Jednym z naturalnych sposobów usuwania zanieczyszczeń organicznych i związków biogennych ze ścieków, w tym pochodzących z hodowli ryb łososiowatych jest metoda hydrobotaniczna, czyli przebiegająca z wykorzystaniem odpowiednio dobranych roślin.

Podczas chowu ryb powstają zanieczyszczenia rozpuszczalne w wodzie, które w wysokiej koncentracji stanowić mogą poważne zagrożenie dla środowiska wodnego. Głównym źródłem zanieczyszczenia wód w stawach są odchody ryb, wydaliny i resztki niepobranej i niestrawionej paszy. Zanieczyszczenia wód w stawach chowu ryb mają wpływ na rozwój w nich organizmów, w tym niekorzystnych dla bytujących w nich ryb oraz dla organizmów odbiornika wód zrzucanych ze stawów [Bieniarz i in. 2003]. Dużym zagrożeniem jest amoniak (NH3,  NH4), który jest gazem toksycznym, wytwarzanym w czasie rozpadu substancji organicznych (odpadków wydzielanych przez ryby i rośliny wodne) w pierwszej fazie biologicznego cyklu azotowego. W naturze amoniak powstaje jako produkt gnicia substancji białkowych

Ścieki pochodzące z hodowli ryb łososiowatych różnią się właściwościami fizykochemicznymi w zależności od metod hodowli (intensywnej bądź ekstensywnej), miejsca hodowli czy warunków siedliskowych i atmosferycznych. Drobnopęcherzykowe napowietrzanie stawów hodowlanych polega na dostarczaniu tlenu do zbiornika wodnego w sytuacji, gdy ilość tlenu pochodzącego z atmosfery jest niewystarczająca. Warto jednak pamiętać, jak poważne mogą być konsekwencje braku tego pierwiastka dla roślinności i ryb. Napowietrzanie stawów hodowlanych poprawia jakość wody, dotlenia wodę w okresie letnim nie dopuszczając do letniej przyduchy ryb, zimą powoduje powstanie naturalnych przerębli nie dopuszczając do zimowej przyduchy. Stawy są najbardziej popularną formą hodowli. W stawach najczęściej występuje najmniejsze zagęszczenie ryb. Tory (bieżnie)  Typowe tory mają < 50 m długości, głębokość < 1,5 m i wymagają dużej wymiany wody. Tory zazwyczaj mają stosunek długości do szerokości jak 1:10. Większość torów zbudowana jest z betonu, ale niektóre a szczególnie małe zbiorniki są wykonane z innych materiałów takich jak plastik, włókno szklane, oraz geomembrany. Zbiorniki okrągłe (zbiorniki kołowe) stosowane do hodowli ryb łososiowatych są generalnie duże , zazwyczaj między 10 a 30 metrów średnicy. Mniejsze zbiorniki używane są zazwyczaj jako wylęgarnie. Stosunek średnicy do głębokości wynosi od 3:1 do 10:1. Najpopularniejszym materiałem jest beton, stal włókno szklane używane do mniejszych zbiorników. Klatki składają się z worków sieciowych, które są otwarte od góry i zawieszone na pływających ramkach. Klatki mogą być kwadratowe, prostokątne lub okrągłe. Klatki są na ogół stosowane w grupach albo pojedynczo lub połączone ze sobą i przymocowane do podłoża.

Systemy recyrkulacji w akwakulturze ( RAS) wpływają na zmniejszenie poboru wody i mają na celu również  ograniczenie ilości substancji wprowadzanych do środowiska.

Skład ścieków z hodowli ryb łososiowatych zależy od metody akwakultury. W Polsce zwiększa się udział gospodarstw rybackich z systemem obiegu zamkniętego wody RAS. W systemie RAS (wg. Fanizza i in. 2023)  temperatura wody wylotowej wynosiła 15,4 ± 1,0 °C; wysycenie tlenem wynosiło 93,9 ± 5,8 % (poranek), 91,9 ± 5,5% (po południu); pH wynosiło 7,13 ± 0,38; NH4+ 0,95 ± 0,59 mg l-1; NH3 0,002 ± 0,004 mg l-1; NO2- 0,52 ± 0,32 mg l-1.

