DE202017005141U1

DE202017005141U1 - Zubereitungskit für ein naturnahes Meerwasserimitat

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Publication number: DE202017005141U1
Application number: DE202017005141.9U
Authority: DE
Original assignee: Ati Aquaristik Inhaberin Elke Pritzel E K; Ati Aquaristik Inhaberin Elke Pritzel EK
Current assignee: Ati Aquaristik De GmbH
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2017-10-16
Anticipated expiration: 2027-10-07

Abstract

Zubereitungskit für ein naturnahes Meerwasserimitat, bestehend aus separaten Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei der Komponenten bei 20°C und 1013 hPa als klare, wässrige Salzlösungen, nämlich Lösung 1 und Lösung 2, vorliegen und zusammen wenigstens die in höheren Konzentrationen als 1,0 mg pro Liter für idealtypisches Meerwasser angegebenen Bestandteile enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zubereitungskit zur Herstellung eines naturnahen Meerwasserimitats auf der Grundlage zweier Komponenten, die jeweils als klare, wässrige Salzlösungen vorliegen, aufgrund der hohen Konzentration ihrer Inhaltsstoffe volumenreduziert und leicht in der Handhabung sind und besser reproduzierbares Meerwasserimitat ergeben als herkömmliche Zusammenstellungen von Komponenten zur Herstellung künstlichen Meerwassers.
In der Aquaristik ist möglichst naturnahes Meerwasserimitat für den Betrieb von Meerwasseraquarien essentiell. Direkt dem Meer entnommenes Wasser in Aquarien zu füllen stößt in der Praxis jedoch auf Transportprobleme wegen des großen Volumens und hohen Gewichts. Bereits die Offenlegungsschrift DE 1 767 562 A offenbart daher ein aus zwei Teilen bestehendes Gemisch zum Herstellen einer synthetischen Meerwasserlösung, bei der der erste Teil etwa 99,9 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Gemisches ausmacht und NaCl, Mg₂SO₄, MgCl₂, CaCl₂ KCl, NaHCO₃, H₃BO₃, SrCl₂, MgSO₄, NaH₂PO₄, Na₂HPO₄, Na₃PO₄, LiCl, Na₂MoO₄ und Na₂S₂O₃ enthält und der zweite Teil etwa 0,1 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Gemisches umfasst und KBr, Ca₁₂H₂₂CaO₁₄, Al₂(SO₄)₃, RbCl, ZnSO₄, KJ, NaFe-EDTA, CoSO₄ und CuSO₄ enthält, wobei das NaCl etwa 65 Gew.%, das MgSO₄ etwa 16 Gew.%, das MgCl etwa 13 Gew.%, das CaCl₂ etwa 3 Gew.% und das KCl etwa 2 Gew.% des Gesamtgewichts der Mischung ausmacht. Nachteilig ist hierbei, dass die Einzelbestandteile hier in Form von Feststoffen vorliegen und dadurch Schwierigkeiten bei der Bereitstellung eines homogenen Gemischs auftreten. Denn die Korngrößen und Dichten der verwendeten Salze ebenso wie deren Hygroskopizität unterscheiden sich voneinander und führen dazu, dass das Gemisch Entmischungstendenzen aufweist, die die Bereitstellung von homogenen aus einer größeren Charge entnommenen und bedarfsgerecht abgepackten Gemischportionen erschwert. Das jeweils aus verschiedenen Gemischpackungen einer Charge und erst Recht unterschiedlicher Chargen erhaltene synthetische Meerwasser weist daher Schwankungen in der Zusammensetzung auf, die bei der Haltung empfindlicher Meeresorganismen in Aquarien Probleme bereiten können. Erschwerend kommt hinzu, dass die verwendeten Feststoffe mit hohem Aufwand auf Verunreinigungen untersucht werden müssen, sollen diese nicht über ein tolerierbares Maß hinaus in das Endprodukt gelangen.
