DE102017122005A1 - Decoupled multitrophic production plant with distillation unit and bioreactor unit - Google Patents
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Abstract
Anlage zum Anbau von Vegetation, wobei die Anlage (1) wenigstens einen Behälter (2) zur Aufnahme von Wassertieren und/oder Wasserorganismen, wenigstens einen hydroponischen Teil (13) und wenigstens eine Einrichtung für den Wasser- und/oder Stoffkreislauf (17) umfasst, wobei die Anlage (1) des Weiteren wenigstens eine Einheit (16) zur Destillation umfasst und des Weiteren wenigstens eine Bioreaktoreinheit (10) umfasst.Plant for growing vegetation, the plant (1) comprising at least one container (2) for holding aquatic animals and / or aquatic organisms, at least one hydroponic part (13) and at least one device for the water and / or material cycle (17) wherein the plant (1) further comprises at least one unit (16) for distillation and further comprises at least one bioreactor unit (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Anbau von Vegetation nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems nach Anspruch 10.The invention relates to a plant for growing vegetation according to
Systeme, die im Allgemeinen die Landwirtschaft und insbesondere Systeme und Verfahren zum Anbau von Vegetation betreffen, sind im Wesentlichen bekannt.Systems generally relating to agriculture, and in particular systems and methods of growing vegetation, are well known.
Die
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Die Druckschrift
In der
Aquaponische Systeme, die auf Verfahren der Nahrungsmittelproduktion zur Erzeugung von Pflanzen und Wasserorganismen gerichtet sind, kombinieren die Produktionssysteme rezirkulierender Aquakultur und Hydroponik. Die Aquaponik führt dementsprechend mit Nährstoffen angereichertes Wasser der hydroponischen Pflanzenkultureinheit zu, die das Wasser, das in den Aquakulturtank zurückgeführt wird, intern reinigt.Aquaponic systems, which are directed to food production processes for the production of plants and aquatic organisms, combine the production systems of recirculating aquaculture and hydroponics. Accordingly, aquaponics deliver nutrient-enriched water to the hydroponic plant culture unit which internally purifies the water returned to the aquaculture tank.
Aquaponische Systeme sind zum Beispiel auf Pflanzen, Fische, Bakterien und/oder andere Organismen gerichtet, die in einer gemeinsamen Symbiose heranwachsen. Bakterien wandeln das Abwasser von Fischen in Nährstoffe für Pflanzen um; die Pflanzen filtern das Abwasser nach Nährstoffen; das aufbereitete Abwasser wird dann zu den Fischen zurückgeleitet.For example, aquaponic systems are directed to plants, fish, bacteria, and / or other organisms that grow into a common symbiosis. Bacteria convert the wastewater of fish into nutrients for plants; the plants filter the wastewater for nutrients; the treated wastewater is then returned to the fish.
Der Nachteil des angeführten Standes der Technik besteht darin, dass kein wirksamer Kompromiss bei der Produktion sowohl von Pflanzen als auch von Fischen unter gleichen Umgebungsbedingungen gefunden wird. Einer der Gründe dafür ist, dass Pflanzen und Fische häufig unterschiedliche pH-Bereiche in Bezug auf den Säuregehalt des Wassers erfordern. In der Regel wird in der Fischzucht ein pH-Bereich zwischen 6,5 und 9,0 benötigt, während Pflanzen häufig einen pH-Bereich unter 6,5 bevorzugen.The disadvantage of the cited prior art is that no effective compromise is found in the production of both plants and fish under the same environmental conditions. One of the reasons for this is that plants and fish often require different pH ranges with respect to the acidity of the water. As a rule, fish farming requires a pH range between 6.5 and 9.0, while plants often prefer a pH range below 6.5.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage bereitzustellen, die eine Erhöhung der Nährstoff- und pH-Konzentration für den hydroponischen Teil des Systems ermöglichen und gleichzeitig vorteilhafte nährstoffarme Bedingungen für die Fische gewährleisten.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plant and method of operating such a plant which will allow for an increase in nutrient and pH concentration for the hydroponic part of the system while providing beneficial nutrient-poor fish conditions.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass ein optimales Nährstoffkonzentrationsniveau nicht erreicht werden kann, indem die hydroponische Anbaufläche größer angelegt wird, um einen effizienten Wasserfluss aus einem rezirkulierenden Aquakultursystem zu gewährleisten, damit die Nährstoffkonzentration des rezirkulierenden Aquakultursystems auf einem optimalen Niveau bleibt. Dies bedeutet, dass das hydroponische System die Zugabe von Nährstoffen, z. B. in Form von Kunstdünger, erforderlich macht. Dies führt zu wirtschaftlichen Nachteilen, da die Betriebskosten aufgrund des zusätzlichen Düngungsbedarfs steigen. Daher ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein harmonisiertes System zur Erhöhung der Nährstoffkonzentration im hydroponischen System bereitzustellen, während die Fische mit nährstoffarmem Material versorgt werden.In practice, however, it has been found that an optimal level of nutrient concentration can not be achieved by increasing the hydroponic acreage to ensure efficient water flow from a recirculating aquaculture system to maintain the nutrient concentration of the recirculating aquaculture system at an optimal level. This means that the hydroponic system eliminates the addition of nutrients, e.g. B. in the form of artificial fertilizer required. This leads to economic disadvantages, since the operating costs increase due to the additional fertilizer requirement. Therefore, it is a further object of the invention to provide a harmonized system for increasing nutrient concentration in the hydroponic system while providing the fish with nutrient-depleted material.
Darüber hinaus löst der Stand der Technik nicht das Problem hoher Nitratwerte im rezirkulierenden Aquakultursystem. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Anlage sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anlage bereitzustellen, die das Problem der hohen Nitratwerte lösen.Moreover, the prior art does not solve the problem of high nitrate levels in the recirculating aquaculture system. It is therefore an object of the invention to provide a plant and a method for operating this plant, which solve the problem of high nitrate levels.
In dieser Hinsicht ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, den Nährstoffhaushalt multitrophischer und hydroponischer Teilsysteme zu verbessern.In this regard, it is a further object of the invention to maintain the nutrient balance multitrophic and hydroponic subsystems.
Darüber hinaus wäre es vorteilhaft, den Abfluss von Wasser, das in diesem System verwendet wird, zu minimieren.Moreover, it would be advantageous to minimize the drainage of water used in this system.
Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Düngungsbedarf für das hydroponische Teilsystem zu reduzieren.Furthermore, it is an object of the invention to reduce the fertilizer requirement for the hydroponic subsystem.
Diese verschiedenen Aspekte werden durch die Erfindung gemäß einer Anlage nach Anspruch 1 und dem Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage nach Anspruch 10 gelöst.These various aspects are solved by the invention according to a plant according to
Zusammenfassung der Erfindung:Summary of the invention:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Anbau von Vegetation.The present invention relates to a plant for growing vegetation.
Die Erfindung wird anhand eines aquaponischen Systems beschrieben und veranschaulicht. Obwohl es sich bei der Erfindung offensichtlich um das System zum Anbau von Vegetation handelt, das das Konzept einer Kombination von zwei Produktionssystemen in einem System aufgreift, ist die Aquaponik ein typisches Beispiel für ein solches System und definiert ein integriertes, quasi geschlossenes, multitrophisches System zur Nahrungsmittelproduktion, das ein rezirkulierendes Aquakultursystem (engl. recirculating aquaculture system, im Folgenden: RAS) und eine hydroponische Einheit umfasst.The invention will be described and illustrated by means of an aquaponic system. Although the invention is obviously the vegetation growing system that incorporates the concept of combining two production systems in one system, aquaponics is a typical example of such a system and defines an integrated, quasi-closed, multitrophic system for Food production comprising a recirculating aquaculture system ('RAS') and a hydroponic unit.
Die erfindungsgemäße Anlage ist so ausgelegt, dass sie ein mit Nährstoffen angereichertes Medium aufbereitet, das von einer Komponente oder einem Teil derselben stammt, welches sich in diesem Medium befindet, wobei das Medium zu einer hydroponischen Einheit geleitet wird und auf diese Weise Nährstoffe für das Wachstum der Vegetation zur Verfügung stellt.The plant of the invention is designed to treat a nutrient-enriched medium derived from a component or portion thereof present in that medium, which medium is passed to a hydroponic unit and thus nutrients for growth the vegetation provides.
Ein Beispiel für ein solches System ist das aquaponische System, das von Fischen und/oder anderen Wassertieren oder Wasserorganismen stammendes, mit Nährstoffen angereichertes Wasser enthält, das zur hydroponischen Einheit geleitet wird und auf diese Weise Nährstoffe für das Wachstum der Vegetation, z. B. das Wachstum von Pflanzen, zur Verfügung stellt.An example of such a system is the aquaponic system, which contains water enriched with nutrients from fish and / or other aquatic or aquatic organisms, which is directed to the hydroponic unit and thus nutrients for the growth of the vegetation, e.g. As the growth of plants, provides.
In einem anderen Beispiel kann eine solche Anlage aber auch für die Aufbereitung von Stoffwechselprodukten anderer Tiere, wie z. B. von Nutztieren, sowie für die Aufbereitung von organischen Haushalts- oder Pflanzenabfällen eingesetzt werden.In another example, such a plant but also for the treatment of metabolic products of other animals, such. B. of livestock, as well as for the treatment of organic household or plant waste can be used.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitet die Anlage das Medium auf, bei dem es sich um mit Nährstoffen angereichertes Wasser handelt. Dieses Wasser enthält Nährstoffe, die von der Komponente oder einem Teil derselben stammen. Komponente oder Teil im Sinne der vorliegenden Erfindung können Wassertiere und/oder Wasserorganismen sein, z. B. Fische, Krabben, Krebse usw., die Abwässer produzieren, welche zur Nährstoffanreicherung des Mediums führen. Eine Nährstoffanreicherung kann auch das Ergebnis von nicht gefressenem Futter sein, das den Wassertieren und/oder Wasserorganismen verabreicht wird.In one embodiment of the present invention, the system prepares the medium, which is nutrient-enriched water. This water contains nutrients derived from the component or part of it. Component or part according to the present invention may be aquatic animals and / or aquatic organisms, eg. As fish, crabs, crabs, etc., produce wastewater, which lead to the nutrient enrichment of the medium. Nutrient enrichment may also be the result of uneaten food being administered to aquatic animals and / or aquatic organisms.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Wassertiere“ und/oder „Wasserorganismen“ unter dem Begriff „Fische“ zusammengefasst.For the purposes of the present invention, the term "aquatic animals" and / or "aquatic organisms" is summarized under the term "fish".
Die Anlage verwendet ein mit Nährstoffen angereichertes Medium, indem sie seine Nährstoffe in nutzbare Vegetationsnährstoffe, z. B. Pflanzennährstoffe, umwandelt. Die im System befindlichen Pflanzen können den Nährstoff entweder über die Wurzeln oder über die Zellwände aufnehmen. Die Pflanzen sind ein funktionaler Bestandteil bzw. Zielobjekt des verfahrenstechnischen Teils der hydroponischen Einheit.The plant uses a nutrient-enriched medium by converting its nutrients into usable vegetation nutrients, e.g. As plant nutrients, converts. The plants in the system can absorb the nutrient either through the roots or over the cell walls. The plants are a functional component or target object of the procedural part of the hydroponic unit.
Die Anlage kann somit beispielsweise Wassertiere, z. B. Fische, Krebse usw., sowie Pflanzen, z. B. Gemüse, Kräuter, Heilpflanzen, Früchte usw., in einem mikrobiellen Ökosystem produzieren, das einen hohen Grad der Wiederverwendung des Mediums, insbesondere der Wiederverwendung von Wasser, und des Nährstoffrecyclings gewährleistet.The plant can thus, for example, aquatic animals, such. As fish, crabs, etc., and plants, z. As vegetables, herbs, medicinal plants, fruits, etc., produce in a microbial ecosystem, which ensures a high degree of reuse of the medium, especially the reuse of water, and nutrient recycling.
Darüber hinaus ist die Anlage so ausgelegt, dass sie ein Verfahren durchführt, bei dem das mit Nährstoffen angereicherte Medium von den in der hydroponischen Einheit befindlichen Pflanzen gereinigt wird, bevor es wieder den Fischen im System zugeführt wird.In addition, the plant is designed to carry out a process whereby the nutrient-enriched medium is purified by the plants in the hydroponic unit before being returned to the fish in the system.
Das mit Nährstoffen angereicherte Medium, z. B. das mit Nährstoffen angereicherte Wasser, das auch als Abfallmedium bezeichnet werden kann, z. B. Abwasser, wird vorzugsweise von Bakterien und/oder Würmern und/oder anderen Organismen in Nahrung für die Pflanzen umgewandelt und zur hydroponischen Einheit geleitet, in der die Pflanzen oder andere Organismen die Nährstoffanreicherung filtern, bevor das Medium wieder an die Fische zurückgeführt wird.The nutrient-enriched medium, e.g. As the nutrient-enriched water, which can also be referred to as a waste medium, for. Wastewater, is preferably converted to food by bacteria and / or worms and / or other organisms in food for the plants and sent to the hydroponic unit where the plants or other organisms filter nutrient enrichment before the medium is returned to the fish.
Es versteht sich von selbst, dass in einem solchen Kreislaufsystem das gewählte Medium sowohl die Fisch- als auch die Pflanzenwelt ernähren muss. Diese Anforderung ist jedoch nur schwer zu erfüllen, da sowohl Fische als auch Pflanzen und die Bakterien ein Medium mit unterschiedlichen pH-Bereichen benötigen, um nur diesen bereits vorstehend beschrieben spezifischen Unterschied zu nennen.It goes without saying that in such a circulatory system, the chosen medium must feed both the fish and the plant world. However, this requirement is difficult to meet since both fish and plants and the bacteria are a medium with different pH values. Require areas to name only this specific difference already described above.
