Prosjektnummer
901558
Cleansulf: Nøytralisering av hydrogenperoksid ved bruk av f.eks. natriumsulfitt og miljørisikoevaluering av prosessen
Utviklet metode for nøytraliering av hydrogenperoksid (H2O2) som gjør at negative miljøeffekter vil reduseres når man må bruke hydrogenperoksyd i lusebehandling
• Utvikling av ny teknikk for å nøytralisere hydrogenperoksid etter avlusing.
• Risikovurdering av miljøpåvirkningen av metoden viste at implementering av rensing av avlusningsvannet er et godt miljøtiltak.
• Avlusning om bord i brønnbåt i kombinasjon med nøytralisering av hydrogenperoksid før utslipp vil være et meget godt risikoreduserende tiltak.
• Metoden reduserte påvirkningen på rekers svømmeadferd sammenlignet med ubehandlet hydrogenperoksid. Den histopatologiske påvirkning var mild.
• Avlusning om bord i brønnbåt i kombinasjon med nøytralisering av hydrogenperoksid før utslipp vil være et meget godt risikoreduserende tiltak.
• Metoden reduserte påvirkningen på rekers svømmeadferd sammenlignet med ubehandlet hydrogenperoksid. Den histopatologiske påvirkning var mild.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport
For å sikre utvikling av en miljøvennlig nøytraliseringsteknikk ble det utført økotoksikologiske eksperimenter med nøytralisert behandlingsvann. Testene ble utført med reker (Pandalus borealis).
For alle eksperimenter var startkonsentrasjonen av 50 mg/L. Dette tilsvarer en 30 ganger hydrogenperoksid (H2O2)-fortynning av den laveste anbefalte behandlingsdosen (1500 mg/L). Ulike konsentrasjoner av nøytraliseringskjemikalien ble brukt. Rekenes svømmeadferd var i prinsipp upåvirket ved den laveste konsentrasjonen. Høyere doser av nøytraliseringskjemikalien ble også testet som et “worst case”-scenario, hvor svømmeaktiviteten var påvirket, men i mindre grad sammenlignet med kun i H2O2-perioden etter eksponering. Histologiundersøkelser av rekene etter eksponeringene viste noen effekter, selv om de var milde. Endringer i diffus hemolytisk infiltrasjon og hevelse i gjeller ble observert i eksperimentet med nøytraliseringskjemikalie + H2O2. Hemolytisk infiltrasjon var også observert i kontrollen.
En modellering (FWCOM) av spredning sammen med en risikovurdering viser at den forventede reduksjonen av hydrogenperoksidkonsentrasjoner i et utslipp etter nøytraliseringsbehandling reduserer risikoen for spredning og forekomst av i miljøet. Den foreslåtte metoden har godt H2O2-potensiale for Norges akvakulturindustri, da avlusningsvannet med evt. restkonsentrasjon av H2O2 som slippes ut vil ha mindre risiko for å nå kjente rekefelt eller andre sårbare arter og økosystemer sammenlignet med ubehandlet H2O2. Implementering av denne nøytraliseringsmetoden i full skala vil gi havbruksnæringen et medikamentelt avlusingsverktøy med sterk reduksjon av negative miljøpåvirkning sammenlignet med dagens praksis.
Den foreslåtte metoden har stort potensiale om den blir kommersielt tilgjengelig for oppdrettsnæringen, da avlusningsvannet med eventuel restkonsentrasjonen av hydrogenperoksid (H2O2) som slippes ut vil ha mindre risiko for å nå kjente rekefelt eller andre sårbare arter og økosystemer sammenlignet med ubehandlet H2O2. Det har vært reduksjon i bruk av H2O2 de siste årene. Med implementering av metoden vil man kunne bruke H2O2 ved behov.
-
Norwegian Institute for Water Research (NIVA), Akvaplan-niva, and NORCE. Report no. 7635-2021. 4 May 2021. By Pernilla Carlsson (NIVA), Shaw Bamber (NORCE), Muhammad Umar (NIVA), Renée Bechmann (NORCE), Øyvind Aaberg Garmo (NIVA), Gjermund Bahr (Akvaplan-niva), Luca Tassara (Akvaplan-niva), Alessio Gomiero (NORCE), Ole Anders Nøst (Akvaplan-niva), and Gro Harlaug Refseth (Akvaplan-niva).
