Akvakultura predstavlja jedan od najbrže rastućih sektora proizvodnje hrane u svijetu, no istovremeno generira značajne količine otpadnih voda bogatih hranjivim tvarima. Znanstvenici sve više prepoznaju potencijal ovih otpadnih voda ne samo kao problem već kao vrijedan resurs koji može biti iskorišten kroz principe biokružnog gospodarstva. Nedavno objavljena znanstvena studija u časopisu Toxics detaljno istražuje mogućnosti postizanja biokružnog gospodarstva u sektoru akvakulture kroz valorizaciju otpada.
Što je zapravo biokružno gospodarstvo u akvakulturi?
Biokružno gospodarstvo u akvakulturi predstavlja integraciju uzgojnih tehnologija, tretmana otpada i valorizacije otpada s ciljem optimizacije proizvodnje akvakulturnih proizvoda. Ovaj pristup dizajniran je za smanjenje količine generiranog otpada, smanjenje negativnog utjecaja na okoliš, recikliranje vrijednih otpadnih materijala i korištenje tehnologija za pretvaranje otpada u vrijedne resurse. Za razliku od tradicionalnog linearnog modela gospodarstva (“uzmi-proizvedi-odbaci”), biokružno gospodarstvo temelji se na nekoliko principa uključujući “od kolijevke do kolijevke”, zatvorene cikluse, industrijsku ekologiju i biomimiku.
Recentna istraživanja pokazuju da biokružni pristup u akvakulturi uključuje inkorporaciju nusproizvoda biomase i biotehnologija kako bi se postigla održivost. Posebno se ističu algalne tehnologije (poput tretmana otpadnih voda ili strategije zajedničkog uzgoja) kao jedan od najizvedivijih metoda za postizanje biokružnog gospodarstva.
Karakteristike otpadnih voda iz akvakulture
Otpadne vode iz akvakulture imaju specifične karakteristike koje ih čine potencijalno vrijednim resursom. One se uglavnom mogu klasificirati u dvije kategorije: čvrsti otpad i otopljene tvari.
Čvrsti otpad potječe od nepojedene hrane ili izlučevina uzgajanih organizama. Suspendirane čvrste tvari teško je ukloniti zbog njihovih finih čestica, dok se istaložene čvrste tvari mogu lakše ukloniti. Duže zadržavanje čvrstog otpada u uzgojnom sustavu povećava aerobnu bakterijsku aktivnost, što vodi do povećane kemijske (COD) i biokemijske (BOD) potrošnje kisika, smanjujući razine otopljenog kisika.
Mulj, koji je uobičajeni čvrsti otpad u akvakulturi, sadrži vrijedne hranjive tvari, energiju i velike količine vode. Hranjive tvari iz mulja esencijalni su elementi za rast biljaka jer se mogu reproducirati kao biognojiva.
Otopljene tvari uključuju dušikove (amonijak, nitrit i nitrat) i fosforove spojeve koji potječu od proteina iz hrane. Procjenjuje se da 25-50% proteina može biti iskorišteno od strane uzgajanih organizama, dok ostatak završava u vodi. Amonijak je krajnji produkt metabolizma proteina, a njegovo povećanje može izazvati stres među uzgajanim vrstama i povećati vjerojatnost infekcije bolestima.
Tretman otpadnih voda iz akvakulture
Kako bi se implementiralo biokružno gospodarstvo u akvakulturi, ključno je pravilno tretirati otpadne vode. Na raspolaganju su različite tehnologije:
- Fizički tretman: Uključuje filtraciju kroz različite medije (poput pijeska) i sedimentaciju. Ovi procesi mogu ukloniti 40-94% suspendiranih čestica.
- Biološki tretman: Obuhvaća anaerobne i aerobne digestore, fotobioreaktore i močvarne sustave. Aerobni bioreaktori mogu ukloniti do 56% COD-a, dok anaerobni digestori mogu ukloniti čak 97% COD-a.
- Fizikalno-kemijski tretman: Uključuje adsorpciju, napredne oksidacijske procese i koagulaciju-flokulaciju. Napredna oksidacija može ukloniti 96% COD-a, dok koagulacija-flokulacija pokazuje najbolju učinkovitost u uklanjanju krutih tvari.
- Hibridni sustavi: Poput recirkulacijskih akvakulturnih sustava (RAS) i bioflok tehnologije. RAS može smanjiti generiranje otpadnih voda za više od 90% u usporedbi s konvencionalnim sustavima.
Valorizacija otpadnih voda iz akvakulture
Otpadne vode iz akvakulture mogu se valorizirati na nekoliko načina:
Integracija s akvaponskim/hidroponskim sustavima
Akvakulturne otpadne vode bogate su hranjivim tvarima esencijalnim za rast biljaka (dušik, fosfor, kalij). Istraživanja pokazuju da se može postići više od 75% apsorpcije hranjivih tvari (N, P, K) iz akvakulturnih otpadnih voda korištenjem salate u akvaponskom sustavu, istovremeno generirajući veću proizvodnju nego kod korištenja vode iz slavine.
Hidroponski sustav također može biti korišten u tretmanu akvakulturnih otpadnih voda putem biofiltracijskog mehanizma, osim same apsorpcije hranjivih tvari.
Korištenje za uzgoj algi
Alge predstavljaju važan element u obnovljivim izvorima energije jer se mogu valorizirati u različite vrijedne proizvode. Akvakulturne otpadne vode sadrže potrebne elemente za proizvodnju algi.
