DE4002694A1 - Verfahren und vorrichtung zum begasen von wasser in aquakulturanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begasen von Was­ ser in Aquakulturanlagen sowie eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Störungen im Gashaushalt des Halterungswassers von Aqua­ kulturen, insbesondere von Intensiv-Fischzuchtanlagen, können zu Schädigungen, zu hohen Verlusten oder zu plötz­ lichen Totalausfällen führen. Die Symptome derartiger Stö­ rungen sind in der Fischzucht als sogenannte Gasblasen­ krankheit bekannt, die bei Verwendung von gasübersättigtem Quellwasser, bei zu hohen Sauerstoffgehalten und in freien Gewässern beobachtet werden kann. Mit der zunehmenden In­ tensivierung und Technisierung der Fischzucht treten ver­ mehrt Krankheiten und Ausfälle auf, deren Symptome z. B. Hämorrhagien, Exophthalmus und Schuppenverluste zwar auf Infektionskrankheiten hinweisen, deren tatsächliche Ursa­ che aber in Gasproblemen besteht. Häufig ist Stickstoff für eine Gasübersättigung hauptverantwortlich.

Voraussetzung für die Entstehung der Gasblasenkrankheit ist ein Zustand des Wassers, in dem der Partialdruck der einzelnen im Wasser gelösten Gase größer ist als der ent­ sprechende Druck über dem Wasser. Die Gasblasenkrankheit kann demzufolge nicht nur dann auftreten, wenn das Blut und das Gewebe der Organismen gegenüber dem umgebenden Wasser mit gelöstem Gas übersättigt ist, z. B. durch Druckabfall oder ähnliche Vorgänge, sondern auch dann, wenn der Organismus sich lange genug in einem Wasserkörper mit Gasübersättigung befindet.

Bei einem aus der WO 87/07 475 bekannten Fischzuchtverfah­ ren wird Luft fein verteilt über mit Öffnungen versehene Schläuche, die am Boden eines als Langbecken ausgebildeten Fischbeckens angeordnet sind, in das im Fischbecken be­ findliche Wasser eingeblasen. Die je nach Tiefe des Fisch­ beckens in ca. zwei Meter Wassertiefe eingeblasene Luft führt im Wasser zu einer Stickstoffübersättigung von ca. 10%, da die einzelnen Luftblasen im Mittel im Wasser bei einem Überdruck von 110% verglichen mit natürlicher Luft sind und da alle Luftbestandteile sich entsprechend dem Partialdruck in den Blasen im Wasser lösen.

Wie neue Untersuchungen ergeben haben, entsteht bei diesem Verfahren im Wasser eine von der Einblastiefe der Luft und von der Luftmenge abhängende Übersättigung von Stickstoff. Da zugleich im Wasser ein Defizit an Sauerstoff herrscht und da die Fische außerdem im Mittel in einer Wassertiefe sind, durch die die Stickstoffübersättigung hydrostatisch kompensiert wird, kommt es im allgemeinen nicht zur Gas­ blasenkrankheit.

Wird jedoch qualitativ unzureichendes Futter geboten oder ein hoher Fischbesatz angestrebt, so treten überproportio­ nal hohe Verluste an Fischen auf. Als Hauptursache hier­ für wurde die Gasblasenkrankheit ausgemacht, denn die schlecht gefütterten oder bei hohem Besatz gehaltenen Fi­ sche neigen dazu, sich in der Nähe der Wasseroberfläche aufzuhalten, so daß die hydrostatische Kompensation der Gasübersättigung fortfällt.

Ein Einblasen von Luft flach unterhalb der Wasseroberflä­ che bringt keine zufriedenstellende Verbesserung, da hier­ bei zu wenig Sauerstoff für die im Wasser befindlichen Aquakulturen aufgelöst wird und infolge der großen erfor­ derlichen Luftmengen erhebliche Turbulenzen im Wasser auf­ treten.

Auch eine Belüftung des Wassers über offene Gerinne, Riesel-Kaskaden oder Versprühen des Wassers gegen eine flache Wand, Propeller-Oberflächenbelüftung oder in Belüf­ tungstürmen mit waagerecht eingebauten Siebplatten führt zu keiner zufriedenstellenden Verbesserung, da immer eine Restübersättigung von Stickstoff verbleibt, besonders in hochbelasteten Anlagen, bei denen durch biologisch-chemi­ sche Reaktionen im Wasser Stickstoff gebildet wird. Die tatsächliche Existenz dieser Reaktionen und ihre möglichen Folgen sind bisher praktisch nicht bekannt gewesen.

Ein weiterer die Problematik verschärfender Effekt besteht darin, daß schon bei geringer Gasübersättigung im Wasser die Fische Schleim absondern, wodurch wiederum ein vermin­ derter Gasaustausch ensteht mit der Gefahr weiterer Gas­ übersättigung durch biologisch-chemisch, vornehmlich durch Denitrifikation gebildeten Stickstoff. Die Folge davon ist ein weiter erhöhter Energiebedarf für die Sauerstoffver­ sorgung, ein erhöhter Futterbedarf für latent geschädigte Fische und ein Absterben von Protozoen, die für das biolo­ gische Gleichgewicht im Wasser von erheblicher Bedeutung sind.