Norge ønsker en vekst av akvakulturnæringen i årene som kommer. Den største utfordringen for oppdrett av laks er krepsdyret lakselus (Lepeophtheirus salmonis). Næringen bruker hvert år mye ressurser på å motvirke/fjerne lakselus fra oppdrettsanlegg. Både biologiske, tekniske og kjemiske løsninger brukes. Bruken av hydrogenperoksid (H2O2) var på 9277 tonn i Norge i 2017, og er det avlusningsmidlet det brukes mest av (i tonn regnet) i Norge. I perioden 2009-2017 ble det brukt totalt 128 millioner kg av (100 %) hydrogenperoksid (FHI, 2018). En av grunnene til dette er at hydrogenperoksid regnes som et av de mer miljøvennlige avlusningsmetodene. Hydrogenperoksid er reaktivt og reduseres etterhvert til oksygen og vann, men denne prosessen er avhengig av blant annet vanntemperatur og tar noen ganger lang nok tid til at uønskede effekter av hydrogenperoksid kan oppstå på miljøet i nærheten av merdene, og nye modelleringsstudier viser at stoffet kan spres i nærmiljøet i konsentrasjoner som kan gi toksiske effekter på det marine livet. Spredningen skjer ikke bare i overflaten, men hydrogenperoksid kan også synke relativt raskt gjennom vannsøylen, noe som må tas høyde for i modeller og risikoevalueringer (Refseth et al., 2016).
Hydrogenperoksid vil i hovedsak fortynnes i overflatevannet når vannsøylen er lagdelt og under rolige vær og strømforhold, men kan synke til bunns når vannsøylen er godt blandet, noe som er vanligere i vinterhalvåret, samme tidspunkt på året som dypvannsreka bærer rogn. I løpet av de siste årene har det vært økt fokus på miljørisikoen knyttet til bruk av hydrogenperoksid og f.eks. har Havforskningsinstituttet nylig påvist negative effekter av hydrogenperoksid på tare i laboratorieforsøk (Haugland et al., 2019). I tillegg rapporterer fiskere om dårligere rekefangster i fjorder som nå har fiskeoppdrett. Selv om det ikke er bevist i storskala-undersøkelser viser laboratoriestudier at dypvannsreker (Pandalus borealis) er sensitive for hydrogenperoksid (Bechmann et al., submitted, Refseth et al., 2016). I tillegg er det andre studier som viser at hydrogenperoksid har negative påvirkninger på krepsdyr, alger og fisk (Dummermuth et al., 2003; Brokke 2015).
Hydrogenperoksid vil i hovedsak fortynnes i overflatevannet når vannsøylen er lagdelt og under rolige vær og strømforhold, men kan synke til bunns når vannsøylen er godt blandet, noe som er vanligere i vinterhalvåret, samme tidspunkt på året som dypvannsreka bærer rogn. I løpet av de siste årene har det vært økt fokus på miljørisikoen knyttet til bruk av hydrogenperoksid og f.eks. har Havforskningsinstituttet nylig påvist negative effekter av hydrogenperoksid på tare i laboratorieforsøk (Haugland et al., 2019). I tillegg rapporterer fiskere om dårligere rekefangster i fjorder som nå har fiskeoppdrett. Selv om det ikke er bevist i storskala-undersøkelser viser laboratoriestudier at dypvannsreker (Pandalus borealis) er sensitive for hydrogenperoksid (Bechmann et al., submitted, Refseth et al., 2016). I tillegg er det andre studier som viser at hydrogenperoksid har negative påvirkninger på krepsdyr, alger og fisk (Dummermuth et al., 2003; Brokke 2015).
Hovedmål
• Å teste ut metoder for nøytralisering av hydrogenperoksid etter avlusning i fiskeoppdrett for å kunne redusere problematikken med negativ påvirkning av hydrogenperoksid på marine organismer i miljøet ved:
– å sammenligne hvor raskt prosessen skjer med og uten tilsetningskjemikalier.
– å lage en kost-nytte-analyse som vil være verdifull for næringen ved en eventuell implementering av nøytraliseringsteknikken.
• Å teste ut metoder for nøytralisering av hydrogenperoksid etter avlusning i fiskeoppdrett for å kunne redusere problematikken med negativ påvirkning av hydrogenperoksid på marine organismer i miljøet ved:
– å sammenligne hvor raskt prosessen skjer med og uten tilsetningskjemikalier.
– å lage en kost-nytte-analyse som vil være verdifull for næringen ved en eventuell implementering av nøytraliseringsteknikken.
Delmål
1. Å måle og evaluere nøytralisering av hydrogenperoksid ved relevante vanntemperaturer og lage tabeller over tidsomfang til dette.
2. Å evaluere mulighetene for oppskalering av dette i henhold til fiskehelse, kost-nytte-verdi og praktisk implementering.
3. Å beskrive eventuelle effekter av den nøytraliserte blandingen på dypvannsreke.