Eine Beeinträchtigung der Bedürfnisse von Fischen und Pflanzen innerhalb eines Prozesskreislaufs mit nur einem Medium reduziert quasi automatisch die Effizienz eines solchen singulären Rezirkulationssystems im Vergleich zum Ergebnis einer reinen Produktion von Fischen, Pflanzen oder Kulturpflanzen.Minimizing the needs of fish and plants within a single-medium process cycle virtually automatically reduces the efficiency of such a singular recirculation system compared to the mere production of fish, plants or crops.
Es wurden daher Systeme entwickelt, in denen Fische, Pflanzen und gegebenenfalls die Remineralisierung als separate Funktionseinheiten integriert sind, die unterschiedliche Mediumkreisläufe, z. B. Wasserkreisläufe, umfassen und unabhängig voneinander gesteuert werden können. Derartige Systeme werden im Bereich der Aquaponik als entkoppelte aquaponische Systeme (engl. decoupled aquaponic systems, im Folgenden: DAPS) bezeichnet.Therefore, systems have been developed in which fish, plants and possibly the remineralization are integrated as separate functional units, the different medium cycles, eg. B. water circuits, and can be controlled independently. Such systems are referred to in the field of aquaponics as decoupled aquaponic systems ('DAPS').
Diese wenigstens zwei unabhängigen Systeme stehen miteinander in Verbindung, wobei sie die Nährstoffe für die Pflanzen erhöhen und gereinigtes Wasser von den Pflanzen zur Verfügung stellen, um die mit Nährstoffen angereicherte Zusammensetzung in der Fisch-Teileinheit zu verdünnen.These at least two independent systems communicate with each other, increasing the nutrients to the plants and providing purified water from the plants to dilute the nutrient-enriched composition in the fish subunit.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einem solchen DAPS-System, das den Vorteil bietet, dass sowohl der multitrophische Teil des Systems als auch der hydroponische Teil des Systems getrennt werden können, falls der entsprechende andere Teil ein Problem verursacht, z. B. wenn eine Reparatur erforderlich ist. Entkoppelte Systeme haben darüber hinaus Vorteile gegenüber großen kommerziellen Systemen.The present invention is based on such a DAPS system which offers the advantage that both the multitrophic part of the system and the hydroponic part of the system can be disconnected if the corresponding other part causes a problem, e.g. B. if a repair is required. Decoupled systems also have advantages over large commercial systems.
Gemäß der Erfindung wird dieses auch bevorzugt.This is also preferred according to the invention.
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst dementsprechend sowohl einen multitrophischen als auch einen hydroponischen Teil.The plant according to the invention accordingly comprises both a multitrophic and a hydroponic part.
Die Anlage umfasst darüber hinaus eine Destillationseinheit und eine Bioreaktoreinheit als wesentliche Bestandteile der Erfindung.The plant further comprises a distillation unit and a bioreactor unit as essential components of the invention.
Multitrophischer Teil:Multitrophic part:
Obwohl viele Optionen für die einzelnen Komponenten und die Wechselbeziehung zueinander genutzt werden können, wird in aquaponischen Systemen (die als Beispiel dienen, um das erfindungsgemäße System zum Anbau von Vegetation zu beschreiben) der Einsatz von rezirkulierenden Aquakultursystemen (im Folgenden auch: RAS) bevorzugt. Das RAS ist eine Ausführungsform des multitrophischen Teils der Anlage.Although many options can be used for the individual components and interrelationship, in aquaponic systems (exemplified to describe the vegetation growing system of the present invention), the use of recirculating aquaculture systems (hereinafter also referred to as RAS) is preferred. The RAS is an embodiment of the multitrophic part of the plant.
Der multitrophische Teil der Anlage umfasst einen Behälter. Anstelle eines Behälters können auch ein Tank, ein Gefäß oder ähnliche Konstruktionen verwendet werden, die im Folgenden allgemein als Behälter bezeichnet werden.The multitrophic part of the plant comprises a container. Instead of a container, it is also possible to use a tank, a vessel or similar constructions, which are generally referred to below as containers.
Dieses multitrophische System umfasst vorzugsweise neben dem Behälter zusätzliche Einheiten, wie z. B. eine Biofiltereinheit, optional eine Gasaustauscheinheit, eine mechanische Filtereinheit, eine Sumpfbehältereinheit, Feststoffabscheideeinrichtungen, UV-Beleuchtungseinrichtungen oder Ozoneinrichtungen zur Desinfektion, Luftpumpen, pH-Regeleinrichtungen und/oder Absetzbehälter. Diese zusätzlichen Einheiten sind vorzugsweise außerhalb des Behälters angeordnet.This multitrophic system preferably comprises additional units in addition to the container, such. B. a biofilter unit, optionally a gas exchange unit, a mechanical filter unit, a sump container unit, Feststoffabscheideeinrichtungen, UV lighting equipment or ozone devices for disinfection, air pumps, pH control devices and / or settling tank. These additional units are preferably arranged outside the container.
Der multitrophische Behälter enthält die Fische und kann daher auch als Fischtank bezeichnet werden. Der Behälter weist vorzugsweise einen oder mehrere Anschlüsse an eine Mediumabflussleitung, z. B. eine Wasserabflussleitung, auf, die das Medium in wenigstens ein Absetzbecken oder eine Absetzkammer leitet. Diese Absetzvorrichtung kann sowohl als Vorfiltrationssystem als auch als Pumpensumpf verwendet werden.The multitrophic container contains the fish and can therefore also be called a fish tank. The container preferably has one or more connections to a medium drain line, e.g. As a water drain line, which directs the medium in at least one settling tank or a settling chamber. This settling device can be used both as a prefiltration system and as a pump sump.
Der Gesamtdurchfluss des Mediums kann in zwei unabhängige Kreisläufe aufgeteilt werden. Der erste Kreislauf kann dazu genutzt werden, das Medium, z. B. Wasser, zur erfindungsgemäßen Pflanzenanlage, d. h. zum hydroponischen Teil, zu leiten. Der zweite unabhängige Kreislauf führt das Wasser vom hydroponischen Teil des Systems in den multitrophischen Behälter zurück, der die Fische enthält.The total flow of the medium can be divided into two independent cycles. The first circuit can be used to the medium, for. As water, for plant plant according to the invention, d. H. to the hydroponic part, to direct. The second independent cycle returns the water from the hydroponic part of the system to the multitrophic container containing the fish.
Bei der Beschreibung der Anlage und deren Verfahren zur Aufbereitung sollte daher nie außer Acht gelassen werden, dass es einen permanenten Kreislauf gibt, insbesondere ein Kreislaufmedium, z. B. Kreislaufwasser. Dies bedeutet unter anderem, dass bei der nachfolgenden Beschreibung beispielsweise des Durchflusses bzw. der Führung des Mediums vom Fischtank zur mechanischen Filtereinheit und von dort zur Biofiltereinheit und von dort zur Sumpfeinheit und von dort wieder zurück zum Fischtank die Sumpfeinheit das Medium nur aus dieser Einheit entnimmt. Da es sich um einen Kreislauf handelt, nimmt zum Beispiel die Sumpfeinheit auch ein Medium auf, das bereits den Kreislauf des hydroponischen Teils und/oder anderer Teile, wie z. B. der Destillationseinheit, der Bioreaktoreinheit, passiert hat, und leitet diesen Teil des Mediums wieder zurück zum Fischtank.When describing the system and its method of treatment should therefore never be ignored that there is a permanent cycle, in particular a circulation medium, eg. B. circulating water. This means inter alia that in the following description, for example, of the flow or the guidance of the medium from the fish tank to the mechanical filter unit and from there to the biofilter unit and from there to the sump unit and from there back to the fish tank, the sump unit removes the medium only from this unit , As it is a cycle, for example, the sump unit also receives a medium that already has the circulation of the hydroponic part and / or other parts such. B. the distillation unit, the bioreactor unit, and passes this part of the medium back to the fish tank.
Dieser Kreislauf des Mediums muss bei der Beschreibung der Funktion oder Bauweise der Einheiten der Anlage oder deren Arbeitsweise stets berücksichtigt werden. Das System der Anlage und deren Verfahren sind somit nicht statisch, sondern befinden sich im permanenten Kreislauf.This circulation of the medium must always be taken into account when describing the function or design of the units of the installation or their operation. The system of the plant and Their processes are therefore not static, but are in permanent circulation.
In der Regel können Hebepumpen zur Zuführung des Mediums verwendet werden; sie können durch ein Schwerkraftsystem unterstützt werden, das das Medium in eine bestimmte Richtung fließen lässt.As a rule, lift pumps can be used to supply the medium; they can be assisted by a gravity system that lets the medium flow in a certain direction.
Um eine gute Qualität des Mediums zu erzielen, muss das Medium, z. B. das Wasser, gefiltert werden, und es müssen Feststoffe sowie Ammoniak und CO2 oder andere Bestandteile entfernt werden.In order to achieve a good quality of the medium, the medium, for. As the water, to be filtered, and it must be removed solids and ammonia and CO 2 or other ingredients.
Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff, die pH-Werte und die Temperatur sind wesentliche Faktoren für das Wachstum der Fische und müssen stets auf dem erforderlichen Niveau gehalten werden.The content of dissolved oxygen, the pH values and the temperature are essential factors for the growth of the fish and must always be kept at the required level.
Das erfindungsgemäße System umfasst daher vorzugsweise eine Einheit zur mechanischen Filtration des Mediums des rezirkulierenden Aquakultursystems. Um eine gute Qualität des Mediums zu erhalten und eine Fäulnisbildung im System zu verhindern, ist es notwendig, die Reste des den Fischen verabreichten Futters und die Abwässer der Fische, z. B. Exkremente, zu entfernen. Dies erfolgt durch die mechanische Filtereinheit.The system according to the invention therefore preferably comprises a unit for the mechanical filtration of the medium of the recirculating aquaculture system. In order to maintain a good quality of the medium and to prevent the formation of putrefaction in the system, it is necessary to remove the remains of the fish feed and the effluents of the fish, e.g. B. excrement to remove. This is done by the mechanical filter unit.
Andernfalls würde Ammoniak zunehmen, Sauerstoff abnehmen und die Verschmutzung der Medien durch bestimmte Bakterien zu einer anaeroben Konzentration führen, was wiederum zu Hydrogensulfit führt, das ein giftiges Gas für die Fische ist; darüber hinaus erhöht sich die Gefahr des Verstopfens der Wurzeln der Pflanzen.Otherwise, ammonia would increase, lose oxygen, and lead to anaerobic concentration of media contamination by certain bacteria, leading to hydrogen sulfite, which is a toxic gas for the fish; In addition, the risk of clogging the roots of the plants increases.
Die mechanische Filtereinheit ist vorzugsweise direkt im Anschluss an den multitrophischen Behälter, z. B. den Fischtank, und vorzugsweise vor einer Biofiltereinheit angeordnet, die nachstehend beschrieben wird. Die Reihenfolge der Anordnung von mechanischer Filtereinheit und Biofiltereinheit kann auch umgekehrt sein.The mechanical filter unit is preferably directly after the multitrophic container, z. As the fish tank, and preferably arranged in front of a biofilter unit, which will be described below. The order of arrangement of the mechanical filter unit and biofilter unit may also be reversed.
Die mechanische Filtereinheit kann verschiedene, nach dem Stand der Technik bekannte Methoden anwenden. So kann die Anlage zum Beispiel Mikrosiebfilter nutzen, z. B. Trommelfilter, Sandfilter, Beadfilter.The mechanical filter unit may employ various methods known in the art. For example, the system can use microscreen filters, eg. B. drum filter, sand filter, bead filter.
Die mechanische Filtereinheit trennt wenigstens einen Großteil der festen Bestandteile des Mediums, z. B. Futterreste oder Exkremente, vom übrigen Medium, d. h. vom flüssigen Bestandteil des Mediums. Typischerweise liegen die festen Bestandteile des Mediums im Bereich von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent.The mechanical filter unit separates at least a majority of the solid components of the medium, for. As residues of food or excrement, from the rest of the medium, d. H. from the liquid component of the medium. Typically, the solid components of the medium are in the range of 0.5 to 5 weight percent.
Von der mechanischen Filtereinheit wird der flüssige Bestandteil des Mediums zur Sumpfeinheit geleitet, während die festen Bestandteile des Mediums zu einer Bioreaktoreinheit geleitet werden, um dort jeweils weiter aufbereitet zu werden.From the mechanical filter unit, the liquid component of the medium is led to the sump unit, while the solid components of the medium are led to a bioreactor unit for further processing there.
Die Leitung kann entweder durch die mechanische Filtereinheit direkt oder über eine gesonderte Vorrichtung vorgesehen sein, die funktionell und konstruktiv mit der mechanischen Filtereinheit verbunden ist.The line can be provided either by the mechanical filter unit directly or via a separate device which is functionally and constructively connected to the mechanical filter unit.
Stattdessen oder zusätzlich können für die Filtration Einheiten auf Basis der Sedimentation, Abscheider, z. B. eine mechanische Filtereinheit, Quell- oder Radialstromabscheider oder andere Einheiten auf Basis der Schwerkraftabscheidung verwendet werden.Instead or in addition, units based on sedimentation, separators, e.g. As a mechanical filter unit, source or Radialstromabscheider or other units based on the gravitational separation can be used.