Bei einem aus der DE-OS 26 38 489 bekannten Verfahren zur Aufzucht von Wassertieren wird Sauerstoff oder mit Sauer­ stoff angereicherte Luft in ein Becken eingeblasen und das nicht gelöste Gas in einem Gasraum einer in das Wasser des Fischzuchtbehälters eintauchenden Haube aufgefangen. Zur Ausnutzung des Sauerstoffgehaltes dieses unter der Haube gesammelten Restgasstromes wird das nicht gelöste Restgas über ein Drosselventil und ein Gasverteilungssystem und einen Verdichter einer weiteren Haube unterhalb und/oder oberhalb des Wasserspiegels eingespeist. Hierbei erfolgt zwar eine weitestgehende Ausnutzung des mit hohem techni­ schem Aufwand herzustellenden reinen Sauerstoffs, nicht aber eine Beseitigung des Problems einer Gasübersättigung des Wassers im Fischzuchtbecken, da sich hier z. B. gebil­ detes Kohlendioxid anreichert und mitenthaltene Gase voll­ ständig aufgelöst werden, so daß das Wasser gegenüber dem Gas (Luft), das sich über dem Wasser befindet, in bezug auf eine Reihe von Gasen (Stickstoff, Edelgase, Kohlendio­ xid und andere) und auch in bezug auf Sauerstoff übersät­ tigt sein kann.

Aus der DE-OS 26 02 181 ist ein Fischaufzuchtverfahren be­ kannt, bei dem an der tiefsten Stelle eines V-förmigen Beckens eine Begasungseinrichtung angeordnet ist, die über einen Kompressor und ein Druckregelventil mit einem Sauer­ stoffbehälter sowie über ein Entlüftungsventil mit einer in das Wasser des Beckens eintauchenden Gasauffängerhaube verbunden ist. Mittels der Gasauffängerhaube wird im Was­ ser nicht gelöstes Gas aufgefangen und über den Kompressor und das Luftverteilersystem erneut in das Wasser eingebla­ sen. Auch bei diesem Fischaufzuchtverfahren treten die vor­ stehend beschriebenen Probleme auf.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß im V-förmigen Becken gehaltene Fische freien Zugang zum Wasserbereich unterhalb der Gasauffängerhaube haben, diesen Raum auch aufsuchen und dort anderen physi­ kalischen Verhältnissen unterliegen als im übrigen Bereich des Beckens, der zur Atmosphäre hin offen ist, so daß un­ terhalb der Haube andere Gaspartialdrücke herrschen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Begasen von Wasser in Aquakulturanlagen anzugeben, bei dem der Anteil im Wasser gelöster Gase einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet und zugeführter Sauerstoff im wesentlichen verlustfrei genutzt werden und Kohlendi­ oxid sowie eingetragener und/oder durch Denitrifikation im Wasser gebildeter Stickstoff auf ein vorgebbares Maß redu­ ziert werden soll.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt sicher, daß der Anteil im Wasser gelöster Gase einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet und daß gleichzeitig der Gehalt an ge­ lösten Gasen im Becken selbst reguliert werden kann, wobei der Verbrauch an technischem Sauerstoff auf ein Mindestmaß beschränkt wird.

Andererseits werden gebildetes Kohlendioxid und eingetra­ gener und/oder durch Denitrifikation im Wasser selbst ge­ bildeter Stickstoff durch das erfindungsgemäße Verfahren entfernt und ein vorgegebenes Höchstmaß an diesen Gasen eingehalten, das nicht zur Gasblasenkrankheit von Aquakul­ turen führt.

Da sich gezeigt hat, daß mit dem oben erwähnten Verfahren entsprechend der WO 87/07 475, bei dem das Wasser des Fischteiles der Aquakulturanlage stündlich viele Male durch den biologischen Reinigungsteil der Anlage gepumpt wird, gegenüber anderen Verfahren, bei denen das Wasser im sogenannten By-Pass-Verfahren nur wenige Male pro Stunde behandelt wird, große Vorteile aufweist, schließt das er­ findungsgemäße Verfahren die Möglichkeit eines hohen Was­ serwechsels zwischen den Anlagenteilen mit ein.

Die erfindungsgemäße Lösung mit der Verwendung zweier un­ terschiedlicher Gasgemische berücksichtigt, daß einerseits eine hohe Sauerstoffmenge zur Intensivzucht von Aquakulturen zur Verfügung gestellt wird und andererseits eine schädliche Gasübersättigung sowohl in der Gesamtmenge der im Wasser gelösten Gase als auch im Hinblick auf den prozentualen Anteil einzelner Gasbestandteile vermieden wird.

Dabei wird zusätzlich zur eingeblasenen Luft ein zweites mit Sauerstoff angereichertes Gas so eingeblasen, daß da­ mit Stickstoff, der durch die eingeblasene Luft eingetra­ gen wird und/oder durch Denitrifikation im Wasser selbst gebildet wird, durch dieses mit Sauerstoff angereicherte Gas entfernt wird. Das wiederum setzt voraus, daß das mit Sauerstoff angereicherte Gas je Meter Einblastiefe in das Becken mindestens 5% weniger Stickstoff enthält als Luft, da sich gezeigt hat, daß bei der Belüftung mit Luft je Me­ ter Einblastiefe eine Stickstoffübersättigung von 5% auf­ tritt.

