraz gromadzenie N i P w biomasie ryb, co skutkuje obniżeniem ich nagromadzenia w środowisku naturalnym.

7.1.2. Charakterystyka modelu Technologia opracowana dla modelu polikulturowego daje nowe możliwości dla hodowców ryb obecnie hodujących karpie w stawach. Proponowana technologia obejmuje wprowadzenie wiosłonosa do hodowli karpia w zastępstwie tołpygi. Przedstawiona jest obsada polikulturowa wraz z oczekiwanymi wynikami produkcyjnymi i korzyściami ekonomicznymi, jak również praktyczne uwagi w zakresie technik hodowli wiosłonosa. Technologia nie wymaga nakładów inwestycyjnych oprócz zakupu nowej obsady ryb.

Obsada ryb Przeprowadzono analizę porównawczą standardowej obsady monokulturowej i polikulturowej na podstawie dwóch obsad eksperymentalnych z udziałem wiosłonosa i jesiotra. Obsady ryb zaplanowano tak, aby każdy rodzaj odżywiania (ryby odżywiające się na dnie, filtrujące, roślinożerne) był reprezentowany przez taką sama biomasę ryb (tabela 24). Wszystkie grupy ryb (różne obsady) były zduplikowane. Ryby obsadzono w stawach w kwietniu. Przebywały w nich 5 miesięcy.

Gatunek Monokultura Lin w polikulturze Karp w polikulturze

Jesiotr w polikulturze

Amur biały (Ctenopharyngodon idella) - 30 kg/ha

500 g 30 kg/ha

500 g 30 kg/ha

500 g Tołpyga biała (Hypophthalmichthys molitrix) - 60 kg/ha

500 g 60 kg/ha

500 g 60 kg/ha

500 g Tołpyga pstra (Aristichthys nobilis) - 72 kg/ha

100 g - -

Wiosłonos (Polyodon spathula) - - 72 kg/ha

500 g 72 kg/ha

500 g Lin (Tinca tinca) - 45 kg/ha

250 g - -

Karp pospolity (Cypriunus carpio)

150 kg/ha 250 g

105 kg/ha 250 g

150 kg/ha 250 g -

Jesiotr (Acipenser baerii) - - - 150 kg/ha

250 g

Tabela 20. Obsada ryb badana w modelu polikulturowym (biomasa początkowa i waga jednostkowa)


48/116

Stawy Przeprowadzono dwuletnie badania pilotażowe, obejmujące wprowadzenie wiosłonosa do ziemnych stawów karpiowych. Wszystkie badania zostały przeprowadzone w jednym kompleksie stawów ziemnych położonych na południu Polski (18°45’E, 49°53’N). Każdy staw miał powierzchnię 1 500 m2 i głębokość 1 m, a objętość około 500 m3. Stawy można było całkowicie opróżnić. Zasilane były wodą z Wisły.

Nawożenie Stawy były nawożone mocznikiem (46% N) i superfosfatem (20% P), raz na tydzień. Intensywność nawożenia wynosi więc 147 kg N/ha i 25 kg P/ha na sezon.

7.1.3 Ocena wybranych wskaźników zrównoważoności stosowanych w projekcie SustainAqua

Produkcja ryb Wśród wszystkich testowanych rozwiązań w tym modelu polikulturowym, obsada ryb z udziałem wiosłonosa i karpia pospolitego pozwoliła na osiągnięcie największego przyrostu biomasy. Wyniki przedstawiono w tabeli 25. Wzrost biomasy wiosłonosa był o około 30% większy niż przyrost biomasy karpia, podczas gdy wzrosty biomasy karpia w monokulturze i polikulturze z wiosłonosem były porównywalne. Obsady wiosłonosa w podmodelach „Karp w polikulturze” i „Jesiotr w polikulturze” były odpowiedzialne za większą część produkcji ryb (patrz Rys. 8). Niska produkcja karpia w podmodelu „lin z polikulturze” spowodowana była wysoką śmiertelnością związaną z pojawieniem się wirusa Herpes - KHV. Jednak przyrost biomasy tołpygi pstrej w tym podmodelu osiągnęła jedynie 53% przyrostu biomasy wiosłonosa. Oszacowana wartość przyrostu biomasy u ryb we wszystkich badanych podmodelach przestawiono na rys. 9. Średnie ceny detaliczne przedstawione są w tabeli 26. Przyjmując poprawną wartość cen, wartość wyprodukowanych wiosłonosów (przyrost biomasy w jednym sezonie) była około trzech razy większa niż innych gatunków produkowanych w polikulturze.

Gatunek Monokultura Lin w polikulturze Karp w polikulturze Jesiotr w polikulturze

Amur biały - 85 kg/ha; 95 % 100 kg/ha; 100 % 91 kg/ha; 100 %

Tołpyga biała - 65 kg/ha; 65 % 99 kg/ha; 70 % g 91 kg/ha; 70 %

Tołpyga pstra - 280 kg/ha; 83 % - -

Wiosłonos - - 567 kg/ha; 65 % 488 kg/ha; 67 %

Lin - 24 kg/ha; 87 % - -

Karp pospolity 438 kg/ha; 95 % 49 kg/ha; 37 % 426 kg/ha; 65 % -

Jesiotr - - - 102 kg/ha; 89%

Tabela 25: Przyrost biomasy ryb oraz przeżywalność w modelu polikuturowym

Gatunek Cena (PLN/kg) Cena (€/kg) Karp pospolity 10,04 2,23 Lin 13,30 2,95 Jesiotr 26,87 5,97 Tołpyga biała 8,43 1,87 Tołpyga pstra 8,43 1,87 Wiosłonos* 26,87 5,97 Amur biały 9,00 2,00

* oszacowana wartość w oparciu o ceny innych jesiotrowatych (brak danych)

Tabela 21.Średnie ceny detaliczne gatunków ryb użytych w modelu polikulturowym


49/116

Rys. 8: Średni przyrost biomasy w badanych obsadach

Przyrost biomasy ryb, karp z monokultury, karp z polikultury, jesiotr z polikultury, lin z polikultury Amur biały, wiosłonos, tołpyga pstra, tołpyga biała, jesiotr, lin, karp pospolity

Rys. 4: Oszacowana wartość przyrostu biomasy ryb w badanym sezonie

Wartość produkcji, karp z monokultury, karp z polikultury, jesiotr z polikultury, lin z polikultury Amur biały, wiosłonos, tołpyga pstra, tołpyga biała, jesiotr, lin, karp pospolity

Wiosłonosy wyhodowane na początku okresu badań zostały umieszczone w ekstensywnych stawach karpiowych, bez dodatkowego pożywienia. Ryby odżywiały się jedynie planktonem. Wagę jednostkową w dziesiątym, osiemnastym i trzydziestym miesiącu przedstawiono na rysunku10.

Produkcja pierwotna Najwyższa średnia produkcja pierwotna netto planktonu (0,349 mgO2/L·h) została zanotowana w stawach obsadzonych polikuturą z udziałem karpia pospolitego i wiosłonosa. Była ona o 53% wyższa w porównaniu z produkcją planktonu w monokulturze karpia. Różnica spowodowana była zmianą zasięgu występowania planktonu, spowodowaną przez sposób odżywiania wiosłonosa. Wiosłonosy odżywiają się głównie zooplanktonem. Obecność tego gatunku w obsadzie ryb ma wpływ na jakościowy skład planktonu. Pobieranie zooplanktonu przez wiosłonosa powoduje autotroficzny wzrost glonów, a więc produkcje pierwotną netto w wodzie stawowej. Mniej skuteczne ponowne zawieszenie osadów dennych w stawach z polikulturą jesiotra dało natomiast o 24% niższą produkcje pierwotną w porównaniu z polikulturą z udziałem


50/116

karpia pospolitego (Rys. 11).

.

Rys. 5: Średnia (±SD) waga jednostkowa wiosłonosa w trzech kolejnych latach

Waga jednostkowa. Miesiące

Rys. 6: Średnia sezonowa produkcja pierwotna netto w stawach z badanymi obsadami

Wydajność energetyczna Zapotrzebowanie na energię w gospodarstwie hodowli ryb związane jest głównie z transportem i przeładunkiem ryb. Dostarczona energia (głównie kopalna) jest całkowicie zużywana i nie wchodzi do produktu. Zapotrzebowanie energetyczne zależy w dużej mierze od gospodarstwa, od jego wielkości, konstrukcji stawów i stosowanego sprzętu. Czynniki te mają dużo większy wpływ na ilość zapotrzebowanej energii niż stosowna technologia produkcyjna. Nie obliczano więc wydajności energetycznej w badanej produkcji stawowej.

Zużycie wody Ekstensywna hodowla karpia niesie zużycie dużych ilości wody podczas wypełniania stawów na wiosnę. Zużycie wody (dopływ) wyrażone w litrach na kg produktów jest dziesiątki, a nawet setki razy wyższe niż w przypadki intensywnej produkcji ryb. Jednak woda użyta w systemach stawowych nie jest wyłącznie użyta do produkcji ryb. Stawy o większej powierzchni (kompleksy stawów) są ważną częścią środowiska,


51/116

przyczyniającą się do retencji wody z lokalnych zlewni oraz lokalnego obiegu wody. Wszystkie stawy użytkowane w modelu polikulturowym znajdowały się w tym samym kompleksie stawowym i były usytuowane obok siebie, a tym samym były narażone na te same warunki klimatyczne. Wszystkie podmodele podlegały temu samemu systemowi zaopatrywania w wodę. Tak więc, obliczenia przedstawione poniżej zostały dokonane dla całego kompleksu, a nie dla poszczególnych stawów. Zaobserwowane różnice pomiędzy podmodelami wynikają jedynie z różnego przyrostu biomasy ryb.

Dopływ wody: w l/kg produktu Najbardziej optymalna obsada badana w modelu polikulturowym wymagała 8,4 m3 wody na 1 kg wyprodukowanych ryb. Jest to wyraźnie mniej w porównaniu ze standardową monokulturą, w której zapotrzebowanie wody na 1 kg produktu może być dwukrotnie wyższe (tabela 27).

Odpływ wody: w l/kg produktu Odpływ wody ze stawu jest zwykle równy objętości użytkowanego stawu. Jednak podczas opadów w okresie produkcyjnym,jeśli straty spowodowane ewapotranspiracją i wyciekami są kompensowane, powstały z nich nadmiar dołączy do odpływu. W takim przypadku, woda wypływająca jest bardziej podobna do wody stawowej niż do wody deszczowej pod względem zawartości składników odżywczych. Do obliczono odpływu wody użyto całkowitej objętości badanego systemu i ilości opadów. W zależności od obsady, wartości wahały się od 13,81 do 43,65 m3/kg surowego produktu (tabela 28).

Skuteczność zużycia składników odżywczych

Zidentyfikowano cztery główne źródła składników odżywczych w badanym modelu: Nawozy (mocznik i superfosfat) – główne źródła N i P

dostarczonych do systemu Wpływająca woda– woda rzeczna użyta do napełniana

stawów zawierała składniki odżywcze pochodzące ze zlewni rzeki; ilość składników odżywczych była niewielka, ale istotna. Do obliczeń użyto jedynie jednej objętości stawu;

Osady denne – w osadach dennych skumulowane są znaczne ilości biologicznie dostępnych składników odżywczych. Są one głównym źródłem azotu i przede wszystkim fosforu, ponieważ znaczna ilość frakcji mineralnych nawozów fosfatowych staje się częścią osadu dennego po zaaplikowaniu. Jednak ilościowa analiza P i N w osadzie dennym w modelu polikulturowym przed i po okresie produkcji nie wskazała znacznych zmian w ich stężeniu. Wzrost stężenia tych składników oszacowano na +0,84% w przypadku azotu i +0,45% dla fosforu. Oznacza to wzrost fosforu do 1,57 kg/ha w porównaniu do 26,9 kg N/ha dostarczonego w nawozie oraz dodatkowe 19,35 kg/ha azotu w porównaniu do 159 kg azotu na hektar, dodanego w nawozie. Tak więc osady denne nie zostały uwzględnione w obliczeniach.

Opady deszczu i powierzchniowe spływy wody – zewnętrzne, niekontrolowane źródła składników odżywczych. W modelu polikulturowym, objętość spływów powierzchniowych była nieistotna w odróżnieniu do opadów. Jednak opady nie były analizowane pod kątem zawartości P i N i nie zostały uwzględnione w obliczeniach.

Wiązanie azotu – niektóre niebieskozielone glony i bakterie mogą przyswajać molekularny azot do składników organicznych, wzbogacając tym samym ekosystem biodostępnym azotem. Znaczenie tego procesu może być większe w wodach ciepłych, a w warunkach klimatycznych, w których przeprowadzono badania jest nieistotny w porównaniu do nawożenia. W związku z ta hipotezą, wiązanie azotu może być pominięte w obliczeniach.

Obliczenia skuteczności zużycia składników odżywczych obejmowały składniki dostarczone w nawozach i wodę użytą do napełniania stawu jako jedyne źródła N i P. Dla optymalnej obsady polikultury skuteczność retencji składników odżywczych została oszacowana na 20,9% dla N i 10,8% dla P (Tabela 24). W przypadku azotu nie wzięto pod uwagę wiązania N2 i wolatylizacji N2 spowodowanej denitryfikacją.

m3/kg

Karp w monokulturze 26,5

Karp w polikulturze 8,4

Jesiotr w polikulturze 15,4

Lin w polikulturze 19,9

Tabela 22. Dopływ wody wyrażony w objętości na wagę produktu

m3/kg

Karp w monokulturze 43,65

Karp w polikulturze 13,8

Jesiotr w polikulturze 25,4

Lin w polikulturze 32,8

Tabela 23. Odpływ wody wyrażony w objętości na wagę produktu


52/116

AZOT FOSFOR Retencja Retencja

Dopływ kg/ha %

Dopływ kg/ha %

Karp w monokulturze 159,1 10,6 6,6 30,9 1,1 3,4 Karp w polikulturze 159,1 33,3 20,9 30,9 3,3 10,8 Jesiotr w polikulturze 159,1 18,1 11,4 30,9 1,8 5,9 Lin w polikulturze 159,1 14,0 8,8 30,9 1,4 4,6

Tabela 24. Retencja azotu i fosforu w biomasie ryb

Jedynym zewnętrznym źródłem węgla w stawach był mocznik. Ilość węgla wprowadzonego z nawozem, jak i ilość organicznego C i CO2 wprowadzonych do systemu wraz ze spływami powierzchniowymi wody lub dostarczaną wodą nie muszą być jednak brane pod uwagę. Węgiel organiczny obecny w stawie wywodzi się z produkcji pierwotnej. Dwutlenek węgla przeniesiony do wody z powietrza jest głównym źródłem węgla organicznego obecnego w biomasie wytworzonej w stawie. Drogi przemieszczania się węgla organicznego w ekosystemie stawowym są bardzo skomplikowane i zmieniają się w sezonie produkcyjnym. Ilość węgla organicznego w wodzie stawu może zostać obliczona (w oparciu o CHZ).

Odpływ składników odżywczych Z właściwie utrzymanego systemu stawów nie wypuszcza się wody podczas sezonu produkcyjnego, ponieważ nie są wskazane straty składników odżywczych. Odnosi się to także do ekstensywnych stawów, jak ten wykorzystany do modelu polikulturowego. W sezonie produkcyjnym składniki odżywcze wypływają ze stawu jedynie z powodu wycieków. Ich ilość zależy od przypadku i stanowi zwykle tylko malutką część odpływu składników odżywczych w czasie trwania sezonu produkcyjnego. Większość tych składników wypływa podczas opróżniania stawu na czas odłowu. Ilość składników odżywczych zrzuconych z systemu oszacowana przy założeniu, że objętość zrzutów równa się stężeniu w stawie przed odłowem, pomnożona przez objętość stawu. Podobnie do dopływu wody, różnice w odnotowanych wartościach w różnych podsystemach wynikają przede wszystkim z przyrostu biomasy ryb. Stężenie składników odżywczych w wodzie wypływającej miało dużo mniejszy wpływ na obserwowane różnice. W tym przypadku oszacowano jedynie ilość azotu i fosforu (tabela 30).

Podnoszenie wydajności produkcji na jednostkę pracy Proponowana technologia (wprowadzenie wiosłonosa) nie zmienia właściwie stosowanych w hodowli ryb technik postępowania i urządzeń. Na podstawie obserwacji poczynionych podczas odłowu w stawach eksperymentalnych modelu polikulturowego zaleca się jednak zwiększenie siły roboczej do odłowu, w szczególności do sortowania ryb. Odłów ryb ze stawu w przypadku polikultury wymaga około 10% więcej czasu lub siły roboczej w porównaniu do odłowu w stawach monokulturowych. Ilość pracy zależy w dużej mierze od wyposażenia gospodarstwa i używanego sprzętu, ale także od ilości pracowników i ich doświadczenia. Powierzchnia odławianych stawów lub ich ilość również odgrywają ważna rolę.

7.1.3. Czynniki sukcesu i ograniczenia Główne sukcesy i dokonania badań modelu polikulturowego to: Wprowadzenie wiosłonosa amerykańskiego do stawowej hodowli polikulturowej karpia pospolitego. Wiosłonos występujący zamiast tołpygi pstrej w zrównoważonej, ekstensywnej hodowli karpia w

stawach pozwala na większy przyrost biomasy ryb. Wysoka wartość rynkowa wiosłonosa może pomoc poprawić rentowność gospodarstwa poprzez

wysokiej jakości produkt. Obecność ryb filtrujących podwyższa dynamikę składników odżywczych w stawach i daje wyższą

retencje azotu i fosforu w biomasie ryb N and P, pozwalając na obniżenie ich nagromadzenia w środowisku.

Odpływ składników odżywczych

kgN/kg produktu kgP/kg produktu

Karp z monokultury 0,39 0,079

Karp z polikultury 0,1 0,023

Jesiotr z polikultury 0,22 0,045

Lin z polikultury 0,29 0,059

Tabela 25. Strata składników odżywczych poprzez odpływ wody na kg wyprodukowanych ryb


53/116

Oprócz zalet istnieją jednak też ograniczenia do hodowli wiosłonosa: Wysoka cena materiału zarybieniowego, wahająca się w granicach 8 euro za jednoroczną rybę (~100

g) (spowodowana trudnościami w rozmnażaniu tego gatunku). Ograniczenia w zakresie techniki produkcji:

o Młode wiosłonosy są łatwym żerem dla ptaków, tak wiec stawy produkcyjne powinny być przykrywane siatkami

o Przy stłaczaniu ryb do odłowu powinno się zachować szczególną ostrożność, ponieważ wiosłonosy są bardzo wrażliwe

o Podczas sortowania należy zapewnić dostateczną przestrzeń i przepływ wody, żeby zapobiec uduszeniu

Prawodawstwo UE ograniczające wprowadzanie egzogennych gatunków do akwakultury: produkcja wiosłonosa może napotykać na rożne utrudnienia w różnych krajach. Rosnący popyt na produkty akwakultury w Unii Europejskiej może jednak spowodować rozwój technologii pozwalających na produkcję gatunków obcych (w tym wiosłonosa) w sposób bezpieczny dla środowiska.

Sprawy dotyczące rynku: o Wiosłonos nie jest uznanym gatunkiem na europejskim rynku rybnym o Nieznany popyt skutkuje w niepewnych cenach detalicznych o Bardzo niewiele informacji o przetwórstwie produktu i dostępnej jakości.

Zagadnienia przedstawione powyżej wymagają dalszego zbadania.

7.1.4. Zalety wdrożenia Wprowadzenie wiosłonosa, jako gatunku zastępczego dla roślinożernych i planktonożernych, pozwala na podniesienie rentowności gospodarstwa stawowego. Wiosłonos z uwagi na szybki wzrost oraz smaczne mięso i ikrę wydaje się być doskonałym następcą tołpygi pstrej. Ma on większy wzrost biomasy i dużo wyższą wartość rynkową niż inne gatunki ryb filtrujących. Wprowadzenie nowych gatunków podnosi różnorodność produktów w gospodarstwach stawowych i pozwala im konkurować z innymi producentami ryb poprzez oferowanie ryb bardziej pożądanych przez klientów.

7.2. Praktyczne zalecenia i wnioski dla hodowli wiosłonosa w polikulturze stawowej

7.2.1. Tempo wzrostu wiosłonosa Obserwowano wzrost wiosłonosa w stawach karpiowych. Masa ciała i śmiertelność były odnotowywane przez 24 miesiące w czasie każdego odłowu. Początkowa waga ryb około 10 miesięcznych, wynosząca 90 g, wzrosła do około 2 700 g podczas pierwszego sezonu reprodukcyjnego. Próbki ryb zostały zbadane w celu oceny zawartości żołądka przed sezonem zimowym w 2008 roku. W odróżnieniu od karpia, żołądki wiosłonosów wypełnione były przetrawionym planktonem. Wskazuje to na dłuższy okres pobierania pokarmu niż w przypadku karpia pospolitego. Dzięki temu wiosłonos nie traci masy ciała podczas okresu zimowego w odróżnieniu do karpia.

7.2.2. Śmiertelność wiosłonosów Przez okres 24 miesięcy średnia śmiertelność wiosłonosów wyniosła prawie 50%. Odnotowana przeżywalność była podobna do tej odnotowanej u karpia pospolitego. Jednak z powodu większej wartości obsady wiosłonosów niż obsady karpia, oddziaływanie jest dużo poważniejsze w stosunku do wyników ekonomicznych gospodarstwa. Może to być więc jedna z przyczyn hamujących wprowadzenie wiosłonosa do hodowli. Obserwacje poczynione podczas odłowu, po części w czasie sezonu produkcyjnego i sezonu zimowego, podsumowano tylko paroma praktycznymi wskazówkami w odniesieniu do śmiertelności wiosłonosa w celu zredukowania strat ryb w prawdziwych warunkach produkcyjnych: Pracownicy odławiający ryby są często przyzwyczajeni do odłowu karpia, który jest gatunkiem dużo

bardziej odpornym niż wiosłonos. Należy więc traktować ten nowy gatunek ze szczególną ostrożnością. Odnosi się to zarówno do łapania w sieci jak i sortowania. Pracownicy powinni być uczuleni na cechy charakterystyczne tego gatunku.

Szczególna uwaga powinna być poświęcona podczas łapania w sieci i zagęszczania ryb. Rostrum wiosłonosa ma tendencje do zaplątywania się w sieci używane do odłowu. Unieruchomione ryby mogą się udusić. Należy stosować sieci o odpowiednich oczkach.

Przedłużone zagęszczenie ryb wraz z innymi gatunkami w sieci okrężnicy może skończyć się


54/116

uduszeniem wiosłonosów. Jest to szczególnie istotne, jeżeli wprowadza się przerwę pomiędzy kolejnymi transportami ryb.

Po odłowie ze stawów, ryby trzymane są w wodzie w celu przepłukania skrzeli zabrudzonych osadem dennym. Zaobserwowano, że wiosłonosy dużo dłużej dochodzą do siebie po odłowie niż karpie pospolite lub tołpygi. Wymagają też dostatecznej przestrzeni do pływania, ponieważ nie używają pokryw skrzelowych (operculum) do zapewnienia przepływu wody przez skrzela. Należy więc zwrócić szczególną uwagę zapewnienie przepływu wody przez skrzela.

Z powodu wydłużonego kształtu rostrum wiosłonosy nie mieszczą się do większości ręcznych podbieraków. Uszkodzeniu może ulec rostrum lub skrzela. Należy używać dostatecznie dużych podbieraków, aby uniknąć uszkodzeń ciała lub skrzeli.

Młode wiosłonosy są łatwym żerem dla rybożernych ptaków. Stawy zarybione wiosłonosami o wadze do 300-500 g muszą być zabezpieczone siatkami lub gumami zamontowanymi nad powierzchnią woda w celu ochrony przed ptakami.

7.2.3. Osiągnięcia ekologiczne Obecność ryb filtrujących poprawia produkcję pierwotną ekosystemu stawowego. W związku ze zwiększoną wydajnością produkcyjną w stawie i obsadą składającą się z ryb o różnym spektrum żywienia całkowita produkcja w systemie wzrosła niemal trzykrotnie w polikulturze w porównaniu do monokultury. Wpływ różnych obsad ryb zaobserwowano także w przypadku hydrochemicznych i fizycznych parametrów wody, mających także związek z produkcją planktonu, takich jak przejrzystość wody i stężenie chlorofilu. Jednocześnie, średnie stężenie rozpuszczonego tlenu w stawach z obsada monokulturową było niższe i podlegało większym wahaniom niż w innych systemach. Obecność ryb filtrujących zmniejsza ilość zooplanktonu i tym samym obniża ryzyko niekontrolowanego jego wzrostu, prowadzącego do nadmiernego wzrostu glonów autotroficznych, odpowiedzialnych za produkcje tlenu, a więc produkcję pierwotną. Zwyczaje żywieniowe karpia pospolitego powodują skuteczna resuspensję osadów dennych i tym samym lepsza dynamikę składników odżywczych w wodzie. Jedynie przyrost biomasy ryb jest przyczyną zaobserwowanych różnic pomiędzy podsystemami, ponieważ nie są produkowane inne „plony”. Składniki odżywcze w ściekach osiadają w większości w osadzie dennym. W czasie odłowu w stawie mogą zostać spuszczone (na skutek mechanicznej resuspensji) z wodą ściekową na zewnątrz stawu i przyczynić się do eutrofizacji wód naturalnych. Lepsze zużycie składników odżywczych poprzez stosowanie obsad polikulturowych nie wyklucza, a jedynie znacznie ogranicza to zjawisko.

7.2.4. Wyniki ekonomiczne Wprowadzenie wiosłonosa do tradycyjnej hodowli stawowej opartej na karpiu pospolitym jest jednym z możliwych rozwiązań dla poprawienia rentowności gospodarstw karpiowych. Właściwości mięsa wiosłonosa są podobne do innych jesiotrowatych, można więc założyć, że spotka się on również z akceptacją konsumentów. Wiosłonos, któremu pozwolimy dojrzeć może także dostarczyć bardzo cennej i poszukiwanej ikry (kawioru). Badana obsada polikulturowa zawierająca wiosłonosa, karpia pospolitego, tołpygę białą i amura białego, trzymana w stawach bez dodatkowego pożywienia, zasilanych jedynie nawozami rolniczymi, jest w stanie wyprodukować biomasę ryb podobną do tej uzyskiwanej w tradycyjnej monokulturze karpia pospolitego, żywionego ziarnem(pszenica i kukurydza). Wyeliminowanie kosztów żywienia wraz z wyższą wartością wyprodukowanych ryb daje znaczną przewagę nad standardową produkcją monokulturową. Rachunek ekonomiczny polikultury musi obejmować także zwiększony nakład pracy, w szczególności w okresie odłowu. Potrzebnych jest więcej osobogodzin w związku z dodatkowym sortowaniem odłowionych ryb. Mogą być potrzebne dodatkowe urządzenia lub sprzęt do łapania, transportu i przechowywania wiosłonosów.

7.2.5. Zalecana obsada ryb W oparciu o wyniki osiągnięte podczas badań można zalecić stosowanie obsady z udziałem wiosłonosa. Poniższe zalecenia dotyczą obsad ryb do półintensywnej hodowli w stawach karpiowych, o konstrukcji ziemnej, bez dodatkowego żywienia, wzbogacanych nawozami rolniczymi. Można stosować różne grupy wiekowe wszystkich gatunków, należy jednak spełnić podstawowe

wymagania. Skuteczna resuspensja osadu dennego, zapewniająca odpowiednie krążenie w wodzie, wymaga

dostatecznie wysokiej biomasy ryb żywiących się na dnie i dostatecznej wagi jednostkowej. Z tego względu karp pospolity jest zalecany do obsady jedynie w drugim i trzecim sezonie produkcyjnym.


55/116

Gęstość obsady powinna zostać obliczona na podstawie planowanego zapłodnienia ikry oraz żyzności stawu. Szacowany przyrost biomasy karpia pospolitego, w stawie nawożonym 40 kg P/ha i 240 kg N/ha w jednym sezonie, wyniósł 450 kg/ha.

Gęstość obsady i waga jednostkowa muszą być obliczane zgodnie z oczekiwaną końcową wagą osobniczą. Podobne zasady, również w zakresie grup wiekowych, stosuje się w stosunku do innych karpiowatych.

Należy oczekiwać przyrostu biomasy wiosłonosa ok. 600 g/ ha, a wagi jednostkowej odpowiednio 1750 i 3500 g po drugim i trzecim sezonie produkcyjnym. Gęstość obsady wiosłonosa, przedstawiona w tabeli 31, została wyznaczona na podstawie wzrostu odnotowanego jedynie podczas badania. Podane wartości nie oznaczają maksymalnego tempa wzrostu wiosłonosa w warunkach produkcyjnych.

W oparciu o te zalecenia, w tabeli 31 przedstawiono przykład projektowania gęstości obsady ryb.

7.2.6. Główne ograniczenia w introdukcji wiosłonosa

Chociaż istnieje wiele pozytywnych aspektów introdukcji wiosłonosa, istnieją również pewne ograniczenia:

W obecnej chwili w Polsce nie prowadzi się rozmnażania wiosłonosa na skalę przemysłową. Wszystkie materiały zarybieniowe są importowane jako zapłodnione jaja lub narybek. Jest to głównym powodem wysokich cen materiału zarybieniowego. Cena waha się na poziomie 8 € za 100 g ryb. Jednak postęp w hodowli wiosłonosa nastąpił w przypadku paru polskich gospodarstw rybnych. W momencie rozpoczęcia rozmnażania wiosłonosa na skalę przemysłową, ceny znacznie spadną. W UE skuteczna hodowla wiosłonosa prowadzona jest w Czechach i w Rumunii.

Ograniczenia związane z technologia produkcji: introdukcja nowych gatunków wymaga wprowadzenia nowych technologii, związanych głownie do obchodzenia się z rybami oraz szkolenia pracowników. Główne zalecenia wymienione są w poprzednich rozdziałach.

Wiosłonos jest gatunkiem egzogenicznym (obcym) w Europie. Prawodawstwo unijne ogranicza możliwości introdukcji nowych gatunków do akwakultury. Tak więc, produkcja wiosłonosa w rożnych krajach UE może napotykać trudności. Dyrektywa UE daje jednak pewną dowolność w tym zakresie. Istotne jest, że inne gatunki produkowane w Polsce i w innych krajach członkowskich UE są w rozumieniu Dyrektywy także gatunkami obcymi. Wśród gatunków użytych w modelu polikulturowym jedynie lin jest gatunkiem rodzimym. Wzrastający popyt na produkty akwakultury w UE może wymusić rozwój nowych technologii pozwalających na produkcję gatunków obcych ( w tym wiosłonosa) w sposób bezpieczny dla środowiska.

