Aarhus Universitets segl

Nr. 842: Renseeffektivitet på model 1 dambrug

Svendsen, L.M., Larsen, S.E., Dalsgaard, A.J.T., Plesner, L.J. & Michelsen, K. 2011. Renseeffektivitet på model 1 dambrug. Rapportering af WP4 under dambrugsteknologiprojektet. Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet. 106 s. – Faglig rapport fra DMU nr. 842. http://www.dmu.dk/Pub/FR842.pdf

 

Sammenfatning og konklusion

Baggrund/Formål

En række dambrug har valgt at bygge om til model 1 dambrug (for definition heraf se kap. 4.1). Der har indtil nu ikke været fore­ta­get en beregning og vurdering af om denne type modeldambrug lever op til de forudsatte nettoren­se­gra­der og hvor godt de performer. Formålet er derfor ud fra eksisterende, repræsentative måledata for mo­del 1 dambrug at:

  • Fastlægge nettoudledninger og -rensegrader af ammonium og total kvælstof, total fosfor og BI5 og vurdere sikkerheden af disse
  • På basis af statistiske analyser afklare om der kan opstilles signifikante udtryk og sammen­hæn­ge for henholdsvis nettoud­led­ninger og -rensegrader med variable og nøgletal på dambruget som indret­ning, foder, vand­forbrug, lagunekarakteristik, koncentrationsforhold i vand indtag og -udledning m.fl.

Herudover er det for udvalgte model 3 dambrug ud fra eksisterende data vurderet om netto­ud­led­nin­­ger og –rensegrader som minimum lever op til resultaterne for forsøgsordningen med denne type dambrug.

Metode

Model 1 dambrug, som har taget 26 vandkemiske målinger til egenkontrol i mindst et pro­duk­tionsår, blev kontaktet. To dambrug manglende et til­strækkeligt antal målinger og her er der betalt for at lave sup­­­­ple­rende målinger op til de 26. I alt 10 model 1 dam­brug er endt med at ville deltage og det med fra 1 til 4 måle­år, så der er data for i alt 18 måleår. For en­kel­te dambrug som indgår med mere end et måleår er med­ta­get må­leår med lidt færre end 26 prøver. Data er målt i perioden 2004-2010 dog primært fra 2007 og frem til og med ultimo oktober 2010. Der er et tilstrækkeligt datagrundlag til at gennem­føre statis­tiske ana­lyser, idet der var forudsat mindst 16 måleår for at kunne gennemføre analysen og forvente statistisk sikre re­sultater.

Alle dambrug er besøgt og interviewet om indretning, vandflow, produktions- og driftsforhold. Der er mod­­­­ta­get oplysning om fodertype, foderforbrug og fiskeproduktion. Plantelagunerne er ved antaget mak­­­­­­simal biomasse i pe­rio­den august-september 2010 opmålt herunder for dækningsgrader og plan­te­ar­­­­ter.  Der er desuden anvendt en række bag­grunds­oplysninger fra dambrugenes miljøgodkendelser og over­­sigtstegninger.  Der er også modtaget egenkontroldata fra 5 model 3 dambrug (for definition heraf se kap. 4.1.) i perioden 2007-10 samt foder og produk­tions­data for i alt 8 pro­duktionsår og disse dambrug er også besøgt, plante­la­gu­ner og dækningsgrader opmålt m.v. For model 3 dambrugene er formålet at afklare om disse fortsat per­former ligeså godt som fundet under forsøgsprojektet for model 3 dambrug (Svendsen et al., 2008).

Der er foretaget PCA, korrelation, multipel regressions m.fl. analyser mellem henholdsvis netto­ud­led­nin­ger og ren­segrader og en række respons variable for alle dambrug som er med (model 1 og model 3) og for model 1 sær­skilt.

