DE19961142A1 - Fish rearing tanks in which the quality of the recirculated water is monitored and controlled by a central processor - Google Patents
Fish rearing tanks in which the quality of the recirculated water is monitored and controlled by a central processorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzucht von marinen Organismen in einem quasi geschlossenen Kreislaufsystem (Die Zusammenfassung von "Vorrichtung und Verfahren" in zwei Alternativen eines Anspruchs wird im Rahmen des Prüfungsverfahrens aufgelöst werden). Die Organismen stellen in dieser technischen Anordnung eine kritische, zu regelnde und zu überwachende Größe dar. Sie werden in runden oder kreisförmigen Aufzuchtbehältern mit entsprechender Bodenausbildung, meist kegelförmig zu einer Spitze hin zulaufend, gehalten und eine bestimmte Zeitdauer aufgezogen, ausgehend von sog. Setzlingen, die während der Zeitdauer gefüttert werden, um ein vorgesehenes Endgewicht zu erreichen. Auch ein Verfahren zur Herabsetzung des Nitratgehaltes von Prozeßwasser aus dem Kreislaufsystem wird vorgeschlagen (Anspruch 20).The invention relates to a method and an apparatus for Raising marine organisms in a quasi closed one Circulatory system (the summary of "device and method" in two alternatives of a claim is within the framework of the examination process be resolved). The organisms pose in this technical Arrangement a critical, controlled and monitored variable They are in round or circular rearing boxes with appropriate soil training, usually conical to one Tapering to the top, held and for a certain amount of time grown, starting from so-called seedlings, which during the Period of time to be fed to an intended final weight to reach. Also a procedure for reducing the Nitrate content of process water from the circulatory system proposed (claim 20).
Verfahren zur artverträglichen Aufzucht von marinen Organismen in Kreislaufanlagen müssen als Stand der Technik bezeichnet werden. Kreislaufanlagen sind solche Anlagen, in denen das Wasser aus den Aufzuchtbecken aufbereitet wird, dann als "Prozeßwasser" bezeichnet, um in gereinigtem, insbesondere in seiner Qualität verbessertem, Zustand wieder in das Aufzuchtbecken zurückgeführt zu werden. Technische Verfahren zur Fischzucht sind beispielsweise beschrieben in Aquaculture Vol. 1 + 2, Ellis Horwood, N. Y. 1990, Handbook of Mariculture, CRC Press Boca Raton 1991 sowie Aquaculture - Principles and Practices, Fishing News Book 1993. Die dabei verwendeten Anlagen werden aufgeteilt in Teichanlagen, Netzkäfiganlagen, offene. Tankanlagen und geschlossene Kreislaufanlagen. Im Gegensatz zu Tankanlagen mit einem selbständigen Durchfluß von Frischwasser wird in Kreislaufanlagen oder "Kreislaufsystemen" das Prozeßwasser aufbereitet und zurückgeführt. Die Frischwassermenge ist dabei typischerweise <10% des Anlagenvolumens pro Tag. Die Aufbereitung des Prozeßwassers erfolgt im Nebenschluß oder im Hauptschluß. Process for the appropriate breeding of marine organisms in circulation systems must be referred to as state of the art become. Circulation systems are systems in which the Water from the breeding tanks is then processed as "Process water" referred to in purified, especially in its quality improved, condition back in the Breeding tanks to be returned. Technical procedures for Fish farming is described, for example, in Aquaculture Vol. 1 + 2, Ellis Horwood, N.Y. 1990, Handbook of Mariculture, CRC Press Boca Raton 1991 and Aquaculture - Principles and Practices, Fishing News Book 1993. The facilities used are divided into pond systems, net cage systems, open ones. Tank systems and closed circulation systems. In contrast to Tank systems with an independent flow of fresh water becomes the in circulatory systems or "circulatory systems" Process water treated and returned. The Fresh water quantity is typically <10% of the System volume per day. The treatment of the process water takes place in the secondary or in the main.
Typische Komponenten einer solchen Aufbereitung sind u. a. Feststoffseparatoren, biologische Filter zur Nitrifikation oder Denitrifikation, Belüftungseinrichtungen, Begasungseinrichtungen, Dosiereinrichtungen für Pufferlösungen und andere Substanzen. Die Einstellung der Wasserqualität erfolgt über eine schrittweise Optimierungen der Komponenten und mit diskontinuierlicher Erfassung einzelner Parameter.Typical components of such processing are u. a. Solid matter separators, biological filters for nitrification or Denitrification, ventilation equipment, Fumigation equipment, dosing equipment for buffer solutions and other substances. The setting of water quality is done by gradually optimizing the components and with discontinuous acquisition of individual parameters.
Aus der DE 38 05 607 C2 (Wilke) ist ein Verfahren dem Fachmann zugänglich, mit dem unter Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas und Nährstoffen ein Blasenschleier ohne größere Turbulenzen im Wasser der Becken entsteht (C2-Schrift, Spalte 1, Zeile 6 und Spalte 5, Zeilen 1 bis 17). Die dort beschriebenen Intensiv- Fischzuchtanlagen sind mit einem "Besatz" von 30 kg/m3 an Fischen (dort Lachsen) erläutert. Es wird außerdem beschrieben, daß der "Belebtschlamm", der sich am Boden des Aufzuchtbehälters absetzt, optimal ausgenutzt werden soll und zur Erzeugung von Fischfutter verwendet wird. Dieser Belebtschlamm soll durch das gleichmäßige Blasenbild aufgewirbelt werden und in der Schwebe gehalten werden, was der Lebensweise vieler Fischarten wie Wels, Aal, Karpfen, Schleie, Scholle, Steinbutt und dergleichen entgegenkommt. Wird der Belebtschlamm nicht aufgewirbelt, so soll der Gasdruck an einem - sauerstoffhaltiges Gas einspeisenden - Aggregat so eingestellt sein, daß ein möglichst gleichmäßiger Blasenschleier gegeben ist, in dem sich viele Fischarten, wie Lachs oder Forellen, die ihr Futter mit den Augen finden müssen, überraschend wohlfühlen.From DE 38 05 607 C2 (Wilke) a method is accessible to the person skilled in the art, with the addition of oxygen-containing gas and nutrients, a bubble curtain is created in the pool water without major turbulence (C 2 script, column 1, line 6 and column 5 , Lines 1 to 17). The intensive fish farming systems described there are explained with a "stock" of 30 kg / m 3 of fish (salmon there). It is also described that the "activated sludge" which settles on the bottom of the rearing tank should be optimally used and used to produce fish feed. This activated sludge is to be whirled up by the uniform bubble pattern and kept in suspension, which is in keeping with the lifestyle of many fish species such as catfish, eel, carp, tench, plaice, turbot and the like. If the activated sludge is not whirled up, the gas pressure on an - oxygen-containing gas - aggregate should be set in such a way that the bubble curtain is as uniform as possible, in which there are many types of fish, such as salmon or trout, which must find their food with the eyes. feel surprisingly comfortable.
Mit dem Problem der Denitrifikation befaßt sich die DE 44 30 077 C2 (Aqua Medic), die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regulierung der Wasserqualität von Aquarien, auch von Salzwasser-Aquarien beschreibt (vgl. dort Spalte 2, Zeile 45). Durch Messung eines Redoxpotentiales und Festlegung von zwei Schwellenwerten auf -50 mV und -300 mV liegen die Grenzen fest, innerhalb derer die Denitrifikation arbeitet. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Redoxpotentials wird über einen Belüfter Luftsauerstoff in eine Mischbox gegeben, wodurch eine Schwefelwasserstoff-Bildung verhindert werden kann. Ein Überschreiten des oberen Grenzwertes zeigt an, daß sich zu wenig organischer Kohlenstoff in der Mischbox befindet und Nitrit sich in größerem Ausmaß als Produkt eines unvollständig reduzierten Nitrats bildet. Es werden dann zusätzlich organische Kohlenstoffverbindungen zugeführt, bis das Redoxpotential wieder sinkt. Auf diese Weise kann die Denitrifizierung (kurz: "Deni") im vorgegebenen Toleranzbereich gehalten werden, wobei alternativ zur Zuführung von Luftsauerstoff über den Belüfter auch die Zugabe von Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel vorgeschlagen wird.The addresses the problem of denitrification DE 44 30 077 C2 (Aqua Medic), which has one method and one Device for regulating the water quality of aquariums, also describes saltwater aquariums (cf. column 2, Line 45). By measuring a redox potential and determining it they are from two threshold values to -50 mV and -300 mV Limits within which denitrification works. At If the specified redox potential is undershot, a Aerator aerator placed in a mixing box, creating a Hydrogen sulfide formation can be prevented. On Exceeding the upper limit indicates that there is too little there is organic carbon in the mixing box and nitrite to a greater extent as a product of an incompletely reduced one Nitrate forms. It then becomes organic Carbon compounds fed until the redox potential again sinks. In this way, denitrification (short: "Deni") are kept within the specified tolerance range, whereby as an alternative to supplying atmospheric oxygen via the aerator also the addition of hydrogen peroxide as an oxidizing agent is proposed.
Aufgabe und Problemstellung der vorliegenden Erfindung ist es, in einem beinahe geschlossenen Kreislaufsystem die Lebensbedingungen von marinen Organismen bei einer sehr intensiven Aufzucht mit einem sehr hohen Besatz zu verbessern, insbesondere eine Wachstumsmaximierung bei einer Verlustminimierung zu ermöglichen. Ebenso ist es Aufgabe, die Wasserqualität bzw. die Aufbereitung des Prozeßwassers zu verbessern bzw. zu optimieren.The object and problem of the present invention is in an almost closed circulatory system Living conditions of marine organisms in a very to improve intensive rearing with a very high stock, in particular maximizing growth in a To enable loss minimization. It is also the task Water quality or the treatment of the process water improve or optimize.
Gelöst wird das mit den Lehren der Ansprüche 1, die als Verfahren und als Vorrichtung die Lösung bilden. Alternativ führt auch Anspruch 20 zum vorgenannten Ziel.This is solved with the teachings of claims 1, which as Process and as a device form the solution. Alternatively Claim 20 also leads to the aforementioned goal.
Es muß bei der Lösung vergegenwärtigt werden, daß Aufzuchttanks oder solche -becken eine zunächst unnatürliche Umgebung für die Wassertiere (marine Organismen) sind. Sie können in solchen Aufzuchtbehältern ungünstigen Lebensbedingungen nur schlecht ausweichen, und deshalb ist anzustreben, diese Lebensbedingungen bei hohem Besatz (Verhältnis von Gewicht aller Organismen zu dem Volumen des Beckens) möglichst gleichförmig gut zu halten und nur geringen Schwankungen zu unterwerfen. Die zur Verbesserung der Wasserqualität in den im wesentlichen abgeschlossenen Kreislaufsystemen eingesetzte Aufbereitungsanlage für das Wasser kann zwar die Qualität einigermaßen aufrechterhalten, ist aber als solches nicht in der Lage, Änderungen des Stoffwechsels und/oder Veränderungen des Verhaltens der marinen Organismen in den Aufzuchtbehältern zu berücksichtigen. Limitierende Umweltbedingungen bedeuten Streßinduktion für die marinen Organismen und daraus folgende Wachstumsdepressionen bzw. einen veränderten Stoffumsatz (energy allocation).It must be remembered in the solution that rearing tanks or such a basin an initially unnatural environment for the Aquatic animals (marine organisms) are. You can in such Breeding containers poor living conditions evade, and therefore one should strive to improve these living conditions with high stocking (ratio of weight of all organisms to the Volume of the pelvis) as uniform as possible and subject to only slight fluctuations. The improvement the water quality in the essentially completed Circulation systems used treatment plant for the water can maintain the quality to some extent, but is as such unable to change metabolism and / or changes in behavior of marine organisms in to take into account the breeding containers. Limiting Environmental conditions mean stress induction for the marine Organisms and resulting growth depressions or one changed material turnover (energy allocation).