Istnieją też ograniczenia natury rynkowej. Wiosłonos nie jest gatunkiem uznanym na europejskim rynku rybnym. Dotyczy to w szczególności Polski, ale nie tylko. Długie rostrum czyni wiosłonosa interesującym z punktu widzenia niektórych, ale na pewno nie jest praktyczne w przypadku zabijania ryby w domu lub jej obróbki. Sprzedaż żywych lub jedynie patroszonych ryb nie wydaje się być dobrym rozwiązaniem w związku z kształtem ryby. Ogólne postrzeganie wiosłonosa może wpłynąć na popyt i cenę. Można jednak oczekiwać niewielkiego popytu na całą rybę.

Cena detaliczna zależeć będzie w dużej mierze od ceny materiału zarybieniowego oraz postrzegania wiosłonosa przez konsumentów . Można oczekiwać cen podobnych do cen innych ryb jesiotrowatych z uwagi na podobny gatunek mięsa.

Większość wiosłonosów powinna być oferowana w stanie przetworzonym. Jednak mogą wystąpić techniczne trudności w przetwórstwie z uwagi na niecodzienny kształt ryby. Brak jest dostatecznych informacji dotyczących przetwarzania wiosłonosa i jakości produktów. Nie są dostępne informacje na temat okresu trwałości i preferencji konsumentów.

Ważnym aspektem jest rosnąca świadomość konsumentów w zakresie dobrostanu ryb. Każdy gatunek ma specyficzne wymagania środowiskowe. W czasie prowadzonych badań wiosłonosy osiągnęły bardzo

Szacowany przyrost biomasy

Oczekiwana końcowa

waga jednostkowa

Waga początk

owa Gęstość obsady Gatunki

[kg/ha] [kg/ryba] [kg/ryba] [ryb/ha] 400 0,3 0,05 1 600

Karp pospolity 400 1,2 0,2 400 600 1 0,1 667 600 2 1 600 Wiosłonos 600 3 2 600 70 1,5 0,5 70

Tołpyga biała 70 0,5 0,1 175

100 1,5 0,5 100 Amur biały

100 0,5 0,1 250

Tabela 26. Przykład projektowania gęstości obsady


56/116

dobre wyniki w zakresie tempa wzrostu, ale stawy rybne nie są ich rodzimym środowiskiem. Istnieje potencjalne niebezpieczeństwo, że warunki środowiskowe w stawach karpiowych są suboptymalne dla wiosłonosów. To samo dotyczy obchodzenia się z wiosłonosami przy odłowie i transporcie. Te zagadnienia wymagają dalszych badań.

7.3. Użycie składników odżywczych ze ścieków rolniczych w stawowej hodowli ryb: model kaskady w Polsce

7.3.1. Ogólny opis badania Postępująca specjalizacja w rolnictwie Centralnej Europy skutkuje monokulturowymi gospodarstwami hodowli zwierząt, w których nie ma możliwości użycia składników odżywczych znajdujących się w ściekach. Tak więc zrzut ścieków lub użycie na miejscu wyprodukowanej gnojówki staje się problemem z powodu ograniczeń natury prawnej i technicznej. W związku z tym, tani, zrównoważony, przyjazny środowisku i łatwy w utrzymaniu sposób zużycia gnojówki jest bardzo pożądany. Staw rybny jest ekosystemem, składający się z bardzo różnych środowisk, w których ma miejsce wiele różnych procesów biochemicznych, wspieranych przez aktywność pokarmową ryb. Pozwala to materii organicznej na przemianę w składniki, które wchodzą do łańcucha pokarmowego stawu, dając produkcję pierwotną i przyrost biomasy ryb. Źródłem energii i składników odżywczych może być gnojówka pochodząca z gospodarstwa hodowlanego. Połączenie gospodarstwa hodowlanego ze stawami rybnymi, jako jednym z obszarów działalności, jest krokiem w kierunku szeroko propagowanego i zalecanego rolnictwa zintegrowanego. Zużycie zasobów wytworzonych w gospodarstwie przez to gospodarstwo jest ważnym elementem zrównoważonego rozwoju. Proponowany system jest przeznaczony głównie dla małych gospodarstw hodowlanych, stosujących metody ekologiczne lub pragnących poprawić warunki do zrównoważonego rozwoju. Kompleks przepływowych stawów rybnych, zasilanych świeżą wodą zużywa znaczne ilości azotu, fosforu i materii organicznej. Znaczne ilości tych składników są zatrzymywane w systemie lub zamieniane w gazy. Całkowity ładunek składników odżywczych zrzucany w ciągu sezonu jest niższy niż wniesiony. Oprócz korzyści dla środowiska, produkcja ryb może zyskać dodatkowy dochód.

7.3.2. Charakterystyka modelu Model oparty na czterech przedziałach w stawie rybnym, połączonych ze sobą i zasilanych świeżą wodą, która jest nośnikiem składników odżywczych. Jedynymi nienaturalnymi źródłami składników odżywczych i energii są gnojówka i dostarczana woda. Składniki odżywcze, w zależności od rodzaju (mineralne lub organiczne) są odpowiedzialne za rozwój biomasy w różnych częściach kaskady. Każda cześć kompleksu zużywa składniki odżywcze poprzez różne procesy naturalne. System przepływowy został skonstruowany w oparciu o stawy karpiowe. Zestaw badawczy składa się z dwóch identycznych stawów ziemnych, połączonych rurą (długość 35 m l, ØIN 15 cm) (powierzchnia 0,3 ha). Każdy staw podzielony jest na dwie części siatką (3x3 cm), tworzącą cztery przedziały (patrz Rys. 12). Każdy przedział miał inne funkcje w zbudowanym systemie kaskadowym (patrz tabela 32). Dopływ wody, gnojówka, część A zooplankton, część B ryby filtrujące , część C polikultura, część D – czyszczenie, odpływ wody

Przedział Opis

A Produkcja

zooplanktonu

Przedział z dopływem gnojówki Materia organiczna z gnojówki jest głównym źródłem energii dla rozwoju zooplanktonu i

bakterioplanktonu Bez obsady ryb 33% powierzchni całego systemu

B Ryby filtrujące

Obsada ryb filtrujących w celu zużycia planktonu powstałego przedziale A 17% powierzchni całego systemu kaskadowego

C Polikultura

Obsada polikulturowa: karp pospolity, tołpyga pstra, tołpyga biała, amur biały Składniki odżywcze i ryby maja za zadanie zużyć plankton powstały w przedziale A 25% powierzchni całego systemu kaskadowego

Rys. 7: Schemat system kaskadowego


57/116

D Sedymentacja

Działa jak zbiornik osadu dennego dla zawieszonych ciał stałych z przedziału C 25% powierzchni całego systemu kaskadowego

Tabela 27: Rola poszczególnych przedziałów w systemie kaskadowym

Do stawów dostarczono świeżą wodę ze średnią natężeniem przepływu 4,23 L/s·ha (15,3 m3/h·ha). Do systemu dostarczano płynną gnojówkę bydlęcą co dwa tygodnie. Gnojówka dostarczana była do przedziału z zooplanktonem, obok dopływu wody. Podczas sezonu do systemu dostarczono 25 m3/ha (7,5 m3 na kaskadę), co równało się 571 kgDM/ha. Ilość składników odżywczych dostarczonych do kaskady podczas sezon przedstawiono w tabeli 33.

Ogólna charakterystyka gnojówki użytej w badaniach W celu dokonania prawidłowej konwersji składników odżywczych i energii w biomasę fauny i flory, potrzebne jest źródło biodegradowalnej materii organicznej. Od wieków w hodowli ryb używa się różnych rodzajów gnojówki pochodzenia zwierzęcego z wielu powodów: 1) jest dość tania, 2) jest łatwo dostępna w

gospodarstwie i 3) jest odpowiednia dla wielu ryb hodowanych w polikulturze. Dodatkowo, ilość gnojówki dozwolonej do wylania na pola jest od niedawna ograniczona przepisami krajowymi. Większość stawów rybnych w Polsce położonych jest w rejonach wiejskich o dużej obsadzie zwierząt gospodarskich, w których gnojówka jest głównym rodzajem ścieku rolniczego, kłopotliwym jeżeli nie zużytym. Do stosowania w hodowli stawowej ryb jako źródło energii i składników odżywczych dla zooplanktonu najlepsza wydaje się być gnojówka bydlęca lub świńska. Skład gnojówki użytej w badaniach modelu kaskadowego przedstawiono w tabeli 34. Jednak skład i jakość gnojówki mogą się zmieniać w sezonie produkcyjnym, w zależności od gatunku, wielkości zwierząt i ich wieku, paszy i intensywności pojenia, jak

również czynników środowiskowych. Analizę użytej gnojówki należy więc powtarzać często podczas stosowania.

7.3.3. Ocena wybranych wskaźników zrównoważonego rozwoju w projekcie SustainAqua Model kaskadowy został zbadany podczas dwóch kolejnych sezonów. Wstępna analiza danych wskazała na słabe wyniki badań modelu w roku 2007. Tak wiec w roku 2008 model zmieniono. W obu sezonach model kaskadowy sprawdzany był równolegle w dwóch systemach w celu zapewnienia odpowiedniej jakości danych. Sezon produkcyjny został podzielony na pięć okresów (cztery tygodnie każdy), rozpoczynających się 12 maja. Gnojówka została dodana tylko w pierwszych czterech okresach. Warunki świetlne i spadek temperatury nie pozwoliły na dodanie dodatkowej materii organicznej, która mogła doprowadzić do utraty tlenu.

Dopływ wody: l/kg produktu Dopływ wody służył wyłącznie do transportu składników odżywczych wzdłuż kaskady i nie był niezbędny do hodowli ryb. Dopływ wody potrzebnej do produkcji ryb można obliczyć. Wynosi 66,9 m3/ kg ryb.

Odpływ wody: l/kg produktu Te same zasady dotyczą obliczenia odpływu wody. Różnica pomiędzy dopływem i odpływem wynika z wycieków, ewapotranspiracji i opadów deszczu. Odpływ wody z systemu obliczono na 44,07 m3/kg ryb.

Wydajność energetyczna W badanym systemie nie zużyto energii w kaskadzie. Jedyna zużyta energia była związana z transportem ryb przed i po sezonie produkcyjnym. Inne potrzeby energetyczne związane były z utrzymaniem urządzeń gospodarskich. Zastosowana energia jest całkowicie zużyta i nie wchodzi bezpośrednio w skład produktu. W

Źródło Składnik Gnojówka

[kg/ha] Woda [kg/ha] Ogółem [kg/ha]

C 402,5 144,3 546,8 N 39,7 78,2 117,8 P 16,3 1,1 17,4

Tabela 28: Ładunek składników odżywczych z gnojówki i wody dostarczonej do kaskady

Parametr Jednostka Wartość

Sucha masa (DM) [%] 8,0

Azot ogólny (N) [%DM] 0,48

Fosfor ogólny (P) [%DM] 0,15

potas (K) [%DM] 0,26

BOD5 [gO2/dm3] 5,0

COD [gO2/dm3] 14,0

Tabela 29: Skład mieszanej gnojówki bydlęcej i świńskiej (~50/50 v/v)


58/116

przypadku, jeżeli woda nie może być dostarczana w systemie grawitacyjnym, niezbędne może się okazać pompowanie w celu utrzymania cyrkulacji. W takim przypadku, zapotrzebowanie energetyczne do ponownego użycia wody może stanowić znaczne koszty w funkcjonowaniu modelu.

Produkcja ryb System jest przed wszystkim przeznaczony do użycia składników odżywczych ze ścieków. Produkcja ryb w systemie kaskadowym jest dodatkowym, ale ważnym celem. System może wyprodukować znaczną biomasę ryb. Pomimo istnienia wielu zmiennych, całkowita produkcja ryb może sięgnąć 380 kg/ha. Podział produkcji (przyrost biomasy w jednym sezonie) na gatunki ryb przedstawiono na rysunku 13.

Rys.8:Przyrost biomasy ryb w badanym modelu

Przyrost biomasy ryb, produkcja ryb, jesiotr, wiosłonos, karp pospolity, tołpyga pstra, tołpyga biała, amur biały

Skuteczność zużycia składników odżywczych: kg składników odżywczych (N, P, ChZT) zatrzymanych w produkcie na kilogram dopływu składników odżywczych [%] Głównym celem kaskady była retencja dostarczonych do systemu składników odżywczych. Dwa główne źródła azotu, fosforu i organicznego węgla zostały wzięte pod uwagę w obliczeniach: Dopływ świeżej wody – do systemu dostarczano stale wodę z rzeki. W okresie badawczym (20 tygodni)

dostarczana woda przyniosła do systemu znaczny ładunek składników odżywczych. Ogółem w wodzie wpłynęło do systemu 424 kgC/ha (organiczny C), 39,7 kgN/ha i 16,3 kgP/ha w czasie 20 tygodni.

Dopływ gnojówki – co dwa tygodnie do systemu dodawano gnojówkę, która była głównym źródłem azotu. Ogółem w gnojówce wprowadzono 78,1 kgN/ha i 1,1 kgP/ha na hektar kaskady w okresie 20 tygodni.

Wiązanie azotu – to źródło azotu zostało podobnie jak w modelu polikulturowym pominięte w obliczeniach.

Z uwagi na podstawową funkcję modelu kaskadowego, retencja składników odżywczych w biomasie ryb i w całym systemie jest istotna. W przypadku retencji składników odżywczych w biomasie ryb wzięto pod uwagę jedynie azot i fosfor. Chociaż gnojówka dostarczyła znaczną ilość węgla organicznego, nie jest wiadomo, jaki był przyrost biomasy ryb, które żywiły się zooplanktonem i bakterioplanktonem, rozwiniętym dzięki węglowi organicznemu. Większość materii organicznej wbudowanej w biomasę ryb wywodzi się z produkcji pierwotnej. Ilość azotu i fosforu w biomasie ryb odłowionych została porównana z całkowitym dopływem tych składników. Obliczono jedynie retencje azotu i fosforu w biomasie ryb (Tabela 30).

Dopływ [kg/ha·sezon] Retencja

Woda Gnojówka Ogółem kg/ha % Azot 39,7 78,1 117,8 10,4 8,8 Fosfor 16,3 1,1 17,4 1,0 5,8

Tabela 30. Wydajność zużycia składników odżywczych przez ryby w modelu kaskadowym

W czasie całego sezonu produkcyjnego system kaskadowy zatrzymywał znaczną ilość składników odżywczych. Ładunki wszystkich zmierzonych parametrów były mniejsze w odpływie niż w dopływie. Poniżej


59/116

przedstawiono ładunki węgla organicznego, azotu i fosforu wchodzące i wychodzące z systemu, podzielone na cztery okresy tygodniowe (I to IV) sezonu (ogółem 16 tygodni).

Rys. 9: Ładunek węgla organicznego w dopływie i odpływie z systemu kaskadowego

Rys. 10: Ładunek azotu w dopływie i odpływie z systemu kaskadowego

Rys. 11: Ładunek fosforu w dopływie i odpływie z systemu kaskadowego

Ładunek,, dopływ, odpływ, gnojówka, dopływ świeżej wody, odpływ świeżej wody


60/116

Retencja składników odżywczych została obliczona na podstawie różnicy całkowitego ładunku składników odżywczych dostarczonego do systemu (w wodzie i gnojówce) oraz składników odprowadzonych w całym sezonie w stosunku do stężenia składników odżywczych w wodzie wypływającej z systemu. Wyniki przedstawiono w tabeli 36.

Odpływ składników odżywczych System kaskadowy był stale zasilany wodą. Pomimo wysokiej retencji N, całkowity ładunek składników odżywczych był więc duży i wyniósł 0,125 kg N i 0,018 kg P na kg wyprodukowanych ryb.

Ponowne użycie składników odżywczych w paszy dla ryb: retencja kg składników odżywczych w produktach towarzyszących na kg dopływu składników odżywczych do całego systemu [%] W badanym modelu podjęto próbę zastosowania dodatkowych roślin. Próba nie powiodła się z powodów technicznych. Właściwości stawu użytego w badaniu wpływały korzystniej na wzrost niechcianych roślin, niż tych planowanych. Produkcja potencjalnie użytecznych roślin, które mogłyby zostać wykorzystane na miejscu jest jednak możliwa. Należy rozważyć produkcję azolli (paproci wodnej) jako pożywienia dla ryb roślinożernych (i jako alternatywnego źródła azotu).

Podnoszenie wydajności produkcji na jednostkę pracy Wprowadzenie systemu kaskadowego wymaga dodatkowego nakładu pracy, związanej z obsługą systemu (również w czasie odłowu). System nie podnosi wydajności produkcji na jednostkę pracy.

7.3.4. Czynniki sukcesu i ograniczenia Badania prowadzone w modelu kaskadowym doprowadziły do opracowania przyjaznej środowisku technologii, zużywającej materię organiczną z innych gałęzi rolnictwa ( hodowla bydła i trzody chlewnej). Głównymi ograniczeniami systemu są: Zapotrzebowanie na wodę – system wymaga znacznych ilości wody w celu zapewnienia przepływu

składników odżywczych przez kaskadę. W niektórych krajach pobór wody i jej odpływ do wód naturalnych może być ograniczony, w szczególności jeśli brany jest pod uwagę jedynie odpływ ładunków składników odżywczych, a nie różnica pomiędzy ich dopływem a odpływem.

Właściwe funkcjonowanie zaprojektowanego systemu jest ograniczone do około 7 miesięcy, od wiosny do jesieni, kiedy temperatura wody jest wysoka, a promieniowanie słoneczne dostatecznie intensywne do podtrzymania procesów hydrologicznych na odpowiednim poziomie.

7.3.5. Zalety wdrożenia systemu

Układ kaskadowy stawów jest wielofunkcyjnym segmentem zintegrowanego gospodarstwa hodowlanego.

System stwarza możliwości obniżenia kosztów oczyszczania ścieków poprzez zatrzymanie ich w kontrolowanym ekosystemie stawów kaskadowych.

Proponowana technologia obniża negatywne oddziaływanie gospodarstwa na środowisko. Zaprojektowany system pozwala na produkcję ryb w sposób ekstensywny, przy jednoczesnej utylizacji

składników odżywczych w ściekach. Ryby hodowane na naturalnym pokarmie mają wyższą wartość odżywczą i mogą cieszyć się większym

uznaniem konsumentów (patrz rozdział 5). Oprócz zalet użytkowych systemu kaskadowego, budowa i utrzymanie systemu stawów wzbogaca

środowisko naturalne na różne sposoby. Przyczynia się do bioróżnorodności, utrzymania poziomu wód gruntowych i dodatkowej retencji wody. Posiadanie stawów może uprawniać hodowcę do starania się o dotacje unijne lub krajowe, przyznawane za korzyści środowiskowe. Stawy w systemie kaskadowym mogą służyć także wędkarzom, dając przy tym dodatkowe dochody.

Ładunek Retencja Składnik [kg/ha] kg/ha %

C 571,61 291,44 50,99 N 117,85 88,72 75,28 P 17,33 8,64 49,86

Tabela 31: Retencja C, N i P wprowadzonych do systemu kaskadowego w wodzie i gnojówce


61/116

7.4. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: projektowanie modelu kaskadowego

7.4.1. Grupa docelowa i podstawowe wymagania technologiczne Proponowane rozwiązanie skierowane jest głównie do małych gospodarstw rolnych, uznanych za ekologiczne, i/ lub wkraczających na drogę bardziej zrównoważonego rozwoju, a mających możliwość współpracy z gospodarstwami hodowli ryb. Szczególnie wskazane są gospodarstwa hodujące bydło i / lub trzodę chlewną, w których fermentuje się gnojówkę. Gospodarstwo, w którym planowane jest zastosowanie technologii kaskadowej powinno posiadać stawy lub mieć możliwość ich wybudowania, przy zagwarantowanym zaopatrzeniu w wodę. System wymaga dużej powierzchni gruntu, około 1 ha na powierzchnię stawów na każde 150 kg węgla organicznego otrzymanego z gnojówki. Jednocześnie system musi mieć zapewniony przepływ wody pozwalający na 45 dniowy czas retencji hydraulicznej.

7.4.2. Parametry w zakresie planowania kaskady

Badany system został zaprojektowany w celu połączenia zalet hodowli stawowej z potrzebą utylizacji gnojówki w gospodarstwach rolnych.

Model oparty jest na czterech przedziałach stawu, połączonych ze sobą seryjnie, z dopływem świeżej wody jako nośnikiem składników odżywczych.

Jedynymi źródłami składników odżywczych i materii organicznej są gnojówka i dostarczana woda. Składniki te, w zależności od postaci (mineralna lub organiczna) są odpowiedzialne za rozwój biomasy w odpowiednich przedziałach kaskady.

Każda część systemu jest odpowiedzialna za różne procesy prowadzące do utylizacji składników odżywczych ze ścieków na rożnym poziomie troficznym.

Biomasa ryb jest tworzona dzięki rozwojowi biomasy planktonu w rożnych częściach kaskady. Produkcja ryb może być źródłem dodatkowych dochodów.

W celu osiągnięcia optymalnych wyników projekt kaskady powinien składać się z czterech przedziałów o rożnej powierzchni i zadaniach. Zalecana powierzchnia każdego przedziału powinna być przestrzegana, z dozwolonymi jedynie małymi odchyleniami. Nie ma ograniczeń odnośnie kształtu przedziałów, chociaż wydłużony prostokąt jest najbardziej zalecany dla utrzymania przepływu wody w systemie. System może składać się z dwóch lub trzech stawów, przy czym dwa pierwsze przedziały muszą znajdować się w jednym stawie, przedzielone tylko siatką w celu zapewnienia transportu zooplanktonu. Zalecany układ kaskady przedstawiono na rysunku 17. Kolejne części systemu nie muszą być ustawione w jednej linii. Możliwe jest zastosowanie rur łączących przedziały B-C i C-D.

A.

B.

Rys. 12: Możliwy układ systemu kaskadowego: A- system dwustawowy; B- system trzystawowy


62/116

Opis rysunku: Opcjonalny recykling wody, gnojówka, woda, zooplankton, ryby filtrujące, polikultura, sedymentacja, przepływ, siatka

Każdy przedział systemu zużywa inne zasoby i odgrywa inna role w kaskadzie. Przedział A – Produkcja zooplanktonu: przedział ma bezpośredni dopływ wody i gnojówki. Czas hydrauliczne retencji w tym przedziale powinien wynosić dwa tygodnie. Taki okres czasu jest odpowiedni dla rozwoju zooplanktonu. Zooplankton i bakterioplankton odżywiają się bezpośrednio materią organiczną z dopływającej gnojówki. Biogeny z gnojówki, dostarczonej wody i osadów dennych umożliwiają produkcję pierwotną, ale duża ilość zooplanktonu hamuje rozwój fitoplanktonu. Produkcja pierwotna netto jest więc minimalna lub wręcz ujemna. Jest to główny czynnik ograniczający produkcję pierwotną . Tlen dostarczany z woda, wyrażony w molach, musi dwukrotnie przekraczać ilość węgla organicznego dostarczonego w gnojówce, aby można było utrzymać warunki utleniające w stawie. Przedziału z zooplanktonem nie powinno się zarybiać, ale dozwolone są małe ilości (do kilkudziesięciu kg/ha) ryb żywiących się na dnie. Obsada ryb nie powinna powodować resuspencji osadu dennego, dlatego ryby karpiowate nie są zalecane w odróżnieniu do ryb jesiotrowatych (zalecane <50 kg/ha, 1-3 letnie ryby). Obsada amura białego w ilości <100 kg/ha jest zalecana do kontrolowania wzrostu makrofitów. Przedział B – Ryby filtrujące: przedział jest obsadzony głównie rybami filtrującymi. Plankton wyprodukowany w przedziale A, przenoszony dalej dzięki przepływowi wody, jest zjadany przez ryby planktonożerne. Zalecana jest obsada złożona z wiosłonosa i / lub filtrujących ryb karpiowatych. Gęstość obsady wiosłonosa lub tołpygi pstrej w wysokości 150 kg/ha i tołpygi białej w wysokości 150 kg/ha jest wystarczająca do zużycia planktonu (zalecana waga jednostkowa ryb 0,5–3 kg). Przedział powinien być oddzielony od przedziału A jedynie siatką, aby zapewnić skuteczne przenoszenie planktonu. Użycie rur obniża skuteczność przenoszenia planktonu.

Przedział Opis

A Zooplankton

Przedział z dopływem gnojówki Materia organiczna z gnojówki jest głównym źródłem energii dla rozwoju

zooplanktonu i bakterioplanktonu Bez obsady ryb 33% powierzchni całego systemu

B Ryby filtrujące

Obsada ryb filtrujących w celu zużycia planktonu powstałego przedziale A 17% powierzchni całego systemu kaskadowego

C Polikultura

Obsada polikulturowa: karp pospolity, tołpyga pstra, tołpyga biała, amur biały Składniki odżywcze i ryby maja za zadanie zużyć plankton powstały w przedziale

A 25% powierzchni całego systemu kaskadowego

D Sedymentacja

Działa jak zbiornik osadu dennego dla zawieszonych ciał stałych z przedziału C 25% powierzchni całego systemu kaskadowego

Tabela 32. Opis poszczególnych przedziałów w systemie kaskadowym

Przedział C – Polikultura : część systemu odpowiedzialna za utylizację biogenów z poprzednich przedziałów, jedynego zewnętrznego źródła azotu i fosforu. Wprowadzenie karpia pospolitego jako głównego gatunku wzmaga obieg składników odżywczych i produkcje pierwotną. Objętość tego przedziału powinny więc pozwolić na 12 dniową retencję hydrauliczną. W tym przedziale powstaje większa część biomasy w kaskadzie. Szeroki wybór naturalnego pożywienia produkowanego w tym przedziale służy obsadzie ryb. Zalecana obsada ryb powinna składać się z ryb karpiowatych, przy czym w miejsce tołpygi pstrej zalecane użycie wiosłonosa (Tabela 33).

Gatunek Początkowa waga jednostkowa [g] Gęstość obsady [kg/ha]

Karp pospolity (K2) 200 - 300 g 300 Tołpyga pstra lub wiosłonos* 500 - 1 000 g 150

Tołpyga biała 500 - 1 000 g 150 Amur biały 750 - 1 500 g 100

*Zalecana zamiast tołpygi pstrej

Tabela 33. Zalecana obsada ryb w przedziale C

Przedział D – Sedymentacja: ostatnia część działa jak zbiornik sedymentacyjny. Ryby obsadzane w przedziale B powodują znaczną resuspensję osadów dennych przy dużej mętności i stężeniu zawieszonych ciał stałych. Materia zawieszona zawiera składniki odżywcze i węgiel organiczny i nie powinna być


63/116

wypuszczana do środowiska naturalnego. Z uwagi na długi czas retencji i brak obsady ryb, część sedymentacyjna kaskady stwarza dobre warunki do sedymentacji zawieszonych ciał stałych. Powierzchnia wody może być użyta do produkcji dodatkowych roślin lub do celów rekreacyjnych. Brak ryb i wysoka przejrzystość wody pozwala na wzrost roślin wodnych, które zużywają rozpuszczone w wodzie składniki odżywcze. W przypadku docelowej produkcji roślin należy opracować odpowiednie wyposażenie i technologie.

7.4.3. Parametry działania kaskady Dwa czynniki mają wpływ na projekt kaskady: przepływ wody i dopływ gnojówki. Należy zachować równowagę pomiędzy istniejącymi potrzebami utylizacji gnojówki w gospodarstwie oraz dostępnością wody i terenu. Rachunki ekonomiczne muszą jednak uwzględniać wartości środowiskowe i korzyści wynikające ze zrównoważonego systemu.

Przepływ wody Wydajność dopływu wody może być w niektórych przypadkach jednym z czynników ograniczających. W tej sytuacji powierzchnia całkowita gospodarstwa, a tym samym wydajność dostawcza gnojówki będzie zależeć od dostaw wody. Przyjmując, ze średnia głębokość stawu wynosi of 1 m, całkowita objętość systemu (tzn. powierzchnia) At obliczyć można poprzez mnożenie czasu retencji RT (15 dni = 360h) i przepływu wody, q [m3/h]): At=RT·q [m3=~m2]

Dostarczanie gnojówki Jeśli dopływ wody nie jest czynnikiem ograniczającym, system powinien zostać zwymiarowany w odniesieniu do możliwych dostaw materii organicznej pochodzącej z gnojówki. Istnieje ścisły związek pomiędzy przepływem wody a dostarczaniem węgla organicznego. Z uwagi na to, że produkcja pierwotna w przedziale z zooplanktonem jest bardzo ograniczona lub wręcz ujemna z powodu wzrostu zooplanktonu, w najgorszym przypadku woda jest jedynym źródłem tlenu dostarczonego do systemu, a każdy gram węgla organicznego pochodzącego z gnojówki wymaga ~2,7 g tlenu. Przyjmując, ze dopływająca woda zawiera ~7 gO2/m3, tylko 2,5 g węgla organicznego może być dostarczone na każdy metr sześcienny wody w celu utrzymania warunków utleniających w przedziale A. W celu zaprojektowania kaskady należy więc określić zawartość węgla organicznego w gnojówce. Jeżeli użyta gnojówka zawiera 5 kg C/m3 (średnio) potrzeba około 2000 m3 wody na 1 m3 gnojówki. Ta wartość może w dużej mierze zależeć od warunków świetlnych i temperatury. W środku lata można dostarczyć mniej wody (~20% ,mniej, lub ~20% więcej gnojówki), ale w momencie spadku intensywności promieniowania słonecznego, należy powrócić do wcześniejszych wartości. Proporcje pomiędzy stężeniami C, N i P są określone w przypadku gnojówki. Prowadzone badania nie wykazały żadnych ograniczeń związanych z azotem i fosforem. Ładunek azotu i fosforu dostarczony w gnojówce jest rzadko czynnikiem ograniczającym zaprojektowany system.

