DE102016002201A1

DE102016002201A1 - Aquaponik-Anlage

Info

Publication number: DE102016002201A1
Application number: DE102016002201.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Jobs; Günther Scheibe; Benjamin Lehmann
Original assignee: Pal-Anlagenbau Abtshagen GmbH
Current assignee: PAL AQUAKULTUR GMBH, DE
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aquaponik-Anlage für eine Pflanzen- und Fischproduktion, die eine Kombination aus einer in einem Gewächshaus angeordneten Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage (2) umfasst, wobei die Aquakultur-Anlage (1) aus mindestens einer Aquakultur-Vorrichtung (3) mit einem der jeweiligen Fischart entsprechenden Ablauf (4), aus einem mechanischen Filter (6), einer, mit einer Frischwasserzufuhr (20) verbundenen, Desinfektion (9), einem biologischen Filter (10) sowie einer Belüftung (12) und/oder einem Sauerstoffbehandler (13) und die Pflanzenzucht-Anlage (2) aus mindestens einer Pflanzenzucht-Vorrichtung (18), einem Speichertank (15), einem Mischtank (16), einem Nährstoffspender (17) und einem mit der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) verbundenen Zwischentank (26) und einem Kondensattank (14) besteht, wobei die Aquakultur-Anlage (1) einen ersten Wasserkreislauf und die Pflanzenzucht-Anlage (2) einen zweiten, vom ersten Wasserkreislauf getrennten, Wasserkreislauf aufweist, sowie dem mechanischen Filter (6) der Aquakultur-Anlage (1) im ersten Wasserkreislauf ein Nachklärer (7) nachgeschaltet ist, der zur Einspeisung eines Teils des vorgereinigten Abwassers aus dem ersten Wasserkreislauf der Aquaponik-Anlage (1) in den zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) mit dem Speichertank (15) der Pflanzenzucht-Anlage (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aquaponik-Anlage für eine Pflanzen- und Fischproduktion.
Aquaponik bezeichnet ein Verfahren, das Techniken der Aufzucht von Fischen in Aquakultur und der Kultivierung von Nutzpflanzen in Hydrokultur verbindet¹ Es handelt sich dabei um einen geschlossenen Wasser- und Nährstoffkreislauf, welcher in automatisierten Abläufen bewirtschaftet wird.
Ein Bestandteil ist die Fischzucht oder -Haltung in Behältern oder (seltener) in offenen Teichen. Hier können je nach Bedarf und klimatischen Verhältnissen vor Ort verschiedene Fischarten gehalten werden. Häufig werden Buntbarsche aus der Gattungen Tilapia oder Oreochromis als besonders schnellwachsende und wenig anspruchsvolle Speisefische eingesetzt², z. B. Oreochromis niloticus³ oder Tilapia mariae. Diese können auch mit Algen oder pflanzlicher Nahrung gefüttert werden, allerdings besteht in gemäßigten Klimazonen zusätzlicher Energiebedarf zur Temperierung des Wassers.
Zweiter Bestandteil eines Aquaponik-Systems ist die Pflanzenzucht in anorganischem Substrat ähnlich der Hydrokultur, allerdings unter Verzicht auf die dort verwendete vorproduzierte Nährlösung. Die Nutzpflanzen wachsen meist in Behältern, die mit einem Substrat (z. B. Blähton oder Kies) gefüllt sind und periodisch mit dem nährstoffreichen Wasser aus dem Fischbehälter geflutet werden. Die Kultivierung mit Nährstofffilm-Technik oder Deep Water Culture ist ebenfalls möglich.
Das überlaufende Wasser wird wieder in den Fischtank zurückgeführt.
Das Kiesbett am Grund des Fischtanks sowie das Substrat der Pflanzbehälter ist mit einem Biofilm aus nitrifizierenden Bakterien besetzt, welche Ammonium und Ammoniak der Fischausscheidungen über das Zwischenprodukt Nitrit in Nitrat umwandeln, welches schließlich als Nährstoff den Nutzpflanzen zur Verfügung steht.
In Aquaponik muss das Wasser nicht ausgetauscht oder zusätzlich gefiltert werden, da es in den beschriebenen biologischen Reinigungsprozessen wieder in der für die Fischhaltung benötigten Qualität zur Verfügung steht.
Damit entfällt die ökologische Problematik der Überdüngung natürlicher Gewässer bei ungeregelter Entsorgung von Abwässern aus der Aquakultur.
Frischwasser muss nur bei Verlusten durch Absorption durch die Pflanzen, Evapotranspiration oder der Entnahme von Biomasse aus dem System ergänzt werden. Zusätzlich anfallende Feststoffe aus Fischausscheidungen oder Biofilmen können über ein zwischengeschaltetes Absetzbecken abgetrennt und separat kompostiert Werden, dies ist in Systemen mit Medium aber nur selten notwendig, da das Medium per se gute Filterung bringt.
