DE102006019741A1 - Wasserrezirkulationsanlage zum Betreiben von Fischzucht und -mast - Google Patents

Abstract

Zur Wasserrezirkulationsanlage (2), (4), (6), (8) gehört eine überhöht angebrachte Wasserverteilung (16) als eigenständiges Behältnis, von wo aus sowohl über die Zuleitung (24) Fischbecken (2) und Leitung (26) Bioreaktor (6) drucklos Rezirkulationswasser zugeleitet wird. Die Bioreaktoren (6) sind ausgelegt als Wirbelbett-Reaktoren und erhalten vorzugsweise eine steuerbare Luft-Sauerstoff-Begasung (20). Die Fischbecken (2) stehen auf gleicher Höhe wie die Bioreaktoren (6) und der erste Sedimenter (4) sowie der zweite Sedimenter (8). Das mit Kot mehr oder weniger gelastete Prozesswasser in den Fischbecken (2) wird durch reinen Gravitationsdruck, nämlich mit der Durchflussmenge, die über Leitung (24) zufließt, proportional über die Lochgitter (46) und über die Kotabzugsschächte (42) evakuiert, um dann über die Leitung (28) dem Sedimenter (4) zugeführt zu werden. Nach der ersten Filterpassage fließt das Prozesswasser über die Leitung (38) zum Sedimenter (8) und wird nach nochmaliger Filterung in der Pumpenkammer (30) durch eine Niederdruck-Wasserförderanlage (50) zum Wasserverteiler (16) gebracht.