Wie bereits erwähnt, schließt sich an die mechanische Filtereinheit eine Einheit zur Biofiltration und eine Sumpfeinheit an.As already mentioned, the mechanical filter unit is followed by a unit for biofiltration and a sump unit.
Die Reihenfolge der Sumpf- oder Biofiltereinheit kann dabei beliebig sein. Vorzugsweise sind sowohl die Sumpf- als auch die Biofiltereinheit in der Anlage vorzusehen.The order of the bottom or biofilter unit can be arbitrary. Preferably, both the sump and the biofilter unit are to be provided in the system.
Die Sumpfeinheit umfasst einen Behälter und nimmt dabei wenigstens einen Großteil des flüssigen Bestandteils des Mediums zur weiteren Aufbereitung auf. Die Sumpfeinheit nimmt somit den flüssigen Bestandteil des Mediums auf, der die gelösten Nährstoffe enthält. Die Sumpfeinheit kann vorzugsweise für ein weiteres Aufbereitungsverfahren, z. B. für eine weitere Trennung der Nährstoffbestandteile, ausgelegt sein.The sump unit comprises a container and absorbs at least a major portion of the liquid component of the medium for further processing. The sump unit thus absorbs the liquid component of the medium containing the dissolved nutrients. The sump unit may preferably for a further treatment process, for. B. for a further separation of the nutrient components, designed.
Wenigstens ein Großteil des mit Nährstoffen angereicherten Bestandteils der Flüssigkeit wird weiter von der Sumpfeinheit des multitrophischen Teils zur hydroponischen Sumpfeinheit geleitet, die nachstehend näher beschrieben wird. Dieser mit Nährstoffen angereicherte Bestandteil ist für die weitere Aufbereitung im hydroponischen Teil der gesamten Anlage vorgesehen.At least a majority of the nutrient-enriched component of the liquid is passed further from the sump unit of the multitrophic portion to the hydroponic sump unit, which is described in more detail below. This nutrient-enriched ingredient is intended for further processing in the hydroponic part of the entire plant.
Der flüssige Bestandteil des Mediums, der am Ende der Aufbereitungsschritte in den Behälter zurückgeführt wird, wird entweder vollständig oder teilweise von der Sumpfeinheit zur Biofiltereinheit geleitet.The liquid component of the medium, which is returned to the container at the end of the treatment steps, is passed either completely or partially from the sump unit to the biofilter unit.
Entsprechend diesen Funktionen verfügt die Sumpfeinheit über unterschiedliche Mittel, um die verschiedenen Durchflüsse des umlaufenden Mediums zu trennen.According to these functions, the sump unit has different means for separating the various flows of the circulating medium.
Wenn die Biofiltereinheit direkt an die mechanische Filtereinheit anschließt, wird der flüssige Bestandteil des genannten Mediums zur Sumpfeinheit des multitrophischen Teils der Anlage geleitet und in dieser Sumpfeinheit wie beschrieben weiter aufbereitet und dann entweder vollständig oder teilweise zu einer optionalen Gasaustauscheinheit oder vollständig zum Fischtank zurückgeleitet.When the biofilter unit connects directly to the mechanical filter unit, the liquid component of said medium is directed to the sump unit of the multitrophic part of the plant and into this sump unit as described further processed and then returned either completely or partially to an optional gas exchange unit or completely to the fish tank.
Die Einheit zur Biofiltration zielt darauf ab, unter anderem Ammoniak, gelöste organische Stoffe und Kohlendioxid zu entfernen. Das Ammoniak, ein in den Exkrementen der Fische vorkommendes giftiges Stoffwechselprodukt, wird in Nitrit und/oder Nitrat umgewandelt.The biofiltration unit aims to remove, among other things, ammonia, dissolved organic matter and carbon dioxide. Ammonia, a toxic metabolic product found in fish excrements, is converted into nitrite and / or nitrate.
Die Biofiltereinheit kann in der Art eines Wirbelbett-Bioreaktors (engl. moving bed biofilm reactor, im Folgenden: MBBR) ausgeführt sein. Der MBBR besteht aus einem Behälter, einem Tank, einem Kanister usw. Es handelt sich um einen mit Biomedien gefüllten Reaktor mit einem Belüftungssystem. Bakterien zersetzen Abfallprodukte, und die Belüftung wird zur Zugabe von Sauerstoff und zur Entfernung von CO2 verwendet.The biofilter unit may be designed in the manner of a moving bed biofilm reactor ("MBBR"). The MBBR consists of a tank, a tank, a canister, etc. It is a bio-media-filled reactor with a ventilation system. Bacteria decompose waste products and the aeration is used to add oxygen and to remove CO 2 .
Die Biofiltermedien können aus verschiedenen Materialien gefertigt sein, z. B. aus PVC oder einem PE-Polymer. MBBR-Biofiltersysteme bestehen daher aus einem Reaktortank, der mit dem aus kleinen Kunststoffröhrchen bestehenden Biofiltersubstrat gefüllt ist. Eine Abgabevorrichtung an der Unterseite dient zur Belüftung des Filters, was eine Bewegung des Biofiltersubstrats bewirkt. Dies führt zu einem guten Kontakt zwischen dem Abwasser und dem auf dem Substrat wachsenden Biofilm. Luftblasen helfen darüber hinaus, die Bakterien mit Sauerstoff zu versorgen und das Kohlendioxid zu entfernen. Gebläse zur Luftversorgung können optional sein.The biofilter media may be made of various materials, e.g. B. of PVC or a PE polymer. MBBR biofilter systems therefore consist of a reactor tank filled with the biofilter substrate consisting of small plastic tubes. A bottom delivery device ventilates the filter, causing movement of the biofilter substrate. This results in good contact between the wastewater and the biofilm growing on the substrate. Air bubbles also help to oxygenate the bacteria and remove the carbon dioxide. Blowers for air supply can be optional.
In der Regel lässt sich die Nitratkonzentration in den erfindungsgemäßen Systemen entweder durch Wasseraustausch, Pflanzenaufnahme und/oder Denitrifikation durch anoxische Bakterienreduktion steuern.As a rule, the nitrate concentration in the systems according to the invention can be controlled either by water exchange, plant uptake and / or denitrification by anoxic bacterial reduction.
Nachdem alle oder ein großer Teil der Feststoffe durch die vorstehend dargestellte mechanische Filtereinheit entfernt worden sind, wird das Medium, z. B. Wasser, durch die Biofiltereinheit geleitet, wo das Ammoniak zuerst in Nitrit und anschließend in Nitrat umgewandelt wird. Dieses Umwandlungsverfahren ist nach dem Stand der Technik bekannt und daher nicht näher beschrieben.After all or a large part of the solids have been removed by the mechanical filter unit shown above, the medium, for. As water, passed through the biofilter unit, where the ammonia is first converted into nitrite and then into nitrate. This conversion method is known in the art and therefore not described in detail.
Das bei diesem Verfahren anfallende Nitrat ist darüber hinaus eine wichtige Stickstoffquelle für die Pflanzen. Da Nitrit auch für die Fische giftig ist, muss sichergestellt werden, dass das bakterielle System in der Biofiltereinheit ordnungsgemäß funktioniert, so dass das Ammoniak auf einem ungiftigen Niveau gehalten wird; das Vorhandensein von Ammoniak lässt sich nicht gänzlich beseitigen, da die Fische durch die Exkremente permanent Ammoniak ausscheiden. Dies bedeutet, dass es sich bei der Biofiltration um einen kontinuierlichen Prozess handelt.The nitrate accumulating in this process is also an important source of nitrogen for the plants. Since nitrite is also toxic to the fish, it must be ensured that the bacterial system in the biofilter unit is functioning properly so that the ammonia is kept at a non-toxic level; The presence of ammonia can not be completely eliminated because the fish permanently excrete ammonia through the excrements. This means that biofiltration is a continuous process.
Vorzugsweise ist eine starke Belüftung der MBBRs vorzusehen. Die Medien sollten vorzugsweise im Sicherheitsbehälter abgeschirmt oder auf andere Weise beibehalten werden.Preferably, a strong ventilation of the MBBRs should be provided. The media should preferably be shielded in the containment or otherwise maintained.
Unabhängig von diesen allgemeinen Anforderungen bleibt es dem Fachmann überlassen, eine geeignete Biofiltereinheit bereitzustellen, wobei deren Auswahl von mehreren Faktoren abhängt, wie beispielsweise der Größe des Gesamtsystems, der Temperatur, der Art der Wassertiere, des Fütterungssystems, der Wasseraustauschrate und so weiter.Regardless of these general requirements, it is up to the skilled person to provide a suitable biofilter unit, the choice of which depends on several factors, such as the size of the whole system, the temperature, the type of aquatic animals, the feeding system, the rate of water exchange, and so on.
Anstelle von oder zusätzlich zu MBBRs können auch Beadfilter, Sandfilter oder Tropfkörper als Biofiltersystem eingesetzt werden.Instead of or in addition to MBBRs, bead filters, sand filters or trickling filters can also be used as a biofilter system.
Andere Systeme können anstelle von oder zusätzlich zu den vorstehend genannten Systemen verwendet werden, zum Beispiel Oxidationssysteme, die eine Ozonbehandlung durchführen. Other systems may be used in place of or in addition to the aforementioned systems, for example, oxidation systems that perform ozone treatment.
Die Wahl dieser verschiedenen Optionen hängt sehr stark von verschiedenen Aspekten ab, z. B. den Kosten, dem zur Verfügung stehenden Platz, der einfachen oder komplizierteren Bauweise, der Größe des Gesamtsystems zum Anbau von Vegetation.The choice of these different options depends very much on various aspects, e.g. As the cost, the available space, the simple or more complicated design, the size of the entire system for growing vegetation.
Dementsprechend umfasst der RAS-Teil der Erfindung optional eine Gasaustauscheinheit. Die Gasaustauscheinheit löst CO2 aus dem Medium, z. B. Wasser, und optimiert den Gehalt an Sauerstoff. Sauerstoff ist ein wesentlicher Qualitätsparameter für das Wachstum von Fischen. Die Ausgestaltung der Gasaustauscheinheit ist abhängig von der Fischart, der Größe der Fische, den Fütterungsparametern, der Wassertemperatur und so weiter.Accordingly, the RAS portion of the invention optionally includes a gas exchange unit. The gas exchange unit dissolves CO 2 from the medium, e.g. As water, and optimizes the content of oxygen. Oxygen is an essential quality parameter for the growth of fish. The configuration of the gas exchange unit depends on the type of fish, the size of the fish, the feeding parameters, the water temperature and so on.
Nach dem Passieren dieser optionalen Gasaustauscheinheit und/oder der vorstehend genannten Biofiltereinheit oder Sumpfeinheit wird das nährstoffarme Wasser in den Behälter des RAS-Kreislaufs zurückgeleitet.After passing through this optional gas exchange unit and / or the aforementioned biofilter unit or sump unit, the nutrient-poor water is returned to the tank of the RAS cycle.
Der wenigstens eine RAS-Teil ist daher für die Behandlung des Fischschlamms und die Steuerung des wichtigsten Mediums, z. B. Wasser, der Qualitätsparameter, z. B. des gelösten Sauerstoffs, der gesamten Ammoniakstickstoffmenge (engl. total ammonia nitrogen, TAN (mg N/L = mg NH3 - N/L + mg NH4 - N/L)), der Schwebstoffe und des Kohlendioxids vorgesehen.The at least one RAS part is therefore for the treatment of fish sludge and the control of the main medium, for. As water, the quality parameters, eg. Total dissolved ammonia nitrogen, TAN (mg N / L = mg NH 3 -N / L + mg NH 4 -N / L)), particulate matter and carbon dioxide.
Hydroponischer Teil: Hydroponic part:
Der wenigstens eine hydroponische Teil der gesamten Anlage der Erfindung umfasst wenigstens einen Behälter, der die Substrate für das Wachstum der Vegetation, z. B. der Pflanzen, und natürlich die Pflanzen selbst enthält. Die Nährstoffe, die für das Wachstum der Vegetation notwendig sind, werden in der Regel von Substraten geliefert, die Teil der Lösung sind, die den Wurzeln oder den Zellwänden der Pflanzen sämtliche Nährstoffe zuführt. Bewässerungssysteme sind in der Regel integriert.The at least one hydroponic part of the entire plant of the invention comprises at least one container containing the substrates for the growth of the vegetation, e.g. As the plants, and of course the plants themselves. The nutrients necessary for the growth of the vegetation are usually supplied by substrates that are part of the solution that supplies all nutrients to the roots or cell walls of the plants. Irrigation systems are usually integrated.
Es gibt verschiedene mögliche Konstruktionsansätze für diese hydroponischen Teile der Anlage.There are several possible design approaches for these hydroponic parts of the plant.
Eines dieser Verfahren betrifft die Tiefwasserkultur (engl. deep water culture, im Folgenden: DWC), die auch als Direktwasserkultur bezeichnet wird und die durch das direkte Einhängen der Wurzeln der Pflanzen in eine stark sauerstoffreiche Nährlösung funktioniert. DWC-Systeme sind sehr effektiv, einfach zu bauen und zu bedienen. Behälter, Tanks, Gefäße usw. werden in der Regel mit Wasser befüllt, und die auf Kunststofffolien angeordneten Pflanzen haben über Öffnungen Zugang zum Wasser. Die Wurzeln der Pflanzen werden in das sauerstoffreiche Medium geführt, das kontinuierlich aus dem und zurück in den multitrophischen Behälter, z. B. in die Fischtanks, fließt.One of these methods concerns deep water culture (DWC), also referred to as direct water culture, which works by directly planting the roots of the plants in a nutrient solution rich in oxygen. DWC systems are very effective, easy to build and operate. Containers, tanks, vessels, etc. are usually filled with water, and the plants arranged on plastic films have access to the water through openings. The roots of the plants are fed into the oxygen-rich medium which is continuously withdrawn from and back into the multitrophic container, e.g. B. in the fish tanks, flows.