Zalety RAS – są to systemy lądowe, w których woda jest wykorzystywana ponownie po obróbce mechanicznej i biologicznej. Zalety: oszczędność wody, kontrola jakości wody, wysoki poziom bezpieczeństwa biologicznego i łatwiejsza kontrola produkcji odpadów, w porównaniu do innych systemów produkcji. Wady: wysokie nakłady kapitałowe i wysokie koszty operacyjne. Recyrkulacja staje się rozwiązaniem, gdy woda jest droga, jej ilość jest ograniczona i powinna być ogrzewana. RAS stanowi nadal niewielki ułamek produkcji akwakultury w Europie.

Systemy recyrkulacji (RAS) w akwakulturze wykorzystują wody geotermalne, wpływają na zmniejszenie poboru wody przez filtrowanie i mają na celu również ograniczenie ilości  substancji wprowadzanych do środowiska. Prowadzi się kontrolę temperatury wody, odczynu oraz zawartości związków azotu (amoniaku, tlenków azotu), a także zawartości tlenu, którego znaczenie jest ogromne dla życia zarówno roślin jak i zwierząt wodnych. Przyjmuje się, iż pstrągi wytrzymują wzrost temperatury do 25 °C, przy czym za optymalną temperaturę dla ryb łososiowatych należy uznać 14-18 °C [Goryczko 1999].

Nawet do 95% wody w systemie RAS jest ponownie wykorzystywana, dlatego jej jakość jest absolutnie kluczowa dla zapewnienia optymalnych warunków hodowlanych i ochrony życia ryb.

plankton – organizmy drobne, biernie unoszone przez wodę, dzieli się je na fitoplankton i   zooplankton;

nekton – zwierzęta aktywnie pływające w wodzie;
bentos – organizmy denne autotroficzne i heterotroficzne;

neuston – drobne organizmy żyjące na granicy wody i atmosfery;
pleuston – organizmy pływające po powierzchni wody (głównie rośliny);

psammon – organizmy (rośliny) związane z wilgotnym piaskiem przybrzeżnym.

makrofity – wodne rośliny kwiatowe, mchy, wątrobowce i duże glony.

Peryfiton – zespół drobnych organizmów żywych zasiedlających stałe podłoże (np. muszle, przedmioty i rośliny podwodne) w środowisku wodnym, np. bakterie, okrzemki, glony nitkowate, pierwotniaki, wrotki, nicienie, skąposzczety, larwy owadów. Peryfiton stanowi pokarm dla ślimaków, larw owadów i wielu ryb

Helofity – rośliny błotnopączkowe, geofity bagienne, rośliny błotne – rośliny związane ze środowiskiem błotnym

Hydrofity – rośliny wodne, rośliny wodnopączkowe – rośliny wodne (oprócz planktonu), których pączki odnawiające zimują w wodzie

Wykaz najważniejszych gatunków roślin wykorzystywanych do oczyszczania wody z różnego rodzaju zanieczyszczeń, w tym związków azotu i fosforu oraz metali ciężkich. W wykazie uwzględniono wierzbę wiciową, która nie jest ani hydrofitem ani helofitem, ale ma bardzo szerokie zastosowanie w oczyszczaniu wody.

Miękisz powietrzny, aerenchyma, tkanka powietrzna – jedna z odmian tkanki miękiszowej, która charakteryzuje się dużymi przestworami międzykomórkowymi, wypełnionymi powietrzem. Tkanka powstaje najczęściej w wyniku działalności fellogenu. Może być także efektem przekształcenia kory pierwotnej, a niekiedy drewna.  Aerenchyma występuje u roślin podwodnych, zwiększając ich wyporność i ułatwiając unoszenie. Duża objętość przestworów komórkowych stanowi wewnętrzny zbiornik gazów wykorzystywanych w metabolizmie roślin (tlen i dwutlenek węgla). Przestwory komórkowe mają dużą objętość w części organu znajdującej się pod wodą. Nad wodą, stopniowo tkanka nabiera charakteru typowego dla warstwy korkowej.