Zusätzlich anfallende Feststoffe aus Fischausscheidungen oder Biofilmen können über ein zwischengeschaltetes Absetzbecken abgetrennt und separat kompostiert werden. Dies ist in Systemen mit Medium aber nur selten notwendig, da das Medium per se gute Filterung bringt.
Alternativ wird die Wurmkompostierung im Pflanzsubstrat praktiziert, bei der die Feststoffe zersetzt und im Kreislauf erhalten werden.
Der Name Aquaponik ist ein Kofferwort aus Aquakultur und Hydroponik. Unter dem Namen „Integrated Aqua-Vegeculture System”⁴ wurde ein kommerzielles Aquaponiksystem entwickelt, welches die Fischausscheidungen von Tilapia-Buntbarschen durch Algen und Bakterien auf Sandfiltern für die Aufzucht von Tomatenpflanzen aufbereitet⁵.
Die von McMurtry und Sanders begonnene Grundlagenforschung wurde von der University of Virgin Island in einem speziellen Forschungsprogramm für Aquaponik-Aquakultur weiterentwickelt⁶.
Mittlerweile existieren aquaponische Systeme in Kleinstsystemen bis hin zu großen kommerziell genutzten Anlagen. Sie sind auf der ganzen Welt anzutreffen und finden sowohl in Industrie- als auch in Entwicklungsländern Verwendung⁷.
Das Wasser wird im Gewächshaus durch einen geschlossenen Kreislauf gepumpt.
Das Wasser der Fischtanks wird durch einem Filter von Feststoffen befreit und fließt dann in die Pflanzbeete. In deren Substrat bildet sich ein Biofilm mit Bakterien. Wie im natürlichen Stickstoffkreislauf wandeln die Bakterien das Ammonium in den Ausscheidungen der Fische erst zu Nitrit und dann zu Nitrat um. Das Nitrat wiederum dient den Pflanzen als Nahrung und wird so dem Wasser entzogen. Das geklärte Wasser kann dann wieder in den Fischtank fließen. Aquaponik ist also der Versuch den natürlichen Stickstoffkreislauf nachzubauen. Der große Vorteil ist im Wegfallen des Zusatzes von Dünger wie in klassischen Hydrokulturen und das Klären des Wassers wie in herkömmlichen Aquakulturen⁸.
In der DE 60 018 538 T2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer integrierten Landwirtschaft beschrieben, wobei Geflügeltiere nahe einem mit Wasser gefüllten Teich gehalten und Süßwasserfische in dem mit Wasser gefüllten Teich gezüchtet werden. Die Ausscheidungen der Geflügeltiere werden in das Wasser des Teichs befördert und das Wassers des Teichs wird in ein Sprinklersystem gepumpt, wobei des durch das Sprinklersystem gepumpten Wassers auf einer Pflanzenanbaufläche verteilt wird. Das Wasser wird, nachdem es durch den Boden der Pflanzen gesickert ist, gesammelt in den Teich zurückgeführt.
Die Aufbereitung des Wassers des Teichs erfolgt derart, dass der Anteil von Sauerstoff und/oder der Anteil von Ammoniak und/oder der ph-Wert und/oder die Temperatur annähernd auf einen vorgegebenen Wert gebracht wird, wobei ein benötigter Anteil von Sauerstoff in den Teich gepumpt wird, wenn der Sauerstoffanteil zu gering ist, Wasser aus dem Teich in das Sprinklersystem gepumpt wird, wenn der Wert von Ammoniak oder der ph-Wert nicht in ihrem vorgegebenen Bereich liegen und so viel Frischwasser wie nötig in das Sprinklersystem gepumpt wird, wenn der abgelesene Messwert der Mehrfachmessfühler und/oder Sensoren in dem Sprinklersystem für die Messgrößen Sauerstoff, Ammoniak, ph-Wert und Temperatur nicht in einem vorgegeben Bereich liegt.
Eine Aquaponik-Anlage mit geschlossenem Wasserkreislauf wird in der EP 21 58 808 B1 beschrieben, die aus mindestens einer Aquakultur-Einheit und mindestens einer Hydroponik-Einheit besteht, wobei die Aquakultur-Einheit mindestens einen Wasserabfluss aufweist. Der Wasserabfluss ist über ein Einwegeventil mit der Hydroponik-Einheit funktional verbunden, so dass das Wasser aus der Aquakultur-Einheit der Hydroponik-Einheit zugeführt wird. Die Hydroponik-Einheit weist mindestens eine Kühlfalle auf, wobei die mindestens eine Kühlfalle funktional mit der Aquakultur-Einheit zur Rückführung des aus der mindestens einen Kühlfalle der Aquakultur-Einheit gewonnenen Wassers verbunden ist.
