DE60025925T2

DE60025925T2 - Unterwasseranlage und verfahren

Info

Publication number: DE60025925T2
Application number: DE60025925T
Authority: DE
Inventors: J. Roderick Polson MCNEIL
Original assignee: Marine Environmental Solutions LLC
Current assignee: Marine Environmental Solutions LLC
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: MXPA02001777A; KR100714506B1; ATE317220T1; US20020040684A1; EP1207750B1; PA8500401A1; ES2260040T3; US6244218B1; EP1207750A2; KR20020095155A; WO2001013710A3; CN1382015A; TWI224947B; CA2382196C; HN2000000183A; WO2001013710A2; CA2382196A1; EP1207750A4; CN1209009C; DE60025925D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zur Förderung und/oder Steuerung des Wachstums von Wasserbewohnern. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Anlagen und Verfahren zur Steuerung und/oder Verbesserung der Qualität von aquatischen Umgebungen.
In den US-Patentschriften Nr. 5,669,330 (O'Hare), 5,639,657 (Saiki), 4,950,104 (Streichenberger), 4,818,579 (Uchida) und 4,441,453 (McMickle) sind Systeme zur Verbesserung aquatischer Lebensräume genannt. In der US-Patentschrift Nr. 5,309,672 (Spencer) ist ein schwimmfähiges Hochsee-Farmsystem genannt. In der US-Patentschrift Nr. 3,841,266 (Hoshino) ist ein System zur Züchtung von Krustentieren beschrieben.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Förderung und/oder Steuerung des Wachstums von Wasserbewohnern. Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Unterwasseranlage zur Förderung des biologischen Wachstums bereitgestellt, wobei die Anlage
ein schwimmfähiges Element;
einen biegsamen Bogen, der mit dem schwimmfähigen Element verbunden ist;
und biegsame Streifen, die mit dem biegsamen Bogen verbunden sind, umfasst, und dadurch gekennzeichnet ist, dass sich der Bogen bei der Verwendung abwärts ins Wasser erstreckt und einen Aufbau mit hohem Oberflächenbereich aufweist, um das Wachstum von autotrophen Organismen in einer photischen Zone zu fördern, und dass sich die biegsa men Streifen bei der Verwendung abwärts ins Wasser erstrecken und so angeordnet sind, dass sie das Wachstum von heterotrophen Organismen unter der photischen Zone fördern.
Der biegsame Bogen kann an einem hohlen Rohr aufgehängt sein. Das Rohr weist eine ausreichende Schwimmfähigkeit auf, um selbst dann an der Wasseroberfläche zu verbleiben, wenn das Gewicht des biegsamen Bogens und der Streifen im Lauf der Zeit zunimmt. Die biegsamen Materialien können zum Beispiel aufgrund einer organischen und einer anorganischen Ansammlung an ihren Oberflächen schwerer werden. Es können zusätzliche Schwimmervorrichtungen bereitgestellt sein, um sicherzustellen, dass das Rohr nicht versenkt wird. Die zusätzlichen Schwimmervorrichtungen können zum Beispiel verwendet werden, wo sich schweres Sediment- und biologisches Wachstum am Aufbau ansammeln.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der biegsame Bogen durch eine biegsame Hülse mit dem hohlen Rohr verbunden sein. Die Hülse kann sich auf dem Rohr drehen, so dass der Bogen im Verlauf einer längeren Verwendung nicht dazu neigt, auf dem Rohr aufgewickelt zu werden. Vorzugsweise bleibt der biegsame Bogen in der photischen Zone im Wesentlichen senkrecht aufgehängt.