Erfindungsgemäß werden deshalb die Umweltverhältnisse in dem Aufzuchtbehälter, oder bei einer Vielzahl von nebeneinander betriebenen Aufzuchtbehältern jeweils individuell, überwacht und gesteuert. Die Wasserqualität wird mit Sensoren erfaßt und gesteuert. Über diese Sensoren ist auch die mittelbare Erfassung des biologischen Status (des momentanen physiologischen Status) der marinen Organismen möglich (Anspruch 1, Anspruch 17). Dazu wird die Sauerstoff-Konzentration, insbesondere in Verbindung mit dem pH-Wert in zumindest einem, vorzugsweise jedem Aufzuchtbehälter individuell gemessen (Anspruch 7), um diese Meßwerte einer Steuereinrichtung zuzuführen, die die Steuerung der Aufbereitung und der Rückführung des aufbereiteten Prozeßwassers in den Aufzuchtbehälter bzw. die vielen Aufzuchtbehälter überwacht und steuert.According to the invention, the environmental conditions in the Rearing tanks, or with a large number of side by side operated breeding containers each individually, monitored and controlled. The water quality is recorded with sensors and controlled. The indirect detection is also via these sensors the biological status (the current physiological status) of marine organisms possible (claim 1, claim 17). To becomes the oxygen concentration, especially in connection with the pH in at least one, preferably each Rearing containers measured individually (claim 7) to this To supply measured values to a control device, which the control the preparation and return of the processed Process water in the rearing tank or the many Breeding container monitors and controls.
Die beiden Größen Sauerstoff-Konzentration und pH-Wert werden miteinander gekoppelt (Anspruch 9), um verläßliche Abschätzungen über den allgemeinen Stoffwechsel, die Stoffwechselaktivität und damit den biologischen Status der marinen Organismen zu erhalten. Dieser biologische Status ist nicht wirklich meßbar, er kann durch die Zusammenfassung der beiden Parameter virtuell gemessen werden und in der Steuereinrichtung als Grundlage für die Steuerung der Aufbereitung oder der Umgebungsbedingungen im Aufzuchtbehälter eingesetzt werden.The two sizes are oxygen concentration and pH coupled with each other (claim 9) to reliable estimates about general metabolism, metabolic activity and thus the biological status of marine organisms receive. This biological status is not really measurable he can virtually by combining the two parameters be measured and in the control device as the basis for the control of the preparation or the environmental conditions in the Breeding containers are used.
Diese Steuerung ist eigentlich eine Regelung. Eine Regelung setzt voraus, daß es einen Sollwert und einen Istwert gibt. Der Istwert wird über eine Stellgröße erreicht, die von einer Regeldifferenz angesteuert wird. Diese Stellgröße nimmt Einfluß auf die Regelstrecke, welche Regelstrecke der Aufzuchtbehälter, die zugehörige Aufbereitungsanlage und das biologische Verhalten der marinen Organismen ist. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß es sich hierbei um eine komplexe, nichtlineare und schwer mit deterministischen Gleichungen zu erfassende Regelstrecke handelt und zudem der eigentliche Istwert der physiologische Status oder biologische Status der Organismen, insbesondere Fische, ist, der mit keinem Sensor direkt erfaßt werden kann. Eine erwünschte Sollwerteinstellung des "biologischen Status" kann deshalb nicht ohne weiteres erfolgen, und auch ein unmittelbarer Istwert (als Meßgröße) für diesen Status ist nicht verfügbar. Allenfalls mittelbare Indizien in den gemessenen Parametern sind erkennbar, die gemäß der Erfindung ausgewertet werden und einen hinreichenden Schluß auf den tatsächlichen "Istwert" der marinen Organismen zuläßt.This control is actually a regulation. A regulation assumes that there is a setpoint and an actual value. The Actual value is reached via a manipulated variable that is controlled by a Control difference is controlled. This manipulated variable has an influence on the controlled system, which controlled system the rearing tank, the associated treatment plant and the biological behavior of marine organisms. It is easy to see that this is a complex, nonlinear and difficult controlled system to be determined with deterministic equations acts and also the actual actual value of the physiological Status or biological status of organisms, in particular Pisces, is that which cannot be detected directly with any sensor. A desired setpoint setting of the "biological status" can therefore not be done easily, and also a immediate actual value (as a measurand) for this status is not available. At best, indirect evidence in the measured Parameters can be seen which are evaluated according to the invention and a sufficient conclusion to the actual "Actual value" of marine organisms.
Mit der Erfindung werden somit optimale Lebensbedingungen zur artverträglichen Haltung geschaffen, die es auch bei Stoffwechseländerungen oder Verhaltensänderungen der marinen Organismen ermöglichen, ausgleichend einzugreifen und die Regelstrecke in einem stabilen oder weitgehend stationären Zustand zu halten.With the invention thus optimal living conditions species-friendly attitude created, which also with Metabolic changes or behavioral changes in the marine Enable organisms to intervene and the Controlled system in a stable or largely stationary Keep condition.
Die Kontrolle sowie Steuerung der Vorrichtung erfolgt durch Ermittlung grundlegender physikochemischer Summenparameter (Anspruch 14), wie Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert sowie dem Oxidations-/ Reduktions-Summenpotential (Redoxpotential) zur virtuellen Ermittlung der beschriebenen übergeordneten "Regelgröße" (die mit dem Sollwert bei funktionierender Regelung übereinstimmt), auf der Basis des grundlegenden Wissens über Biologie und über Physiologie des jeweils in einem Aufzuchtbehälter gehaltenen marinen Organismus. Alternativ kann als Regelgröße auch die Stoffwechselaktivität verwendet werden, die sich z. B. aufgrund des Sauerstoffverbrauches in dem Wasser des Aufzuchtbehälters ergibt.The device is checked and controlled by Determination of basic physicochemical sum parameters (Claim 14), such as temperature, conductivity, pH and the Total oxidation / reduction potential (redox potential) virtual determination of the described parent "Control variable" (the one with the setpoint when the control is working matches), based on basic knowledge of Biology and physiology in one Rearing marine organism. Alternatively, you can metabolic activity can also be used as a control variable, z. B. due to the oxygen consumption in the water of the breeding container results.
Können die Lebensbedingungen optimiert werden, sinken die Verluste; und das Wachstum kann maximiert werden, auch bei besonders hohem Besatz, bis hin zu 70 bis 100, max. 150 kg/m3 in einer hochintensiven Aufzuchtanlage, bei geringstmöglichem Wasseraustausch durch Frischwasserzufuhr von weniger als 10% des Systemvolumens pro Tag. If living conditions can be optimized, the losses decrease; and the growth can be maximized, even with particularly high stocking, up to 70 to 100, max. 150 kg / m 3 in a high-intensity rearing system, with the least possible water exchange through fresh water supply of less than 10% of the system volume per day.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens liegt darin, die auf Wissen und Erfahrungen (ermittelte und im Betrieb validierte bzw. justierte Parameter) aus dem Betrieb der Anlage beruhende aktive Steuerung der Komponenten zur Wasseraufbereitung zu verwenden, unter Berücksichtigung der Interaktionen und Abhängigkeiten der biologischen und chemischen Reaktionen.The advantage of the described method is that Knowledge and experience (determined and validated in operation or adjusted parameters) based on the operation of the system active control of the components for water treatment use, taking into account the interactions and Dependencies of biological and chemical reactions.
Die Steuereinrichtung, die von dem pH-Wert und zumindest der Sauerstoff-Konzentration als Meßwerte gesteuert wird, erlaubt es, die Lebens- und Ernährungsbedingungen der marinen Organismen verfahrenstechnisch zu erfassen und in Form von Zustandsgleichungen zu bestimmen oder zumindest zu schätzen, um dann aufgrund von Abweichungen von den Schätzwerten Rückschlüsse auf den physiologischen Status oder die Stoffwechselaktivität machen zu können. Die dazu noch benötigten Informationen sind Grundlagenkenntnisse der Biologie und der jeweiligen Art von marinen Organismen, die jeweils in einem der Aufzuchtbecken gehalten wird.The control device based on the pH and at least the Oxygen concentration is controlled as measured values, allowed it, the living and nutritional conditions of marine organisms procedural and in the form of Determine or at least estimate equations of state in order to then conclusions based on deviations from the estimated values on the physiological status or metabolic activity to be able to do. The information needed for this is Basic knowledge of biology and the respective type of marine organisms, each in one of the rearing tanks is held.
Neben einer zuverlässigen Kontrolle kann auch eine frühzeitige Warnung bereitgestellt werden. Bei sich entwickelnden kritischen Situationen wird über stochastische Modelle ein sich entwickelnder instationärer Zustand erfaßt und bereits im Ansatz vermieden, ohne Erhöhung der Verluste im Besatz.In addition to reliable control, early checking can also be carried out Warning will be provided. In developing critical Situations become one about stochastic models developing transient state detected and already in the approach avoided without increasing the losses in the trimmings.
Die Kenntnisse über die marinen Organismen werden angewandt, um ein optimales Regelverhalten bezüglich systemimmanenter Größen zu schaffen.Knowledge of marine organisms is applied to an optimal control behavior regarding system-inherent sizes to accomplish.
Die Größe und Form der Haltungsbecken und das Strömungsmuster in den Haltungsbecken kann an die Größe der sich bewegenden Organismen, wie Fische bzw. ihre Aktivität und ihr Verhalten angepaßt werden (Anspruch 18). Es kann eine typische Schwimmgeschwindigkeit im Strömungsmuster berücksichtigt werden. Es kann das Gruppenverhalten und die Schwarmbildung Berücksichtigung finden. Als Strömungsmuster kann eine einheitliche Strömungsgeschwindigkeit in einem Aufzuchtbecken eingestellt werden, die im Bereich der Dauer- Schwimmgeschwindigkeit dieses hier gehaltenen marinen Organismus liegt. Ebenso können Temperatur und Körpergröße Berücksichtigung finden.The size and shape of the holding basin and the flow pattern in The holding basin can move to the size Organisms such as fish or their activity and behavior be adjusted (claim 18). It can be a typical one Swimming speed in the flow pattern are taken into account. It can affect group behavior and swarming Find consideration. A flow pattern can be a uniform flow velocity in a breeding tank can be set in the area of permanent Swimming speed of this marine organism kept here lies. Temperature and height can also be taken into account Find.