Die TWM 486 944 (U) zeigt eine Aquaponik-Anlage, die aus einem Aquakulturbehälter, einem Hydroponikbehälter und einem mit Filtern versehenen Tank besteht, wobei der Aquakulturbehälter über oder unter dem Hydroponikbehälter und beide über den Tank angeordnet sein können. Bei der Anordnung des Aquakulturbehälters über dem Hydroponikbehälter wird das Abwasser aus dem Aquakulturbehälter direkt in den Hydroponikbehälter, aus dem Hydroponikbehälter in den mit Filter ausgestatteten Tank und von dort wieder dem Aquakulturbehälter zugeführt. Bei Anordnung des Hydroponiksbehälters über dem Aquakulturbehälter wird das Wasser aus dem Hydroponikbehälter dem Aquakulturbehälter, von dort dem Filtertank und vom Filtertank dem Hydroponikbehälter zugeführt.
Ein Aquaponik-Produktionssystem (APS) wird in der MX 2012 013 992 (A) offenbart. Das APS ist in vier Bereiche unterteilt, einem Tank für aquatischen Organismen, eine Wasserklärungs Ablagerung, ein erstes biologisches Filter (Bioreaktor) und schließlich der zweite Typ von biologischer Filter, das gleichzeitig als Pflanzbett für Kulturpflanzen verwendet wird und wobei das geklärte und filtrierte Wasser zurück in den Tank von Wasserorganismen fließt.
Das Wasser fließt durch das System in der gleichen Reihenfolge, wie zuvor beschrieben und wird dabei in einem geschlossenen Kreislaufprozess zur Vermeidung der Verschmutzung der natürlichen Wasserquellen geführt, wobei die Pflanzen mit Nährstoffen in einer schnelle und einfache Weise versorgt werden, so dass sich die Pflanzen in einer kurzen Zeit entwickeln können und damit eine höhere Gesamtproduktion erreicht werden. Zur gleichen Zeit wird die Umwandlung und Entfernung von Stickstoff-Abfällen und Substanzen, die potentiell schädlich für aquatische Organismen sind, erreicht.
Ein Aquaponik-System mit minimalem Mittelabflüsse von Abfällen wird in der WO 2014 039 904 A1 dargestellt, wobei ein Abwasserstrom aus Aquakulturen in einer Abfallumwandlungseinheit mit Algen- und Bakterien mineralisiert wird. Die Algen und Bakterien sind auf mehreren horizontalen Platten angeordnet, durch die der Abwasserstrom fließt. Der Strom von Abfällen aus der Abfallumwandlungseinheit durchläuft Tröge, auf denen sich Pflanzen in Hydrokultur befinden, die durch Absorption des mineralisierten Abfalls mit Nährstoffen versorgt werden.
Das Wasser fließt aus diesen Trögen zurück in den Tank für die Aquakulturen.
Das System kann mit einer Luftquelle, einer Lichtquelle und einer Nährstoffquelle in der Abfallumwandlungseinheit ausgerüstet sein. Zusätzlich können die Tröge mit schwimmenden Tabletts versehen werden, um ein breites Spektrum von Pflanzen in Hydrokultur in den Trögen zu züchten.
Die Erfindung gemäß US 2014 047 767 A1 bezieht sich auf ein Aquaponik-System und ein Verfahren zum Betreiben dieses Systems.
Das Aquaponik-System besteht aus einem Tank zur Aufnahme mindestens einer Wassertierart, einer Vorrichtung mit einem Pflanzennährmedium zur Aufnahme eines oder mehrerer Pflanzenarten, die in einer wässrigen Umgebung wachsen, einem Biofilter-Modul, einer Feststoffentfernungseinrichtung und einer Vorrichtung zur Verwertung von biologischen Abfallstoffe, wobei eine biologische Spezies zum Aufschließen der Feststoffe als Pflanzennährstoffe eingesetzt wird.
Die Pflanzennährstoffe werden der Vorrichtung mit einem Pflanzennährmedium übertragen und zumindest ein Teil des Wassers wird in den Tank für die Wassertiere zurückgeführt.
Eine modulare Aquaponik-Anordnung, beschrieben in der US 2013 047 508 A1 , enthält einen Rahmen, mindestens einem Behälter für die Aquakultur und mindestens einen Behälter für die Hydroponik-Kultur, der an die zu züchtenden Pflanzen angepasst ist. Eine Leuchte ist innerhalb des Rahmens oberhalb des mindestens eines Behälters der Hydroponik-Kultur und der Behälter der Aquakultur ist nahe dem Boden des Rahmens angeordnet. Ein Wasserumlaufsystem ist zum Zirkulieren von Wasser aus dem Behälter der Aquakultur durch den zumindest einen Behälter der Hydroponik-Kultur und zurück in den Behälter für die Aquakultur vorgesehen. In einer weiteren Ausführungsform umschließt ein Gewächshaus den Rahmen, das Aquarium und andere Komponenten, um eine ästhetisch ansprechende Struktur, die sowohl ein dekoratives und funktionelles Aussehen der Gesamtanlage schafft.
Die TW 483 667 U offenbart eine Aquaponik-Anlage, bei der das Abwasser der Aquakultureinrichtung über einen mechanischen Filter einer Hydrokultur zugeführt wird. Ein Teil des mechanisch gereinigten Wasser aus dem mechanischen Filter wird einem Belüftungsbecken zugeführt und über einen biologischen Filter der Hydrokultur zugeführt.