Die biegsamen Streifen können unterste freie Enden aufweisen, die nicht miteinander verbunden sind. Einige der freien Enden können am Benthos verankert sein. Anderen freien Enden kann gestattet sein, im Wasserstrom zu schaukeln, um einen verzweigten Lebensraum zu bilden, der bestimmte Wasserbewohner anzieht. Vorzugsweise weisen die Streifen eine spezifische Schwere von zumindest 1,02 auf, so dass sie nicht aufwärts zur Wasseroberfläche schweben. Es können Ballastvorrichtungen wie etwa Bleigewichte oder biegsame Säcke, die mit Ballastmaterial gefüllt sind, bereitgestellt sein, um einige der Streifen am Gewässerboden zu verankern, falls dies gewünscht ist. Falls gewünscht, können an den Enden des hohlen Rohrs zusätzliche Ankervorrichtungen angebunden sein. Die Gesamthöhe der Aquakulturvorrichtung ist vorzugsweise größer als die Tiefe des Wassers, so dass die Ballastvorrichtungen und/oder Anker das Benthos erreichen.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Aquakulturverfahren bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
Schwimmen lassen einer schwimmfähigen Vorrichtung an der Oberfläche eines Wasserkörpers;
Aufhängen eines biegsamen Bogens an der schwimmfähigen Vorrichtung im Wasserkörper, so dass sich dieser abwärts in das Wasser in eine photische Zone erstreckt;
Aufhängen von biegsamen Streifen am biegsamen Bogen, so dass sich diese abwärts in das Wasser unter die photische Zone erstrecken; und
anschließendes Fördern des Wachstums von autotrophen und heterotrophen Wasserorganismen am biegsamen Bogen und an den biegsamen Streifen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden biegsame Aufbauten mit hohem Oberflächenbereich verwendet, um die Bildung von Biofilmen zu fördern. Die Aufbauten mit hohem Oberflächenbereich können in der jeweiligen photischen und heterotrophen Zone aufgehängt sein. Die Aufbauten mit hohem Oberflächenbereich können aus einer Vielfalt von Materialien einschließlich, doch ohne Beschränkung darauf, nadelgelochtem Spunbond-Stoff, nadelgelochtem grobgewebtem flammenversiegeltem Baumwollstoff, offenzelligem Schaumstoff, Watte, und mikroporösen körnigen Teilchen gebildet sein. Die Aufbauten mit hohem Oberflächenbereich können auf oder in biegsamen Bögen, Platten und/oder Bändern bereitgestellt sein. Die bevorzugten biegsamen Aufbauten können in einer einzelnen Schicht oder in mehreren Schichten nebeneinander ausgebildet sein.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine künstliche Unterwasseranlage bereitzustellen, die leicht gehandhabt und ausgebracht werden kann, und die ihre biologisch aktiven Abschnitte in einem Wasserkörper in den gewünschten Tiefen behält.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, ein System zur Erzeugung von Nahrungsmitteln, zur Steuerung der Wasserqualität, und zur Bereitstellung von Zuflucht in einer aquatischen Umgebung bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, die Produktion einer natürlichen, sich erneuernden Nahrungsquelle für eine erfolgreiche Aquakulturproduktion unter einer breiten Vielfalt von Bedingungen anzuregen und zu unterstützen. Daher kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um gleichzeitig sowohl Nahrung als auch Zuflucht für Wasserbewohner zum Beispiel für Aquakulturzwecke bereitzustellen. Durch die Bereitstellung von Nahrung und Zuflucht im gleichen Aufbau kann eine lebensfähige Population eines gegebenen Wasserbewohners in einem konzentrierten Bereich aufrechterhalten und unterstützt werden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, ein System bereitzustellen, das wirtschaftlich an unterschiedliche Verwendungen und Bedingungen angepasst und darauf zugeschnitten werden kann. Zum Beispiel kann durch selektives Abändern des biegsamen Oberflächenaufbaus und/oder durch Bereitstellen gewünschter Nährstoffe im Oberflächenaufbau das Wachstum von festsitzenden und periphytischen Organismen gesteigert werden. Zusätzlich können Bakterien selektiv eingepflanzt werden, um im Wasser gewünschte biologische Wirkungen zu schaffen.
Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeich nungen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer Unterwasseranlage, die nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
2 ist eine Querschnittansicht der Unterwasseranlage von 1 entlang der Linie 2-2.
3 ist eine Endansicht eines Abschnitts der Unterwasseranlage von 1 in einem ausgebrachten Zustand.
4 ist eine Seitenansicht einer anderen Unterwasseranlage, die nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
5 und 6 sind eine Seitenansicht bzw. eine Endansicht noch einer anderen Unterwasseranlage, die nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, zeigt 1 eine Unterwasseranlage 10, die nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Unterwasseranlage 10 weist ein langgestrecktes schwimmfähiges Element 12, eine Haltehülse 14, einen photischen Abschnitt 16, und einen heterotrophen Abschnitt 18 auf. Das schwimmfähige Element 12 ist von der Hülse 14 umgeben. Die Hülse 14 ist durch Nähte 20 oder einen anderen Verbindungsmechanismus mit dem photischen Abschnitt 16 verbunden. Der photische Abschnitt 16 ist in der gleichen Weise durch einen geeigneten Mechanismus mit dem heterotrophen Abschnitt 18 verbunden. Der heterotrophe Ab schnitt 18 kann in senkrechte Streifen 24 (3) unterteilt sein. Wie nachstehend ausführlicher besprochen können an den Enden 28 einiger oder aller Streifen 24 Ballastvorrichtungen 26 (1) angebracht sein.