Resultater

De 10 model 1 dambrug har mellem 2/3 og 3/4 af det samlede foderforbrug for type 1 dambrug og kan der­for an­tages at give et rimeligt godt billede for denne type mo­del­dambrug.  Der er nogen variation i ind­ret­ning og drift af de 10model 1 dam­brug: Tre har biofiltre, alle har mi­krosigter, der produceres fra yngel til store fisk, hvor nogle dam­brug har alle størrelser andre kun konsumfisk. Vandindvinding sker for man­ge dambrug fra vandløb, 1 kun fra dræn og grund­vand og nogle begge typer. Vand­af­ledningen va­rie­rer fra 6 l/s til 285 l/ med et gennemsnit på 108 l/s. Det årlige foder­for­brug er i gen­nemsnit 174 tons (min. 43, max. 250 tons) med en foderkvotienten i gennemsnit på 0,94 (0,85 til 1,01), så på dette punkt er type 1 dambrugene relativt ensartede.

Plantelagunernes størrelse varierer fra 3.900 til 14.000 m2 (gennemsnit 8.000 m2) hvilket i gen­nemsnit svarer til 45,1 m2 pr. kg anvendt foder (min. 22; max. 72). Den samlede op­holds­tid over dambrugene er i gen­nem­­­snit godt 63 timer men varierer mellem 13 og 258 timer. Ge­nerelt er det plantela­gu­ner­ne som bi­dra­­­ger mest til op­holds­ti­den (i gennemsnit 45 timer, min. 12 og max. 233), mens opholdstiden i pro­duk­tions­anlægget varierer me­get fra 0,7 til 66 timer (gennemsnit 18,6 timer) afhængig af indretning, re­cir­ku­­­leringsgrad m.v. Vand­forbruget pr. kg produceret fisk varierer også meget mellem dambrugene fra godt 1.000 l til 38.600 l med et gennemsnit på knap 18.800 l eller knap 60 l/s pr. 100 tons anvendt foder. 

De 5 model 3 dambrug er mere ensartede i forhold til en række af de ovennævnte parametre. I gennem­snit har foderforbrugt været 597 tons pr. år (min. 298 og max. 602) med en foderkvotient i gennemsnit på 0,91 (0,79-0,99). Plantelagunearealet er i gennemsnit knap 10.800 m2 (3.425 - 15.600 m2) med i gen­­nemsnit kun 17,8 m2 pr. kg anvendt foder (11,5 – 56,9 m2 pr. kg anvendt foder). Den samlede opholdstid for type 3 er i gen­nemsnit 106 timer (63 – 261 timer), med i gennemsnit 67 timer over lagunerne (26 – 189 timer) og 39 timer (24 - 72 timer) over produktionsanlægget. Vand­forbruget pr. kg produceret fisk varierer fra 970 l til 3.050 l med et gennemsnit på godt 2.220 l eller 8 l/s pr. 100 tons anvendt foder. 

Der er for model 1 dambrug beregnet nettoudledninger som her angives som gennemsnittet med ± 2 gange standarderror (svarende til 95 % af fordelingen) og i parentes angives gennemsnitstal for alle ferskvandsdambrug i Danmark i 2008 (sidstnævnte efter By- og Landskabsstyrelsen, 2010):

  • NH4-kvæsltof: 7,2±2,8 gram NH4-N pr. kg produceret fisk
  • Total kvælstof: 9,7±9,7 (29) gram total N pr. kg produceret fisk
  • Total fosfor: 0,45±0,28 (2,6) gram total P pr. kg produceret fisk
  • BI5: 16,4±5,8 (99) gram BI5 pr. kg produceret fisk. 

For nettorensegrader er tilsvarende beregnet (hvor der i parentes er angivet forudsatte rensegrader i Bekendtgørelse for modeldambrug, 2006, idet der i total kvælstof er taget højde for, hvor meget plan­te­la­­gune model 1 dambruget i gennemsnit har etableret):

  • NH4-kvælstof: 74±9,6 %
  • Total kvælstof: 78±24,6 (44) %
  • Total fosfor: 90±5,7 (55) %
  • BI5: 78±8,3 (70) %.

