DE102005017858A1

DE102005017858A1 - Verfahren und Anlage zur Behandlung und Aufbereitung von Kreislaufwasser aus Aquakulturanlagen

Info

Publication number: DE102005017858A1
Application number: DE102005017858A
Authority: DE
Inventors: Carsten Belz; Ralf-Peter Busse
Original assignee: BUSSE GmbH
Current assignee: BUSSE GmbH
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-10-19
Also published as: WO2006111235A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und Aufbereitung von Kreislaufwasser aus Aquakulturanlagen, welches sowohl bei Süßwasser- als auch bei Salzwasseraquakulturanlagen einsetzbar ist. Dabei wird das Wasser einer teilweisen Denitrifikation unterworfen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und Aufbereitung von Kreislaufwasser aus Aquakulturanlagen, welches anwendbar ist bei Süß- als auch bei Salzwasseraquakulturanlagen.
Vor dem Hintergrund stagnierender beziehungsweise begrenzter Erträge aus der weltweiten Hochsee- und Binnenfischerei gewinnt die Aquakultur zur Deckung des Nahrungs- und Eiweißbedarfes der Menschen zunehmend an Bedeutung.
Unter Aquakultur wird die Bewirtschaftung, Vermehrung und Aufzucht von aquatischen Organismen (Fische, Weichtiere, Krebstiere und Pflanzen) in natürlichen und künstlichen Teichen sowie in Netzkäfigen oder Becken beziehungsweise Aquarien (Zoos) verstanden.
Bei der Intensivtierhaltung in Aquakultur entsteht durch das Futter beziehungsweise die Ausscheidungen der Organismen eine hohe Umweltbelastung in den Binnengewässern beziehungsweise küstennahen Regionen durch das anfallende Abwasser.
Der Verbrauch an natürlichen Wasser- und Nährstoffressourcen ist sehr hoch, da die derzeit angewendeten Verfahren zur Abwasserreinigung beziehungsweise zur Kreislaufwasseraufbereitung nur ungenügend sind und eine vollständige Schließung des Wasserkreislaufs nicht zulassen.
Zusätzlich wird durch die derzeit in der Aquakultur zur Verfügung stehenden Nährstoffquellen die Überfischung von natürlichen Gewässern nicht verhindert, da ein sehr großer Teil des weltweit produzierten und von Wildarten gewonnenen Fischmehls und Fischöls zur Futterherstellung verwendet wird.
Global betrachtet ergibt sich nur eine Entlastung bei der Bereitstellung von „Luxus Fisch", aber keine Entlastung bezüglich der Gesamtbilanz in der generellen Nährstoffversorgung der Menschheit beziehungsweise des Ressourcenverbrauchs.

Gemäß dem Stand der Technik wird die Abwasserreinigung in natürlichen Gewässern wie Seen oder küstennahen Käfigen oder Netzen, die direkt im Meerwasser installiert sind, der Natur überlassen oder, wie in DE 298 06 001 U1 beschrieben, lediglich durch das Abziehen der festen beziehungsweise noch nicht aufgelösten Exkremente unterstützt.

Nachteilig ist die hohe Umweltbelastung, da Fische auch flüssige Ausscheidungen haben, die durch das beschriebene Verfahren nicht erfasst werden und zum anderen die festen Kotbestandteile beim Herabsinken durch die Schwimmbewegung der Tiere zerteilt und in der wässrigen Phase gelöst werden. Als Ergebnis dessen entsteht trübes Wasser und somit eine hohe Gefahr der Selbstvergiftung vor allem durch Ammonium beziehungsweise Sauerstoffarmut.

Bekannt sind auch Verfahren wie in der Offenlegungsschrift DE 38 10 152 A1 beschrieben, die mit einer Flotation von Schwebstoffen durch im Zulaufwasser fein verteilten Luftblasen arbeiten und diesen abgetrennten Stoffstrom dann in einer Abwasserreinigung behandeln und teilweise zurückführen.

Nachteilig ist dabei, dass gelöste Wasserinhaltstoffe, wie die flüssigen Ausscheidungen von z.B. Fischen, nicht flotiert werden können (Gefahr der Selbstvergiftung) und dass nur ein Teil des abgezogenen Teilstroms nach der Reinigung zurückgeführt werden kann. Daraus resultiert ein hoher Wasserverbrauch und es ist kein weitgehend standort-unabhängiger Betrieb durch hohen Frischwasserbedarf möglich.