Die US 8 677 686 B1 offenbart ein Aquaponik-System, in dem, getrennt von den Aquakultur-Anlagen, zwei Abwasserströme erzeugt. Im ersten Durchflussstrom wird aus dem Abwasser nährstoffreiches Wasser erzeugt und für Hydrokultur Pflanzenwachstum verwendet. Das nährstoffarme Wasser, das aus der Hydrokultur mit Pflanzenwachstum resultiert, wird wieder dem Fischbecken zugeführt, um den Zyklus fortzusetzen. In dem zweiten Fließstrom werden die absetzbare Feststoffe aus dem Abwasser getrennt und in nährstoffreichen Schlamm umgewandelt und als feste oder halbfeste Substrate für das Pflanzenwachstum eingesetzt.
Das überschüssige nährstoffreiche Wasser aus dem zweiten Fließstrom wird abgeleitet und zurück in die erste Strömung eingespeist, wodurch Wasser und Nährstoffen innerhalb des Systems gespart werden.
In der DE 10 2013 217 286 B4 wird eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus beschrieben, die mindestens eine Rohrleitung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus von einem Fluid durchströmt wird, und eine Trägereinrichtung zum Anordnen der mindestens einen Rohrleitung in einem Gewächshaus umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass die Trägereinrichtung zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung ausgebildet ist derart, dass die mindestens eine Rohrleitung zwischen einer oberen Stellung und einer unteren Stellung verstellbar ist. Auf diese Weise wird eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus zur Verfügung gestellt, die zum einen wirtschaftlich günstigen Kühlbetrieb bei für Pflanzen günstiger Kühlung ermöglicht, zum anderen aber einen Nachteil durch eventuelle Abschattung eines Lichteinfalls auf Pflanzen vermeidet. Um die an der mindestens einen Rohrleitung entstehende Kondensationsflüssigkeit aufzufangen, ist an der mindestens einen Rohrleitung vorzugsweise eine Kondensatrinne angeordnet. Die Kondensatrinne kann beispielsweise (entlang der Schwerkraftrichtung betrachtet) unterhalb der mindestens einen Rohrleitung angeordnet sein, so dass Kondensationsflüssigkeit von der mindestens einen Rohrleitung in die Kondensatrinne tropfen kann. Die Kondensatrinne kann in Strömungsverbindung mit einem Bewässerungssystem des Gewächshauses stehen. Das in der Kondensatrinne gesammelte Kondensationswasser kann somit in das Bewässerungssystem des Gewächshauses eingeleitet werden, so dass das Kondensat zur Bewässerung der Pflanzen wieder zugeführt werden kann. Die Rohrleitung der Wärmetauschereinrichtung kann als ein Spiralrippenrohr ausgebildet sein. Grundsätzlich können aber auch andere Rohrleitungen verwendet werden, beispielsweise sogenannte Aluflügelrohre oder auch gänzlich anders ausgestaltete Rohrleitungen. Vorzugsweise kommen Rohrleitungen zum Einsatz, die pro Meter Länge eine vergleichsweise große Oberfläche aufweisen, um einen effizienten Wärmeübergang gewährleisten zu können
Hier wird eine Wärmetauschereinrichtung zur Kühlung eines Gewächshauses mit einer Auffangvorrichtung des an den Wärmetauscherrohren entstehenden Kondensats beschrieben, das als Frischwasser in den Wasserkreislauf des Bewässerungssystems eines Gewächshauses eingeleitet wird.