Ein zusätzlicher Aspekt des Strömungsmusters, auch als "Strömungsprofil" bezeichnet, ergibt sich durch die Möglichkeit, mit diesem Strömungsprofil Sedimentation von Futterresten und anderen Reststoffen zu erlauben, so daß ein Feststoffaustrag am unteren Ende des Aufzuchtbehälters möglich ist, z. B. in einem Nebenstromverfahren, was zu einer gesonderten Feststoffseparation außerhalb des Aufzuchtbehälters führt. Die Entnahme des Oberflächenwasser, z. B. über kommunizierende Gefäße, kann parallel erfolgen. Dieses Oberflächenwasser weist ohnehin geringfügigere Feststoffe auf, so daß es direkt in einen Pumpensumpf eingeleitet werden kann, in den auch das von Feststoffen in der Feststoffseparations-Stufe gereinigte Prozeßwasser übernommen wird.An additional aspect of the flow pattern, also as Designated "flow profile" results from the possibility with this flow profile sedimentation of feed residues and to allow other residues, so that a solid discharge on lower end of the breeding container is possible, for. B. in one Sidestream process, resulting in a separate Solids separation outside the rearing container. The Removal of surface water, e.g. B. via communicating Vessels, can be done in parallel. This surface water points anyway minor solids so that it directly into one Pump sump can be initiated, in which also that of Solids cleaned in the solids separation stage Process water is taken over.
Weitere Einstellungen sind von der Steuereinrichtung möglich.
Further settings are possible from the control device.
- - Die Temperatur kann im optimalen Bereich für die Art bzw. das Lebensstadium des jeweiligen marinen Organismus in dem Aufzuchtbehälter einreguliert werden.- The temperature can be in the optimal range for the type or Life stage of the respective marine organism in the Breeding containers are adjusted.
- - Der Salzgehalt des salzhaltigen Wassers in dem Aufzuchtbehälter kann für die Art bzw. das Lebensstadium des jeweils im Aufzuchtbehälter gehaltenen marinen Organismus einreguliert werden.- The salinity of the saline water in the Breeding containers can for the type or life stage of marine organism kept in the rearing tank be regulated.
- - Der Sauerstoffgehalt in einem jeweiligen Aufzuchtbehälter kann im optimalen Bereich für die Art bzw. das Lebensstadium eines in einem jeweiligen Aufzuchtbehälter gehaltenen marinen Organismus einreguliert werden.- The oxygen content in a respective breeding container can be in the optimal range for the species or stage of life one held in a respective rearing tank Organism to be regulated.
Eine eigenständige Überlegung ist es, die Vergiftung der marinen Organismen mit den eigenen toxischen Exkretprodukten auszuschließen, wozu eine Nitrifikation und eine Denitrifikations-Stufe verwendet werden, die aus dem Pumpensumpf gespeist werden. Die Denitrifikation wandelt Nitrate in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser um und erhöht so den pH- Wert. Dies geschieht durch eine gesteuerte Zudosierung von Methanol (Anspruch 2, 3, 20), wobei das Prozeßwasser am Ausgang der Denitrifikation (eingetauchter anaerober Biofilter) der Eintragstelle für Sauerstoff zugeführt wird und dann zurück in das Aufzuchtbecken geleitet wird oder in den Pumpensumpf zurückgeleitet wird.An independent consideration is the poisoning of the marine Organisms with their own toxic excreta products exclude what a nitrification and a Denitrification stage can be used which comes from the pump sump be fed. Denitrification converts nitrates into Carbon dioxide, nitrogen and water, increasing the pH Value. This is done by a controlled addition of Methanol (claim 2, 3, 20), wherein the process water at the exit denitrification (immersed anaerobic biofilter) Entry point for oxygen is supplied and then back in the rearing tank is directed or into the pump sump is returned.
Die gesteuerte Aktivität (beispielsweise durch Zudosierung von Methanol) der Denitrifikations-Stufe folgt einem Meßwert, der von der Steuereinrichtung verarbeitet wird. Der Meßwert bezieht sich auf den pH-Wert in bzw. am Ausgang der Denitrifikations- Stufe, wobei ein Steigen des pH-Meßwerts dazu führt, daß eine Erhöhung der Aktivität, insbesondere eine Erhöhung der Zugabe von Methanol erfolgt. Die Zudosierung kann über eine stetig arbeitende Pumpe oder eine intervallartig geschaltete Dosierpumpe erfolgen, um abhängig von dem Ausgangs-pH-Wert zu verhindern, daß die den Nitratgehalt im Prozeßwasser senkende Stufe Schwefelwasserstoff bildet oder sonstwie überlastet wird. In entsprechender Weise arbeitet die Zudosierung von Methanol in diese Stufe auch so, daß dann, wenn der pH-Wert sinkt, die Zugabe von Methanol ebenfalls gesenkt wird (Anspruch 22). Biologisch gesehen steigt der pH-Wert des Prozeßwassers durch mikrobakterielle Aktivität im Aufzuchtbehälter an, dieser Anstieg im pH-Wert setzt sich fort bzw. bleibt im wesentlichen unverändert durch die dem Aufzuchtbehälter folgenden Stufen der Feststoff-Separation, insbesondere einer Sedimentation und einem ersten Pumpensumpf, so daß der pH-Wert des Prozeßwassers vor der Denitrifikations-Stufe im wesentlichen mit demjenigen übereinstimmt, der im Aufzuchtbehälter gemessen werden kann, lediglich zeitversetzt durch die mittlere Dauer des Durchsatzes des Prozeßwassers im Hauptstrom- bzw. im Nebenstromverfahren. The controlled activity (for example by adding Methanol) of the denitrification stage follows a measured value that is processed by the control device. The measured value relates the pH value in or at the exit of the denitrification Stage, where an increase in the measured pH value leads to a Increase in activity, especially an increase in addition of methanol. The metering can take place continuously working pump or an intermittent Dosing pumps are made to depend on the initial pH prevent that the lowering the nitrate content in the process water Stage forms hydrogen sulfide or is otherwise overloaded. The metering in of methanol works in a corresponding manner this stage also so that when the pH drops, the Addition of methanol is also reduced (claim 22). The pH of the process water rises biologically microbial activity in the rearing tank, this The increase in pH continues or remains essentially unchanged by the stages of the following the rearing tank Solid separation, especially sedimentation and one first pump sump so that the pH of the process water before Denitrification level essentially with that that can be measured in the rearing container, only delayed by the average duration of the throughput of the process water in the main flow or in the secondary flow process.
Zusätzlich zu der Steuerung über den Ausgangs-pH-Meßwert der Denitrifikation kann ein Mischsignal gebildet werden (Anspruch 11, Alternative b), das aus einem Meßsignal eines Meßgebers für das Redox-Potential, einem Meßsignal eines Meßgebers für den Sauerstoffgehalt und eines Meßsignals von einem Meßgeber für den pH-Wert - wie beschrieben - besteht. Dieses Meßsignal kann von der Steuereinrichtung komplex so zusammengesetzt sein, daß die primäre Regelgröße das Redox- Potential, die zusätzliche Regelgröße der pH-Wert und eine Kontroll-Meßgröße der Sauerstoffgehalt am Ausgang der Denitrifikation ist. Hier ist ein Sauerstoffgehalt von im wesentlichen Null erwünscht. Die zusätzliche Regelgröße des pH- Wertes bietet eine Möglichkeit, die Funktion der Denitrifikation zu überprüfen. Die primäre Meßgröße des Redox-Potentials, das am Ausgang der Nitratsenkung signifikant absinkt, dient dazu, in jedem Falle zu vermeiden, daß Schwefelwasserstoff von dieser Denitrifikation erzeugt wird. Entsprechend ihrer Hierarchie haben diese Signale bei der Steuerung der Methanol-Zudosierung entsprechenden Einfluß (Anspruch 2).In addition to controlling the output pH reading of the A mixed signal can be formed for denitrification (Claim 11, alternative b), the one from a measurement signal Measuring transducer for the redox potential, a measuring signal from a Sensor for the oxygen content and a measurement signal from a pH sensor - as described - exists. This measurement signal can be complex by the control device be composed that the primary controlled variable is the redox Potential, the additional control variable the pH value and a Control parameter of the oxygen content at the outlet of the Is denitrification. Here is an oxygen content of im essentially zero desired. The additional control variable of the pH Value offers one possibility, the function of denitrification to check. The primary measurand of the redox potential, which on Output of the nitrate drop significantly decreases, serves to in any case to avoid hydrogen sulfide from this Denitrification is generated. According to their hierarchy have these signals when controlling the metering of methanol corresponding influence (claim 2).
Meßgeber zur Erfassung der Redox-Potentiale können auch so vorgesehen werden (Anspruch 4, Alternativ c, insbesondere in Verbindung mit Alternative a), daß ein solcher Meßgeber einem jeweiligen Aufzuchtbehälter zugeordnet ist. Ein anderer dieser Meßgeber ist der Feststoffseparation an deren Ausgang zugeordnet. Mit diesen beiden Meßgebern kann eine Vorrichtung zur Durchführung eines chemischen Verfahrens zur Oxidation von Makromolekülen, insbesondere durch Zufuhr von Ozon vor einem Abschäumer, gesteuert werden.Measuring sensors for detecting the redox potentials can also be used in this way be provided (claim 4, alternative c, in particular in Connection with alternative a) that such a sensor is assigned to the respective breeding container. Another of these The measuring element is the solids separation at its outlet assigned. A device can be used with these two sensors to carry out a chemical process for the oxidation of Macromolecules, especially by adding ozone in front of one Skimmer to be controlled.
Die Zufuhr von Ozon zur Verbesserung des Aufschäumverhaltens ist dabei kritisch; wird ein zu hoher Prozentsatz an Ozon zugesetzt, führt das zu einer Vergiftung des Prozeßwassers. Dementsprechend arbeiten die beiden Meßgeber für Redox-Potentiale in Verbindung mit der Steuereinrichtung so, daß die Zufuhr des Ozons begrenzt wird, um eine gute Schaumbildung im Abschäumer zu erhalten, ohne das Prozeßwasser zu vergiften. Die Ozonerzeugung wird dabei so gesteuert, daß die Redox-Potentiale unkritisch bleiben. Das Redox-Potential im Aufzuchtbehälter wird auf einen maximalen Grenzwert hin überwacht; steigt das Redox-Potential über diesen Grenzwert, wird der Ozonerzeuger abgeschaltet. Das Redox- Potential, das am Ausgang des Abschäumers erfaßt wird, wird in einem Bereich zugelassen, der beispielsweise zwischen 200 mV und 600 mV liegt, bevor das Prozeßwasser einem Biofilter zugeführt wird. Ein Verlassen dieses Bereiches bewirkt ebenfalls eine Abschaltung der Ozonerzeugung.The supply of ozone to improve the foaming behavior is thereby critical; If too much ozone is added, this leads to poisoning of the process water. Accordingly the two transmitters for redox potential work in conjunction with the control device so that the supply of ozone is limited in order to obtain good foam formation in the skimmer without poison the process water. The ozone generation is like this controlled that the redox potentials remain uncritical. The Redox potential in the breeding tank is maximized Limit value monitored; the redox potential rises above this Limit value, the ozone generator is switched off. The redox Potential that is detected at the exit of the skimmer is in an area approved, for example, between 200 mV and 600 mV is before the process water is fed to a biofilter becomes. Leaving this area also causes Shutdown of ozone generation.
Die Steuerung der Ozonerzeugung arbeitet also ausgehend von zwei Redox-Potential-Meßsignalen an unterschiedlichen Stellen der Aufbereitungsanlage so, daß die Steuereinrichtung abhängig von einerseits einem Bereich eines ersten Redox-Potentials und andererseits einem maximalen Grenzwert eines zweiten Redox- Potentiales den Ozonerzeuger steuert, insbesondere bei Überschreiten des Grenzwertes bzw. Verlassen des Bereiches abschaltet.The control of ozone generation therefore works from two Redox potential measurement signals at different points in the Processing plant so that the control device depends on on the one hand an area of a first redox potential and on the other hand, a maximum limit of a second redox Potential contributes to the ozone generator, in particular Exceeding the limit or leaving the area switches off.