Bekannt sind auch Verfahren wie in der Offenlegungsschrift Wo 02/100785 A1 beschrieben, die mit einer Schlammabtrennung vor einer Weiterbehandlung des aus einer Aquakultur ablaufenden Wassers, durch in einem Biofilter immobilisierten aeroben und anaeroben Bakterien arbeiten um in zeitlich bzw. örtlich aufeinander folgenden Behandlungsschritten eine Umwandlung von Stickstoffverbindungen zu ermöglichen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, das der Ablauf aus dem Biofilter nicht frei von Bakterien und Schwebstoffe ist, da kein Membranbioreaktor verwendet wird und eine zusätzliche Desinfektion vor dem Wiederverwenden des behandelten Kreislaufwassers notwendig ist. Nachteilig ist auch, das nur ein Teilstrom wiederverwendet werden kann, da Schlamm aus dem Kreislauf abgezogen und entsorgt wird.

Bekannt sind auch Verfahren wie in der Offenlegungsschrift DE 196 23 502 A1 beschrieben, die mit einer Immobilisierung von Mikroorganismen in einem Filtersystem, welches zusätzliche Nährstoffe enthält, arbeiten. Die Mikroorganismen werden, nachdem das Filtersystem erschöpft ist, mitsamt dem Filtersystem entsorgt, als Düngemittel eingesetzt oder kompostiert. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, das sich eine direkte Wiederverwendung als Futter für aquatischen Lebensformen verbietet, da sich im Filter fäkale Verunreinigungen, Krankheitserreger und Parasiten ansiedeln, die der Aquakulturanlage entstammen und eine permanente Infektionsquelle bei einer Wiederverwendung darstellen.

Nachteil all dieser Verfahren ist, das keine Wiederaufbereitung und -verwendung der aus dem Kreislaufwasser abgetrennten bzw. umgewandelten Futterreste und Ausscheidungen der aquatischen Lebewesen erfolgt.

Ein weiterer Nachteil aller dieser Lösungen gemäß dem Stand der Technik besteht darin, dass bei Verwendung der Anlagen und Verfahren nach dem Stand der Technik, dass in diesen Kreislaufanlagen täglich ca. 10% des gesamten Umlaufwassers ausgetauscht werden müssen. Es ergibt sich somit eine hoher Verbrauch an sauberem Wasser und ein hoher Anfall an Abwasser. Küstenferne Meerwasseraquarien entstehen bisher enorme Kosten durch den Wasseraustausch, da das Kreislaufwasser nur durch salzarmes Trinkwasser ergänzt werden kann und mit Meeressalz aufgesalzt werden muss.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe eine Lösung zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik aufhebt und es ermöglicht, positiven Einfluss auf die Bilanz von Aquakulturanlagen zu nehmen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß der Patentansprüche 1 bis 12 und wird nachfolgend anhand der 1 und 2 näher erläutert.

Das Abwasser aus der Aquakulturanlage wird über einen Zulauf 1 in einen Stoffstromauftrenner 2 eingebracht und in diesem in einem ersten Verfahrensschritt in einen stärker verschmutzten und mengenmäßig geringeren Teilstrom 3 und einen geringer verschmutzten, mengenmäßig größeren Teilstrom 4 aufgeteilt.

Diese Teilströme 3 und 4 werden im Weiteren unterschiedlichen Aufbereitungsverfahren unterworfen, bevor sie nach Durchlaufen der gesamten Anlage und somit des gesamten Verfahrens wieder zusammengeführt werden und das Kreislaufwasser, welches wieder über einen Zulauf 11 der Aquakulturanlage zugeführt wird, bilden.

Der stärker verschmutzte und mengenmäßig geringere Teilstrom 3 wird in einen Behälter 5 eingeleitet, welcher als Schlammsammler ausgelegt ist.

Aus dem Schlammsammler 5 wird ein weiterer Behälter 7 mit dem Teilstrom 5.1 beschickt, in welchem das Schlammwasser einer Denitrifikation unterworfen wird. Nach dem Durchlaufen der Denitrifikation, wird das Schlammwasser wieder in den Schlammsammler eingeleitet.