Im Stand der Technik werden Aquaponik-Anlagen offenbart, bei denen das vorgereinigte, von Schwebstoffen befreite und gegeben falls von nitrit- zu nitrathaltigen umgewandelten Abwasser aus Aquakulturen Hydroponik-Anlagen als wässrige Nährstofflösung in Form von nitrathaltigen Wasser zugeführt und danach das Wasser mit verringerten Nitratgehalt aus der Hydroponik-Anlage wieder in die Aquakultur-Anlage eingeleitet wird. Es besteht zwischen beiden Anlagen nur ein Wasserkreislauf, der Verunreinigungen, Keime oder Krankheiten aus der Aquakultur-Anlage und/oder Hydroponik-Anlage in beide Anlagen verbringen kann, die zum vollständigen Verlust der einen oder der anderen Anlage führen kann. Die im Stand der Technik beschrieben Lösungen sind weiterhin auch nur an einer Optimierung des Frischwasserverbrauches in Aquakultur-Anlagen über diesem einen Wasserkreislauf ausgerichtet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kombination aus einer Aquakultur-Anlage und einer Hydroponik-Anlage zur Ausnutzung des vorgereinigten, von Schwebstoff befreiten und in nitrathaltiges umgewandeltes Abwasser als Nährstofflösung für die Hydroponik-Anlage zu entwickeln, bei der eine Verunreinigung und Belastungen mit Keimen oder Krankheiten durch eine der beiden Anlagen ausgeschlossen und bei der Frischwasserverbrauch optimiert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Aquaponik-Anlage für eine Pflanzen- und Fischproduktion, bestehend angeordneten Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage (2), gelöst, wobei die Aquakultur-Anlage (1) aus mindestens einer Aquakultur-Vorrichtung (3) mit einem der Fischart entsprechende Ablauf (4), aus einem mechanischen Filter (6), einer, mit einer Frischwasserzufuhr (20) verbundenen, Desinfektion (9), einem biologischen Filter (10) sowie einer Belüftung (12) und/oder einem Sauerstoffbehandler (13) und die Pflanzenzucht-Anlage (2) aus mindestens einer Pflanzenzucht-Vorrichtung (18), einem Speichertank (15), einem Mischtank (16), einem Nährstoffspender (17) und einem Kondensattank (14) besteht, wobei die Aquakultur-Anlage (1) einen ersten Wasserkreislauf und die Pflanzenzucht-Anlage (2) einen zweiten, vom ersten Wasserkreislauf der Aquakultur-Anlage (1) getrennten, Wasserkreislauf aufweist, und wobei im zweiten Wasserkreislauf der Speichertank (15) mit dem Nachklärer (7) und/oder dem mechanischen Filter (6) des ersten Wasserkreislaufes der Aquaponik-Anlage (1) verbunden ist und im zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) nach dem Mischtank (16) ein Zwischenspeicher (26) mit einer nicht dargestellten Belüftung angeordnet ist, der mit der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) verbunden ist.
Der Kondensattank (14) kann mit einer Kondensations- und/oder Kühlvorrichtung (19) der Pflanzenzucht-Anlage (2), dem biologischen Filter (10) zur Aufnahme des Kondensates aus dem biologischen Filter (19) und des Kondensats aus der Kondensations- und Kühlvorrichtung (19) und zum zweiten mit dem Mischtank (16) zur Einspeisung des Kondensats aus dem Kondensattank (14) in den zweiten Wasserkreislauf der Hydroponik-Anlage (2) und/oder mit der Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage (1) verbunden sein, um bei Bedarf das Kondensat aus dem Kondensattank (14) in den ersten Wasserkreislauf der Aquakultur-Anlage (1) einzuspeisen.
Der Nachklärer (7) kann als ein Feststoffabscheider, insbesondere als eine 3-Kammer-Anlage ausgebildet sein, wobei die zweite Kammer des Nachklärers (7) mit einer nicht dargestellten Belüftung verbunden ist.
Der Speichertank (15) ist mit Sensoren zur Messung der Qualität des vorgereinigten Wassers aus dem Nachklärer (7) versehen.
Der Mischtank (16) ist mit dem Nährstoffspender (17) verbunden, wobei im Mischtank (16) das vorgereinigte, nitrathaltige Wasser aus dem Speichertank (15) mit Zusätzen aus weiteren Nährstoffen aus dem Nährstoffspender (17) für die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) gemischt wird. Aus dem Mischtank (16) wird das nitrathaltige, mit weiteren Nährstoffen versehene Wasser in einen Zwischenspeicher (25) geleitet, belüftet und in die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) geleitet.
Im ersten Wasserkreislauf wird das Abwasser der Aquakultur-Vorrichtung (3) über einen der Fischart entsprechende Ablauf (4) aus der Aquakultur-Vorrichtung in einen mechanischen Filter (6) geführt und dort mechanisch gereinigt. Aus dem mechanischen Filter wird das Wasser im ersten Kreislauf in den Nachklärer (7) geführt, dort von Schwebstoffen vorgereinigt und mit Luft beaufschlagt. Danach wird das vorgereinigte Wasser im ersten Kreislauf in die Desinfektion (9), in den biologischen Filter (10) und in den Aufnahmetank (11) eingespeist. Um den Verlust an Wasser in diesem ersten Wasserkreislauf auszugleichen, kann über eine Frischwasserzufuhr (20) und/oder über die Einleitung von Kondensat aus dem Kondensattank (14) frisches Wasser in die Desinfektion (9) eingespeist werden.
Für den zweiten Wasserkreislauf für die Pflanzenzucht-Anlage (2) wird aus dem Nachklärer (7) vorgereinigtes und über eine Belüftung im Nachklärer (7) aus nitrit- in nitrathaltiges umgewandeltes Wasser des Wasserkreislaufes der Aquaponik-Anlage (2) in den Speichertank (15) der Pflanzenzucht-Anlage (2) geleitet und je nach Bedarf aus dem Speichertank (15) in den Mischtank (16) geführt. Im Mischtank (16) wird das Wasser des zweiten Wasserkreislaufes mit weiteren Nährstoffen aus dem Nährstoffspender (17) versetzt. Das Frischwasser aus dem Kondensattank (14) wird ebenfalls in den Mischtank (16) geführt und so der Verlust an Wasser im zweiten Wasserkreislauf ausgeglichen.