For de 5 model 3 dambrug findes nettoudledninger som er lig med eller under og nettorensegrader som er lig med eller endnu højere end dem der blev fundet under forsøgsordning for modeldambrug. Netto­stof­ud­led­ninger er i gennemsnit bestemt til (med resultater fra forsøgsordningen for modeldambrug i parentes):

  • NH4-kvæsltof: 6,2±3,2 gram NH4-N pr. kg produceret fisk
  • Total kvælstof: 13,1±6,4 (20) gram total N pr. kg produceret fisk
  • Total fosfor: 0,9±0,7 (1,1) gram total P pr. kg produceret fisk
  • BI5: 4,7±2,4 (5,6) gram BI5 pr. kg produceret fisk.

Nettorensegraderne for model 3 dambrugene er i gennemsnit (i parentes resultater fra forsøgsordningen og efter ””/” forudsat i modeldambrugsbekendtgørelsen, når der for total kvælstof tages højde for den mængde plantelagune der i gennemsnit er oprettet på de 5 model  3 dambrug):

  • NH4-kvælstof: 75±11,6 (77) %
  • Total kvælstof: 66±15,9 (50/31) %
  • Total fosfor: 85±10,4 (76/65) %
  • BI5: 94±2,9 (93/80) %.

Den variation, der er i nettoudledninger og nettorensegrader, skyldes både en reel variation mellem f.eks. model 1 dambrugene grundet forskellig indretning, produktion og drift, men også at der for mange af model 1 dambrugene er nogen usikkerhed på vandmængderne (både indtagsvand og afledning fra dam­­­­bruget), som medfører at der også er usikkerhed på de stofmængder, der er fastlagt. Det vurderes, at på de gennemsnitlige rensegrader for model 1 dambrugene er den maksimale usikkerhed grundet usi­kre vandmængder på under 10 % og for model 3 dambrugene mindre end dette. Det er oftest vandaf­led­ningen som findes oplyst fra dambrugene, således at et eventuelt netto­vand­tab (eller vandindsiv­ning) over plan­te­lagunerne er medtaget i beregningerne. Det kan ikke vurderes hvor stor del af den samlede stof­fjer­nel­se/-tilbageholdelse over dambrugene som skyldes et stoftab over plantelagunerne grundet ned­siv­ning.

Baseret på multiple regressionsanalyser analyser kan der opstilles signifikante relationer mel­lem både nettoudledninger og –rensegrader og nogle responsvariable, som kan forklare størstedelen af den fundne variation. For nettorensegraden (NRG) findes således:

  • NH4-kvælstof: NRG stiger med øget samlet opholdstid og øget koncentration af NH4-N i indtagsvand og falder med øget vandforbrug pr. kg produceret fisk.
  • Total kvælstof: NRG stiger med højere samlet opholdstid og opholdstiden i plantelagune, øget la­gu­ne­areal og plantedækningsdækningsgrad samt når stof i vandindtag udgør stigende andel af pro­duk­tionsbidraget men falder med højere vandforbrug pr. kg produceret fisk.
  • Total fosfor: NRG stiger med øget samlet opholdstid og øget variationskoefficient i total fosfor kon­cen­trationen i indtagsvandet
  • BI5: NRG stiger med øget opholdstid, stigende koncentration af BI5 i indtagsvandet og når stof i vand­­indtag udgør stigende andel af produktionsbidraget, men falder med øget vandforbrug pr. kg produceret fisk.

Samlet set vil høj opholdstid og et lav vandforbrug pr. kg produceret fisk – to variable der samva­rie­rer tæt - give en høj nettorensegrad for de fleste af overnævnte kemiske stoffer. Endvidere slår det for mo­del 1 dambrug igennem for både total kvælstof, total fosfor og BI5 at kommer der relativt meget par­ti­kulært stof ind med indtagsvandet vil en stor andel af dette tilbageholdes over dambruget og given en højere nettoren­segrad.

