DE19616647A1 - Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und der Hydrogencarbonatkonzentrationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hy­ drogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit und die Verwendung dersel­ ben.

In der Aquaristik insbesondere in der Meerwasseraquaristik können im Aquariumwas­ ser die Calcium- und die Hydrogencarbonatkonzentrationen (Gesamthärte und Carbonathär­ te) im Laufe der Zeit durch stetigen Verbrauch beispielsweise durch von kalkbildenden Or­ ganismen wie Muscheln, Steinkorallen, Kalkröhrenwürmer und Kalkalgen absinken. Zur Er­ höhung dieser Konzentrationen gibt es mehrere Techniken:

• 1. Zugabe von Natriumhydrogencarbonat-Natriumcarbonat plus Calciumchlorid bzw. deren wäßrige Lösungen.
• 2. Zugabe von Natriumhydrogencarbonat-Natriumcarbonat bzw. deren wäßrige Lösungen plus Kohlendioxid.
• 3. Zugabe von Calciumoxid oder Calciumhydroxid bzw. deren wäßrige Lösun­ gen bei gleichzeitiger Zugabe von Kohlendioxid durch direkte Zufuhr oder durch starke Belüftung des Wassers.
• 4. Auflösen von Calciumcarbonat-haltigen Gesteinen bzw. Korallenbruch durch Kohlendioxid bzw. Kohlensäure.

Bei den ersten drei Techniken werden zusätzlich zu den Calcium- und Kohlenstoffpuf­ ferkomponenten (Kohlendioxid, Kohlensäure, Hydrogencarbonat, Carbonat) fremde Be­ standteile wie Chlorid- und Natriumionen eingebracht. Diese Fremdionen verändern im Laufe der Zeit das Verhältnis der einzelnen Ionensorten zueinander beträchtlich. Negative Auswirkungen auf die Flora und Fauna des Aquariums sind unvermeidlich.

Technik 3 kann wegen der meist zu schwachen Belüftung (auch in Form von Flotati­ onsanlagen, "Abschäumtechnik") bei hohem Verbrauch der Tiere nicht genügend Kohlen­ stoffpuffer nachliefern. Bei den Techniken, bei welchen direkt Kohlendioxid aus Druckfla­ schen oder anderen Behältern (Gär- oder chemische Reaktionskammern) in das Aquarium­ wasser geleitet wird, besteht die Gefahr der Überdosierung mit Kohlendioxid und darüber hinaus die Gefahr einer Übersäuerung des Aquarienwassers also eines sogenannten pH-Sturzes, da das eingetragene Kohlendioxid im Wasser Kohlensäure bildet, die den pH-Wert absinken läßt.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, wird in die zur Zeit gebräuchlichen Kohlendioxid-Calciumcarbonat-Reaktionskammern 51 (meist "Kalkreaktor" genannt; entsprechend Tech­ nik 4) Kohlendioxid direkt über die Zuleitung 52 in Blasenform dosiert eingeführt. Das Gas löst sich teilweise im Wasser, bildet Kohlensäure und löst langsam das zwischen Gittern 58 befindliche Calciumcarbonat-haltige Gestein bzw. Korallenbruch 57 auf. Zur Steigerung der Ausbeute wird der Wasserinhalt der Reaktionskammer 51 durchmischt. Gleichzeitig wird vom Aquariumwasser ein kleiner Volumenstrom über die Zuleitung 53 zudosiert. Das über­ schüssige mit Calciumionen und Kohlenstoffpuffer versetzte Wasser wird zurück mittels ei­ ner Pumpe 54 in das Aquarium über den Ablauf 55 gepumpt (Fig. 1). Ein Regelventil 56 steuert das Ausmaß des in das Aquarium abfließenden Wassers.