Weitere hydroponische Systeme sind die aeroponischen Systeme, die ein Verfahren zum Anbau von Pflanzen in einer Luft- oder Nebelumgebung anwenden, allerdings ohne Erde oder jegliche Art von Medium.Other hydroponic systems are the aeroponic systems, which use a method of growing plants in an air or mist environment, but without soil or any kind of medium.
Ein anderes System lässt sich als kontinuierliches Durchflusssystem zusammenfassen; zu den kontinuierlichen Durchflussverfahren gehören Nährlösungsfilm-Techniken (engl. nutrient film techniques, im Folgenden: NFT) und Tropfsysteme. Das Grundkonzept beruht auf einem kontinuierlichen Durchfluss von Nährstoffen, was für einen guten Ablauf und Durchfluss sorgt.Another system can be summarized as a continuous flow system; continuous flow processes include nutrient film techniques (NFTs) and dripping systems. The basic concept is based on a continuous flow of nutrients, which ensures a good flow and flow.
Das sogenannte Tropfbewässerungssystem nutzt kleine Emitter, um Nährstoffe direkt auf die Wurzeln oder die Erde der Pflanzen zu tropfen. Das System kann mit einem Medium und Erde verwendet werden.The so-called drip irrigation system uses small emitters to drip nutrients directly onto the roots or soil of the plants. The system can be used with a medium and earth.
Das Ebbe-Flut-System wird als ein hydroponisches Überflutungs- und Abflusssystem bezeichnet, das in regelmäßigen Abständen Behälter mit einer Nährlösung überflutet und diese anschließend in den multitrophischen Behälter zurückführt.The ebb-tide system is referred to as a hydroponic flooding and draining system that periodically floats containers of nutrient solution and then returns them to the multitrophic container.
Gemäß dem NFT-System werden Nährstoffe aus dem multitrophischen Behälter in eine Wanne gepumpt, um einen konstant fließenden, dünnen Film aus Nährstoffen zu bilden, wobei die Wurzeln der Pflanzen darin eingetaucht sind und kein Nährmedium verwendet wird.According to the NFT system, nutrients from the multitrophic container are pumped into a sump to form a constantly flowing, thin film of nutrients, with the roots of the plants submerged therein and no nutrient medium being used.
Das DWC-System wird als RDWC-System bezeichnet, wenn es zusammen mit rezirkulierenden Direktwasserkultursystemen eingesetzt wird. Das RDWC-System funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie das DWC-System, kann jedoch einen separaten zentralen Behälter aufweisen, der mehrere Teilbehälter, Tanks, Gefäße usw. speist.The DWC system is referred to as the RDWC system when used in conjunction with recirculating direct water culture systems. The RDWC system works on the same principle as the DWC system, but it can have a separate central container that feeds several sub-tanks, tanks, vessels, and so on.
Die Wurzeln der Pflanzen im hydroponischen Teil des Systems benötigen Sauerstoff. Bei bestimmten Pflanzen führt die Erhöhung des Sauerstoffs zu einer Erhöhung der Nährstoffaufnahme, was wiederum zu mehr Wachstum führt.The roots of plants in the hydroponic part of the system need oxygen. In certain plants, the increase in oxygen leads to an increase in nutrient uptake, which in turn leads to more growth.
Hydroponische Systeme erfordern, dass die Wurzeln der Pflanzen mit Sauerstoff in Kontakt kommen können. In Ebbe-Flut-Systemen wird dies dadurch erreicht, dass regelmäßige zeitgesteuerte Nährstoffflüsse durch Phasen der Nichtzufuhr unterbrochen werden, so dass die Wurzeln atmen können. In einem DWC-System stehen die Wurzeln der Pflanzen immer in Verbindung mit der Nährlösung; der von den Pflanzen benötigte Sauerstoff ist ebenfalls in der Lösung enthalten.Hydroponic systems require that the roots of the plants come into contact with oxygen. In low-tide systems, this is achieved by interrupting regular timed nutrient flows through non-feed phases so that the roots can breathe. In a DWC system, the roots of the plants are always in contact with the nutrient solution; The oxygen required by the plants is also contained in the solution.
Der Boden im hydroponischen System für die Wurzeln der Pflanzen kann sich aus unterschiedlichen Produkten zusammensetzen, z. B. aus sogenannten Steinwollwürfeln, Hydroton-Kugeln, Kies, Blähton oder dergleichen.The soil in the hydroponic system for the roots of the plants can be composed of different products, eg. B. from so-called rock wool cubes, hydrotons, gravel, expanded clay or the like.
Alle der vorstehend genannten Systeme erfordern eine effektive mechanische Filtration, um zu verhindern, dass sich tierische Abfälle auf den Wurzeln der Pflanzen ansiedeln.All of the above systems require effective mechanical filtration to prevent animal waste from settling on the roots of the plants.
Der hydroponische Teil umfasst vorzugsweise auch eine Sumpfeinheit. Diese hydroponische Sumpfeinheit selbst kann eine Pumpe und/oder einen oder mehrere Filter entsprechender Art umfassen. Die Sumpfeinheit des hydroponischen Teils nimmt das RAS-Wasser auf, wie es im multitrophischen Teil der Anlage aufbereitet und wie vorstehend beschrieben wurde. In der Sumpfeinheit findet eine weitere Aufbereitung statt, zum Beispiel die Nährstoffergänzung und - aufbereitung sowie die Aufbereitung des Wassers, das wie vorstehend beschrieben in das hydroponische Beet geleitet wird. Die Anpassung des pH-Wertes, wie nachstehend beschrieben, kann in Verbindung mit der hydroponischen Sumpfeinheit erfolgen.The hydroponic part preferably also comprises a sump unit. This hydroponic sump unit itself may comprise a pump and / or one or more filters of a corresponding type. The sump unit of the hydroponic part receives the RAS water as processed in the multitrophic part of the plant and as described above. Further processing takes place in the sump unit, for example the nutrient supplementing and treatment as well as the treatment of the water, which is conducted into the hydroponic bed as described above. Adjustment of the pH, as described below, may be in conjunction with the hydroponic bottoms unit.
Die hydroponische Sumpfeinheit ist des Weiteren so ausgelegt, dass sie das Wasser aus dem hydroponischen Beet wieder aufnimmt, nachdem die Pflanzen die Nährstoffe aufgenommen haben, und es in gereinigter Form zur Sumpfeinheit des RAS-Teils der Anlage zurückleitet. Das zurückgeführte Wasser ist entsprechend nährstoffarm. In Bezug auf die Destillationseinheit weist die hydroponische Sumpfeinheit zusätzliche Funktionen auf, die im Zusammenhang mit der Destillationseinheit beschrieben werden. Um diese unterschiedlichen Funktionen zu erfüllen, verfügt die hydroponische Sumpfeinheit über Mittel zur Trennung der verschiedenen Durchflüsse. The hydroponic sump unit is further adapted to resume the water from the hydroponic bed after the plants have absorbed the nutrients and return it in purified form to the sump unit of the RAS portion of the plant. The recycled water is correspondingly low in nutrients. With regard to the distillation unit, the hydroponic sump unit has additional functions which are described in connection with the distillation unit. To fulfill these different functions, the hydroponic sump unit has means for separating the various flows.
Die Größe des hydroponischen Teils und dessen Einheiten der vorliegenden Erfindung hängt von der Menge der Nährstoffe ab, d. h. dem Fischfutter für das RAS, das dem System zur Verfügung gestellt wird. Der Umfang der Nährstoffe, die den Pflanzen durch Remineralisierung von Aquakulturschlamm zur Verfügung gestellt werden, führt zu einer höheren Menge an Nährstoffen, die den Pflanzen zur Verfügung stehen. Dementsprechend muss die Größe des hydroponischen Teils des Anlagensystems an den Umfang der Remineralisierung von Aquakulturschlamm angepasst werden.The size of the hydroponic part and its units of the present invention depends on the amount of nutrients, i. H. the fish food for the RAS provided to the system. The amount of nutrients provided to the plants by remineralizing aquaculture sludge results in a higher amount of nutrients available to the plants. Accordingly, the size of the hydroponic part of the plant system must be adjusted to the extent of remineralisation of aquaculture sludge.
Allgemeine Module/Komponenten:General modules / components:
Die Anlage umfasst vorzugsweise weitere Module/Komponenten, die im Folgenden beispielhaft beschrieben werden:The plant preferably comprises further modules / components, which are described below by way of example:
Da es das rezirkulierende Aquakultursystem (RAS) ist, das der hydroponischen Komponente des Systems die notwendigen Nährstoffe zuführt, und da das Medium sowohl die Fische als auch die Pflanzen mit Sauerstoff versorgt, sind zusätzliche Qualitätsparameter und Vorrichtungen erforderlich, um die Umgebungsparameter des erfindungsgemäßen Systems zum Anbau von Vegetation zu steuern.Since it is the recirculating aquaculture system (RAS) that supplies the necessary nutrients to the hydroponic component of the system, and because the medium oxygenates both the fish and the plants, additional quality parameters and apparatus are required to determine the environmental parameters of the system of the present invention Cultivation of vegetation to control.
Einer der Parameter ist die Temperatur, die in Bezug auf die Fischart und die Pflanzenart erheblich variieren kann. Auch bei der Temperatur müssen die Anforderungen für nitrifizierende Bakterien berücksichtigt werden. Kaltwasserfische benötigen zum Beispiel Temperaturen zwischen 10 °C und 18 °C, verschiedene tropische Fische bevorzugen Temperaturen im Bereich zwischen 22 °C und 32 °C. Pflanzen bevorzugen häufig Temperaturen im Bereich von 14 °C bis 20 °C; nitrifizierende Bakterien benötigen einen Bereich von 16 °C bis 35 °C.One of the parameters is the temperature, which can vary considerably in terms of fish species and plant species. Also at temperature the requirements for nitrifying bacteria have to be considered. For example, cold-water fish require temperatures between 10 ° C and 18 ° C, and various tropical fish prefer temperatures between 22 ° C and 32 ° C. Plants often prefer temperatures in the range of 14 ° C to 20 ° C; nitrifying bacteria require a range of 16 ° C to 35 ° C.
Daher umfasst das System vorzugsweise Mittel zur Steuerung der Temperatur entsprechend den spezifischen Bedürfnissen von Fischen, Pflanzen und Bakterien.Therefore, the system preferably includes means for controlling the temperature according to the specific needs of fish, plants and bacteria.
Fische benötigen Sauerstoff. Die Löslichkeit von Sauerstoff hängt von der Wassertemperatur und dem Salzgehalt ab. In einem System mit steigender Wassertemperatur und zunehmendem Salzgehalt nimmt die Löslichkeit von Sauerstoff ab. Sauerstoff ist daher ein wesentlicher Parameter für das vorliegende System. Sein Gehalt hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. der Fischart, der Wassertemperatur, der Fütterungsart der Fische.Fish need oxygen. The solubility of oxygen depends on the water temperature and the salt content. In a system with increasing water temperature and increasing salt content, the solubility of oxygen decreases. Oxygen is therefore an essential parameter for the present system. Its content depends on various factors, eg. B. the species, the water temperature, the feeding of the fish.
Daher umfasst das erfindungsgemäße System vorzugsweise eine Vorrichtung zur Steuerung von gelöstem Sauerstoff.Therefore, the system according to the invention preferably comprises a device for controlling dissolved oxygen.
Ein weiterer Qualitätsparameter betrifft den pH-Wert, z. B. die Frage des Säuregehalts. Wie bereits am Anfang dieser Beschreibung dargelegt, bevorzugen Fische pH-Werte zwischen 6,5 und 9,0. Höhere pH-Werte führen zu einer Umwandlung von Ammonium in giftiges Ammoniak. Ein pH-Bereich von weniger als 6,5 wirkt sich negativ auf den Stoffwechsel der Fische aus. Pflanzen bevorzugen pH-Werte von weniger als 6,5. Nitrifizierende Bakterien wachsen am besten ab einem pH-Wert von mehr als 7,5.Another quality parameter relates to the pH, z. B. the question of acidity. As stated at the beginning of this description, fish prefer pH values between 6.5 and 9.0. Higher pH values lead to a conversion of ammonium into toxic ammonia. A pH range of less than 6.5 has a negative effect on the metabolism of the fish. Plants prefer pH levels less than 6.5. Nitrifying bacteria grow best from a pH of more than 7.5.
Daher ist es erforderlich, diese unterschiedlichen pH-Werte des rezirkulierenden Aquakultursystems und des hydroponischen Systems in ein Gleichgewicht zu bringen.Therefore, it is necessary to balance these different pH values of the recirculating aquaculture system and the hydroponic system.
So umfasst das System eine Einheit zur Regulierung der unterschiedlichen pH-Werte des RAS-Teils und des hydroponischen Teils. Vorzugsweise werden diese Teile in einen ausgewogenen pH-Bereich gebracht, der den spezifischen Bedürfnissen der den im System wachsenden Fisch- und Pflanzenarten entspricht.Thus, the system comprises a unit for regulating the different pH values of the RAS part and the hydroponic part. Preferably, these parts are brought into a balanced pH range, which corresponds to the specific needs of the growing in the system fish and plant species.