7.4.4. Oczekiwane rezultaty Użycie gnojówki do nawożenia stawów karpiowych ma długa historię, choć spadło na rzecz innych nawozów rolniczych. Intensyfikacja produkcji wpłynęła też na obniżenie zapotrzebowania na produkcję pierwotną, stawiając na pierwszym miejscu żywienie. Ostatnio zaobserwowana tendencja powrotu do systemów ekstensywnych przywraca użycie ścieków organicznych i zamkniętych cykli produkcyjnych. Przeprowadzone badania pozwoliły na stworzenie przyjaznej środowisku technologii z zastosowaniem ścieków organicznych pochodzących z innych gałęzi rolnictwa (hodowla bydła i trzody chlewnej). Układ czterech przedziałów dał bardzo dobre wyniki pozwalając na użycie 25 m3 gnojówki bydlęcej na jeden hektar całej powierzchni kaskady. Jednak głównym ograniczeniem systemu są wymagania w zakresie dostaw wody. System wymaga znacznych ilości wody w celu zapewnienia przepływu składników przez kaskadę. Wielkość i wydajność systemu zależą w dużej mierze od wydajności dopływu wody, która jest czynnikiem ograniczającym, szczególnie w przypadkach ograniczenia dostaw wody i i zrzucania wody ściekowej do wód naturalnych w niektórych krajach. Właściwe funkcjonowanie systemu ograniczone jest do około 7 miesięcy w roku, od wiosny do jesieni, kiedy temperatura wody jest wysoka, a promieniowanie słoneczne dostatecznie intensywne, aby podtrzymać procesy hydrologiczne na odpowiednim poziomie.

Podręcznik SUSTAINAQUA Badania prowadzone w Danii

64/116

8. Nowe metody w hodowli pstrąga prowadzące do redukcji ścieków gospodarczych – badania w Danii

8.1. Wstęp – ogólny opis badania Hodowla pstrąga tęczowego(Onchorhynchus mykiss) ma miejsce w Danii od ponad 100 lat. Pstrąg tęczowy jest najbardziej popularnym gatunkiem w duńskiej akwakulturze. Całkowita roczna produkcja wynosi około 33 000 ton w wodach słodkich i około 7 000 ton w wodach morskich, co odpowiada około 20 % duńskiego produkcji rybnej na cele konsumpcyjne. Jednakże wartość produkcji w akwakulturze stanowi około 25 % całkowitej wartości duńskiego sektora rybackiego. Produkcja pstrąga tęczowego w wodach słodkich w Danii ma miejsce w około 250 gospodarstwach. Spośród nich 200 gospodarstw hodowlanych stosuje tradycyjne systemy przepływowe, od dziesiątek lat niezmiennie pobierające wodę z grobli i używające relatywnie mało sprzętu zużywającego energię (pompy itp.). Woda przepływa przez hodowlę grawitacyjnie i ostatecznie wpada do basenu sedymentacyjnego (sedymentacja materii cząsteczkowej) przed powrotem do cieku wodnego. Do lat osiemdziesiątych XX wieku duńska produkcja pstrąga tęczowego w wodach słodkich prowadzona była praktycznie bez uzdatniania wód ściekowych. W odpowiedzi na wzrastające zainteresowanie społeczeństwa kwestiami związanymi z ochroną środowiska, takimi jak usuwanie składników odżywczych z gospodarstw hodowli pstrągów czy utrudnianie przemieszczania się zwierząt wzdłuż cieków wodnych i przekraczania ich przez jazy, w Danii ustanowiono nowe prawo środowiskowe w 1989 roku. W świetle nowego prawa, każdy producent pstrągów otrzymał określoną kwotę paszową, a sama pasza powinna spełniać pewne warunki. Wprowadzono obowiązek budowy zbiornika osadowego w celu usunięcia materii organicznej i składników odżywczych przed ponownym wprowadzeniem wody do cieku. Od gospodarzy rolnych wymagano także prowadzenia badań próbek wody niezbędnych do udokumentowania szacunkowej ilości składników odżywczych usuwanych z gospodarstwa. Mając na celu dostosowanie do nowych przepisów, część tradycyjnie działających gospodarstw rybnych została przekształcona w nowoczesne technologicznie farmy stosujące różne stopnie oczyszczania wody, aerację, natlenianie i inne. Ponadto nastąpił znaczący postęp w jakości pasz o wysoko przyswajalnych składnikach odżywczych, w technologii żywienia, oczyszczaniu wody, redukcji poboru wody i zarządzaniu gospodarstwem. W związku z powyższym liczba ryb wyhodowanych na kilogramie paszy, jak również redukcja produkowanych zanieczyszczeń znacząco wzrosły. Za prawodawstwem w zakresie ochrony środowiska podążało nowe prawo wyznaczające maksymalny limit na pobór wody z cieku wodnego. Zgodnie z prawem, przynajmniej połowa pobieranej wody powinna pochodzić z cieku bliskiego gospodarstwu. Co więcej prawo zmusiło hodowców do większego uniezależnienia się od cieku wodnego, co oznaczało redukcję poboru wody oraz jej uzdatnianie w celu ponownego użycia. W konsekwencji wprowadzenia restrykcyjnych kwot paszowych, prawa środowiskowego, ograniczenia w poboru wody z cieków oraz unijnej Ramowej Dyrektywy Wodnej ustanawiającej standardy jakości wody dla odbiorców, należało postawić jasne warunki dla hodowli pstrąga tęczowego w Danii. W wyniku późniejszych dyskusji między organizacjami hodowli ryb, władzami odpowiedzialnymi za ochronę środowiska i organizacjami pozarządowymi, w roku 2000 narodziła się idea „modelowych gospodarstw rybnych”. Koncepcja modelowej hodowli ryb skierowana jest na redukcję poboru wody i na wzrost retencji składników odżywczych przez użycie technologii recyrkulacji. Niektóre z najbardziej istotnych parametrów opisujących model gospodarstwa rybnego zostały zebrane poniżej w tabeli 39. Wszystkie dane oparte są o zużycie 100 ton paszy rocznie.

Parametr Modelowa Hodowla Pstrąga

Budulec stawu rybnego Beton

Recyrkulacja wody (min. %) 95

Zużycie wody (max. l · s-1) 15

Gromadzenie osadu stawowego Tak

Filtry do usuwania cząsteczek Tak

Filtry biologiczne Tak

Laguny osadowe Tak


65/116

Tabela 39. Parametry duńskich modelowych gospodarstw rybnych

Modelowe gospodarstwo hodowli pstrąga (Ejstrupholm Dambrug): na drugim planie po lewej

znajdują się laguny osadowe składające się z dawnych stawów ziemnych, kanałów wlotowych i wylotowych (Zdjęcie: DTU-Aqua)

Proponowany model hodowli pstrąga ma wiele korzyści środowiskowych: Gospodarstwa modelowe stały się bardziej niezależne od poboru wody z cieków wodnych, jako że

czerpią wodę z drenów pod uprawami roślin i/lub pobliskich otworów wiertniczych oraz z recyrkulacji wody (stopień recyrkulacji dochodzi do 97%)

Zużycie wody zostało zredukowane do około 0,15 l/sek na tonę paszy lub około 3 900 l na kg produkowanych ryb, co odpowiada 1/13 użycia w tradycyjnym przepływowym gospodarstwie hodowli pstrągów

Wolny pas wzdłuż całego cieku wodnego dla dzikiej fauny Liczba łatwo degradowanych substancji (BZT), substancji organicznych (ChZT), fosforu, azotu

amonowego i azotu całkowitego została znacząco zredukowana przez urządzenia czyszczące na terenie gospodarstwa oraz w lagunach

Stosowanie lagun do uprawy roślin stawowych w celach handlowych, upraw roślin jadalnych (np. rzeżucha i inne) mogą przynieść korzyści jako zintegrowane elementy modelowej hodowli ryb

Stabilne warunki hodowli (jakość wody itp.) Potencjalny wzrost produkcji pstrągów bez powiązanego z tym oddziaływania na środowisko

Jednakże wdrożenie technologii modelowej hodowli wymaga rozległej wiedzy i doświadczenia związanego z: Biologicznymi wymaganiami gatunku, który ma być hodowany Szczegółowej wiedzy o projektowaniu i funkcjonowaniu każdego z urządzeń w gospodarstwie, np. o

filtrach mechanicznych, filtrach biologicznych, aeratorach, pompach i innych Doświadczenia w hodowli ryb i eksploatacji systemu przy użyciu technologii recyrkulacji wody Właściwej jakości wody Wysokowartościowej paszy dla ryb i strategii żywieniowych

Zarówno ze środowiskowego, jak i handlowego punktu widzenia modelowe gospodarstwa rybne są skazane na sukces. Niektórzy rolnicy wskazują na krótszy czas produkcji, w dodatku powiązany z redukcją uwalnianych składników pokarmowych, a także ułatwieniu zwierzętom migracji w pobliżu cieku wodnego. System wciąż jednak potrzebuje optymalizacji, szczególnie pod względem obniżenia poziomu uwalnianych związków azotowych. Dlatego też badaniach SustainAqua prowadzonych w Danii prześledzono różne aspekty/moduły modelu hodowli pstrągów w celu przeprowadzenia dalszej optymalizacji: 1. Pasza i żywienie – wpływ modelu gospodarstw hodowli pstrąga na środowisko


66/116

2. Zużycie energii w modelowych gospodarstwach hodowli pstrągów 3. Uprawa roślin stawowych w lagunach modelowych gospodarstw 4. Uprawa alternatywnych gatunków ryb w lagunach modelowych gospodarstw

8.2. Pasza i żywienie – wpływ modelu gospodarstwa hodowli pstrąga na środowisko Pasza jest najważniejszym parametrem w relacjach pomiędzy wzrostem ryb a wpływem na środowisko, jak również na koszty produkcji. W celu oszacowania parametrów środowiskowych modelu hodowlanego niezbędne jest przeprowadzenie dokładnego przeliczenia wkładu z paszy na produkcję wody, na tak zwane „udziały z produkcji” przed tym, jak woda przechodzi do oczyszczania w urządzeniach czyszczących na terenie gospodarstwa. Różne urządzenia czyszczące stosowane w gospodarstwach modelowych mają różny współczynnik oczyszczania ścieków, zależny od rozmiarów i składu komponentów, które zawierają. Dlatego też przeprowadzenie całościowej kalkulacji modelu jest niezbędne do tego, żeby przewidzieć wyniki działania systemu w środowisku w odniesieniu do składników odpadowych: azotu (N), fosforu (P) i substancji organicznych przenoszonych do cieku wodnego. Model może wziąć pod uwagę istotne parametry (typ żywienia, ilość paszy, produkcję ryb i inne), parametry operacyjne (temperaturę, zawartość tlenu i inne) oraz ustawienia systemu (komponenty, natężenie przepływu i rozmiary).

8.2.1 Ogólny opis innowacyjnego modelu Postać fizyczna składników odpadowych (rozpuszczone, zawieszone, rozdrobnione) i struktura chemiczna (N, P, BZT5 [biolochemiczne zapotrzebowanie na tlen], ChZT [chemiczne zapotrzebowanie na tlen] mogą być ocenione w eksperymentach laboratoryjnych. Opierając się o rezultaty przeprowadzonych badań, można opracować w laboratorium model (w oparciu o moduł całościowych obliczeń) oparty o bezpośredni udział odpadów pochodzących z danego sposobu żywienia stosowanego w intensywnych systemach gospodarki rybnej. Model laboratoryjny jest ważną daną wejściową do precyzyjnego całościowego obliczenia zaprojektowanego modelu.

Rys. 18: Przygotowanie do oceny postaci fizycznej i struktury chemicznej komponentów odpadów i bezpośrednie emisje z różnych typów paszy stosowanych w intensywnych systemach hodowli ryb.

Strawność paszy, pobór paszy, strawność składników odżywczych (białko, tłuszcz, bezazotowe wyciągowe, P, popiół, niestrawione jedzenie, produkcja ścieków, analiza ciała, zatrzymane N i P, analiza próbek wody / rozpuszczone ścieki: N, P, BZT i ChZT, analiza odchodów / odpadów stałych: N, P, BZT, ChZT

8.2 Główne zasady funkcjonowania modelu


67/116

Kalkulacja modelu jest w pierwszym rzędzie oparta o dane, które pozyskano z dokumentacji i pomiarów programu, przyprowadzonego w ośmiu „modelowych gospodarstwach hodowli pstrąga” w Danii w 2005-2007 roku. Wspomniane modelowe gospodarstwa zostały wyposażone w osadniki, filtry biologiczne i sztuczne mokradła, podczas gdy kilka z nich miało także zainstalowane mikrosita. Dane dotyczące zużycia wody, koncentracji substancji odżywczych w wielu miejscach na terenie gospodarstwa rybnego, ilości stosowanej paszy i jej składników, zgromadzonej biomasy i innych zostały pozyskane ze wszystkich gospodarstw i rezultaty wykorzystano do całościowej kalkulacji modelu. Ponadto w modelu zostały tez użyte dane z tradycyjnych gospodarstw hodowli pstrągów w Danii (dane z By- og Landskabsstyrelsen, 2007). Zazwyczaj gospodarstwa te nie posiadają urządzeń charakterystycznych dla modelowych gospodarstw, ale zgodnie z duńskim prawem (Bekendtgørelse om Ferskvandsdambrug) gospodarstwa hodowli pstrągów zobowiązane są posiadać zbiornik osadowy zainstalowany tuż przy zbiornikach hodowlanych. Po wprowadzeniu danych do kalkulacji, zarówno z modelowych gospodarstw hodowli pstrągów, jak i gospodarstw tradycyjnych opartych o starszą technologię, model oferuje możliwość otrzymania szacunkowej ilości zanieczyszczeń z gospodarstwa rybnego o różnych poziomach zaawansowania technologicznego. Po zintegrowaniu danych model został zweryfikowany i poprawiony w celu optymalnej korelacji z aktualnie mierzonym zrzutem zanieczyszczeń. Następnie model został zoptymalizowany o tyle, o ile to było w tym czasie możliwe. Badania laboratoryjne były przeprowadzane w 18 termoplastycznych, przepływowych zbiornikach o objętości 189 litrów każdy. Zbiorniki zostały ustawione w zmodyfikowanym systemie Guelpha, w którym niższa trzecia część zbiorników była stożkowa i oddzielona od reszty kratą. Taki zamysł pozwolił na gwałtowną sedymentację i gromadzenie nierozłożonych odchodów ryb w chłodnych, częściowo odseparowanych kolumnach sedymentacyjnych. Pstrągi tęczowe o wadze około 50 g każdy zostały dostarczone z lokalnych duńskich gospodarstw rybnych i przeniesione do Narodowego Instytutu Badań Wodnych (DTU Aqua) w Hirtshals w Danii. Zużycie pasz zarejestrowano na drodze eksperymentów, następnie pozyskiwano odchody z kolumn sedymentacyjnych. Kolumny sedymentacyjne były opróżniane codziennie przed karmieniem, a próbki odchodów przechowywano w temperaturze -20 °C do analiz białka, tłuszczu, ekstraktów zawierających wolny azot (NFE), popiołu, surowego włókna i fosforu. Wykorzystano trzy sposoby żywienia, których średni skład jest przedstawiony w Tabeli 40 po prawej stronie: Próbki zostały pobrane w celu ustalenia udziału azotu i fosforu cząsteczkowego w ściekach oraz cząstek rozpuszczonych / zawieszonych azotu i fosforu. Zatrzymanie azotu i fosforu przez ryby zostało oszacowane przez analizowanie stężenia N i P na początku i na końcu całego eksperymentu. Właściwy eksperyment przeprowadzono w celu ustalenia zawartości rozpuszczonego BZT5 i ChZT w ściekach jak również cząsteczkowego BZT5 i ChZT w ściekach. Pozorny współczynnik strawności (ADC) składników pokarmowych i minerałów w diecie został obliczony przy użyciu następującego równania: ADCi = [(spożytei – wydalonei ) / spożytei ] x100 równanie 1 Gdzie i było procentem białek, tłuszczy, NFE, P, popiołu lub suchej masy. Szczegółowy współczynnik wzrostu (SGR, % d-1 ) został obliczony na podstawie biomasy zgromadzonej w zbiornikach, zakładając, że młodociane ryby rosły gwałtownie w relatywnie krótkim czasie eksperymentu:

100/)()( 00 tttWtWLnSGR ii równanie 2

Gdzie W(ti) i W(t0) były masami na końcu (ti) i na początku (t0) przeprowadzania próby oraz (ti – t0) było czasem przeprowadzanej próby w dniach. Współczynnik koncentracji pasz (FCR, g g-1 ) został obliczony na podstawie biomasy zgromadzonej w zbiornikach, ilość paszy została podana i w ciągu 9 dni po karmieniu zarejestrowano ścieki zgodnie z: FCR = spożyta pasza (ti – t0) / zgromadzona biomasa (ti – t0 ) równanie 3

Białko: 46.3 % Tłuszcze: 27.5 % NFE: 12.6 % Popiół: 6.9 % Surowe włókno: 1.4 % Sucha masa: 94.6 % Fosfor: 0.98 % Wartość energetyczna:

23.8 kJ. g paszy

Tabela 40: Skład karmy dla ryb


68/116

Dane zostały poddane jednoczynnikowej analizie wariancji ANOVA przy użyciu Sigma Stat for Windows Version 3.10. Test Holma-Sidaka został użyty dla porównań parowych, gdzie żywienie prowadzone było w istotnie różny statystycznie sposób. Prawdopodobieństwo P< 0.05 zostało wzięte pod uwagę jako istotne we wszystkich przeprowadzonych analizach.

8.2.1. Ocena wybranych wskaźników zrównoważoności SustainAqua Zredukowany zrzut ścieków zawierających składniki odżywcze Zmierzona strawność (ADC) wyniosła średnio: białko: 93,5 %; tłuszcze: 91,2 %; NFE: 66,9 %; popiół: 51,9 %; fosfor: 64,2 %. Zarejestrowany wskaźnik wzrostu (SGR) wyniósł średnio: 1,97 % . d-1, natomiast wskaźnik średniej konwersji pasz (FCR) wyniósł 0.76 (kg paszy . kg zgromadzonej masy). Zatrzymanie azotu i fosforu przez ryby równało się odpowiednio 49,1 % i 57,6 % (Tabela 41). Składnik diety BioMar

Ecolife 20 Aller Aqua 576 BM XS

Dana Feed Dan-Ex2844 F2,6 P

Białko 93.9 ± 0.4a 92.8 ± 0.2b 93.7 ± 0.3a 10.81 0.010 Tłuszcze 91.4 ± 0.6ab 88.4 ± 1.8a 93.7 ± 1.0b 14.22 0.005 NFE 66.6 ± 1.1a 67.2 ± 0.9a 67.0 ± 1.0a 0.36 0.711 Popiół 46.7 ± 1.8a 57.2 ± 0.4b 51.7 ± 0.8c 62.69 <0.0001 Fosfor 60.9 ± 0.7a 71.0 ± 0.9b 60.6 ± 0.7a 177.83 <0.0001 Sucha masa 84.7 ± 0.6a 84.4 ± 0.5a 85.6 ± 0.6a 4.09 0.076 Sucha masa przeliczona2 85.7 ± 0.5 85.2 ± 0.5 86.3 ± 0.6 - -

) Wartości w rzędach bez wspólnego indeksu górnego literowego było istotnie różne (ANOVA, Tukey HSD, P < 0.05). 2) Strawność suchej masy została obliczona jako suma strawionych białek, tłuszczy, NFE i popiołu.

Tabela 41: Wskaźnik strawności rzeczywistej (ADC) białek, tłuszczy, NFE, popiołu, fosforu i suchej masy (DM) (%, średnia ± odch. stand., n = 3) diet, jak również skalkulowana strawność suchej masy1.

Wyniki dotyczące zawartości BZT5 i ChZT pokazały, że średnio 55% całkowitego BZT5 w ściekach zostało odzyskane jako rozpuszczone/zawieszone ścieki, podczas gdy średnio 45% zostało odzyskane jako cząsteczkowe BZT5 w ściekach. Średnio 71% całkowitego ChZT w ściekach odzyskano w formie cząsteczkowej, podczas gdy 29% jako ChZT rozpuszczone/zawieszone w ściekach. Dlatego też stosunek rozpuszczonego/zawieszonego BZT5 / ChZT wyniósł 0,51. Większość z całkowitej liczby azotu w ściekach została odzyskana jako rozpuszczony/zawieszony azot całkowity TN (88%), podczas gdy średnio 12 % zostało odzyskane jako frakcja cząsteczkowa. Prawie cały fosfor zawarty w ściekach został pobrano jako cząsteczkowy (średnio 98%), podczas gdy tylko niewielka frakcja (średnio 2%) została pobrana jako rozpuszczony/zawieszony fosfor w ściekach.

8.2.2. Czynniki osiągnięcia sukcesu i ograniczenia Wyniki eksperymentów laboratoryjnych były ważnymi danymi wejściowymi dla precyzyjnego obliczenia całego modelu. Przez wprowadzenie do kalkulacji modelu danych z gospodarstw modelowych hodowli pstrąga i tradycyjnych gospodarstw opartych o starszą technologię, model oferuje możliwość otrzymania szacunków dla zrzutów ścieków z gospodarstw rybnych o różnym poziomie technologicznym. Należy jednak zauważyć, że muszą być spełnione poniższe wymagania wstępne, aby otrzymać akceptowalne wyniki modelowe: 4. Hodowaną rybą musi być pstrąg tęczowy (Oncorhynchus mykiss Walbaum) 5. Użyta pasza powinna być dobrej jakości, tj. zawierać dostateczny poziom witamin i minerałów dla

dobrego wzrostu i zdrowotności, strawność białek i tłuszczów musi być niemniejsza niż 85% 6. Jeśli stosowana jest recyrkulacja wody, woda musi znajdować się przynajmniej przez 18,5 godziny w

jednostkach produkcyjnych i przynajmniej przez 20 godzin w oczyszczalniach hydrofitowych. 7. Jeśli gospodarstwo jest wyposażone w filtry mechaniczne (filtry bębnowe lub podobne) i/lub filtry

biologiczne, wtedy muszą one posiadać wystarczający rozmiar, ażeby usprawnić oczyszczanie wody. 8. Dzienna ilość paszy nie może przekraczać 800 kg. 9. Całkowita kalkulacja modelu służy jako zadowalający instrument do szacowania zanieczyszczeń

kluczowymi składnikami odżywczymi z gospodarstw hodowli pstrąga pod warunkiem, że wymagania wstępne są spełnione.


69/116

Należy jednak podkreślić, że takie kalkulacje modelowe służą jedynie jako narzędzie do szacowania uwalnianych składników pokarmowych w ściekach z gospodarstwa rybnego, dlatego modelu nie można użyć do dokumentowania uwalnianych zanieczyszczeń.

8.3. Zużycie energii w modelowych gospodarstwach hodowli pstrągów Modelowe gospodarstwa rybne uzależnione są od transportu wody na ich terenie (recyrkulacja), jak również od napowietrzania/natlenienia wody ze względu na niskie zużycie czystej wody. Dalsze zanieczyszczenie gazami, takimi jak CO2 i N2 powinno być usunięte z produkcji wodnej. Najważniejsza kwestia w modelu gospodarstw hodowli pstrągów to wdrożenie technologii recyrkulacji, np. pompowanie wody i oczyszczanie wody w celu minimalnego zużycia wody i oddziaływania na środowisko. Ta technologia wymaga wkładu energii i jest to też istotny parametr, który musi być wzięty pod uwagę w celu osiagnięcia zrównoważonej produkcji.

8.3.1. Ogólny opis innowacyjnego modelu Pompowanie wody w modelowych gospodarstwach rybnych, jak również tłoczenie powietrza/tlenu do systemu wymaga użycia energii. Ważna jest zatem ocena zapotrzebowania na tlen podczas produkcji i zgodnie z tym zmodyfikowanie poziomu zużycia energii. Zapotrzebowanie na powietrze/tlen jest wyższe podczas karmienia i trawienia paszy, tj. w czasie procesów metabolicznych. Ponadto, zapotrzebowanie na tlen uzależnione jest od rozmiarów ryb i posiadanej obsady.

8.3.2. Główne założenia modelu Obecna technologia do napowietrzania wody zawiera:

Zbiornik napowietrzający Dyfuzor niskociśnieniowy Aerator powierzchniowy Filtry sączkowe Pompęa mamutową

Dla wydajniejszego natlenienia/napowietrzenia powinno się także wziąć pod uwagę że: Rozpuszczalność gazów czy nasycenie wody wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia, tj. woda

wystawiona na działanie ciśnienia może zawierać więcej tlenu / CO2 niż na powierzchni Im większy kontakt powierzchni wody pomiędzy fazą wodną a gazową, tym szybciej gaz jest

rozpuszczany w wodzie, tj. bańki wodne tworzone przez dyfuzory o różnych rozmiarach otworów wylotowych wpływają na rozmiary ciśnienia przeciwprężnego.

Aerator basenowy

Aeratory basenowe mogą być zaprojektowane jako proste dyfuzory umieszczone około 50 cm ponad dnem jednostki produkcyjnej z uwzględnieniem wystarczających proporcji pomiędzy długością a głębokością basenu w celu zapewnienia właściwej cyrkulacji.

Dyfuzory niskociśnieniowe

Dyfuzory niskociśnieniowe mogą mieć wiele rur dyfuzorowych zainstalowanych na stalowej ramie. Ten dyfuzor ma relatywnie niskie ciśnienie wsteczne w średniej głębokości wody, około 80 cm. Wydajność napowietrzenia jest dobra na niższym poziomie nasycenia tlenem, natomiast odpowiednie do odgazowania niewielkich głębokości wtłaczanego powietrza.

Aeratory powierzchniowe

Aeratory powierzchniowe są często używane w tradycyjnych gospodarstwach. Woda zderza się z powietrzem, tworzy dobry kontakt powierzchniowy i powietrze zostaje wymieszane w stawie. Aeratory powierzchniowe są wystarczające do utrzymania ryb przy życiu przy niskiej zawartości tlenu i odgazowaniu wody.

Filtry sączkowe

W filtrach sączkowych woda pompowana jest przez sieć dystrybucyjną do czubka filtra. Stamtąd woda biegnie w dół przez filtr przekaźnikowy (np. Bio-Blocks) zapewniając duży kontakt powierzchni do napowietrzania (O2) i odgazowanie (N2/CO2). Jednak filtry sączkowe są energochłonne (pompowanie) na skutek wysokości podnoszenia (często przynajmniej na 1 m).


70/116

Pompy mamutowe

Najczęstszym sposobem transportu wody i aeracji w modelowych gospodarstwach rybnych jest użycie pompy mamutowej. Funkcją tej pompy jest zarówno pompowanie jak i napowietrzanie wody. Pompy mamutowe składają się ze studni / zagłębienia, wyposażone w przepierzenie (Rys.19). Na tym samym szkicu (po lewej na rys. 19) zaprezentowano kilka zainstalowanych dyfuzorów (wstrzykiwanie sprężonego powietrza przez kompresory). Siłą napędzającą pompy mamutowe jest różnica w grawitacji pomiędzy wodą i wodą/powietrzem. Projekt takiej pompy determinuje także jego możliwości do przepływu powietrza (uniknięcie zniszczenia). Optymalna wysokość może sięgać 10 cm przy głębokości wody 2m.

8.3.3. Ocena wybranych wskaźników zrównoważonego rozwoju SustainAqua Użycie energii Wpompowanie powietrza do systemu wymaga zużycia energii i dlatego istotna jest ocena zapotrzebowania na powietrze podczas produkcji i zgodnie z tym udoskonalenie poziomu wtłoczenia powietrza i zużycia energii. Zapotrzebowanie na powietrze/tlen jest wyższe podczas karmienia oraz trawienia paszy, tj. w czasie procesów metabolicznych. Dlatego też zapotrzebowanie na tlen jest uzależnione od wielkości ryb i od aktualnego stanu inwentarza. Jednakże, aby osiągnąć optymalne wykorzystanie wtłaczanego powietrza, stosunki pomiędzy przepływem powietrza, zasadami napowietrzania, wyborem dyfuzora i głębokością wody muszą być obowiązkowo uwzględnione:

Duży kontakt powierzchni pomiędzy bańkami powietrza a wodą Bańki powietrza mają możliwość dłużej pozostawać w kolumnie wody zanim osiągną powierzchnię Mniejsze prawdopodobieństwo ciśnienia przeciwprężnego lub utraty ciśnienia w systemie.

Najważniejszym czynnikiem do osiągnięcia optymalnej korzyści w pompach mamutowych jest dostateczna zależność między współczynnikiem przepływu wody i powietrza. W zbyt sprężonym powietrzu w kontakcie z przepływem wody, pompa mamutowa może tracić wydajność i zepsuć się. Badania pokazały, że istnieje bezpośredni stosunek pomiędzy użytą energią i wydajnością napowietrzania wody. Jednakże, energia zużywana w pompach mamutowych w powiązaniu z ciśnieniem powietrza musi być dodatkowo zbadana w celu optymalizacji użycia energii. Średnie zużycie energii zostało oszacowane na 1,7 kWh/kg produkowanych ryb. Napowietrzanie wymaga także energii do kompresji powietrza, a równocześnie wzrost temperatury powoduje straty w energii tj. wyższe koszty energii. Podczas badań zużycie energii przez pompę mamutową zostało zmierzone na poziomie 5 802 W dla kompresji powietrza i, wliczając w to energię do ogrzewania powietrza, całkowite zużycie wyniosło 10 199 W. Dla porównania odpowiednie zużycie energii przez typową zanurzoną pompę śmigłową, podnoszącą wodę na wysokość 0,4 m i o całkowitej wydajności ηtotal = 0,4 można obliczyć jako: Q x dp / ηtotal, gdzie Q = 1 300 m3/h = 0,362 m3/s; dp = 0,25 mVs = 2 500 Pa, tj. = 0,362 x 2 500 / 0,4 = 2 260 W. Kalkulacja pokazała, że zanurzona pompa śmigłowa porusza wodę zużywając jedynie ¼ energii konsumowanej przez pompę mamutową. Jednak użycie pompy śmigłowej wymaga energii do napowietrzania przy użyciu metody alternatywnej.

8.3.4. Czynniki warunkujące sukces i ograniczenia

Rys. 19: Szkic pompy mamutowej (za Lokalenergi, 2008).


71/116

Podsumowując wyniki zużycia energii, badanie trzech różnych modeli hodowli pstrąga prowadzi do następujących wniosków:

Właściwe funkcjonowanie pompy mamutowej w dużej mierze zależy od zrównoważonych relacji między współczynnikiem przepływu w powietrzu i wodzie, tj. współczynnik sprężenia powietrza powinien być dopasowany do przepływu wody.

Istnieje liniowa zależność między zużyciem energii przy wtłaczaniu powietrza a koncentracją tlenu w wodzie po napowietrzeniu pompą mamutową.

Koszty energii wewnętrznego transportu wody zanurzona pompą śmigłową jest ¼ kosztów energii poniesioną przez pompę mamutową.

Przeniesienie wody pompą śmigłową jest tańsze niż pompą mamutową, mogą też wystąpić dodatkowe koszty energii dla napowietrzenia innymi metodami (np. aeratorami zbiornikowymi).