Die Zufuhr von Ozon zur Verbesserung der Schaumbildung ist eine gesondert hervorzuhebende Maßnahme bei der Aufbereitung des Prozeßwassers (Anspruch 4, Alternative c), die eigenständige Bedeutung für die Abscheidung von Feinstpartikeln besitzt. Ebenso eigenständig ist die Steuerung der Denitrifikation (Anspruch 20, Anspruch 2, Anspruch 5 und Anspruch 11) durch Verwenden eines pH-Meßsignals, insbesondere in Verbindung mit einem Meßsignal eines Meßgebers für das Redox-Potential.The supply of ozone to improve foam formation is one Measure to be emphasized separately in the preparation of the Process water (claim 4, alternative c), the independent Has importance for the separation of very fine particles. The control of denitrification is also independent (Claim 20, Claim 2, Claim 5 and Claim 11) by Use of a pH measurement signal, especially in connection with a measurement signal from a transmitter for the redox potential.
Die Organismen (der "Besatz") in den Aufzuchtbehältern kann an die jeweilige Art der marinen Organismen angepaßt werden, nachdem eine Vielzahl von eigenständigen Aufzuchtbecken verwendet wird, die gemeinsam an die Aufbereitungsanlage angeschlossen sind. So kann das spezifische Verhalten berücksichtigt werden und unerwünschte Aggressionen zwischen den marinen Organismen minimiert werden.The organisms (the "stocking") in the rearing containers can the respective type of marine organisms are adapted, after a variety of separate breeding tanks is used together at the processing plant are connected. So can the specific behavior be taken into account and unwanted aggression between the marine organisms are minimized.
Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die Erfindung.Exemplary embodiments explain and supplement the invention.
Fig. 1 veranschaulicht sehr schematisch eine Aufzuchtanlage aus mehreren zylindrischen Aufzuchtbecken 10, die jeweils individuell gesteuert werden, aber über eine zentrale Steuereinrichtung 80 überwacht und geregelt werden. Sie ist im Rahmen einer Aufbereitungsanlage 110 nur schematisch dargestellt. Fig. 1 illustrates very schematically a system rearing of several cylindrical breeding tank 10, which are each controlled individually but are monitored by a central control means 80 and controlled. It is only shown schematically in the context of a processing plant 110 .
Fig. 2 veranschaulichst einen Detailsteuerplan der Anlage 110 von Fig. 1 nur mit Bezug auf ein Aufzuchtbecken 10 und die dort angeordneten Sensoren zur Steuerung der Steuereinrichtung 80. FIG. 2 illustrates a detailed control plan of the system 110 from FIG. 1 only with reference to a rearing tank 10 and the sensors arranged there for controlling the control device 80 .
Fig. 3 veranschaulicht eine Denitrifikation 40 und die Nitrifikation zur Erhöhung bzw. Erniedrigung des pH-Wertes, bei Annahme von NH3 als Ausscheidungsprodukte der marinen Organismen. FIG. 3 illustrates denitrification 40 and nitrification to increase or decrease the pH, assuming NH 3 is the excretion product of the marine organisms.
Fig. 4 veranschaulicht einen stabilen und einen weniger stabilen Zustand hinsichtlich der Sauerstoff-Konzentration und des pH-Wertes in der Denitrifikations-Stufe 40 der Aufbereitung 110. FIG. 4 illustrates a stable and a less stable state with regard to the oxygen concentration and the pH in the denitrification stage 40 of the treatment 110 .
Fig. 5 veranschaulicht eine formelmäßig beschriebene Abhängigkeit zwischen Nahrungsration und Körpergewicht eines marinen Organismus. FIG. 5 illustrates a dependency between the diet ration and body weight of a marine organism, which is described in terms of a formula.
Fig. 6 veranschaulicht eine Gewichtszunahme eines marinen Organismus vom ersten Tage an bis zum Ende einer Aufzuchtzeit nach 270 Tagen. Fig. 6 illustrates a weight gain of a marine organism from the first day to the end of a rearing period after 270 days.
Fig. 7a, Fig. 7b veranschaulichen die Veränderung der Anzahl von Fischen als Beispiel eines marinen Organismus über der Aufzuchtzeit aufgrund von Mortalität bzw. die Veränderung der Biomasse im Verlaufe der Aufzucht. Fig. 7a, Fig. 7b illustrate the change in the number of fish as an example of a marine organism of the rearing period, based on mortality or the change of the biomass in the course of breeding.
Fig. 8a, Fig. 8b veranschaulichen eine Dynamik der Stoffwechselaktivität der marinen Organismen hinsichtlich Sauerstoffverbrauch und Stickstoffausscheidungen über die Dauer der Aufzucht. Fig. 8a, Fig. 8b illustrate a dynamics of the metabolic activity of marine organisms with respect to oxygen consumption and nitrogen excretion over the duration of rearing.
Fig. 9 veranschaulicht eine Stoffwechselaktivität unter den typischen Bedingungen der Aqua-Kultur, jeweils durch Zugabe von Futterrationen in zeitlichen Abständen mit einer zugehörigen, gemessenen Funktion des Sauerstoffverbrauches. Fig. 9 illustrates a metabolic activity under the typical conditions of the aqua-culture, in each case by the addition of feed rations in time intervals with an associated measured function of the oxygen consumption.
In Fig. 1 ist im Schema eine Aufzuchtanlage 110 für marine Organismen, z. B. Fische beschrieben. Im folgenden soll der Begriff "Fische" für die eingangs beschriebenen marinen Organismen als Beispiel verwendet werden.In Fig. 1, a rearing system 110 for marine organisms, e.g. B. Fish described. In the following, the term "fish" will be used as an example for the marine organisms described at the beginning.
Es sind mehrere Aufzuchtbehälter 10 mit einen kreisrunden oder kreisförmigen Becken dargestellt, die in ein praktisch geschlossenes Kreislaufsystem eingebunden sind. Von diesem Kreislaufsystem ist die Aufbereitungsanlage 110 gezeigt, die eine zentrale Steuerung 80 besitzt, die über eine jeweilige Steuerleitung 104 eine jeweilige Klappe an jeweils einem Futterbehälter 100 steuert, um Nahrung in einen jeweils mit Salzwasser gefüllten Behälter 10 hereinzugeben. Jeder der Behälter 10 ist eigenständig, wird eigenständig gesteuert und eigenständig über Meßwerte überwacht. Die funktionelle Anbindung an die Aufbereitungsanlage ist sinngemäß für alle gezeigten Behälter 10 und auch für weitere, nicht gezeigte Behälter zu ergänzen und gleichwertig.Several rearing containers 10 with a circular or circular basin are shown, which are integrated in a practically closed circulation system. From this circulation system, the treatment system 110 is shown, which has a central control 80 , which controls a respective flap on each feed container 100 via a respective control line 104 , in order to feed food into a container 10 filled with salt water. Each of the containers 10 is independent, is controlled independently and is monitored independently via measured values. The functional connection to the processing plant is to be added and equivalent for all containers 10 shown and also for other containers not shown.
Über zwei Abfuhrleitungen wird in einem Nebenstrom 19a, 19b, 19c und in einem Hauptstrom 18, 18a, 18b Bodensatz bzw. Oberflächenwasser aus dem Behälter 10 abgeleitet und der Aufbereitungsanlage 110 als Prozeßwasser zugeführt. Dieses Prozeßwasser wird in einem später beschriebenen Prozeß aufbereitet, insbesondere denitrifiziert und über eine Sauerstoff-Zudosierung 13, die auch mit Flüssigsauerstoff arbeiten kann, in eine Leitung 90 zurückgespeist, die zu den Behältern 10 zur Rückführung von aufbereitetem, in seiner Qualität verbessertem Prozeßwasser führt.Via two discharge lines 19 a, 19 b, 19 c and in a main stream 18 , 18 a, 18 b sediment or surface water is discharged from the container 10 and fed to the treatment plant 110 as process water. This process water is treated in a process described later, in particular denitrified and fed back via an oxygen metering 13 , which can also work with liquid oxygen, into a line 90 , which leads to the containers 10 for the return of treated, improved quality process water.
Eine Anordnung von Meßwertgebern 11, 12 und 71 erfaßt Meßwerte in analoger oder in digitalisierter Form und führt sie der Steuereinrichtung 80 zu. Als Meßwertgeber sind ein pH-Wert- Sensor 12, ein Sauerstoff-Konzentrations-Meßgeber 11 und ein Meßgeber 71 für das Redox-Potential gezeigt. Sie erfassen in einem vorbestimmten äquidistanten Raster von beispielsweise wenigen Minuten bis zu einigen Stunden Meßwerte eines jeweiligen Aufzuchtbeckens, die in der Steuereinrichtung 80 ausgewertet werden, um die Aufbereitung 110 zu steuern, die Sauerstoff- Zudosierung (oder das Austragen von Gas) zu beeinflussen und die Futterration in zeitlich vorgegebenen Abständen über die Einrichtung 100 gesteuert 104 zu ermöglichen. Weitere, hier nicht dargestellte Meßgeräte können für die Temperatur des Wassers oder die Leitfähigkeit vorgesehen werden, auch ihre Meßwerte werden der Steuereinrichtung 80 zugeführt.An arrangement of sensors 11 , 12 and 71 detects measured values in analog or digitized form and feeds them to the control device 80 . A pH sensor 12, an oxygen concentration sensor 11 and a sensor 71 for the redox potential are shown as measuring sensors. In a predetermined equidistant grid of, for example, a few minutes to a few hours, they record measured values of a respective rearing tank, which are evaluated in the control device 80 in order to control the preparation 110, to influence the metering in of oxygen (or the discharge of gas) and the To allow 104 feed ration controlled in time at the device 100 . Further measuring devices, not shown here, can be provided for the temperature of the water or the conductivity, and their measured values are also supplied to the control device 80 .