Insbesondere beeinflusst der Säuregehalt des Wassers viele der Qualitätsparameter des Mediums, darunter Nitrite und Nitrate.In particular, the acidity of the water affects many of the quality parameters of the medium, including nitrites and nitrates.
Daher sollte vorzugsweise der pH-Wert des Mediums der Fische zum Beispiel auf die pH-Wert-Anforderungen der Pflanzen abgestimmt werden oder umgekehrt; ein pH-Bereich zwischen 6,8 und 7,0 ist in vielen Fällen zu bevorzugen und stellt einen akzeptablen Kompromiss dar. Therefore, preferably, the pH of the medium of the fish should, for example, be adjusted to the pH requirements of the plants or vice versa; a pH range between 6.8 and 7.0 is in many cases preferable and represents an acceptable compromise.
Vorzugsweise gibt es außerdem eine Vorrichtung zur Steuerung der Alkalität (CaCO3), um im Medium vorhandene Säure unter Berücksichtigung des erforderlichen pH-Wertes zu neutralisieren.Preferably, there is also a device for controlling alkalinity (CaCO 3 ) to neutralize acid present in the medium, taking into account the required pH.
Der für das erfindungsgemäße System zu verwendende Nährstoff umfasst unter anderem Stickstoff N sowie Phosphor P als wesentliche Bestandteile. Stickstoff im erfindungsgemäßen System entsteht unter anderem durch die Exkremente der Fische. Das Medium enthält Ammoniak (NH3), das für die Fische bereits bei sehr niedrigem Gehalt giftig sein kann; Nitrit ist für die Fische bei höherem Gehalt giftig. Andererseits kann Stickstoff verwendet werden, um das Wachstum der Pflanzen zu stimulieren. Die Feststoffabfälle in Form von Exkrementen oder Futter im multitrophischen System werden durch Mikroben in Ammonium umgewandelt. Wie bereits erwähnt, wandeln die Bakterien Ammonium in Nitrite und anschließend in Nitrate um.The nutrient to be used for the system according to the invention comprises, inter alia, nitrogen N and phosphorus P as essential constituents. Nitrogen in the system according to the invention is produced inter alia by the excrements of the fish. The medium contains ammonia (NH 3 ), the for which fish can be toxic even at very low levels; Nitrite is toxic to fish at higher levels. On the other hand, nitrogen can be used to stimulate the growth of the plants. The solid wastes in the form of excrement or feed in the multitrophic system are converted by microbes into ammonium. As already mentioned, the bacteria convert ammonium into nitrites and then into nitrates.
Daher umfasst das erfindungsgemäße System vorzugsweise eine Einheit zur Denitrifikation. Die Einheit ist für das Vorhandensein von Nitrat in sauerstoffreichem Wasser zuständig; das Nitrat (NH4 +) kann biochemisch in Nitrit (NH3) umgewandelt werden, das wiederum erneut zu Nitrat oxidiert werden kann. Die Denitrifikationseinheit kann somit sowohl die Denitrifikation, d. h. die Reduktion von Nitrat, als auch die Nitrifikation, d. h. die Oxidation von Ammoniak oder Ammonium zu Nitrit, durchführen.Therefore, the system according to the invention preferably comprises a unit for denitrification. The unit is responsible for the presence of nitrate in oxygen-rich water; The nitrate (NH 4 + ) can be biochemically converted into nitrite (NH 3 ), which in turn can be oxidized again to nitrate. The denitrification unit can thus carry out both the denitrification, ie the reduction of nitrate, and the nitrification, ie the oxidation of ammonia or ammonium to nitrite.
Werden alle oder einige der beschriebenen Komponenten/Module in Verbindung mit einer Solar-/Fotovoltaik-Destillations- und/oder Biogastechnologie eingesetzt, steigt das Kosten-Nutzen-Verhältnis.If all or some of the described components / modules are used in conjunction with a solar / photovoltaic distillation and / or biogas technology, the cost-benefit ratio increases.
Destillationseinheit:Distillation unit:
Da es sich bei der Hydroponik, wie bereits erwähnt, um ein erdloses Anbausystem handelt, werden die Nährstoffe für die Pflanzen unter anderem durch das Fischfutter in Form von Fischabfällen, d. h. Exkrementen, zugeführt. Die Nährstoffe können in Makronährstoffe und Mikronährstoffe unterteilt werden. Makronährstoffe wie Stickstoff N, Phosphor P, Kalium K, Calcium Ca, Magnesium Mg und Schwefel S sind für die Pflanzen von allergrößter Bedeutung.Since hydroponics, as already mentioned, is a non-edible cultivation system, the nutrients for the plants are inter alia produced by fish feed in the form of fish wastes, i. H. Excrement, fed. The nutrients can be subdivided into macronutrients and micronutrients. Macronutrients such as Nitrogen N, Phosphor P, Potassium K, Calcium Ca, Magnesium Mg and Sulfur S are of paramount importance to plants.
Mikronährstoffe wie beispielsweise Eisen Fe, Kupfer Cu, Bor B, Zink Zn etc. können vorzugsweise zugesetzt werden.Micronutrients such as iron Fe, copper Cu, boron B, zinc Zn, etc. may preferably be added.
Da der Nährstoff im System über das Fischfutter in Form von Fischabfällen oder Futterresten zugeführt wird, ist die Makro- und Mikronährstoffkonzentration im RAS-Kreislauf automatisch konstant höher als in der hydroponischen Komponente, falls im hydroponischen Teil keine zusätzliche Düngemittelzufuhr erfolgt. Wie bereits erwähnt, sollte andererseits die umgekehrte Situation erreicht werden, da die Pflanzen im hydroponischen Kreislauf die Zufuhr der Makro- und Mikronährstoffkonzentration benötigen. DAPS-Systeme erfordern daher eine erhebliche Menge an zusätzlicher Düngermittel- bzw. Nährstoffmanipulation, um die optimalen Wachstumsparameter zu erfüllen. Diese Situation lässt sich jedoch nicht wirksam durch den Umstand ändern, dass der Kreislauf der Remineralisierung die hydroponische Komponente mit zusätzlichen Nährstoffen versorgt.As the nutrient in the system is supplied via the fish feed in the form of fish waste or leftover food, the macro and micronutrient concentration in the RAS cycle is automatically constantly higher than in the hydroponic component, if there is no additional fertilizer feed in the hydroponic section. On the other hand, as already mentioned, the opposite situation should be reached, since the plants in the hydroponic cycle require the supply of the macro and micronutrient concentrations. DAPS systems therefore require a significant amount of additional fertilizer manipulation to meet the optimal growth parameters. However, this situation can not be effectively changed by the fact that the cycle of remineralization provides the hydroponic component with additional nutrients.
Eine mögliche Lösung für diese nicht erwünschte Situation wäre, die Nährstoffkonzentration im hydroponischen Kreislauf zu erhöhen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Wasserbedingungen des RAS den Anforderungen der spezifischen Arten entsprechen. Im Zusammenhang mit dem System zum Anbau von Vegetation, insbesondere im Zusammenhang mit dem aquaponischen System, führt eine zusätzliche Düngung jedoch zu entsprechenden Mehrkosten.A possible solution to this undesirable situation would be to increase the nutrient concentration in the hydroponic cycle while ensuring that the water conditions of the RAS meet the requirements of the specific species. In the context of the system for growing vegetation, in particular in connection with the aquaponic system, however, additional fertilization leads to corresponding additional costs.
Auf der anderen Seite benötigen Fische ein nährstoffarmes Medium. Lediglich das Leiten des mit Nährstoffen angereicherten Mediums des RAS-Teils zum hydroponischen Teil und das Befüllen des RAS-Teils mit frischem Medium würde das gesamte System ad absurdum führen, da gar kein Medium, z. B. Wasser, eingespart werden könnte.On the other hand, fish need a nutrient-poor medium. Only passing the nutrient-enriched medium of the RAS portion to the hydroponic portion and filling the RAS portion with fresh medium would render the entire system ad absurdum since no medium, e.g. As water, could be saved.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Zugabe von Kunstdünger auf der Grundlage weiterer Kosten sowie der Erhöhung des ökologischen Fußabdrucks den hydroponischen Nährstoffgehalt erhöhen kann, jedoch das Problem der hohen Nitratwerte im RAS nicht lösen würde.It should also be noted that the addition of artificial fertilizer on the basis of further costs as well as the increase of the ecological footprint may increase the hydroponic nutrient content, but would not solve the problem of high nitrate levels in the RAS.
Der Anmelder hat überraschenderweise festgestellt, dass ein solches Hindernis der zusätzlichen Düngung durch die Durchführung eines Destillationsverfahrens überwunden werden kann. Daher ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, eine Anlage zur Destillation bereitzustellen.The Applicant has surprisingly found that such an obstacle to additional fertilization can be overcome by carrying out a distillation process. Therefore, it is an essential feature of the invention to provide a plant for distillation.
Die Destillation ist in diesem Zusammenhang in der Lage, die Nährstoffkonzentration im hydroponischen Kreislauf zu erhöhen und gleichzeitig für die Fische günstige nährstoffarme Bedingungen zu gewährleisten. Darüber hinaus kann der Wasserverbrauch minimiert werden. Die Destillationseinheit überwindet das Austreten von Wasser und Nährstoffen. Die Destillationstechnologie kann zum Ausgleich von Nährstoffkonzentrationen eingesetzt werden.In this context, the distillation is able to increase the nutrient concentration in the hydroponic cycle and at the same time to ensure favorable nutrient-poor conditions for the fish. In addition, the water consumption can be minimized. The distillation unit overcomes the leakage of water and nutrients. The distillation technology can be used to balance nutrient concentrations.
Wie bereits vorstehend in Bezug auf den multitrophischen Teil der Anlage ausgeführt, nimmt die hydroponische Sumpfeinheit ein Medium, z. B. Wasser, von der Sumpfeinheit des multitrophischen Teils der Anlage auf.As stated above with regard to the multitrophic part of the plant, the hydroponic sump unit takes a medium, e.g. As water, from the sump unit of the multitrophic part of the plant.
Wie bereits ausgeführt, nimmt die Sumpfeinheit des multitrophischen Teils den flüssigen Bestandteil des Mediums auf, der die gelösten Nährstoffe enthält. Dieser flüssige Bestandteil wird weiter zur hydroponischen Sumpfeinheit geleitet. Die hydroponische Sumpfeinheit erhält außerdem das Medium, z. B. das Wasser, aus dem hydroponischen Behälter zurück, in dem die Pflanzen wenigstens einen großen Teil der Nährstoffe des Mediums aufgenommen bzw. absorbiert und das Wasser wenigstens teilweise gereinigt haben; dieser Teil des Wassers kann immer noch einige der Nährstoffe enthalten, falls die Pflanzen nicht alle Nährstoffe absorbiert haben.As already stated, the swamp unit of the multitrophic part absorbs the liquid component of the medium containing the dissolved nutrients. This liquid component is passed on to the hydroponic sump unit. The hydroponic bottom unit also receives the medium, e.g. As the water, from the hydroponic container in which the plants have absorbed or absorbed at least a large part of the nutrients of the medium and have at least partially purified the water; this part of the water can always still contain some of the nutrients, if the plants have not absorbed all the nutrients.
Dieses gesamte Medium wird dann - und auch hier ist zu beachten, dass es sich um einen permanenten Kreislaufprozess handelt - vom Behälter der hydroponischen Sumpfeinheit zur Destillationseinheit geleitet, wo ein Trennverfahren stattfindet, das im Folgenden näher beschrieben wird.This entire medium is then - and here it should be noted that it is a permanent cycle process - passed from the container of the hydroponic sump unit to the distillation unit, where a separation process takes place, which is described in more detail below.
Dieses Trennverfahrens hat zur Folge, dass das Medium in einen nährstoffarmen und gereinigten flüssigen Bestandteil abgetrennt wird, der von der Destillationseinheit / dem multitrophischen Behälter z. B. zum Fischtank über die Sumpfeinheit des multitrophischen Teils, in der Regel auch über die Biofiltereinheit und/oder die Gasaustauscheinheit, zurückgeleitet wird. Damit ist das Medium sehr gut für die Fische geeignet - und der gesamte Kreislauf kann wieder von vorne beginnen.This separation process results in the medium being separated into a low-nutrient and purified liquid constituent which is separated from the distillation unit / multitrophic container e.g. B. to the fish tank on the bottom unit of the multitrophic part, usually also on the biofilter unit and / or the gas exchange unit, is returned. This means that the medium is very well suited for the fish - and the entire cycle can start all over again.
Das in der Destillationseinheit durchgeführte Trennverfahren führt - zusätzlich zum nährstoffarmen Medium - zu einer Konzentration von Nährstoffen, die von der Destillationseinheit zurück zur hydroponischen Sumpfeinheit geleitet werden. In der hydroponischen Sumpfeinheit erfolgt eine Kühlung des von der Destillationseinheit aufgenommenen Mediums. Daher wird dieses mit Nährstoffen angereicherte Medium von der hydroponischen Sumpfeinheit in den hydroponischen Behälter geleitet, so dass diese Nährstoffe den Pflanzen zur Verfügung stehen.The separation process carried out in the distillation unit results, in addition to the nutrient-poor medium, in a concentration of nutrients which are passed from the distillation unit back to the hydroponic bottom unit. In the hydroponic sump unit, the medium taken up by the distillation unit is cooled. Therefore, this nutrient-enriched medium is directed from the hydroponic sump unit into the hydroponic tank so that these nutrients are available to the plants.
Die hydroponische Sumpfeinheit selbst leitet wenigstens einen Großteil des aufgenommenen Mediums zur Destillationseinheit.The hydroponic sump unit itself conducts at least a majority of the recovered medium to the distillation unit.