Für die notwendige CO²-Entgasung soll das Wasser gleich­ zeitig mit Luft begast bzw. mit Luft in innige Berührung gebracht werden. Die daraus zwangsläufig eintretende Auf­ lösung von Stickstoff aus der Luft wird dadurch kompen­ siert, daß das parallel eingeblasene, mit Sauerstoff ange­ reicherte Gas regelbar weiter mit Stickstoff untersättigt wird, so daß mit diesem Gasgemisch ständig mindestens so­ viel Stickstoff ausgetragen wird, wie mit der eingeblase­ nen Luft eingetragen wird.

Eine vorteilhafte, auf die Einsparung von Sauerstoff ge­ richtete Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Gas­ gemisch an verschiedenen Stellen in das Wasser eingeblasen werden und daß das aus dem Wasser austretende zweite Gas­ gemisch aufgefangen, seine Zusammensetzung gemessen, in Abhängigkeit vom Stickstoffgehalt Sauerstoff hinzugegeben und der Großteil des Gases erneut in das Wasser eingebla­ sen wird.

Das Einblasen der Gasgemische an unterschiedlichen Stellen im Becken führt zum einen zur notwendigen Regulierung des Gesamt-Gashaushaltes im Wasser des Beckens und zum anderen zur optimalen Nutzung des zugesetzten Sauerstoffs, da das sauerstoffangereicherte Gas unterhalb der Haube aufgefan­ gen und nach Verdichtung erneut eingeblasen werden kann, so daß eine optimale Nutzung des Sauerstoffs ohne Verluste erzielt wird. Dabei braucht man nur einen kleinen Teil des aufgefangenen Gases abzuziehen, um damit die erforder­ liche Menge an Stickstoff, der aus dem Wasser ausgetragen wird, abzuführen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Gasgemische in das im Becken befindliche Wasser eingeblasen werden, daß das zweite Gasgemisch in einen abgetrennten Teil des Beckens eingeblasen und im Bereich der Wasseroberfläche durch eine in das Wasser eintauchende Haube aufgefangen wird und daß die Aquakulturen in dem Teil des Beckens ge­ halten werden, in den das erste Gasgemisch eingeblasen wird.

Dadurch wird sichergestellt, daß die Aquakulturen nicht in einen Gasübersättigungsbereich des Beckens gelangen kön­ nen, daß aber gleichwohl eine intensive und vollständige Regulierung des Gashaushaltes in dem Teil des Beckens sichergestellt wird, in dem sich die Aquakulturen befin­ den. Durch das Einblasen von Luft wird das Wasser im Aqua­ kulturteil gut durchmischt, so daß auch sauerstoff-über­ sättigtes Wasser aus dem mit Sauerstoff angereicherten Gas arbeitenden Anlagenteil gefahrlos für die Tiere einge­ mischt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Becken Wasser entzogen und in einer Aufbereitungsanlage mit dem ersten und zweiten Gasgemisch aufbereitet wird, wobei zu­ mindest ein Teil der Aufbereitungsanlage mittels einer in das Wasser eintauchenden Haube gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist und das aufgefangene Gasgemisch in bezug auf seinen Sauerstoff- und Stickstoffgehalt geregelt in das in der Aufbereitungsanlage befindliche Wasser zurück­ geleitet wird und letzteres in das Becken zurückgeführt wird.

Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im sogenannten "By-Pass-Verfahren" das im Becken befindli­ che Wasser so aufbereitet, daß ein optimaler Gehalt an ge­ lösten Gasen im Wasser gegeben ist und gleichzeitig der hinzuzugebende Sauerstoff auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses alternativen Ver­ fahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das dem Becken entzogene Wasser in einem ersten, zur Atmosphäre hin offe­ nen Aufbereitungsbehälter mit dem ersten Gasgemisch und anschließend in einem zweiten, zur Atmosphäre geschlosse­ nen Aufbereitungsbehälter mit dem zweiten Gasgemisch be­ handelt wird.

Durch die getrennte Behandlung des dem Becken entzogenen Wassers zuerst mit Luft und dann in einer getrennten Auf­ bereitungsstufe mit sauerstoffangereicherter Luft oder mit Sauerstoff unter praktisch natürlichem Druck und durch den Teilabzug des regelbaren Haubengases, wird zum einen eine hohe Effizienz bei der Umwälzung und Aufbereitung des Was­ sers erzielt und zum anderen die Voraussetzung dafür ge­ schaffen, daß sowohl die erste als auch die zweite Aufbe­ reitungsstufe als Mammutpumpen benutzt werden können, wo­ durch bei kleinerem Energieaufwand mehr Wasser durch das Becken gepumpt werden kann.

Vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung der erfin­ dungsgemäßen Verfahren sowie Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Begasen von Wasser in Aquakulturanlagen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Becken mit zentralem Schacht zum Eintragen eines zweiten Gasgemisches;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Becken mit an den Beckenrändern angeordneten Schächten zum Eintra­ gen eines zweiten Gasgemisches und

Fig. 4 eine Vorrichtung zum Begasen von Wasser in Aqua­ kulturanlagen mit getrennten Aufbereitungsbecken.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Begasen von Wasser in einer Aquakulturanlage zeigt im Querschnitt ein mit Wasser gefülltes Becken 10, dessen Beckenboden mit Be­ gasungseinrichtungen 12, 13, 14 versehen ist. Die Bega­ sungseinrichtungen 12, 13, 14 können in jeder beliebigen Form so ausgebildet sein, daß das Gas möglichst fein ver­ teilt in das Wasser eingetragen wird. Vorzugsweise beste­ hen die Begasungseinrichtungen 12, 13, 14 aus in Becken­ längsrichtung verlegten Schläuchen mit Perforationen, durch die das Gas aus den Schläuchen und in das Beckenwas­ ser eintreten kann.