4. Å modellere spredning av (delvis) nøytralisert hydrogenperoksid.
1. Å måle og evaluere nøytralisering av hydrogenperoksid ved relevante vanntemperaturer og lage tabeller over tidsomfang til dette.
2. Å evaluere mulighetene for oppskalering av dette i henhold til fiskehelse, kost-nytte-verdi og praktisk implementering.
3. Å beskrive eventuelle effekter av den nøytraliserte blandingen på dypvannsreke.
4. Å modellere spredning av (delvis) nøytralisert hydrogenperoksid.
Nøytralisert hydrogenperoksid som gir ufarlige restprodukter reduserer miljøpåvirkningene fra hydrogenperoksid og bidrar både til bedre havmiljø og til et bedre totalt bransje-rykte i samfunnet. En effektiv nøytralisering gir bedre muligheter til bruk av hydrogenperoksid enn andre avlusningsmidler som ikke kan nøytraliseres like enkelt og som er mer persistente enn hydrogenperoksid. For best mulig implementering i næringen er det viktig med et kost-nytte-perspektiv på de foreslåtte behandlingene. En del stoffer er altfor dyre for at de er realistiske per i dag og derfor vil en se nærmere på rimelige stoffer og stoffer der nøytraliseringsreaksjonen med hydrogenperoksid skjer raskt nok til at kostnader relatert til bruk av brønnbåt eller annen infrastruktur minimeres. Dermed håper man at gevinsten av CleanSulf for næringen blir så stor som mulig.
Prosjektet er delt inn i tre arbeidspakker (AP-er):
AP 1: Små-skala lab test for å sjekke hvor effektivt metoden bryter ned hydrogenperoksid
Utføres av: NIVA (Pernilla Carlsson, Øyvind Garmo) i samarbeid med Akvaplan-niva (Luca Tassara) og pensjonist (Dag Hongve).
Denne vil velge ut og teste nøytraliseringskjemikalier i laboratorieskala og evaluere disse i et kost-nytte-perspektiv med hensyn til restprodukter, tidsbruk for nøytralisering og pris for å kunne gi en anbefaling til industrien om hvilken kjemikalie som har størst potensiale i industribruk. Her vil man søke dialog med industrien for å få belyst viktige aspekter i kost-nytte-analysen.
AP 2: Risikoevaluering – Spredningsmodellering og toksisitetstester
Utføres av: Akvaplan-niva (Gro Harlaug Refseth, Ole Anders Nøst, Luca Tassara) i samarbeid med NORCE Miljø (Shaw Bamber, Renée K. Bechmann, Alessio Gomiero).
Resultater fra AP 1 brukes til innspill til modellering og effekt-tester i AP 2 der man fokuserer på den mest lovende teknikken. Når en finner en god prosedyre som effektivt bryter ned hydrogenperoksid skal det sjekkes om renset behandlingsvann er trygt å slippe ut. Man skal gjøre en risikoevaluering inkludert spredningsmodellering og toksisitetstester som sjekker om utvalgte dypvannsreker tåler å bli eksponert for det rensede behandlingsvannet. Hvis konklusjonen er at det rensede vannet er trygt å slippe ut skal metoden testes i en brønnbåt.
Spredningsmodelleringen vil bli utført med modellen FVCOM (Finite Volume Community Ocean Model, Chen et al., 2003). Akvaplan-niva har gjennom prosjekter i FHF (Refseth et al., 2016 og 2017) utviklet metoder for å simulere utslipp av hydrogenperoksid fra badebehandling i merd og fra brønnbåt. Disse metodene inkluderer modellering av synking av hydrogenperoksid, og modifikasjoner av transportrutinene i modellen slik at de gir best mulig resultater på fortynning. Metodene en har utviklet vil bli implementert i neste offisielle versjon av FVCOM, og publikasjoner på dette er under utarbeiding. Spredningsmodelleringen vil bli satt opp med fin oppløsning (~10m) rundt utslippspunktene, og vil gi meget gode estimater på fortynning.
AP 3: Fullskala test i brønnbåt/merd for å validere at metoden bryter ned hydrogenperoksid like effektivt der som i laben
Utføres av: Akvaplan-niva (Gjermund Bahr, Luca Tassara) i samarbeid med NIVA (Pernilla Carlsson, Øyvind Garmo).