Insbesondere wird das Medium aus dem hydroponischen Sumpf in der Destillationseinheit konzentriert, wodurch zwei getrennte Ströme entstehen, und zwar einerseits ein entmineralisiertes Wasser zum RAS und andererseits eine konzentrierte Nährlösung (d. h. Salzsole), die in den hydroponischen Kreislauf zurückfließt.In particular, the medium from the hydroponic bottom is concentrated in the distillation unit to produce two separate streams, one being demineralized water to the RAS and the other being a concentrated nutrient solution (i.e., brine) flowing back into the hydroponic cycle.
Gemäß der Erfindung kann die Destillationseinheit nach verschiedenen Konstruktionsprinzipien oder Kombinationen davon betrieben werden.According to the invention, the distillation unit may be operated according to various design principles or combinations thereof.
Mikrofiltration (MF), Ultrafiltration (UF), Nanofiltration (NF), Reversosmose (RO), Pervaporation und Elektrodialyse sind Membranverfahren, die geeignet sind.Microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO), pervaporation and electrodialysis are membrane processes that are suitable.
Ein Beispiel für die Destillationseinheit nutzt das Verfahren der Membrandestillation (MD). Eine hydrophobe, mikroporöse Membran trennt das erwärmte Medium und eine abgekühlte Aufnahmphase. Die sich daraus ergebende Temperaturdifferenz über der Membran bewirkt eine Wasserdampfübertragung durch die Poren von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite.An example of the distillation unit uses the method of membrane distillation (MD). A hydrophobic, microporous membrane separates the heated medium and a cooled up acquisition phase. The resulting temperature difference across the membrane causes a water vapor transfer through the pores from the high pressure side to the low pressure side.
Der lösliche Feststoffanteil des Mediums, soweit er noch bei der Aufnahme aus der hydroponischen Sumpfeinheit vorhanden ist, wird durch ein Konzentrationsverfahren erhöht. Dieser konzentrierte verbleibende Teil des Mediums, d. h. die konzentrierte Nährlösung, wird wieder zurück zur hydroponischen Sumpfeinheit geleitet, wo er weiter abgekühlt und dann gemäß den vorstehenden Ausführungen zur hydroponischen Wasserkultureinheit (DWC) oder zu vergleichbaren Einheiten geleitet wird.The soluble solids content of the medium, insofar as it is still present during absorption from the hydroponic bottom unit, is increased by a concentration method. This concentrated remaining part of the medium, d. H. the concentrated nutrient solution is returned to the hydroponic sump unit where it is further cooled and then passed to the hydroponic water culture unit (DWC) or comparable units as described above.
Der destillierte Wasseranteil des Mediums, d. h. das verdampfte Wasser, wird durch dieses Verfahren entmineralisiert und in dieser nährstoffarmen Konzentration zurück zur multitrophischen Sumpfeinheit und von dort über die Biofiltereinheit und die optionale Gasaustauscheinheit wieder zurück in den Behälter, z. B. in den Fischtank, geleitet.The distilled water content of the medium, d. H. the evaporated water is demineralized by this process and returned to the multitrophic bottoms unit in this low nutrient concentration and from there back into the tank via the biofilter unit and optional gas exchange unit, e.g. B. in the fish tank, passed.
Die Membrandestillation (MD) ist ein thermisch getriebenes Verfahren, bei dem der Wasserdampftransport durch eine nicht benetzte, poröse, hydrophobe Membran erfolgt. Ein Dampfdruckgefälle wird durch eine Temperaturdifferenz über der Membran erzeugt. Der Wassertransport durch die Membran kann die Schritte der Bildung eines Dampfspalts an der Grenzfläche zwischen heißem Medium und Membran, des Transports der Dampfphase durch das mikroporöse System und der Kondensation des Dampfes an der Grenzfläche zwischen Membran und Permeatlösung der kalten Seite umfassen.Membrane distillation (MD) is a thermally driven process in which water vapor transport takes place through a non-wetted, porous, hydrophobic membrane. A vapor pressure gradient is created by a temperature difference across the membrane. The transport of water through the membrane may include the steps of forming a vapor gap at the interface between the hot medium and the membrane, transporting the vapor phase through the microporous system, and condensing the vapor at the interface between the membrane and the cold side permeate solution.
Es können spezifische Ausgestaltungen dieses Verfahrens eingesetzt werden, z. B. das Verfahren der sogenannten Direktkontakt-Membrandestillation (engl. direct contact membrane distillation, DCMD), bei dem Wasser mit einer niedrigeren Temperatur als eine Flüssigkeit im Medium als Kondensationsflüssigkeit auf der Permeatseite verwendet wird; die Flüssigkeit auf beiden Seiten der Membran steht demnach in direktem Kontakt mit der hydrophoben, mikroporösen Membran.It can be used specific embodiments of this method, for. For example, the method of so-called direct contact membrane distillation (DCMD) in which water having a lower temperature than a liquid in the medium is used as the permeation side condensation liquid; the liquid on both sides of the membrane is thus in direct contact with the hydrophobic, microporous membrane.
Eine Alternative ist das Verfahren der sogenannten Luftspalt-Membrandestillation (engl. air gap membrane distillation, AGMD), bei dem Wasserdampf auf einer kalten Oberfläche kondensiert wird, die über einen Luftspalt von der Membran getrennt ist.An alternative is the process of so-called air gap membrane distillation (AGMD), in which water vapor is condensed on a cold surface which is separated from the membrane by an air gap.
Eine weitere Möglichkeit ist das Verfahren der sogenannten Spülgas-Membrandestillation (engl. sweeping gas membrane distillation, SGMD), bei dem ein kaltes Inertgas auf der Permeatseite verwendet wird, um die Dampfmoleküle mitzureißen und aus dem Membranmodul heraus zu transportieren, wo die Kondensation stattfindet.Another possibility is the so-called Sweeping Gas Membrane Distillation (SGMD) process, which uses a cold inert gas on the permeate side to entrain the vapor molecules and transport them out of the membrane module where the condensation takes place.
Das Verfahren der sogenannten Vakuum-Membrandestillation (engl. vacuum membrane distillation, VMD) nutzt die Anwendung von Vakuum auf der Permeatseite; der aufgebrachte Vakuumdruck ist niedriger als der Gleichgewichtsdampfdruck, was zur Folge hat, dass die Kondensation außerhalb des Membranmoduls stattfindet. The so-called vacuum membrane distillation (VMD) process employs the use of vacuum on the permeate side; the applied vacuum pressure is lower than the equilibrium vapor pressure, with the result that the condensation takes place outside the membrane module.
Es können auch andere Destillationsverfahren eingesetzt werden, z. B. die osmotische Destillation (engl. osmotic distillation, OD), bei der eine mikroporöse, hydrophobe Membran zwei wässrige Lösungen in unterschiedlichen gelösten Konzentrationen trennt.Other distillation methods may also be used, e.g. Example, the osmotic distillation (osmotic distillation, OD), in which a microporous, hydrophobic membrane separates two aqueous solutions in different dissolved concentrations.
Die Destillationsanlage ist somit in der Lage, die hydroponische Nährlösung zu konzentrieren und entmineralisiertes Wasser wieder in den RAS-Teil des Systems zurückzuführen. Die Nährlösung, die durch die Durchführung dieses Verfahrens in den beschriebenen Einheiten erhalten wird, enthält das Nährstoffkonzentrat. Dieses Konzentrat besteht in der Regel nicht aus partikulären, d. h. festen, sondern aus gelösten Nährstoffen.The distillation unit is thus able to concentrate the hydroponic nutrient solution and return demineralized water back to the RAS part of the system. The nutrient solution obtained by performing this method in the units described contains the nutrient concentrate. This concentrate usually does not consist of particulate, d. H. solid, but from dissolved nutrients.
Versuche und Tests des Anmelders sowie Berechnungen zeigen, dass 30 % bis 75 % des Durchflusses zur Destillationseinheit remineralisiert sind und innerhalb des RAS wiederverwendet werden können. Eine der weiteren Folgen ist, dass der RAS-Nitratgehalt auf einem Niveau von knapp unter 50 ppm gehalten werden kann.Applicant's tests and tests as well as calculations show that 30% to 75% of the flow to the distillation unit is remineralized and can be reused within the RAS. One of the other consequences is that the RAS nitrate content can be maintained at a level just below 50 ppm.
Ein weiterer Vorteil der Anlage ist, dass die hydroponischen und RAS-Nährstoffkonzentrationen direkt reguliert werden. Der behandelte Schlamm, d. h. der Abfall, wird weiter konzentriert, um die Konzentration im hydroponischen System zu erhöhen und um die Wasserqualität im RAS zu erhöhen.Another advantage of the plant is that the hydroponic and RAS nutrient concentrations are directly regulated. The treated sludge, d. H. the waste is further concentrated to increase the concentration in the hydroponic system and to increase the water quality in the RAS.
Zusätzlich zur Dosierung der Nährstoffkonzentrationen des RAS-Systems sowie des hydroponischen Systems ist die wenigstens eine Destillationseinheit in der Lage, Meer- oder Brackwasser zu entsalzen und damit die Kapazität trockener Regionen zur Nahrungsmittelproduktion innerhalb des nachhaltigen Systems zu erhöhen.In addition to dosing the nutrient concentrations of the RAS system and the hydroponic system, the at least one distillation unit is capable of desalting seawater or brackish water, thereby increasing the capacity of dry regions to produce food within the sustainable system.
Die Durchführung von Destillationsverfahren trägt somit zu den Nitratbilanzen in aquaponischen Mehrkreis-Systemen bei, um optimale Wachstumsbedingungen sowohl für Fische als auch für Vegetation, z. B. Pflanzen, zu erreichen, indem die hydroponische Nährlösung konzentriert und gleichzeitig das RAS-Prozesswasser verdünnt wird.The implementation of distillation processes thus contributes to the nitrate balances in multi-circuit aquaponic systems in order to achieve optimal growth conditions for both fish and vegetation, e.g. As plants, by concentrating the hydroponic nutrient solution and at the same time the RAS process water is diluted.
Remineralisierungskreislauf:Remineralisierungskreislauf:
Wie bereits vorstehend dargelegt, umfasst das erfindungsgemäße System zum Anbau von Vegetation zusätzlich wenigstens eine weitere Einheit in Form eines Bioreaktors.As already explained above, the system according to the invention for growing vegetation additionally comprises at least one further unit in the form of a bioreactor.
Die Bereitstellung einer einen Bioreaktor umfassenden Einheit könnte dadurch gekennzeichnet sein, dass sie eine sogenannte Remineralisierungseinheit bzw. einen Remineralisierungskreislauf vorsieht, die in der Lage sind, den pH-Wert von festen Nährstoffbestandteilen im System weiter zu senken und wenigstens einen großen Teil, vorzugsweise den gesamten Teil, dieser festen Nährstoffbestandteile in Biodünger umzuwandeln.The provision of a unit comprising a bioreactor could be characterized by the provision of a so-called remineralization unit or circuit capable of further reducing the pH of solid nutrient components in the system and at least a large part, preferably the whole Part to transform these solid nutrient ingredients into bio-fertilizers.
Im Rahmen der Beschreibung der mechanischen Filtereinheit des RAS-Teils der erfindungsgemäßen Anlage wurde bereits darauf hingewiesen, dass wenigstens ein Großteil der wasserlöslichen partikelförmigen Bestandteile, die durch das Verfahren des mechanischen Filters abgeschieden werden, von der mechanischen Filtereinheit zur Bioreaktoreinheit geleitet werden kann.In the context of the description of the mechanical filter unit of the RAS part of the system according to the invention, it has already been pointed out that at least a majority of the water-soluble particulate constituents deposited by the method of the mechanical filter can be conducted from the mechanical filter unit to the bioreactor unit.
Die Menge dieser wasserlöslichen partikelförmigen Bestandteile, die in der mechanischen Filtereinheit abgeschieden werden, kann variieren, beträgt aber in der Regel ca. 0,5 bis 5 Gewichtsprozent.The amount of these water-soluble particulate matter deposited in the mechanical filter unit may vary, but is typically about 0.5 to 5 weight percent.
Diese wasserlöslichen partikelförmigen Bestandteile können als Aquakulturabfälle bezeichnet werden. Es handelt sich dabei typischerweise um Fischschlamm, d. h. Exkremente und nicht gefressenes Futter.These water-soluble particulates may be referred to as aquaculture waste. These are typically fish sludge, d. H. Excrement and not eaten food.
Durch das mechanische Filterverfahren, das von der mechanischen Filtereinheit durchgeführt wird, verfangen sich die wasserlöslichen partikelförmigen Bestandteile in dem Gitter, dem Netz oder der Membran oder anderen Trennmitteln. Die verfangenen partikelförmigen Bestandteile können durch Anwendung von Überdruck abgeschieden werden, was zum Ausspülen der partikelförmigen Bestandteile führt. Selbstverständlich können auch andere Verfahren zur Abscheidung und Ableitung dieser partikelförmigen Bestandteile angewendet werden.The mechanical filtering process performed by the mechanical filter unit entangles the water-soluble particulate matter in the grid, mesh or membrane or other release agents. The entrapped particulate matter may be deposited by application of overpressure, resulting in the rinsing out of the particulate matter. Of course, other methods for the separation and discharge of these particulate components can be applied.
Der Bioreaktor ist so ausgelegt, dass er eine aerobe Nachbehandlung der partikelförmigen Bestandteile, d. h. der Aquakulturabfälle, durchführt.The bioreactor is designed to provide aerobic post-treatment of the particulate matter, i. H. aquaculture waste.