Wie in 3 gezeigt kann die Unterwasseranlage 10 in einem Wasserkörper 30 ausgebracht sein. Die spezifische Schwere des schwimmfähigen Elements 12 ist vorzugsweise geringer als jene des Wassers 30. Folglich schwimmen das schwimmfähige Element 12 und die umgebende Hülse 14 auf der Wasseroberfläche 32. Die spezifische Schwere des photischen und des heterotrophen Abschnitts 16, 18 ist andererseits größer als 1,0, so dass die Enden 28 der Streifen 24 zum Benthos 34 sinken. Die Höhe 36 (1) der Unterwasseranlage 10 kann größer als die Tiefe 38 (3) des Wassers 30 sein.
Als Ergebnis kann das schwimmfähige Element 12 durch den Wind 40 oder Wasserströmungen seitlich zu den Ballastvorrichtungen 26 hin oder davon weg bewegt werden. Wo dies möglich ist, kann die Achse 42 des schwimmfähigen Elements 12 quer oder senkrecht zur vorherrschenden Windrichtung ausgerichtet sein, um die Menge an Sonnenlicht, das den photischen Abschnitt 16 erreicht, zu erhöhen. Zusätzlich können die Streifen 24 wie nachstehend ausführlicher besprochen in Bezug auf das schwimmfähige Element 12 verschoben sein. Die Ballastvorrichtungen 26 wirken als Anker, um eine Bewegung der gesamten Anlage 10 in Bezug auf das Benthos 34 zu verhindern oder zu behindern.
Die Unterwasseranlage 10 kann in einer Vielfalt von Größen und Formen bereitgestellt sein. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Höhe 36 der Anlage 10 im Bereich von etwa 0,5 Meter bis zu etwa 3,0 Meter und insbesondere im Bereich von 0,7 Meter bis 1,5 Meter liegen. Die Länge der veranschaulichten Ausführungsform (die Entfernung zwischen den Enden 50, 52 des hohlen Rohrs 12) kann im Bereich von etwa 0,5 Meter bis etwa 10 Meter und insbesondere im Bereich von 1,0 Meter bis 3,0 Meter liegen.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist das schwimmfähige Element 12 ein hohles Rohr mit wasserdichten Kappen an entgegengesetzten Enden 50, 52. Das Rohr 12 kann biegsam sein, oder es kann ein starres Rohr sein. Das Rohr 12 kann in einem Stück ausgebildet sein, oder es kann mit Gelenkabschnitten versehen sein. An den entgegengesetzten Enden 50, 52 können geeignete Verbindungsstücke (nicht gezeigt)bereitgestellt sein, um bei der Handhabung verwendet zu werden und/oder um die Anlage 10 in Serie mit anderen gleichen Anlagen 10 zu verbinden. Das hohle Rohr 12 stellt eine ausreichende Schwimmfähigkeit bereit, um den oberen Abschnitt der Haltehülse 14 sogar nach einem wesentlichen Biofilmwachstum und der Ansammlung von festsitzenden und periphytischen Organismen an den biegsamen Abschnitten 16, 18 über der Wasseroberfläche 32 zu halten.
Der Durchmesser des schwimmfähigen Elements 12 kann so gewählt werden, dass er die Geschwindigkeit des Winds und/oder des Wassers, das auf die Haltehülse 14 trifft, ausgleicht. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Durchmesser des Rohrs 12 im Bereich von etwa 1,0 Zentimeter (cm) bis etwa 7,0 cm und insbesondere im Bereich von 2,0 cm bis 5,0 cm liegen. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das schwimmfähige Element 12 in der Form eines festen oder biegsamen Stabs aus schwimmfähigem Schaumkunststoffmaterial sein.
Die Haltehülse 14 kann aus einem biegsamen Bogen gebildet sein, der um das schwimmfähige Element geschlungen ist. Der Durchmesser der Haltehülse 14 sollte ausreichend sein, um zu gestatten, dass das schwimmfähige Element 12 hindurchgeführt und mit Kappen versehen wird. Die Kappen an den Enden 50, 52 des Rohrs 12 können verwendet werden, um zu verhindern, dass das Rohr aus der Hülse 14 gleitet. Das Hülsenma terial 14 sollte eine hohe Zugfestigkeit und eine hervorragende Beständigkeit gegenüber ultravioletter (UV-)Strahlung aufweisen. Die Hülse 14 kann der Sonnenstrahlung an der Wasseroberfläche für lange Zeiträume (drei bis vier Jahre oder länger) ausgesetzt sein. Die Haltehülse 14 kann zum Beispiel aus gewebtem Polyethylen gebildet sein, das einen grobgewebten Baumwollstoff mit einer Webung von 12 × 10,5 aufweist, der an beiden Seiten mit 1,75 mil Polyethylen überzogen ist. Die Hülse 14 kann aus ästhetischen Gründen und/oder zur Auffindung der Anlage 10 an der Wasseroberfläche 32 gefärbt oder mit einem sichtbaren Muster oder Markierungen versehen sein.