Aus Fig. 2 ist ein genauerer Aufbau der Aufbereitungsanlage 110 erkennbar, links unten beginnend mit einem der Aufzuchtbecken 10, das mit Salzwasser gefüllt ist. Im Bodenbereich ist ein Bodenablauf mit einer zugeordneten schnellen hydraulischen Klappe 18b sowie einem Bypass 19c als Kombinationseinrichtung 19 vorgesehen, die über einen Ableitweg 19a das mit Feststoffen befrachtete Bodenwasser übernehmen und einer gesonderten Sedimentations-Stufe 20 zuführen. Dort wird im Umlenkverfahren eine Strömung erzeugt, die zum Ablagern von Feststoffen führt, und über eine Pumpe oder einen Kanal wird das so gereinigte Prozeßwasser einem ersten Pumpensumpf 30a zugeführt. Diesem Pumpensumpf 30a wird auch abgenommenes Oberflächenwasser aus dem Aufzuchtbecken 10 zugeführt, das dort an einem Auslauf 18 über eine Rohrleitung 18a und ein Ventil 18b abgenommen wird. Vom Pumpensumpf 30a wird eine Pumpe 31c ausgehend betrieben, die über ein (nicht dargestelltes) Ventil einen Abschäumer 50 speist, der eine nachgeschaltete 60 Nitrifikation als Biofilter speist, die einen zweiten Pumpensumpf 30b, eine druckgesteuerte Pumpe 31b und eine Heizung aufweist. Über einen Rücklauf 90 wird das so aufbereitete Wasser einer Begasungseinrichtung 13 zugeführt, in welcher Sauerstoff in gasförmiger, gelöster, in Stoffen gebundener oder flüssiger Form dem Prozeßwasser zugeführt wird, um dann über die Rücklaufleitung 90 dem Aufzuchtbecken 10 erneut zugeführt zu werden. Eine weitere Verbindung 31a besteht direkt zu dem zweiten Pumpensumpf 30b.From Fig. 2, a more detailed structure of the treatment plant 110 can be seen, the lower left starting with one of the breeding tank 10 which is filled with salt water. In the bottom area is a floor drain with an associated rapid hydraulic valve 18 b and a bypass 19 c provided as a combining means 19, which a the laden with solids soil water assume a drain path 19 out and a separate sedimentation stage 20th There, a flow is generated in the deflection process, which leads to the deposition of solids, and the process water thus purified is fed to a first pump sump 30 a via a pump or a channel. This pump sump 30 a is also supplied with removed surface water from the breeding basin 10 , which is removed there at an outlet 18 via a pipeline 18 a and a valve 18 b. Starting from the pump sump 30 a, a pump 31 c is operated which feeds a skimmer 50 via a valve (not shown), which feeds a downstream 60 nitrification as a biofilter, which has a second pump sump 30 b, a pressure-controlled pump 31 b and a heater . Via a return 90 , the water thus prepared is fed to a gassing device 13 , in which oxygen in gaseous, dissolved, bound or liquid form is fed to the process water, in order then to be fed again to the rearing tank 10 via the return line 90 . Another connection 31 a exists directly to the second pump sump 30 b.
Ein Ozonerzeuger 70 speist Ozon in eine Verbindungsleitung 60 zwischen dem ersten Pumpensumpf 30a und dem Abschäumer 50 ein. Eine Verlustwasser kompensierende Frischwasserzufuhr 120 mit geringem Anteil kann dieselbe Verbindungsleitung zum Abschäumer 50 speisen.An ozone generator 70 feeds ozone into a connecting line 60 between the first pump sump 30 a and the skimmer 50 . A fresh water supply 120 compensating for lost water can feed the same connecting line to the skimmer 50 .
Die Steuereinrichtung 80 ist am rechten Rand der Fig. 2 gezeigt, ebenso ihre Ausgangsgrößen zur Steuerung, meist im Zweipunkt-Betrieb, der Sauerstoffzufuhr 13, der - später erläuterten - Methanol-Dosierung 42,42a für eine Denitrifikation, der Ozonerzeugung 70, der Futterzufuhr 100,104 und der Frischwassersteuerung 120. Entsprechend den Ausgangsgrößen sind auch die der Steuereinrichtung 80 zugeführten Eingangsgrößen dargestellt, namentlich diejenigen der Meßgeber 1 bis 5, 11, 12 und 71, 72. Die Meßgeber 1 bis 4 waren bereits erläutert, ebenso die Meßgeber 11 und 12. Die Meßgeber 5 sowie 71, 72 sind Meßeinrichtungen zur Erfassung von Redox-Potentialen, einmal an dem Aufzuchtbehälter (bereits erläutert), einmal in der zu erläuternden Denitrifikation und einmal am Ausgang des erwähnten Abschäumers 50 im Übergang zum über eine Rohrleitung 60 nachgeschalteten Biofilter.The control device 80 is shown on the right-hand edge of FIG. 2, as are its output variables for control, usually in two-point operation, the oxygen supply 13 , the - later explained - methanol metering 42 , 42 a for denitrification, the ozone generation 70 , the Feed supply 100 , 104 and the fresh water control 120 . Corresponding to the output variables, the input variables fed to the control device 80 are also shown, namely those of the sensors 1 to 5 , 11 , 12 and 71 , 72 . The sensors 1 to 4 were already explained, as were the sensors 11 and 12 . The sensors 5 and 71 , 72 are measuring devices for detecting redox potentials, once on the rearing tank (already explained), once in the denitrification to be explained and once at the outlet of the mentioned skimmer 50 in the transition to the biofilter connected via a pipe 60 .
Die Denitrifikation 40 ist dem ersten Pumpensumpf 30a nachgeschaltet, gesteuert über eine Pumpe 31d. Die Pumpe speist einen getauchten anaeroben Biofilter. An seinem Auslauf ist eine Rohrleitung 43 vorgesehen, die ebenfalls zu der Sauerstoff zuführenden Begasungseinrichtung 13 oder zurück in den Pumpensumpf 30a führt. The denitrification 40 is connected downstream of the first pump sump 30 a, controlled by a pump 31 d. The pump feeds a submerged anaerobic biofilter. At its outlet, a pipe 43 is provided, which also leads to the oxygen supply gas 13 or back into the pump sump 30 a.
Am Eingang der Speisepumpe 31d der Denitrifikations-Stufe 40 und am Ausgang 43 dieser Stufe sind jeweils ein pH-Meßwert-Geber 2,4 und ein Sauerstoff-Konzentrations-Meßwertgeber 1,3 angeordnet. Sie speisen ihre Meßwerte in ähnlicher Weise wie die eingangs beschriebenen Meßgeber 11, 12 an dem Aufzuchtbehälter 10 der Steuereinrichtung 80 zu.At the input of the feed pump 31 d of the denitrification stage 40 and at the outlet 43 of this stage, a pH sensor 2.4 and an oxygen concentration sensor 1.3 are arranged. They feed their measured values to the rearing container 10 of the control device 80 in a manner similar to the measuring transducers 11 , 12 described at the beginning.
Die Denitrifikation wird mit Methanol 42 dosiert 42a gespeist, beispielsweise dosiert über eine Dosierpumpe, die von der Steuereinrichtung 80 angesteuert wird und zur Denitrifikation - aufgrund der Meßwerte der Denitrifikations-Stufe 40 - eine geeignete Menge von Methanol zuführt. Die genauere Umsetzung des Methanols und die Nitrifikation sind in Fig. 3 erläutert, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen werden soll.Denitrification with methanol 42 42 a metered fed, for example, dosed via a dosing pump, which is driven by the control device 80 and for denitrification - due to the measured values of the denitrification stage 40 - supplying an appropriate amount of methanol. The more precise conversion of the methanol and the nitrification are explained in FIG. 3, so that this will not be discussed further here.
Die grundlegenden Arbeitsläufe in der Anlagenstruktur 110 beruhen auf der Funktion der Steuereinrichtung 80. Mit ihr ist die Steuerung der Wasserqualität möglich, selbst bei schwer meßbarer Störgröße.The basic workflows in the system structure 110 are based on the function of the control device 80 . It can be used to control the water quality, even when the disturbance variable is difficult to measure.
Es soll beispielhaft dargestellt werden, daß eine Warmwasser- Fischart aufgezogen werden soll, die bei Wassertemperaturen über 25°C für eine vorgegebenen Zeit von 270 Zuchttagen gehalten werden soll.It should be shown as an example that a hot water Fish species to be reared at water temperatures above 25 ° C for a given period of 270 breeding days shall be.
Eine grundlegende Systemkontrolle kann über Parameter, die Wachstumsrate, den Nahrungsverbrauch, den Sauerstoffverbrauch und die Ausscheidungsmenge erreicht werden, in Abhängigkeit von der Größe, dem Alter und/oder der Temperatur. Auf der Basis des Wissens über die Biologie und die Physiologie der aufzuziehenden Warmwasser-Fischart (hier als Beispiel gewählt) lassen sich zunächst hinreichende Bedingungen definieren, bei Annahme einer stationären Stoffwechselaktivität.A basic system control can be done through parameters that Growth rate, food consumption, oxygen consumption and the amount of excretion achieved depending on the size, age and / or temperature. Based on the Knowledge of the biology and physiology of the be raised Hot water fish species (selected here as an example) can be First define sufficient conditions, if one is accepted stationary metabolic activity.
Aus dem Anfangsgewicht (Individualgewicht) der Fische, deren Anzahl (pro m3) mit n(t) angegeben wird, ergibt sich eine erste Abschätzung der zu erwartenden Nahrungsaufnahme als Nahrungsration. Die Nahrungsration r(t) wird in Prozenten des Körpergewichtes pro Tag angegeben. Der jeweils von der Zeit abhängige Parameter ist so gewählt, daß er sich über die 270 angenommenen Zuchttage erstreckt, wobei einzelne Zeitpunkte t = t1, t2, t3 . . . definiert werden können, die Funktion aber ein kontinuierlicher, wenngleich ein nichtlinearer Kurvenverlauf ist.The initial weight (individual weight) of the fish, the number (per m 3 ) of which is given as n (t), gives a first estimate of the expected food intake as a food ration. The food ration r (t) is given in percent of body weight per day. The time-dependent parameter is selected so that it extends over the 270 assumed breeding days, with individual times t = t1, t2, t3. . . can be defined, but the function is a continuous, albeit a non-linear curve.
Die Abschätzung der zu erwartenden Nahrungsaufnahme r(t) ergibt
r(t) = 10(1,31-0,46.10 g [g (t)]),
wobei g(t) das Gewicht der Warmwasser-Fischart ist, als ein
mittleres Gewicht, ausgehend von dem beschriebenen
Anfangsgewicht. Meist werden sog. Setzlinge für die Aufzucht
verwendet, deren anfängliches Gewicht zwischen 3 g und 4 g
beträgt.The estimate of the expected food intake r (t) results
r (t) = 10 (1.31-0.46.10 g [g (t)]) ,
where g (t) is the weight of the hot water fish species, as an average weight based on the described initial weight. So-called seedlings are usually used for growing, the initial weight of which is between 3 g and 4 g.
Aus Fig. 5 kann die oben beschriebene formelmäßige Abhängigkeit grafisch entnommen werden. Dort ist die Ration r(t) in Abhängigkeit von dem Gewicht g(t) angegeben. Es ist ersichtlich, daß die abfallende Funktion anfänglich höhere Nahrungsrationen hat als später. Beispielsweise wird für die Setzlinge eine Ration von 20% ihres Körpergewichtes pro Tag angenommen.The graphical dependency described above can be seen from FIG. 5. There the ration r (t) is given as a function of the weight g (t). It can be seen that the declining function initially has higher food rations than later. For example, a ration of 20% of their body weight per day is assumed for the seedlings.