Der Bioreaktor senkt den pH-Wert dieser Aquakulturabfälle. Aufgrund der Absenkung des pH-Wertes liegt dieser in einem pH-Bereich von 6 bis 5, vorzugsweise jedoch unterhalb von 5.The bioreactor lowers the pH of this aquaculture waste. Due to the lowering of the pH, this is in a pH range of 6 to 5, but preferably below 5.
Die Absenkung des pH-Wertes hat vorzugsweise keinen Einfluss auf den Nährstoffgehalt, d. h. den Nährwert. Der Nährstoffgehalt dieser Aquakulturabfälle nach der erfolgten Absenkung des pH-Wertes bleibt vorzugsweise gleich.The lowering of the pH preferably has no influence on the nutrient content, d. H. the nutritional value. The nutrient content of this aquaculture waste after the reduction of the pH value is preferably the same.
Durch die Absenkung des pH-Wertes in der Bioreaktoreinheit werden die Nährstoffe dieser Aquakulturabfälle jedoch auf vorteilhafte Weise gelöst. Dies bedeutet, dass die Durchführung des Verfahrens in der Bioreaktoreinheit zu einem „Herausziehen“ der Nährstoffe aus den Aquakulturabfällen, z. B. aus dem Fischschlamm, führt. By lowering the pH in the bioreactor unit, however, the nutrients of these aquaculture waste are solved in an advantageous manner. This means that carrying out the process in the bioreactor unit results in "extracting" the nutrients from the aquaculture waste, e.g. B. from the fish sludge leads.
Ein bevorzugter pH-Bereich von weniger als 5 führt zu einer deutlich besseren Effizienz der Nährstoffrückgewinnung. Die Aquakulturabfälle werden effektiv in Biodünger umgewandelt.A preferred pH range of less than 5 results in significantly improved nutrient recovery efficiency. The aquaculture waste is effectively converted into biofertilizer.
Aufgrund des pH-Wertes und der entsprechenden unterdrückten Methanogenese ist das Abwasser jedoch reich an flüchtigen Fettsäuren (FFS), die das Wachstum verzögern.However, due to the pH and the associated suppressed methanogenesis, the wastewater is rich in volatile fatty acids (FFAs), which retards growth.
Die Bioreaktoreinheit sieht daher vorzugsweise einen zusätzlichen Verfahrensschritt einer aeroben Nachbehandlung vor, der Schritte der Oxidation bzw. Reduktion der flüchtigen Fettsäuren vorsieht, so dass das Abwasser dieses Nachbehandlungsschrittes in das hydroponische System überführt werden kann.The bioreactor unit therefore preferably provides an additional process step of an aerobic aftertreatment, which provides steps of oxidation or reduction of the volatile fatty acids, so that the wastewater from this aftertreatment step can be transferred to the hydroponic system.
Dabei wird die Überführung der Aquakulturabfälle in Biodünger vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Radialstromabscheidung abgeschlossen, die Teil der gesamten Bioreaktoreinheit sein kann.The transfer of the aquaculture waste into biofertilizers is preferably completed in a device for radial flow separation, which may be part of the entire bioreactor unit.
Bei Radialstromabscheidern handelt es sich um eine Art Filter, der die Entfernung der festen Bestandteile der Aquakulturabfälle unterstützt und dadurch Biodünger erzeugt. In einem Radialstromabscheider treten die bereits wie vorstehend beschrieben im Bioreaktor behandelten Aquakulturabfälle zum Beispiel senkrecht in die Mitte eines Tanks ein und durchströmen einen Beruhigungsschacht, wodurch sich die Feststoffe geringer Dichte leicht aus der Wassersäule abscheiden lassen, während sie sich im Tank absetzen. Gefiltertes Medium fließt über ein Überlaufwehr am oberen Ende des Abscheiders in eine Auffangwanne, wo das behandelte Medium zum hydroponischen Teil der Anlage geleitet wird.Radial precipitators are a kind of filter that helps remove the solid constituents of aquaculture waste and thereby produce bio-fertilizers. For example, in a radial separator, the aquaculture waste already treated in the bioreactor as described above enters the center of a tank vertically and flows through a calming pit, allowing the low density solids to readily separate from the water column as they settle in the tank. Filtered media flows via an overflow weir at the top of the separator into a sump where the treated medium is directed to the hydroponic section of the plant.
Natürlich funktionieren auch andere Konstruktionsprinzipien eines Radialstromabscheiders in geeigneter Weise.Of course, other design principles of a Radialstromabscheiders work properly.
Gemäß der vorstehend genannten Bioreaktoreinheit wird das behandelte Abwasser zum hydroponischen Teil der Anlage, vorzugsweise zum bereits erwähnten hydroponischen Sumpf, geleitet.According to the bioreactor unit mentioned above, the treated waste water is passed to the hydroponic part of the plant, preferably to the already mentioned hydroponic sump.
Beim Mischen dieses Abwassers, das, wie beschrieben, einen niedrigen pH-Wert aufweist, mit dem aus dem RAS-Teil der Anlage stammenden Medium, das ebenfalls, wie vorstehend beschrieben, bereits einen reduzierten pH-Wert aufweist, ist eine weitere Reduzierung des pH-Wertes im hydroponischen Teil der Anlage möglich, was für das Wachstum der Pflanzen entsprechend den oben genannten Anforderungen an den pH-Wert für Pflanzen vorteilhaft ist. Ungeachtet dessen verbleibt wenigstens ein Großteil der für das Wachstum der Pflanzen benötigten Nährstoffe im Abwasser, das von der Bioreaktoreinheit zum hydroponischen Teil der Anlage geleitet wird.When mixing this waste water, which, as described, has a low pH, with the medium originating from the RAS part of the plant, which also already has a reduced pH, as described above, a further reduction of the pH Value in the hydroponic part of the plant is possible, which is advantageous for the growth of the plants according to the above-mentioned pH requirements for plants. Regardless, at least a majority of the nutrients needed for plant growth remain in the effluent, which is directed from the bioreactor unit to the hydroponic part of the plant.
Wenn das Abwasser den hydroponischen Teil der Anlage, d. h. den hydroponischen Sumpf, erreicht hat, setz sich die Behandlung des Mediums wie vorstehend beschrieben fort.If the waste water is the hydroponic part of the plant, d. H. has reached the hydroponic swamp, treatment of the medium continues as described above.
Dies bedeutet, dass bei der Bereitstellung der vorstehend genannten Destillationseinheit das Medium die entsprechenden beschriebenen Verfahrensschritte durchläuft; der nährstoffarme Wasseranteil wird, wie vorstehend beschrieben, zurück in den multitrophischen Behälter, z. B. den Fischtank, geleitet.This means that in providing the aforementioned distillation unit, the medium undergoes the corresponding process steps described; the nutrient-poor water content is, as described above, back into the multitrophic container, for. B. the fish tank, passed.
Dabei ist hervorzuheben, dass die Bereitstellung einer Bioreaktoreinheit in der erfindungsgemäßen Anlage nicht auf die weitere Aufbereitung der wasserlöslichen partikelförmigen Bestandteile des vom mechanischen Filter abgetrennten Fischschlamms beschränkt ist. Die Bioreaktoreinheit ist auch in der Lage, die externen primären Düngestoffe, wie beispielsweise Exkremente von Nutztieren, z. B. Rindern, Schweinen, Hühnern, oder wie beispielsweise zerkleinerte organische Haushalts- und Pflanzenabfälle, aufzubereiten bzw. zu behandeln.It should be emphasized that the provision of a bioreactor unit in the system according to the invention is not limited to the further treatment of the water-soluble particulate constituents of the fish sludge separated from the mechanical filter. The bioreactor unit is also capable of handling the external primary fertilizers, such as livestock excrements, e.g. B. cattle, pigs, chickens, or such as shredded organic household and plant waste, or treat.
Dies bedeutet, dass die Funktion der Bioreaktoreinheit universell ist. Der Bioreaktor kann sowohl für Aquakulturabfälle als auch für Exkremente von Nutztieren und zerkleinerte organische Haushalts- und Pflanzenabfälle universell eingesetzt werden.This means that the function of the bioreactor unit is universal. The bioreactor can be used universally for both aquaculture and livestock excrements and shredded organic household and plant wastes.
Der Bioreaktor kann im System zwischen dem multitrophischen Behälter und dem hydroponischen System angeordnet sein, insbesondere nach dem Mikrosiebfilter, z. B. dem Trommelfilter.The bioreactor may be disposed in the system between the multitrophic container and the hydroponic system, in particular after the microsieve filter, e.g. B. the drum filter.
Der Bioreaktor kann funktionell ein Absetzbecken samt Pumpe umfassen.The bioreactor may functionally include a settling tank and pump.
Der Bioreaktor kann die Remineralisierung von Fischschlamm erhöhen, um Aquakulturabfälle, d. h. Fischexkremente und nicht gefressenes Futter, in Biodünger umzuwandeln. Der Anmelder hat festgestellt, dass ein niedriger pH-Wert, d. h. von weniger als 5,0, zu einer wesentlich besseren Effizienz der Nährstoffrückgewinnung führt.The bioreactor may increase the remineralization of fish sludge to reduce aquaculture waste, i. H. Fish excrement and non-eaten feed to convert to bio-fertilizer. Applicant has determined that a low pH, i. H. less than 5.0, results in significantly improved nutrient recovery efficiency.
Die Bereitstellung eines Bioreaktors ist nicht auf einen bestimmten Bioreaktortyp beschränkt. Ein sogenannter anaerober Aufstrom-Schlammbettreaktor (engl. upflow anaerobic sludge blanket reactor, im Folgenden: UASB-Reaktor) kann jedoch als Reaktor geeignet sein.The provision of a bioreactor is not limited to a particular bioreactor type. A so-called anaerobic sludge bed reactor (upflow anaerobic sludge blanket reactor, im However, the following: UASB reactor) may be suitable as a reactor.
Ein UASB-Reaktor kann einen einzigen Tank umfassen, in dem anaerobes zentrales oder dezentrales Abwasser oder Schwarzwasser behandelt werden kann, wobei eine sehr gute Entfernung von organischen Schadstoffen erreicht wird. Das Abwasser gelangt zum Beispiel von unten in den Reaktor und fließt nach oben. Ein Schwebefilter filtert und behandelt das Abwasser, während es durch diesen hindurchströmt. Im Schlamm enthaltene Bakterien wandeln die organischen Stoffe durch eine anaerobe Behandlung in Biogas um. Feststoffe können durch Filter abgeschieden werden. Nährstoffe werden zu einem sehr geringen Teil entfernt. Daher können sowohl das Abwasser als auch der stabilisierte Schlamm als Dünger für das hydroponische System verwendet werden.A UASB reactor may comprise a single tank in which anaerobic central or decentralized waste water or black water can be treated, with very good removal of organic pollutants. For example, the waste water enters the reactor from below and flows upwards. A floating filter filters and treats the wastewater as it passes through it. Bacteria contained in the sludge convert the organic matter into biogas through anaerobic treatment. Solids can be separated by filters. Nutrients are removed to a very small extent. Therefore, both the waste water and the stabilized sludge can be used as fertilizer for the hydroponic system.
Anstelle eines UASB-Reaktors oder zusätzlich zu diesem kann auch ein sogenannter erweiterter granulärer Schlammbett-Aufschlussreaktor (engl. expanded granular sludge bed digestion reactor, im Folgenden: EGSB-Reaktor) oder ein Reaktor mit interner Zirkulation (engl. internal circulation reactor, im Folgenden: IC-Reaktor) eingesetzt werden.Instead of or in addition to a UASB reactor, a so-called expanded granular sludge bed digestion reactor (hereinafter referred to as: EGSB reactor) or an internal circulation reactor (hereinafter referred to as "internal circulation reactor") may also be used : IC reactor) can be used.
In der Regel kann jeder Bioreaktortyp verwendet werden.In general, any bioreactor type can be used.
Da Stickstoff und Phosphor bei anaeroben Technologien nicht effektiv reduziert werden, ist die Bereitstellung eines Bioreaktors in erfindungsgemäßen Systemen zum Anbau von Vegetation, insbesondere in aquaponischen Systemen, zweckmäßig.Since nitrogen and phosphorus are not effectively reduced in anaerobic technologies, it is desirable to provide a bioreactor in vegetation growing systems of the invention, particularly in aquaponic systems.
Beispiel für die Durchführung der Erfindung:Example for carrying out the invention:
Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren werden im Detail beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Detail beschränkt. Dieses zeigt in
-
1 : ein Wasserströmungsschema des aquaponischen Mehrkreis-Systems.
-
1 : a water flow scheme of the aquaponic multi-circuit system.