Die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) besteht aus mindestens einem Behälter (21), in dem in nicht dargestellten Körben oder anderen Aufnahmegefäße Pflanzen (22) in Hydroponik-, Hydro-, oder Erdkulturen angeordnet sind, wobei der Behälter (21) mit einem Zulauf für das aufbereitete Wasser aus dem Zwischenspeicher (25) und mit einem Ablauf für die Ableitung das verbrauchte Wasser aus der Pflanzenzucht-Vorrichtung (17) in den Speichertank (15) versehen und der Behälter (21) in Richtung des Ablauf geneigt aufgestellt ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die in Körben oder in anderen Aufnahmegefäßen aufgenommenen Hydroponik-, Hydro- oder Erdkulturen. In die Behälter können alle an sich bekannten Kulturen, wie Kulturen auf Blähton und ähnlich eingebracht und zur Pflanzenzüchtung verwendet werden.
Die mindestens eine Aquakulturvorrichtung (3) besteht aus mindestens einem Fischaufzuchtbecken.
Die mindestens eine Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) kann als eine Gemüseproduktionsanlage ausgebildet sein.
In einer Auslegung der Erfindung kann der Behälter (21) als wannenförmiger Trog ausgebildet sein.
In einer weiteren Auslegung der Erfindung kann der biologische Filter (10) als ein Rieselfilter ausgebildet sein.
Die Kondesations- und Kühlvorrichtung (19) kann aus mindestens einer oberhalb der Hydroponik-Vorrichtung (18) und unterhalb der Decke des Gewächshauses angeordneten und in seiner Höhe verstellbaren Kühler (23) mit mindestens einem unterhalb des Kühlers (23) angeordneten Kondensatsammler (24), der mit dem Kondensattank (14) und mit einer Kühlanlage (25) zur Abkühlung des im kreislaufgeführten Kühlmediums für den Kühler (23) verbunden ist, bestehen.
Die Kühleinrichtung (23) kann in einer weiteren Auslegung der Erfindung als ein Rippenrohr oder Kühlplatte und der Kondesatsammler (24) als v-förmige Rinne ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nun an einem Beispiel näher erläutert, wobei die 1 eine schematische Darstellung der Aquaponik-Anlage zeigt und
Bezugszeichenliste

1: Aquakultur-Anlage
2: Pflanzenzucht-Anlage
3: Aquakultur-Vorrichtung
4: Oberer Ablauf
5: Bodenablauf
6: Mechanischer Filter
7: Nachklärer
8: Abfall
9: Desinfektion
10: Biologischer Filter
11: Aufnahmetank
12: Belüftung
13: Sauerstoffbehandler
14: Kondensattank
15: Speichertank
16: Mischtank
17: Nährstoffspender
18: Pflanzenzucht-Vorrichtung
19: Kondensationsvorrichtung
20: Frischwasserzufuhr
21: Behälter
22: Pflanzen
23: Kühler
24: Kondensatsammler
25: Kühlanlage
26: Zwischentank bedeuten.

Die Aquaponik-Anlage besteht aus einer Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage (2), die in einem Gewächshaus plaziert sind. Die Aquakultur-Anlage (1) besteht aus einer Aquakultur-Vorrichtung (3) in Form mindestens eines Fischzuchtbeckens, dessen Wasserumlauf in einem ersten Kreislauf geführt und dabei aufbereitet wird Die Aquakultur-Vorrichtung weist einem der Fischart entsprechende Ablauf (4) auf, über der das Abwasser aus dem Fischzuchtbecken geführt wird. Der dabei entstehende Wasserverlust der Aquakulturvorrichtung (4) wird durch Frischwasser über die Frischwasserzufuhr (29) ergänzt. Die Aquakultur-Anlage (2) weist zur Wasseraufbereitung einen mechanischen Filter (6) zur Absonderung von Schwebstoffen und großkörnigen Verunreinigungen, eine Desinfektion (9), einen als Rieselfilter ausgebildeten biologischen Filter (10), eine Belüftung (12) und einen Sauerstoffbehandler (13), in der das gereinigte und in die Pflanzenzucht-Vorrichtung (3) zurück zuführende Wasser mit gegebenfalls mit O₂ versetzt wird.
Dem mechanischen Filter (6) ist ein Nachklärer (7) in Form eines 3-Kammer-Feststoffabscheiders nachgeordnet, von dem das mittels des mechanischen Filters (6) vorgereinigten und von Sedimenten befreite Wasser wieder in den mechanischen Filter (6) zurückgeführt wird. Im 3-Kammer-Feststoffabscheider (7) wird das Wasser in der zweiten Kammer mit Luft beaufschlagt, um das im, Wasser gelöste Nitrit in Nitrat umzuwandeln. Ein Teil des Wassers mit den gelösten Nitraten wird aus der dritten Kammer des Sedimentabscheiders (7) in den Speichertank (15) der Pflanzenzucht-Anlage (2) geleiten und bildet damit den zweiten Wasserkreislauf für die Pflanzenzucht-Anlage (2). Die Pflanzenzucht-Anlage (2) besteht aus dem Speichertank (15), aus einer Pflanzenzucht-Vorrichtung (18), einem Mischtank (16), der mit einem Nährstoffspender (17) verbunden ist und einem dem Mischtank (16) nachgeschalteten, mit einer Belüftung versehenen, Zwischentank (26) sowie einer Kondensations- und Kühlvorrichtung (19), die aus der Umgebungs-Atmosphäre der Hydroponik-Anlage (2) den Wasserdampf kondensiert, wobei das Kondensat aufgefangen und dem Kondensattank (14) zugeführt wird.