Der photische Abschnitt 16 kann aus Stoff oder einem anderen geeigneten biegsamen künstlichen Material gebildet sein. Der Stoff 16 bildet vorzugsweise einen künstlichen Aufbau mit hohem Oberflächenbereich, um das Wachstum von Algen und/oder anderen autotrophen Organismen anzuregen und zu unterstützen. Die Höhe 54 des photischen Abschnitts 16 (1) ist derartig, dass bei der Verwendung der gesamte photische Abschnitt 16 oder der Großteil davon in der photischen Zone des Wassers 30 aufgehängt ist. Somit beträgt die Höhe 54 des photischen Abschnitts 16 in der veranschaulichten Ausführungsform etwa 0,3 Meter. Autotrophe Organismen haften am photischen Abschnitt 16 an und erfahren eine Photosynthese, um Nährstoffe für andere Organismen im Wasser 30 bereitzustellen.
Der photische Abschnitt 16 kann zum Beispiel aus nadelgelochtem Polyester-Spunbond-Stoff mit einem Oberflächenbereich von 55 Quadratmetern pro Quadratmeter Stoff (m²/m²) gebildet sein. Andere biegsame Aufbauten mit hohem Oberflächenbereich einschließlich offenzelligem Schaumstoff, oder gesponnener Watte, mikroporösen körnigen Teilchen auf einem biegsamen Träger, und dichtem Filz, können ebenfalls verwendet werden, um den photischen Abschnitt 16 zu bilden. Im Allgemeinen kann der photische Abschnitt 16 aus jedem be liebigen der Aufbauten mit hohem Oberflächenbereich gebildet sein, die in der Veröffentlichung der internationalen (PCT) Patentanmeldung Nr. WO 99/17605 beschrieben sind.
Der veranschaulichte photische Abschnitt 16 kann einen Oberflächenbereich von etwa 2,0 m²/m² bis etwa 100 m²/m² aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der photische Abschnitt 16 einen Oberflächenbereich von 20 m²/m² bis 75 m²/m² auf. Die Porengrößenverteilung des photischen Abschnitts 16 kann in einem Bereich von etwa 25 Mikron (μm) bis etwa 10.000 μm und insbesondere im Bereich von 100 μm bis 1.000 μm liegen. Das biegsame Material 16 sollte vorzugsweise eine hervorragende Langzeitbeständigkeit gegenüber UV-Strahlung aufweisen.
Der heterotrophe Abschnitt 18 kann aus einem biegsamen Bogenmaterial gebildet sein, das einen hohen wirksamen Oberflächenbereich aufweist. Der Abschnitt 18 kann auch mit geeigneten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften (Benetzungsoberfläche, Oberflächenkontaktwinkel, Ionisationspotential usw.) versehen sein. Das biegsame Material 18 ist dazu eingerichtet, eine Kolonisierung durch heterotro- phe Organismen und/oder andere Wasserbewohner zu gestatten und anzuregen.
Die Streifen (die in der Form von Bändern, Strängen, Wedeln oder Filamenten sein können) können durch parallele Schnitte durch den Stoff des heterotrophen Abschnitts 18 gebildet werden. Die Streifen 24 können vor oder nach der Anbringung des heterotrophen Abschnitts 18 am photischen Abschnitt 16 gebildet werden. Die Streifen 24 sollten vorzugsweise gebildet werden, bevor die Anlage 10 im Wasser 30 ausgebracht wird. In Betrieb verursachen Wasserströmungen, dass sich die Streifen 24 ausbreiten und voneinander trennen, um einen sich bewegenden verzweigten Aufbau zu bilden, der dem unteren Abschnitt eines Tupelo-Baums ähnlich sieht. Die ausgebreiteten und teilweise verschlungenen Streifen 24 schaukeln im Wasser 30 hin und her, um einen reizvollen Lebensraum (Schatten und Zuflucht vor Räubern) für Fische und andere Wasserbewohner bereitzustellen. Die Bewegung des verzweigten Aufbaus 24 fördert auch die Biomasseübertragung von Nährstoffen mit dem Wasser 30.
Die Breiten der Streifen 24 können zum Beispiel im Bereich von etwa 5 Millimeter (mm) bis etwa 100 mm und insbesondere im Bereich von 10 mm bis 25 mm liegen.
