Inntaksvann til RAS-anlegg: Gode resultater med nanofiltrert sjøvann.

I prosjektet «Membranes for welfare» forkortet til MEMBWELL, sammenligner vi vårt membranfiltrerte vann med vanlig brakkvann til postsmolt. Forsøket startet i 2019 og er nå ferdig analysert!

I denne artikkelen får du god innsikt i hva som var formålet med prosjektet samt hvordan dette ble utført.

Kort oppsummert viser resultatene til:

God fiskevelferd
Økt tilvekst
Redusert sulfatinnhold
- redusert H2S-risiko
Stabilt god vannkvalitet

Nofima og Institutt for kjemi ved NTNU stod for gjennomføringen av dette forsøket.

Prosjektgruppen bestod av:

Trine Ytrestøyl, Lene Sveen, Aleksei Krasnov, Jascha Gerwins, May Britt Mørkedal, Gerrit Timmerhaus, Jelena Kolarevic, NOFIMA

Øyvind Mikkelsen, Vilde Larsen, NTNU

Morten Kojen, Karen Nessler Seglem, FiiZK Akvafresh AS

Effekten av nanofiltrering

I MEMBWELL hadde fiskehelse og fiskevelferd hovedfokus.
FiiZK Aqua (tidligere AkvaFresh) undersøkte her bruk av nanofiltrering – for delvis avsalting av sjøvann som inntaksvann til RAS for postsmoltproduksjon. Dette ble gjort ved å sette opp et forsøk der postsmolt i RAS fikk nanofiltrert sjøvann istedet for den tradisjonelle blandingen av sjøvann og ferskvann.
Et kontroll-RAS ble også kjørt der fisken fikk tradisjonelt blandet vann.

Ved delvis avsalting av sjøvann oppnås en annen ionesammensetning enn i vanlig brakkvann, for eksempel i forhold til sulfatinnhold. Hensikten med forsøket var å teste effekten av nanofiltrert inntaksvann på laksens fysiologi, velferd og vekst samt vannkvalitet i RAS-systemet.

Hydrogensulfid (H₂S) er en gass som er kjent for sin egenskap til å forårsake stor fiskedødelighet.
Sulfat fikk derfor spesielt fokus, ettersom membranteknologiens sulfatreduserende egenskaper kan bidra til redusert risiko for H₂S-dannelse i vannet.

Nanofilteringsanlegget som ble brukt i MEMBWELL.

Så hva er nanofiltrert vann?

Nanofiltrering brukes for delvis avsalting av sjøvann, brakkvann og salt grunnvann.

En membran er et materiale som slipper noe gjennom og holder noe annet tilbake – en selektiv barriere. En gitt membran er en barriere for komponenter av en viss størrelse eller med visse kjemiske egenskaper. I membranfiltrering av vann brukes trykk for å få renset vann gjennom membranen, mens uønskede komponenter holdes tilbake.

Membraner kan brukes til å selektere ut partikler som er for store til å slippe gjennom porene.

Membraner for filtrering av vann kan karakteriseres ved porestørrelse. Porestørrelsen avgjør hvilke komponenter som holdes tilbake, (som vist i figuren under).
Ønsket vannkvalitet for produktvannet bestemmer hvilken filtreringsprosess som benyttes.
I denne applikasjonen er det Nanofiltrering

Nanofiltrering fjerner partikler, patogener og noe av saltene i vann.

Membrananlegg for kontrollert inntaksvann

FiiZK designet et membrananlegg til dette forsøket.
Membranfiltrering ble brukt til å redusere saliniteten på inntaksvannet til et RAS – fra 32 til 12‰.

Som kontroll ble det benyttet et RAS hvor salinitet var justert til 12 ‰ – ved å blande råvann fra sjø og ferskvann.

Ved starten av forsøket var fisken 140g.
Fisken gikk i de to systemene i 12 uker før de ble overført til gjennomstrømming med kun sjøvann.
Fisken var i sjøvann de siste 4 ukene før forsøket ble avsluttet.

Oppsett av forsøk med nanofiltrering av inntaksvann (blå RAS) og kontroll med blanding av sjøvann og ferskvann (oransje RAS).