Istraživanje je pokazalo uzgoj Platymonas subcordiformis korištenjem akvakulturnog efluenta s 8,9 puta većom gustoćom algi od početne faze. Osim proizvodnje biomase, postignuto je 95% i 99% uklanjanja dušika i fosfora. Slično tome, Chlorella minutissima uzgajana u akvakulturnim otpadnim vodama dostigla je produktivnost od 0,55 g/L dnevno, uz sposobnost uklanjanja dušika i fosfora do 88% odnosno 99%.
Zajednički uzgoj daphnida
Daphnidi se često koriste kao hrana za ribe, posebno u fazi mlađi. Mogu se uzgajati u mediju bogatom hranjivim tvarima, što znači da se akvakulturni efluenti mogu koristiti u ovu svrhu. Zbog svoje malene veličine, ne zauzimaju mnogo prostora pa se mogu uzgajati zajedno s ribama ili algama.
Istraživanje je pokazalo da su otpadne vode iz akvakulture s dodatkom kvasca proizvele 8,6 puta više jedinki daphnida u usporedbi s vodom iz slavine. Eksperiment koji je trajao 21 dan također je otkrio da akvakulturne otpadne vode sadrže dovoljno hrane za daphnide, dok je onim u vodi iz slavine bilo potrebno periodično hranjenje.
Iskorištavanje mulja iz akvakulture
Mulj iz akvakulture poznat je po svom bogatom sadržaju hranjivih tvari, a može se koristiti kao biognojivo kroz nekoliko metoda obrade:
- Sušenje: Jedan od najjednostavnijih, ali najučinkovitijih tretmana za mulj iz akvakulture prije njegove upotrebe kao gnojiva. Sušenje uklanja sadržaj vode iz mulja, ostavljajući samo suhu tvar za direktnu primjenu na zemljištu.
- Anaerobna digestija: Jedna od ekonomski najisplativijih tehnologija za daljnju obradu mulja iz akvakulture jer zahtijeva minimalni unos energije. Digestat koji nastaje anaerobnom digestijom ima potencijal kao gnojivo zbog koncentrata hranjivih tvari. Korištenjem anaerobne digestije, nusproizvodi bioplina također se mogu dalje koristiti.
- Vermikompostiranje: Otvara nove mogućnosti za obradu mulja iz akvakulture, pri čemu se nusproizvodi biomase crva mogu dalje koristiti kao hrana za ribe za postizanje kružnog gospodarstva u sektoru akvakulture. Krajnji proizvod vermikompostiranja zadovoljava standard krutog gnojiva, što ukazuje na njegov potencijal primjene u poljoprivrednom sektoru.
Primjena biokružnog gospodarstva u praksi
Glavni resursi koji se koriste u ribnjacima akvakulture su voda, riblje pelete i energija, a njihova uporaba doprinosi proizvodnji glavnih akvakulturnih proizvoda. Procesi akvakulturne proizvodnje i uključenost ovih sirovina generiraju nusproizvode kao što su otpadne vode, mulj i riblji otpad.
Biokružno gospodarstvo u sektoru akvakulture uključuje obradu generirane biomase (u obliku mulja i ribljeg otpada) i otpadnih voda. Akvakulturne otpadne vode karakteriziraju visok sadržaj organskih tvari i hranjivih tvari, što ih čini pogodnima za daljnju upotrebu za povrat vrijednih materijala koje sadrže.
Biomasa proizvedena korištenjem akvakulturnih otpadnih voda može se zatim koristiti kao zamjena za potrošnju energije i kao riblja hrana za naknadnu akvakulturnu proizvodnju. Slično tome, akvakulturni mulj može proći digestiju, a proizvedeni digestat može se koristiti kao biognojivo.
Budućnost biokružnog gospodarstva u akvakulturi
Prema znanstvenicima, prijelaz prema biokružnom gospodarstvu u sektoru akvakulture otvara brojne mogućnosti za buduća istraživanja. Konkretno, optimizacija tretmana otpadnih voda može se usredotočiti na integraciju naprednih tehnika i multi-trofičkih akvakulturnih sustava za maksimiziranje odvodnje mulja, smanjenje patogena i zadržavanje hranjivih tvari.
Ova nastojanja također mogu dovesti do inovativnih formulacija biognojiva za specifične namjene. Buduće studije također se predlaže da istražuju šire principe biokružnog gospodarstva izvan valorizacije otpada, uključujući istraživanje sinergijskih odnosa s drugim poljoprivrednim sustavima, industrijskim procesima i upravljanjem otpadom.
Zaključak
Biokružno gospodarstvo u akvakulturi predstavlja revolucionaran pristup koji može transformirati tretman otpadnih voda iz linearne u kružnu, održiviju ekonomiju. Valorizacijom akvakulturnih efluenata u biognojiva, medije za uzgoj algi, sustave za uzgoj daphnida i hidroponske sustave, možemo istovremeno riješiti probleme otpadnih voda i stvoriti dodatnu ekonomsku vrijednost.
Trenutna istraživanja pokazuju da je moguće postići visoku stopu uklanjanja hranjivih tvari iz otpadnih voda akvakulture, istovremeno generirajući vrijedne nusproizvode. Ovi pristupi ne samo da smanjuju opterećenje okoliša već i povećavaju ukupnu održivost i profitabilnost akvakulturne proizvodnje.
SAVJETODAVNI PARTNER