Description

• Bei der Erfindung handelt es sich um eine Wasserrezirkulationsanlage, die an nur einer erhöhten Stelle in einem Wasserverteilerbecken, welches der gesamten Anlage integriert ist, das Prozesswasser zu den weiteren Behältereinrichtungen fließen lässt, um somit drucklos Bio-Filteranlagen, Fischbecken und Kotsedimenter durch reine Gravitationskraft zu durchströmen.
• Aus der DE-PS 38 27 713 und der DE 41 03 402 C1 sind ähnliche Funktionstechniken bekannt. Dort werden mittels eingeblasener Luft unter festsitzende Wabenkörper (Matrix) Auftriebskräfte erzeugt, welche das Prozesswasser in eine Art Kreislauf versetzten können. Die DE 41 03 402 C1 besitzt einige Zwischenwände sowie Grabenzonen, in denen anfallender Kotschlamm koagulieren und sedimentieren kann. Die Entsorgung bzw. Evakuierung des Schlammes geschieht mittels eines Räumers, was in der Praxis erhebliche Mengen Restgeschwebe im Prozesswasser beim Räumen verwirbelt und dieses Feingeschwebe lange Zeit als Trübstoffe im Wasserkreislauf hält.
• Ein Abbau der Kohlenstoffverbindungen und Organischen und Substanzen sowie organischen und anorganischen Stickstoffgruppen über artspezifische Nitrobakter findet in der mit Luft beblasenen Matrix statt. Das heißt, eine Nitrifikations-wirkung über den oxidativen und mikrobiellen Abbau von organischen und anorganischen Stickstoffverbindungen wird über Ammonium-Nitrit-Nitrat zu erwarten sein. Eine Redunanz des sich in diesen Abbaustufen akkumulierenden Nitrates, wird hinsichtlich fehlender anoxischer Zonen nicht sonderlich zu erwarten sein, weil sowohl DE-PS 38 27 213 und DE 41 03 402 C1 diese Einrichtungen vermissen lassen. Es ist unerheblich, ob ein Nitrifikationsprozess mit 4, 6, 8 oder 10 mg/l. gelöstem Sauerstoffgas im Prozesswasser vonstatten geht. Wenn eine 50%tige Sättigung auch ausreichend ist, bleibt bei 100%tiger Sättigung der Nitrifikationsprozess im Wasser ebenso erhalten. Letztlich entscheidet die zu fütternden Bio-Massen (Fische) über Menge des verabreichten Futters pro/d., ob ein Wasseraufbereitungssystem im vollem Umfang, die geforderte Wasserqualität (je nach Fischart) bewältigen kann. Lange Verweilzeiten des Prozesswassers in Festbett Bio-Reaktoren, die von unten begast werden, fördern die Bildung von Eiweißschäumen, die an der Oberfläche überquillen. Die DE 41 03 402 C1 arbeitet mit zwei voneinander unabhängigen Begasungseinrichtungen nach dem HP (Hydraulikpumpprinzip-Mamutpumpe) Luftauftriebsverfahren, wobei eine nicht unerhebliche Energiemenge zur Wasserförderung benötigt wird. Im vorhandenen Falle DE 41 03 402 C1 , befindet sich der Wassereintritt in das Fischbecken an der gleichen Wand, wie der Wasseraustritt. Eine permanente Vollzirkulation im Fischbecken ist so nicht zu erreichen.
• Die Erfindung hat die Aufgabe eine Wasserrezirkulationsanlage zu gewährleisten, deren Funktionalität alle notwendigen Einrichtungen mit einem Minimum an Anschaffungsaufwendungen und Betriebskosten aufweist, sowie keine nennenswerten Baumaßnahmen am Aufstellungsstandort beansprucht und sich dadurch, von allen bisher bekannten Kreislauf-Rezirkulationssystemen deutlich abgrenzt.
• Diese Aufgabe wird von einer im System integrierten Wasserverteilerbehältereinheit, die im folgendem noch genauer beschrieben wird gelöst und damit wird ersichtlich, dass nach diesem Verteilerbecken keinerlei Energie benötigt wird, um den Prozesswasser-Rezirkulationsstrom aufrecht zu erhalten.
• Erfindungsgemäß ist die Sauerstoffanreicherung und Entgasung (Kohlendioxid) des Prozesswassers, sowie die Wasserverteilung zu den Fischbecken und Bioreaktoren unabhängig voneinander einfach auszuführen. So ist es möglich, aus der Pumpenkammer mit hohem hydraulichem Wirkungsgrad trotz geringem Energieverbrauchs, eine eigene Kreislaufführung des Prozesswassers durchzuführen, die zu einem hohen Prozentanteil dazu dient, Entgasung (Kohlendioxid) und Begasung (Sauerstoff) zu gewährleisten. Dadurch wird aber auch die Möglichkeit eröffnet, über einfache Einrichtungen wie Rohre, Rinnen etc. aus der Wasserverteilung Prozesswasser ohne weiteren Energiebedarf zu den weiteren Becken oder Behältereinrichtungen zu leiten. Da alle diese Vorgänge durch reine Fließgravitation vonstatten gehen, ist es möglich, entsprechende Einlaufdurchmesser zu verwenden, um die gewünschte Durchflussmengen zu erhalten.