De opstillede sammenhænge forklarer for model 1 dambrugene 71 til 94 % af variationen mindst for total fosfor og det regnes sædvanligvis som høje forklaringsgrader.

Konklusion/Perspektivering

De fundne gennemsnitsnettorensegrader for de 10 model 1 og 5 model 3 dambrug lever fuldt ud op til de i Bekendtgørelse for modeldambrug (2006) for­udsatte. De er især for total kvælstof og total fosfor væ­­­­sent­lig højere end forudsat. De 5 model 3 dambrugs gennemsnitsnettorensegrader er ca. lig med (am­­­monium kvælstof og BI5) eller noget højere end fundet under for­søgs­ord­­ningen og med en BI5 ren­se­grad på 94 % er det ikke hensigtsmæssig den bliver højere, da det kan eller vil give be­græns­ning i til­gæn­­­geligt let omsætteligt organisk stof i plantelagunen og dermed reducere nitrat omsætningen heri. I gen­­­nemsnit er nettorensegraderne over model 1 dambrug for NH4 kvælstof og fosfor stort set de samme som for de 5 model 3 dambrug, mens nettorensegraden for total kvælstof er væsentligt højere og for BI5 væsentligt la­vere. En række af model 1 dambrugene har et væsentlig større indtag af især par­ti­kler med vand­ind­ta­get som sedimenterer over dam­bru­get og medvirker til at øge nettorensegraden af især total fosfor og BI5 og i et vist omfang også total kvælstof. Det betyder at hvis model 1 dambrugene brugte min­dre vand pr. kg producerret fisk eller alle gik over til at anvende dræn og grundvand med et væsentligt mindre stofindtag med ind­tags­van­­det så kan det godt resultere i en tilbageholdelse af en større andel af pro­duktions­bi­dra­get, men for­di der så ikke er ret meget stof at tilbageholde fra indtagsvandet kan den samlede tilbageholdelse af stof godt falde og det vil nettorensegraden også kunne gøre.

Der er en noget større varia­tion i resultaterne for model 1 dambrugene grundet større forskel i ind­ret­ning, drifts- og vandforhold og usikkerhed på data, men det kan med sikkerhed siges de performer generelt be­dre end forudsat i modeldambrugsbekendtgørelsen fra 2006.  Man kan med – overraskende - stor sikkerhed for­ud­sige netto­rensegraden for de fleste at de undersøgte kemiske stoffer alene ved at kende vandforbrug pr. kg produceret fisk, som bør være lavt (er et mål for større recirkulering og mere rensning), og opholdstid enten over plantelagunerne eller for det samlede anlæg, som bør være høj. Tilsvarende øges nettoudledninger med lav op­holdstid, højt vandforbrug pr. kg produceret fisk. Hvor stof med vand­ind­taget udgør en væsentlig andel af pro­duk­tions­bidraget har dette også en betydning for nettorense­gra­den. Der er i kapitel 7 opstillet nogle simple ma­te­matiske udtryk, der giver høj forklaringsgrad for nettorensegrader og nettoudledninger.

Selv om model 1 dambrugene performer bedre end forudsat i bekendtgørelsen i gennemsnit spiller ind­ret­nin­gen en stor rolle, og for enkelte af model 1 dambrug kan for en eller et par flere af de kemiske parametre ikke fuldt ud opfylde renseforudsætningerne i et måleår. Model 3 dambrugene ser ud til fortsat til at performe mindst ligeså godt eller bedre end fastlagt under forsøgsprojektet for model 3 dambrug jf. Svendsen et al. (2008).

For at øge sikkerheden på nettoudledningerne og nettorensegraderne er det alt afgørende, at der måles kon­tinuert på vandmængderne og tages et tilstrækkeligt antal vandkemiske prøver i ind og afløb fra dambrug, typisk 26 pr. år i udløb og tilsvarende i indløb, hvor der anvendes vandløbsvand eller 12 ved grund- og drænvand.