Wie oben bemerkt neigen die biegsamen Streifen 24 dazu, bei der Verwendung allmählich zum Benthos 34 abzusinken. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die spezifische Schwere des photischen und des heterotrophen Abschnitts 16, 18 in einem Bereich von etwa 1,02 bis etwa 1,50. Noch bevorzugter liegt die spezifische Schwere der Stoffabschnitte 16,18 im Bereich von 1,05 bis 1,25.
Der heterotrophe Abschnitt 18 (einschließlich der Streifen 24) kann einen Oberflächenbereich im Bereich von etwa 25 m²/m² bis etwa 400 m²/m² und insbesondere im Bereich von 120 m²/m² bis 320 m²/m² aufweisen. Die Porengrößenverteilung des heterotrophen Abschnitts 18 sollte im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 250 μm und insbesondere im Bereich von 5 μm bis 50 μm liegen. Das biegsame heterotrophe Material 18 kann aus einem Polymermaterial mit ausreichendem Molekulargewicht bestehen, um seine Stabilität sicherzustellen, wenn es hohen Graden von mikrobiologischer Aktivität ausgesetzt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Material für den heterotrophen Abschnitt 18 (einschließlich der Streifen 24) aus nadelgelochtem gewebtem Polyester (flammenversiegelt) mit einem Oberflächenbereich von etwa 60 m²/m² und einer durchschnittlichen Porengröße von etwa 89 μm bestehen. Das heterotrophe Material 18 kann alternativ jeden beliebigen der Aufbauten mit hohem Oberflächenbe reich umfassen, die in der Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 99/17605 beschrieben sind.
Die Ballastvorrichtungen 26 können aus Metall (wie etwa Blei) oder einem anderen geeigneten haltbaren Material gebildet sein. Die Gewichte 26 können an den unteren Enden 28 der Streifen 24 festgeklammert sein. Das Gewicht jeder Ballastvorrichtung 26 kann im Bereich von etwa 100 Gramm bis zu etwa 1.000 Gramm und insbesondere im Bereich von 200 Gramm bis 400 Gramm liegen. Das gesamte Gewicht aller Ballastvorrichtungen 26 für jede Anlage 10 kann zum Beispiel im Bereich von etwa 1,0 Kilogramm (kg) bis etwa 10 Kilogramm (kg)/Längenmeter der Anlage 10 und insbesondere im Bereich von 3,0 bis 5,0 kg/Längenmeter liegen.
Die Ballastvorrichtungen 26 können an den freien Enden 28 der Streifen 24 festgeklammert oder festgenäht sein. Die Gewichte 26 können an ausgewählten der Streifen 24 angebracht sein und entlang der Länge der Anlage 10 beabstandet sein. In einer alternativen Ausführungsform kann jedes Gewicht 26 an mehr als einem Streifen 24 festgeklammert sein.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Ballastvorrichtungen 26 in der Form von biegsamen Säcken oder kleinen Behältern sein. Die Säcke 26 können aus gewebtem Polypropylen oder einem anderen geeigneten Material sein. Nach dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung 10 mit leeren Säcken oder Behältern transportiert werden. Dann können die Säcke oder Behälter 26 mit Sand, Kies oder einem anderen geeigneten Ballastmaterial einschließlich körnigen Materials, das am Wasser leicht verfügbar ist, gefüllt werden. Und dann kann die Vorrichtung 10 im Wasser 30 ausgebracht werden. Auf diese Weise muss das Ballastmaterial nicht als Teil der Vorrichtung 10 transportiert werden, was das Transportieren und Handhaben der Vorrichtung 10 leichter macht. Die gefüllten Ballast vorrichtungen 26 können zum Beispiel das Aussehen von Bohnensäcken aufweisen.
Die biegsamen Ballastvorrichtungen 26 können durch eine Vielfalt von geeigneten Verbindungsmitteln (nicht gezeigt) einschließlich, doch ohne Beschränkung darauf, Nähten, Klemmen, Klammern, Heftklammern und biegsamen Bändern mit den Enden 26 der Streifen 24 verbunden sein. Die Streifen 24 und die Verbindungsmittel sollten ausreichend haltbar sein, um den wiederholten Zerrkräften zu widerstehen, die durch das schwimmfähige Rohr 12 erzeugt werden, das sich auf Wellen (nicht gezeigt) an der Wasseroberfläche 32 auf und ab bewegt. Daher weist das Bilden der Ballastvorrichtungen 26 aus biegsamen Säcken, die mit körnigem Material gefüllt sind, den Vorteil auf, dass am Verbindungspunkt mit dem Ende 28 des Streifens 24 kein starres diskretes Gewicht gebildet ist. Die biegsamen Ballastvorrichtungen 26 können ohne die Zugbeanspruchungskonzentrationen, die mit dem Anbringen eines festen Metallgewichts an den Streifenenden 28 zusammenhängen würden, mit den Streifen 24 verbunden sein.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 4 gezeigt ist, sind die Hülse 14 und der photische und der heterotrophe Abschnitt 16, 18 in einem Stück aus einem einzelnen Bogen eines biegsamen Materials gebildet. Das heißt, die Unterwasseranlage 100 kann ohne die zweite Reihe von Nähten 22 aufgebaut sein, und der photische und der heterotrophe Abschnitt 16, 18 können aus dem gleichen Material gebildet sein. Das Aufbauen der Vorrichtung 100 aus einem einzelnen Materialbogen 16, 18, der an der Hülse 14 angebracht ist, kann hinsichtlich der Verringerung der Herstellungs- und der Einrichtungskosten vorteilhaft sein, selbst wenn die biologische Wachstumsleistung der Vorrichtung weniger als optimal ist. Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Hülse und der photische und der heterotrophe Abschnitt alle als eine einstückige Einheit aus einem einzelnen Stück eines biegsamen Materials gebildet sein.