Nachteilig an diesen Systemen ist die ungenaue Dosierung des Kohlendioxids. Bei zu niedriger Einstellung wird die Leistung nicht erreicht und bei zur hoher Einstellung wird der pH-Wert des Wassers zu weit erniedrigt. pH-Werte über 7,0 bis 8,0 sind bei hohem Ver­ brauch der Tiere nicht erreichbar. Das Aquariumwasser wird zwangsläufig angesäuert. Zur Erhöhung der Sicherheit werden diese Reaktoren teilweise mit einer pH-Wertsteuerung ausgerüstet, die die Kohlendioxidzugabe und/oder die Kreislaufpumpe bei Unterschreiten einer kritischen pH-Grenze abschalten. Bei Abschaltung der Kohlendioxidzugabe befindet sich meist noch ein großer Vorrat an gasförmigen Kohlendioxid im Reaktor und säuert das Wasser weiterhin an. Bei Abschaltung der Kreislaufpumpe ist der Reaktor außer Betrieb und erhöht nicht mehr die Konzentrationen an Calciumionen und Kohlenstoffpuffer. Bei Fehlreaktion der pH-Wertsteuerung wird ungehindert das Kohlendioxid eingetragen. Wird der Fehler nicht entdeckt, wird die Fauna und Flora des Aquarium getötet und zumindest ungünstige Reaktionen gefördert (Schmieralgenwuchs).

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen. Weiterhin sollte eine Vorrichtung zur Einstellung von Calcium- und Hydrogen­ carbonatkonzentrationen in wäßriger Flüssigkeit bereitgestellt werden, welche nicht nur einfach handhabbar und wenig anfällig gegenüber mechanischen Störungen sondern auch Gewähr für eine hinreichend dauerhafte Kontrolle und Aufrechterhaltung der Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in wäßriger Flüssigkeit ermöglicht.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hy­ drogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung ein von der wäßrigen Flüssigkeit durchströmtes Begasungsmodul mit einem Modulgehäuse aufweist, welches an eine Zuleitung und an eine Ableitung angeschlossen ist, wobei das Modulgehäuse eine oder mehrere Kohlendioxid durchlässige Hohlfasern umfaßt, die mit ei­ ner Kohlendioxid zuführenden Leitung verbunden sind. Hierbei versteht man unter An­ schluß oder unter Verbindung die flüssigkeitsmäßige Verbindung, also daß z. B. das Bega­ sungsmodul 1 mit der Zuleitung und der Ableitung flüssigkeitsmäßig verbunden ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf die Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung in Gefäßen zur Aufzucht und Zucht von Fauna und Flora.

Das Begasungsmodul 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit einem ein Calci­ umcarbonathaltiges Material, wie Korallenbruch, enthaltenden Reaktor 20 in Verbindung stehen, welcher einen Zulauf 21 und einen Ablauf 22a aufweist. Die Zuleitung 3 des Bega­ sungsmodul 1 steht mit dem Ablauf 22a in Verbindung. Unter dem Begriff in Verbindung stehen wird im Sinne der Erfindung verstanden, daß z. B. der Ablauf und die Zuleitung flüssigkeitsmäßig verbunden sind. Unter Aufrechterhaltung wird im Sinne der Erfindung auch die Einstellung wie Verringerung oder Erhöhung von Calcium- und Hydrogencarbo­ natkonzentrationen verstanden.

Die Erfindung beruht auch darauf, daß man mittels des Reaktors 20 die Auslösung von Calciumcarbonat-haltigem Gestein bzw. Korallenbruch 23 mittels Kohlensäure hervorruft, die durch Eintrag von Kohlendioxid ins Wasser erzeugt wird. Die Begasung des Reaktors 20 wird nicht durch den direkten Eintrag von Kohlendioxid vorgenommen, sondern durch ein im Kreislauf geschaltetes Begasungsmodul 1. Das Kohlendioxid wird mittels Hohlfasern 5 ohne Blasenbildung direkt in dem an den Hohlfasern 5 vorbeiströmenden Wasser gelöst. Ein Gasvorrat kann sich somit nicht anreichern und bei der Abschaltung der Gaszufuhr den pH-Wert des Wasser weiter senken. Als Hohlfasern 5 eignen sich herkömmliche dem Fach­ mann hinreichend bekannte Hohlfasern, welche für Kohlendioxid durchlässig sind. Bei­ spielsweise können auch Kapillarmembranen mit Chemiefasern aus Zellwolle, Kunststoffen wie Kunststoffseide oder Polymermembranen Verwendung finden.