• Je nach der zu haltenden Fischart, können die Fischbecken sowie die Bio-Reaktoren um ein vielfaches bzw. reduziertes Durchflussvolumen beschickt werden, ohne dass die Energieleistung verändert werden muss, weil der Fördermechanismus die Wasserverteilereinheit mit voller Förderleistung beschicken kann und durch die mittig angebrachte Übersturzeinrichtung alles Prozesswasser im Kreislauf führt. Eine Versorgungsleitung führt zu dem/den Wirbelbett-Bioreaktoren.
• Wie schon erwähnt, entscheiden allein die Dimensionen der Ausflussöffnungen, welche Prozesswassermengen die Bioreaktoren durchfließen sollen, um die benötigte Wasserverweilzeit einzuhalten, damit die gewünschte Nitrifikation über das Vorhandensein von upiquären Mikroorganismen meistens in Form von auf den Matrixkörpern vorkommenden sessillen Nitrosomonas-europaen stattfindet.
• Die Bioreaktoren können mit losem Schuttgut, vorzugsweise aus unverottbarem Material etc. mit einer spezifischen Dichte von unter eins gefüllt werden damit das Bio-Trägermaterial schwimmfähig ist. Zusätzlich sind die Bioreaktoren pro Einheit mit einer Zwischenwand ausgestattet, so dass das Prozesswasser von oben in den Reaktor einfließt, um zwangs-läufig entlang der senkrecht eingebrachten Schottwand nach unten über ein Sieb in den Teil zwei zu fließen und wieder von oben durch ein Siebrohr, was die Schwimmkörperteilchen vor dem Verlust zurück hält, auszufließen, um von da aus über entsprechrechende Leitungen direkt, ohne einen zweiten Sedimenter zu tangieren, in die Pumpenkammer zurück fließt.
• Eine andere Versorgungsleitung führt zu dem/den Fischbecken. Vorzugsweise werden auch hier die Durchflussmengen durch die Querschnittsdimension des Zulaufes bestimmt. Der Zulauf ist zusätzlich mit einem neunzig Grad Winkel ausgeführt. So lässt sich durch drehen, der Wasserzufluss regulieren, bzw. abstellen. Im unteren Teil befinden sich Eintrittsöffnungen, wo das Wasser einfließt, im Schacht hochsteigt und mit der Schmutzfracht über eine Leitung zum Sedimenter geführt wird.
• Der Sedimenter besitzt im vorderen Teil eine senkrecht stehende Schottwand, die zum Boden hin geöffnet ist, um anfallendes Schmutzwasser aufzunehmen. Der Wasserauslauf vom Sedimenter befindet sich auf der gegenüber liegenden Seite etwas tiefer als der Einlauf, um den beanspruchten Gravitationskreislauf zu gewährleisten.
• Der Sedimenter besitzt zwischen Schottwand und Wasserauslauf ein Koagulations-Waben-Röhrensystem, das den gesamten Beckenraum ausfüllt und dessen Kanäle in eine schrägen Winkel entgegensetzt der Fließrichtung stehen. Der Koagulationseffekt aller absetzbaren Stoffe vollzieht sich hier in ca. 25-facher Stärke gegenüber eines Koagulierungsraumes ohne Wabenrohrsystem. Der sich Absetzende Kot sammelt sich in dem Schräggraben und wird zum abzeihen nicht mehr bewegt, sondern durch Öffnen eines Schiebers entsorgt. Dieser Filtereinrichtung wird vorzugshalber noch eine zweite nachgeschaltet, in deren direktem Anschluss sich die Pumpenkammer befindet, von wo aus das Prozesswasser wieder in den Kreislauf über das Verteilerbecken gespeist wird.
• Die Erfindung wird im folgenden, anhand von Erklärungen zu den Zeichnungen und Nummern näher erläutert.
• Schematisch zeigt:
• 1 einen Querschnitt durch ein Wasserrezirkulationssystem zur Fischzucht mit Teilen einer Grundausstattung.
• 2 einen Querschnitt als Draufsicht des gleichen Wasserrezikulationssystems zur Fischzucht mit Teilen einer Grundausstattung.