Aus dem Schlammsammler 5 wird das Schlammwasser in einen Behälter 8 geleitet, welcher als weitere Verfahrensstufe als Membranbioreaktor ausgestaltet ist.

In diesem Membranbioreaktor wird das Schlammwasser weitgehend biologisch, vorzugsweise mittels eines Membranbelebungsverfahrens, gereinigt.

Dabei werden mittels geeigneter konstruktiver Lösungen die für die biologische Abwasserreinigung notwendigen Bakterien mit mindestens einer geeigneten Membran im Membranbioreaktor 8 zurückgehalten, so dass der Teilstrom 3 als schwebstoff- und mikroorganismenfreies Filtrat 9 abgeleitet wird.

Der in dem Membranbioreaktor 8 durch den biologischen Abbau entstehende Schlamm als verfahrentechnisches Stoffwechselprodukte und die Biomasse der Mikroorganismen kann einerseits vollständig im Membranbioreaktor 8 veratmet werden oder wird als Teilstrom 11 in die Aquakulturanlage zur Nährungsergänzung der Aquakultur zurückgeführt und eingesetzt.

Das aus dem Membranbioreaktor 8 austretende Filtrat des Teilstromes 3 wird in einen Behälter 10, welcher gleichzeitig als Misch- als auch als Ausgleichsbehälter für die erfindungsgemäße Anlage wirkt, eingeleitet.

Ebenfalls in diesen Behälter 10 eingeleitet wird der volumenmäßig größere Teilstrom 4.

Dieser Teilstrom 4 wird aus dem Behälter 2 in einen Behälter 6 eingeleitet und in diesem dem Verfahrensschritt einer Nitrifikation unterzogen.

In der Nitrifikation sind vorzugsweise Füll- und Aufwuchskörper für die an der Nitrifikation beteiligten Mikroorganismen installiert. Die Durchströmung des Nitrifikationsbehälters 6 erfolgt von unten durch die Füll- und Aufwuchskörper nach oben und ermöglicht ein gleich bleibend weitgehend schwebstofffreies Reinigungsverfahren.

Der aus der Nitrifikation austretende Teilstrom 4 wird direkt in den Misch- als auch als Ausgleichsbehälter 10 eingeleitet.

In diesem Behälter 10 wird als weiterer Verfahrensschritt das Filtrat des gereinigten Teilstromes 3 mit dem gereinigten Teilstrom 4 vermischt.

Darüber hinaus werden mittels des Behälters 10 Volumenstromschwankungen aus der Gesamtanlage ausgeglichen und das sich in dem Behälter 10 befindliche Wasser gegebenenfalls in der Temperatur und anderen chemischen und physikalischen Parametern den Lebensbedingungen der aquatischen Organismen angepasst.

Aus dem Behälter 10 wird das Kreislaufwasser der Aquakulturanlage über einen Zulauf 11 wieder zugeleitet.

In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird mittels einer Pumpe unter Druck das Wasser vor der Zuführung zur Aquakulturanlage über den Zulauf 11 durch eine Sauerstoffanreicherung gepumpt.

In einer weiteren Ausführung werden zur Abtrennung der Belebtschlammorganismen im Membranbioreaktor Membranen verwendet, die für Meersalz durchlässig aber für Mikroorganismen und Schwebstoffe undurchlässig sind.

In einer energetischen Optimierung der erfindungsgemäßen Anlage kann für diese eine Aufstellungsvariante gewählt werden, bei der die Verfahrenstufen so angeordnet werden, dass das Kreislaufwasser nur an einer Stelle angehoben werden muss.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung kann darin bestehen, dass zwischen dem Behälter 8 und dem Behälter 10 ein Behälter 12 angeordnet ist, welcher von dem Teilstrom 3 durchlaufen wird und in dem eine Nährstoffrückgewinnung stattfindet, deren Produkte können wieder an die aquatischen Organismen verfüttert werden und somit wird die Bilanz der gesamten Anlage verbessert.

Diese so gewonnenen Nährstoffe werden mittels einer optionalen Ableitung 13 aus dem Behälter 12 abgeleitet und können direkt oder ggf. mit externen Zuschlagsstoffen veredelt wieder zur Deckung des Nahrungsbedarfs der aquatischen Organismen in die Aquakulturanlage eingespeist oder zur weiteren Verwendung zwischengelagert werden.