Die DE 693 02 409 T2 offenbart die Verwendung von Mutterlaugen von Salinen zur Herstellung einer wieder hergestellten Meerwasserzusammensetzung unter Zugabe von marinem Natriumchlorid, dort als Meersalz bezeichnet, in das zur Rekonstitution verwendete Süßwasser. Hier besteht der Nachteil, dass Mutterlaugen von Salinen keine exakt definierbare Zusammensetzung aufweisen und damit die Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung des auf solcher Basis rekonstituierten Meerwassers nicht gegeben ist. Wird aus Salinen rekonstituiertes Meerwasser unterschiedlicher Provenienz und Zusammensetzung für die Durchführung von Teilwasserwechseln in Aquarien verwendet, so kann dies zu negativen Veränderungen in der Wasserzusammensetzung führen und sich schädigend auf die darin befindlichen Meeresorganismen auswirken.
Um eine genauere Nachbildung des natürlichen Meerwassers zu erreichen, ist daher zwingend eine deutlich homogenere Ausgangsmischung vonnöten, bei der alle relevanten Elemente genauestens eingewogen und kontrolliert werden können. Aufgrund der technischen und physikalischen Grenzen einer Feststoffmischung ist dies nur mit einer flüssigen Lösung zu erreichen. Bisher war es jedoch nicht möglich, eine hochkonzentrierte flüssige Lösung, die alle Mengen- und Spurenelemente des natürlichen Meerwassers enthält, ohne Ausfällungen herzustellen. Natürliches Meerwasser lässt sich lediglich etwa 3-fach aufkonzentrieren, was Handhabungs- und Transportprobleme nicht befriedigend löst. Die gleichen physikalischen-chemischen Grenzen gelten selbstverständlich auch für künstliche Meerwässer.
Es stellt sich daher die Aufgabe, künstliches Meerwasser definierter Zusammensetzung in konzentrierter und gut transportabler Form bereit zu stellen, dessen Gehalt an den verschiedenen Salzen, die für das Gedeihen in Meerwasseraquarien gehaltener Lebewesen von Bedeutung ist, exakt reproduzierbar und einer laboranalytischen Inprozess- und Endkontrolle zugänglich ist, ebenso wie die Aufgabe, naturnahes Meerwasserimitat mit einer Zusammensetzung geringer Schwankungsbreite bereit zu stellen, die idealtypischem Meerwasser nahe kommt und dessen Bereitstellung auf unkomplizierte Weise vor Ort erfolgen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Zubereitungskit für ein naturnahes Meerwasserimitat nach Anspruch 1, das aus separaten Komponenten besteht, wobei genau zwei der Komponenten bei 20°C und 1013 hPa als klare, wässrige Lösungen, nämlich Lösung 1 und Lösung 2, vorliegen. Dabei werden Ausfällungen vermieden, indem eine strikte Trennung von einerseits Carbonat und Sulfat als Bestandteile der Lösung 1 und andererseits Magnesium und Calcium als Bestandteile der Lösung 2 eingehalten wird. Die Lösungen 1 und 2 enthalten dabei zusammen genommen wenigstens die in höheren Konzentrationen als 1,0 mg pro Liter für idealtypisches Meerwasser nachfolgend angegebenen Bestandteile, das bei einer Salinität von 35 Practical Salinity Units (PSU), einem pH-Wert von 8,2 und einer Carbonathärte von 7°dKH Konzentrationen von 19800 mg Chlorid pro Liter, 11035 mg Natrium pro Liter, 1313 mg Magnesium pro Liter, 925 mg Schwefel pro Liter, 421 mg Calcium pro Liter, 408 mg Kalium pro Liter, 68 mg Brom pro Liter, 8,1 mg Strontium pro Liter, 4,5 mg Bor pro Liter, 1,3 mg Fluor pro Liter, 172 μg Lithium pro Liter, 120 μg Rubidium pro Liter, 64 μg Iod pro Liter, 12 μg Molybdän pro Liter, 10 μg Barium pro Liter, 1,4 μg Vanadium pro Liter und 0,4 μg bis 2 μg Zink pro Liter aufweist. Die Aufgabe wird zudem durch ein Meerwasserimitat nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Die Konzentrationen der Ionen der Lösung 1 gegenüber dem idealtypischen Meerwasser sind für die angestrebte Volumenreduktion vorteilhafterweise jeweils um den Faktor 7 bis 16,666 erhöht, die Konzentrationen der Ionen der Lösung 2 sind entsprechend um den Faktor 5 bis 16,666 erhöht. Dabei kann bevorzugt für beide Lösungen jeweils das gleiche Volumen eingesetzt werden.