• Die in 1 und 2 gezeigte Wasserverteilung (16) ist auf das Becken (8) oder an einer anderen Position aufgesetzt und befindet sich über der Pumpenkammer (30). Die Pumpenkammer ist vom Sedimenter (8) durch eine Zwischenwand getrennt. Eine Wasserförderanlage 1, 2 (50) versorgt die Wasserverteilung (16) permanent mit Wasser. Und zwar mengenmäßig der Art, dass ein Vielfaches an Wasser gefördert wird, als in den Fischbecken (2) und den Bioreaktoren (6) benötigt wird. Der sich dadurch ergebende Überschuss stürzt durch die Entgasungsöffnung (18) permanent in die Pumpenkammer (30) zurück. Dabei wird das Wasser über einen Tropfkörper (18), der mit Lochblechen oder ähnlichem ausgestattet ist, möglichst feinperlig geleitet und zerschlagen, um unerwünschte Gase auszustrippen und eine Sauerstoffanreicherung erzielt wird.
• Der Wasserverteilungsraum (16) beherbergt somit permanent die Menge Sauerstoffhaltiges Wasser, die über die Leitung (26) dem/den Bioreaktoren (6) und über die Leitung (24) dem/den Fischbecken zugeführt wird.
• Die Einläufe (26a) und (24a) sind durch ein Winkelstück ausgeführt, dessen Kipp/Drehstellung den Wassermengendurchfluss reguliert bzw. unterbindet. Je nach Einstellung der Position (26a) fließt so die gewünschte Wassermenge über die Zuleitung (26) zum Bioreaktor (6), worin sich eine Schottwand (51) befindet; derart, dass das Prozesswasser zwangsläufig von unten in Abteilung zwei gelangt, um an entgegengesetzter Stelle des Einlaufes im Bioreaktor (6) über die Leitung (40), ohne nochmals durch den Sedimenter zwei (8) zu gelangen, direkt zur Pumpenkammer (30) fließt.
• Der Bioreaktor (6) ist mit einschlägigen Schüttgutstoffen (22) derart mengenmäßig gefüllt, wie über deren Grundfläche m² des angestrebten Metabolismus zum Abbau der restorganischen Substanz und zur Nitrifikation benötigt wird. (max. 0,015 kg m² Futter/d.) So besitzt der Bioreaktor (6) in Verbindung des Prozesswasseraustausches mit Sedimenter (4) und Sedimenter (8) eine hochwertige Abundanz, um den geforderten Metabolismus zu bewältigen. Dem/den Bioreaktoren (6) sind auf gleicher Höhe, pro Kammer Luftausströmer angeordnet (20), die das Schüttgut (22) unten von einem Siebboden (48) gehalten- durch den entstehenden Luftauftrieb ständig hochschieben und es somit in eine sich vertikal drehende Walze versetzen.
• Je nach Einstellung der Position (24a) fließt auch die gewünschte Wassermenge über die Zuleitung (24) zum Fischbecken (2). Gegenüber des Einlaufes (24a) befindet sich in der Ecke (42), die dem Sedimenter (4) am nahesten liegt, ein Kotabzugsschacht (42). Dieser ist am unteren Ende mit Öffnungen versehen, die Kot und alle Futterreste durchlassen (42), sowie auch die Wassermenge des Zulaufes (24a) im Abfluss gewährleistet. Die Öffnungen sind so ausgeführt, dass ihr Querschnitt, keine Fische durchlässt (46). An gleicher Wand, ist eine fest verschließbare Schleuse (44) angebracht, über welche die Fische zur Weiterverarbeitung entnommen werden.
• Nach dem Schacht oder den Schächten (42), fließt das Prozesswasser über die Leitung (28) zum Sedimenter (4). Im vorderen Teil, befindet sich eine senkrecht stehende Schottwand (51), die zum Schrägboden (14/36) hin geöffnet ist, um ankommendes Schmutzwasser von unten durch die Koagulationsrippen (12) zu führen, damit die Schmutzfracht im Sedimentationsblock (10) in der Schrägkammer (14) sedimentieren kann. Linear zur Futtergabe wird der Großteil des anfallenden Kotes mit der sich im Sedimenter (4) befindlichen Wassermenge einschließlich Sedimentationsreservoir (14) über den Zugschieber (32) entsorgt.
• Dieser Filtereinrichtung ist noch eine zweite, Sedimenter (8) nachgeschaltet und wird über die Leitung (38) versorgt. Der Filter bzw. Koagulations- und Sedimentationsvorgang ist identisch mit den Vorgängen in Sedimenter (4). Nach Passage des Sedimenter (8), stützt das Prozesswasser in weiterer Gravitationsfolge in die Pumpenkammer (30), wo es wieder mit aufbereitetem Prozesswasser gemischt wird und dem Kreislauf nochmals zur Verfügung steht.
• Es versteht sich, dass diese Wasserrezirkulationsanlage zur Fischzucht, mehrere Fischbecken (2) Bioreaktoren (6) Sedimenter (4) und (8) enthalten kann. Ein normales System setzt sich zusammen aus:
  Mindestens einem Fischbecken (2)
  Mindestens einem Bioreaktor (6)
  Mindestens ein bis zwei Sedimentern (4)(8)
  Mindestens einem Wasserverteiler (16)
  Mindestens einer Pumpenkammer (30)