Oversikt over prøver og målinger som ble utført

Alle prøver og målinger ble foretatt ved oppstart av forsøket, ved overføring til sjøvann,
og ved avslutning av forsøket.

Histologi og målinger av genuttrykk:

gjeller
tarm
skinn

Blodprøver:

innhold av cortisol
ioner blodplasma

Gjennom hele forsøket ble fiskevelferd og vekst, vurdert og målt.

Diagram med tidslinje og prøvetakingsplan for forsøket MEMBWELL.

Hvordan påvirket nanofiltrert vann selve fisken?

Postsmolt i RAS med nanofiltrert vann vokste litt bedre sammenlignet med tradisjonelt RAS.
Vekten på fisken i nanofiltrert vann var 400g. mot 355g. for kontrollfisken – ved avslutning av RAS-fasen.

Den samme tendensen fortsatte etter overføring til sjøvann.
Ved avslutning av forsøket var fisken som opprinnelig kom fra RAS med nanofiltrert inntaksvann, betydelig større (556g.), sammenlignet med fisken fra kontroll-RAS (491g.).

Snittvekt av fisk i nanofiltrert vann (blå) og tradisjonelt vann (orange) i MEMBELL-forsøket.

Det var ingen forskjeller mellom behandlingene i operative velferdsindikatorer.
Det ble heller ikke observert noen forskjeller i skinnet til laksen i de to produksjonssystemene.
Det var ingen forskjell i ionekonsentrasjonen i blodet til laksen i de to systemene.
I begge RAS-systemer ble det observert noe lett gjelleirritasjon, og dette ble i begge tilfeller reversert etter overføring til sjøvann.

Analyser ved NTNU

Målet for analyser ved NTNU har vært å studere effekten av nanofiltrering for å fjerne svovel. I tillegg skulle det dokumentere effekter av nanofiltrering på vannsammensetning generelt, med hensyn til pH, saltholdighet (konduktivitet), og endringene i utvalgte ioner.
NTNU har stått for diverse analyser i prosjektet.
Herunder gjennomgang av f.eks pH-data, analyse og gjennomgang av sulfat og totalt svovel, konsentrasjoner på ulike steder i testsystemene, analyse av nivåer av utvalgte hovedioner og sporelementer samt nivåer av organisk materiale.

Sulfat og svovel

Analyser av vannprøver fra de to systemene indikerer at nanofiltreringssystemet er en effektiv metode for å fjerne sulfat og ulike svovelforbindelser.
I testene som ble gjennomført ble det observert inntil 93 % reduksjon av totalt svovel.
Ved sammenligning av nanofiltrert vann med vann i kontrollsystemet uten nanofilter, hadde nanofiltrert vann i gjennomsnitt 91 % mindre svovel og 86 % mindre sulfat.
Resultatene indikerer altså en markant reduksjon i mengde svovel,
og med det en viktig forutsetning for å hindre dannelse av H₂S.

Ph og andre utvalgte faktorer

Studier av pH som sentral vannkvalitetsparameter viste ingen signifikant forskjell sammenlignet med kontrollsystem. Andre utvalgte elementer som ble analysert og studert var magnesium, silisium, kalium, kalsium, bromid i innløpsvannet.

Ved sammenligning av nanofiltrert vann med kontrollsystemet, var det en svak økning av bromid. Samtidig ble det observert en reduksjon i nivåene av magnesium, silisium og kalsium.
Det ble også observert reduksjon i konsentrasjonsnivå for flere sporelementer.

I forhold til organisk materiale ble det ikke observert noen signifikant forskjell i nivåer mellom nanofiltrert vann og kontroll. Men i begge systemene ble det observert en økning over tid i anleggene. Dette kan tyde på en mulig akkumulering av organisk materiale i systemene etter hvert som fiskene vokser seg større. Denne observasjonen er imidlertid ikke knyttet til nanofiltreringssystemet.

Oppsummering av MEMBWELL prosjektet

Oppsummert har MEMBWELL demonstrert at nanofiltrering kan brukes til å produsere en vannkvalitet med redusert sulfatinnhold og ønsket salinitet, og at denne vannkvaliteten i hovedsak har positiv effekt på vekst og fiskehelse.