Die berechnete tägliche Nahrungsmenge kann diskret ermittelt werden, wobei r(t1), r(t2), usw. die Nahrungsration am jeweiligen Tag angibt. Sie werden kurz auch mit R1, R2, R3 beschrieben, wobei die zeitliche Differenz von t2-t1, t3-t2, usw. jeweils einen Tag beträgt. Die berechnete tägliche Nahrungsmenge wird unter der Annahme eines Futterquotienten in erster Näherung in einem täglichen Zuwachs bzw. in das Individualwachstum umgerechnet. Der Futterquotient FQ ergibt sich aus dem Quotienten der Gesamtmenge des Futters dividiert durch den Zuwachs, jeweils in Gramm. Für einen Futterquotienten von FQ = 1,5 ergibt sich demnach eine Gewichtszunahme von 3 g am ersten Tag auf ungefähr 600 g Endgewicht nach 270 Zuchttagen. Diese Entwicklung des Gewichtes ist aus Fig. 6 ersichtlich, hier in logarithmischer Darstellung auf der Ordinate. Dargestellt ist ein Ausgangspunkt von 5 g und ein Endgewicht von 600 g bei 270 Tagen. The calculated daily amount of food can be determined discretely, where r (t 1 ), r (t 2 ), etc. indicates the food ration on the respective day. They are also briefly described as R 1 , R 2 , R 3 , the time difference between t 2 -t 1 , t 3 -t 2 , etc. being one day each. Assuming a feed quotient, the calculated daily amount of food is converted in a first approximation into a daily increase or into individual growth. The feed quotient FQ results from the quotient of the total amount of feed divided by the increment, each in grams. For a feed quotient of FQ = 1.5 there is a weight gain of 3 g on the first day to about 600 g final weight after 270 days of breeding. This development of the weight can be seen in FIG. 6, here in a logarithmic representation on the ordinate. A starting point of 5 g and a final weight of 600 g for 270 days is shown.
Die jeweilige Tangente an der Funktion der Fig. 6 gibt die Wachstumsrate an, also die Steigung bzw. die Änderung des Gewichtes für einen vorgegebenen Zeitabschnitt. Entsprechend der abnehmenden Futtermenge von Fig. 5 ist ersichtlich, daß diese Steigung mit länger andauernder Zucht sinkt.The respective tangent to the function in FIG. 6 indicates the growth rate, that is to say the increase or change in weight for a predetermined period of time. According to the decreasing amount of feed from Fig. 5 it can be seen that this slope decreases with longer breeding.
Für ein vorgegebenes Gewicht der Warmwasser-Fische am Ende der Zucht kann man von der Biomasse sprechen, die im gesamten Aufzuchtbehälter sich während der Zuchtdauer entwickelt hat. Die Biomasse kann auch als ein Zeitverlauf dargestellt werden, der im folgenden g(t) genannt werden soll, wobei g(t270) das Gewicht G270 aller Tiere im Aufzuchtbehälter wiedergibt. Für eine vorgegebene Biomasse kann demnach unter Verwendung der oben beschriebenen Funktionen bei einer vorgegebenen erwarteten Mortalität und einer Endgröße die Anzahl der Setzlinge berechnet werden, die benötigt werden. Fig. 7a gibt diese Rückwärts- Kalkulation an, die nicht von einer Anzahl von Setzlingen ausgeht, sondern von dem Ergebnis am Ende der Zucht. Dazu werden zuerst geeignete Startwerte angegeben und die Anzahl der Setzlinge iterativ berechnet. Angenommen ist eine gesamte Biomasse von 10 t, eine Mortalität von 10% und ein individuelles . Endgewicht von 500 g. Aus dem geschätzten Individualgewicht, der Setzlingszahl und Mortalität kann die aktuelle Biomasse als Funktion g(t) für verschiedene Zeitpunkte berechnet werden, sie kann auch als Funktion gemäß Bild 7a dargestellt werden.For a given weight of hot water fish at the end of breeding, one can speak of the biomass that has developed in the entire breeding tank during the breeding period. The biomass can also be represented as a time course, which will be called g (t) in the following, g (t 270 ) representing the weight G 270 of all animals in the rearing tank. For a given biomass, the number of seedlings that are required can therefore be calculated using the functions described above with a given expected mortality and a final size. Fig. 7a outputs this backward calculation, which is not based on a number of seedlings, but by the result at the end of the breeding. Suitable starting values are first specified and the number of seedlings is calculated iteratively. A total biomass of 10 t, mortality of 10% and an individual are assumed. Final weight of 500 g. From the estimated individual weight, the number of seedlings and mortality, the current biomass can be calculated as a function g (t) for different times, it can also be represented as a function according to Figure 7a.
Die tägliche Nahrungsmenge für die jeweiligen Zeitpunkte t1, t2, t3, . . . kann aus der Biomasse g(t) und der abgeschätzten Futterration r(t) berechnet werden. Bei einem bekannten Proteingehalt im Nahrungsmittel ist die Ammonium-Stickstoff- Ausscheidung (die exogene Stickstoffausscheidung als Gesamt- Ammonium) abschätzbar, die während der Dauer der Wasseraufbereitung durch Nitrifikation umgebaut und durch Denitrifikation entfernt werden soll, was in der Aufbereitungsstufe 40 und 60 gemäß Fig. 2 durch gesteuerte Zugabe 42 von Methanol erfolgt. The daily amount of food for the respective times t 1 , t 2 , t 3 ,. . . can be calculated from the biomass g (t) and the estimated feed ration r (t). Given a known protein content in the food, the ammonium-nitrogen excretion (the exogenous nitrogen excretion as total ammonium) can be estimated, which is to be converted by nitrification during the duration of the water treatment and to be removed by denitrification, which is carried out in treatment stages 40 and 60 according to FIG. 2 is done by controlled addition 42 of methanol.
Die Proteinverdaulichkeit der angenommenen Fische wird zunächst mit 100% als zusätzliche Sicherheit in der Abschätzung angenommen. Die endogene Stickstoffausscheidung wird bei weiteren Berechnungen in erster Näherung nicht berücksichtigt; sie ist gegenüber der exogenen Ausscheidung vernachlässigbar. Die Futtermengen würden für das angenommene Beispiel zwischen 11 kg und 116 kg pro Tag liegen, woraus sich TAN-Werte von zwischen 0,2 kg/d bis 3,5 kg/d. TAN steht für total ammonia nitrogen, also der Gesamt-Ammonium-Ausscheidung.The protein digestibility of the fish adopted is initially with 100% as additional security in the estimate accepted. The endogenous nitrogen excretion is at further calculations are not taken into account in the first approximation; it is negligible compared to exogenous excretion. The feed amounts for the assumed example would be between 11 kg and 116 kg per day are, which results in TAN values of between 0.2 kg / d to 3.5 kg / d. TAN stands for total ammonia nitrogen, i.e. the total ammonium excretion.
Mit den bisher ermittelten Daten - der Nahrungsration r(t), dem Wachstum und der tatsächlichen Biomasse g(t) - können zunächst grundlegende Systemfunktionen und Komponenten an die spezifischen Anforderungen der aufzuziehenden Fischart angepaßt werden.With the data determined so far - the food ration r (t), the Growth and actual biomass g (t) - can initially basic system functions and components to the adapted to the specific requirements of the fish species to be reared become.
Das Modell ist mit den vorgenannten Annahmen aber zunächst statisch und berücksichtigt noch nicht den physiologischen Status der Fische und die Dynamik ihrer Stoffwechselaktivität, die durch Tagesrhythmus und dem damit gekoppelten spontanen Verhalten der Tiere bestimmt wird. Der Sauerstoffverbrauch und die Stickstoffausscheidung fluktuieren nachhaltig während eines Tages bzw. über den gesamten Zuchtzeitraum, wie aus den Fig. 8a und 8b entnommen werden kann.The model is initially static with the aforementioned assumptions and does not yet take into account the physiological status of the fish and the dynamics of their metabolic activity, which is determined by the daily rhythm and the associated spontaneous behavior of the animals. The oxygen consumption and the nitrogen excretion fluctuate sustainably during a day or over the entire breeding period, as can be seen from FIGS . 8a and 8b.
Im Verlauf der Zuchtdauer können die oben aufgeführten Modelle validiert und Parameter hinsichtlich einer besseren Beschreibung der Regelstrecke optimiert werden. Aus der Gesamtheit aller Daten ergibt sich für jeden darauffolgenden Zuchtzeitraum ein neuer, besserer Parametersatz, der zuverlässig die Wachstumsdynamik beschreibt. Wird in einem so verbesserten Modell eine Abweichung vom Erwartungswert erkannt, kann auf Fehlfunktionen und Instabilitäten geschlossen werden. Das bezieht sich nicht allein auf die marinen Organismen, sondern auch auf alle anderen biologischen Prozesse im System, deren Funktion und Stabilität - auch mit anderen Verfahren - nicht direkt meßbar ist. Over the course of the breeding period, the models listed above can validated and parameters for better description the controlled system can be optimized. From all of them Data is obtained for each subsequent breeding period new, better parameter set that reliably Describes growth dynamics. Will be improved in such a way The model can detect a deviation from the expected value Malfunctions and instabilities are closed. The refers not only to the marine organisms, but also also to all other biological processes in the system whose Function and stability - also with other methods - not is directly measurable.
Die geschätzten Funktionsabläufe können demnach zu einer Beurteilung des physiologischen Status oder der Stoffwechselaktivität der Fische herangezogen werden.The estimated functional sequences can therefore become one Assessment of the physiological status or the Metabolic activity of the fish can be used.
Eine weitere Aussage ist über die Koppelung mit der direkten Messung von Funktion, z. B. die Nitrifikations-Leistung der Biofilter, möglich. Ergibt sich z. B. aus dem Vergleich der verfügbaren Effizienz für einzelne Komponenten der Wasseraufbereitung mit der berechneten, zukünftig notwendigen Leistung ein Defizit, können vorab Maßnahmen zur Stabilisierung der Aufbereitung vorbereitet und durchgeführt werden. Sie können auch dem Benutzer nur empfohlen werden, nach Art der Anzeige eines gefährdenden oder sich zu einer Gefährdung entwickelnden Systemstatus.Another statement is about the coupling with the direct one Measurement of function, e.g. B. the nitrification performance of Biofilter, possible. Results z. B. from the comparison of available efficiency for individual components of the Water treatment with the calculated, necessary in the future If a deficit occurs, stabilization measures can be carried out in advance preparation and execution. You can also only recommended to the user, according to the type of advertisement a dangerous one or developing into a dangerous one System status.
Die Verwendung der Steuereinrichtung 80 läßt die Verknüpfung verschiedener Einzelprozesse zur Bildung einer Aussage über die Gesamtfunktion zu.The use of the control device 80 allows the linking of different individual processes to form a statement about the overall function.
Die Denitrifikations-Stufe 40 soll anhand der Fig. 4 in ihrer Funktion erläutert werden. Dort sind die Sauerstoff- Konzentration am Einlaß und am Auslaß über die Meßgeber 1 und 3 der Fig. 2 erfaßt und grafisch dargestellt. Ebenfalls ist der pH-Wert am Eingang und Ausgang der Denitrifikations-Stufe 40 grafisch dargestellt, gemessen über die Meßgeber 4 bzw. 2, die in Fig. 2 eingezeichnet sind. Ersichtlich ist dabei ein annähernd stationärer Zustand zwischen dem 7. und dem 13. September als Abszissen-Werte, während ab dem 19. September ein schwankender Verlauf aller Werte einen zu stabilisierenden Zustand anzeigt. Durch entsprechende Zudosierung von Methanol 42 in die Denitrifikation, die eigenständige Bedeutung hat, kann eine von der Steuereinrichtung 80 eingestellt Stabilisierung erreicht werden. Wird die Stabilisierung bereits in der Denitrifikation erfaßt und lokal ermöglicht, wirkt sie sich nicht mehr auf das Aufzuchtbecken 10 aus und damit nicht mehr auf die Umgebungsbedingungen der dort gehaltenen Fische und - was gesondert hervorzuheben ist - die Qualität des Wassers. The function of the denitrification stage 40 is to be explained with reference to FIG. 4. There, the oxygen concentration at the inlet and at the outlet are recorded and represented graphically by means of sensors 1 and 3 in FIG. 2. The pH value at the entrance and exit of the denitrification stage 40 is also shown graphically, measured via the measuring sensors 4 and 2 , respectively, which are shown in FIG. 2. An approximately steady state between 7 and 13 September can be seen as abscissa values, while from 19 September a fluctuating course of all values indicates a state to be stabilized. Appropriate metering of methanol 42 into the denitrification, which is of independent importance, can achieve stabilization set by the control device 80 . If the stabilization is already detected in the denitrification and is made possible locally, it no longer has an effect on the rearing tank 10 and thus no longer on the environmental conditions of the fish kept there and - which should be emphasized separately - the quality of the water.