Mały przepływ powietrza dostarcza większej wydajności napowietrzenia w stosunku do kosztów w porównaniu z dużym przepływem powietrza

Małe bańki powietrza dodano zgodnie z zamierzoną zawartością tlenu, tj. wtłoczenie przepływu i długi kontakt pomiędzy powietrzem a wodą są istotne dla opłacalnego i wydajnego napowietrzania.

Im wyższy poziom sprężonego powietrza w kolumnie wody, tym wyższy przepływ powietrza w celu uzyskania danej ilości tlenu na jednostkę czasu.

Koszty energii dla napowietrzania były istotnie uzależnione od metody napowietrzania, tj, geometrii dyfuzora.

Należy zbadać straty w energii powstałe na skutek istotnego wzrostu temperatury przy użyciu dmuchaw obrotowych.

Koszt efektywnej aeracji powinien być monitorowany i zarządzany zgodnie z aktualnymi warunkami w hodowli (dzienne lub sezonowe zmiany).

Decydując się na użycie pomp śmigłowych w zastępstwie pompy mamutowej, należy wziąć pod uwagę koszty inwestycyjne, jak również systemy awaryjne, gwarantujące niezawodne funkcjonowanie .

Obniżenie kosztów transportu wody wydaje się być łatwiejsze niż obniżenie kosztów aeracji .

8.4. Uprawa roślin stawowych w lagunach w gospodarstwach modelowych W modelowych gospodarstwach produkcji pstrąga, wcześniej istniejące stawy ziemne są często wewnętrznie połączone starymi kanałami. Dzieki temu obszar laguny pokryte są dzikimi roślinami. Po zastosowaniu aparatury czyszczącej (syfon osadowy, filtry biologiczne) w gospodarstwie, woda przepływa wolno przez lagunę w celu ostatecznego usunięcia składników odżywczych przez rośliny, tj. końcowe oczyszczanie wody przed ponownym wprowadzeniem jej do cieku wodnego. Laguny roślin są ważne do przemiany azotu, BZT i wytrącania materii organicznej i fosforu. Jednak nie są one wydajne w przemianie amoniaku na azotany. Na skutek przemian materii organicznej, na dnie panują warunki beztlenowe, co faworyzuje proces denitryfikacji, tj. przemianę azotanów w azot gazowy. Stąd też beztlenowe warunki w lagunach mogą ułatwiac usuwanie materii organicznej i azotanów.

8.4.1. Ogólny opis innowacyjnego modelu Roślinność w lagunach jest bardzo istotna dla procesów oczyszczania. Rośliny porastające laguny osadowe zostały przebadane w Ejstrupholm. Główne gatunki roślin obserwowane w lagunach w modelowym gospodarstwie rybnym w Ejstrupholm, z pokryciem powierzchni wpdy dochodzącym do 80%, to manna mielec, rzęsa mniejsza, moczarka delikatna, glony nitkowate, rzęśl stawowa. Są to bardzo interesujące rośliny zarówno w związku z usuwaniem składników odżywczych, jak i transformacją/przemianą tych składników. Rośliny te spełniają rolę podłoża dla mikroorganizmów (biofilm) i są zaangażowane w przemianę amoniaku i pobierają rozpuszczony azot i fosfor i wbudowują w swoją biomasę. Na koniec rośliny te wpływają na prądy wodne i ułatwiają sedymentację cząsteczkom. Pomimo ich funkcji redukowania wpływu na środowisko w hodowli pstrągów, rośliny lagunowe mogą być użyte do ubocznej produkcji wysokiej jakości gatunków roślin do celów handlowych, co może przynosić dodatkowy dochód dla gospodarstwa hodowli pstrągów. Potencjał rynkowy różnych tych roślin jako produktu ubocznego przemysłu rybnego została właśnie przebadana.

8.4.2. Główne zasady funkcjonowania modelu


72/116

Głównymi zbadanymi gatunkami były wieloletnie ogrodowe rośliny stawowe, które oprócz potencjału wysokiej absorpcji składników odżywczych mogą osiągnąć rozsądnącenę na rynku. Dziewięć gatunków zostało przebadanych, cztery z ich należą do Iridacaea, jeden do Butomaceae i jeden do Nymphaecea, występuje tu też rzeżucha wodna (Nasturtium officinale), bobrek trójlistkowy (Menyanthes trifoliata) oraz knieć błotna (Caltha palustris). Badania zostały przeprowadzone w różnych miejscach laguny roślinnej w modelowym gospodarstwie hodowli pstrągów w Ejstrupholm w Danii. Wybrane miejsca charakteryzowały się różnym przepływem wody, ładunkiem składników pokarmowych i jakością wody. Na skutek tego, że zagęszczenie roślin rodzimych było tak duże, że wydostały się one na brzegi i do stawów, dla badanych roślin użyte zostały specjalne konstrukcje tj. polistyrenowe ramy unoszące się na wodzie.

Unoszący się na wodzie ogród jest metodą możliwą do zastosowaniana na nieużytkowanych stawach w modelowych

gospodarstwach hodowli pstrągów (Photo: DTU-Aqua)

8.4.3. Czynniki warunkujące sukces i ograniczenia Laguny osadowe (sztuczne mokradła) reprezentują dobry potencjał do redukcji składników pokarmowych ze ścieków w gospodarstwach rybnych. Usunięcie całkowitego azotu wynosiło ponad 1 g / m2 / dzień. Jednak bardzo ważny dla efektywnego usunięcia składników odżywczych jest czas przetrzymywania wody w lagunach. Badania pokazały, że naturalna roślinność w utworzonych lagunach osadowych powoduje problemy dla roślin testowanych, uniemożliwiając im zasiedlenie stawów i kanałów, jak również brzegow. Dlatego też wymagane jest początkowo dużo pracy ręcznej przy odchwaszczaniu w celu wprowadzenia nowych roślin. Rośliny z rodziny Iris są całkiem tolerancyjne, odporne i łatwo rosną, ale nawet one były początkowo zagłuszone przez szybciej rosnące gatunki na zboczach i brzegach laguny roślinnej. Dodatkowo gruntowa część roślin (kłącza) były objadane przez karczowniki. Gatunki, takie jak rzeżucha wodna (Nasturtium officinale), bobrek trójlistkowy (Menyanthes trifoliata) i knieć błotna (Caltha palustris), które mogą rozprzestrzeniać się szybko, wyrosły na jednym ze starych stawów ziemnych w środkowej części laguny. Niektóre z tych roślin przetrwały i odrosły. Tempo wzrostu jednak było niższe niż przewidywano, co może mieć związek z beztlenowymi warunkami w stawach ziemnych. Ponadto, jeden gatunek został całkowicie zjedzony przez karczowniki. Badane rośliny rozprzestrzeniają się łatwo zarówno naturalnie przez kłącza, jak też mogłyby być ręcznie dzielone przez podział kłączy lub sadzonek. Dodatkowo reprodukcja gatunków z rodzaju Iris przynosi nasiona. Rośliny pochdzące z siewu mogą mieć inne cechy genetyczne niż rożliny rozmnożone przez podział lub ukorzenienie, co może mieć negatywne konsekwencje w czasie sprzedaży na skutek różnic fenotypowych (tj. hybrydy, kolor kwiatów i inne). Koncepcja pływających ogrodów jest skuteczna. Unoszące się na wodzie ramy można łączyć w większe konstrukcje, pokrywając nimi setki metrów kwadratowych. Jednak gospodarstwa hodowli pstrągów w Danii charakteryzują się licznymi opuszczonymi stawami ziemnymi, które są relatywnie małe i wąskie. W rezultacie


73/116

powierzchnia wody na tym terenie jest całkowicie pokryta roślinnością naturalną, co może być zaletą dla zatrzymywania składników pokarmowych, ale utrudnia wprowadzenie większych konstrukcji pływających po powierzchni. Żeby zoptymalizować produkcję handlową roślin stawowych w lagunach roślinnych, w modelowym gospodarstwie hodowli pstrągów w Ejstrupholm można by zalecić przebudowę części lagun. Oznacza to stworzenie większej powierzchni z płytką wodą zalewową, wolną od roślinności, a następnie użycie koncepcji ogrodów pływających lub posadzenie nowych roślin bezpośrednio do stawów w zależności od gatunku. Niektóre aspekty konstrukcji stawu z roślinami powinny być przemyślane przy budowaniu nowych gospodarstw. Te aspekty powinny również zawierać połączone zastosowanie lagun zarówno do ogrodów stawowych, jak i dla roślinności o większym zagęszczeniu w podłożu, jak trzcina (Phragmites australis) czy inne rośliny magazynujące. Takie rośliny mogą przyczynić się do wzrostu niskiego poziomu tlenu w stawie. Obecnie większość z lagun w Ejstrupholm ma niski poziom tlenu, co może hamować wzrost różnych roślin handlowych. Dodatkowo powinno się wziąć pod uwagę, że większe konstrukcje pływających ram mogą utrudniać transport tlenu lub dyfuzję i także mogą tworzyć beztlenowe warunki dla korzeni. Badania pokazały dobry wzrost niektórych roślin stawowych, szczególnie należących do Iridacaea, jednak potencjalny dochód ze sprzedaży roślin może być pomniejszony o koszty intensywnej pracy wstępnej (odchwaszczanie), jak i pożniejszej pracy podczas zbiorów.

8.5. Uprawa alternatywnych gatunków ryb w lagunach osadowych w gospodarstwach modelowych

Po zastosowaniu urządzeń oczyszczających (osadniki ściekowe, filtry biologiczne), woda przechodzi powoli przez teren laguny w celu dalszego usunięcia z niej składników odżywczych przez rośliny, tj. końcowego oczyszczania wody przed ponownym wprowadzeniem jej do cieku wodnego.

8.5.1. Ogólne założenia innowacyjnego modelu Oprócz obniżania negatywnego oddziaływania produkcji pstrągów na środowisko, laguny roślinne mogą być także użyte do drugorzędnej produkcji wysokiej jakości ryb młodocianych na cele handlowe, co mogłoby zapewnić dodatkowy dochód w hodowli pstrągów. Głównym celem jest wzrost dochodów gospodarstwa przez optymalizowanie produkcji bez szkody dla głównej produkcji pstrągów oraz funkcjonowania systemu hodowlanego. Ponadto sugeruje się, żeby produkcja była oparta wyłącznie o warunki panujące w lagunie bez zewnętrznego wsparcia (np. pasze).

8.5.2. Główne zasady badanego modelu Ekstensywna produkcja larw i młodocianych ryb powinna być oparta o produkcję naturalnego zooplanktonu w lagunach. Dlatego też na wstępie zabadano, czy produkcja zooplanktonu w różnych miejscach laguny była wystarczająca dla zaspokojenia zapotrzebowania pokarmowego larw okonia i sandacza. W oparciu o wyniki badań próbek zooplanktonu, wywnioskowano, że laguny były mniej odpowiednie dla hodowanych larw ryb. Jednak produkcja ryb juwenilnych w sadzach sieciowych (uwzględniając odpowiednie miejsca lagun) mogłaby być atrakcyjna metodą dla produkcji różnorodnych gatunków ryb na sprzedaż do dalszej hodowli, do zarybiania jezior wykorzystywanych przez wędkarzy oraz do akwariów. W celu zbadania wyników eksperymentu z zastosowaniem sadz sieciowych, zastosowano je zarówno w lagunach gospodarstwa modelowego w Ejstrupholm, jak również w dwóch jeziorach wykorzystywanych przez wędkarzy, gdzie jakość wody i produkcja zooplanktonu została określona jako korzystna dla larw. W eksperymencie zostały użyte larwy okonia i sandacza.

8.5.3. Ocena wybranych wskaźników zrównoważoności SustainAqua: składników odżywczych, wody i wydajności użytkowanej przestrzeni Wyniki badań próbek zooplanktonu wiosną (postaci larwalne) pokazały, że koncentracja planktonu była wysoce zmienna i ogólnie poniżej poziomu wymaganego do przeżycia larw ryb do przetrwania i wzrostu. Ponadto jakość wody była zmienna, okresowo występował niski poziom tlenu i pojawiał się toksyczny siarczan wodoru. Dlatego też laguny uznane za mniej stosowne dla hodowli larw. W następnym eksperymencie sadze sieciowe zostały wypełnione larwami okoni i sandaczy. Wyniki pokazały, że produkcja młodocianych ryb w lagunach roślinnych w modelowym gospodarstwie w Ejstrupholm była niemożliwa do wykonania na skutek niskiego poziomu tlenu oraz dużej produkcji glonów nitkowatych w lagunach. Napowietrzanie wody w sadzach było niewystarczające do wzrostu zawartości tlenu do wymaganego poziomu.


74/116

Jednakże eksperyment w jeziorach zarybianych w celu wykorzystania przez wędkarzy zademonstrował, że larwy ryb mogą być hodowane od momentu wylęgnięcia się do rozmiarów 2-3 cm (jeden miesiąc) w sadzach sieciowych, bez ingerencji człowieka w tym czasie.

8.6. Podsumowanie – czynniki sukcesu i ograniczenia Podsumowując wyniki duńskiej koncepcji, modelowe gospodarstwa hodowli pstrągów dostarczają cennych informacji i metod związanych z:

Redukcją składników odżywczych i strat materii organicznej, tj. zmniejszeniem wpływu na środowisko

Optymalizacją kosztów energii Zrównoważoną uprawą roślin stawowych i wzrostem dodatkowych, alternatywnych gatunków

młodocianych ryb w lagunach na terenie gospodarstw modelowych. Nalezy szczególnie zwrócic uwagę nastepujące sukcesy i ograniczenia:

Użycie lagun roślinnych w modelowym gospodarstwie w Ejstrupholm do wzrostu juwenilnych ryb było niemożliwe do wykonania na skutek niskiego poziomu tlenu i wysokiej produkcji glonów nitkowatych w lagunach. Jednak równoległe eksperymenty w jeziorach zarybianych w celu wykorzystania przez wędkarzy pokazały, że larwy ryb mogą być hodowane od momentu ich wylęgnięcia się do rozmiaru 2-3 cm bez ingerencji człowieka.

Właściwe funkcjonowanie pompy mamutowej w dużej mierze zależy od zrównoważenia stosuknu między współczynnikiem przepływu powietrza i współczynnikiem przepływu wody, tj. współczynnik tłoczenia powietrza powinien być dostosowany do przepływu wody

Koszty energii użytej do napowietrzania istotnie zależą od metody napowietrzania, tj. geometrii dyfuzora

Straty w energii na skutek istotnego wzrostu temperatury przez użycie dmuchaw obrotowych powinno być wzięte pod uwagę

Koszt procesu efektywnego napowietrzania powinien być monitorowany i zarządzany zgodnie z aktualnymi warunkami w gospodarstwie (zmiany dzienne, pora roku i inne)

Wzrastająca emisja CO2 Zasady koncepcji modelowych gospodarstw hodowli pstrąga, stosujących technologii recyrkulacji mogą być dostosowane do europejskiego sektora akwakultury.

8.7. Od badania do gospodarstwa rybnego: jak zarządzać modelowym gospodarstwem produkującym 500 ton ryb rocznie (modelowe gospodarstwo hodowli pstrąga w Ejstrupholm)

8.7.1. Opis modelowego gospodarstwa rybnego Modelowe gospodarstwo rybne Ejstrupholm jest zlokalizowane nad Holtum Å (ciek wodny) w środkowej Jutlandii w Danii. Gospodarstwo składa się z dwóch identycznych jednostek produkcyjnych, każda podzielona na 8 przedziałów. Na rysunku 20 przedstawiony jest szkic modelowego gospodarstwa.


75/116

Rive r

Bac kch an ne l

La go oncha nn e l

Sl ud ge b ed

Con cre te fi sh ta nk s

La go oncha n ne l

La go on cha n ne l

Pl an t l ag oo n s Pla nt la go o ns

Pl an t p on dSlu dg e

o ve rf l ow

Sl ud geb ed

Slud

ge b

ed

1 Fe nc e e nt ran ce

= w ate r flowTT = T rou t pr odu ction

Schemat 13: Szkic modelowego gospodarstwa hodowli pstrągów. Strzałki wskazują kierunek przepływu wody

Recyrkulacja i napowietrzenie wody jest przeprowadzane przy pomocy pompy mamutowej. Funkcją tej pompy jest zarówno pompowanie, jak i napowietrzanie wody. Pompa mamutowa składa się ze studni/otworu i wyposażona jest w przepierzenie. Z jednej strony przepierzenia jest wiele zainstalowanych dyfuzorów (wtłoczenie sprężonego powietrza przez kompresory). Siłą napędzająca pompy mamutowej jest różnica grawitacyjna pomiędzy wodą i powietrzem/wodą. Kombinacja wtłaczania powietrza i napowietrzania podnosi wodę na kilka centymetrów, co tworzy przepływ recyrkulacyjny. Cząsteczki materii z produkcji są gromadzone w stożkach mułowych zlokalizowanych na dnie jednostki produkcyjnej, skąd muł jest pompowany do osadników wykorzystywanych do sedymentacji. Recyrkulowana woda jest przeprowadzana przez filtry biologiczne, gdzie następuje konwersja amoniaku do azotynów/azotanów. Woda wypływająca z jednostek produkcyjnych i woda oczyszczona z osadników przepływa przez lagunę roślinną, tj. dawniejsze stawy ziemne, które są połączone między sobą za pomocą starych kanałów i dlatego też na terenach lagun rośnie dzika roślinność. Po oczyszczeniu przez urządzenia czyszczące (osadniki, filtry biologiczne) na terenie gospodarstwa, woda przepływa powoli przez laguny roślinne w celu dalszego usunięcia składników pokarmowych przez rośliny, tj. końcowe oczyszczanie ścieków wodnych przed ponownym odpływem do cieku wodnego.

8.7.2. Opis składu ścieków produkowanych w gospodarstwie W tabeli poniżej porównano średni udział poszczególnych substancji z produkcji, ilość wydzielonych substancji netto oraz wydajność oczyszczania urządzeń oczyszczających w modelowym gospodarstwie hodowli pstrągów w Ejstrupholm (g substancji pokarmowych na kg produkowanych ryb).

Substancje pokarmowe

Udział w produkcji

Całkowita emisja

Stopień oczyszczania, %

Średnia emisja w Danii

Ejstrupholm w % średnio w Danii

Całkowity azot 33.7 15.8 53 31.2 51 Całkowity fosfor 4.3 0.39 91 2.9 13 BZT 78.7 3.2 96 93.6 3 ChZT 224.9 - -

Tabela 34: Szczegółowy udział w produkcji, całkowita emisja (średnia g składników odżywczych na kg produkowanych


76/116

ryb) oraz stopień oczyszczania w modelowym gospodarstwie hodowli pstrągów w Ejstrupholm porównane ze średnią emisją z duńskich gospodarstw rybnych produkujących pstrągi.

Wyniki opisują bardzo efektywne usuwanie składników odżywczych z wody płynącej z produkcji w modelowym gospodarstwie rybnym. Szczególnie emisja fosforu i materii organicznej była istotnie zredukowana w osadnikach i w filtrach biologicznych, podczas gdy laguny roślinne wydajnie usuwały materię organiczną, fosfor (szczególnie ten zawieszony) i całkowity azot (szczególnie azotany). Wyniki BZT5 i ChZT pokazały, że średnio 55 % całkowitego BZT5 odpadowego była odzyskiwana jako rozpuszczony lub zawieszony odpad, natomiast średnio 45 % była odzyskana w postaci cząsteczkowej. Średnio 71 % całkowitego ChZT zostało odzyskane w formie cząsteczkowej, podczas gdy średnio 29 % zostało odzyskane jako rozpuszczone/zawieszone ChZT odpadowe, tak więc współczynnik rozpuszczonego/zawieszonego BZT5 / ChZT wyniósł 0,51. Większość całkowitego azotu w ściekach była odzyskana jako rozpuszczony/ zawieszony odpad (88 %), podczas gdy średnio 12 % zostało odzyskane w formie cząsteczkowej. Prawie cały fosfor zawarty w ściekach został odzyskany jako frakcja cząsteczkowa (średnio 98 %), podczas gdy bardzo niewielka część (średnio 2 %) została odzyskana jako rozpuszczony/zawieszony odpad.

8.7.3. Bilans wody na terenie gospodarstwa Woda w procesie produkcyjnym była pozyskiwana z drenażu pod produkcją roślin i/lub z pobliskich odwiertów. Pobór wody wynosił około 45l/s, a czas przebywania w gospodarstwie wynosił około 35 godzin. Zużycie energii do pompowania i napowietrzania (natleniania) wody wynosiło około 1.7 kWh/kg produkowanych ryb.

8.7.4. Za i przeciw tradycyjnym gospodarstwom rybnym i modelowym gospodarstwom hodowli pstrągów W porównaniu z tradycyjną hodowlą, koncepcja gospodarstw modelowych cechuje się następującymi zaletami i wadami:

Zalety: Wady:

Zużycie wody zredukowano z około 50.000 l/kg ryb do około 3.900 l/kg produkowanych ryb

Wzrastająca potrzeba systemów awaryjnych: elektryczność, tlen, pompy i inne

Uniezależnienie od cieku wodnego Wzrastająca emisja CO2 Stabilne warunki produkcji Ryzyko akumulacji amoniaku Niewielkie zmiany jakości wody Wzrastająca potrzeba nadzoru i zarządzania Udoskonalona wydajność urządzeń

oczyszczających Wyższe zużycie energii na kg ryb

Zredukowane oddziaływanie na środowisko Użycie wody z odwiertów zapewnia mniejsze

sezonowe różnice temperatury

Udoskonalona kontrola zarządzania i produkcji Zredukowane zewnętrzne ryzyko zarażenia

patogenami

Zmniejszona potrzeba użycia środków leczniczych i medykamentów

Udoskonalone środowisko pracy Ustalone koszty modelowego gospodarstwa hodowli pstrągów, jak opisano powyżej, wynoszą około 3 – 3,5 EURO/kg paszy, tj. około 1,6 mln EURO dla 500 tonowego gospodarstwa modelowego, takiego jak Ejstrupholm.


77/116

9. Hodowla tilapii w systemach recyrkulowanych – badania prowadzone w Holandii

9.1 Model z reaktorem do denitryfikacji gnojówki (ang. Manure Denitrifying Reactor - MDR)

W Holandii ryby są hodowane w większości w systemach recyrkulowanych (RAS). W celu przestrzegania zasad zrównoważonej hodowli ryb prowadzonej w recyrkulatach hodowcy starają się: 1. Ograniczać zużycie energii i wody, 2. Ograniczyć objętość zrzucanych ścieków (koszty transportu gnojówki i koszty zrzutu ścieków), 3. Poprawić wykorzystanie składników odżywczych przez ryby, stosując dobrze dobrane sposoby żywienia

i optymalne warunki hodowli, 4. Ograniczyć opłaty za jednostki zanieczyszczenia, obliczone na podstawie ładunku ChZT, azotu Kjeldahla

i fosforu . Aby osiągnąć powyższe cele należy wprowadzić innowacje wewnątrz systemu, mające na celu zmniejszenie emisji rozpuszczonego i cząsteczkowego, ChZT i materii organicznej. Badanie objęło użycie reaktora do denitryfikacji z osadnikiem i przepływem pod górę (USB-MDR) w recyrkulacie w celu obniżenia zużycia wody, powiązanych zapotrzebowań energetycznych do ogrzewania i zrzutu składników odżywczych. Cele badania prowadzonego w Holandii obejmowały: ustalenie wpływu natężenia przepływu na funkcjonowanie USB–MDR, wpływ proporcji węgla do azotu w paszy na usuwanie azotynów i jakość wody, wpływ karmienia opartego na białku roślinnym na usuwanie azotynów, działanie udoskonalonego reaktora, wpływ systemu Geotube® na obniżenie objętości ścieków w reaktorze USB-MDR, wpływ reaktora USB-MDR na zdrowie i dobrostan ryb w pilotażowym recyrkulacie oraz stwierdzenie czy włączenie reaktora USB-MDR w recyrkulację zapobiega obecności składników z zapachem nieczystym. Wyniki badań oraz dane handlowe zostaly następnie (ZonAquafarming BV) przeniesione do badania porównawczego wpływu recyrkulatu 100 MT z użyciem reaktora USB-MDR i bez reaktora RAS na wskaźniki zrównoważonego rozwoju.

9.2.1. Ogólny opis badania Projektowanie gospodarstwa rybnego zaczyna się od wyboru gatunku ryb do hodowli. Wybór gatunku do hodowli w dużej mierze wyznaczą przebieg wzrostu, metody hodowli i wymagania w zakresie jakości wody, jak również produkcję ścieków. Przy produkcji ryb nie można uniknąć produkcji odpadów. Odpady są wydalane do wody, w której żyją ryby, i tym samym pogarszają jakość wody. Stały przepływ wody jest więc niezbędny do usuwania odpadów z ryb. W systemie przepływowym, przepływ wody przez zbiorniki rybne jest równocześnie wymianą wody w systemie (Rys. 21).

Zbiornik z rybami, przepływ, recyrkulat (RAS), oczyszczalnia 1, oczyszczalnia 2

Rys.14: W systemie przepływowym przepływ wody przez zbiorniki rybne jest równoznaczny z wymianą wody w systemie. W recyrkulacie (RAS) przepływ wody podlega oczyszczeniu i ponownemu użyciu. Różne oczyszczalnie mogą wymagać rożnych przepływów i czasami funkcjonują w osobnej „pętli” wewnątrz systemu.

fish tank

Flow through RAS

treatment unit 2

fish tank

treatment unit 1


78/116

W recyrkulacie woda płynąca ze zbiorników rybnych jest oczyszczana i ponownie użyta (Rys. 21). Ciała stałe zostają usunięte poprzez sedymentację lub przy użyciu sita, tlen jest dodawany poprzez aerację lub utlenianie, dwutlenek węgla zostaje usunięty poprzez odgazowanie, a amoniak zostaje zamieniony w azotan (NO3) poprzez nitryfikację w aerobowych filtrach biologicznych. W każdym etapie oczyszczania następuje wymiana wody w celu wyeliminowania następnego składnika ścieków. W tradycyjnym recyrkulacie wymiana wody jest dyktowana stężeniem azotanu (Rys. 2). W recyrkulatach najnowszej generacji azotan jest zamieniany w gazową postać azotu (N2) poprzez denitryfikację w anoksycznych filtrach biologicznych. W reaktorach denitryfikacyjnych materia organiczna (często pochodzenia wewnętrznego, np. niestrawione pożywienie lub odchody stałe pozostałe po usuwaniu ciał stałych) jest utleniana przy użyciu tlenu z cząsteczki azotanu. Najnowsza generacja systemów recyrkulowanych obniżają nie tylko zużycie wody i zrzut azotu (mniejsza ilość wypłukiwanego azotanu), ale także zrzut materii organicznej. W przypadku wszystkich przedziałów recyrkulatu, zarówno w zbiorników dla ryb, jak i oczyszczalniach pojawiają się dwa podstawowe pytania: 1) jaka ilość wody powinna przepływać przez system i 2) jakie są wymagane wymiary systemu (objętość i kształt)? W przypadku zbiorników dla ryb przepływ musi być dostatecznie intensywny, aby usunąć wyprodukowane odpady oraz utrzymać jakość wody odpowiednią dla ryb. W każdej oczyszczalni przepływ musi być dostatecznie duży, aby dostarczyć wszystkie składniki odżywcze (odpady), które podlegają usunięciu. W rożnych oczyszczalniach może być wymagany inny przepływ wody, a niektóre umieszczone są w osobnej „pętli” systemu (Rys. 21). Objętość wody wymagana do zbiorników rybnych zależy od maksymalnej obsady ryb dla danego gatunku ryb. Wymagana objętość i kształt oczyszczalni zależy od ich właściwości funkcjonalnych. W oczyszczalniach do usuwania ciał stałych objętość i kształt zależą od rozkładu wielkości cząstek. W przypadku filtrów biologicznych objętość zależy od ich szczególnej funkcji, wyrażonej w gramach usuniętych odpadów/m3/dziennie. Z powyższych uwag wynika, że w projektowaniu recyrkulatu należy przede wszystkim wziąć pod uwagę objętość ścieków wyprodukowanych w ciągu jednego dnia. Ponieważ wszystkie ścieki pochodzą z pożywienia, tzn. wszystkie substancje niezatrzymane stają się odpadami, oznacza to, że należy wziąć pod uwagę ilość paszy podanej dziennie. Z uwagi na zmienną obsadę ryb w gospodarstwie, spowodowaną odłowami i ponownym zarybianiem, ilość zadawanej paszy jest również zmienna. Projekt powinien więc opierać się na maksymalnej ilości zadawanej paszy potrzebnej do zrealizowania rocznych celów produkcyjnych. Można je obliczyć na podstawie planu hodowlanego. Produkcja odpadów można obliczyć na podstawie maksymalnej ilości zadanej paszy, stosując bilans składników odżywczych, który obejmuje skład paszy, jej strawność, skład ryb i ich respirację, w celu obliczenia ilość odpadów stałych (odchody stałe) i rozpuszczonych (wydzieliny ze skrzeli i mocz).

9.2.2. Zasady działania modelu z denitryfikacją gnojówki Recyrkulat USB-MDR o kształcie cylindrycznym, podobnie jak reaktor anoksyczny (beztlenowy) jest wypełniany ściekami płynącymi z oczyszczalni, w której usuwane są ciała stałe (Rys. 22).Scieki te zawierają rozpuszczone i stałe odpady pochodzenia organicznego (odchody), kłaczki bakterii i składniki nieorganiczne. Dopływ ścieków jest wprowadzany do reaktora w dolnej części, tworząc natężenie przepływu w górę. Natężenie przepływu w reaktorze ma być mniejsze niż prędkość osadzania się większej części odpadów stałych w celu stworzenia poletka osadowego, gromadzącego opadające odpady stałe w dolnej części reaktora. W poletku osadowym odchody stałe, węglowe są trawione przez bakterie denitryfikujące, tworząc biomasą bakterii i powodując redukcję azotanu do azotu gazowego, produkcję dwutlenku węgla, alkaliczność i wytwarzanie ciepła. Odpady stałe w poletku osadowym są też pożywką, na której rosną bakterie denitryfikujące. Woda pozbawiona opadających odpadów opuszcza reaktor przez wypływ w kształcie litery V, znajdujący się w górnej części reaktora. W porównaniu do tradycyjnego recyrkulatu, recyrkulat wyposażony w reaktor USB-MDR pozwala na ograniczenie dopływu wody do redukcji azotanów, obniża zrzut azotanów i azotu, obniża zużycie energii z uwagi na mały dopływ wody i produkcję ciepła przez biomasę bakterii w reaktorze USB-MDR, skupia przepływ ciał stałych przez filtr bębnowy, ogranicza wielkość / objętość ścieków do dalszego oczyszczania, ponieważ reaktor USB-MDR skupia i trawi ciała stałe, obniża koszty za zrzut ścieków, (całkowity azot amonowy TAN, azotany, organiczny N i substancje organiczne (ChZT); podnosi alkaliczność i wprowadza neutralne pH dla hodowli ryb. Wady to potrzeba większych inwestycji, większej wiedzy do sprawnego funkcjonowania systemu oraz kumulacja rozpuszczonych ciał stałych (TDS).