In noch einer alternativen Ausführungsform, wie sie in 5 und 6 gezeigt ist, sind an den Enden des schwimmfähigen Elements 12 zusätzliche Schwimmervorrichtungen 200, 202 angebracht. Die Schwimmervorrichtungen 200, 202 können aufblasbar sein, oder sie können aus geschlossenzelligem Schaumstoffmaterial oder anderen geeigneten Materialien gebildet sein. Die Schwimmervorrichtungen 200, 202 stellen eine zusätzliche Schwimmfähigkeit für die Vorrichtung 204 bereit, um sicherzustellen, dass der photische Abschnitt 16 selbst dann in der photischen Zone verbliebt, wenn sich große Mengen an Sedimenten oder biologischem Material an den Unterwasserabschnitten 16, 18 ansammeln. Die Schwimmervorrichtungen 200, 202 können am schwimmfähigen Element 12 angebracht werden, bevor die Vorrichtung 204 erstmalig im Wasser 30 eingerichtet wird. Alternativ können die Schwimmervorrichtungen 200, 202 am schwimmfähigen Element 12 angebracht werden, nachdem die Vorrichtung 204 für einige Zeit im Wasser 30 eingesetzt wurde. Daher können die Schwimmervorrichtungen 200, 202 als Reaktion auf eine Bestimmung, dass Sedimentbedingungen, biologische Wachstumsbedingungen und/oder Wasserströmungen andernfalls verursachen würden, dass das schwimmfähige Element 12 unter die Wasseroberfläche 32 versenkt würde, mit der Vorrichtung 204 verbunden werden. Die Schwimmervorrichtungen 200, 204 sind vorzugsweise aus einem haltbaren, UV-strahlungsbeständigen Material gebildet.
Wie in 5 und 6 gezeigt können auch Anker 210, 212 bereitgestellt sein, um die Vorrichtung 204 am Benthos 234 zu befestigen. Die Anker 210, 212 können aus Beton- oder Zementblöcken oder einem anderen geeigneten Material gebildet sein. Die Anker 210, 212 können durch geeignete Haltetaue (oder Seile, Ketten oder Kabel) 214, 216 mit den Enden 50, 52 des schwimmfähigen Elements 12 verbunden sein. Die Hal tetaue 214, 216 sind vorzugsweise kürzer als die Höhe 36 der Vorrichtung 204, so dass die Enden 28 der biegsamen Streifen 24 bei der Verwendung das Benthos 34 erreichen. Die Anker 210, 212 können unter Umständen, die mit starkem Wind oder Wasserströmungen verbunden sind, nützlich sein, wenn das Gewicht der Ballastvorrichtungen 26 und/oder die Zugfestigkeit der Streifen 24 unzureichend wäre, um die Vorrichtung an der gewünschten Stelle zu behalten.
Die Anker 210, 212 können mit oder ohne die zusätzlichen Schwimmervorrichtungen 200, 202 eingesetzt werden. Die Schwimmervorrichtungen 200, 202 können mit oder ohne die Anker 210, 212 eingesetzt werden. Die Anker 210, 212 und/oder die Schwimmervorrichtungen 200, 202 können mit dem zusammengesetzten Aufbau 10 von 1 und/oder dem in 4 gezeigten einheitlichen Aufbau eingesetzt werden.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung 10 von 1 ohne Ballastvorrichtungen 26 jeglicher Art ausgebracht sein. Die Ballastvorrichtungen können in bestimmten Umgebungen nicht erforderlich oder erwünscht sein. Zum Beispiel können die Ballastvorrichtungen in Bruttanks oder kleinen Teichen, die durch hohe Dämme geschützt sind und statische Wind- und Strömungsbedingungen erfahren, nicht erforderlich sein. Nach diesem Gesichtspunkt der Erfindung sinken die Streifen 24 von selbst zum Benthos 34 und dürfen sie unter dem photischen Abschnitt 16 sanft hin und her schaukeln. Die Streifen 24 sinken, da sie geringfügig dichter als das umgebende Wasser 30 sind. Die unteren Enden 28 der Streifen 24 können allmählich voneinander getrennt werden, um einen verzweigten Lebensraum für Wasserbewohner zu bilden. In Umgebungen, in denen keine Ballaste oder Anker eingesetzt werden, kann es zum Beispiel erwünscht sein, die Enden des schwimmfähigen Rohrs 12 an die Seiten des Bruttanks zu binden.