Die Trennung von Carbonat und Sulfat einerseits und Calcium und Magnesium andererseits erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die Lösung 1 in Wasser gelöstes Natriumhydrogencarbonat sowie Sulfationen enthält, während die Lösung 2 Calcium- und Magnesiumionen enthält. Die Puffereigenschaften der Carbonatquelle sind dabei nicht unerwünscht.
Von Vorteil ist es, wenn sowohl die Lösung 1 als auch die Lösung 2 hohe Mengen an Chloridionen enthält, da diese auch in Gegenwart weiterer Bestandteile des idealtypischen Meerwassers eine hohe Löslichkeit aufweisen. Bevorzugt ist eine Konzentration größer 150 g pro Liter in Lösung 1 und größer 165 g pro Liter in Lösung 2.
Als vorteilhaft für das Löslichkeitsverhalten der Bestandteile hat es sich erwiesen, wenn die Lösung 2 gelöste Salze der Elemente Kalium, Strontium, Fluor und Brom sowie Borsäure enthält, während diese Elemente in Lösung 1 nicht oder höchstens in Spuren enthalten sind.
Auch die Verhältnisse der Massenanteile der Bestandteile in der Lösung 1 und der Lösung 2 tragen zu einer permanenten Lösung der Bestandteile bei, wobei in der Lösung 1 vorzugsweise mit einer Abweichung von höchstens zwei Prozent das Verhältnis der Massenanteile von Chlor zu Natrium 1,257 zu 1 und von Natrium zu Sulfat 2,717 zu 1 beträgt. Bevorzugt beträgt in Lösung 2 das Verhältnis der Massenanteile von Natrium zu Magnesium 2,717 zu 1, von Magnesium zu Calcium 3,12 zu 1 und von Calcium zu Strontium 52,1 zu 1.
Für eine weitere Annäherung der Zusammensetzung des naturnahen Meerwasserimitats an das idealtypische Meerwasser mittels des bereitgestellten Zubereitungskits und für positive Auswirkungen auf das Gedeihen empfindlicher Meeresorganismen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Lösung 1 gelöste Salze der Elemente Eisen, Rubidium und Vanadium enthält, während sich in Lösung 2 gelöste Salze der Elemente Chrom, Cobalt, Jod, Lithium, Mangan, Molybdän, Selen, Zink und Barium finden.
Ein die Lösungen 1 und 2 beinhaltendes Meerwasserimitat sollte, in Anlehnung an die oben angegebene idealtypische Meerwasserzusammensetzung einen pH-Wert von 8,1 bis 8,3, eine Carbonathärte von 7,5°dKH bis 8,5°dKH und eine Salinität von 33 bis 37 PSU aufweisen. Vorzugsweise sollte ein solches Meerwasserimitat, dass vorteilhafterweise allein durch Zusatz der Lösungen 1 und 2 zu einem entsprechenden Volumen bidestillierten Wassers hergestellt wurde, Konzentrationen der gelösten Bestandteile von 19200 mg bis 20400 mg Chlorid pro Liter, 10700 mg bis 11400 Natrium pro Liter, 1270 mg bis 1350 mg Magnesium pro Liter, 900 mg bis 950 mg Schwefel pro Liter, 410 mg bis 435 mg Calcium pro Liter, 395 mg bis 420 mg Kalium pro Liter, 66 mg bis 70 mg Brom pro Liter, 7,8 mg bis 8,4 mg Strontium pro Liter, 4,3 mg bis 4,7 mg Bor pro Liter, 1,2 mg bis 1,4 mg Fluor pro Liter, 160 μg bis 185 μg Lithium pro Liter, 105 μg bis 135 μg Rubidium pro Liter, 67 μg bis 73 μg Iod pro Liter, 10 μg bis 14 μg Molybdän pro Liter, 1,1 μg bis 1,7 μg Vanadium pro Liter und 0,6 μg bis 1,4 μg Zink pro Liter aufweisen.