Die erfindungsgemäße Anlage
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst dementsprechend multitrophische Einheiten
Die Anlage umfasst darüber hinaus eine Destillationseinheit
Ein multitrophischer Teil der Anlage umfasst einen Behälter
Dieses multitrophische System umfasst, wie in
Der multitrophische Behälter
Der Gesamtdurchfluss des Mediums wird in zwei unabhängige Kreisläufe aufgeteilt. Der erste Kreislauf kann dazu genutzt werden, das Medium, z. B. Wasser, zur erfindungsgemäßen Pflanzenanlage, d. h. zum hydroponischen Teil, zu leiten. Der zweite unabhängige Kreislauf führt das Wasser vom hydroponischen Teil der Anlage in den multitrophischen Behälter
Die Anlage umfasst eine Einheit zur mechanischen Filtration
Gemäß dem Beispiel für die Durchführung der Erfindung ist die mechanische Filtereinheit
Die mechanische Filtereinheit
Von der mechanischen Filteranlage
Die Reihenfolge der Sumpfeinheit
Die Sumpfeinheit
Der nährstoffarme flüssige Bestandteil des Mediums, der am Ende der Aufbereitungsschritte in den Behälter
Wenn die Biofiltereinheit
Die Einheit zur Biofiltration
Nachdem alle oder ein großer Teil der Feststoffe durch die vorstehend dargestellte mechanische Filtereinheit
Daher umfasst das erfindungsgemäße System vorzugsweise eine Einheit zur Denitrifikation. Die Einheit ist für das Vorhandensein von Nitrat in sauerstoffreichem Wasser zuständig; das Nitrat (NH4 +) kann biochemisch in Nitrit (NH3) umgewandelt werden, das wiederum erneut zu Nitrat oxidiert werden kann. Die Denitrifikationseinheit kann somit sowohl die Denitrifikation, d. h. die Reduktion von Nitrat, als auch die Nitrifikation, d. h. die Oxidation von Ammoniak oder Ammonium zu Nitrit, durchführen.Therefore, the system according to the invention preferably comprises a unit for denitrification. The unit is responsible for the presence of nitrate in oxygen-rich water; The nitrate (NH 4 + ) can be biochemically converted into nitrite (NH 3 ), which in turn can be oxidized again to nitrate. The denitrification unit can thus carry out both the denitrification, ie the reduction of nitrate, and the nitrification, ie the oxidation of ammonia or ammonium to nitrite.
Das bei diesem Verfahren anfallende Nitrat ist darüber hinaus eine wichtige Stickstoffquelle für die Pflanzen. Da Nitrit auch für die Fische giftig ist, muss sichergestellt werden, dass das bakterielle System in der Biofiltereinheit ordnungsgemäß funktioniert, so dass das Ammoniak auf einem ungiftigen Niveau gehalten wird; das Vorhandensein von Ammoniak lässt sich nicht gänzlich beseitigen, da die Fische durch die Exkremente permanent Ammoniak ausscheiden. Dies bedeutet, dass es sich bei der Biofiltration um einen kontinuierlichen Prozess handelt.The nitrate accumulating in this process is also an important source of nitrogen for the plants. Since nitrite is also toxic to the fish, it must be ensured that the bacterial system in the biofilter unit is functioning properly so that the ammonia is kept at a non-toxic level; The presence of ammonia can not be completely eliminated because the fish permanently excrete ammonia through the excrements. This means that biofiltration is a continuous process.
Gemäß
Nach dem Passieren dieser optionalen Gasaustauscheinheit
Der andere Hauptbestandteil des Systems ist das wenigstens eine hydroponische System
Der wenigstens eine hydroponische Teil
Es gibt verschiedene mögliche Konstruktionsansätze für diese hydroponischen Teile der Anlage.There are several possible design approaches for these hydroponic parts of the plant.
Eines dieser Verfahren betrifft die Tiefwasserkultur (engl. deep water culture, im Folgenden: DWC), die auch als Direktwasserkultur bezeichnet wird und die durch das direkte Einhängen der Wurzeln der Pflanzen in eine stark sauerstoffreiche Nährlösung funktioniert.One of these methods concerns deep water culture (DWC), also referred to as direct water culture, which works by directly planting the roots of the plants in a nutrient solution rich in oxygen.
Da es sich bei der Hydroponik, wie bereits erwähnt, um ein erdloses Anbausystem handelt, werden die Nährstoffe für die Pflanzen unter anderem durch das Fischfutter in Form von Fischabfällen, d. h. Exkrementen, zugeführt. Die Nährstoffe können in Makronährstoffe und Mikronährstoffe unterteilt werden. Makronährstoffe wie Stickstoff N, Phosphor P, Kalium K, Calcium Ca, Magnesium Mg und Schwefel S sind für die Pflanzen von allergrößter Bedeutung.Since hydroponics, as already mentioned, is a non-edible cultivation system, the nutrients for the plants are inter alia produced by fish feed in the form of fish wastes, i. H. Excrement, fed. The nutrients can be subdivided into macronutrients and micronutrients. Macronutrients such as Nitrogen N, Phosphor P, Potassium K, Calcium Ca, Magnesium Mg and Sulfur S are of paramount importance to plants.
Mikronährstoffe wie beispielsweise Eisen Fe, Kupfer Cu, Bor B, Zink Zn etc. können vorzugsweise zugesetzt werden.Micronutrients such as iron Fe, copper Cu, boron B, zinc Zn, etc. may preferably be added.
Da der Nährstoff im System über das Fischfutter in Form von Fischabfällen oder Futterresten zugeführt wird, ist die Makro- und Mikronährstoffkonzentration im RAS-Kreislauf automatisch konstant höher als in der hydroponischen Komponente, falls im hydroponischen Teil keine zusätzliche Düngemittelzufuhr erfolgt. Andererseits sollte, wie bereits erwähnt, die umgekehrte Situation erreicht werden, da die Pflanzen im hydroponischen Kreislauf die Zufuhr der Makro- und Mikronährstoffkonzentration benötigen.As the nutrient in the system via the fish feed in the form of fish waste or leftovers The macro and micronutrient concentration in the RAS cycle is automatically constantly higher than in the hydroponic component if there is no additional fertilizer feed in the hydroponic section. On the other hand, as already mentioned, the opposite situation should be achieved, since the plants in the hydroponic cycle require the supply of macro and micronutrient concentrations.
Auf der anderen Seite benötigen Fische ein nährstoffarmes Medium. Lediglich das Leiten des mit Nährstoffen angereicherten Mediums des RAS-Teils zum hydroponischen Teil und das Befüllen des RAS-Teils mit frischem Medium würde das gesamte System ad absurdum führen, da überhaupt kein Medium, z. B. Wasser, eingespart werden könnte.On the other hand, fish need a nutrient-poor medium. Only passing the nutrient-enriched medium of the RAS portion to the hydroponic portion and filling the RAS portion with fresh medium would render the entire system ad absurdum since no medium, e.g. As water, could be saved.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Zugabe von Kunstdünger auf der Grundlage weiterer Kosten sowie der Erhöhung des ökologischen Fußabdrucks den hydroponischen Nährstoffgehalt erhöhen kann, jedoch das Problem der hohen Nitratwerte im RAS nicht lösen würde.It should also be noted that the addition of artificial fertilizer on the basis of further costs as well as the increase of the ecological footprint may increase the hydroponic nutrient content, but would not solve the problem of high nitrate levels in the RAS.
Daher ist es ein wesentliches Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung, eine Einheit zur Destillation
Teil des Systems ist daher die Bereitstellung einer Einheit zur Destillation
Die Destillation ist in diesem Zusammenhang in der Lage, die Nährstoffkonzentration im hydroponischen Kreislauf
Wie bereits vorstehend in Bezug auf den multitrophischen Teil
Wasser aus dem hydroponischen Sumpf wird in der Destillationseinheit konzentriert, wodurch zwei getrennte Ströme entstehen, und zwar einerseits ein entmineralisiertes Wasser zum RAS und andererseits eine konzentrierte Nährlösung (d. h. Salzsole), die in den hydroponischen Kreislauf zurückfließt.Water from the hydroponic sump is concentrated in the distillation unit, creating two separate streams, one being demineralized water to the RAS and the other being a concentrated nutrient solution (i.e., brine) flowing back into the hydroponic cycle.
Die Destillationseinheit
Ein weiterer Vorteil der Anlage ist, dass die hydroponischen und RAS-Nährstoffkonzentrationen direkt reguliert werden. Der behandelte Schlamm, d. h. der Abfall, wird weiter konzentriert, um die Konzentration im hydroponischen System zu erhöhen und um die Wasserqualität im RAS zu erhöhen.Another advantage of the plant is that the hydroponic and RAS nutrient concentrations are directly regulated. The treated sludge, d. H. the waste is further concentrated to increase the concentration in the hydroponic system and to increase the water quality in the RAS.
Zusätzlich zur Dosierung der Nährstoffkonzentrationen des RAS-Systems sowie des hydroponischen Systems ist die wenigstens eine Destillationseinheit in der Lage, Meer- oder Brackwasser zu entsalzen und damit die Kapazität trockener Regionen zur Nahrungsmittelproduktion innerhalb des nachhaltigen Systems zu erhöhen.In addition to dosing the nutrient concentrations of the RAS system and the hydroponic system, the at least one distillation unit is capable of desalting seawater or brackish water, thereby increasing the capacity of dry regions to produce food within the sustainable system.
Die Durchführung von Destillationsverfahren trägt somit zu den Nitratbilanzen in aquaponischen Mehrkreis-Systemen bei, um optimale Wachstumsbedingungen sowohl für Fische als auch für Vegetation, z. B. Pflanzen, zu erreichen, indem die hydroponische Nährlösung konzentriert und gleichzeitig das RAS-Prozesswasser verdünnt wird.The implementation of distillation processes thus contributes to the nitrate balances in multi-circuit aquaponic systems in order to achieve optimal growth conditions for both fish and vegetation, e.g. As plants, by concentrating the hydroponic nutrient solution and at the same time the RAS process water is diluted.
Bei der Anlage gemäß
Die Bereitstellung einer einen Bioreaktor
Im Rahmen der Beschreibung des mechanischen Filters
Diese wasserlöslichen partikelförmigen Bestandteile können als Aquakulturabfälle bezeichnet werden. Es handelt sich dabei typischerweise um Fischschlamm, d. h. Exkremente und nicht gefressenes Futter.These water-soluble particulates may be referred to as aquaculture waste. These are typically fish sludge, d. H. Excrement and not eaten food.
Durch das mechanische Filterverfahren, das von der mechanischen Filtereinheit
Der Remineralisierungskreislauf
Die Bioreaktoreinheit
Die Absenkung des pH-Wertes hat vorzugsweise keinen Einfluss auf den Nährstoffgehalt, d. h. den Nährwert. Der Nährstoffgehalt dieser Aquakulturabfälle nach der erfolgten Absenkung des pH-Wertes bleibt vorzugsweise gleich.The lowering of the pH preferably has no influence on the nutrient content, d. H. the nutritional value. The nutrient content of this aquaculture waste after the reduction of the pH value is preferably the same.
Durch die Absenkung des pH-Wertes in der Bioreaktoreinheit
Ein pH-Bereich von weniger als
Aufgrund des pH-Wertes und der entsprechenden unterdrückten Methanogenese ist das Abwasser jedoch reich an flüchtigen Fettsäuren (FFS), die das Wachstum verzögern.However, due to the pH and the associated suppressed methanogenesis, the wastewater is rich in volatile fatty acids (FFAs), which retards growth.
Die Bioreaktoreinheit
Die Überführung der Aquakulturabfälle in Biodünger wird vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Radialstromabscheidung
Bei Radialstromabscheidern
Gemäß der vorstehend genannten Bioreaktoreinheit
Beim Mischen dieses Abwassers, das, wie beschrieben, einen niedrigen pH-Wert aufweist, mit dem aus dem RAS-Teil der Anlage
Wenn das Abwasser den hydroponischen Teil
Der Bioreaktor
Gemäß dem Beispiel der
Der Bioreaktor
Das Recycling-Aquakultursystem, das hydroponische System und die Remineralisierung des Schlamms werden unabhängig voneinander dargestellt, um die Notwendigkeit unterschiedlicher Bedingungen in jedem Teilsystem darzustellen. In dem von der Erfindung vorgesehenen System besteht keine Notwendigkeit, zusätzlich zum Wasseraustausch als Folge der Evapotranspiration
Der remineralisierte Schlamm, d. h. konzentrierter Flüssigdünger, wird nur dort in das hydroponische System geleitet, wo er benötigt wird. Eine unnötige Verdünnung wird somit vermieden. Natürlich spielt die Globalstrahlung eine wesentliche Rolle für die Evapotranspiration
Dementsprechend wird der aus dem RAS gewonnene Fischschlamm remineralisiert und dem hydroponischen System hinzugefügt.Accordingly, the fish sludge recovered from the RAS is remineralized and added to the hydroponic system.
Die verschiedenen Komponenten und Einheiten sind durch unidirektionale oder bidirektionale Einrichtungen für den Wasser- und/oder Stoffkreislauf
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anlageinvestment
- 22
- multitrophischer Behältermultitrophic container
- 33
- Fischtankfish tank
- 44
- mechanische Filtereinheitmechanical filter unit
- 55
- GasaustauscheinheitGas exchange unit
- 66
- Biofiltereinheitbiofilter
- 77
- Sumpfeinheitmarsh unit
- 88th
- RemineralisierungskreislaufRemineralisierungskreislauf
- 99
- AbsetzbeckeneinheitAbsetzbeckeneinheit
- 1010
- Bioreaktoreinheitbioreactor unit
- 1111
- RadialstromabscheidereinheitRadialstromabscheidereinheit
- 1212
- hydroponische Sumpfeinheithydroponic marsh unit
- 1313
- hydroponischer Teilhydroponic part
- 1414
- hydroponisches Beethydroponic bed
- 1515
- Evapotranspirationevapotranspiration
- 1616
- Destillationseinheitdistillation unit
- 1717
- Einrichtung für Wasser- und/oder StoffkreislaufDevice for water and / or material cycle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2158801 A1 [0003]EP 2158801 A1 [0003]
- WO 2013/132481 [0004]WO 2013/132481 [0004]
- WO 2015/160966 [0005]WO 2015/160966 [0005]
- EP 2276795 A1 [0006]EP 2276795 A1 [0006]
- EP 2963060 A1 [0007]EP 2963060 A1 [0007]
Claims (20)
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