79/116

9.2.3. Ocena wybranych wskaźników zrównoważonego rozwoju w projekcie SustainAqua Wskaźniki zrównoważonego rozwoju w projekcie SustainAqua użyte w badaniu hipotetycznego modelu recyrkulatu o produkcji 100 MT (ton metrycznych) bez reaktora USB-MDR (tradycyjny recyrkulat) i reaktorem USB-MDR to zużycie zasobów na kg odłowionych ryb, zużycie składników odżywczych wyrażone w % ich dopływu oraz zrzut odpadów na kg odłowionych ryb (patrz tabela 43).

Tradycyjny RAS

RAS z USB-MDR

Tradycyjny RAS

RAS z USB-MDR

Zużycie zasobów Zrzut ścieków

Narybek (#/kg) 1,2 1,2 Azot Pasza (kg/kg) 1,22 1,22 Ciało stałe (g/kg) 8,5 2,6 Energia (kWh/kg) 1,8 2,2 Rozpuszczony (g/kg) 37,4 5,9 Ogrzewanie (kWh/kg) 10,0 0,0 Fosfor Woda (L/kg) 238 38 Ciało stałe (g/kg) 4,5 7,2 Tlen (kg/kg) 1,18 1,26 Rozpuszczony (g/kg) 3,8 1,3

Dwuwęglany (g/kg) 252 107 a ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen)

Praca (h/MT) 12,5 13,1 Ciało stałe g/kg) 189 84 Rozpuszczony (g/kg) 40 9 Utylizacja składników odżywczych CZT (całkowite

zapotrzebowanie na tlen) Ciało stałe (g/kg) 227 95

Azot (% dopływu) 32 32 Rozpuszczony (g/kg) 48 11 Fosfor (%dopływu) 43 43 CO2 (kg/kg w tym gaz) 1,58 1,10

ChZT (% dopływu) 32 32 TDS (całkowicie rozpuszczone ciała stałe) (g/kg)

62 28

CZT( całkowite zapotrzebowanie na tlen (%dopływu)

32 32 Przewodność (μS/cm) 1060 2000

a) W praktyce zapotrzebowanie na dwuwęglan (alkaliczność) jest równe zeru przy zastosowaniu denitryfikacji.

Tabela 35: Ocena wskaźników zrównoważonego rozwoju w badaniu SustainAqua modelu z reaktorem MDR

9.2.4. Czynniki sukcesu i ograniczenia W badaniu holenderskim dołączenie reaktora denitryfikującego (MDR) do tradycyjnego recyrkulatu wykazało następujące sukcesy i ograniczenia: Czynniki sukcesu Zużycie wody, energii i alkaliczność mogą zostać znacznie ograniczone w tradycyjnych recyrkulatach Zużycie energii jest znacznie ograniczone w porównaniu do systemów tradycyjnych, ponieważ: a)

konieczna jest mniejsza wymiana wody i tym samym mniejsza ilość wody jest ogrzewana do obniżenia stężenia azotanów i b) znaczna ilość ciepła jest produkowana przez biomasę bakterii przy ponownym użyciu i utlenianiu składników odżywczych, które w przeciwnym razie znalazłyby się w ściekach.

W porównaniu do tradycyjnego recyrkulatu zrzut ścieków jest ograniczony (poprzez strawienie) i bardziej skoncentrowany (poprzez selektywne oczyszczanie) w recyrkulacie z reaktorem MDR, umieszczonym w dodatkowej „pętli” systemu recyrkulacyjnego. Dalsza koncentracja ścieków jest możliwa przy zastosowaniu systemu Geotubes® do ścieków wypływających z reaktora MDR.

Perspektywy W gospodarstwach, w których nie można obniżyć stężenia azotanów i azotu przy użyciu USB-MDR,

należy wziąć pod uwagę zmianę składu paszy w celu uzyskania wyższego stosunku C:N w produkowanych rybach. Może to pomóc w obniżeniu gromadzenia azotanów w procesie denitryfikacji. Tym samym ograniczy się zużycie wody i energii oraz alkaliczność.

W przyszłości mogą być stosowane pasze oparte na białku roślinnym w celu bardziej zrównoważonej produkcji ryb w recyrkulatach. Badanie nie wykazało znacznego wpływu paszy opartej na białku roślinnym na wyniki produkcyjne recyrkulatu USB-MDR. Jednak stężenie ortofosforanów jako P było znacznie wyższe w recyrkulacie, w którym ryby były karmione paszą opartą na białku roślinnym w porównaniu do recyrkulatu, w którym ryby karmiono paszą oparta na mączce rybnej.


80/116

Ograniczenia Tilapia nilowa o wadze do ±150 g może być hodowana w zamkniętych systemach recyrkulowanych o

dziennej wymianie wody w wysokości 30 l/kg paszy (i reaktorem MDR) bez wpływu na dobrostan ryb. Jednak większe osobniki (±300g) wykazywały spowolnienie wzrostu (tendencję) podczas chowu w pilotażowym recyrkulacie, wyposażonym w system USB-MDR, przy podobnej wymianie wody. Tych objawów nie zaobserwowano w recyrkulacie uzywanym w komercyjnej hodowli (info ZonAquafarming BV)

Do funkcjonowania systemu potrzebne są większe inwestycje i większa wiedza.

9.2.5. Korzyści wdrożenia Korzyści i ogranizcenia wynikające z zastosowania reaktora USB-MDR w tradycyjnym recyrkulacie oceniono na podstawie hipotetycznej hodowli tilapii (sprzedaż roczna 100 MT – ton metrycznych), dołączając dane z badań (AFI-WUR) i dane z komercyjnych hodowli w recyrkulatach (ZONAQUAFARMING BV). Wskazane korzyści i trudności oparte są na porównaniu tradycyjnego recyrkulatu z recyrkulatem wyposażonym w reaktor USB-MDR. Oto korzyści i ograniczenia wynikające z zastosowanie reaktora USB-MDR oraz systemu Geotube® w recyrkulacie w porównaniu z recyrkulatem bez reaktora USB-MDR i systemu Geotube®:

Korzyści

Zużycie zasobów : - obniżenie kosztów energii 9.6 kWh/kg odłowionych ryb

- obniżenie zużycia wody 200 L/kg odłowionych ryb

- obniżenie zużycia dwuwęglanu 252 g/kg odłowionych ryb

Ponowne użycie składników odżywczych:

- ponowne użycie składników odżywczych przez bakterie, zamienione w 0.5 kWh /kg wyprodukowanych ryb

Zrzut składników odżywczych:

- obniżony o 81% dla N,

59% dla ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen),

61% dla CZT (całkowite zapotrzebowanie na tlen),

30% CO2 1)

58% dla TDS (całkowicie rozpuszczone ciała stałe)

Objętość ścieków: - obniżenie objętości ścieków o 7.3 L na kg paszy przy użyciu systemu Geotube®

Ograniczenia

- Wyższe koszty inwestycji (±52800 Euro na reaktor USB-MDR i dodatkowy biofiltr, materiały i objętość w porównaniu z tradycyjnym recyrkulatem - Dodatkowy filtr bębnowy o większej możliwości usuwania rozpuszczonych ciał stałych (RCS) może być konieczny, ponieważ reaktor USD-MDR nie zatrzymuje wszystkich ciał stałych. W eksperymentach pilotażowych skuteczność usuwania RCS (w %) w reaktorze USB-MDR wynosiła 65 ± 18 (średnio ± S.D; N=7).

- Większa wiedza konieczna do obsługi recyrkulatu z reaktorem USB-MDR - stosunek C:N w odpadach rybnych może obniżać zdolność usuwania azotanów

1) Obniżenie zrzutu dwutlenku węgla daje duże oszczędności w zużyciu paliw kopalnych. Badania wykazały, że w warunkach ekonomicznych panujących w Holandii, zastosowanie recyrkulatu z reaktorem USB-MDR daje 10% niższe koszty produkcji na 1 kg ryb per kg w porównaniu do recyrkulatu bez reaktora.


81/116

9.3. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: użycie reaktora denitryfikującego USB-MDR w recyrkulacie o produkcji 100 MT (ton metrycznych) tilapii

9.3.1. Wprowadzenie W badaniu zademonstrowano wpływ użycia reaktora denitryfikującego USB-MDR w recyrkulacie o produkcji 100 MT (ton metrycznych) tilapii na wskaźniki zrównoważonego rozwoju. Tradycyjny system recyrkulowany zostanie porównany z recyrkulatem wyposażonym w reaktor USB-MDR. Zastosowany model i wyniki osiągnięte w gospodarstwie intensywnej hodowli tilapii w systemie recyrkulowanym ZonAquafarming B.V. były punktem wyjścia (Rys. 22).

Recyrkulat tradycyjny – filtr bębnowy, przesuwające się poletko, zbiornik rybny, aeracja

Recyrkulat z reaktorem USB-MDR - filtr bębnowy, przesuwające się poletko, zbiornik rybny, aeracja

Rys. 15: Badanie porównawcze tradycyjnego recyrkulatu i recyrkulatu z reaktorem USB-MDR, oba skonstruowane według koncepcji ZonAquafarming B.V..

Badania opisano w formie podręcznika w celu przekazania wskazówek do projektowania reaktora USB-MDR i jego obsługi. Kroki niezbędne do projektowania recyrkulatu przedstawiono w tabeli 44. Poszczególne kroki zostaną omówione w kolejnych podrozdziałach.

Gatunek ryb Tilapia Produkcja ścieków Linia wzrostu Skład ryb

Waga przy obsadzie 70 gramy Skład paszy Waga rynkowa 845 gramy Strawność Czas 24 tygodnie Zużycie tlenu przez ryby Pobór paszy Natężenie przepływu Wykorzystanie paszy 1,34 Parametry jakości wody Maksymalna gęstość obsady 140 kg/m3 Wymiana wody w zbiorniku rybnym Śmiertelność 0,5 % Wymiana systemu

Plan hodowlany Przepływy w oczyszczalni Cel produkcji 100 MT/rok Systemy oczyszczania Fazy wzrostu 2 Wyniki Schemat obsady/odłowu 3 tygodnie Odpływ N, P i ChZT Maksymalna ilość paszy 349 kg/d Wskaźniki zrównoważonego rozwoju

Tabela 36: Kroki w projektowaniu recyrkulatu

9.3.2. Wdrażanie

Gatunki ryb Pierwszego wyboru w zakresie gatunku hodowlanego już dokonano. Jest nim tilapia nilowa (Oreochromis niloticus). Często ten wybór opiera się na cenie rynkowej ryb. W celu zapewnienia zrównoważonego rozwoju ekonomicznego, głównym aspektem powinna być marża pomiędzy ceną rynkowa a kosztem, która w

Conventional USB-MDR

moving bed

fish tank

drum filter

O2 aeration

moving bed

fish tank

drum filter

O2 aeration

USB-MDR


82/116

intensywnych systemach hodowli wyznaczana jest głównie przez wydajność produkcyjną (kg/m3/rok).

Linia wzrostu Dokonując wyboru gatunku ryb, przy znanej pozycji rynkowej, wyznacza się jednocześnie linię wzrostu tzn. wzrost wagi w czasie obsady do wagi handlowej . Krzywa wzrostu ryb jest wyznaczona czasem, w które jest potrzebny do osiągnięcia wagi rynkowej , który z kolei jest wyznaczony ilością i wykorzystaniem paszy. Oba czynniki są zależne od wagi ciała. Śmiertelność zależy również od wagi ciała, a jej wysokość potrzebna jest do obliczenia ilości ryb na obsadę w jednym cyklu hodowlanym. Wybór gatunku ryb wyznacza też wymagane warunki hodowlane, jak na przykład maksymalna gęstość obsady i wymagana jakość wody (jakość wody omówiono w podrozdziale Natężenie przepływu). W badaniu określono wagę w momencie obsady na 70 g i wagę przy odłowie na 845 g, w oparciu o dane dotyczące wzrostu i poboru paszy u tilapii hodowanej w ZonAquafarming B.V (Rys. 23). Należy zauważyć, że szczep tilapii użytkowany w ZonAquafarming B.V. został stworzony na bazie wielu pokoleń selektywnej hodowli. Większość szczepów handlowej tilapii rośnie wolniej i z trudem osiągają wagę powyżej 600-700 g w intensywnym chowie. Tilapie w badaniu osiągnęły wagę handlową w czasie 24 tygodni , przy ogólnej przeżywalności 99.5%. Inne obliczenia przedstawiono w podrozdziale Plan hodowli.

Rys. 16: Wzrost i charakterystyka hodowli tilapii w ZonAquafarming B.V.

Waga ciała, czas (w tygodniach), Zrównoważone tempo wzrostu (SGR), waga ciała,, wykorzystanie paszy, waga ciała, maksymalna gęstość obsady śmiertelność, waga ciała, Ogólna przeżywalność, czas (w tygodniach)

0

200

400

600

800

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Body

wei

ght

(g)

Time (weeks)

SGR = 46 bw-0.61

0123456789

0 200 400 600 800

SGR

(%/d

)

Bodyweight (g)

FC = 0.57 bw0.14

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 200 400 600 800

Feed

con

vers

ion

(-)

Body weight (g)

Dens = 35 ln(bw) - 80

020406080

100120140160180

0 200 400 600 800

Max

imum

den

sity

(kg/

m3 )

Body weight (g)

96

97

98

99

100

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Cum

ulat

ive

surv

ival

(%

)

Time (weeks)

Mort = 1.75 bw-0.8

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0 200 400 600 800

Mor

talit

y (%

/wee

k)

Body weight (g)


83/116

Plan hodowlany

Po dokonaniu wyboru gatunku ryb i określenia krzywej wzrostu, należy określić plan hodowlany. Obejmuje on cel produkcyjny (w tym przypadku 100 MT/rok), ilość faz wzrostu ( w tym przypadku 2, podzielone w połowie czasu hodowli, tzn. po 12 tygodniach), oraz harmonogram obsady/odłowu (w tym przypadku co trzy tygodnie). Należy podkreślić, ze produkcja hodowlana 100 ton metrycznych oznacza 100 ton metrycznych ryb o wymiarze handlowym. Produkcja netto wynosi 91,7 ton metrycznych, ponieważ waga narybku w obsadzie wynosiła 8,3 ton metrycznych. Na podstawie planu hodowlanego można określić ile kohort ryb jest obecnych w hodowli w tym samym czasie, a na podstawie wagi i ilości ryb można obliczyć wagę dziennie zadawanej paszy w kg. W planie hodowlanym ZonAquafarming B.V. użyto 12 zbiorników rybnych (24 tygodnie / 2 fazy wzrostu) Zbiorniki są obsługiwane w grupach po trzy i są połączone kanałami z możliwością zamknięcia. Przez otwarcie kanału do pustego zbiornika, ryby mogą zostać podzielone pomiędzy dwa zbiorniki. Co trzy tygodnie, jeden z trzech zbiorników jest (poza środkowym) jest obsadzany 6.862 rybami o wadze osobniczej 70 g. Po 12 tygodniach, po osiągnięciu wagi ok. 370 g, ryby zostają podzielone pomiędzy dwa zbiorniki. W tym samym czasie trzeci z trzech zbiorników jest zarybiany nową kohortą 70 g ryb. Po 24 tygodniach, ryby z dwóch zbiorników o wadze handlowej są odławiane, ryby z trzeciego zbiornika są dzielone na dwa, a pierwszy zbiornik jest obsadzany nową kohortą 70 g ryb. Plan hodowlany przedstawiony jest w tabeli 45, wraz z wynikającą z niego strukturą hodowli, kształtem i objętością zbiorników, objętością wody w systemie i wymaganą ilością pracowników.

Po rozpoczęciu hodowli, biomasa ryb będzie stopniowo w związku ze wzrostem ryb i obsadą nowych kohort. Jednocześnie ilość zadawanej paszy, w kg/d, także wzrośnie (tabela 46). Maksymalna ilość zadawanej paszy zostaje osiągnięta w momencie, kiedy pierwsza kohorta osiąga wagę handlową, po 24 tygodniach. Potem ilość zadawanej paszy przyjmie linię wzrostu podobną do piły (Rys. 24). Projekt gospodarstwa oparty jest na maksymalnej ilości zadawanej paszy, w tym przypadku 349 kg/d.

Rys. 17: Maksymalna ilość zadawanej paszy zostaje osiągnięta w momencie kiedy pierwsza kohorta osiąga wagę handlowa, po 24 tygodniach. W tym momencie (patrz tabela 45) w hodowli jest 8 kohort. Po odłowie pierwszej kohorty i zastąpieniu jej nową kohortą małych rybek, ilość zadawanej paszy zmniejsza się, po czym rośnie znowu w związku ze wzrostem obsady. Ten proces jest kontynuowany, a ilość zadawanej paszy przyjmuje linię wzrostu podobną do piły. Ilośc zadawanej paszy, tygodnie od rozpoczęcia hodowli

Ramka 1. Obliczenia dotyczące planu hodowlanego. Ilość odłowionych ryb wynosi 100,000 (kg/rok)/0.845 (kg ryb) = 118.343 #na rok lub 118.343*(3/52) = 6.828 #/na kohortę. 3/52 stanowi ilość odłowów / obsad w ciągu roku. Ilość ryb w obsadzie wynosi 118,343/0.995 (całkowite przeżycie) ≈ 118.946 # na rok lub 118.946*(3/52) = 6.862 # na kohortę. W pierwszym tygodniu śmiertelność wynosi 1.75*70 -0.8 =.0,058% a ilość ryb na zbiornik po tygodniu wynosi 6,862*(1-0,00058)=6.858. Wymagana objętość zbiorników obliczana jest jako maksimum wymaganych objętości po pierwszej i drugiej fazie. Po 12 tygodniach wymagana objętość wynosi 2.516 (kg na zbiornik) / (35*ln(368)-80) = 19,8m3. W związku z wymogami konstrukcyjnymi, rzeczywista objętość wynosi 20,5m3, a objętość wody w zbiorniku wynosi 246m3. Po pierwszym tygodniu biomasa na zbiornik wynosi 6.858*0.087 (kg ryb) = 597kg. Gęstość obsady wynosi więc 597/20,5 = 29kg/m3. Wzrost po pierwszym tygodniu wynosi 87 * (46*87 -0.61)/100 = 2,6g/ryb/d. całkowita produkcja w zbiorniku wynosi więc 0,026*6.858 = 18kg/d.

0.14

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40 50

Feed

load

(kg

/d)

Weeks from startup


84/116

Zbiorniki rybne Ilość zbiorników (grupy 3 zbiornikow) 12 # Ilość odłowionych ryb 6.828 # na kohortę 118.343 #na rok Wymagana objętość zbiorników 238 m3 Wymagana objętość zbbiornika 19,8 m3 Ilość obsadzonych ryb 6.862 #na kohortę 118.946 # na rok Głębokość zbiornika 1,6 m Grubość ściany 0,2 m Nakład pracy ogólny 3 godz. na dzień Głębokość wody 1,3 m obsada 3 godz. na kohortę odłów 6 godz. na kohortę Wymagana powierzchnia 15 m2 Stosunek dług. Do szer. 4 Ogółem 1251 godz. na rok Długość z dokł. 0.1m 7,90 m Szerokość z dokł. 0.1m 2,00 m Powierzchnia wody ogółem 190 m2 Objętość wody 246 m3 Objętość systemu 384 m3 Ogólna powierzchnia w tym ścian 239 m2 WYMIARY SYSTEMU I TEMPO WZROSTU TILAPII GRUPY PO 3 ZBIORNIKI

Objętość: 20.5 m3/zbiornik Zbiorniki: 12 # PODZIAL RYB NA 2 ZBIORNIKI Czas waga Gęstość Obsada Zarybianie Wzrost Produkcja Pasza Zbiornik 1 Zbiornik 2 Zbiornik 3

tygodnie g/ryby kg/m3 kg/zbiornik #/zbiornik g/ryby kg/t/dzień FC kg /dzień #/zbiornik #/zbiornik #/zbiornik 1 87 29 597 6858 2.6 18 1.07 19 6858 3418 3418 2 106 35 727 6855 2.8 19 1.10 21 6855 3417 3417 3 126 42 863 6852 3.0 21 1.12 24 6852 3417 3417 4 147 49 1007 6849 3.2 22 1.15 25 6849 3417 3417 5 169 56 1157 6847 3.4 23 1.17 27 6847 3416 3416 6 193 64 1321 6845 3.6 25 1.19 30 6845 3416 3416 7 218 73 1492 6843 3.8 26 1.21 31 6843 3415 3415 8 245 82 1677 6842 3.9 27 1.23 33 6842 3415 3415 9 273 91 1868 6840 4.1 28 1.25 35 6840 3415 3415

10 303 101 2073 6839 4.3 29 1.27 37 6839 3414 3414 11 335 112 2291 6838 4.4 30 1.29 39 6838 3414 3414 12 368 122 2516 6836 4.6 31 1.30 40 6836 3414 3414 13 403 67 1377 3418 4.8 16 1.32 21 3418 3418 6858 14 439 73 1500 3417 4.9 17 1.34 23 3417 3417 6855 15 476 79 1626 3417 5.1 17 1.35 23 3417 3417 6852 16 514 85 1756 3417 5.2 18 1.37 25 3417 3417 6849 17 553 92 1889 3416 5.4 18 1.38 25 3416 3416 6847 18 592 98 2022 3416 5.5 19 1.39 26 3416 3416 6845 19 633 105 2162 3415 5.7 19 1.41 27 3415 3415 6843 20 674 112 2302 3415 5.8 20 1.42 28 3415 3415 6842 21 716 119 2445 3415 6.0 20 1.43 29 3415 3415 6840 22 759 126 2591 3414 6.1 21 1.44 30 3414 3414 6839 23 802 133 2738 3414 6.2 21 1.45 31 3414 3414 6838 24 845 140 2884 3414 6.4 22 1.46 32 3414 3414 6836

Tabela 37: Struktura hodowli tilapii w ZonAquafarming B.V. Całkowity nakład pracy i objętość systemu odnoszą się do tradycyjnego recyrkulatu


85/116

Średnio 333 kg/dzień Obsadzanie nowych ryb w 1 zbiorniku co 3 tyg.

MIN. 318 kg/dzień Odławianie ryb w wadze handlowej w 2 zbiornikach co 3 tyg.

MAX. 349 kg/dzien

tydzień kg

paszy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 19 19 2 21 21 3 24 24 4 44 25 19 5 48 27 21 6 53 30 24 7 76 31 25 19 8 81 33 27 21 9 88 35 30 24 10 113 37 31 25 19 11 120 39 33 27 21 12 129 40 35 30 24 13 155 21 21 19 37 31 25 14 165 23 23 21 39 33 27 15 175 23 23 24 40 35 30 16 204 25 25 25 21 21 19 37 31 17 215 25 25 27 23 23 21 39 33 18 228 26 26 30 23 23 24 40 35 19 258 27 27 31 25 25 25 21 21 19 37 20 271 28 28 33 25 25 27 23 23 21 39 21 285 29 29 35 26 26 30 23 23 24 40 22 318 30 30 37 27 27 31 25 25 25 21 21 19 23 332 31 31 39 28 28 33 25 25 27 23 23 21 24 349 32 32 40 29 29 35 26 26 30 23 23 24 25 318 19 21 21 30 30 37 27 27 31 25 25 25 26 332 21 23 23 31 31 39 28 28 33 25 25 27 27 349 24 23 23 32 32 40 29 29 35 26 26 30 28 318 25 25 25 19 21 21 30 30 37 27 27 31 29 332 27 25 25 21 23 23 31 31 39 28 28 33 30 349 30 26 26 24 23 23 32 32 40 29 29 35 31 318 31 27 27 25 25 25 19 21 21 30 30 37 32 332 33 28 28 27 25 25 21 23 23 31 31 39 33 349 35 29 29 30 26 26 24 23 23 32 32 40 34 318 37 30 30 31 27 27 25 25 25 19 21 21 35 332 39 31 31 33 28 28 27 25 25 21 23 23 36 349 40 32 32 35 29 29 30 26 26 24 23 23 37 318 21 21 19 37 30 30 31 27 27 25 25 25 38 332 23 23 21 39 31 31 33 28 28 27 25 25 39 349 23 23 24 40 32 32 35 29 29 30 26 26 40 318 25 25 25 21 21 19 37 30 30 31 27 27 41 332 25 25 27 23 23 21 39 31 31 33 28 28 42 349 26 26 30 23 23 24 40 32 32 35 29 29 43 318 27 27 31 25 25 25 21 21 19 37 30 30 44 332 28 28 33 25 25 27 23 23 21 39 31 31 45 349 29 29 35 26 26 30 23 23 24 40 32 32 46 318 30 30 37 27 27 31 25 25 25 21 21 19 47 332 31 31 39 28 28 33 25 25 27 23 23 21 48 349 32 32 40 29 29 35 26 26 30 23 23 24 49 318 19 21 21 30 30 37 27 27 31 25 25 25 50 332 21 23 23 31 31 39 28 28 33 25 25 27 51 349 24 23 23 32 32 40 29 29 35 26 26 30 52 318 25 25 25 19 21 21 30 30 37 27 27 31

Tabela 38: Przydział paszy od początku hodowli. Maksymalna ilość paszy w 24 tygodniu (zaznaczony na czerwono)


86/116

Feed

Faeces

Excretion

Respiration

Growth

Rys. 18: Model bilansu składników odżywczych do obliczania produkcji ścieków (N, P i ChZT) pochodzących z podanej paszy

Produkcja ścieków Produkcja ryb łączy się nieodłącznie z produkcją ścieków. Na produkcję odpadów składa się wydalanie odchodów, amoniaku (NH3) dwutlenku węgla (CO2) oraz pobieranie tlenu (O2). Odpady te są wydalane do wody, w której żyją ryby, obniżając tym samym jakość wody. W celu usunięcia ścieków z ryb niezbędny jest więc stały przepływ wody. W celu obliczenia wymaganych natężeń przepływu (patrz część natężenia przepływu) należy ustalić ilość ścieków odpadowych wyprodukowanych na jednostkę czasu. W tym przypadku stosuje się model bilansu składników odżywczych (Rys. 25) dla emisji azotu (N), fosforu (P) i chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT). ChZT to ilość tlenu potrzebna do utlenienia 1 kg materii, może być więc użyty jako wspólny mianownik do określenia organicznych składników w rybach, paszy, odpadach białka, tłuszczu i węglowodanów. Białko nie jest utleniane w całości, podobnie jak organiczny azot. ChZT można obliczyć na podstawie składu materii organicznej, jako sumę 1.38 * białka, 2.78 * tłuszczu i 1.21 * węglowodanów. Uwaga: organiczny azot może się utleniać , tak jak NH4-N do NO3-N. W teorii wymaga to 4.57 g O2 /g N. Dodając to do ilości ChZT otrzymamy całkowite zapotrzebowanie na tlen(CZT). W procesie utylizacji paszy i wzrostu ryby także powodują utlenianie części organicznej materii zawartej w paszy. Zużycie tlenu przez ryby (oddychanie) może więc zostać wyrażone w ChZT (1).

Pasza- odchody- wydzielanie- oddychanie- wzrost

Waga ryby Białko Tłuszcz Popiół P E ChZT Strawiony N

Strawiony P

Strawiony ChZT

Obsada Odłów % % % % kJ/g g/kg % % %

70 845 38 11 11,1 1,2 18,4 1 192 0,90 0,60 0,85

Tabela 39: Skład paszy i strawność N, P i ChZT.

W celu obliczenia ilości ścieków wyprodukowanych podczas zadawania 1 kg paszy należy znać skład i strawność paszy (tabela 47) oraz skład ryb (Rys. 26). Wydalanie N i P można obliczyć na podstawie różnicy przyswojonego pożywienia (pasza minus odchody) i wzrostu. Zużycie tlenu przez ryby można obliczyć: ChZT resp = (MEm + [1-kg] * ED) / OCE (1) gdzie:

MEm = zapotrzebowanie energetyczne do życia, dla tilapii 65 kJ/kg0.8/dzień ED = depozycja energii (wzrost, kJ/ryba/dzień) kg = marginalna wydajność depozycji energii, dla tilapii 0.7 OCE = kaloryczny ekwiwalent tlenu, 14.2 kJ/g O2

W oparciu o powyższe obliczenia w tabeli 48 przedstawiono produkcję ścieków przy najwyższej ilości zadawanej paszy w gospodarstwie hodowli tilapii o produkcji 100 ton metrycznych. Pomimo braku bezpośredniego wydzielania ChZT przez ryby, w bilansie brakuje małej ilości ChZT (ChZTrest). Ta ilość, pochodząca prawdopodobnie z rozpuszczonej, niezjedzonej paszy oraz odchodów jest oznaczona jako wydalone ChZT.


87/116

Rys. 19: Skład całego ciała tilapii z hodowli ZonAquaculture B.V. w zależności od wagi.