Es sind jedoch auch andere Begasungseinrichtungen, wie beispielsweise Ejektoren, Injektoren und sogenannte Ober­ flächenbelüfter verwendbar.

Die Begasungseinrichtungen sind in eine erste Begasungs­ einrichtung 12, 14 und eine zweite Begasungseinrichtung 13 unterteilt, die an unterschiedlichen Stellen des Beckens 10 verschiedene Gasgemische 1, 2 eintragen. Dabei ist die zweite Begasungseinrichtung 13 etwa mittig im Becken 10 und über die Länge des Beckens 10 verlaufend angeordnet.

Ein oberhalb der zweiten Begasungseinrichtung 13 verlau­ fender Schacht 20 wird durch zwei im wesentlichen senk­ recht verlaufende Wände 201, 202 gebildet, die an ihren oberen, noch im Wasser des Beckens 10 befindlichen Enden zur Schachtmitte abgewinkelt sind und somit zwei gleichar­ tige Leiteinrichtungen 22, 23 ausbilden.

Oberhalb des Schachtes 20 ist eine Haube 21 angeordnet, deren unterer Rand in das im Becken 10 befindliche Wasser eintaucht und einen vorbestimmten Abstand gegenüber den oberen Rändern der Wände 201, 202 einhält, so daß zwischen der Unterkante der Haube 21 und den Oberkanten der Ränder 201, 202 Öffnungen ausgebildet werden, durch die das mit dem zweiten Gasgemisch 2 behandelte Wasser in den Teil des Beckens 10 eintreten kann, in dem sich die Aquakulturen befinden.

Der zu beiden Seiten des Schachtes 20 verbleibende Teil des Beckens 10 ist zur Atmosphäre hin offen und jeweils am Beckenboden mit der ersten Begasungseinrichtung 12, 14 versehen. Oberhalb der ersten Begasungseinrichtungen 12, 14 sind waagerechte Siebe 72, 73 angeordnet, die zum einen mit den senkrechten Beckenwänden und zum anderen mit den senkrechten Wänden 201, 202 des Schachtes 20 abschließen.

Weitere Siebe 70, 71 sind zwischen der Unterkante der Hau­ be 21 und der Oberkante des senkrechten Randes 201, 202 angeordnet, so daß in dem zur Atmosphäre offenen Teil des Beckens befindliche Aquakulturen, insbesondere Fische oder Krustentiere sich in diesem Teil des Beckens 10 aufhalten, nicht aber in den Schacht 20 gelangen können.

Das von der ersten Begasungseinrichtung 12, 14 abgegebene erste Gasgemisch 1 besteht aus Luft oder Luft mit einem solchen Anteil an mit Sauerstoff angereichertem Gas, daß das aus dem Wasser austretende erste Gasgemisch weniger als 25% Sauerstoff enthält.

Das von der zweiten Begasungseinrichtung 13 abgebene Gas­ gemisch 2 besteht aus einem mindestens Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Gasgemisch, dessen Sauerstoffan­ teil mit der Eintragtiefe zu- und dessen Stickstoffanteil mit der Eintragtiefe in das Wasser des Beckens 10 abnimmt.

Zusätzlich können im Schacht 20 Füllkörperpackungen (90) angeordnet werden, wie sie bspw. aus der WO 87/07 475 be­ kannt sind, so daß eine gute Vermischung des zweiten Gas­ gemischs mit dem im Schacht 20 befindlichen Wasser sicher­ gestellt wird.

Die Haube 21 ist über eine Gasleitung 30 mit einem Ver­ dichter 51 verbunden, der das sich unter der Haube 21 sam­ melnde Gas 3 ansaugt und wieder komprimiert. Das kompri­ mierte Gas 3 wird größtenteils über eine Rohrleitung 31, eine Regeleinrichtung 41 und eine Rohrleitung 33 zu einer Rohrleitung 34, die mit Gaseintragungsvorrichtungen 13 verbunden ist, geführt. Ebenfalls an die Rohrleitung 34 angeschlossen ist eine Rohrleitung 35, die über eine Re­ geleinrichtung 42 und eine Rohrleitung 36 an einen Sauer­ stofftank oder Sauerstofferzeuger 9 angeschlossen ist. Die Rohrleitung 36 kann alternativ auch direkt mit einer Be­ lüftungsvorrichtung 13 verbunden werden.

Der Ausgang des Verdichters 51 ist über eine Gasleitung 32 mit einem Stellventil 43 verbunden, das an eine Gasleitung 37 angeschlossen ist, die einerseits mit dem Ausgang eines zweiten Verdichters 52 und andererseits über zwei Gaslei­ tungen 38, 39 mit zwei Stellventilen 44, 45 verbunden ist, die über Zuleitungen mit den ersten Begasungseinrichtungen 12, 14 verbunden sind.

