In der Aquakultur sind Kreislaufanlagen ein umweltfreundliches und wassersparendes Produktionsverfahren. Hohe Besatzdichten und das Prinzip der Wasserführung im Kreislauf führen jedoch auch zu einem erhöhten Risiko von Infektionskrankheiten. In dem hier beschriebenen Projekt wurde untersucht, wie sich niederfrequenter Ultraschall (nf-US) in Kombination mit der in der Aquakultur bewährten UV-C Bestrahlung zur Kontrolle von Pathogenen einsetzen lässt. Es wurden vergleichende Untersuchungen zur Effizienz von nf-US, UV-C und deren Kombination gegen prokaryotische und eukaryotische Modellorganismen durchgeführt. Während sich UV-C als sehr effektiv gegen Bakterien erwies, konnte die Gesamtkeimzahl mit nf-US nicht reduziert werden. Eine Vorbehandlung des Wassers mit nf-US verringerte jedoch die mittlere Größe der im Wasser suspendierten Partikel und konnte so die Effektivität von UV-C zur Inaktivierung von Bakterien verbessern. Zur Abtötung eukaryotioscher Organismen wird eine deutlich höhere UV-Dosis als zur Kontrolle von Bakterien benötigt. Eine starke Erhöhung der UV-C Dosis ist jedoch durch die dann mögliche photo-induzierte Bildung von Nitrit aus Nitrat limitiert. Alternativ könnte nf-US zur Abtötung eukariotischer Parasiten verwendet werden. Unterschiedlichen Organismen unterscheiden sich stark in ihrer Empfindlichkeit gegenüber nf-US, wobei sich die dosisabhängige Abtötung sehr gut mit Funktionen einer exponentiellen Abnahme beschreiben lässt. Die toxikologische Untersuchung des mit UV-C und/oder nf-US behandelten Wassers mit dem Fischeitest und dem Leuchtbakterientest ergab keinen Hinweis auf die Bildung toxischer Nebenprodukte. Diese Studie zeigt, dass nf-US mit Dosen, die gegen eine Vielzahl an Parasiten wie Ciliaten, Nematoden und Crustaceen wirksam sind, sicher eingesetzt werden kann. Die Kombination von nf-US und UV-C könnte ein geeignetes Verfahren sein, um alle relevanten Pathogene in Kreislaufanlagen zu kontrollieren. / Recirculating aquaculture systems are well-known as environmentally friendly and high water-efficient production systems. The high stocking densities and low water exchange leads to an increased risk of infectious diseases. In this project the combination of low frequency ultrasound (LFUS) with ultraviolet-C (UV-C) light for the control of pathogens was studied. A comparative study about the efficiency of LFUS, UV-C and their combination against prokaryotic and eukaryotic model organisms was performed. Against bacteria, the application of UV-C was very effective, while the application of LFUS was not effective. However, a pretreatment of the water with LFUS decreased the average size of the suspended particles and improved the bactericidal effect of UV-C light. Compared to the low bactericidal dose of UV-C, a much higher UV-C dose was required for inactivation of eukaryotic model organisms. A significant increase of UV-C dose, however, can be limited by the possible photo-induced formation of nitrite from nitrate. Alternatively, LFUS can be used to kill eukaryotic parasites. However, the efficiency of LFUS differed greatly between species and can be well described by functions of an exponential decay. The evaluation of whole effluent toxicity by using the fish egg test and luminescent bacteria test revealed no evidence of toxic disinfection by-products formation during UV-C irradiation and/or LFUS sonication. This study shows that LFUS can be applied safely at energy densities that are effective against a wide range of eukaryotic parasites like ciliates, nematodes and crustaceans. The combination of LFUS and UV-C could provide an appropriate water treatment with respect to all relevant pathogens in recirculating aquaculture systems.