Hvis risikoevalueringen i kombinasjon med de første eksperimentelle testene gir gode resultater, vil man teste den av metodene med størst potensiale i brønnbåt/merd. Her vil det søkes råd fra referansegruppen om samarbeid med aktører som vill prøve ut teknikken. Man vil overvåke konsentrasjonene av hydrogenperoksid i vannet etter nøytralisering og utslipp for å kunne dokumentere effekten av nøytraliseringen i storskala. Hvis ingen kjemikalier betraktes som god nok til storskalatest vil AP 3 fokusere på å finne andre kjemikalier som kan testes i mindre skala. I prosessen med fullskala testing vil en ha tett kommunikasjon med næringen for å sikre praktisk gjennomførbare metoder.
AP 1: Små-skala lab test for å sjekke hvor effektivt metoden bryter ned hydrogenperoksid
Utføres av: NIVA (Pernilla Carlsson, Øyvind Garmo) i samarbeid med Akvaplan-niva (Luca Tassara) og pensjonist (Dag Hongve).
Denne vil velge ut og teste nøytraliseringskjemikalier i laboratorieskala og evaluere disse i et kost-nytte-perspektiv med hensyn til restprodukter, tidsbruk for nøytralisering og pris for å kunne gi en anbefaling til industrien om hvilken kjemikalie som har størst potensiale i industribruk. Her vil man søke dialog med industrien for å få belyst viktige aspekter i kost-nytte-analysen.
AP 2: Risikoevaluering – Spredningsmodellering og toksisitetstester
Utføres av: Akvaplan-niva (Gro Harlaug Refseth, Ole Anders Nøst, Luca Tassara) i samarbeid med NORCE Miljø (Shaw Bamber, Renée K. Bechmann, Alessio Gomiero).
Resultater fra AP 1 brukes til innspill til modellering og effekt-tester i AP 2 der man fokuserer på den mest lovende teknikken. Når en finner en god prosedyre som effektivt bryter ned hydrogenperoksid skal det sjekkes om renset behandlingsvann er trygt å slippe ut. Man skal gjøre en risikoevaluering inkludert spredningsmodellering og toksisitetstester som sjekker om utvalgte dypvannsreker tåler å bli eksponert for det rensede behandlingsvannet. Hvis konklusjonen er at det rensede vannet er trygt å slippe ut skal metoden testes i en brønnbåt.
Spredningsmodelleringen vil bli utført med modellen FVCOM (Finite Volume Community Ocean Model, Chen et al., 2003). Akvaplan-niva har gjennom prosjekter i FHF (Refseth et al., 2016 og 2017) utviklet metoder for å simulere utslipp av hydrogenperoksid fra badebehandling i merd og fra brønnbåt. Disse metodene inkluderer modellering av synking av hydrogenperoksid, og modifikasjoner av transportrutinene i modellen slik at de gir best mulig resultater på fortynning. Metodene en har utviklet vil bli implementert i neste offisielle versjon av FVCOM, og publikasjoner på dette er under utarbeiding. Spredningsmodelleringen vil bli satt opp med fin oppløsning (~10m) rundt utslippspunktene, og vil gi meget gode estimater på fortynning.
AP 3: Fullskala test i brønnbåt/merd for å validere at metoden bryter ned hydrogenperoksid like effektivt der som i laben
Utføres av: Akvaplan-niva (Gjermund Bahr, Luca Tassara) i samarbeid med NIVA (Pernilla Carlsson, Øyvind Garmo).
Hvis risikoevalueringen i kombinasjon med de første eksperimentelle testene gir gode resultater, vil man teste den av metodene med størst potensiale i brønnbåt/merd. Her vil det søkes råd fra referansegruppen om samarbeid med aktører som vill prøve ut teknikken. Man vil overvåke konsentrasjonene av hydrogenperoksid i vannet etter nøytralisering og utslipp for å kunne dokumentere effekten av nøytraliseringen i storskala. Hvis ingen kjemikalier betraktes som god nok til storskalatest vil AP 3 fokusere på å finne andre kjemikalier som kan testes i mindre skala. I prosessen med fullskala testing vil en ha tett kommunikasjon med næringen for å sikre praktisk gjennomførbare metoder.
Resultatene formidles fortløpende i henhold til detaljert prosjektbeskrivelse. Resultater formidles på passende konferanser når resultater foreligger.
-
Norwegian Institute for Water Research (NIVA), Akvaplan-niva, and NORCE. Report no. 7635-2021. 4 May 2021. By Pernilla Carlsson (NIVA), Shaw Bamber (NORCE), Muhammad Umar (NIVA), Renée Bechmann (NORCE), Øyvind Aaberg Garmo (NIVA), Gjermund Bahr (Akvaplan-niva), Luca Tassara (Akvaplan-niva), Alessio Gomiero (NORCE), Ole Anders Nøst (Akvaplan-niva), and Gro Harlaug Refseth (Akvaplan-niva).