Die Hohlfasern 5 können Kohlendioxid in das an sie vorbeiströmende Wasser maximal bis zur Sättigung aufgrund der großen Oberfläche der Hohlfasern 5 einbringen. Bei niedri­ ger Kohlendioxidkonzentration im Wasser wird mehr Gas gelöst als bei hoher Kohlendi­ oxidkonzentration. Somit reagiert das System automatisch auf unterschiedliche Kohlendi­ oxidkonzentrationen im Wasser - es paßt sich der am Regelventil 42, auch Ventil oder Ventileinrichtung 42 genannt, eingestellten Leistung des Reaktors an. Das bedeutet, daß mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Steuerung der Kohlendioxidkonzentration in der wäßrigen Flüssigkeit auf einfache und leicht handhabbare Weise ermöglicht wird, oh­ ne daß diese im Gegensatz zum Stand der Technik den Einsatz von komplizierten und damit anfälligen Steuerungssystemen erforderlich macht.

Durch Schaltung des Begasungsmoduls 1 an der Druck- oder Saugseite der Kreislauf­ pumpe 7 wird ein optimaler Eintrag des Kohlendioxids gefördert. Das Calciumcarbonat­ haltige Material 23 kann als kalkhaltiges Granulat als Festbett vorliegen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes liegt das Calciumcarbonat­ haltige Material 23 als kalkhaltiges Granulat als Wirbelschicht vor. Dadurch wird aufgrund der hinreichenden Durchströmung des Granulats im Reaktor 20 mit Kohlendioxid-haltiger Flüssigkeit aus dem Begasungsmodul 1 eine besonders wirksame Auflösung des Materials erreicht.

Weiterhin zeigt es sich, daß mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine aufwendi­ ge und störanfällige Regelung oder Absicherung des Systems durch pH-Wert-Steuerungen nicht mehr notwendig ist. Das vom Aquarium in den Reaktor 20 gepumpte und im Reaktor 20 angereicherte Wasser fließt nicht direkt in das Aquarium zurück, sondern wird zuvor in das Neutralisationsstufenmodul 40 durch eine Neutralisierungs- bzw. Entgasungsstufe gelei­ tet. Gefüllt ist dieser Reaktorteil ebenfalls mit Calciumcarbonat-haltigem Material 43 bzw. mit Korallenbruch. In der geschlossenen Version reagiert die im Ablaufwasser enthaltene gelöste, überschüssige Kohlensäure am Material und wird neutralisiert bzw. über pH 7,0 angehoben. In der offenen Version tropft das Wasser durch das Material, wird teilweise entgast (Rieselfilter) und ebenfalls neutralisiert sowie anschließend in das Aquarium geleitet.

