DE10155190A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Prozesswasser in Aquakulturanlagen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Prozesswasser in AquakulturanlagenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung, Reinigung und Konditionierung von Frisch- und/oder Salzwasser insbesondere in Produktionsanlagen für Fisch- und Schalentiere, wobei das Wasser in einem weitestgehend geschlossenen, kaskadierten Kreislaufsystem zirkuliert wird, wobei einem Hauptkreislauf (A) mindestens zwei Kreisläufe (B, C) mit weitergehenden Reinigungsaufgaben nachgeordnet sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung, Reinigung und Konditionierung von Frisch- und/oder Salzwasser insbesondere in Produktionsanlagen für Fisch- und Schalentiere.
- Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Förderung, Reinigung und Konditionierung von Frisch- und/oder Salzwasser insbesondere in Produktionsanlagen für Fisch- und Schalentiere.
- Verfahren mit geschlossenem Wasserkreislauf sind aus DE-199 09 172 A1 oder DE 37 42 642 A1 bekannt. Die Kreislaufanlagen gehören zu den etablierten Verfahren in der Fischzucht insbesondere von Süßwasserfischen. Das Verfahren der Kreislaufführung des Produktionswassers führt zu erheblichen Einsparungen von Frischwasser und ermöglicht durch Kontrolle und biologische Reinigung eine gleichbleibende Qualität des Kreislaufwassers und führt zur Verringerung der Umweltbelastung. Kreislaufanlagen bestehen in der Regel aus den Fischbecken, einer Eliminationseinheit von Schwebstoffen, die als Flotation, Feinsieb oder Sedimentationseinheit ausgeführt ist, einem Behälter zur Regelung von pH-Wert und Temperatur sowie einer Einheit zur Zuführung von Sauerstoff. Limitierender Faktor ist neben der Stickstoffanreicherung des Wassers durch Futterreste und Stoffwechselendprodukte der Sauerstoffgehalt in den in der Regel flachen Becken (0,4-2,0 m). Der Sauerstoffgehalt beträgt bei Begasung des Kreislaufwassers mit Luft ca. 8-10 mgO2/l. Durch Einsatz von technischem Sauerstoff und Druck kann das Zulaufwasser zum Fischbecken mittels Injektionsverfahren bei 0,5 bar Sauerstoffgehalte von bis zu 20 mgO2/l aufweisen. Aufgrund der Sauerstofflimitierung bei hohen Fischbesatzdichten wird eine große Menge Wasser im Kreis geführt. Zur Entfernung der aus dem Fischzuchtbecken ausgetragenen Schwebstoffe dient im Stand der Technik eine Flotation, ein Feinsieb oder eine Sedimentationseinheit. Die Schwebstoffe werden an dieser Stelle aus dem Kreislauf zusammen mit einem sehr hohen Wasseranteil ausgeschleust. Das Schwebstoff- Wasser-Gemisch wird in der Regel entwässert. Das Wasser wird dem Kreislauf wieder zugeführt, die Schwebstoffe werden als Abfall entsorgt. Zur Behandlung der gelösten organischen Verbindungen und der Stickstoffverbindungen, die von den Fischen produziert werden, wird das Kreislaufwasser im Stand der Technik über eine biologische Einheit (Festbett, biologisch aktive Filtration) geführt. Biofilter werden zum einen über die biologische Abbaurate und zum anderen über die hydraulische Belastung bemessen. Aufgrund der hohen Wassermengen sind im aus den Fischbecken ausgeschleusten Wasser nur ca. 1 bis 5 mg/l NH4-N gelöst, so dass der Biofilter mit hoher hydraulischer Belastung fährt aber in seiner biologischen Abbaupotential unterfordert ist. Da die Biofilter bei hoher hydraulischer Belastung eine große Leerrohrfläche aufweisen, führt diese bei der notwendigen Rückspülung der Filter zu erheblichen Nachteilen. Diese bestehen darin, dass zur Rückspülung große Wasser- und Luftgeschwindigkeiten (40 m/h Wassergeschwindigkeit, 60 m/h Luftgeschwindigkeit) notwendig sind, die bei großer Fläche des Filters zu großen Mengen an zu behandelnden Rückspülwassers führen. Ungünstig ist weiter, dass die Biofilter ohne definierte abwassertechnische Verhältnisse arbeiten und keine effiziente Feststoffabscheidung ermöglichen. Alternativ werden Schwebebettreaktoren zur biologischen Elimination der Wasserinhaltsstoffe eingesetzt. Diese müssen jedoch mit konstanter Leerrohrgeschwindigkeit gefahren werden, damit das Trägermaterial für die Mikroorganismen in Schwebe bleibt, was zusätzlich die Flexibilität des Wasserstroms eingrenzt. Schwebebettreaktoren leisten keinen Schwebstoffrückhalt.