Der zweite Verdichter 52 verdichtet über eine Leitung 37* angesaugte Luft 5, wobei die Fördermenge des zweiten Ver­ dichters 52 so eingestellt wird, daß nach der Druckreduk­ tion durch die Stellventile 44, 45 ein feinblasiger Ein­ trag von Luft bzw. einem Luft/Gasgemisch in den zur Atmo­ sphäre hin offenen Teil des Beckens 10 erfolgt und daß die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid im Wasser einen vorgegebenen Maximalwert nicht erreicht.

Ein mit einer Gasmeßeinrichtung 60 verbundener Gassensor 61 sowie Temperatur-, Feuchte-, Druckmeßeinrichtungen und gegebenenfalls weitere Sensoren sind in der Haube 21 und/ oder in der Gasleitung 30 angeordnet und erfassen die mo­ mentane Qualität und Quantität des aus der Haube 21 abge­ zogenen Gasgemisches. Eine Steuer- und Regeleinrichtung 7 ist eingangsseitig sowohl mit der Gasmeßeinrichtung 60 als auch mit einer Bedienungs- und Anzeigeeinrichtung 8 ver­ bunden, über die die verschiedenen Anlagenparameter des Gasdurchsatzes, der Gaszusammensetzung und dergleichen einstellbar sind bzw. Soll- und Istwerte sowie unter­ schiedliche Anlagenzustände und grafische Darstellungen angezeigt werden.

Ausgangsseitig ist die Steuer- und Regeleinrichtung 7 mit dem Sauerstofftank 9 und den beiden Regelventilen 41, 42 sowie wahlweise mit dem dritten Regelventil 43 und mit dem ersten und zweiten Verdichter 51, 52 verbunden. Eine zu­ sätzliche Verbindung der Steuer- und Regeleinrichtung 7 kann mit den Stellventilen 44, 45 vorgesehen werden, so daß individuell auch der Gasdurchsatz der ersten Bega­ sungseinrichtung 12, 14 eingestellt werden kann.

Im Betrieb der Vorrichtung zur Begasung von Wasser in Aquakulturanlagen gemäß Fig. 1 wird der Gehalt an gelö­ sten Gasen im Becken 10 selbständig reguliert und dabei sichergestellt, daß der über den Sauerstofftank 9 zuge­ führte technische Sauerstoff oder Rein-Sauerstoff prak­ tisch vollständig genutzt wird und nicht in die freie At­ mosphäre entweichen kann. Durch die Erfassung des aus der Haube 21 abgezogenen Gases 3 mittels der Gasmeßeinrichtung 60 in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinrichtung 7 wird durch Zumischen von Sauerstoff 4 vor dem erneuten Eintragen oder durch direkten Eintrag von Sauerstoff über die zweite Begasungseinrichtung 13 ein solches zweites Gasgemisch 2 eingetragen, daß damit Stickstoff, der durch die Luft eingetragen wird und/oder durch Denitrifikation im Wasser gebildet wird, durch dieses Gasgemisch 2 ent­ fernt wird.

Zu diesem Zweck weist das Gasgemisch 2 je Meter Einbla­ stiefe mindestens 5% weniger Stickstoff auf als Luft und kann in seiner Zusammensetzung durch Zugabe von Sauerstoff 4 und durch Abzug von aufgefangenem Gas 3 über das Regel­ ventil 43 verändert werden.

Das aus der Haube abgezogene Gasgemisch 3 wird bezüglich seiner Zusammensetzung gemessen, im ersten Verdichter 51 verdichtet und der größte Teil der zweiten Begasungsein­ richtung 13 unmittelbar zugeführt. Über das Regelventil 43 wird eine so große Gasmenge abgeführt, daß damit die er­ forderliche Stickstoffmenge entfernt wird.

Zur Ergänzung des durch Eintrag in das Wasser verbrauchten und durch den Abzug von Mischgas 3 abgeführten Sauerstoffs wird dem komprimierten Gasgemisch 3 Sauerstoff 4 zuge­ mischt, so daß wieder Mischgas 2 resultiert oder der Sau­ erstoff 4 wird direkt auf eine Gaseintragungsvorrichtung 13 gegeben. Das Mischgas 2 braucht also nicht definitiv hergestellt zu werden, sondern kann sich auch rechnerisch als Mischgas 3 und Sauerstoff 4 ergeben.

Zur notwendigen Kohlendioxid-Entgasung wird dem im Becken 10 befindlichen Wasser gleichzeitig Luft 5 zugeführt, die über den zweiten Verdichter 52 als erstes Gasgemisch 1 über die Stellventile 44, 45 abgegeben wird. Die erforder­ liche Luftmenge ergibt sich unter anderem aus der Zusam­ mensetzung des aufgefangenen Gases unter der Haube 21 oder aus gesonderter Analyse des Wassers in bezug auf gelöstes Kohlendioxid.

Die aus der Begasung des Wassers mit Luft zwangsläufig eintretende Auflösung von Stickstoff aus der Luft, die wiederum proportional zur Einblastiefe der Luft ist, wird dadurch kompensiert, daß das parallel über die zweite Be­ gasungseinrichtung 13 eingeblasene, mit Sauerstoff ange­ reicherte zweite Gasgemisch 2 regelbar weiter mit Stick­ stoff untersättigt wird, so daß mit diesem zweiten Gasge­ misch 2 ständig mindestens soviel Stickstoff ausgetragen wird, wie aus der Luft eingetragen wird.