Claims

Verfahren zur Behandlung und Aufbereitung von Kreislaufwasser aus Aquakulturanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser aus einer Aquakulturanlage über einen Zulauf 1 aus der Aquakulturanlage in einen Stoffstromauftrenner 2 eingebracht wird und in diesem in einen stärker verschmutzten und mengenmäßig geringeren Teilstrom 3 und einen geringer verschmutzten, mengenmäßig größeren Teilstrom 4 aufgeteilt wird und der Teilstrom 3 in einen Behälter 5 eingeleitet wird, in welchem zeitweilig der Teilstrom 5.1 abgetrennt wird, einer Denitrifikation in Behälter 7 zugeführt und danach wieder in Behälter 5 zurückkehrt und zusammen mit dem durch Behälter 5 geflossenen Stoffstrom in Behälter 8 geleitet und in diesem weitgehend biologisch gereinigt, bevor die Stoffwechselprodukte und die Biomasse der Mikroorganismen vollständig veratmet werden oder als Teilstrom 14 in die Aquakulturanlage zur Nährungsergänzung der aquatischen Organismen zurückgeführt und eingesetzt werden und der Teilstrom 3 als schwebstoff- und mikroorganismenfreies Filtrat 9 abgeleitet wird in einen Behälter 10, welcher gleichzeitig als Misch- als auch als Ausgleichsbehälter für die Anlage wirkt, eingeleitet wird und hier mit dem aus dem Behälter 2 abgehenden Teilstrom 4, welcher zwischen dem Behälter 2 und dem Behälter 10 einer Nitrifikation unterworfen wurde, vermischt und von diesem Behälter wieder in die Aquakulturanlage zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rückzuführende Wasser einer Sauerstoffanreicherung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die biologische Reinigung des Teilstromes 3 mittels eines Membranbelebungsverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur 0,1–10% des stündlich umlaufenden Kreislaufwassers dem Membranbelebungsverfahren unterworfen werden müssen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen für im Wasser gelöstes Salz durchlässig sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen undurchlässig für Mikroorganismen und Schwebstoffe sind.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage besteht aus – einem Behälter 2 zur Stoffstromauftrennung, welcher über einen Zulauf 1 aus der Aquakulturanlage gespeist wird, – einem mit dem Behälter 2 verbundenen Behälter 5 als Schlammsammler, welcher gespeist wird mit dem stärker verschmutzten und mengenmäßig geringeren Teilstrom 3 aus dem Behälter 2 – einem Behälter 7, welcher aus dem Behälter 5 mit einem Teilstrom 5.1 beschickt wird und in welchem dieser Teilstrom 5.1 einer Denitrifikation unterworfen wird und danach wieder in den Behälter 5 zurückzuführen ist, – einem Behälter 8, welcher aus dem Behälter 5 mit dessen Inhalt beschickt wird und welcher als Membranbioreaktor ausgestaltet ist, – einem Behälter 10, welcher gespeist wird aus dem Behälter 8 und dem Behälter 6 und welcher gleichzeitig als Misch- als auch als Ausgleichsbehälter für die erfindungsgemäße Anlage ausgeführt ist – einem Behälter 6, welcher zwischen Behälter 2 und Behälter 10 angeordnet ist und eine Nitrifikation des ihn durchlaufenden Wassers realisiert und – einem Rücklauf 11 zu der Aquakulturanlage.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter 6 Füll- und Aufwuchskörper für die an der Nitrifikation beteiligten Mikroorganismen installiert sind.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage so aufgebaut ist, dass das Kreislaufwasser nur an einer Stelle angehoben wird.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Behälter 8 und dem Behälter 10 ein Behälter 12 angeordnet ist, welcher von dem Teilstrom 3 durchlaufen wird und in dem eine Nährstoffrückgewinnung stattfindet.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in Behälter 10 zur Nährstoffrückgewinnung aus dem Kreislaufwasser gewonnene Substrate keine der Aquakulturanlage entstammenden Fäkalreste, Krankheitserreger oder Parasiten enthalten.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das im Behälter 12 gewonnene Nährstoffe wieder in der Aquakulturanlage an die aquatischen Lebensformen verfüttert werden können.