Białko, tłuszcz, popiół, energia, ChZT, waga ciala

Ramka 2. Obliczanie produkcji ścieków odpadowych przy maksymalnej dawce paszy. Skład ciała ryby z kohorty 8 obejmuje: Nryby = 0.16 * 13,5 * 126 0,03 * 10 = 25,0 gN/kg, Pryby = 0.17 * 4,2 * 126 -0.006 * 10 = 6.9 gP/kg, ChZT ryby = 275 * 126 0.1 = 446 gChZT/kg i Eryby = 4,5 * 126 0.09 = 7.0 MJ/kg. Uwaga białko ryby zawiera 6% N a popiół 17% P. Skład i strawność paszy przedstawiono w tabeli 4. Białko ryby zawiera 16% N. Ilości N, P i ChZT pochodzące z paszy można obliczyć np. N pasza = 24 (kg paszy) * 0.0608 (kgN/kg paszy) ≈ 1,43 kgN/d. Ilości N, P i ChZT odchodach można obliczyć na podstawie strawności np. N odchody = (1 – 0.9) * 1,43 = 0,14 kgN/d. Ilości N, P i ChZT związany ze wzrostem można obliczyć jako np. N wzrost = 21 (kg wzrost) * 0.025 (kg Nryb/kg) ≈ 0.52 kgN/d. Dla N i P wydalanie można obliczyć jako np. Npasza – Nwzrost – Nodchody = 1,43 – 0,52 – 0,14 = 0,76 kgN/d. W celu obliczenia ChZT związanego z respiracją ryb należy obliczyć depozycji energii: ED = 21 (kg wzrost)* 7.0 (MJ/kg) = 147 MJ/d. ChZTz oddychania ryb to [(65/1000 * 0,126 0.8 * 6.852) + (1 – 0,7) * 147 ]/14,2 ≈ 9,6 kgChZT/d. ChZT z oddychania i ChZTz paszy to ChZTpasza – ChZTwzrost – ChZTodchody – ChZToddychanie = 28,1 – 9,4 – 4,2 – 9.6 = 4.9 kgChZT/d.

protein = 13.5 bw 0.03

ash = 4.2 bw -0.006

fat = 3.1 bw 0.19

energy = 4.5 bw 0.09

COD = 275 bw 0.1

0

100

200

300

400

500

600

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 200 400 600 800

COD (

g/kg

)

prot

ein, fa

t, as

h (%

) ene

rgy (

kJ/g

)

Body weight (g)


88/116

Zbiornik 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ogółem

Kohorta 1a 1b 5 2a 2b 6 3a 3b 7 4a 4b 8 Tygodnie 24 24 12 21 21 9 18 18 6 15 15 3

Ciężar ciała 845 845 368 716 716 273 592 592 193 476 476 126 24.5 Maks. obsada (MT)

Ilość 3414 3414 6836 3415 3415 6840 3416 3416 6845 3417 3417 6852 Pasza 32 32 40 29 29 35 26 26 30 23 23 24 349 kg/d FC 1.46 1.46 1.30 1.43 1.43 1.25 1.39 1.39 1.19 1.35 1.35 1.12 1.34 - Wzrost 22 22 31 20 20 28 19 19 25 17 17 21 261 kg/d N z ryb 26.4 26.4 25.8 26.3 26.3 25.6 26.2 26.2 25.3 26.0 26.0 25.0 P z ryb 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 ChZT z ryb 540 540 496 531 531 482 521 521 465 509 509 446 E z ryb 8.3 8.3 7.7 8.1 8.1 7.5 8.0 8.0 7.2 7.8 7.8 7.0 N z paszy 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 60.8 P z paszy 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 ChZT z paszy 1192 1192 1192 1192 1192 1192 1192 1192 1192 1192 1192 1192 N strawiony 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 P strawiony 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 ChZT strawiony 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 N z paszy 1.96 1.96 2.46 1.74 1.74 2.13 1.61 1.61 1.81 1.40 1.40 1.43 21.2 kg/d N ze wzrostu 0.58 0.58 0.80 0.53 0.53 0.72 0.50 0.50 0.63 0.44 0.44 0.52 6.8 kg/d 32 % poboru N z odchodów 0.20 0.20 0.25 0.17 0.17 0.21 0.16 0.16 0.18 0.14 0.14 0.14 2.1 kg/d 6 g/kg paszy N wydalony 1.18 1.18 1.41 1.04 1.04 1.20 0.95 0.95 1.00 0.82 0.82 0.76 12.3 kg/d 35 g/kg paszy P z paszy 0.39 0.39 0.48 0.34 0.34 0.42 0.32 0.32 0.36 0.28 0.28 0.28 4.2 kg/d P ze wzrostu 0.15 0.15 0.21 0.14 0.14 0.19 0.13 0.13 0.17 0.12 0.12 0.15 1.8 kg/d 43 % opoboru P z odchodów 0.15 0.15 0.19 0.14 0.14 0.17 0.13 0.13 0.14 0.11 0.11 0.11 1.7 kg/d 5 g/kg paszy P wydalony 0.08 0.08 0.08 0.07 0.07 0.06 0.06 0.06 0.04 0.05 0.05 0.02 0.7 kg/d 2 g/kg paszy ChZT z paszy 38.4 38.4 48.2 34.1 34.1 41.7 31.6 31.6 35.5 27.4 27.4 28.1 416 kg/d ChZT ze wzrostu 11.9 11.9 15.4 10.6 10.6 13.5 9.9 9.9 11.6 8.7 8.7 9.4 132 kg/d 32 % poboru

ChZt z odchodów 5.8 5.8 7.2 5.1 5.1 6.3 4.7 4.7 5.3 4.1 4.1 4.2 62 kg/d 179 g/kg paszy ChZT z oddych.ryb 18.1 18.1 19.9 16.0 16.0 16.2 14.0 14.0 12.9 11.9 11.9 9.6 179 kg/d 512 g/kg paszy ChZTrest 43 kg/d 124 g/kg paszy


89/116

Tabela 40: Produkcja ścieków przy maksymalnej dawce paszy


90/116

Natężenie przepływów Stały przepływ wody przez zbiorniki rybne jest potrzebny do usuwania odpadów i dostarczania tlenu, tak aby jakość wody pozostawała na dostatecznym poziomie dla ryb. Oczyszczalnie także potrzebują przepływu wody w celu dostarczania ścieków do oczyszczenia. Oto ogólny wzór do obliczania potrzebnego natężenia przepływu: Przepływ = abs [ k * P / ΔC] (2) Przepływ = Przepływ przez poszczególne przedziały (m3/czas) k = czynnik korygujący dzienne wahania produkcji ścieków (k ≥ 1) P = produkcja (lub zużycie dla for O2) ścieków (g/czas) ΔC = różnica pomiędzy C limit (stężenie graniczne przy odpływie danej substancji ściekowej) i C

dopływ (stężenie przy dopływie substancji ściekowej), oba wyrażone w g/m3. Zastosowano wartość bezwzględną, ponieważ niektóre produkcje mają wynik negatywny, a także różnica stężenia może być ujemna lub dodatnia w przypadku zbiorników rybnych i oczyszczalni. Wzór ten można zastosować jedynie w przypadku dobrze zmieszanych substancji, a nie może być użyty do zawieszonych ciał stałych, które mogą występować w różnych wielkościach cząstek, od paromilimetrowej paszy i odchodów do cząstek o wymiarach µm. Pewne odchylenia mogą wystąpić przy ekstremalnym przepływie tłokowym, na przykład w długich, prostokątnych zbiornikach o długim hydraulicznym czasie przebywania. W tabeli 49 przedstawiono parametry graniczne jakości wody oraz wartości k dla tilapii, wraz z wartościami wybranymi dla niniejszego badania oraz niektóre parametry jakości wody dla nitryfikacji i denitryfikacji (patrz część Oczyszczalnie) .

Ryby Wartość k Nitryfikacja Denitryfikacja Parametry jakości wody Zakres Wybrane Zakres Wybrane

Temperatura (°C) 24-28 27 27 27 pH (-) 5.5-7.5 7 7 7 NH3-N (g/m3) 0.01-0.1 0,01 TAN (g/m3)

(całkowity azot amonowy) 1.5 1-2 1,4 NO2-N (g/m3) 0.05-1 1 NO3-N (g/m3) 100-200 165 1-2 1 10 O2 (g/m3) 4-6 4,5 1-1.2 1,2 4,5 CO2 (g/m3) 15-20 15 1-1.2 1,2 ChZT rozpuszczony

(g/m3) 100-300 200 1-2 1 Zawieszone ciała stałe

(g/m3) 25

Tabela 41: Parametry ograniczające jakość wody i wartości k korygujące dzienne wahania produkcji ścieków

Jak pokazano w części Produkcja ścieków produkcja ścieków (P) jest najlepiej wyrażona w kg paszy. Natężenie przepływu jest także wyrażone w kg paszy. Przepływy przez różne przedziały systemu hodowli, w zależności od układu (systemy przepływowe, systemy ponownego wykorzystania wody, recyrkulaty), przedstawiono w tabeli 50. Można zauważyć, że system złożony ze zbiorników przepływowych wymaga dużych ilości wody, ponieważ wymiana wody w systemie jest jednoznaczna z przepływem wody przez zbiorniki. Włączenie oczyszczalni do systemu pozwala na zredukowanie ilości wody potrzebnej do wymiany, kosztem dodatkowych przepływów przez oczyszczalnię. Dla niektórych procesów oczyszczania, stosowanych w dopływie wody do zbiornika rybnego (utlenianie) lub w samym zbiorniku (aeracja) nie są konieczne dodatkowe przepływy wody. Utlenianie i aeracja mogą nawet zmniejszyć przepływ wody przez zbiorniki rybne, a tym samym zmniejszyć wymianę wody w systemie. Systemy obniżające wymianę wody o 15% w stosunku do wymiany wody w systemie przepływowym to systemy ponownego wykorzystania, podczas gdy systemy obniżające wymianę wody powyżej 15% to systemy recyrkulowane (RAS). Należy zauważyć, że tradycyjny recyrkulat obniża wymaganą wymianę wody do 1% objętości wody zużytej na wymianę w systemie przepływowym, a recyrkulat z reaktorem USB-MDR obniża wymianę wody do 0,15% wymiany w systemie przepływowym.


91/116

System przepływowy

System ponownego użycia

System Tradycyjny

Recyrkulat z reaktorem USB-MDR

Wymiana wody w zbiorniku TAN całkowity azot amonowy 32 32 61 74 O2 204 59 59 59 CO2 94 37 70 74 Zawieszone ciała stałe ? ? ? ?

Wybór (maksymalne wartości) 204 59 70 74

Wymiana wody Wymiana wody w zbiorniku 204 59 NO3-N 0,187 0,029

Zawieszone ciała stałe

Wymiana wody w zbiorniku Nie dotyczy Nie

dotyczy 70 74

Nitryfikacja przepływu

Wymiana wody w zbiorniku Nie dotyczy Nie

dotyczy 70 74

Denitryfikacja przepływu

NO3-N Nie dotyczy Nie

dotyczy Nie

dotyczy 0,210

Tabela 42: Przepływy wody przez przedziały systemu w m3/kg paszy.

Systemy oczyszczania W części Natężenia przepływu pokazano, że zastosowanie systemów oczyszczania może obniżyć wymianę wody w systemie. Wybór systemu oczyszczania powinien następować w oparciu o składnik ścieków najbardziej obniżający jakość wody. Na przykład, w tabeli 50 pokazano, że dodanie utleniania do systemu przepływowego zmniejsza wymianę wody z 203 to 94 m3/kg paszy, tzn. pierwszym składnikiem ograniczającym jakość wody jest tlen, a właściwie jego wyczerpanie. Następnym składnikiem ograniczającym jakość wody jest CO2 i tak dalej. W tej części zostaną omówione systemy oczyszczania w kolejności składników ograniczających jakość wody. W przypadku większości systemów zostanie przedstawiona jedynie ogólna charakterystyka. Większa uwaga zostanie poświecona denitryfikacji , w

Ramka 3. Obliczanie natężenia przepływu w recyrkulacie z reaktorem USB-MDR. Wymiana wody w zbiorniku Dla usunięcia całkowitego azotu amonowego (TAN), w systemach przepływowych i systemach z ponownym użyciem wody ΔC = Climit (przyjmując brak TAN w dopływie) tak więc przepływ = abs[1,5 * 35 / 1,5] = 35 m3/kg paszy. W recyrkulatach przepływ przez zbiorniki potrzebny do usunięcia TAN jest taki sam jak przepływ wymagany w filtrze nitryfikacyjnym (ramka 7), i wynosi 61 m3/kg paszy dla tradycyjnego recyrkulatu i 75 m3/kg paszy dla recyrkulatu z reaktorem USB-MDR. W przypadku O2 , P = -512 gO2/kg paszy i ΔC = -10.5 g/m3 (ramka 4), tak więc przepływ = abs[1,2 * -512 /-10,5] ≈ 59 m3/kg paszy. W przypadku CO2 , P = 633 gCO2/kg paszy (RQryb = 0,9) i ΔC = 10,3 g/m3 (ramka 5), tak więc przepływ = abs[1,2 * 633 / 10.3] = 74 m3/kg paszy. Wymiana wody w systemie Dla NO3-N, P pozostałych po denitryfikacji spontanicznej i w reaktorze USB-MDR = 4,8 gN/kg paszy (= 1,7kg N/349 kg paszy) i ΔC = 165 – 0 = 165 g/m3 , tak więc przepływ = abs[1 * 4,8 / 165] = 0,029 m3/kg paszy Denitryfikacja przepływu Dla NO3-N, P pozostałych po denitryfikacji spontanicznej = (15.800/349) * 0.85 = 38,5gN/kg paszy (ramka 10) z czego 85% zostaje zdenitryfikowana, a ΔC = 10 – 165 = -155 g/m3 , tak więc przepływ = abs[1 * (38,5 * 0,85) /-155] ≈ 0,210 m3/kg paszy.


92/116

szczególności z użyciem reaktora USB-MDR. Dwa systemy oczyszczania, które nie ograniczają przepływu wody, ale wpływają korzystnie na zrównoważony rozwój hodowli, wymiana ciepła i oczyszczanie osadów ściekowych zostaną w skrócie omówione.

Natlenianie Tlen może zostać dodany do wody używanej w hodowli ryb poprzez aerację (napowietrzanie), tzn. kontakt wody z powietrzem i natlenianie, polegające na dodanie gazu wzbogaconego o tlen do wody (tlen techniczny). Podczas aeracji zawartość tlenu może wzrosnąć aż do nasycenia. Podczas natleniania może nastąpić przesycenie wody tlenem. Nie oznacza to, że woda w zbiornikach rybnych jest przesycona. W systemach zapewniających całkowite mieszanie woda w zbiornikach ma takie samo stężenie tlenu jak woda wypływająca (patrz część Natężenie przepływu). W niniejszym badaniu woda była natleniana przy dopływie do zbiorników rybnych, przy użyciu oksygenatora (ang. low head oxygenator) o stosunku cieczy do gazy równym 0,05.

Parametry kontrolne

Powierzchnia kontaktu, czas kontaktu, stosunek cieczy do gazu.

Usuwanie dwutlenku węgla Usuwanie dwutlenku węgla odbywa się poprzez odgazowanie lub desorbcję. Desorpcja może być przeprowadzona poprzez aerację lub przepompowanie wody przez kolumnę desorbcyjną (złoże biologiczne). W niniejszym badaniu użyto napowietrzania bąbelkowego zarówno w zbiornikach rybnych, jak i w ruchomym złożu do nitryfikacji.

Parametry kontrolne

Powierzchnia kontaktu, czas kontaktu, stosunek cieczy do gazu.

Usuwanie zawieszonych ciał stałych Usuwanie zawieszonych ciał stałych z wody używanej w hodowli ryb odbywa się metodami grawitacyjnymi (sedymentacja, flotacja, hydrocyklon) lub filtrację (filtry warstwowe, filtry złożone z mikrokratek). Dla wszystkich filtrów konstrukcję wyznacza rozkład wielkości cząstek odpadów, pośrednio w metodach grawitacyjnych i bezpośrednio w metodach filtracyjnych również rozkład wagi cząstek. W badaniu zastosowano filtr bębnowy z mikrokratkami (siatka 80 µm ).

Parametry kontrolne

rozkład wielkości cząstek.

Nitryfikacja

Ramka 6. Filtr bębnowy Można wybrać specjalny rodzaj filtru bębnowego (http://www.hydrotech.se/en/solutions/drumfilters) w oparciu o strukturę przepływu (stosunek cieczy do gazu), temperaturę (°C), oczekiwany ładunek zawieszonych ciał stałych (g/m3) i wymiar oczek siatki (μm).

Ramka 5. Desorbcja CO2 Aeracja w zbiornikach rybnych podwyższa rzeczywistą ΔC = Climit – Cin dla CO2 , a określona wartość graniczna Climit (15 g/m3), obniża rzeczywistą wartość Cin. Przy skuteczności desorpcji równej (SE) rzeczywista ΔC = ΔC / (1 – SE). W recyrkulatach nie znamy wartości Cin , ale z produkcji CO2 przez ryby (ramka 3) i faktu, że w rzeczywistości przepływ 70 m3/kg paszy jest wystarczający w tradycyjnym recyrkulacie, możemy obliczyć, że desorbcyjna wydajność równa się 0,4 a rzeczywista wartość Cin = 4,2 g/m3 (ΔC = 10,8 g/m3). W recyrkulacie z reaktorem USB-MDR w filtarch biologicznych jest wyższa produkcja CO2 , a rzeczywista wartość Cin w zbiornikach rybnych wynosić będzie Cin = 4,7 g/m3 (ΔC = 10,3 g/m3).

Ramka 4. Natlenianie Przy użyciu oksygenatora stężenie tlenu w wodzie wpływającej do w zbiornika rybnego osiąga 200% nasycenie = 15 g/m3 . Stężenie graniczne dla ryb (= stężenie przy odpływie) 4,5 g/m3 , ΔC = -10,5 g/m3 . Uwaga do użycia tlenu technicznego. Zakłada się, że zapotrzebowanie ryb i bakterii na O2 jest spełnione poprzez natlenianie. Tlen techniczny podawany jest przy wydajności natleniania 80% (tzn. zużycie tlenu = 1,25 * zapotrzebowania O2)


93/116

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 1 2 3 4

Nitr

ifica

tion

rate

r (

g/m

2 /d)

TAN (mg/L)

O2 = 7.5 mg/L

O2 = 5 mg/L

O2 = 3 mg/L

Actual O2

Average nitrification rate

Rys. 20: Szybkość nitryfikacji (g TAN/m2/d) w zależności od stężenia TAN and O2. Przedstawiono także Średnia szybkość nitryfikacji w gospodarstwie hodującym 100 ton metrycznych tilapii.

Usuwanie całkowitego azotu amonowego (TAN) z wody używanej w hodowli ryb odbywa się poprzez nitryfikację. Nitryfikacja to biologiczne utlenianie amoniaków (NH3) do azotanu (NO3), prowadzone przez bakterie. Reakcja odbywa się w dwóch etapach, przy udziale innych grup bakterii, z azotynem (NO2) na etapie pośrednim. Równanie reakcji wygląda następująco: 1g NH3-N + 4,25g O2 + 5,88g NaHCO3 0,26g COD + 0,98g NO3-N + 2,72g CO2 (3) Z tej reakcji wynika, że proces zużywa tlen i obniża zasadowość oraz wytwarza, poza azotanem, biomasę bakterii i CO2. Do usunięcia jednego grama całkowitego azotu amonowego ( TAN) potrzebne jest 4,25 g O2 i około jednego ekwiwalentu zasadowości, a wytwarzane jest 0,26 g ChZT. W systemach akwakultury bakterie nitryfikujące rosną zwykle na plastikowych biofilmach. Szybkość reakcji wyrażana jest więc w powierzchni biofilmu w g/m2/d. Ponieważ substraty reakcji, całkowity azot amonowy i O2, muszą przeniknąć przez biofiltr, szybkość reakcji zależy od stężenia substratu inhibitującego. Z powody kinetyki dyfuzji ta zależność przybiera formę reakcji ½ rzędu.; Szybkość zależy od stężenia do potęgi ½ (lub √[stężenia]). Szybkość nitryfikacji r (g/m2/d) = a * √[TAN] + b (4) Wartość a i b zależy od rodzaju użytego reaktora nitryfikacji. Dla ruchomego złoża do nitryfikacji zastosowanego w niniejszym badaniu a = 0,65 and b = -0,1. Stosunek stężenia O2 i TAN, przy którym jednen lub drugi stają się substratami inhibitującymi wynosi 3,6. Te zależności przedstawiono w ilustracji 27. Przy niskim stężeniu całkowitego azotu amonowego (TAN) szybkość reakcji zależy od tego stężenia, ale nie przy wyższych stężeniach. Stężenie TAN , przy którym następuje przemiana, jak również maksymalna szybkość nitryfikacji zależą od stężenia O2. Uwaga Climit dla całkowitego azotu amonowego jest bliski [O2]/3,6 , średnie stężenie całkowitego azotu amonowego będzie niższe niż [O2]/3,6 przez część dnia, a średnia szybkość nitryfikacji będzie niższa. Można to skorygować biorąc [TAN]śr. = Climit / k (dla k patrz wzór 2 w części natężenie przepływu). Wymagany przepływ przez filtr nitryfikacyjny wynosi: Szybkość nitryfikacji, średnia szybkość nitryfikacji, TAN – całkowity azot amonowy

Przepływ (m3/czas) = P / ΔC (5) Parametry kontrolne do wyboru reaktora nitryfikującego to średnie stężenie całkowitego azotu amonowego i O2. Wyznacza one rzeczywistą szybkość nitryfikacji i wymaganą powierzchnię całkowitą do nitryfikacji, jak również wymagany przepływ przez reaktor nitryfikujący. Biorąc pod uwagę powierzchnię właściwą materiału biofiltra (m2/m3), można obliczyć wymaganą objętość biofiltra.

Parametry kontrolne

Stężenie całkowitego azotu amonowego i O2 reaktorze nitryfikującym.


94/116

water in

water out

sludge out

stirrer

Rys. 21: Reaktor denitryfikujący z poletkiem osadowym i prądem z dołu do góry (USB-MDR).

Denitryfikacja Usuwanie azotanu (NO3) z wody używanej w hodowli ryb może odbywać się poprzez denitryfikację. Denitryfikacja to biologiczna redukcja azotanu przez bakterie do azotu w postaci gazu. Denitryfikacja przeprowadzana jest przez fakultatywne, aerobowe bakterie heterotroficzne. Reakcja denitryfikacyjna następuje w paru etapach, z NO2, NO i N2O jako stadiami pośrednimi. Całe równanie reakcji wygląda następująco 1g NO3-N + 4.4g COD 1.54g COD + 1g N2 + 0.085g NH4-N + 5.49g NaHCO3 + 0.88g CO2 (6) Z tej reakcji wynika, że trakcie procesu zmniejsza się poziom ChZT i powstaje, oprócz azotu alkaliczność i biomasa bakteryjna. Każdy g NO3-N może utleniać 2,86 g ChZT i wytwarzać 0,91 ekwiwalentu roztworu zasadowego oraz 1,.54 g ChZT (0,35 g ChZT/g ChZT). Całkowite zapotrzebowanie na ChZT wynosi więc 2,86 / (1 – 0,35) = 4,4 g ChZT/ g N. jednak przy mniejszym dostępnym ChZT, szybkośc reakcji jest niższa (Rys. 29). Uwaga Przy braku ChZT zachodzi jednak niewielki, endogeniczny proces usuwania (‘zagłodzenia’) NO3-N. Zużyte przez bakterie denitryfikacyjne ChZT ma pochodzenie wewnętrzne (odchody i niezjedzona pasza) lub zewnętrzne (np. metanol). Bakterie denitryfikacyjne mogą rosnąć na plastikowych biofilmach lub w zawieszeniu w „zupie bakteryjnej”, czyli w osadzie. W niniejszym badaniu użyto reaktora z osadnikiem i przepływem z dołu do góry (USB). Reaktor ma mieszadło w celu ułatwienia wypływu azotu w postaci gazu z poletka osadowego. Użyte zostaje ChZT pochodzenia wewnętrznego, zwane też gnojówką, stąd pełna nazwa reaktora UBS brzmi USB- reaktor denitryfikacji gnojówki (USB-MDR)(Rys. 28). Wymagana objętość osadów dla reaktora denitryfikującego zależy od wydajność usuwania NO3-N (gN/m3/d) właściwa dla osadu. Szczególna wydajność usuwania zależy od zawartości ChZT/NO3-N w ściekach dopływających (Rys. 30) oraz na ilości bakterii, gęstości osadu (gVSS/m3), która zależy z kolei od natężenia przepływu w górę (m/h)(Rys.29).

Mieszadło – odpływ wody – odpływ osadów – dopływ wody

Całkowita objętość reaktora zależy od stosunku objętości osadu do całej objętości. Średnica i wysokość reaktora można obliczyć z całkowitej objętości i natężenia prądu z dołu do góry.

Ramka 7. Ruchome złoże nitryfikacyjne. Przy Climit dla całkowitego azotu amonowego (TAN) = 1,5 g/m3 i [O2 ] = 4,5 g/m3, [O2] / [TAN] jest bliski 3,6, a więc średni [TAN] w reaktorze nitryfikacyjnym wynosi [TAN]śr = 1,5 / 1,4 ≈ 1,1 g/m3 a szybkość nitryfikacji r = 0,65 * √[1,1] – 0,1 ≈ 0,58 gN/m2/d. Ruchome złoże nitryfikacyjne wypełnione jest wkładem biologicznym „bioring” o powierzchni właściwej 800 m2/m3, więc przy ilości N do utlenienia przy maksymalnej dawce paszy 12.6 kg N (dla tradycyjnych recyrkulatów patrz ramka 9), 12.600 / 0,58 / 800 = 28 m3 wkładów biologicznych. Ruchome złoże ma współczynnik wypełnienia 0,4 , tak więc całkowita objętość wynosi 27 / 0,4 = 71 m3. Przyjmuje się, że 95% całej objętości stanowi woda, tak więc objętość do nitryfikacji wynosi 0,95 * 75 = 67 m3. Wymagany przepływ przez złoże wynosi Przepływ = 12.600 / 0,59 ≈ 21.,360 m3/d lub 21.360 / 349 = 61 m3/kg paszy. Uwaga: ΔC i przepływ zostały obliczone równolegle przez iteracje. W recyrkulatów z reaktorem USB-MDR więcej N podlega utlenieniu (15,8 kgN/d, ramka 10) więc potrzeba 34 m3 wkładów biologicznych „bioring” (85 m3 całkowitej objętości, 81 m3 objętości wody), a wymagany przepływ przez złoże nitryfikujące wynosi 74 m3/kg paszy.


95/116

Szybkość usuwania osadu – stosunek ChZT/NO3-N

Parametry kontrolne

Stosunek ChZT/NO3-N w ściekach dopływających, natężenie przepływu pod górę.

Wentylacja z wymianą ciepła W intensywnej hodowli tilapii konieczna jest wentylacja w celu utrzymania odpowiedniego stężenia CO2 w powietrzu. Poprzez zastosowanie wentylacji może nastąpić znaczna utrata ciepła. W tradycyjnym recyrkulacie w badaniu wyniosła 40 kW, wymagająca 44.000 m3 gazu rocznie. Zastosowanie wymiany ciepła pomoże zaoszczędzić ok. 11 kW (12.000 m3 gazu rocznie), a jednocześnie obniży ewaporację wody z 2,7 do 0,5 L/kg paszy.

Oczyszczanie osadu Aby zapobiec zrzutowi dużych ciał stałych w ściekach (w płukaniu zwrotnym filtra bębnowego znajduje się mniej niż 0,1% suchej masy) i w celu obniżenia kosztów usuwania osadów, należy zastosować zagęszczenie osadu. Można to przeprowadzić przy pomocy metody usuwania ciał stałych, opisanych powyżej, sedymentacji (zbiornik trawienny), flotacji i filtracji przez małe oczka. Inna metoda filtracji jest użycie geotuby, bardzo wytrzymałych worków polipropylenowych, często używanych do zatrzymywania i odwadniania osadu.

Ramka 8. Reaktor denitryfikujący z osadnikiem i prądem z dołu do góry (USB-MDR). Stosunek ChZT/NO3-N w ściekach dopływających do reaktora USB-MDR wynosi 5,1 (ramka 10), czyli powyżej 4,4 (równanie 6), tak więc szybkość usuwania osadu jest największa przy 45 g N/kg VSS/d (Rys. 9). W badaniu wybrano szybkość przepływu 0,38 m/h, tak więc gęstość osadu wynosi -22.6 * 0,38 + 26,8 = 18 kg VSS/m3 (Rys. 10), a szybkość usuwania właściwa dla osadu wynosi 0,045 * 18 ≈ 0,82 kg N/m3/d. Przy dostępnych 11,3 kg NO3-N po spontanicznej denitryfikacji, potrzeba 11,3 / 0,82 = 13,9m3 osadu. Całkowita objętość reaktora USB-MDR wynosi 2 * 13,9. = 27,7m3, a więc hydrauliczny czas przebywania HRT = 27,7 / (349/24 * 0,210) = 9h. Czas przebywania osadu można obliczyć z ilości osadu (13,9m3 * 18kg VSS/m3 = 250kg) i dzienna ilość osadu (14,9/1,42=10,5kg, ramka 10), a SRT = 250 / 10,5 = 24d. Średnicę USB-MDR można obliczyć przy pomocy pola przekroju poprzecznego, który z kolei można obliczyć na podstawie przepływu przez reaktor USB-MDR (ramka 3) i szybkości przepływu pod górę. Dla większej elastyczności zdecydowano się zainstalować reaktor USB-MDR jako trzy człony, każdy o średnicy 2*√[(349/24 * 0,210/3) / π] = 1,8m. Wysokość reaktora wynosi więc (27,7/3)/[(1,8/2)2 * π] ≈ 3,4m.

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7

Slud

ge re

mov

al r

ate

(gN

/kg

VSS/

d)

COD / NO3-N ratio

Rys. 22: Szybkość usuwania właściwa dla osadu w zależności od stosunku ChZT/NO3-N w ściekach dopływających. W intensywnej hodowli tilapii maksymalna szybkość usuwania ChZT wynosi 45 gN/kgVSS. Endogenna szybkość usuwania ChZT wynosi 16 gN/kgVSS. Dla uproszczenia zakłada się, że szybkość usuwania osadu zmniejsza się liniowo wraz ze zmniejszaniem się stosunku ChZT/N.

y = -22.6 x + 26.8R² = 0.662

0

5

10

15

20

25

30

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Slud

ge d

ensi

ty (

g VS

S/m

3)

Upflow rate (m/h)

Rys. 23: Gęstość osadu w zależności od natężenia przepływu z dołu do góry w reaktorze.

Gęstość osadu – natężenie przepływu pod górę


96/116

W niniejszym badaniu osad z tradycyjnego recyrkulatu, poddany płukaniu zwrotnemu w filtrze bębenkowym został zagęszczony przez flotację, co dało 2% zawartość suchej masy w osadzie. Osad z reaktora USB-MDR z recyrkulatu USB-MDR został zagęszczony przy pomocy geotuby i polimeru, co dało 9% zawartość suchej masy w osadzie .

9.3.3. Ocena wyników tradycyjnego recyrkulatu i recurkulatu z reaktorem denitryfikującym

Wyniki tradycyjnego recyrkulatu Przepływy i dalszy los poszczególnych składników ścieków przy maksymalnej dawce paszy w tradycyjnym recyrkulacie przedstawiono na rysunku 31. Z jakości wody, ocenionej w praktyce w tradycyjnym recyrkulacie w ZonAquaculture, można ocenić, że 98% rozpuszczonego N i 50% rozpuszczonego ChZT zostało utlenionych. Przyjmuje się, że następne 10% N zostaje utlenione podczas spontanicznej denitryfikacji.