Ein geringer Anteil des unter der Haube gesammelten Gasge­ misches 2 wird also über das dritte Regelventil 43 dem er­ sten Gasgemisch 1 hinzugegeben, kann aber auch anderweitig verwertet werden, so daß das erste Gasgemisch 1 aus­ schließlich aus komprimierter Luft besteht.

Das über die zweite Begasungseinrichtung 13 an das im Schacht 20 befindliche Wasser abgegebene Gasgemisch 2 steigt im Schacht zwangsläufig aufwärts, wird durch die Leiteinrichtungen 22, 23 zur Mitte hin abgelenkt, tritt unter der Haube 21 aus dem Wasser aus und das Wasser ge­ langt über die mit den 70, 71 verschlossenen Öffnungen in den zur Atmosphäre offenen Teil des Beckens. Das durch geeignete Strömungsführung des Wassers unter die Haube 21 geleitete zweite Gasgemisch 3 wird dabei so ge­ führt, daß Blasen aus dem Wasser gut entfernt werden und möglichst blasenfreies Wasser in den zur Atmosphäre offe­ nen Teil des Beckens 10 und damit in den Teil des Beckens 10 fließt, der den Aquakulturbesatz enthält.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Anordnung des Schachtes 20 in der Mitte des Beckens 10, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile der Vorrichtung zum Begasen von Wasser in Aquakulturanlagen wie in Fig. 1 dargestellt und erläutert bezeichnen.

In dieser Ausführungsform befindet sich die zweite Bega­ sungseinrichtung 13 oberhalb eines V-förmigen Grabens 85, auf dessen Boden eine der Querschnittsform des Grabens 85 angepaßte Räumeinrichtung 86 vorgesehen ist, die durch Be­ wegung senkrecht zur Zeichenebene angesammelten Schlamm, Exkremente und dergleichen aus dem Becken 10 entfernt. Die Begasungseinrichtung 13 besteht hier beispielsweise aus mehreren Schläuchen, von denen nur einer mit dem Sauer­ stoff 4 beschickt wird und der Rest mit Mischgas 3.

In dieser Ausführungsform sind Siebe 74, 75 als Verlänge­ rungen der senkrechten Wände 201, 202 des Schachtes 20 vorgesehen und verhindern, daß bspw. Fische aus dem zur Atmosphäre offenen Teil des Beckens 10 in den Schacht 20 gelangen können.

Eine weitere alternative Ausführungsform der Vorrichtung zum Begasen in Aquakulturanlagen zeigt Fig. 3, bei der die Schächte entlang den seitlichen Beckenwänden angeord­ net sind. Auch hier bezeichnen gleiche Bezugsziffern glei­ che Teile, so daß im folgenden auf die vorstehende Be­ schreibung dieser Vorrichtungsteile Bezug genommen wird.

Die Schächte 20, 20* weisen jeweils obere Siebe 76, 77 sowie getrennte, in das Wasser eintauchende Hauben 25, 27 auf, wobei die Öffnungen zwischen den Unterkanten der Hau­ ben 25, 27 und den Oberkanten der senkrechten Wände der Schächte 20, 20* durch die Siebe 76, 77 verschlossen sind. Weitere Siebe 78, 79 sind als Verlängerung der senkrechten Wände der Schächte 20, 20* vorgesehen bzw. ein waagerech­ tes Sieb 80 zwischen den beiden senkrechten Wänden der Schächte 20, 20* oberhalb der ersten Begasungseinrichtun­ gen 12, 14 angeordnet.

In dieser Ausführungsform weisen die beiden Schächte 20, 20* getrennte zweite Begasungseinrichtungen 15, 17 auf, die etwa in Höhe des waagerecht angeordneten Siebes 80 vorgesehen sind. Wahlweise kann eine dreieckförmige Erhe­ bung 11 am Beckenboden in den zur Atmosphäre offenen Teil des Beckens 10 zwischen den ersten Begasungseinrichtungen 12, 14 vorgesehen werden, die erste Begasungseinrichtung kann aber auch als durchgehende, den gesamten zur Atmo­ sphäre offenen Teil des Beckenbodens bedecken.

Fig. 4 zeigt ein Anlagenschema einer Vorrichtung zum Be­ gasen von Wasser in Aquakulturanlagen, bei der im "By- Pass-Verfahren" das im Becken 10 befindliche Wasser in ei­ ner getrennten Aufbereitungsanlage mit Gasen behandelt wird.

Die Aufbereitungsanlage besteht aus einem ersten und zwei­ ten Aufbereitungsbecken 100, 110, in denen das aus dem Becken 10 abgeleitete Wasser nacheinander mit dem ersten Gasgemisch 1 und dem zweiten Gasgemisch 2 behandelt wird, wobei durch einen Teilabzug des mit Sauerstoff angerei­ cherten Gasgemischs 3 Stickstoff entfernt wird. Auch hier wird Sauerstoff aus dem Tank 9 zusammen mit rekomprimier­ tem Mischgas 3 oder getrennt davon auf die Begasungsein­ richtungen 13 gegeben.