Durch die Nutzung des fischfutterbedingten Nährstoffeintrags für die kombinierte Produktion von Fischen und Pflanzen können Aquaponiksysteme eine nachhaltige Erweiterung von Kreislaufanlagen der Aquakultur (RAS) darstellen. Herkömmliche Aquakulturfutter zielen jedoch auf Fischproduktion mit geringer Umweltbelastung ab und sind somit nicht für die Aquaponik optimiert. Daher weist RAS-Wasser häufig Mängel im Profil gelöster anorganischer Pflanzennährstoffe auf. So war es Ziel dieser Arbeit, die Auswirkungen unterschiedlicher Proteinquellen auf die Nährstoffdynamik in RAS durch Fütterungsversuche mit Afrikanischem Raubwels und Nil-Tilapia zu untersuchen, bei denen Wachstum, gelöste anorganische Nährstoffkonzentrationen im RAS-Wasser und die Ausscheidung von Nährstoffen über den Kot verfolgt wurden. Der Fokus lag auf nachhaltigen alternativen Proteinquellen zu marinem Fischmehl und terrestrischen Pflanzenproteinen: Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege (BSFM), Welsschlachtabfallmehl (CM), Geflügelschlachtabfallmehl (PM) und Geflügelblutmehl (PBM). Experimentalfutter, die phosphorreiches PM und CM enthielten, förderten erhöhte Ausscheidung von löslichem reaktivem Phosphor, erzeugten die besten gelösten N:P-Verhältnisse im RAS-Wasser verglichen mit einer Hydroponik-Nährlösung und ermöglichten in Kombination mit PBM besseres Wachstum beim Wels als ein vergleichbares kommerzielles Futter. In Futtern basierend auf einer einzigen Proteinquelle führte PM bei Wels und insbesondere bei Tilapia zu ähnlichem Wachstum verglichen mit marinem Fischmehl, wohingegen BSFM und PBM bei beiden Arten Wachstumsleistung beeinträchtigte. Meta-Analysen aller Versuche legen nahe, dass höherer Phosphor-, Kalium- und Magnesiumgehalt im Futter erhöhte Ausscheidung dieser Elemente in gelöster Form bedingt, was sie zu Zielnährstoffen in Aquaponikfuttern macht, während die Optimierung des Protein zu Energie-Verhältnisses im Futter die gelösten N:P- und N:K-Verhältnisse im RAS-Wasser verbessern kann. / By using the nutrient input from fish feeds for the combined production of fish and plants, aquaponic systems can be a sustainable extension of recirculating aquaculture systems (RAS). However, conventional aquaculture feeds are optimized for fish production and reduced environmental impact rather than aquaponics. Hence, RAS water is often characterized by deficiencies regarding its dissolved inorganic plant nutrient profile. Therefore, this thesis aimed to explore the effect of purposeful dietary protein choice on nutrient dynamics in RAS through four systematic feeding trials involving African catfish and Nile tilapia in which growth performance, dissolved inorganic nutrient concentrations in RAS water and solid fecal nutrient excretion were tracked. Focus was on sustainable alternative protein sources to marine fish meal and terrestrial plant proteins: black soldier fly larvae meal (BSFM), catfish by-product meal (CM), poultry by-product meal (PM) and poultry blood meal (PBM). Experimental diets including phosphorus-rich PM and CM supported increased excretion of soluble reactive phosphorus, produced the most favorable dissolved N:P ratios in RAS water when compared to a renowned hydroponic nutrient solution, and, combined with PBM, enabled better growth performance in African catfish than a comparable commercial diet. In single protein source diets, PM produced similar growth performance in African catfish and particularly Nile tilapia versus marine fish meal, whereas BSFM and PBM impaired growth performance in both species. Meta-analyses covering all trials suggest that higher dietary phosphorus, potassium and magnesium content leads to their increased excretion in dissolved form, making them target nutrients for aquaponic feed formulation, while the optimization of the dietary protein to energy ratio can further improve dissolved N:P and N:K ratios in RAS water.