- Im Stand der Technik weisen die bekannten Verfahren zur Elimination unerwünschter Wasserinhaltsstoffe aus Wasser zur Fischzucht neben den ihnen eigenen Vorteilen gewisse Nachteile auf:
- - Ineffiziente Schwebstoffentfernung wegen hoher Rezirkulationsraten und der daraus resultierenden niedrigen Schwebstoffkonzentrationen.
- - Spülwasser der Schwebstoffentfernungsstufe (Filtration) muss weiter behandelt werden, um die Schwebstoffe aufzukonzentrieren. Sonst hoher Verlust von Kreislaufwasser.
- - Aufkonzentrierte Schwebstoffe müssen entsorgt werden.
- - Ineffiziente Nutzung des biologischen Abbaupotentials der biologischen Stufe. Wegen der hohen Wassermengen ist die biologische Stufe häufig als Schwebebett ausgeführt, die mit niedrigen Konzentrationen beaufschlagt wird.
- - Keine gezielte Denitrifikation und dadurch eine Aufkonzentrierung von Nitrat oder eine hohe Austauschrate von Kreislaufwasser.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung, Reinigung und Konditionierung von Frisch- und/oder Salzwasser derart weiterzubilden, dass das Kreislaufverfahren wirtschaftlicher und effizienter gestaltet ist und wobei die notwendigen physikalischen (Sauerstoffeintrag) und biologischen (Stickstoffelimination) Behandlungsschritte optimiert sind und Steuerungsmöglichkeiten für die einzelnen Parameter geschaffen sind.
- Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
- Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 3 auf.
- Die Erfindung schafft Abhilfe, ohne die Vorteile der Kreislaufführung aufgeben zu müssen, indem ein kaskadiertes System aus einem Hauptkreislauf und mindestens zwei unabhängigen, in der Reinigungsleistung weitergehenden Systemkreisläufen zur Erzielung größtmöglicher Flexibilität und Effektivität geschaffen wird.
- Der erste Systemkreislauf, der Hauptkreislauf A, besteht aus Fischbecken 1, Sedimentationseinheit 2, einer Einheit aus Entgasung/Speicherbehälter 3 und einem Niederdruck- Sauerstoffeintragssystem 4. Der zweite Systemkreislauf B besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Nitrifikation 5 und einer Entgasungseinheit 6. Der dritte Systemkreislauf C besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Denitrifikation 7 und einer Rückhaltungseinheit der Biomasse (Sedimentation/Mikrofiltration) 8.
- Der zweite Systemkreislauf B speist sich aus dem Hauptkreislauf A und führt wieder in den Hauptkreislauf A zurück. Der dritte Systemkreislauf C speist sich aus dem zweiten B und führt in den Hauptkreislauf (A) zurück. Die nachgeordneten Systemkreisläufe B, C weisen im Vergleich zum Hauptkreislauf A zusätzliche Funktionseinheiten auf. Der Reinigungsgrad erhöht sich stufenförmig entsprechend der Anzahl der nachgeordneten Systemkreisläufe.
- Das kaskadierte System ist dadurch gekennzeichnet, dass ein nachgeordneter Systemkreislauf B, C im Vergleich zum Hauptkreislauf A mit einem geringeren Volumenstrom beaufschlagt wird sowie zusätzliche Funktionseinheiten aufweist, derart, dass ein höherer Reinigungsgrad des Wassers erzielbar ist.