Besonders bevorzugt ist eine Zusammensetzung des Meerwasserimitats, deren Konzentrationen gelöster Bestandteile von Chlorid, Natrium, Magnesium, Schwefel, Calcium, Kalium, Brom, Strontium, Bor und Fluor von idealtypischem Meerwasser um höchstens plus oder minus zwei Prozent, die Konzentrationen für Lithium und Rubidium um höchstens plus oder minus 10 μg pro Liter, die von Vanadium um höchstens plus oder minus 0,2 μg pro Liter, die von Molybdän und Barium um höchstens plus oder minus 1 μg pro Lter und die von Zink um höchstens plus oder minus 0,3 μg pro Liter abweichen, während die Jodkonzentration von 70 μg pro Liter um höchsten plus oder minus 2 μg pro Liter abweicht.
Das vorgestellte Zubereitungskit stellt in hohem Maße die Reproduzierbarkeit des damit bereit gestellten Meerwasserimitats sicher, da es sich bei den Lösungen 1 und 2 von Anfang an um klare, wässrige Salzlösungen handelt. Dies hat den Vorteil, dass die Lösungen laboranalytischen Untersuchungen auf einfache Art zugänglich sind. Die Carbonathärte und Säurepufferkapazität kann daher klassisch über eine Endpunkttitration bestimmt werden, Nitrat- und Fluoridwerte mittels Ionenchromatographie und weitere Elemente mittels optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES). So kann die gewünschte Salzkonzentration der Hauptelemente in einem gegebenenfalls iterativen Prozess von Salzeinwaage, Lösungsherstellung und Analyse der Lösung erfolgen bis die angestrebte Salinität des idealtypischen Meerwassers erreicht ist. Spurenelemente, die für die Vitalität von Meeresorganismen essentiell sein können, können im Zuge des Prozesses auf ein gewünschtes Niveau angepasst werden. Im Gegensatz zu Feststoffgemischen, bei denen lediglich Stichproben analysierbar sind, können die Lösungen des Zubereitungskits sowie das daraus hergestellte naturnahe Meerwasserimitat vollständig analysiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf dieses beschränkt ist.
Die Zusammensetzung des Ausführungsbeispiels wird hier aus Gründen der Deutlichkeit anhand des Herstellungsprozesses erläutert. Für die Herstellung des Meerwasserimitats werden für Lösung 1 und 2 jeweils 10000 Liter fassende Fässer verwendet, wobei in das Fass für Lösung 1 Natriumionen, Sulfationen, Natriumhydrogencarbonat und bidestilliertes Wasser oder qualitativ vergleichbares Wasser gegeben werden, während in das Fass für Lösung 2 Natriumionen, Magnesiumionen, Calciumionen, Kaliumionen, Strontiumionen, Chloridionen, Bromidionen, Fluoridionen sowie Borsäure und bidestilliertes Wasser oder Wasser vergleichbarer Qualität gegeben werden. Im Zuge des iterativen Prozesses aus Einwaage, Lösungsherstellung und Analyse werden dann gegebenenfalls Anpassungen der Konzentrationen vorgenommen oder Salze der Elemente Eisen, Rubidium und Vanadium in das Fass für Lösung 1 gegeben und Salze der Elemente Chrom, Cobalt, Lithium, Mangan, Zink, Zinn, Jod und Molybdän in das Fass für Lösung 2 gegeben. Nach erfolgreicher Analytik und wunschgemäßer Einstellung werden jeweils gleiche Portionen von Lösung 1 und Lösung 2 zu einem Zubereitungskit zusammengefügt, das dann für die Herstellung des Meerwasserimitats gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14 durch Zugabe einer entsprechenden Menge bidestillierten Wassers oder Wassers gleicher Qualität verwendet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1767562 A [0002]
DE 69302409 T2 [0003]

Claims

Zubereitungskit für ein naturnahes Meerwasserimitat, bestehend aus separaten Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei der Komponenten bei 20°C und 1013 hPa als klare, wässrige Salzlösungen, nämlich Lösung 1 und Lösung 2, vorliegen und zusammen wenigstens die in höheren Konzentrationen als 1,0 mg pro Liter für idealtypisches Meerwasser angegebenen Bestandteile enthalten.
