Membrandestillation zur Stickstoff-Reduktion und -Rückgewinnung aus Indoor-Fischfarmen/Kreislaufanlagen („N-aus-Aquakultur“)

Das Projekt befasst sich thematisch mit der Wasseraufbereitung und Wertstoffrückgewinnung im Bereich Aquakultur. Unter dem Begriff Aquakultur versteht man die kontrollierte Aufzucht von aquatischen Organismen, insbesondere von Fischen, zur Nahrungsmittelproduktion. Indoor-Fischfarmen bzw. Kreislaufanlagen können weltweit prinzipiell an jedem Standort mit Frischwasserzufuhr errichtet werden, da sie mit einer Wasseraufbereitung ausgestattet sind und so den Hauptteil des genutzten Wassers im Kreislauf führen können. Das Ziel einer solchen Betriebsweise ist das Erreichen eines weitgehend geschlossenen Systems, um von klimatischen Einflüssen, hohen Wasserverbräuchen und negativen Einflüssen auf die Umwelt möglichst unabhängig zu sein. Ebenso wie in vielen Bereichen der Tierhaltung, stellt auch bei der Aquakultur der übermäßige Ausstoß von Nährstoffen wie Stickstoff (N) und Phosphor (P) ein Problem dar. Die Quellen dieser Emissionen sind v.a. gelöste und partikuläre Ausscheidungen der Zuchttiere sowie unverdaute Futtermittel.

Fischbecken

Die angestrebte Produktentwicklung soll sich vor diesem Hintergrund auf den Nährstoff Stickstoff fokussieren, der vorrangig gelöst als Ammonium (NH4) vorliegt und entsprechend der umgebenden hydrochemischen Bedingungen zum in der Aquakultur unerwünschten und allgemein für Wasserorganismen schädlichen Ammoniak (NH3) dissoziieren kann. Klassischer Weise wird daher bei Indoor-Fischfarmen mit biologischen Verfahren zur Wasseraufbereitung (Nitrifikation und Denitrifikation) gearbeitet. Bei dieser Form der biologischen Aufbereitung geht bislang jedoch der aus dem Wasser abgeschiedene Stickstoff ungenutzt in die Atmosphäre verloren. Das Hauptziel der Produktentwicklung soll daher neben der Reduktion und Elimination im Haltungsprozess die Rückgewinnung und Wiedernutzbarmachung dieses Wertstoffs sein. Erreicht werden soll dies mit Hilfe einer innovativen Membrandestillationsanlage zur Stickstoff-Rückgewinnung aus Indoor-Fischfarmen.

Laborversuchsanlage zur Membrandestillation

Die Membrandestillation ist ein weitgehend drucklos betriebenes Verfahren. Es besteht im Wesentlichen aus zwei Kreislaufströmungen, die durch eine hydrophobe Membran voneinander getrennt sind. Im Anwendungsfall soll Ammoniak partialdruckgetrieben in gasförmigem Zustand durch die Membran permeieren und auf der Permeat-Seite wieder aufgenommen werden. Die Feed-Flüssigkeit bzw. Suspension wird durch die Membran zurück gehalten.

Die große Herausforderung für die Anwendung der Membrandestillation zur Stickstoff-Reduktion und -Rückgewinnung aus Kreislaufanlagen ist die Verfahrensumsetzung für die dort vorherrschenden niedrigen NH4-Konzentrationen bei gleichzeitig hohen Durchflussvolumina sowie den erforderlichen hohen Qualitätsanforderungen in Bezug auf die sensiblen Lebensbedingungen der Zuchttiere.

 

Projektlaufzeit: 01.09.2016 - 31.07.2017 ("Sondierungsphase" des Projekts)
  01.10.2017 - 30.09.2019 ("Machbarkeitsphase" des Projekts)

 

 

Ansprechpartner: Stefan Kurtz

Gefördert vom
Projektträger
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft
FNR-Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

BMBF-Fördermaßnahme Ideenwettbewerb
„Neue Produkte für die Bioökonomie“

Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

 
Projektpartner:
 
 
glammeier+john bausysteme GmbH & Co. KG
glammeier+john aquakultur GbR
Alfred-Wegener-Institut
 
In Zusammenarbeit mit:
 
 
Hartmann Verfahrenstechnik