- In dem dem Hauptkreislauf A nachgeordneten Systemkreislauf B werden aerobe Milieubedingungen zur Nitrifikation und zum Kohlenstoffabbau eingestellt. In dem dem Systemkreislauf B nachgeordneten Systemkreislauf C werden anoxische Milieubedingungen zur Denitrifikation eingestellt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren eliminiert die Nachteile des Stands der Technik und führt zu folgenden Vorteilen:
- - Effiziente Schwebstoffentfernung wegen der Aufkonzentrierung der niedrigen Konzentrationen im Biofilter, dessen hohe Filtrationsleistung und hohe biologische Aktivität durch die Abkopplung vom Hauptkreislauf ausgenutzt wird.
- - Die Schwebstoffe des Spülwassers des Biofilters werden als H-Donator zur Denitrifikation des Nitrats genutzt.
- - Effiziente Kreislaufführung durch Nutzung aller im Kreislauf entstehenden Stoffe sowie Entfernung aller störender Stoffe.
- Durch die klare Trennung der spezialisierten Wasseraufbereitungsstufen vom Hauptkreislauf A mit der Sauerstoffanreicherung zur elementaren Versorgung der Fische, können diese dem Stand der Technik entsprechend bemessen und gefahren werden. Zudem weist das System nun eine Flexibilität auf, die es erlaubt, die Reinigungsleistung entsprechend der zu produzierenden Fisch- oder Schalentierart einzustellen. Dies führt gegenüber dem Stand der Technik zur Reduzierung der Abfallprodukte durch Nutzung dieser als Werkstoffe und zur Reduzierung der Energiekosten durch effizientere Nutzung der einzelnen am Gesamtprozess der Reinigung beteiligten Verfahren.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist für eine Anwendung von 2 bis 1000 m3/h pro Wasserkreislauf geeignet. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung zum besseren Verständnis erläutert.
- Fig. 1 Schematische Darstellung einer Aquakulkturanlage zur Fisch- und Schalentierproduktion, in der das Wasser in einem weitestgehend geschlossenen, kaskadierten Kreislaufsystem zirkuliert wird, wobei einem Hauptkreislauf mindestens zwei Wasserkreisläufe mit weitergehenden Reinigungsaufgaben, nachgeordnet sind.
- - Der erste Systemkreislauf, der Hauptkreislauf A, besteht aus Fischbecken 1, Sedimentationseinheit 2, Speicherbehälter mit integrierter Entgasung des Wassers 3 sowie einem Niederdruck-Sauerstoffeintragssystem 4. Die Sedimentationseinheit besteht aus einem Becken mit eingebauten Schräglamellen zur Sedimentation der aus der Fischzuchtanlage ausgeschleusten Schwebstoffe. Der Schwebstoffgehalt des aus dem Fischzuchtbecken ausgeschleusten Wassers beträgt in der Regel von 0,05 bis 0,5 mg/l und wird durch die Lamellen um ca. 90% reduziert. Im Speicherbehälter wird das Wasser konditioniert (pH, Temperatur, Salzgehalt). Im Speicherbehälter kann mittels Bodenbelüftung der Austrag überschüssiger Prozessgase (CO2, N2, CH4) erfolgen. Das Wasser gelangt dann in einen Tiefbrunnen (10 m bis 30 m), der als Düker ausgebildet ist. Hier wird das Wasser mit Sauerstoff entsprechend der Löslichkeit in der Tiefe bis zu 30 mgO2/l angereichert. Der Vorteil dieser Technik besteht in dem geringen Energiebedarf. So ist nur der Druck, der sich aus den Rohrreibungsverlusten ergibt, zu überwinden. Alternativ kann bei schwierigen Bodenverhältnissen das Sauerstoffeintragssystem (4) als Niederdruck-Eintragssystem (Sättiger/Injektor) ausgeführt werden.
- - Der zweite Systemkreislauf B besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Nitrifikation 5 und einer Entgasungseinheit 6. Der biologisch aktive Filter ist mit körnigen Materialien hoher spezifischer Oberfläche zum Aufwuchs des für die Nitrifikation notwendigen Biofilms und zur effizienten Filtration gefüllt und weist eine Höhe bis zu 6 m auf. Der Biofilter kann bis zu 10 kg Schwebstoffen je m2 Leerrohrfläche aufnehmen und führt damit zu einer sehr effektiven Aufkonzentrierung der Schwebstoffe. Die Entgasungseinheit besteht aus Prallplatten oder Füllkörperkolonnen mittels derer überschüssiges CO2 und N2 abgestrippt wird.