Łodygi roślin podwodnych nie wykształcają wiązek naczyniowych, gdyż woda oraz rozpuszczone w niej gazy i sole pokarmowe wchłaniane są całą powierzchnią pędów. Rośliny wodne podobnie jak lądowe potrafią tworzyć pędy podziemne takie jak kłącza czy rozłogi. Organy te charakteryzują się skróconymi międzywęźlami oraz brakiem chlorofilu w komórkach skórki. Często spełniają one dodatkową rolę w wegetatywnym sposobie rozmnażania.

Rośliny pobierają ogromne ilości wody wraz z zawartymi w niej różnymi związkami mineralnymi i organicznymi (również różnego rodzaju zanieczyszczenia). Ma to związek z procesem transpiracji (wyparowania wody przez rośliny w sposób kontrolowany przez aparaty szparkowe lub kutykulę pokrywającą liście), podczas którego wyparowuje ponad 90 procent wody pobranej. Dzięki temu procesowi wiele gatunków roślin o wysokim współczynniku transpiracji ma duże zdolności fitoremediacyjne.

Sit rozpierzchły (Juncus effusus L.)- tworzy duże, gęste kępy do 1,2 m wysokości z gęstą wiązką korzeni. Jest rośliną wieloletnią rosnącą na glebach mokrych, okresowo lub stale zalewanych (podmokłe pastwiska, polany, brzegi zbiorników wodnych, olszyny, brzegi i zakola rzek) i słabo przewietrzanych (poniżej 10% zawartości powietrza).

Oczeret jeziorny, sitowie jeziorne (Schoenoplectus lacustris L.)

Bylina z płożącym się kłączem. Łodygi ciemnozielone, obłe wysokości do 3m. i grubości
1 – 1,5cm. u dołu pokryte purpurowymi pochwami. Liście podwodne taśmowate, niepozorne. Jest to roślina wysoko wyrastająca ponad wodę, silna i żywotna, dobrze oczyszczająca wodę. Zastosowanie: do stawów i większych oczek wodnych. Wymaga pełnego słońca.

Kosaciec żółty (Iris pseudacorus) – kolejny rodzimy gatunek, w pełni mrozoodporny. Można go znaleźć w środowisku naturalnym na brzegach stawów i na podmokłych łąkach. Dobrze rośnie zarówno na stanowisku słonecznym jak i zacienionym. Łodyga wyprostowana, zazwyczaj rozgałęziona, o wysokości do 1 m. System korzeniowy rozrasta się w niesamowitym tempie pobierając z wody składniki pokarmowe (oczyszcza doskonale wodę w zbiornikach i zapobiega rozwojowi glonów).

Pałka szerokolistna, rogoża (Typha latifolia L.)

Preferuje wody eutroficzne, wolno stojące i płycizny. Tworzy zwarte fitocenozy szuwaru właściwego. Występuje głównie w rejonie wód stojących, wolno płynących, eutroficznych (płycizny jezior, stawy, starorzecza, doły potorfowe, rowy, kanały). Często spotykana na torfowiskach niskich i przejściowych. Preferuje glebę bogatą w składniki odżywcze (torf, gytia, muł). Osiąga od 1,5 do 2,5 m wysokości oraz do 2 cm średnicy w połowie długości i 0,3–i 0,7 cm średnicy w górnej części. Rośnie na głębokości od kilkudziesięciu centymetrów do 1 metra.

Trzcina pospolita (Phragmites australis (Cav.)Trin. ex Steud. Jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych gatunków na świecie. W Polsce występuje on pospolicie na niżu oraz niższych partiach gór, rośnie zarówno w wodach stojących, jak i płynących: jeziorach starorzeczach, stawach, gliniankach, zbiornikach astatycznych, kanałach, rzekach i rowach. Często występuje na torfowiskach niskich, przejściowych, łąkach i w wilgotnych zagłębieniach terenu. Opanowuje on wody od oligo- do silnie eutroficznych i zasiedla różne typy podłoży – od mineralnych po organiczne. W wodzie może się rozwijać do 2 m głębokości. Źdźbło jest bardzo grube, o wysokości 2-4 (5) m.