Zubereitungskit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationen der gelösten Bestandteile der Lösung 1 gegenüber idealtypischem Meerwasser um einen Faktor von 7 bis 16,666 und die Konzentrationen der gelösten Bestandteile der Lösung 2 gegenüber idealtypischem Meerwasser ebenfalls um einen Faktor von 5 bis 16,666 erhöht sind.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 1 in Wasser gelöstes Natriumhydrogencarbonat und Sulfationen und die Lösung 2 Calcium- und Magnesiumionen enthält.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 1 Chloridionen in einer Konzentration größer 150 g pro Liter enthält.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 2 Chloridionen in einer Konzentration größer 165 g pro Liter enthält.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 2 gelöste Salze der Elemente Kalium, Strontium, Fluor und Brom sowie Borsäure enthält.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lösung 1 mit einer Abweichung von jeweils höchstens zwei Prozent das Verhältnis der Massenanteile von Chlor zu Natrium 1,257 zu 1 und das Verhältnis von Natrium zu Sulfat 2,717 zu 1 beträgt.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lösung 2 mit einer Abweichung von jeweils höchstens zwei Prozent das Verhaltnis der Massenanteile von Natrium zu Magnesium 2,717 zu 1, das Verhältnis von Magnesium zu Calcium 3,12 zu 1 und das Verhältnis von Calcium zu Strontium 52,1 zu 1 beträgt.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 1 gelöste Salze der Elemente Eisen, Rubidium und Vanadium enthält.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 2 gelöste Salze der Elemente Chrom, Cobalt, Jod, Lithium, Mangan, Molybdän, Selen, Zink und Barium enthält.
Zubereitungskit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 2 das gleiche Volumen wie die Lösung 1 aufweist.
Meerwasserimitat, das die Lösungen 1 und 2 eines Zubereitungskits nach einem der Ansprüche 1 bis 10 enthält, gekennzeichnet durch einen pH-Wert von 8,1 bis 8,3, eine Carbonathärte von 7,5°dKH bis 8,5°dKH sowie eine Salinität von 34 PSU bis 36 PSU.
Meerwasserimitat nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Konzentrationen gelöster Bestandteile von 19200 mg bis 20400 mg Chlorid pro Liter, 10700 mg bis 11400 Natrium pro Liter, 1270 mg bis 1350 mg Magnesium pro Liter, 900 mg bis 950 mg Schwefel pro Liter, 410 mg bis 435 mg Calcium pro Liter, 395 mg bis 420 mg Kalium pro Liter, 66 mg bis 70 mg Brom pro Liter, 7,8 mg bis 8,4 mg Strontium pro Liter, 4,3 mg bis 4,7 mg Bor pro Liter, 1,2 mg bis 1,4 mg Fluor pro Liter, 160 μg bis 185 μg Lithium pro Liter, 105 μg bis 135 μg Rubidium pro Liter, 67 μg bis 73 μg Iod pro Liter, 10 μg bis 14 μg Molybdän pro Liter, 8 μg bis 12 μg Barium pro Liter, 1,1 μg bis 1,7 μg Vanadium pro Liter und 0,6 μg bis 1,4 μg Zink pro Liter.
Meerwasserimitat nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationen gelöster Bestandteile von Chlorid, Natrium, Magnesium, Schwefel, Calcium, Kalium, Brom, Strontium, Bor und Fluor von idealtypischem Meerwasser um höchstens plus oder minus zwei Prozent, die Konzentrationen für Lithium und Rubidium um höchstens plus oder minus 10 μg pro Liter, die von Vanadium um höchstens plus oder minus 0,2 μg pro Liter, die von Molybdän und Barium um höchstens plus oder minus 1 μg pro Lter und die von Zink um höchstens plus oder minus 0,3 μg pro Liter abweichen, während die Jodkonzentration von 70 μg pro Liter um höchsten plus oder minus 2 μg pro Liter abweicht.