Beim Betrieb kann das biegsame Material zur Ausbringung der Anlage 10, 100, 204 um das schwimmfähige Element 12 gewickelt oder dagegen gefaltet sein. Dann wird die Anlage 10, 100, 204 von einem Boot (nicht gezeigt) oder vom Rand des Wassers 30 in das Wasser 30 abgesenkt. Die Gewichte 26 wickeln das biegsame Material 12 automatisch vom schwimmfähigen Element 12 ab oder entfalten es davon, und der Wind 40 und Wasserströmungen verursachen, dass sich die einzelnen Streifen 24 in der in 3 und 6 gezeigten Weise voneinander weg bewegen. Die Anker 210, 212 können ausgebracht werden, bevor das biegsame Material 16, 18 vollständig im Wasser 30 ausgebracht ist, insbesondere unter starken Wind- oder Strömungsbedingungen, unter denen die Anker 210, 212 nötig sind, um sicherzustellen, dass die Vorrichtung 204 an der gewünschten Stelle und/oder in der gewünschten Ausrichtung ausgebracht wird.
Falls gewünscht, können die Enden 50, 52 der Anlage 10, 100, 204 mit anderen gleichen Anlagen 10, 100, 204 oder geeigneten Seilen oder Kabeln verbunden werden. Alternativ kann die Anlage 10, 100, 204 nur durch die Gewichte 26, die am Benthos 34 ruhen, von selbst an seiner Stelle behalten werden. Im Lauf der Zeit sammelt sich biologisches Wachstum an den Stoffbahnen und -streifen 16, 18 an. Am photischen Abschnitt werden photosynthetische Prozesse unterstützt. An und unter den verzweigten Streifen 24 wird die Nahrungsentwicklung und die Kolonisation durch heterotrophe Organismen angeregt und unterstützt. Falls gewünscht, kann die Unterwasseranlage 10, 100, 204 entfernt, ausrangiert und/oder gereinigt und in das Wasser 30 zurückgebracht werden.
Beim Wasserkörper 30 kann es sich um Meerwasser, Süßwasser oder andere Wassersysteme und -umgebungen handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Wasser 30 in einem Aquakultur-Meeres"pferch" (nicht veranschaulicht) definiert sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Wasser 30 übermäßige Nährstoffe wie etwa Stickstoff und Phosphor, und/oder Schwermetalle enthalten, und können die biegsamen Materialien 16, 18 so formuliert sein, dass sie das Wachstum von bestimmten autotrophen Organismen und heterotrophen Organismen anregen, um die übermäßigen Nährstoffe und/oder Schwermetalle aus dem Wasser zu beseitigen oder zu konzentrieren.
Die Materialien, die in der Unterwasseranlage 10, 100, 204 verwendet werden, sollten vorzugsweise aus Polymeren bestehen, die keine schädlichen Chemikalien in die Umgebung sickern lassen, und die sich in Wasser (einschließlich Meerwasser) und Sonnenlicht nicht zersetzen. Die Unterwasseranlage kann für lange Zeiträume verwendet werden, und kann gereinigt, wiederverwendet und/oder transportiert werden. Falls gewünscht, können die biegsamen Abschnitte 16, 18 eine oder mehrere zusätzliche Schichten (nicht veranschaulicht) oder Materialien zur Verstärkung, zur Erhaltung und zum Schutz der Unterwasseranlage beinhalten.
Ein Vorteil der veranschaulichten Anlage 10, 100, 204 ist, dass sie verhältnismäßig leichtgewichtig, biegsam und leicht handhabbar ist. Die Anlage kann mit wenig oder keinerlei besonderer Ausrüstung im Wasser 30 eingerichtet werden. Es werden keine Taucher benötigt, um die Anlage am Benthos 34 zu verankern.