W sztucznym ekosystemie wodnym („Gložan”), w warunkach klimatu umiarkowanego kontynentalnego, przy korzystnej wilgotności podłoża, dzięki stałemu dopływowi ścieków komunalnych populacje trzciny osiągają duże zagęszczenie, średnio 217 szt..m-2. Trzcina pospolita wytwarza w części nadziemnej 144,21 g świeżej masy na roślinę i 77,04 g suchej masy na roślinę. Najwięcej azotu zakumulowały liście, następnie łodygi, a najmniej kwiatostany, tj. 181,07 g.m-2, 97,73  g.m-2 , 23,41  g.m-2 . Tym samym z całej części nadziemnej trzciny usunięto średnio 302,21  g.m-2  azotu. Również najwięcej fosforu usuwały liście, następnie łodygi, a najmniej kwiatostany, odpowiednio 5,72  g.m-2, 4,82  g.m-2 i 2,57 gg.m-2, podczas gdy cała część nadziemna trzciny jest średnio około 13,11  g.m-2 (Nikolić i in. 2023).

Trzcina pospolita pobiera znaczne ilości metali, w tym ciężkich

Rzęsa drobna (Lemna minor) . Rzęsy to jedne z najmniejszych roślin zielnych o długości od 1 do 5 mm  (jedynie rzęsa trójrowkowa osiąga rozmiar od 6 do 10 mm). W sprzyjających warunkach potrafią podwoić swoją liczebność nawet w 48 godzin.

Rzęsę drobną stosuje się w systemie płytkich stawów. System z rzęsą drobną generuje wodę wystarczająco czystą do ponownego użycia. Ta technologia może wykorzystywać każdą wodę ściekową bogatą w składniki pokarmowe, zarówno z produkcji zwierzęcej jak i pochodzenia komunalnego. Rzęsa wykorzystuje składniki pokarmowe ze ścieków do wzrostu, unieruchamiając je w swoich tkankach, przez co zapobiega ich przedostawaniu się do środowiska. Innymi słowy, rzęsa jest rośliną energetyczną przyjazną środowisku i jednocześnie ekonomicznie realnym surowcem do produkcji etanolu i wysokowartościowego białka dla zwierząt.

Zalety i wady wykorzystania rzęsy drobnej przestawione są w tabeli oraz opisane jej wysokie zdolności fitoremediacyjne, a także zdolności do szybkiego wzrostu i produkcji biomasy.

Chemioterapeutyki znane i najczęściej stosowane w profilaktyce oraz zwalczaniu niektórych chorób ryb.

Do najczęściej stosowanych w chwili obecnej, według informacji uzyskanych od hodowców ryb należą: m.in.. chlorek sodu (sól), siarczan miedzi.

Nanopreparaty miedziowe wykazują silne działanie grzybobójcze.

Preparaty miedzi i srebra wykazywały silniejsze działanie bakteriobójcze wobec Pseudomonas aeruginosa, aniżeli wobec Staphylococcus ureus.

Woda z nanomiedzią wykazuje właściwości antybakteryjne w stosunku do większości grup tlenowych bakterii izolowanych z powierzchni skóry – znacząco redukuje liczbędrobnoustrojów.

Hiacynt wodny, hiacynt pływający (Eichhornia crassipes). Pochodzi z tropikalnej Amazonii. Wielkość rośliny uzależniona jest od zawartości składników odżywczych w wodzie (im bardziej żyzna woda, tym większe rośliny). Nie wytrzymuje zbyt niskich temperatur. Jej rola w zbiorniku wodnym jest jednak nie do przecenienia: nie będąc zakorzeniona w dnie, składniki odżywcze pobiera  bezpośrednio z wody. Bardzo efektywnie oczyszcza w ten sposób wodę, nie pozwala rozrosnąć się glonom.

To rośliny służące do ochrony brzegów, rekultywacji, czyszczenia gleby, czyszczenia wody oraz usuwania toksyn. W biologicznym oczyszczaniu wód znajdują zastosowanie niektóre gatunki roślin bagiennych (helofitów) jak i emersyjnych hydrofitów oraz żyjących całkowicie pod wodą hydrofitów submersyjnych. Rośliny te mają szczególne właściwości, dzięki którym możliwe jest usuwanie zanieczyszczeń ze środowiska, przeciwdziałanie rozwojowi procesów geomorfologicznym itp. Hodowane są zwykle na specjalnych paletach, które posiadają wgłębienia w kształcie klina, pozbawione części nadziemnych mogą być transportowane przez kilka dni bez wody. Tylko takie rośliny można stosować na matach wegetacyjnych. Maty wegetacyjne typu Repotex, produkowane są w różnych wariantach jako maty pływające bądź akumulujące wodę.