Die Wasserqualität wird durch zwei bzw. drei eigenständige Regelmechanismen gesteuert, eine in der Denitrifikation 40 und eine weitere im Zusammenhang mit dem Ozon-Erzeuger 70 zur Zufuhr von Ozon in das Prozeßwasser und Weiterleitung an den Aufschäumer 50. Diese Mechanismen sind jeweils eigenständig einsetzbar, können aber in Kombination eine besonders wirksame Aufbereitung des Wassers erreichen.The water quality is controlled by two or three independent control mechanisms, one in the denitrification 40 and another in connection with the ozone generator 70 for supplying ozone into the process water and forwarding it to the frother 50 . These mechanisms can each be used independently, but in combination can achieve a particularly effective treatment of the water.
-
a) Die Ozonerzeugung 70 in der Zuführung zum Abschäumer 50, der
das Prozeßwasser über eine Rohrleitung 60 einem Biofilter und
dann der Rückleitung 90 zuführt, wird von der
Steuereinrichtung 80 im Zweipunktbetrieb angesteuert. Die
Ozonerzeugung wird dabei entweder eingeschaltet oder
ausgeschaltet, abhängig von Meßwerten, die im folgenden
erläutert werden. Ein Meßwert ist ein Redox-Potential eines
nach dem Aufschäumer 50 angeordneten Gebers 72, der sein
Ausgangssignal als diskrete Meßwertfolge der
Steuereinrichtung 80 zuführt. Eine zweite Sonde 71 ist ein
Meßgeber für das Redox-Potential im Aufzuchtbecken 10,
welcher Meßgeber seine - diskrete - Meßwertfolge auch der
Steuereinrichtung 80 zuführt.
Wird zu viel Ozon zugeführt, wird das Prozeßwasser vergiftet. Wird zu wenig Ozon zugeführt, arbeitet der Abschäumer nicht effektiv genug. Die durch Zufuhr von Ozon bewirkte Schaumbildung muß also so geregelt werden, daß gerade optimal beide Bedingungen erfüllt werden. Dazu müssen beide beschriebenen Redox-Potentiale unterkritisch bleiben, um eine Vergiftung des Wassers durch zu hohe Ozonzuführung zu vermeiden. Zwei Kriterien finden Anwendung. Es findet eine Maximalwertbegrenzung in der Steuereinrichtung 80 statt, bezogen auf den Meßwert des Gebers 71. Beispielsweise wird ein maximales Redox-Potential von 350 mV eingestellt. Überschreitet das Redox-Potential am Meßgeber 71 diesen Wert, schaltet die Steuereinrichtung 80 im Zweipunkt-Betrieb den Ozonerzeuger 70 ab. Dieses Abschalten ist unabhängig von dem Redox-Potential des zweiten Gebers 72 am Ausgang des Abschäumers. Sein Meßsignal wird in der Steuereinrichtung anders ausgewertet, namentlich auf eine Bereichsüberwachung zwischen einem unteren und einem oberen Redox-Potential. Diese beiden Werte können beispielsweise 200 mV und 600 mV sein, insbesondere oberhalb und unterhalb des Redox- Potentiales, das den Grenzwert im Aufzuchtbecken 10 bildet. Verläßt das Redox-Potential am Ausgang 60 des Abschäumers 50 diesen beschriebenen Bereich, wird der Ozonerzeuger ebenfalls abgeschaltet. Die Abschaltung erfolgt auch hier unabhängig von dem Meßwert des anderen Redox-Potential-Meßgebers 71.
Mit anderen Worten wird der Ozonerzeuger nur dann eingeschaltet, wenn sowohl der Meßwert des einen Gebers 71 als auch der Meßwert des anderen Gebers 72 im zugelassenen Bereich sind, also unterhalb einer Obergrenze und innerhalb eines Bereiches. Befindet sich einer dieser Meßwerte außerhalb des zugelassenen Bereiches, schaltet die Steuereinrichtung 80 den Ozonerzeuger ab.
Es ist zwar denkbar, den Ozonerzeuger ebenfalls stetig zu steuern, durch Erhöhen und Absenken der Ozonerzeugung. Im beschriebenen Fall ist aus Vereinfachungsgründen die Zweipunktregelung erläutert.a) The ozone generation 70 in the feed to the skimmer 50 , which feeds the process water via a pipe 60 to a biofilter and then the return pipe 90 , is controlled by the control device 80 in two-point operation. The ozone generation is either switched on or off, depending on measured values, which are explained below. A measured value is a redox potential of a sensor 72 arranged after the frother 50 , which feeds its output signal to the control device 80 as a discrete measured value sequence. A second probe 71 is a sensor for the redox potential in the rearing tank 10 , which sensor also feeds its - discrete - measured value sequence to the control device 80 .
If too much ozone is added, the process water is poisoned. If too little ozone is added, the skimmer will not work effectively enough. The foam formation caused by the supply of ozone must therefore be regulated so that both conditions are optimally met. To do this, both redox potentials described must remain subcritical in order to avoid poisoning the water due to excessive supply of ozone. Two criteria apply. There is a maximum value limitation in the control device 80 , based on the measured value of the encoder 71 . For example, a maximum redox potential of 350 mV is set. If the redox potential at the measuring transducer 71 exceeds this value, the control device 80 switches off the ozone generator 70 in two-point operation. This switching off is independent of the redox potential of the second transmitter 72 at the output of the skimmer. Its measurement signal is evaluated differently in the control device, in particular for area monitoring between a lower and an upper redox potential. These two values can be, for example, 200 mV and 600 mV, in particular above and below the redox potential which forms the limit value in the rearing tank 10 . If the redox potential at the output 60 of the skimmer 50 leaves this described range, the ozone generator is also switched off. Here, too, the shutdown takes place independently of the measured value of the other redox potential measuring transducer 71 .
In other words, the ozone generator is only switched on when both the measured value of one transmitter 71 and the measured value of the other transmitter 72 are in the permitted range, that is to say below an upper limit and within a range. If one of these measured values is outside the permitted range, the control device 80 switches off the ozone generator.
It is conceivable to also control the ozone generator continuously by increasing and decreasing the ozone generation. In the case described, the two-point control is explained for reasons of simplification. -
b) Ein weiterer Signalgeber 5 für das Redox-Potential findet
sich in der Denitrifikation 40. Das hier gemessene Redox-
Potential wird ebenfalls der Steuereinrichtung 80 zugeführt
und steuert die Denitrifikation. Es wäre zwar ausreichend,
die Denitrifikation primär über den pH-Meßwert des Gebers 2
und unterstützend durch das Meßsignal des Gebers 1 für den
Sauerstoffgehalt zu steuern, wobei die Aktivität oder
Wirksamkeit der Denitrifikation 40 im gewählten Beispiel von
der Zugabe von Strukturmittel wie Methanol abhängt, das im
Zweipunktbetrieb oder stetig dosiert über eine gesteuerte
Zufuhreinrichtung 42a beeinflußbar ist. Sie wird von der
Steuereinrichtung 80 abhängig von den beiden beschriebenen
Werten beeinflußt.
Die Sauerstoffkonzentration hat dabei die Funktion einer Kontrolle, sie soll möglichst auf Null am Ausgang der "Deni" geregelt werden. Der pH-Wert bildet eine verläßliche Regelgröße. Eine zusätzliche Regelgröße kann der erwähnte Meßgeber 5 für das Redox-Potential liefern, welches Potential durch die Deni signifikant abgesenkt wird.
Die Regelrichtung oder Regelwirkung, ansprechend auf den Meßwert des pH-Gebers 2 ist so, daß ein Ansteigen des pH- Wertes am Ausgang 43 der Denitrifikation 40 eine Erhöhung ihrer Intensität bewirkt, durch erhöhte Zugabe von Methanol.
Die Fig. 4 veranschaulicht den Sauerstoffgehalt am Eingang bzw. am Ausgang der Denitrifikation, wobei der Ausgang in im wesentlichen stationären Zustand einen sehr niedrigen Sauerstoffgehalt besitzt und der Ausgangs-pH-Wert deutlich unter demjenigen des Eingangs-Prozeßwassers liegt (linke Hälfte der Fig. 4). Daraus ist die Regelrichtung erkennbar, die bei Zugabe von mehr Methanol am Eingang für eine intensivierte Denitrifikation sorgt, was den Ausgangs-pH-Wert herabsetzt.
Die Auswertung des Redox-Potentials des Gebers 5 sollte in der Steuereinrichtung 80 so gestaltet sein, daß ein Bereich zwischen 0 mV und -100 mV zulässig ist, außerhalb dieses Bereiches wird die Methanol-Zudosierung abgeschaltet bzw. eingeschaltet. Auch hier ist die Regelrichtung so orientiert, daß ein Ansteigen des Redox-Potentiales dazu führt, daß eine Intensivierung der Denitrifikation veranlaßt wird.b) Another signal transmitter 5 for the redox potential is found in denitrification 40 . The redox potential measured here is also fed to the control device 80 and controls the denitrification. It would be sufficient to control the denitrification primarily via the pH measured value of the transmitter 2 and, supported by the measurement signal from the transmitter 1, for the oxygen content, the activity or effectiveness of the denitrification 40 in the selected example depending on the addition of structural agents such as methanol, that can be influenced in two-point operation or continuously metered via a controlled feed device 42 a. It is influenced by the control device 80 depending on the two values described.
The oxygen concentration has the function of a control, it should be regulated to zero at the exit of the "Deni" if possible. The pH value is a reliable control variable. The mentioned sensor 5 for the redox potential can supply an additional controlled variable, which potential is significantly reduced by the denier.
The control direction or control action, in response to the measured value of the pH transmitter 2, is such that an increase in the pH value at the outlet 43 of the denitrification 40 causes an increase in its intensity by increased addition of methanol.
FIG. 4 illustrates the oxygen content at the inlet or at the outlet of the denitrification, the outlet having a very low oxygen content in the essentially stationary state and the outlet pH value being significantly below that of the inlet process water (left half of FIG. 4). This shows the direction of control which, when more methanol is added to the inlet, leads to an intensified denitrification, which reduces the initial pH value.