Im Lauf der Zeit verringern das Wachstum des Biofilms und das Anhaften von Organismen an den biegsamen Materialien 16, 18 allmählich die gesamte Schwimmfähigkeit der Anlage 10, 100, 204. Doch während die gesamte Schwimmfähigkeit verringert wird, sinkt das Rohr 12 nicht tiefer in das Wasser 30 ein. Das schwimmfähige Rohr 12 bleibt an der Wasseroberfläche 32, um den photischen Abschnitt 16 in der photischen Zone zu halten, damit dieser für eine wirksame photosynthetische Entwicklung von Nährstoffen Sonnenlicht erhält.

Claims

Unterwasseranlage (10) zur Förderung des biologischen Wachstums, wobei die Anlage Folgendes umfaßt: ein schwimmfähiges Element (12); einen biegsamen Bogen (16), der mit dem schwimmfähigen Element (12) verbunden ist; und biegsame Streifen (24), die mit dem biegsamen Bogen (16) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bogen (16) bei Verwendung abwärts ins Wasser erstreckt und einen Aufbau mit hohem Oberflächenbereich aufweist, um das Wachstum von autotrophen Organismen in einer photischen Zone zu fördern, und daß sich die biegsamen Streifen (24) bei Verwendung abwärts ins Wasser erstrecken und so angeordnet sind, daß sie das Wachstum von heterotrophen Organismen unter der photischen Zone fördern.
Anlage nach Anspruch 1, wobei das schwimmfähige Element ein hohles Rohr (12) beinhaltet.
Anlage nach Anspruch 2, ferner umfassend eine biegsame Hülse (14) zur Verbindung des biegsamen Bogens (16) mit dem hohlen Rohr (12).
Anlage nach Anspruch 3, ferner umfassend Nähte (20, 22) zur Verbindung der biegsamen Streifen (24) mit dem biegsamen Bogen (16).
Anlage nach Anspruch 4, wobei die Streifen (24) und der Bogen (16) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
Anlage nach Anspruch 3, wobei die Streifen (24) und der biegsame Bogen (16) einstückig aus einem einzelnen Gewebebogen gebildet sind.
Anlage nach Anspruch 3, wobei sich das hohle Rohr (12) waagerecht über die Wasseroberfläche (32) erstreckt.
Anlage nach Anspruch 7, wobei die Streifen (24) freie Enden (28) aufweisen, die nicht miteinander verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 8, wobei die Streifen (24) eine bestimmte Schwere aufweisen, die größer als oder gleich 1,02 ist.
Anlage nach Anspruch 9, ferner umfassend Ballastvorrichtungen (26), um einen oder mehrere der Streifen am Benthos (34) zu verankern.
Anlage nach Anspruch 10, wobei die Ballastvorrichtungen (26) Metallgewichte beinhalten, die an einem oder mehreren der freien Enden (28) einer ersten Gruppe der Streifen angebracht sind.
Anlage nach Anspruch 9, wobei die Anlage (10) keine Ballastvorrichtung (26) aufweist, und wobei die Streifen (24) nicht am Benthos (34) verankert sind.
Anlage nach Anspruch 9, wobei die Streifen (24) in Bezug zueinander beweglich sind, um einen verzweigten Unterwasser-Lebensraunm für Wasserbewohner zu bilden.
Aquakulturverfahren, umfassend folgende Schritte: Schwimmen lassen einer schwimmfähigen Vorrichtung (12) an der Oberfläche eines Wasserkörpers (32); Aufhängen eines biegsamen Bogens (16) an der schwimmfähigen Vorrichtung (12) im Wasserkörper (32), so daß sich dieser abwärts in das Wasser in eine photische Zone erstreckt; Aufhängen von biegsamen Streifen (24) am biegsamen Bogen, so daß sich diese abwärts in das Wasser unter die photische Zone erstrecken; und anschließendes Fördern des Wachstums von autotrophen und heterotrophen Wasserorganismen am biegsamen Bogen (16) und an den biegsamen Streifen (24).
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt des Anlegens der freien Enden (28) der biegsamen Streifen (24) an den Boden des Wasserkörpers.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend den Schritt des Verankerns einer ersten Gruppe der freien Enden (28) am Boden.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend den Schritt des Bildens von Ballastvorrichtungen (26) durch Hinzufügen von Ballastmaterial zu biegsamen Ballastbehältern.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend den Schritt des Bewegens der freien Enden (26) in Bezug zueinander, um einen verzweigten Unterwasser-Lebensraum zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend den Schritt des Züchtens von heterotrophen Organismen in diesem Lebensraum.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend den Schritt des Bereitstellens von Schwebevorrichtungen (200, 202) an entgegengesetzten Enden der schwimmfähigen Vorrichtung (12).
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt des Anbindens von Ankern (210, 212) an die schwimmfähige Vorrichtung (12).