Rys. 24: Schemat przepływu N, P i ChZT w tradycyjnym recyrkulacie


97/116

Wyniki recyrkulatu z reaktorem USB-MDR Przepływy i dalszy los poszczególnych składników ścieków przy maksymalnej dawce paszy w recyrkulacie z reaktorem USB-MDR przedstawiono na rys. 32. Z jakości wody, ocenionej w praktyce w recyrkulacie z reaktorem w ZonAquaculture, można ocenić, że 56% rozpuszczonego ChZT zostaje utlenione. Następnie 15% utlenionego N podlega spontanicznej denitryfikacji, a 85% pozostałego NO3-N podlega denitryfikacji. Wymiana wody w systemie może ulec dalszej redukcji, ponieważ są jeszcze dostępne NO3 i ChZT. Akumulacja wszystkich znanych i nieznanych substancji zwiększa się jednak wykładniczo przy dalszym obniżaniu wymiany wody.

Ramka 9. Obliczenie wypływów N in ChZT w tradycyjnym recyrkulacie

2.1kg N pochodzącego z odchodów zostało usunięte w filtrze bębnowym o wydajności 0,65, dając 1,38kg N w postaci stałej i 0,74kg N rozpuszczonego. Wraz z 12,3kg N z wydzielin jest 13,kg N rozpuszczonego, przypuszczalnie utlenionych. Nitryfikacja daje ChZTw wysokości 0,26g ChZT/g N, z czego znów 65% jest zatrzymanych przez filtr bębnowy, dodając 0,65*12,6*0,26*0,077 = 0,16kg N z powrotem N w postaci stałej. Reszta z 1.0kg dodanego do N w postaci stałej pochodzi z produkcji (wzrost biomasy) podczas spontanicznej denitryfikacji oraz utleniania ChZT (patrz poniżej). 10% utlenionego N (1,3kg) podlega spontanicznej denitryfikacji, pozostawiając 10,7kg NO3-N. w celu utrzymania stężenia NO3-N na poziomie 165 g/m3, wymiana wody w systemie powinna wynosić 10.700/165 = 65 m3/d lub 65.000/349 ≈ 186 L/kg paszy.

62kg ChZT z odchodów zostało usuniętych w filtrze bębnowym, przy wydajności 0,65, dając 41kg ChZT w postaci stałej i 22kg rozpuszczonego ChZT. Wraz z 43kg pozostałego ChZT jest jeszcze 72kg rozpuszczonego ChZT, z czego 50% (36kg) zostaje utlenione. Bakterie heterotroficzne produkują ChZT w wysokości 0,30g ChZT/g ChZT, z czego 65% zostaje zatrzymane przez filtr bębnowy, dodając 0,65*36*0,30/(1-0,30) = 10kg ChZT z powrotem do ChZT w postaci stałej. Dalsze 3kg ChZT w postaci stałej pochodzi z nitryfikacji (patrz powyżej) oraz spontanicznej denitryfikacji, dając całkowity zrzut stałego ChZT w wysokości 54 kg. Zawartość ChZT w osadzie wynosi 21,3 kg/ m3 (

20% suchej masy, zawartość popiołu 25%), co daje przepływ osadu w wysokości 54/21,3 = 2,5 m3/d, lub 2.500/349 ≈ 7.3 L/kg paszy. W oparciu o całkowitą wymianę wody w wysokości 65 m3/d, stężenie rozpuszczonego ChZT w systemie wynosi 12.000/65 ≈ 177 g/m3.


98/116

Rys.32: Schemat przepływu N, P i ChZT w recyrkulacie z reaktorem USB-MDR


99/116

Ramka 10. Wpływ denitryfikacji na przepływy N, P i ChZT w recyrkulacie z reaktorem.

W recyrkulacie z reaktorem USB-MDR 2,7kg N zostaje ponownie rozpuszczony w reaktorze USB-MDR (patrz poniżej), co daję w sumie 15,8 kg rozpuszczonego N, który następnie są utleniany. Po spontanicznej denitryfikacji (15%, 2,4kg), i biorąc pod uwagę cały N, który stał się częścią biomasy bakterii (2,kg), pozostały NO3-N (11,4kg) zostaje zdenitryfikowany w 85%, pozostawiając 1,7kg NO3-N. W celu utrzymania stężenia NO3-N w systemie na poziomie 165 g/m3, wymiana wody w systemie powinna wynosić 1,700/165 = 10 m3/d, lub 10.000/349 = 30 L/kg paszy. Uwaga: 85% zostało wyznaczone na podstawie obserwacji praktycznych, w celu utrzymania wymiany wody w systemie na poziomie ok. 30 L/kg paszy.

W recyrkulacie z reaktorem USB-MDR jest więcej ChZT w postaci stałej (58kg). Stosunek ChZT/NO3-N w wodzie dopływającej reaktorze USB-MDR wynosi 58/11,4 = 5,1 gChZTD/gN. Uwaga Można też zauważyć, że ChZT w postaci stałej ww wodzie wpływającej do reaktora składa się z 70% (41 kg/58 kg) „świeżych” (odchody) i z 30% „uzdatnionych” ścieków (biomasa bakterii). 9.7kg zdenitryfikowanego NO3-N ‘utlenia’ 28kg ChZT (9,7 * 2,86), dając produkcję [2,86/(1-0,35)-2,86] * 9,7 = 14,9kg ChZT, z czego 65% (ok. 10kg) jest ponownie wyłapanych przez filtr bębnowy. Wraz z 15 kg pozostałego ChZT w postaci ciała stałego daje to zrzut ChZT w postaci ciała stałego w wysokości 25kg. Geotuba wyłapuje ok. 95%. Zawartość ChZT w osadzie wynosi 95,9kg/m3 (90kg/m3 suchej masy, zawartość popiołu 25%), co daje przepływ osadu w wysokości (25*0,95)/95,9 = 0,25 m3/d, lub 250/349 ≈ 0,7 L/kg paszy. Na podstawie jakości wody odnotowanej w praktyce w recyrkulacie z denitryfikacją w ZonAquaculture, przy stężeniu ChZT ok. 200g/m3 , a stężeniu fosforu ok. 35g/m3, można przypuszczać, że 56% rozpuszczonego ChZT zostaje utlenione, ale też utrata fosforu w systemie, ponieważ produkcja P wymagana do utrzymania takiego stężenia (P w osadzie w USB = 0,21 gP/gCHZT) w rzeczywistości nie jest zaobserwowana.


100/116

9.3.4. Wskaźniki zrównoważonego rozwoju Wskaźniki zrównoważonego rozwoju, wyrażone jako zużycie zasobów na kg odłowu, zużycie składników odżywczych jako % dopływu, zrzut ścieków na kg odłowu dla tradycyjnego recyrkulatu i recyrkulatu z reaktorem USB-MDR przedstawiono w tabeli 51. Można zauważyć, że recyrkulat z reaktorem USB-MDR ma mniejsze zapotrzebowanie w zakresie ogrzewania, wody i dwuwęglanu. Chociaż recyrkulat z reaktorem USB-MDR ma trochę wyższe zapotrzebowanie na energię elektryczną, tlen i pracę (inwestycje), rzeczywiste koszty na kg odłowu są o 10% niższe niż w recyrkulacie tradycyjnym. Zrzut ścieków jest zmniejszony w związku z użyciem reaktora USB-MDR o 81% w przypadku N, o 59 % dla ChZT, o 61% dla CZT, o 30% dla CO2 i o 58% dla całkowicie rozpuszczalnych ciał stałych (TDS).

Tradycyjny RAS

RAS z USB-MDR

Tradycyjny RAS

RAS z USB-MDR

Zużycie zasobów Zrzut ścieków

Narybek (#/kg) 1,2 1,2 Azot Pasza (kg/kg) 1,22 1,22 Ciało stałe (g/kg) 8,5 2,6 Energia (kWh/kg) 1,8 2,2 Rozpuszczony (g/kg) 37,4 5,9 Ogrzewanie (kWh/kg) 10,0 0,0 Fosfor Woda(L/kg) 238 38 Ciało stałe (g/kg) 4,5 7,2 Tlen (kg/kg) 1,18 1,26 Rozpuszczony (g/kg) 3,8 1,3 Dwuwęglany (g/kg) 252 107 a ChZT Praca (h/MT) 12,5 13,1 Ciało stałe (g/kg) 189 84

Rozpuszczony (g/kg) 40 9 Utylizacja składników odżywczych CZT (całkowite

zapotrzebowanie na tlen) Ciało stałe g/kg) 227 95

Azot (% dopływu) 32 32 Rozpuszczony (g/kg) 48 11 Fosfor (%dopływu) 43 43 CO2 (kg/kg w tym gaz) 1,58 1,10

ChZT (% dopływu) 32 32 TDS (całkowicie rozpuszczone ciała stałe) 62 28

CZT( (%dopływu) 32 32 Przewodność (μS/cm) 1060 2000

a) W praktyce zapotrzebowanie na dwuwęglan (alkaliczność) jest równe zeru przy zastosowaniu denitryfikacji.

Tabela 43: Wskaźniki zrównoważonego rozwoju, zużycie zasobów na kg odłowu, zużycie składników odżywczych jako % dopływu, zrzut ścieków na kg odłowu

.


101/116

9.4. Model z zastosowaniem skrubera peryfitonowo-glonowego

8.1.1. Ogólny opis badania Skruber peryfitonowo-glonowy jest naturalnym heterogenicznym skupiskiem mikroorganizmów, miedzy innymi mikroglonów i bakterii fototropowych, kolonizujących podwodną powierzchnię w warunkach umożliwiających fotosyntezę. Mikroorganizmy cechują się stosunkowo szybkim wzrostem i dużymi możliwościami regeneracyjnymi w razie zakłóceń. W skupisku glonów dominują okrzemki bentosowe (centryczne, pierzaste, jednokomórkowe i nitkowate) ziarniaki i nitkowate cjanobakterie oraz bentosowe, nitkowate, zielone glony. Skupisko glonów zawiera też liczne bakterie, pierwotniaki i tkankowce(np. nicienie, małe pierścienice i mikroskorupiaki). Peryfiton jest doskonałym pożywieniem dla wielu gatunków ryb, żyjących w warunkach naturalnych. Im więcej składników odżywczych znajduje się w zbiornikach hodowlanych, tym większa jest wartość odżywcza peryfitonu. Podczas wzrostu peryfiton wyłapuje cząstki i materię rozpuszczoną, organiczną i nieorganiczną, tym samym pomagając w trzymaniu jakości wody, odpowiedniej dla organizmów wodnych. Z uwagi na stałą aerację, spowodowaną przepływami wody w skruberze, peryfiton rozwija się w warunkach bogatych w tlen, co sprzyja nitryfikacji. W skrócie korzyści płynące ze skrubera obejmują produkcja peryfitonu jako dodatkowego źródła pożywienia i poprawę jakości wody. Zastoswanie skrubera w recyrkulacie jest innowacją. Projet badawczy miał na celu ocenę kryteriów konstrukcyjnych dla skrubera stosowanego w recyrkulacie. Użycie skrubera do oczyszczania wody w recyrkulacie nie jest opłacalne, ponieważ potrzebna jest duża, nasłoneczniona powierzchnia wewnątrz budynku, której należy regularnie usuwać glony, co powoduje duże naklady na elektryczość i pracę. Jednak istnieją dowody, że glony powodują redukcję bakterii fekalnych w trzecim etapie oczyszczania ścieków i tym samym pomagają utrzymać wodę o dobrej jakości mikrobiologicznej w recyrkulowanych zbiornikach hodowlanych. Można jednak zastosować mały skruber w recyrkulacie, w celu zatrzymania nadmiernej produkcji bakterii, utrzymując właściwą jakość wody przez jednoczesne zastosowanie biofiltrów i reaktora do usuwania zanieczyszczeń stałych. Parametry konstrukcyjne skrubera opracowane dla intensywnej hodowli w recyrkulacie pozwolą na jego zastosowanie w zmniejszonej skali w systemie recyrkulowanym lub w większej skali w systemie hodowlanym umieszczonym na zewnątrz.

9.4.1. Zasady działania modelu W badaniach użyto cztery identyczne systemy recyrkulowane. Każdy składał się z 70 litrowego zbiornika rybnego, jeden zbiornik ściekowy o pojemności 70 l , wyposażony w pompę zanurzoną w wodzie (typ Eheim 1250219, 28W, 230V/50Hz, wydajność maksymalna 20 l/m, zapewniającą przepływ 6 l/m w złożu biologicznym) oraz jeden podgrzewacz elektryczny (typ Heizer 300, 300W, 230V, utrzymujący temperaturę wody w wys. 25 ± 2 °C) i jeden zbiornik ze skruberem o pojemności 40 l. Zbiornik rybny ustawiono tak, aby nie docierały drgania pochodzące ze skrubera (spowodowane uderzeniami wody wylewającej się z kubełka w w skruberze). Powietrze dostarczane było do każdego systemu z kamieni napowietrzających. Małe złoże biologiczne (filtr) było dołączone do każdego systemu w celu uniknięcia dużych wzrostów stężenia NO2. Całkowita pojemność każdego systemu wynosiła 185 l. We wszystkich systemach zbiornik ze skruberem miał powierzchnię 1.96 m2 i głębokośc około 1 cm. Każdy zbiornik wyposażony był w 3 mm siatkę ze stali nierdzewnej, utrzymująca rosnący peryfiton oraz jeden plastikowy kubełek obrotowy, który wypelniał się i opróżniał cztery razy na minutę w celu utworzenia fal (6 l/min). Woda z wylotu zbiornika rybnego płynęła do skrubera, a następnie do zbiornika ściekowego, gdzie woda była podgrzewana i pompowana do złoża biologicznego przed odprowadzeniem do zbiornika rybnego.

9.4.2. Czynniki sukcesu i ograniczenia Stosunek HSL i C/N został zbadany przy niskim natężeniu światła. Badanie porównawcze niskiego i wysokiego natężenia światła dowiodło, że światło ma duży wpływ na jakość wody w systemie, ale mniejszy na produkcję peryfitonu. W stawach, gdzie peryfitonu rośnie na kołkach lub na płytkim dnie, osad nie zostanie zatrzymany i w większości opadnie na dno. Na dnie stawu jest mniej tlenu niż skruberze i nadmierne nagromadzenie materii organicznej szybko stworzy anoksyczne warunki. Poprzez podniesienie stosunku C/N z 10 do 20, mineralizacja materii organicznej przebiega szybciej i mniejsza ilość materii organicznej osadza się na dnie. Tak więc przy wysokim stosunku C:N zaleca się zastosowanie peryfitonu. Przy niskim natężeniu światła zebrano 70 g peryfitonu AFDM (zawartość popiołu w suchej masie) na kg paszy (91 % suchej masy), a 158 g AFDM przy wysokim natężeniu. 52% suchej masy peryfitonu to białko, co oznacza , ze peryfitonu to dobrej jakości karma dla ryb. Wskaźnik wykorzystania paszy na poziomie 1,34


102/116

dla peryfitonu AFDM jest osiągalny, a biorąc pod uwagę wydajność produkcyjną peryfitonu, w stawie o powierzchni 1 ha z obszarem substratu do produkcji peryfitonu, można osiągnąć produkcję 5000 kg ha-1 yr-1 tilapii (przyjmując wydajność peryfitonu 2.5 g m-2 d-1 i zużycie 75%). We wszystkich badaniach połączenie skrubera z złoża biologicznego pozwalało utrzymać odpowiednią jakość wody do hodowli tilapii. Nitrifikacja w złożu biologicznycm w skruberze przyczyniła się znacznie do nitryfikacji w całym systemie, a we wszystkih przypadkach wymiana wody była konieczna do utrzymania stężenia NO3-N poniżej 150 mg l-1. Z całego dopływu N z paszy, 20-30% było zrzucane w wymienianej wodzie. Małe ilości P i N z początkowego dopływu zostały pozyskane poprzez zebrany peryfiton: 3% w badaniu stosunku C/N, 9% w badaniu HSL i 5,6 – 9,0% badaniu wpływu natężenia światła. W przypadku fosforu, ilości pozyskane to 1,6% w badaniu stosunku C/N, 12% w badaniu HSL i 3,2 – 4,9% badaniu wpływu natężenia światła. Produkcja peryfitonu znacznie różniła się w trzech badaniach, nawet przy tym samym natężeniu światła. W szczególności w badaniu stosunku C/N produkcja peryfitonu spadła podczas badania, co nie zdarzyło się w badaniu wpływu natężenia światła. Niejasny jest powód tej różnicy.

9.4.3. Zalety wdrożenia Osad gromadzący się w systemie jest istotnym miejscem akumulacji składników odżywczych. Około 50% osadu gromadzi się w skruberze, a pozostałe 50% w zbiorniku ściekowym. Usuwanie osadu ze skrubera po zakończeniu badania, lub w odstępach cotygodniowych dało podobne wyniki w zakresie tempa akumulacji osadu. Patrząc na bilans masowy N, 7% N z dopływu zostało usuniętych z osadem ze skrubera w badaniu HSL, w porównaniu do 10 % w badaniu stosunku C/N i 5-9% badaniu wpływu natężenia światła. W odniesieniu do początkowego dopływu P, odpwiednio 11, 7-8 i 13-17% O zostało usuniętych ze skrubera, w badaniu stosunku C/N i badaniu wpływu natężenia światła. 15-30% początkowego N i P z dopływu zostało usuniętych z osadem i peryfitonem ze skrubera i mogło zostać ponownie użyte. Jest to zaleta w stosunku do systemów otwartych, w których składniki odżywcze znikają, bez możliwości ich ponownego użycia.

9.5. Od badania doświadczalnego do gospodarstwa rybnego: jak zarządzać modelowym stawem rybnym produkującym 5 ton metrycznych ryb rocznie z zastosowaniem skrubera peryfitonowo-glonowego

W badaniu z użyciem skribera peryfitonowo-glonowego obliczano produkcję peryfitonu i wpływ jakości wody na m2 biofilmu. Wpływ peryfitonu na produkcję w stawach ekstensywnych został dokładnie zbadany przez zespół badawczy z Wageningen. Uzyskane w badaniu parametry skrubera użyto do projektowania stawu do intensywnej hodowli jako części recyrkulatu.

9.5.1. Opis jednostki produkcyjnej Parametry stawu do intesywnej hodowli karpia pospolitego, jako części systemu recyrkulowanego przedstawiono w tabeli 52. Maksymalna gęstość obsady w zbiorniku rybnym / stawie wynosi 15 kg/m3, a pojemność 333 m3. Głębokość wody wynosi 80-100 cm. Aeracja, cyrkulacja i przelew wody w stawie rybnym wykonywane są przy pomocy pomp mamutowych (poruszanych sprężonym powietrzem). Ruch wody utworzony przez pompy wystarczy do cyrkulacji wody w całym systemie. Ze zbiorniku lub stawu rybnego woda przepływa do stawu sedymentacyjnego, wyposażonego w złoże sedymentacyjne. Złoże sedymentacyjne jest opróżniane raz w tygodniu (objętośc ok. 10 m3 m). Zebrany osad może zostać użyty jako nawóz. Następnie woda przepływa grawitacyjnie przez przelew do stawu peryfitonowego. Jest to staw z zainstalowanym specjalnym obszarem o powierzchni dwukrotnie większej niż powierzchnia stawu. Największa gęstość obsady ryb w stawie peryfitonowym wynosi 0,5 kg/m2. Okres hodowlany trwa ok. 6 miesięcy. Karp pospolity jest obsadzany w gęstości 28 50-g fish m3. Ryby rosną do wagi 500-550 g w ciągu 180 dni. Odłowiona biomasa wynosi ± 5000 kg. Stosuje się paszę o 40% zawartości białka. Początkowa dawka paszy wynosi 10,1 kg d-1, a końcowa dawka 67,8 kg d-1. Około 1,5 miesiąca po obsadzeniu karpia pospolitego, dokonuje się obsady 25 g samców tilpaii w stawie peryfitonowym w gęstości 2 fish m-2. Ryby rosną do masy 300 g ciągu 4,5 meisięcy. Nie podaje się paszy.

Bilans składników odżywczych w hodowli Osad usuniety z dna stawu jest bogaty w N i P i może być dobrym nawozem dla roślin uprawnych.

Zbiornik rybny 333 m2 Staw sedymentacyjny 300 Staw peryfitonowy 1000 Obszar substrau 2000 Przepływ wody 15 l/sek Produkcja ryb Zbiornik rybny: karp pospolity Staw peryfitonowy: tilapia / karp

Tabela 44: Parametry jednostki produkcyjnej


103/116

Wsad paszy do systemu wynosi 6200 kg paszy o zawartości białka 40 %. 17 % N z dopływu początkowego i 23% wsadu P zostanie odzyskanych w osadzie. W stawie periyfitonowym N i P są wyłapywane przez fitoplankton i peryfitonu. Ponieważ tilapia wyżera plankton i peryfiton, nadal są one w stanie „produkcyjnym” (tabela 53).

Zużycie wody Poza osadem woda nie opuszcza zbiorników hodowlanych. Dodatkowo, straty wody w wyniku ewaporacji są uzupełniane. W przypadku nowych stawów straty wody są minimalne, ponieważ stawy są uszczelniane. Całkowita powierzchnia wynosi ok. 2000 m2, a starty wody na skutek ewaporacji wynoszą 3000 m3.

9.5.2. Zalety i wady systemu intensywnej hodowli w stawach z peryfitonem

Zalety: Retencja składników odżywczych i odzyskanie N i P w

systemie są wysokie. 38 % N z dopływu i 60 % P z dopływu są zatrzymywane w rybach. Dodatkowo, znaczna część N i P z dopływu początkowego zostają odzyskane w osadzie, który jest doskonałym nawozem.

Duża powierzchnia biofiltra w systemie (powierzchnia stawu + powierzchnia na słupkach) wpływa na stabilizację jakości wody. Wymiana wody w zbiorniku rybnym i stawie następuje cztery razy w ciągu doby, podczas gdy czas retencji w zbiorniku peryfitonowym wynosi 1,6 dnia. Jest to krótki czas dla rozwoju fitoplanktonu, ale zapobiega nadmiernym rozkwitom planktonu. Dla biofilmów nie stanowi to problemu.

Negatywne oddziaływanie na środowisko jest znikome Niskie ryzyko infekcji spowodowanej patogenami i pasożytami Małe zapotrzebowanie na leki i oczyszczanie chemiczne Roczny cykl produkcyjny, obsada tilapii w najgorętszych miesiącach roku. Jeżeli dostępny jest grunt przy zbiorniku sedymentacyjnym, można uzyskać dodatkowy dochód z

produkcji warzyw. Ryzyko zatrucia amoniakiem jest znikome. Produkcja jest 5 do 10 razy wyższa niż w tradycyjnej hodowli ekstensywnej w stawach, przy mniejszej

powierzchni użytkowej. Więcej powierzchni gruntu pozostaje do wykorzystania dla roślinności naturalnej lub dla innych rodzajów użytkowania.

Wady: Konieczna duża powierzchnia produkcyjna i wysokie początkowe koszty inwestycyjne Konieczna ciągła aeracja, co oznacza wysokie koszty energii. Konieczne dodatkowe, awaryjne źródło energii. Konieczne niezawodne źródło narybku co roku na wiosnę. Badana hodowla produkująca 5 ton metrycznych ryb to hodowla na małą skalę. Projekt pilotażowy musi

zostać sprawdzony w praktyce.

Opis kg Pasza ogólnie (40% białka, 1.2% P)

6 200

Całkowity N w paszy 397 N w osadzie 77 N w peryfitonie 40 N w fitoplanktonie 24 CalkowityP w paszy 74 P w osadzie 17,5 P w peryfitonie 3,6 P w fitoplanktonie 3,3 N odzyskany w karpiu posp. 136 P odzyskany w karpiu posp. 40 N odzyskany w tilapii 16 P odzyskany w tilapii 4,8 % N nieprzypisany 104 26 P nieprzypisany 5,7 8

Tabela 45: Ilość N i P w intensywnej hodowli karpia i tilapii

Podręcznik SUSTAINAQUA Badania prowadzone w Szwajcarii

104/116

Rys. 25: Schemat funkcjonalny Tropenhaus Ruswil

10. Polikulturowa produkcja tropikalna ze zintegrowaną koncepcją “Tropenhaus” – badania prowadzone w Szwajcarii

10.2. Wprowadzenie – ogólna koncepcja Tropenhaus w Szwajcarii Koncepcja Tropenhaus została rozwinięta w celu efektywnego wykorzystania energii odpadowej ze stacji kompresorów gazowych, obsługujących rurociąg gazu ziemnego biegnący z Holandii do Włoch. Tropenhaus jest zlokalizowany w kantonie Lucerna w Szwajcarii. Roczne produkcja ciepła odpadowego wynosi około 100 GWH na rok. Produkując świeże, ekologicznie rosnące papaje, guawy, banany, karambolę i tilapię przy wykorzystaniu ciepła i paszy organicznej, Tropenhaus jest modelowym przykładem inżynierii ekologicznej i zrównoważonego rozwoju. Główne cele projektu to:

traktowanie odpadów jako zasobu, poszukiwanie koncepcji projektowych opartych o podejście ekosystemowe, dążenie do wysokiego stopnia dywersyfikacji, dążenie do wysokiego poziomu integralności systemu oraz użycie energii odnawialnej i niewytwarzającej CO2 .

Rys. 33. Instalacja do densyfikacji jako źródło ciepła odpadowego w polikulturze Ruswil

W 1999 roku, w oparciu o doświadczenia z produkcji polikulturowej z południowej Azji, w szklarni o powierzchni 1500 m2 szklarni prowadzono pilotażową, zintegrowaną produkcję tropikalnych owoców i ryb. Zapoczątkowane w tym czasie unowocześnienia i prace badawcze zostały zastosowane w celu zoptymalizowania produkcji pod względem jakości i ilości. Głównym elementem Tropenhaus jest zrównoważona hodowla tilapii. Wody bogate w składniki odżywcze z produkcji tilapii są używane do nawadniania oraz jako nawozy dla wzrostu tropikalnych roślin w szklarni. 10 lat doświadczenia pozyskanego w czasie projektu Tropenhaus Ruswil jasno pokazuje, że można produkować wysokiej jakości ryby i owoce w sposób zrównoważony, przy zachowaniu rentowności i użyciu ciepła odpadowego jako głównego źródła energii. Na skutek optymalizacji czasu odłowu i zbiorów i krótkiego dystansu między Tropenhaus a konsumentami (osoby prywatne, restauratorzy, supermarkety) jakość produktów (pod względem smaku) jest wyższa w porównaniu z importowanymi tropikalnymi owocami i rybami. W oparciu o obiecujące rezultaty projektu pilotażowego, w ostatnim czasie zostały opracowane dwa duże projekty o całkowitej wartości około 40 milionów €. Oba projekty są aktualnie w fazie konstrukcji, a rozpoczęcie prac przewiduje się na połowę 2009 roku.

Ciepło odpadowe, energia słoneczna,woda deszczowa, pasza dla ryb, szklarnia, ogród tropikalnych roślin, nawadnianie, nawożenie,


105/116

akwakultura, owoce tropikalne, biomasa roślin, ryby tropikalne

Coop, jeden z największych sprzedawców detalicznych w Szwajcarii, wspiera koncepcjęTropenhaus, i uważa, że projekt SustainAqua będzie służyć aktywnej promocji produktów Tropenhaus. W ten sposób można zainicjować rozwój rynku w celu przekonania hodowców do inwestowania w zrównoważoną produkcję ryb. Nowy Tropenhaus będzie służył jako platforma do rozpowszechniania idei zrównoważonej akwakultury, a wyniki projektu SustainAqua - do rozszerzenia rzeszy odbiorców w nadchodzących latach. Jest to atrkcyjny „modelowy przypadek zrównoważonego rozwoju”, który przyczyni się do zwiększenia świadomości o zrównoważonej produkcji ryb wśród producentów rybnych, konsumentów, kupców detalicznych i innych.

Warunki wstępne do wdrożenia „systemu Tropenhaus”:

Ciepło odpadowe pozyskiwane z roślin przemysłowych, biogaz z roślin energetycznych, instalacje geotermalne (1,5 – 2 MW / 10 000 m2 )

Dostęp do rynku owoców i ryb tropikalnych Gleba: nie ma specjalnych wymagań, ale nie zaleca się zimnej, przepuszczalnej gleby Topografia: płasko lub niewielkie pochyłości Promieniowanie słoneczne: dobra ekspozycja na promieniowanie słoneczne

W projekcie SustainAqua system Tropenhaus został przebadany i poddany unowocześnieniu. Badania skupiły się na następujących zagadnieniach:

Integracja produkcji skorupiaków i tilapii Produkcja paszy dla ryb z biomasy powstającej jako produkt uboczny w Tropenhaus Zastosowanie filtrów wodnych

Po krótkiej prezentacji wyników dotyczących skorupiaków i paszy dla ryb, która nie jest jeszcze w pełni przystosowana do obrotu handlowego, przedstawione zostaną szczegółowo filtry wodne.

10.3. Zintegrowana produkcja skorupiaków i tilapii oraz pasza rybna z roślin tropikalnych

10.3.1. Ogólne założenia innowacyjnego modelu

Skorupiaki

Rośliny tropikalne (wśród nich: papaja, guawa, banany, karambola) dobrze rozwijają się w Tropenhaus i dlatego produkują wiele materiału roślinnego, który dotychczas nie był wykorzystany do końca. Skorupiaki są organizmami dobrze wykorzystującymi materiał roślinny oraz odpady z akwakultury, takie jak ścieki, odchody ryb i martwe ryby. Powiązanie skorupiaków z istniejącą produkcją tilapii może potencjalnie:

zdywersyfikować produkcję, udoskonalić gospodarowanie składnikami odżywczymi, intensywniej wykorzystać wodę oraz zwiększyć ekonomiczne wyniki produkcji.

