| dc.description.abstract | I lukkede oppdrettsanlegg med resirkulering av vann (RAS) bestemmes vannkvaliteten hovedsakelig av hvor effektivt vannrensesystemet fjerner metabolitter produsert og utskilt av fisken. Hvis rensesystemet ikke fungerer optimalt, kan metabolitter slik som karbondioksid (CO2) akkumuleres i systemet. Forhøyede konsentrasjoner av CO2 har blitt knyttet til redusert ytelse, velferd og helse for fisken. For å sikre et sunt miljø som maksimerer fiskens vekst og helse er det viktig å kontrollere konsentrasjonen av CO2 i RAS.
En ikke-dispergerende infrarød CO2-sensor innelukket i en semipermeabel membran ble i denne masteroppgaven testet i RAS. Sensoren var nylig utviklet av Pro-Oceanus Inc. spesielt for bruk i akvakultur.
I systemer med signifikant biologisk aktivitet dannes biofilmer på overflaten av materialer selv om de er designet for å forhindre begroing. Dette kan føre til nedsatt permeabilitet av semipermeable membraner, og endringer i det lokale kjemiske miljøet grunnet makro-organismer. I denne oppgaven ble fire ulike mekanismer for å forhindre begroing på sensorens membran testet: en polytetrafluoretylen (PTFE eller Teflon) membran designet for å redusere begroing, et kobbergitter med biocid egenskaper, en polydimethylsiloksan (PDMS) membran med grafenoksid (GO) og sinkoksid (ZnO) nanokompositter med antibegroingsegenskaper, og et pumpehode som øker sensorens responstid og forhindrer dannelsen av biofilmer på membranen. Det ble studert hvordan begroing påvirket sensorens målinger, samt optimaliserte vedlikeholdsrutiner med en kombinasjon av vaske- og beskyttelsesprosedyrer.
Målingene med Pro-Oceanus Solu-Blu CO2-sensor ble sammenlignet med verdier fra klassisk titrering av CO2 med natriumhydroksid, Franatech fast fase elektrolytt-sensor, og beregninger av CO2 fra total uorganisk karbon, pH, temperatur, og eksperimentelt bestemte dissosiasjonskonstanter.
Daglig CO2 variasjon ble observed ved bruk av alle mekanismene for å forhindre begoring, unntatt pumpehodet. Dette kan være grunnet sensitivitet mot partikler som kolliderer med membranen og endring i trykk når dette hodet brukes. Vann penetrerte bak sensorens membran under testingen av pumpehodet og PDMS membranen. På grunn av få referansemålinger kan det ikke konkluderes med at Pro-Oceanus Solu-Blu CO2 sensor målte den reelle konsentrasjonen i vannet, eller om målingene var påvirket av begroing. Allikevel indikerte resultatene at målingene ved bruk av Teflon membranen ble påvirket av begoing. | |
| dc.description.abstract | In Recirculating Aquaculture Systems (RAS), the water quality is mainly determined by metabolites produced and excreted by the fish, and how effectively they are removed from the system. Carbon dioxide (CO2) is a product of fish metabolism, and can be accumulated in RAS if not removed successfully. High concentrations of CO2 have been linked to negative impacts on growth performance, welfare, and health of the fish. Thus, the CO2 level in RAS is an important water quality parameter to monitor.
In this thesis, an in situ method in which a Non-Dispersive Infrared (NDIR) sensor enclosed in a semipermeable membrane was tested in RAS. The studied sensor was recently developed by Pro-Oceanus Inc., and has been designed especially for use in aquaculture industry.
Although materials are designed to minimize biofouling, biofilms will eventually form on the surface when deployed in systems with significant biological activity. This may lead to inaccurate measurements due to decreased permeability of membranes, and macro-fouling aggregates altering the local chemical environment. For this reason, four mechanisms to minimize fouling on the sensor membrane were tested.
The tested mechanisms were a polytetrafluoroethylene (PTFE or Teflon) membrane engineered to minimize fouling, a copper grid with biocide properties, a polydimethylsiolxane (PDMS) membrane with graphene oxide (GO) and zinc oxide (ZnO) nanocomposites with enhanced antifouling properties and a water-pumped flow-through head which provide reduced sensor equilibration time with the surrounding water sample and an effective means of preventing biofilms. It was assessed how far fouling on the membrane affected the stability of the sensor signal, and optimized maintenance routines using combinations of cleaning and protection procedures.
Data derived from the Pro-Oceanus Solu-Blu sensor were compared with measurements of CO2 from classical titration with sodium hydroxide, Franatech solid state electrolyte CO2 sensor, and CO2 calculations from Total Inorganic Carbon (TIC), pH, temperature, salinity and experimentally determined dissolution constants.
A dynamic range was captured during a daily cycle when using all antifouling mechanisms except for the pumped head. The reason for this may be that the membrane is sensitive towards particles such as pellets colliding with the membrane and pressure changes when using the pumped head. During testing with the pumped head and the PDMS membrane, water penetrated behind the membrane. Due to few reference measurements, it can not be concluded that the Pro-Oceanus Solu-Blu CO2 sensor measured the real concentration in the tank or if the measurements were affected by biofouling. Nevertheless, the results indicated that measurements using the Teflon membrane were affected by biofouling. | |