Über eine Wasser-Ablauföffnung 101 des Beckens 10 wird Wasser aus dem Becken 10 über eine Rohrleitung 120 und wahlweise einer Pumpe 46 zur Zufuhröffnung 111 eines er­ sten Aufbereitungsbeckens 100 geleitet, das zur Atmosphäre hin offen ist und am Boden eine erste Begasungseinrichtung 12 aufweist, über die Luft in das im ersten Aufbereitungs­ becken 100 befindliche Wasser eingetragen wird. Die einzu­ tragende Luft 5 des ersten Gasgemisches 1 wird mittels ei­ nes zweiten Verdichters 52 über eine Rohrleitung 136 und eine mit der ersten Begasungseinrichtung 12 verbundene Rohrleitung 137 eingetragen.

Das feinblasig mit dem ersten Gasgemisch 1 behandelte Was­ ser gelangt, gegebenfalls nach einem Entfernen der Blasen, durch eine Wasser-Ablauföffnung 112 und eine Rohrleitung 122 zu einer Wasser-Zuflußöffnung 113 eines allseitig ge­ schlossenen Aufbereitungsbeckens 110, dessen Beckenboden mit einer zweiten Begasungseinrichtung 13 versehen ist.

Eine Gasabgabeöffnung 116 des zweiten Aufbereitungsbeckens 110 leitet einen Teil des im zweiten Aufbereitungsbecken 110 aufgefangenen Gasgemisches 3 über eine Rohrleitung 130 zu einem ersten Verdichter 51, der über eine Rohrleitung 133, ein Ventil 41 sowie Rohrleitungen 134 und 135 mit der zweiten Begasungseinrichtung 13 verbunden ist.

Zusätzlich ist der Ausgang des ersten Verdichters 51 über ein zweites Regelventil 43 und eine Rohrleitung 132 mit der Rohrleitung 136, 137 verbunden.

Über eine Rohrleitung 138, ein Stellventil 42 und eine Rohrleitung 139 wird Sauerstoff 4 aus einem Tank oder ei­ ner Aufbereitungsanlage 9 zur Rohrleitung 134, 135 oder direkt zu einer Begasungseinrichtung 13 geführt.

Auch bei dieser By-Pass-Vorrichtung wird also sauerstof­ fangereichertes, aus dem allseitig geschlossenen Aufberei­ tungsbecken 110 abgesaugtes Gas 3 regelbar abgezogen und über ein Stellventil 43 dem ersten Aufbereitungsbecken 100 zugegeben.

Bei dieser Anordnung kann sowohl das erste Aufbereitungs­ becken 100 als auch das zweiten Aufbereitungsbeckens 110 als Mammutpumpe benutzt werden, wodurch bei kleinem Ener­ gieaufwand sehr viel Wasser durch das Becken 10 gepumpt werden kann.

Die mit der Wasser-Ablauföffnung 115 des zweiten Aufberei­ tungsbeckens 110 verbundene Rohrleitung 121 führt zu einer Wasserzufuhröffnung 102 des Beckens 10. Zeichnerisch nicht dargestellt jedoch empfehlenswert ist die Messung Regelung der Zusammensetzung des Gases 3 im Gasraum des Aufberei­ tungsbeckens 110.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (22)

1. Verfahren zum Begasen von Wasser in Aquakulturanlagen mit einer Einrichtung zum Behandeln des Wassers mit Luft, Sauerstoff und/oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und mit einem zur Atmosphäre hin im wesentlichen offenen Bec­ ken zur Aufnahme der Aquakulturen, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit mindestens zwei unterschiedlichen Gasen (1, 2) behandelt wird, nämlich

• a) einem ersten Gasgemisch (1), das sich aus Luft oder Luft mit einem solchen Anteil an mit Sauerstoff an­ gereichertem Gas zusammensetzt, daß das freiwerdende erste Gasgemisch nach der Behandlung des Wassers we­ niger als 25% Sauerstoff enthält und
• b) einem zweiten Gasgemisch (2), das bei der Behandlung des Wassers einen kleineren Stickstoff-Partialdruck aufweist als das im Wasser gelöste Gasgemisch und von dem mindestens ein Teilvolumen nach der Behand­ lung des Wassers abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das nach der Behandlung des Wassers abgezogene zweite Gasgemisch (2) anteilig dem er­ sten Gasgemisch (1) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Was­ sers mit dem ersten und zweiten Gasgemisch (1, 2) an ver­ schiedenen Stellen erfolgt und daß das zweite Gasgemisch (2) nach der Behandlung des Wassers aufgefangen, seine Zu­ sammensetzung gemessen, in Abhängigkeit vom Stickstoffge­ halt Sauerstoff hinzugegeben und mindestens ein Anteil er­ neut in das Wasser eingetragen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gasgemische (1, 2) in das im Becken (10) befindliche Was­ ser eingeblasen werden, daß das zweite Gasgemisch (2) in einem abgetrennten Teil (20) des Beckens (10) eingeblasen und im Bereich der Wasseroberfläche durch eine in das Was­ ser eintauchende Haube (21) aufgefangen wird und daß die Aquakulturen in dem Teil des Beckens (10) gehalten werden, in dem das erste Gasgemisch (1) eingeblasen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Becken (10) Wasser entzogen und in einer Aufbereitungsanlage (100, 110) mit dem ersten und zweiten Gasgemisch (1, 2) behandelt wird, wobei zumindest ein Teil der Aufberei­ tungsanlage (100, 110) mittels einer in das Wasser eintau­ chenden Haube gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist, das aufgefangene Gasgemisch zu einem Teil entfernt und zu einem Teil in bezug auf seinen Sauerstoff- und Stickstoff­ gehalt geregelt in die Aufbereitungsanlage (100, 110) zu­ rückgeleitet wird und daß Wasser aus der Aufbereitungsan­ lage (100, 110) in das Becken (10) zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das dem Becken (10) entzo­ gene Wasser in einem ersten, zur Atmosphäre hin offenen Aufbereitungsbehälter (100) mit dem ersten Gasgemisch (1) durchsetzt und das mit dem ersten Gasgemisch (1) behandel­ te Wasser anschließend in einem zweiten, zur Atmosphäre geschlossenen Aufbereitungsbehälter (110) mit dem zweiten Gasgemisch (2) behandelt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Becken (10)