Im Zwischentank (26) wird die Nährstoffflüssigkeit für die Pflanzenproduktion belüftet und der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) zur Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffen zugeführt.
Die Kondensations- und Kühlvorrichtung (19) weist einen aus Kühlplatten oder Rippenrohren bestehenden Kühler (23) mit unter diesem Kühler (23) angeordneten Kondensatsammler (24) auf. Die Kühler (23) sind mit einer Kühlanlage (25) verbunden, die mittels im Kreislauf geführten Kühlmedium die Kühler (23) herunterkühlt, wobei sich der Wasserdampf aus der Umgebungsluft an dem Kühler (23) niederschlägt und über den Kondensatsammler (24) dem Kondensattank (14) zuführt wird. Weiterhin wird die Kondensations- und Kühlvorrichtung (19) dazu genutzt, gegeben falls bei höheren Umgebungstemperaturen die Umgebungsatmosphäre in der Pflanzenzucht-Anlage (1) zu kühlen, wobei sich wiederum Kondensat aus dem in der Umgebungsatmosphäre enthaltenen Wasserdampf am Kühler (23) niederschlägt, der dann in dem Kondensatsammler (24) aufgefangen und dem Kondensattank (14) zugeführt wird.
Die Atmosphäre des Rieselfilters (10) der Aquaponik-Anlage (1) enthält neben CO₂ auch Kondensat und über eine Rohrleitung wird diese Atmosphäre in den Kondensattank (14) geleitet und erhöht einmal den CO₂ Gehalt der Umgebungsatmosphäre der Pflanzenzucht-Anlage (2) und gleichzeitig wird das Wasser der Atmosphäre aus dem Rieselfilter (10) der Aquakultur-Anlage (1) dem zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) zugeführt.
Gleichzeitig kann aber auch bei Bedarf an Frischwasser in der Aquakultur-Vorrichtung (3) nicht nur Frischwasser aus der Frischwasserzufuhr (20) der Aquakultur-Anlage (1) über die Desinfektion (9) sondern auch Kondensat aus dem Kondensattank (14) in die Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage (1) zugeführt werden.
Die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) besteht aus mindestens einem Behälter (21), insbesondere in Form eines wannenförmigen Trogs (21), der über einen Zulauf für aufbereitetes nitrathaltiges Wasser aus dem Mischtank (16) und einem Ablauf für dieses Wasser zum Speichertank (15) verfügt. Der wannenförmige Trog (21) ist mit einer Vielzahl von in Körben gehaltenen Pflanzen (22) versehen, insbesondere von Tomaten und Gurken. In der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) können auch andere Kulturen, wie Erdbeeren, Salate oder Gewürze sowohl in Hydroponik-, Hydro-, Erd- oder anderen bekannten Kulturen in die Behälter (21) eingesetzt und gezüchtet werden. Die Auswahl der in der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) gezüchteten Pflanzen ist nicht allein auf die genannten Pflanzen beschränkt. Es können alle Pflanzen in dieser Aquaponik-Anlage gezüchtet werden.
Im Mischtank (16) wird dem Wasser aus dem Speichertank (15) gegeben falls noch mit weiteren für die Pflanzenproduktion notwendige weitere Nährstoffe aus dem Nährstoffspender (17) angereichert. Dazu sind im Speichertank (15) nicht weiter dargestellte Sonden zu Messung der Zusammensetzung des Wassers angeordnet.
Der Behälter (21) der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) sind in Richtung des Ablaufs geneigt, so dass das in der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) verbrauchte Wasser wieder in den Speichertank (15) fließt. Die Pflanzen erzeugen durch die Pflanzentranspiration Wasserdampf, der in den Kondensationsvorrichtungen (19) oberhalb der Pflanzen und unterhalb der Decke des Gewächshauses in Kondenswasser umgewandelt wird und dem Kondensattank (14) als wieder zu verwendendes Frischwasser über den Mischtank (16) der Pflanzenzucht-Anlage (2) und/oder über die Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage (1) zugeführt wird.
In dem zweiten Wasserkreislauf der Aquaponik-Anlage wird so zumindest ein Teil des nitrithaltigen in nitrathaltiges umgewandeltes Abwasser aus dem Nachklärer (7) der Aquakultur-Anlage (1) zur Wasser- und Nährstoffversorgung der Pflanzenzucht-Anlage (2) verwendet.