Unter Neutralisationsstufenmodul 40 des geschlossenen Typs wird eine solche verstan­ den, bei der der Innenraum des Neutralisationstufenmoduls 40, welcher das Calciumcarbo­ nat-haltigem Material 43 enthält, von dem Gehäuse im wesentlichen umschlossen ist; im we­ sentlichen daher, da das Neutralisationsstufenmodul auch Ventile zur Entgasung des Innen­ raums aufweisen kann, die den Inneraum bei Bedarf zum Beispiel bei Entgasung desselben bei überschüssigem Kohlendioxid. Unter Neutralisationsstufenmodul 40 des offenen Typs wird eine solche verstanden, bei der der Innenraum des Neutralisationstufenmoduls 40 mit dem Calciumcarbonat-haltigem Material 43 von dem Gehäuse nicht vollständig umschlos­ sen ist, so daß z. B. eine freie Entgasung des Innenraums ohne Entgasungsventil mit Abgabe von Kohlendioxid jederzeit in die umgebende Luft möglich ist.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit kann die Ab­ leitung 4, die Zuleitung 3, der Ablauf 22a, der Zulauf 21, der Zulauf 22b und/oder die Ab­ leitung 41 eine oder mehrere Pumpen 7 zur Förderung der wäßrigen Flüssigkeit aufweisen. Vorzugsweise ist die Pumpe 7 in dem sogenannten Kreislauf zwischen Reaktor 20 und Be­ gasungsmodul 1 angeordnet, sogenannt deshalb, da ein Teil der transportierten Flüssigkeit je nach Einstellung der Ventileinrichtung 42 oder des Ventils 42 in das Neutralisationsstufen­ modul 40 je nach Erfordernis abgeleitet werden kann. Eine Pumpe 7 ist nicht zwischen dem Ventil 42 und dem Neutralisationsstufenmodul 40 vorgesehen. Das Ventil 42 ist ein her­ kömmliches und kann handbedienbar sein oder statt und/oder in Ergänzung an eine ma­ nuelle Einstellbarkeit an eine oder mehrere Meßeinrichtungen zur Bestimmung von Calci­ um- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in dem Gefäß wie Aquarium etc., Ableitung 4, Zuleitung 3, Ablauf 22a, Zulauf 21 und/oder Zulauf 22b angeschlossen sein, so daß je nach Erfordernis das Ventil den Zulauf an Flüssigkeit zu dem Neutralisationsstufenmodul 40 ein­ stellt. Als Ventil können verwendet werden Regelventile, Schieber, Hähne, Klappen, usw. Die Anordnung des Ventils 42 kann bei Verwendung des Neutralisationsstufenmoduls 40 des geschlossenen oder offenen Typs in dem Zulauf 22b zwischen der Abzweigung 44 und dem Neutralisationsstufenmodul 40 sich befinden. Bei Verwendung des Neutralisationsstu­ fenmoduls 40 des geschlossenen Typs ist die Anbringung des Ventils 42 auch in dem Ablei­ tung 41 möglich.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt auf­ grund einer zeichnerischen Vereinfachung in schematischer, stark vergrößernder Weise oh­ ne Anspruch auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe

Fig. 2 den Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche den Reaktor 20, das Begasungsmodul 1 und das Neutralisationsstufen­ modul 40 umfaßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydro­ gencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit ist an ein z. B. Fischaquarium ange­ schlossen. Die Vorrichtung weist ein von dem Aquariumwasser durchströmtes Begasungs­ modul 1 mit einem Modulgehäuse 2 auf, welches an eine Zuleitung 3 und an eine Ableitung 4 angeschlossen ist. Das Modulgehäuse 2 enthält eine Vielzahl Kohlendioxid durchlässiger Hohlfasern 5, die mit einer Kohlendioxid zuführenden Leitung 6 verbunden sind. Die zufüh­ rende Leitung 6 ist an eine herkömmliche Kohlendioxidquelle angeschlossen. Hierbei liegt beispielsweise liegt die Stromführung der Flüssigkeit im Modulgehäuse 2 und des Kohlen­ dioxidstroms im Gegenstrom. Jedoch kann auch die Stromführung der Flüssigkeit im Mo­ dulgehäuse 2 und des Kohlendioxidstroms im Gleich- oder Kreuzstrom erfolgen.

Der Reaktor 20 des Wirbelschichttyps ist mit Korallenbruchmaterial 23 als Schüttgut gefüllt. Da das auf waagerechten, perforierten Böden 24 lagernde feinkörnige Schüttgut von unten nach oben von Kohlendioxid enthaltendem Aquariumwasser durchströmt wird, stellt sich unter Strömungsbedingungen ein Zustand ein, wobei die Teilchen des Schüttgutes sich innerhalb der Schicht in einer ständigen, wirbelnden Auf- und Abbewegung befinden und so in Schwebe verbleiben. Der Abfluß des Schüttgutes in Fließrichtung wird im Reaktor 20 durch ein Gitter 22 verhindert. Über den Zulauf 21 wird das Aquariumwasser aus dem Aquariumwasser in den Reaktor 20 angesaugt.

Der Ablauf 22a führt das Aquariumwasser über die Zuleitung 3 in das Begasungsmodul 1 und über ein den Durchfluß regelndes Ventil 42 in das Neutralisationsstufenmodul 40. Das an den Hohlfasern 5 vorbeiströmende Aquariumwasser wird mittels einer einstellbaren Pumpe 7 wie Kreislaufpumpe in den Reaktor 20 geführt. Das Ventil 42 weist eine Skala zur Einteilbarkeit des Durchflusses an Aquariumwasser und damit der Sättigung des Aquari­ umwassers mit Kohlendioxid auf, welches je nach Erfordernis eingestellt werden kann. Bei dem Neutralisationsstufenmodul 40 des offenen Gehäusetyps tropft das Aquariumwasser über Korallenbruchmaterial 43.