Ośliczka wodna Asellus aquaticus jest bardzo tolerancyjna na niskiej jakości wodę i deficyt tlenu. Hodowla Asellus aquaticus prowadzona w zbiornikach połączonych z systemami uzdatniania, zaopatrywanych w wode z hodowli ryb, jest stosunkowo łatwa i może uzupełnić pasze zadawana rybom o naturalny pokarm, bogaty w składniki bioaktywne. Ścieki wytworzone w wyniku intensywnej hodowli ryb, takie jak rozpuszczone czy zawieszone składniki odżywcze, mogą także stać sie pokarmem uzupełniającym w żywieniu ryb. Naturalny pokarm zapewnia rybom niezbędne aminokwasy, kwasy tłuszczowe i inne składniki odżywcze konieczne do właściwego rozwoju. Badania dobrych wyników produkcyjnych pstrąga tęczowego w hodowlach stawowych, opartych na sztucznym żywieniu z niewielkimi proporcjami naturalnego pożywienia dowiodły istotnej poprawy jakości rybiego mięsa i żywotności w porównaniu z intensywną hodowlą, opartą na systemach przepływowych i całkowicie sztucznej, granulowanej paszy.

Karmienie ryb biomasą z Tropenhaus Warunki klimatyczne panujące w szklarni nie są korzystne do kompostowania produktów ubocznych roślin. Prowadzi to do generowania dodatkowych kosztów poprzez ręczne kompostowanie tego materiału. Użycie tego materiału jako pożywienia dla ryb może poprawić obieg składników odżywczych w szklarni i zmniejszyć ilość kupowanej paszy dla ryb.

10.3.2. Główne zasady działania modelu


106/116

Rys. 26: Schemat przepływu przez system z Asellus

Rys. 36: Wynik eksperymentu karmienia biomasą

Skorupiaki Asellus aquaticus trzymane były w płytkim zbiorniku z glonami nitkowatymi. Niewielka część wody cyrkulującej w systemie filtrujacym zbiornik rybnym była przekierowana do zbiornika z Asellus, skąd nastepnie była odprowadzona z powrotem do głównego obiegu wody. Asellus był karmiony ściekami (odchody ryb, pasza dla ryb i inne), skumulowanymi w wodzie, glonami nitkowatymi rosnącymi w zbiorniku z Asellus i opadłymi owocami papai.

Karmienie ryb biomasą z Tropenhaus Różne produkty uboczne roślin z upraw tropikalnych Tropenhaus zostały pokrojone w małe cząstki albo wstępnie rozłożone w kompostowni. W eksperymencie dotyczącym żywienia ryb, część komercyjnie kupowanej paszy granulowanej została zastąpiona tym materiałem.

10.3.3. Ocena eksperymentu

Skorupiaki Populacja Asellus dobrze się rozwinęła i była stabilna. Porównanie różnych substratów pod względem przydatności Zbiornik rybny, zbiornik z Asellus, filtr, pompa recyrkulacyjna

do tej hodowli pokazało, że włączenie hodowli skorupiaków do systemów recyrkulacji wody mogłoby przynieść wiele innych korzyści. Zdecydowanie najwyższa produkcja Asellus została zarejestrowana przy użyciu glonów nitkowatych (Cladophora) jako podłoża. Korzyści wynikające z użycia tego podłoża wynikają z jego przydatności w karmieniu tilapii, przy jednoczesnym wykorzystaniu w hodowli Asellus, które rosną na glonach. Ponadto, gęsta podkładka z Cladophora może też służyć jako wydajny środek w usuwaniu cząstek zawieszonych (cząsteczek organicznych). Zatrzymane cząsteczki organiczne zapewniają świetnie bazę żywieniową dla Asellus (i są nawet odpowiednim pożywieniem dla tilapii, kiedy używa się dodatkowej biomasy z Cladophora w bezpośrednim połączeniu z Asellus). Niższa, ale wciąż efektywna produkcja Asellus była osiągana przy użyciu osadów (pochodzących z filtrów) jako podłoża. Do zalet osadów jako podłoża dochodzi też efektywne oczyszczanie i utylizacja ścieków pochodzących z recyrkulatów, ale jedynie bardzo małej ich części. Podobną produkcję Asellus osiągnięto również przy użyciu roślin akwarystycznych i ozdobnych Ludwigia i Eichhornia jako podłoża. Oprócz korzyści z produkcji Asellus i pewnego zatrzymania cząstek zawieszonych (szczególnie przez Eichhornia) oraz usunięcia składników odżywczych, rośliny te należą do handlowych produktów ubocznych.

Żywienie ryb biomasą z Tropenhaus Rysunek 36 podsumowuje rezultaty eksperymentu przeprowadzonego w zbiorniku rybnym. Zastępując paszę Skretting przez zwykly kompost, EM kompost, kompost typu Bokashi, kompost albo kompost uzyskany z papaji, uzyskane zostały nadzwyczajne wyniki. Tym niemniej zaleca się użycie pasz opartych o biomasę tylko jako dodatkowego pokarmu do karmy Skretting.

10.3.4. Czynniki warunkujące sukces i ograniczenia Dla obu modeli konieczne jest przeprowadzenie dalszych badań. Prawdopodobne czynniki sukcesu i ograniczenia przedstawiono poniżej.

Skorupiaki Eksperyment w Tropenhaus z użyciem różnych substratów pokazuje, że produkcja Asellus aquaticus jest możliwa do realizacji w ciepłej wodzie pochodzącej z akwakultury, jaką dysponuje Tropenhaus. Może ona przyczyniać się do produkcji naturalnego pożywienia, bogatego w bioaktywne komponenty, uzupełniające codzienną dietę ryb hodowlanych. Asellus może żywić sie osadem zawieszonym w wodzie pochodzacej z hodowli ryb, jak również resztkami roślin. Glonów nitkowatych, uzywane jako podłoże moga byc podawane rybom wraz z Asellus jako pokarm. Gęste podkładki z Cladophora mogą służyć jako wydajny środek do


107/116

usuwania cząstek zawieszonych (materii organicznej). Zatrzymane cząstki organiczne zapewniają doskonałą bazę pokarmową dla produkcji Asellus i są odpowiednim pożywieniem nawet dla tilapii, jeśli używa się dodatkowej biomasy Cladophora w połączeniu z Asellus do żywienia ryb.

Żywienie ryb biomasą z Tropenhaus Użycie biomasy roślinnej produkowanej w Tropenhaus jako paszy dla ryb jest obiecującą opcją do zróżnicowania ich diety. Dieta ta nie może zastąpić konwencjonalnej paszy. Może być jednak dodatkowym naturalnym pożywieniem bogatym w bioaktywnie składniki. Ponieważ możliwości pokarmowe tilapii nie są całkowicie zaspokajane przy konwencjonalnym żywieniu, dodatkowa świeża karma nie konkuruje z suchą karmą, ale stanowi jej uzupełnienie.

10.4. Filtr hydroponiczny z użyciem ciepłej wody w “tropikalnym” systemie polikulturowym

10.4.1. Ogólny opis innowacyjnego modelu Każdy model akwakultury w Tropenhaus składa się z:

jednego zbiornika na ryby, jednego filtra stawowego do oczyszczania wody oraz pompy do cyrkulacji wody.

W każdym modelu został zainstalowany i podłączony nowy filtr wodny. Filtr ten składa się z rozciętych plastikowych pojemników wypełnionych grudkami gliny, na której rosną rośliny tropikalne. Woda dopływa ze zbiorników dla ryb i jest pobierana na górę pojemników, skąd strużkami przepływa przez grudki gliny. Rozcięcia, zlokalizowane na bokach pojemników, ułatwiają napowietrzanie w filtrach, dzięki czemu zapobiegają tworzeniu się warunków beztlenowych. Korzenie roślin ustawiają się w ten sposób na dnie filtra, że pomagają w poprawie mechanicznych osiągnięć filtra i zapewniają siedlisko mikroorganizmom. System filtrów wodnych wśród owocowych roślin tropikalnych (zdjęcie: IEES)

10.4.2. Główne zasady modelu System wyposażony w filtr wodny i system z wcześniej stosowanymi filtrami stawowymi zostały zbadane w celu porównania wyników. Każdy z systemów wyposażony był w stalowy zbiornik z membraną i podłogowy system ogrzewania. Każdy zbiornik miał średnicę 5,5 m i był wypełniony 10 m3 wody. Temperatura wody utrzymywała się na poziomie 25 °C. Woda była pompowana przez system filtrów dwa razy w ciągu godziny. Dzienna temperatura powietrza wynosiła 23 °C, a nocna 18 °C. Woda w zbiornikach rybnych była używana do nawadniania szklarni. Zbiorniki ponownie napełniano woda deszczową zbieraną na dachu szklarni. Filtr wodny składał się z 40 plastikowych pojemników z rozciętymi ścianami i dnem. Każdy pojemnik był wypełniony 60 L napęczniałej gliny o średnicy grudek 13 – 20 mm. Całkowita objętość filtra wynosiła 2,4 m3. Wodę pochodzącą ze zbiorników na ryby do każdego pojemnika doprowadzała rura. Filtr wodny zawierał następujące udoskonalenia:

Oczyszczanie wody: napęczniałe gruzełki gliny zastępują kolumnę wody Uprawa: rośliny wodne zostały zastąpione owocami i warzywami Konstrukcja: możliwa instalacja na poziomie gruntu

System został przestawiony na poniższym schemacie:


108/116

Rys. 37: System przepływu w filtrze wodnym w porównaniu ze starym filtrem stawowym

Filtr stawowy, dopływ wody, zbiornik rybny, aeracja, filtr wodny, pompa recyrkulacyjna, woda do nawadniania

10.4.3. Ocena wybranych wskaźników zrównoważonego rozwoju w projekcie SustainAqua Tabela 54 podsumowuje wyniki badania porównanwcze innowacyjnego filtra wodnego i filtra stawowego w odniesieniu do wskaźników zrównoważoności SustainAqua. Eksperyment jasno pokazuje udoskonalenia w odniesieniu do wydajności zużycia i ponownego użycia składników odżywczych oraz wzrostu wydajności, umożliwiającego obniżenie kosztów pracy.

Wyniki System z filtrem wodnym System z filtrem stawowym

Wydajność energetyczna Zużycie energii na kg tilapii [kWh/kg] Zużycie energii na kg tilapii

[kWh/kg]

Całkowita 214.43 Całkowita 157.41

Ogrzewanie 214.38 Ogrzewanie 157.36

Elektryczność 0.05 Elektryczność 0.05

Dopływ wody 1.4 1.4

Dopływ wody na kg produkowanej tilapii [m3/kg]

Dopływ wody na kg produkowanej tilapii [m3/kg]

Odpływ wody 1.4 1.3

Odpływ wody na kg produkowanej tilapii [m3/kg]

Odpływ wody na kg produkowanej tilapii [m3/kg]

Składniki pokarmowe: wydajność zużycia

N w masie tilapii / N dopływ [kg/kg] 0.28 N w masie tilapii /

N dopływ [kg/kg] 0.24

P w masie tilapii / P dopływ [kg/kg] 0.32 P w masie tilapii /

P dopływ [kg/kg] 0.27

Zużycie składników odżywczych N ładunek w zużytej wodzie / N pobrane (ości ryb) [kg/kg] 0.21 N ładunek w zużytej wodzie /

N dopływ(ości ryb) [kg/kg] 0.22

P ładunek w zużytej wodzie/ P dopływ(ości ryb) [kg/kg] 0.17 P ładunek w zużytej/ P

dopływ (ości ryb) [kg/kg] 0.29

Składniki odżywcze ponownie użyte do wartościowych produktów ubocznych

N zawartość w produktach ubocznych/N dopływ (kości ryb) [kg/kg]

0.01 N zawartość w produktach ubocznych/N pobrane (kości ryb) [kg/kg]

0.00

P zawartość w produktach ubocznych/ P dopływ (ości ryb) [kg/kg]

0.01 P zawartość w produktach ubocznych/ P dopływ (ości ryb) [kg/kg]

0.00

Wzrost wydajności produkcji na jednostkę czasu

Nakład czasu na funkcjonowanie systemu /produkty [h/kg]

0.04 Nakład czasu na funkcjonowanie systemu /produkty [h/kg]

0.27


109/116

Tabela 46: Kluczowe wyniki działania filtra wodnego

Wahania w poziomie amoniaku, azotynów, azotanów, O2 i ChZT

Przez długi okres czasu stężenie amoniaku w zbiornikach rybnych była stabilna i pozostawała na relatywnie niskim poziomie. Pod koniec sierpnia, poziom amoniaku gwałtownie wzrósł w obu basenach. Jednak koncentracja w zbiorniku rybnym z filtrem stawowym okazała się wyższa niż w zbiorniku z filtrem wodnym. Stężenie azotynów było generalnie na niskim poziomie. Jednak także w tym przypadku, występowały pewne wzrosty poziomu stężenia w zbiorniku wodnym z filtrem stawowym, podczas gdy stężenie azotynów w zbiorniku z filtrem wodnym utrzymywało się na bardziej stabilnym poziomie. Stężenia azotanów wykazywały podobne zmiany w obu zbiornikach. Zawartość tlenu wynosiła między 1,5 a 7,2 w zbiorniku z filtrem stawowym oraz między 5,9 i 7,9 w zbiorniku z filtrem wodnym. Poziom ChZT był w przybliżeniu taki sam w obu zbiornikach, z wyjątkiem wartości szczytowej w zbiorniku z filtrem wodnym w połowie kwietnia.

Rys.38: Porównanie wahań w koncentracji azotynów

Zbiornik rybny z filtrem wodnym, zbiornik rybny z filtrem stawowym

10.4.4. Czynniki warunkujące sukces i ograniczenia Badanie działania filtra wodnego dowiodło, że jest to wydajny sposób oczyszczania wody w systemach takich jak Tropenhaus, w których hodowla ryb jest połączona z produkcją roślin. Może on być zainstalowany na terenach uprawowych szklarni, zapewniając taką samą produktywność roślin jak pozostały teren upraw. W porównaniu z filtrem stawowym potrzebne jest mniej pracy do konserwacji (częściowe usuwanie ścieków) systemu oczyszczającego. System z filtrem wodnym nie generuje więcej pracy niz przy normalnej uprawie roślin. Filtr wodny daje też lepsze wyniki parametów biologicznych niż filtr stawowy, szczególnie dla przypadku amoniaku i azotynów, które są toksyczne dla ryb. Jeżeli filtr wodny nie może być zainstalowany na terenie upraw, dodatkowa powierzchnia konieczna do jego instalacji może być wada w porownaniu do filtra stawowego, który jest zawieszony w zbiorniku rybnym. Inna niedogodność to konieczność doprowadzenia wody do każdego pojemnika filtru z osobna, co stwarza skomplikowany system dystrybucji.

10.4.5. Korzyści z wdrożenia W porównaniu z filtrem stawowym testowany filtr wodny ma kilka podstawowych zalet:

Wartość dodana na skutek wyższych plonów z uprawy Mniejsze wahania stężenia składników odżywczych e zbiorniku rybnym Łatwy do zainstalowania w isniejącym systemie, bez drogich inwestycji Konserwacja filtrów jest mniej pracochłonna

Nowy filtr wodny jest modelowym przykładem inżynierii przyjaznej środowisku, w której „idee ochrony środowiska służą społeczeństwu”, a „odpady sa uważane za zasoby”. Drogie oczyszczanie osadu, ręczne lub mechaniczne , zastąpione przez naturalne procesy. Woda ściekowa ze zbiornika hodowlanego jest używana do produkcji wysokiej jakości produktów ubocznych (owoców tropikalnych i warzyw), poprawiając jednozceśnie wyniki ekonomiczne zintegrowanego systemu produkcji. Biznesplan nowego, rozszerzonego


110/116

projektu Tropenhaus, który uwzględnia nowy filtr wodny, czyszczący wodę w oparciu o produkcję owoców, daje na to dowody.

10.5. Od stadium przypadku do gospodarstwa rybnego: Projekt systemu filtrów wodnych z ciepłą wodą w “Tropenhaus Wolhusen”

10.5.1. Wstęp: “Tropenhaus Wolhusen” “Tropenhaus Wolhusen” oparty jest na dziesięciu latach doświadczeń wTropenhaus Ruswil, gdzie przemysłowa energia odpadowa jest używana do tropikalnej polikultury pod dachem. “Tropenhaus Wolhusen”, zbudowany w 2009 roku, posiada szklarnię o powierzchni 5 400 m2,, która służy jako jednostka produkcyjna. Jest tam również budynek dla odwiedzających, przeznaczony dla około 55 000 gości rocznie. Polikultura tropikalna składa się zarówno z ogrodu tropikalnego, gdzie rosną papaje, banany i inne rośliny tropikalne, jak również z hodowli ryb, wyposażonej w z filtr wodny do produkcji tilapii. Polikultura jest zasilana energią odpadową i energią słoneczną, a pasza dla ryb jest źródłem składników odżywczych. Wodę deszczową zbiera się z dachu szklarni. Woda z hodowli ryb, wzbogacona w pozostałości paszy, jest używana do nawadniania ogrodu tropikalnego i jednoczesnego nawożenia roślin. Produktami systemu są tropikalne owoce, ryby i biomasa roślin. Budynek dla odwiedzających zajmuje teren o powierzchni 2 100 m2. Mieści się w nim ogród botaniczny, hodowla tilapii, restauracja i pomieszczenia, gdzie goście mogą oglądać ozdobne rośliny tropikalne, jak również te same rośliny, które są używane do produkcji w szklarni. Tropenhaus Wolhusen jest położony na wysokości 680 m n.p.m., w górzystych okolicach w centralenj Szwajcarii. W regionie dominuje rolnictwo, a szklarnia otoczona jest gospodarstwami rolnymi. Klimat jest umiarkowany. Roczny okres nasłonecznienia to 1 300 - 1 400 godzin. Średnie roczne opady w tym regionie wynoszą około 1200 mm. Szklarnia jest podłączona do źródła przemysłowej energii odpadowej, która zapewnia wodę podgrzaną do około 60 °C, używaną do ogrzewania szklarni i wody dla ryb. Docelowa temperatura dla szklarni wynosi około 23 °C w ciągu dnia i 18 °C w nocy. Temperatura wody dla ryb wynosi około 26 °C. Obszar upraw wynosi około 4 000 m2 , a roczna produkcja owoców tropikalnych (głównie papaje i banany) osiąga ponad 60 t. Rys. 27: Plan Tropenhaus Wolhusen wraz z akwakulturą

10.5.2. Opis hodowli ryb Cześć przeznaczona na hodowlę ryb składa się z sześciu modułówi, z których każdy wyposażony jest w dwa zbiorniki i dwa filtry wodne. Niezbędny teren dla jednego modułu to około 180 m2, włączając w to 32 m2 potrzebne na filtr wodny. Oba zbiorniki w module są połączone rurą w celu zapewnienia kompensacji hydraulicznej. Woda do nawadniania szklarni jest pobierana z jednego ze zbiorników rybnych, do którego kierowana jest także woda deszczowa. Wypływ wody do nawodnienia jest kontrolowany przez komputer irygacyjny, a dopełnianie wody w zbiorniku rybnym przez kontrolkę poziomu wody. Zbiorniki rybne to okrągłe, stalowe zbiorniki, uszczelnione membraną PE. Średnica każdego z nich wynosi 5,5 m, wysokość 1,6 m, głębokość wody 1,3 m a objętość wody 30 m3 . Gęstosc obsady wynosi 20 kg na metr sześcienny, a zbiory 920 kg na rok w jednym zbiorniku.


111/116

Rys. 28: Schemat modelu hydroponicznego

Rury rozprowadzajace, filtr, kolektor, pompa, pompa ściekowa, zbiornik rybny,rura łącząca, wymiennik ciepła

10.5.3. Filtr wodny udoskonalony zgodnie z wynikami badania Filtr wodny zbudowany jest z plastikowych pojemników i wypełniony napęczniałymi grudkami gliny. Dno i ściany pojemników są ponacinane, żeby ułatwić przepływ wodzie i powietrzu. Rośliny tropikalne są uprawiane w skrzynkach. Główne rośliny uprawne to papaja i banany, jak również chili, trawa cytrynowa, galangal. Produkcja roślin na powierzchni filtra osiąga podobne wyniki na metr kwadratowy produkcja jak w pozostałych częściach szklarni. Filtr do zbiornika na ryby ma 56 pojemników filtracyjnych. Otrzymuje on stale ładunek o objętości 1 m3 na minutę albo 18 litrów na minutę na pojemnik. Plastikowe pojemniki mają wymiary 60 x 40 x 32 cm, rozcięcia na bokach i na spodzie mają 5 mm szerokości. Pojemniki są wypełnione 60 litrami napęczniałych grudek gliny o rozmiarach 8-16 mm. Wodę pompuje się ze zbiornika rybnego do dystrybutora, skąd płynie rurami do każdego pojemnika w filtrze.

Moduł hodowlany w budowie (Photo: IEES)

Zbiornik na ryby w budowie (Photo: IEES)


112/116

Lewe zdjęcie: pojemniki filtra z rurkami doprowadzającymi wodę i uprawa chilli, Prawe zdjęcie: banany rosnące w pojemnikach filtra (Zdjęcie: IEES)

Rys. 29: Schemat przepływu w modelu hodowlanym w Tropenhaus Wolhusen

Dystrybutor, filtr 2, membrana, dopływ wody deszczowej, zbiornik 2, odpływ wody do irygacji, pompa, wymiennik ciepła

Hodowla ryb jest usytuowana na zboczu, więc filtr znajduje ponad zbiornikiem rybnym, a woda może płynąć bezpośrednio z powrotem do zbiornika rybnego.


113/116

Rys. 42: Przekrój przez jednostkę hodowlaną

10.5.4. Koszty i roboczogodziny Poniższa tabela przedstawia koszty budowy opisanego powyżej modelu hodowli ryb. Nakłady na jego budowę są podzielone na koszty materiałów i robocizny potrzebnej do instalacji systemu. Przy instalacji modelu powinni zostać zatrudnieni: wykwalifikowany robotnik oraz wspierający go robotnicy niewykwalifikowani. Wydatki na prace inżynieryjne i prace ziemne niezbędne do wkopania zbiorników rybnych nie są uwzględnione. Koszt materiałów jest wskazany w €, bez żadnych podatków, ale może uwzględniać pewne należności celne.

Tabela 47: Wydatki na model hodowli ryb € % h %

Zbiornik rybny z izolacją, rurą wlotową i wylotową 12'048 45% 71 29% Filtr wodny 3'611 14% 83 34% Filtr pompy, armatura i rury 7'138 27% 59 24% Ogrzewanie, konwerter, pompa, armatura 3'891 15% 32 13%

Całkowite koszty 26'687 100% 245 100%

10.5.5. Zalety i wady filtru wodnego W systemie takim jak Tropenhaus, połączonym z produkcją roślin, filtr wodny jest skutecznym sposobem oczyszczania wody. Może być zainstalowany na uprawianym terenie szklarni, przynosząc tą samą wydajnośc produkcyjną roślin, jak na innych terenach uprawnych. W porównaniu z filtrem stawowym, wymaga mniej pracy przy konserwacji (szczególnie usuwaniu osadu) w systemie oczyszczającym, a uprawa roślin nie wymaga więcej pracy niż uprawy tradycyjne. Filtr wodny wykazuje lepsze wyniki w odniesieniu do parametrow biologicznych niż filtr stawowy, szczególnie w zakresie toksycznych dla ryb parametrów amoniaku i azotanów. Jeżeli filtr wodny nie może być zainstalowany na terenie upraw, dodatkowa powierzchnia konieczna do jego instalacji może być wadą w porównaniu do filtra stawowego, który jest zawieszony w zbiorniku rybnym, jak w Tropenhaus. Inna niedogodność to konieczność doprowadzenia wody do każdego pojemnika filtru z osobna, co stwarza skomplikowany system dystrybucji

Nowy filtr wodny po siedmiu miesiącach działania (Photo: IEES)


114/116

Bilbiografia i zalecenia do dalszej lektury

Zrównoważony rozwój

Badania na Wegrzech

Badania w Polsce

Badania w Danii

Badania w Holandii ASADUZZAMAN, M., WAHAB, M.A., VERDEGEM, M.C.J., HUQUE, S., SALAM, M.A., AZIM, M.E. (2008). C/N ratio control and substrate addition for periphyton development jointly enhance freshwater prawn Macrobrachium rosenbergii production in ponds. Aquaculture 280, 117-123. AZIM, M.E., VERDEGEM, M.C.J., VAN DAM, A.A., BEVERIDGE, M.C.M. (2005). Periphyton : ecology, exploitation and management. CABI Publishing, Camebridge, MA 02139, USA. RAHMAN, M.M., YAKUPITIYAGE, A. (2006). Use of fishpond sediment for sustainable aquaculture-agriculture farming. International Journal of Sustainable Development and Planning 1, 192-202.

Badania w Szwajcarii


115/116

Autorzy podręcznika

Redaktorzy Dr. László Váradi (Instytut Badawczy Rybołówstwa, Akwakultury i Nawadniania - HAKI) Tamás Bardócz (Akvapark Association)

Autorzy poszczególnych rozdziałów: 1. SustainAqua – Wstęp Alexandra Oberdieck - ttz Bremerhaven

2. Zrównoważony rozwój akwakultury Christian Hildmann - Martin-Luther-University Halle Wittenberg

Alexandra Oberdieck - ttz Bremerhaven 3.Technologia i produkcja – różne formy rodzajach akwakultury w Europie

Tamás Bardócz - Akvapark Association

4. Ramy prawne I zarządzanie w słodkowodnej akwakulturze europejskiej Tamás Bardócz - Akvapark Association László Váradi – Instytut Badawczy Rybołówstwa, Akwakultury i Nawadniania (HAKI)

5. Jakośc produktów i ich dywersyfikacja – możliwości rynkowe dla hodowców ryb w zakresie produktów rybnych i produktów ubocznych hodowli ryb

Alexandra Oberdieck - ttz Bremerhaven

6. Oczyszczanie wody w intensywnym systemie hodowli z użyciem mokradeł I ekstensywnych stawów rybnych – badania prowadzone na Węgrzech

Dénes Gál, Éva Kerepeczki, Tünde Kosáros, Réka Hegedűs, Ferenc Pekár, Lászlo Váradi – Instytut Badawczy Rybołówstwa, Akwakultury i Nawadniania (HAKI)

7. Nowe metody hodowli pstrąga prowadzące do redukcji ścieków gospodarczych – badania prowadzone w Danii

Alfred Jokumsen, Per B. Pedersen, Anne Johanne T. Dalsgaard, Ivar Lund, Helge Paulsen, Richard S. Rasmussen, Grethe Hyldig - Technical University of Denmark, National Institute of Aquatic Resources (DTU Aqua) Lisbeth J. Plessner, Kaare Michelsen, Christian Laursen - Danish Aquaculture Organisation (ODA)

8. Udoskonalona produkcja naturalna w ekstensywnych stawach rybnych – badania w Polsce Maciej Pilarczyk, Joanna Ponicka, Magdalena Stanna - Polska Akademia Nauk, Zakład Ichtiobiologii i Gospodarki Rybackiej (GOLYSZ)

9. Polikulturowa produkcja tropikalna ze zintegrowaną koncepcją „Tropenhaus” – badania prowadzone w Szwajcarii

Johannes Heeb, Philippe Wyss - International Ecological Engineering Society (IEES) Zdenek Adamek - Research Institute of Fish Culture and Hydrobiology, University of South Bohemia (USB)

10. Hodowla tilapia w systemach recyrkulowanych – badania prowadzone w Holandii Ep Eding, Marc Verdegem, Catarina Martins, Geertje Schlamann, Leon Heinsbroek, Johan Verreth - Aquaculture and Fisheries Group, Wageningen University (WU-AFI) Frans Aartsen, Victor Bierbooms - Viskwekerij Royaal B.V./ ZonAquafarming B.V. (ROYAAL)


116/116

Podziękowania

Podręcznik jest owocem pracy zespołowego projektu badawczego SustainAqua, finansowanego przez Unię Europejską w ramach Szóstego Programu Ramowego (PR 6). Badania I szkolenia były prowadzone przez konsorcjum złożone z 23 instytucji: ttz Bremerhaven (ttz), Niemcy; Międzynarodowa Organizacja Rozwoju Rybołówstwa we Wschdoniej i Centralnej Europie (EUROFISH), Dania; Stowarzyszenie Akvapark (AKVAPARK), Węgry; Verband der Deutschen Binnenfischerei e.V. (VDBi), Niemcy; Vattenbrukarnas Riksförbund (VRF), Szwecja; Stowarzyszenie Producentów Ryb Łososiowatych (PTBA), Polska; Organización de Productores Piscicultores (OPP), Hiszpania; Österreichischer Fischereiverband (ÖFV), Austria; Su Ürünleri Tanitim Dernegi (BTG), Turcja; Duńska Organizacja Akwakultury (ODA), Dania; International Ecological Engineering Society (IEES), Szwajcaria; AquaBioTech Ltd. (ABT), Malta; Aranyponty Halászati Zrt. (ARANY), Węgry; Aquakultur Kahle (KAHLE), Niemcy; Hodowla Ryb "SALMO" (SALMO), Polska; Liman Enegre Balikçilik Sanayii ve Ticaret Ltd.STI. (LIMAN), Turcja; Viskwekerij Royaal B.V. (ROYAAL),

Holandia; University of South Bohemia, Ceske Budejovice (USB), Republika Czeska; Wageningen University - Aquaculture and Fisheries Group (WU-AFI), Holandia; Polska Akademia Nauk, Zakład Ichtiobiologii i Gospodarki Rybackiej (GOLYSZ), Polska; Martin-Luther-University Halle Wittenberg (MLU), Niemcy; Instytut Badawczy Rybołówstwa, Akwakultury i Nawadniania (HAKI), Węgry; Technical University of Denmark - National Institute of Aquatic Resources (DTU-AQUA), Dania Podręcznik jest owocem wspólnej pracy wielu osób. Ze względu na brak miejsc nie możemy wszystkim podziękować indywidualnie. Chcielibyśmy wymienić osoby, których wkład pracy w podręcznik był szczególnie istotny: Tamás Bardócz (AKVAPARK), Alexandra Oberdieck (ttz), Dénes Gál (HAKI), Alfred Jokumsen (DTU-AQUA), Maciej Pilarczyk (GOLYSZ), Ep Eding & Marc Verdegem (WU-AFI), Johannes Heeb & Philippe Wyss (IEES) Dziekujemy im za ich oddaną pracę.

Konsorcjum SustainAqua (Foto: ttz Bremerhaven)

Okładka, project i layout - EUROFISH

©SustainAqua, June 2009. All rights reserved. Dystrybucja bezpłatna. Więcej informacji: www.sustainaqua.org

Proszę cytować jako: " SustainAqua – Zintegrowane podejście do zrównoważonej i zdrowej akwakultury słodkowodnej” (2009). Podręcznik SustainAqua – Podręcznik zrównoważonej akwakultury

HANDBOOK PRZETŁ V 2 lepsza - sprl.pl

Documents

Transcript of HANDBOOK PRZETŁ V 2 lepsza - sprl.pl