The evaluation of the redox potential of the transmitter 5 should be designed in the control device 80 in such a way that a range between 0 mV and -100 mV is permissible. Outside this range, the metering in of methanol is switched off or on. Here too, the control direction is oriented so that an increase in the redox potential leads to an intensification of the denitrification. - c) Eine weitere Einflußnahme zur Sicherstellung des Betriebs der Denitrifikation 40 ist die Steuerung der Futtermittel-Zugabe, die an eine zeitweise nur begrenzt zur Verfügung stehende Denitrifikation so angepaßt wird, daß über die Steuerleitung 104 eine Reduzierung der Futtermittel-Zugabe veranlaßt wird. Diese Steuerung kann dann einsetzen, wenn trotz maximal zulässiger Methanol-Zugabe 42,42a der pH-Wert am Meßgeber 2 weiterhin steigt.c) Another influence to ensure the operation of the denitrification 40 is the control of the feed addition, which is adapted to a temporarily limited denitrification so that a reduction in the feed addition is initiated via the control line 104 . This control can then be used if, despite the maximum admissible addition of methanol 42 , 42 a, the pH value at measuring transducer 2 continues to increase.
Die Schwankung in der Denitrifikation kann auch auf eine geänderte Stoffwechselaktivität oder auf den geänderten physiologischen Status der Tiere zurückzuführen sein, so daß ein Einfluß über die Sauerstoff-Zudosierung 13 erfolgt. Zu einer solchen Zudosierung 13 verwendet die Steuereinrichtung 80 zunächst die Meßgröße der Sauerstoff-Konzentration, die sie über den Meßgeber 11 am Aufzuchtbecken erhält. Zusätzlich kann der pH-Wert im Aufzuchtbecken 10 ebenfalls berücksichtigt werden, der über den Meßgeber 12 zur Verfügung gestellt wird. Die Koppelung dieser beiden Werte erlaubt die Nachbildung einer Größe s(t), die repräsentativ für den physiologischen Status der Tiere ist, so daß über die Sauerstoff-Zudosierung 13 eine Stabilisierung dieses Zustandes möglich wird. Statt der Zudosierung von einem sauerstoffhaltigen Gas oder einem flüssigen Sauerstoff kann auch Gas aus dem aufbereiteten Prozeßwasser abgezogen oder ausgetragen werden, um eine in zwei Richtungen arbeitende Stellgröße zu besitzen.The fluctuation in the denitrification can also be attributed to a changed metabolic activity or to the changed physiological status of the animals, so that an influence takes place via the addition of oxygen 13 . For such a metering 13 , the control device 80 first uses the measured variable of the oxygen concentration, which it receives via the measuring transducer 11 on the rearing tank. In addition, the pH value in the breeding tank 10 can also be taken into account, which is made available via the measuring sensor 12 . The coupling of these two values allows the simulation of a quantity s (t) which is representative of the physiological status of the animals, so that this condition can be stabilized via the addition of oxygen 13 . Instead of metering in an oxygen-containing gas or a liquid oxygen, gas can also be withdrawn or discharged from the treated process water in order to have a manipulated variable working in two directions.
Der zeitliche Abstand der abgetasteten Meßwerte am Behälter 10 kann an die Art, die Zuchtdauer und die Empfindlichkeit der Regelstrecke angepaßt sein. Wird eine Fischart gezüchtet, deren Empfindlichkeit größer ist, kann der Zeitabstand der zeitlich beabstandeten Meßwerte verringert werden.The time interval between the sampled measured values on the container 10 can be adapted to the type, the breeding duration and the sensitivity of the controlled system. If a fish species is bred whose sensitivity is greater, the time interval between the measured values which are separated by time can be reduced.
Werden mehrere Aufzuchtbehälter verwendet, hat jeder Aufzuchtbehälter 10 seine eigenen Meßwertgeber 11, 12, seine eigene Prozeßwasser-Rückführung 90 und die Prozeßwasser- Abführung 18a,19a sowie die Futtermittel-Zugabeeinrichtung 100 und ihre Steuerung 104.If several rearing tanks are used, each rearing tank 10 has its own transducers 11 , 12 , its own process water return 90 and the process water discharge 18 a, 19 a as well as the feed addition device 100 and its control 104 .
In jedem der Behälter kann eine unterschiedliche Art von marinen Organismen aufgezüchtet werden, sie können zeitlich unterschiedlich gestaffelt aufgezüchtet werden und mit anderen Umfeldbedingungen. Das aus den jeweiligen Behältern abgezogene Prozeßwasser wird in derselben Aufbereitungseinrichtung 110 aufbereitet, wird aber in derjenigen Menge dem jeweiligen Behälter 10 wieder zugeführt, in der es dort entnommen wurde.A different type of marine organism can be grown in each of the containers, they can be grown in different staggered times and with different environmental conditions. The process water drawn off from the respective containers is treated in the same treatment device 110 , but is returned to the respective container 10 in the amount in which it was removed there.
Claims (20)
- a) die Aufbereitungsanlage (110) für das Wasservolumen im zumindest einen Aufzuchtbehälter (10) eine Einrichtung aufweist, zum Anwenden eines physikalischen Verfahrens zur Feststoffseparation (20, 30a, 30b, 50, 60) aus zumindest einem Teil eines der Aufbereitungsanlage zugeführten Prozeßwasservolumens;
- b) eine Vorrichtung (13) vorgesehen ist zum Eintragen oder Austragen von flüssigem oder gelöstem Gas oder solches Gas bildenden Stoffen in das bzw. aus dem Prozeßwasservolumen, insbesondere das Eintragen von Sauerstoff;
- c) eine Steuereinrichtung (80) vorgesehen ist, zur Steuerung des Eintrags und/oder des Austrags des Gases abhängig von Meßwerten (11, 12; 1, 2, 3, 4), die zumindest zeitlich beabstandete Meßwerte für die Sauerstoff- Konzentration (11) in dem Wasser des zumindest einen Aufzuchtbehälters (10) umfassen.
- a) the treatment plant ( 110 ) for the water volume in the at least one rearing tank ( 10 ) has a device for applying a physical method for solids separation ( 20 , 30 a, 30 b, 50 , 60 ) from at least part of a process water volume supplied to the treatment plant ;
- b) a device ( 13 ) is provided for the introduction or discharge of liquid or dissolved gas or substances forming such gas into or from the process water volume, in particular the introduction of oxygen;
- c) a control device ( 80 ) is provided for controlling the entry and / or the discharge of the gas as a function of measured values ( 11 , 12 ; 1 , 2 , 3 , 4 ), the measured values for the oxygen concentration ( 11 ) in the water of the at least one breeding container ( 10 ).
- a) die Aufbereitungsanlage eine Vorrichtung (70) aufweist zur Durchführung eines chemischen Verfahrens zur Oxidation von Makromolekülen in zumindest einem Teil des Prozeßwassers; und/oder
- b) die Feststoffseparation (20,50,60) in der Aufbereitungsanlage eine Abscheidung von Feinpartikeln aufweist; und oder
- c) Einrichtungen (71, 72) zur Erfassung jeweiliger Redox- Potentiale vorgesehen sind, welche Einrichtungen dem zumindest einen Aufzuchtbehälter (10) bzw. der Einrichtung zur Feststoffseparation (50,60) zugeordnet sind, um die erfaßten Meßwerte der Steuereinheit (80) zuzuführen, insbesondere zur Ansteuerung der Oxidationsvorrichtung (70) gemäß (a) abhängig von beiden Redox-Potentialen.
- a) the treatment plant has a device ( 70 ) for carrying out a chemical process for the oxidation of macromolecules in at least part of the process water; and or
- b) the solid separation ( 20 , 50 , 60 ) in the processing plant has a separation of fine particles; and or
- c) devices ( 71 , 72 ) are provided for detecting respective redox potentials, which devices are assigned to the at least one rearing tank ( 10 ) or the device for solids separation ( 50 , 60 ) in order to supply the measured values to the control unit ( 80 ) , in particular for controlling the oxidation device ( 70 ) according to (a) depending on both redox potentials.
- a) die Futtermenge dann herabgesetzt wird (104, 100), wenn die Leistungsfähigkeit der Denitrifikations-Stufe (40) herabgesetzt ist bzw. nur teilweise verfügbar ist;
- b) der Denitrifikations-Stufe (40) ein Meßgeber (5) für das Redox-Potential zugeordnet ist, zur Erfassung von solchen Meßwerten und Zufuhr an die Steuereinrichtung (80), welche unter Hinzunahme von pH- und Sauerstoffgehalt- Meßwerten von dieser Stufe (40) ein aus diesen drei Meßwerten gebildetes Mischsignal dazu verwendet, die Aktivität der Denitrifikations-Stufe (40) zu steuern.
- a) the amount of feed is reduced ( 104 , 100 ) when the performance of the denitrification stage ( 40 ) is reduced or is only partially available;
- b) the denitrification stage ( 40 ) is assigned a measuring transducer ( 5 ) for the redox potential, for recording such measured values and supplying them to the control device ( 80 ) which, with the addition of pH and oxygen content measured values from this stage ( 40 ) uses a mixed signal formed from these three measured values to control the activity of the denitrification stage ( 40 ).
- a) zumindest eine Meßeinrichtung (11) für die Messung der Sauerstoff-Konzentration zur Zufuhr von entsprechenden Meßwerten an die Steuereinrichtung (80);
- b) insbesondere eine Meßeinrichtung (12) für die Messung des pH-Wertes des jeweiligen Aufzuchtbehälters und zur Zufuhr von den pH-Wert repräsentierenden Meßwerten zur Steuereinrichtung (80);
- c) eine Futtermittel-Zufuhreinrichtung (100), jeweils individuell gesteuert (104) von der Steuereinrichtung (80), zumindest abhängig von den Meßwerten aus dem zugehörigen Aufzuchtbehälter (10).
- a) at least one measuring device ( 11 ) for measuring the oxygen concentration for supplying corresponding measured values to the control device ( 80 );
- b) in particular a measuring device ( 12 ) for measuring the pH value of the respective rearing container and for supplying measured values representing the pH value to the control device ( 80 );
- c) a feed feed device ( 100 ), each individually controlled ( 104 ) by the control device ( 80 ), at least depending on the measured values from the associated rearing container ( 10 ).
- - mit einer Denitrifikations-Stufe (40), in, welcher durch gesteuerte Zugabe von Methanol (42a, 42) der Nitratgehalt zumindest eines wesentlichen Teils des Prozeßwassers aus zumindest einem Aufzuchtbehälter herabgesetzt wird;
- - wobei die Herabsetzung von einer Steuereinrichtung (80) ausgeht und abhängig von pH-Meßwerten (2, 4) in der Denitrifikations-Stufe (40) erfolgt.
- - Verfahren nach Anspruch 20, bei dem weniger als im wesentlichen 10% des Anlagenvolumens pro Tag an Frischwasser zugeführt wird.
- - Verfahren nach Anspruch 20, bei dem ein steigender pH-Meßwert (2) eine Erhöhung der Zugabe von Methanol auslöst.
- - Verfahren nach Anspruch 22, wobei der pH-Meßwert am Ausgang (43) der Denitrifikations-Stufe (40) erfaßt wird (2).
- - With a denitrification stage ( 40 ), in which the nitrate content of at least a substantial part of the process water from at least one rearing tank is reduced by the controlled addition of methanol ( 42 a, 42 );
- - The reduction starts from a control device ( 80 ) and takes place depending on pH measured values ( 2 , 4 ) in the denitrification stage ( 40 ).
- - The method of claim 20, wherein less than substantially 10% of the system volume per day of fresh water is supplied.
- - The method of claim 20, wherein an increasing pH value ( 2 ) triggers an increase in the addition of methanol.
- - The method of claim 22, wherein the pH measured value at the output ( 43 ) of the denitrification stage ( 40 ) is detected ( 2 ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |