Impact of environmental conditions on Moving Bed Bio-Reactor (MBBR) performance in Atlantic salmon Recirculating Aquaculture Systems (RAS)

Hovedmålsetningen for denne PhD-avhandlingen er biologisk rensing av vann i landbaserte produksjonsanlegg for laks med resirkulering. Norge er verdens største produsent av atlantisk laks, med et mål for en femdobling av produksjonen i 2050 vs 2010. Dette medfører et stort behov for utvikling av bærekraftige løsninger for lakseproduksjon.Typisk foregår produksjonen fra innsett av lakserogn til ca 100 grams fisk(smolt) på land, før den deretter flyttes til sjølokaliteter for videre vekst til slakteklar fisk på 4-5 kg. I den senere tid har det vært økende interesse for produksjon av større laks på land, helt opp til 1 kg(post-smolt) som følge av blant annet økt overlevelse etter utsett i sjø. Postsmoltproduksjon gjøres i ferskvann, sjøvann, eller en kombinasjon av disse.Tradisjonelt har den landbaserte produksjonen foregått i såkalte gjennomstrømningsanlegg hvor vann fra en vannkilde pumpes kontinuerlig gjennom fiskekarene og ut. I senere år har det imidlertid vært et skifte mot anlegg med såkalte Resirkulerende Akvakultur Systemer(RAS) hvor mesteparten av vannet behandles og føres tilbake til fiskekarene. RAS gir god kontroll med vannkvaliteten i anleggene og gir en betydelig reduksjon av vannforbruk. En funksjon i RAS-anlegg er fjerning av organisk stoff og ammonium, slik at disse ikke akkumuleres i fiskekarene.Dette oppnås ved bruk av biologiske rensemetoder som omdanner organisk stoff til partikulært materiale(som tas ut i partikkelfiltre) og ammonium til nitrat(som er mindre skadelig for fisk enn ammonium).Dette PhD vil fokusere på ytelser av biofilter, spesifikt prosessen AnoxKaldnes Moving Bed Biofilm Reactor(MBBR), under varierende RAS driftsbetingelser som for eksempel salinitet. Optimale driftsbetingelser for produksjon av laks i RAS vil bli anbefalt. Resultatene fra disse studiene vil styrke kunnskapsbasen for økt produksjon av laks i lukkede systemer, og derfor bidra til bærekraftig fisk produksjon.

Achieved: - Improved start-up protocol for RAS MBBR - Strongly reduced the risk when changing from fresh water to saline water in RAS MBBR - Better understanding of microbiota in RAS MBBR - Improved MBBR design in RAS

This PhD study will be conducted as a complementary activity to CtrlAQUA SFI - Centre for Research-Based Innovations in Closed-containment Aquaculture (Senter for forskningsdrevet innovasjon innen lukket akvakultur). The broad objective of CtrlAQUA is: To develop technological and biological innovations to make closed-containment aquaculture systems (CCS), a reliable and economically viable technology, for use in strategic parts of the Atlantic salmon production cycle, thus contributing significantly to solving the challenges limiting the envisioned growth in aquaculture. Nofima is the host institution for CtrlAQUA. This study will complement the activities in the CtrlAQUA Dept. of Technology & Environment and Dept. of Fish Production & Welfare. The doctoral degree will be conferred by NTNU, under Dept. of Chemistry (academic partner at CtrlAQUA) in the Faculty of Natural Sciences & Technology. There has been increased interest in rearing salmon up to 1kg(post-smolt) in CCS before transfer to sea, in salinities ranging from freshwater to seawater. This leads to a need for studying the specific water quality requirement and recirculating aquaculture system water treatment (RAS) process performance for optimal production of post-smolts. A typical RAS consists of particle separation, biofilter, CO2 degasser and oxygenation. This PhD program will focus on the Moving Bed Bio-Reactor (MBBR) biofilter performance based on nitrification, biological oxygen demand(BOD) reduction and denitrification. The PhD program will investigate the impact of varying RAS operating conditions on MBBR efficiency, like changing salinities, advanced oxidation and BOD. The aim is to propose the best operating strategies for MBBR performance in RAS for post-smolt production. Results from these studies will strengthen the knowledge base for increased production of salmon in closed systems, thereby improving sustainability, sea lice issues, and fish welfare.