• a) eine erste Begasungseinrichtung (12, 14) zur Ab­ gabe des ersten Gasgemischs (1) in einem zur At­ mosphäre offenen Teil des Beckens (10) und
• b) mindestens eine zweite Begasungseinrichtung (13) zur Abgabe des zweiten Gasgemischs (2) in einem Teil des Beckens (10) angeordnet ist, der zur At­ mosphäre durch eine in das Wasser eintauchende Haube (21) abgeschlossen ist,

und daß eine in der Haube (21) vorgesehene Öffnung über eine Leitung (30) mit einer Regeleinrichtung (60, 61; 7; 41, 42) verbunden ist, an die eine Sauerstoff-Abgabeein­ richtung (9) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und zweite Bega­ sungseinrichtung (12, 14; 13) im Bereich des Beckenbodens und im wesentlichen über die Fläche des Beckenbodens ver­ teilt angeordnet sind und eine Vielzahl Öffnungen zur Ab­ gabe eines gleichmäßig verteilten Gasblasenschleiers an das im Becken (10) befindliche Wasser aufweisen, daß ober­ halb der zweiten Begasungseinrichtung (13) im wesentlichen senkrecht verlaufende Wände (201, 202) zur Bildung eines Schachtes (20) angeordnet sind, und daß zwischen den Ober­ kanten der Wände (201, 202) und der Unterkante der Haube (21) sowie zwischen den Unterkanten der Wände (201, 202) und dem Beckenboden Öffnungen vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnungen durch gas- und flüssigkeitsdurchlässige Siebe (70 bis 79) verschlos­ sen sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schacht (20) Füllkörperpackungen (90) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkanten der den Schacht (20) bildenden Wände (201, 202) in Richtung des Innenraums des Schachtes (20) zur Bildung von Leitblechen (22, 23; 28, 29) abgewinkelt sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (20) mittig im Becken (10) angeordnet ist und sei­ ne Länge im wesentlichen gleich der Länge des Beckens (10) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schacht (20) einen V- förmigen Schachtboden (25) aufweist, in dem eine Räumein­ richtung (90) zur Beseitigung von Schlamm, Exkrementen usw. angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schächte (20, 20*) an beiden Beckenseiten angeordnet sind und daß ein waagerecht verlaufendes Sieb (80) oberhalb der zwischen den beiden Schächten (20, 20*) angeordneten er­ sten Begasungseinrichtung (12, 14) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in der Haube (21) über ein erstes Regelventil (41) mit einem ersten Verdichter (51) verbunden ist, an den ein Sauerstofftank (9) über ein zweites Regelventil (42) angeschlossen ist und daß der Ausgang des ersten Ver­ dichters (51) mit der zweiten Begasungseinrichtung (13) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zweiter Verdichter (52) zum Ansaugen von Luft aus der Atmosphäre mit der ersten Begasungseinrichtung (12, 14) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Regelventil (43) die Ausgänge der beiden Verdichter (51, 52) miteinan­ der verbindet.

18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasmeßeinrichtung (60) mit einem Gassensor (61) ver­ bunden ist, der in der Haube (21) oder der mit der Haube (21) verbundenen Gasleitung (30) angeordnet ist und daß eine Steuer- und Regeleinrichtung (7) eingangsseitig mit der Gasmeßeinrichtung (60) und einer Bedienungs- und An­ zeigeeinrichtung (8) und ausgangsseitig mit den ersten und/oder zweiten Regelventilen (41, 42) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuer- und Regelein­ richtung (7) mit einem Füllstandsmesser des Sauerstoff­ tanks (9) und mit dem dritten Regelventil (43) verbunden ist.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Wasserablauföffnung (101) des Beckens (10) mit einem Wasserzufluß (111) eines zur Atmosphäre of­ fenen ersten Aufbereitungsbeckens (100) verbunden ist, in dem eine erste Begasungseinrichtung (12) zur Abgabe des ersten Gasgemischs (1) angeordnet ist, daß eine Wasserab­ lauföffnung (112) des ersten Aufbereitungsbeckens (100) mit einem Wasserzufluß (113) eines allseitig geschlossenen zweiten Aufbereitungsbeckens (110) verbunden ist, das eine mit einer Regeleinrichtung (41, 42) verbundene Gasabgabe­ öffnung (116) und eine Gaszufuhröffnung (114) aufweist und das über eine steuerbare Wasser-Ablauföffnung (115) mit dem Wasserzufluß (102) des Beckens (10) verbunden ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gasabgabeöffnung (116) des zweiten Aufbereitungsbeckens (110) über ein Stellven­ til (48) und der Ausgang eines luftzuführenden Verdichters (52) mit der ersten Begasungseinrichtung (12) verbunden sind.