- - Der dritte Systemkreislauf C besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Denitrifikation 7 und einer Rückhaltevorrichtung für die Biomasse (Sedimentation/Mikrofiltration) 8. Die Denitrifikationsstufe, welche als Belebtschlammbecken und/oder Schlaufenreaktor ausgeführt werden kann, wird mit Schlamm aus der Rückspülung der biologischen Filtration 5 aus dem zweiten Systemkreislauf B gespeist. Dieser Schlamm dient als H- Donator zur Denitrifikation des Nitrats. Der Belebtschlamm wird mittels einer Sedimentationseinheit (Klärbecken) und/oder einer Mikrofiltrationseinheit im System gehalten.
Claims (7)
1. Verfahren zur Förderung, Reinigung und Konditionierung
von Frisch- und/oder Salzwasser insbesondere in
Produktionsanlagen für Fisch- und Schalentiere, dadurch
gekennzeichnet, dass das Wasser in einem weitestgehend
geschlossenen, kaskadierten Kreislaufsystem zirkuliert
wird, wobei einem Hauptkreislauf (A) mindestens zwei
Kreisläufe (B, C) mit weitergehenden Reinigungsaufgaben
nachgeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Wasser nach Durchlauf der Systemkreisläufe (A, B, C)
einer gemeinsamen Funktionseinheit, dem Speicherbehälter
(3), zugeführt wird, welche dem Fischbecken (1)
vorgelagert ist.
3. Vorrichtung zur Förderung, Reinigung und Konditionierung
von Frisch- und/oder Salzwasser insbesondere in
Produktionsanlagen für Fisch- und Schalentiere, dadurch
gekennzeichnet, dass das Wasser in einem weitestgehend
geschlossenen, kaskadierten Kreislaufsystem zirkulierbar
ist, wobei einem Hauptkreislauf (A) mindestens zwei
Kreisläufe (B, C) mit weitergehenden Reinigungsaufgaben
nachgeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass
der Hauptkreislauf (A) aus Fischbecken (1), Sedimentationseinheit (2), einem Speicherbehälter mit integrierter Entgasungsstufe (3) und einem Sauerstoffeintragssystem (4) besteht,
der zweite Systemkreislauf (B) aus einem biologisch aktiven Filter zur Nitrifikation (5) und einer Entgasungseinheit (6) besteht und aus dem Hauptkreislauf (A), der Sedimentationseinheit (2) gespeist und das Wasser wieder in den Hauptkreislauf (A), den Speicherbehälter (3), zurückgeführt wird,
der dritte Systemkreislauf (C) aus einem biologisch aktiven Filter zur Denitrifikation (7) und einer Einheit zur Rückhaltung der Biomasse (Sedimentation/Mikrofiltration) (8) besteht und aus dem zweiten Systemkreislauf (B), dem biologisch aktivierten Filter zur Nitrifikation (5) gespeist und das Wasser wieder in den Hauptkreislauf (A), den Speicherbehälter (3), zurückgeführt wird.
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der dritte Systemkreislauf (C) aus einem biologisch aktiven Filter zur Denitrifikation (7) und einer Einheit zur Rückhaltung der Biomasse (Sedimentation/Mikrofiltration) (8) besteht und aus dem zweiten Systemkreislauf (B), dem biologisch aktivierten Filter zur Nitrifikation (5) gespeist und das Wasser wieder in den Hauptkreislauf (A), den Speicherbehälter (3), zurückgeführt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass ein nachgeordneter Systemkreislauf (B, C) im
Vergleich zum Hauptkreislauf (A) mit einem geringeren
Volumenstrom beaufschlagt wird und zusätzliche
Funktionseinheiten aufweist, derart, dass ein höherer
Reinigungsgrad des Wassers erzielbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem dem Hauptkreislauf (A) nachgeordneten
Systemkreislauf (B) aerobe Milieubedingungen zur
Nitrifikation und zum Kohlenstoffabbau eingestellt sind und
im dem Systemkreislauf (B) nachgeordneten
Systemkreislauf (C) anoxische Milieubedingungen zur Denitrifikation
eingestellt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Denitrifikationsstufe (7) als Sequencing
Batch Reactor (SBR; Belebtschlammbiologie mit
diskontinuierlichem Zulauf) betrieben ist.
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