2

Fischbecken

4

Sedimenter (4)

6

Bioreaktor

8

Sedimenter (8)

10

Sedimentationsblock

12

Koagulationsrippen

14

Sedimentationsraum

16

Wasserverteilung

18

Entgasung/Begasung mit Tropfenplatten

20

Begasungsausströmer

22

Loses Schüttgut

24

Zufluß Fischbecken

24a

Zufluß Kipprohr

26

Zufluß Bio-Reaktor

26a

Zufluß Kipprohr

28

Zufluß zum Sedimenter (4)

30

Pumpenkammer

32

Schlammablass

34

Rückspülablass

36

Schlammrutsch-Schräge

38

Rückflußleitung zu Sedimenter (8)

40

Rückflußleitung zur Pumpenkammer

42

Kot-Abzugsschacht

44

Fischentnahmeschleuse

46

Lochgitter

48

Siebboden

50

Wasserförderanlage

51

Schottwände

Claims (12)

1. Wasserrezirkulationsanlage mit mindestens einer Wasserverteilereinheit zur Fischzucht und Fischmast mit überfluteten Bioreaktoren (6) zur mikrobiologischen Wasseraufbereitung, insbesondere Nitrifikation und sich im System befindlichen Sedimentationsfiltern (4) und (8), sowie Fischbecken (2) die von nur einer erhöhten Behältereinheit über angeschlossene Verteiler (24) und (26) mit Rezirkulationswasser versorgt werden, DADURCH GEKENNZEICHNET, dass die Wasserzirkulationsanlage eine Pumpenkammer (30) besitzt, in welcher eine Wasserförderanlage (50) eingebaut ist, die das Wasserverteilerbecken (16) mit Prozesswasser versorgt, um von da aus die angebauten Leitungen (24) und (26) drucklos zu durchfließen, weil im Anschluss Fischbecken (2) Bioreaktoren (6) Sedimenter (4) und (8) angebaut sind, die Einlauf und Auslaufeinrichtungen (42) und (46) besitzen, welche auch in den Sedimentationsfiltern (4) und (8) durch eingebaute Schrägkanalwabenblöcke (10) den anfallenden Kot in den integrierten Kammern (14) sammeln, der über die ebenfalls am System angebauten Schlammablassschiebern (32) entsorgt wird, damit das so vorgereinigte Prozesswasser, durch die angebauten Rückflussleitungen (38) und (40), die etwas tiefer angebracht sind, als die Einläufe (26) und (28) zu der Pumpenkammer (30) zurück fließt.
2. Wasserrezirkulationsanlage nach Anspruch 1 DADURCH GEKENNZEICHTNET, dass im Wasserverteilerbecken (16) permanent über die Tropfplatten (18) Sauerstoffreiches Wasser sowohl zu den Fischbecken (2) als auch Bioreaktoren (6) nur durch Kipprohre (24a) und (26a) erfolgt und auch durch andere Absperreinrichtungen und Drosselschieber ausgeführt wird.
3. Wasserrezirkulationsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass die Wasserzuflussmengenregulierung sowohl zu den Fischbecken (2) als auch zu den Bioreaktoren (6) nur durch Kipprohre erfolgen kann.
4. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass sich auf gleicher Ebene Bioreaktoren befinden (6), die mit losem schwimmfähigem Schüttgut gefüllt sind und mindestens eine oder mehrere Schottzwischenwände (51) aufweisen, welche das Prozesswasser zwangsläufig nach unten oder oben, zwischen Einlauf (24a) und Auslauf (40) leiten.
5. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass in den Bioreaktoren zu Kammer eins und zu Kammer zwei (oder mehreren Kammern) durch Belüftungsstäbe (20) feinperlige Luft über Leitungen eingeblasen wird und das Schüttgut (22) dadurch in eine walzenartige Drehrichtung gebracht wird.
6. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass die Fischbecken (2) auf gleicher Höhe stehen wie die Bioreaktoren (6) und der Wasserzufluß aus den Fischbecken (2) von unten über Lochöffnungen (46) durch senkrechtstehenden Abzugskamin (42) erfolgt, und ohne weiteres Gefälle von da aus in einen Sedimenter (4) fließt (28).
7. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass in dem Wasserrezirkulationssystem mindestens zwei Sedimentationsfilter (4) und (8) auf gleicher Höhe wie Fischbecken (2) und Bioreaktor (6) installiert sind und die Höhe der Aus/Überläufe (38) den Gravitationsfluß gewährleistet, sowie die Evakurierung des Sedimentschlammes über Zugschieber (32) erfolgt.
8. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass in den Sedimentationsfiltern (4) und (8) Schrägkanalwaben, (10) Rohr-Koagulationskörper (12) eingebaut sind, die im schrägen Winkel entgegengesetzt der Fließrichtung stehen und durch das Vorhandensein von Kohlestoffverbindungen anoxische Zohnen aufweisen, um auf dem Koagulationsträgermaterial denitrifizierende Bakterien zu beherbergen, (Nitracocos Denitrifikans) die in der Lage sind, sich akkumulierendes Nitrat zu veratmen und dieses in elementaren Stickstoff umzuwandeln, der in die Luftatmosphäre entweicht.
9. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass in den Fischbecken (2) Bioreaktoren (6) Sedimenter (4) und (6) in der Pumpenkammer (30) verlorene fixierte Schrägen (36) angebracht sind, die zum Boden hin hermetisch dicht sind und einen Schrägwinkel aufweisen, der den Schlamm (14) beim Spülvorgang abrutschen lässt.
10. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass zwischen den einzelnen Fischbecken (2) den Bioreaktoren (6) den Sedimentern (4) und (8) der Pumpenkammer (30) Abstände bzw. Hohlräume sein dürfen.
11. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass die weiterzuverarbeitenden Fische über eine Schleusenöffnung (44) entnommen werden.
12. Wasserrezirkulationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 DADURCH GEKENNZEICHNET, dass an nur einer Stelle (50) Prozesswasser angeboten wird und alle weiteren Fließlinien zu Fischbecken (2) Bioreaktoren (6) Sedimenter (4) Sedimenter (8) und Pumpenkammer (30) durch Gravitation erfolgen.