Alternativ kann in einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes in dem Neutralisationsstufenmodul 40 des geschlossenen Gehäusetyps das Aquariumwasser über Korallenbruchmaterial 43 strömen.

Über die Ableitung 41 des Neutralisationsstufenmoduls 40 fließt das Aquariumwasser entweder aufgrund der Schwerkraft z. B. bei dem des offenen Gehäusetyps in das Aquarium oder im Falle des Einsatzes des Neutralisationsstufenmoduls 40 des geschlossenen Gehäuse­ typs aufgrund des von der Pumpe 7 gelieferten Aquariumwassers in das Aquarium.

Aufgrund des leicht handhabbaren Aufbaus und der guten Zugänglichkeit der einzelnen Bestandteile und der damit verbundenen leichten Wartung als auch wegen der den Einsatz komplizierter Regelungssysteme nicht erforderlich machenden Einstellung und Konstanz von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in wäßrigen Flüssigkeiten eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur ubiquitären Verwendung in Gefäßen wie Fermen­ tern, Aquarien etc. zur Zucht und/oder Aufzucht von lebenden Organismen, wie Mikroor­ ganismen, Pflanzen und Tieren, Vorteile, die in ihrer Gesamtheit aufgrund ihrer Ausgewo­ genheit als unerwartet für den Fachmann anzusehen sind.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein von der wäßrigen Flüssigkeit durchströmtes Begasungsmodul (1) mit einem Modulgehäuse (2) aufweist, welches an eine Zuleitung (3) und an eine Ableitung (4) angeschlossen ist, wobei das Modulgehäuse (2) eine oder mehrere Kohlendioxid durchlässige Hohlfasern (5) um­ faßt, die mit einer Kohlendioxid zuführenden Leitung (6) verbunden sind.

2. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Be­ gasungsmodul (1) mit einem ein calciumcarbonathaltiges Material (23) enthaltenden Reak­ tor 20 in Verbindung steht, welcher einen Zulauf 21 und einen Ablauf (22a) aufweist.

3. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ leitung 3 mit dem Ablauf (22a) in Verbindung steht.

4. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reaktor (20) mit einem Calciumcarbonat-haltigen Neutralisationsstu­ fenmodul (40) in Verbindung steht, welches eine Ableitung (41) aufweist.

5. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Re­ aktor (20) mit dem Calciumcarbonat-haltigen Neutralisationsstufenmodul (40) über den Ablauf (22a) und einen Zulauf (22b) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Neutralisationsstufenmodul (40) mit offenem Gehäuse die wäßrige Flüssigkeit über das calciumcarbonathaltige Material (43) tropfend fließt.

7. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Neutralisationsstufenmodul (40) mit geschlossenem Gehäuse die wäßrige Flüssig­ keit über das calciumcarbonathaltige Material (43) strömt.

8. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zulauf (22b) eine Ventileinrichtung 42 zur Steuerung des Durchflusses in dem Zulauf (22b) aufweist.

9. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentrationen in einer wäßriger Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ableitung (4), die Zuleitung (3), der Ablauf (22a), der Zulauf (21), der Zulauf (22b) und/oder die Ableitung (41) eine oder mehrere Pumpen (7) zur Förderung der wäßrigen Flüssigkeit aufweisen.

10. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentratio­ nen in einer wäßriger Flüssigkeit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (4) eine Pumpe (7) zur Förderung der wäßrigen Flüssigkeit aufweist.

11. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentratio­ nen in einer wäßriger Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reaktor (20) des Wirbelschichttyps das calciumcarbonathaltige Material (23) enthält.

12. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung von Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentratio­ nen in einer wäßriger Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das calciumcarbonathaltige Material Korallenbruch ist.

13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in Gefäßen zur Auf­ zucht und Zucht von lebenden Organismen.

14. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 13 in Gefäßen wie Fermentern, Pflanzen- und/oder Tieraquarien.