Der Vorteil dieser Erfindung ist im Wassermanagement mit sehr geringen Verbräuchen von Frischwasser sowohl in Aquakulturen als auch in der Pflanzenzucht zu sehen, was erheblich zu Senkung der Kosten für eine Aquakultur beiträgt. Durch den Einsatz von nitridhaltigem in nitrathaltiges umgewandeltes Abwasser aus den Aquakulturen und der Einsatz dieses Abwasser als Nährstoffgrundlage für die Pflanzenzucht wird eine weitere wesentliche Kostensenkung bei der Bewirtschaftung beider Kulturen erreicht und vermindert die Umweltbelastung mit nitrathaltigen Abwässern. Durch die zwei getrennten Kreisläufe des Wassers wird die Infektion der Organismen in den Aquakulturen verhindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60018538 T2 [0017]
EP 2158808 B1 [0019]
TW 486944 U [0020]
MX 2012013992 A [0021]
WO 2014039904 A1 [0023]
US 2014047767 A1 [0026]
US 2013047508 A1 [0029]
TW 483667 U [0030]
US 8677686 B1 [0031]
DE 102013217286 B4 [0033]

Claims

Aquaponik-Anlage für eine Pflanzen- und Fischproduktion, bestehend aus einer Kombination aus einer in einem Gewächshaus angeordneten Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage (2), wobei die Aquakultur-Anlage (1) aus mindestens einer Aquakultur-Vorrichtung (3) mit einem der Fischart entsprechende Ablauf (4), aus einem mechanischen Filter (6), einer mit einer Frischwasserzufuhr (20) verbundenen, Desinfektion (9), einem biologischen Filter (10) sowie einer Belüftung (12) und/oder einem Sauerstoffbehandler (13) und die Pflanzenzucht-Anlage (2) aus mindestens einer Pflanzenzucht-Vorrichtung (18), einem Speichertank (15), einem Mischtank (16), einem Nährstoffspender (17) und einem Kondensattank (14) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Aquakultur-Anlage (1) einen ersten Wasserkreislauf und die Pflanzenzucht-Anlage (2) einen zweiten, vom ersten Wasserkreislauf der Aquakultur-Anlage (1) getrennten, Wasserkreislauf aufweist, wobei im zweiten Wasserkreislauf der Speichertank (15) mit einem Nachklärer (7) und/oder dem mechanischen Filter (6) des ersten Wasserkreislaufes der Aquaponik-Anlage (1) verbunden und im zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) nach dem Mischtank (16) ein Zwischenspeicher (26 ) mit einer nicht dargestellten Belüftung angeordnet ist, der mit der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) verbunden ist.
Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensattank (14) der Pflanzenzucht-Anlage (2) mit mindestens einer Kondensations- und/oder Kühlvorrichtung (19) zur Aufnahme des Kondensat aus der Kondensations- und Kühlvorrichtung (19) der Pflanzenzucht-Anlage (2), mit dem biologischen Filter (10) zur Aufnahme des Kondensates aus dem biologischen Filter (1 9) und mit dem Mischtank (16) zur Einspeisung des Kondensats aus dem Kondensattank (14) in den zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) und/oder mit der Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage (1) verbunden ist, um bei Bedarf das Kondensat aus dem Kondensattank (14) in den ersten Wasserkreislauf der Aquakultur-Anlage (1) einzuspeisen.
Aquauponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachklärer (7) als ein Feststoffabscheider ausgebildet ist.
Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachklärer (7) als drei-Kammer-Anlage ausgebildet ist, wobei die zweite Kammer mit einer nicht dargestellten Belüftung verbunden ist.
Aquaponi-Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der biologische Filter (10) als ein Rieselfilter ausgebildet ist.
Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Speichertank (15) mit Sensoren zur Messung der Qualität des vorgereinigten Wassers aus dem Nachklärer (7) versehen ist.
Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischtank (16) mit einem Nährstoffspender (17) verbunden ist.
Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aquakultur-Vorrichtung (1) aus mindestens einem Fischaufzuchtbecken besteht.
Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) aus mindestens einem Behälter (21) zur Aufnahme der Hydroponik-, Hydro-, Erd- oder anderen Kulturen besteht.
Aquaponik-Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (21) als ein wannenförmiger Trog ausgebildet ist.
Aqauponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kondesations- und Kühlvorrichtung (19) aus mindestens einem oberhalb der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) und unterhalb der Decke des Gewächshauses angeordneten und in der Höhe verstellbaren Kühler (23) mit mindestens einem unterhalb des Kühlers (23) angeordneten Kondensatsammler (24) besteht, wobei der Kondesatsammler (24) mit dem Kondensattank (14) und mit einer Kühlanlage (25) zur Abkühlung des im kreislaufgeführten Kühlmediums für den Kühler (23) verbunden ist.
Aqauponik-Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler (23) als Rippenrohr oder Kühlplatte ausgebildet ist.
Aqauponik-Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatsammler (24) als v-förmige Rinne ausgebildet ist.