Fitoremediacja – technologia oczyszczania środowiska (gleby, wód gruntowych i powierzchniowych, osadów ściekowych i powietrza)  wykorzystująca naturalne zdolności roślin do pobierania i gromadzenia substancji zanieczyszczających  lub do ich biodegradacji i rozkładu wewnątrz tkanek

Fitoekstrakcja (fitoakumulacja) – pobieranie zanieczyszczeń (pierwiastków śladowych, azotu i potasu) z gleby przez korzenie i ich akumulacja w tkankach nadziemnych. Rośliny zwane są hiperakumulatorami.

Fitoewaporacja – pobieranie wody wraz zanieczyszczeniami i ich transpiracja przez liście (np. selen i lotne węglowodory)

Fitodegradacja – rozkład zanieczyszczeń wewnątrz tkanek pod wpływem enzymów roślinnych, które katalizują procesy degradacji (nitroreduktazy, fosfatazy, nitrylazy – do rozkładu herbicydów, dehologenazy (rozkład organicznych chlorowcopochodnych), peroksydazy (rozkład fenolu).

Biodegradacja (ryzofiltracja, ryzodegradacja) – obecność roślin stymuluje procesy mikrobiologiczne powodujące rozkład zanieczyszczeń w obrębie ryzosfery, a więc ich rozkład pod wpływem mikroflory i mikrofauny w danym siedlisku.

W wodach zachodzą procesy nitryfikacji oraz denitryfikacji. Denitryfikacja powoduje zmianę zawartości azotanów oraz wzbogacania wody w wolny azot cząsteczkowy, który przy odpowiednich warunkach ulatnia się do atmosfery. Redukcja azotanów zatem prowadzi do zmniejszania się ogólnej zawartości azotu w zbiorniku

To właśnie mikroorganizmy: bakterie, grzyby, glony i pierwotniaki są główną siłą, która decyduje o skuteczności oczyszczania, a ich różnorodność powoduje, że procesy rozkładu zachodzą zarówno na drodze tlenowej, jak i beztlenowej. Każdy z nich bytuje w sprzyjających dla siebie warunkach, co sprawia, że strefy tlenowe i beztlenowe różnią się między sobą składem gatunkowym mikroorganizmów.

Proces nitryfikacji – proces ten zachodzi wszędzie tam, gdzie powstaje wolny amoniak (głównie z rozkładu materii organicznej). Nitryfikacja jest procesem dwuetapowym. W pierwszym etapie bakterie z rodzaju Nitrosomonas przekształcają amoniak lub sole amonowe do azotynów. W drugim etapie bakterie z rodzaju Nitrobacter przekształcają azotyny w azotany. Reakcje te przebiegają bardzo szybko, dlatego poziom azotynów nigdy nie jest wysoki. Bakterie nitryfikacyjne należą do grupy bezwzględnych tlenowców. W związku z tym, proces nitryfikacji przebiega w warunkach tlenowych.

Proces denitryfikacji – jest procesem, w czasie którego redukowane są nieorganiczne formy azotu, takie jak azotany. Proces ten zachodzi w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych. Jest przeprowadzany przez fakultatywne anaerobowe mikroorganizmy. Biologiczne usuwanie azotynów jest prowadzone na drodze dysymilacyjnej lub asymilacyjnej. Organizmy zdolne do asymilacyjnej redukcji azotanów konwertują substraty do azotu amonowego, który służy jako źródło azotu w komórkowych syntezach (Bacterium denitryficans) W przypadku dysymilacyjnej redukcji azotanów produktami są tlenki azotu oraz azot cząsteczkowy (bakterie heterotroficzne: Pseudomonas i Achromobacter). Proces ten odgrywa znaczącą rolę w obiegu azotu w przyrodzie.

Wykaz przykładowych form wierzby wiciowej wykorzystywanych w oczyszczaniu ścieków różnego pochodzenia.