Horst Kaiser:Steuerung der Wasserqualität nach N-Bilanzierung durch Pufferung oder Denitrifikation in einer Anlage mit Wasserrückführung zur Forellenmast
- novo libro ISBN: 9783832420697
Inhaltsangabe:Einleitung: Die Haltung von Süßwasserfischen in Kreislaufanlagen ist eine intensive Form der Aquakultur, bei der eine Wiederverwendung des von den Fischen mit Stoffwechselau… mais…
Inhaltsangabe:Einleitung: Die Haltung von Süßwasserfischen in Kreislaufanlagen ist eine intensive Form der Aquakultur, bei der eine Wiederverwendung des von den Fischen mit Stoffwechselausscheidungsprodukten belasteten Abwassers vorgenommen wird. Diese Art der Fischproduktion hat ihre Vorteile a) in der Einsparung von Heizenergie zum Aufwärmen des durchlaufenden Kulturmediums in gemäßigten Klimaten, insbesondere in der kalten Jahreszeit, b) in der Standortunabhängigkeit und c) in der Möglichkeit, mit wenig Wasser Fische zu produzieren. Geschlossene Kreislaufanlagen im hier verstandenen Sinne sind Systeme mit einem Verbrauch an Ergänzungswasser in Höhe von 1-2 des Anlagenvolumens pro Tag, das in erster Linie der Kompensation von Verdunstungsverlusten und Verlusten durch Leckagen dient. Die Aufbereitung des Abwassers geschieht durch ein der kommunalen Klärtechnik nachempfundenes, zumeist auf bakterieller Basis arbeitendes mechanisch biologisches Filtersystem. Vom biologischen Filter wird ein gleichmäßig schneller und kontinuierlicher Umbau der Ausscheidungsprodukte der Fische erwartet, denn das Wachstum der Fische soll nicht durch Schwankungen oder durch die Akkumulation giftiger Abwasserinhaltsstoffe beeinträchtigt werden. In bezug auf die Stickstoffkomponenten ist die mikrobiologische Umsetzung des von den Fischen ausgeschiedenen Stickstoffs, insbesondere des Ammoniaks und des im Verlaufe der Nitrifikation entstehenden Nitrits, von besonderer Bedeutung. Als Folge der Nitrifikation kann es zu einem Absinken des pH-Wertes und auch zu einem Anstieg des Nitratgehaltes kommen. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Klärung der folgenden Sachverhalte erbringen: 1) Vergleich zweier Methoden zur Stabilisierung des pH-Wertes und zur Steuerung der Anlagenchemie. a) Zugabe einer anorganischen Chemikalie (NaHCOs) zur Einflußnahme auf den pH-Wert. b) Zugabe organischer Kohlenstoffquellen zur Förderung der Denitrifikation (= Reduktion des Nitrats bis zum gasförmigen Stickstoff), bei der Hydroxylionen freigesetzt werden, die zu einem Anstieg des pH-Wertes beitragen. 2) Beurteilung der Wasserwerte in der Kreislaufanlage anhand der Wachstumsleistungen der Fische. Parallel zur Haltung der Forellen in der Kreislaufanlage werden Kontrollfische unter sonst gleichen Bedingungen in Durchflußbekken mit Bonner Leitungswasser gehalten. 3) Entwicklung eines Rechenmodells zur Beschreibung von Abbauleistungen des Biofilters. Die Errechnung von Abbauleistungen soll an der Belastung des Filters mit Stoffwechselendprodukten der Fische orientiert sein und Möglichkeiten der Stickstoffbilanzierung eröffnen. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einleitung9 2.Literaturübersicht11 2.1Kreislaufanlagen zur Fischproduktion11 2.2Mikrobiologische Umsetzungen der Stickstoffverbindungen12 2.2.1Nitrifikation12 2.2.2Denitrifikation16 2.3Stabilisierung der Wasserqualität20 2.3.1Zufuhr von Ergänzungswasser20 2.3.2Steuerung des pH-Wertes21 2.4Beurteilung der Klärleistung in Kreislaufanlagen21 2.4.1Auswahl von Belastungskriterien für die Klärstufe24 2.5Nährstoffangebot für die Mikroorganismen27 2.5.1Anorganische Kohlenstoffquellen27 2.5.2Organische Kohlenstoffquellen28 2.5.2.1Biologischer Sauerstoffbedarf (BSBs-Wert)30 2.5.3Art der Stickstoffquelle31 2.6Wasserqualität und Wachstum von Forellen32 3.Material und Methoden37 3.1Versuchsanlagen37 3.2Versuchsfische41 3.3Futterzusammensetzung und Zuteilung44 3.4pH-Wert-Steuerung45 3.4.1Unterschiede im Nährstoffangebot für die Mikroorganismen45 3.4.1.1Zugabe einer Chemikalie zur Erhöhung der Pufferungskapazität des Wassers46 3.4.1.2Zugabe einer Kohlenstoffquelle47 3.5Versuchsdurchführung47 3.5.1Gemeinsamkeiten in der Betriebsweise der drei Versuche47 3.5.2Versuch 148 3.5.2.1Einarbeitung der biologischen Aufbereitung mit Fischfutter49 3.5.2.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen49 3.5.3Versuch 250 3.5.3.1Einarbeitung der biologischen Aufbereitung mit anorganischen Salzen50 3.5.3.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen51 3.5.4Versuch 352 3.5.4.1Einarbeitung der biologischen Aufbereitung mit Fischmehl52 3.5.4.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen52 3.6Wasseruntersuchung53 3.6.1Probenahme des Wassers53 3.6.2Meßmethoden53 4.Ergebnisse55 4.1Versuch 155 4.1.1Anorganische N-Verbindungen55 4.1.2Karbonathärte, pH-Wert und Leitfähigkeit55 4.1.3Unterschiede zwischen verschiedenen Probenentnahmestellen58 4.1.4BSBS-Wert, Sauerstoffgehalt und Temperatur60 4.1.5Schlußfolgerungen aus den Ergebnissen des ersten Versuchs61 4.2Versuch 262 4.2.1Einarbeitungsphase der biologischen Aufbereitung62 4.2.1.1Unterschiede in der Wasserqualität zwischen Einlauf und Auslauf des Up-flow Filters65 4.2.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen66 4.2.2.1Ammonium und Nitrit66 4.2.2.2Nitratgehalt, Karbonathärte und pH-Wert66 4.2.2.3Unterschiede zwischen verschiedenen Probenentnahmestellen70 4.2.2.4Orthophosphat, Sauerstoffgehalt, Temperatur und Gesamthärte70 4.2.3Schlußfolgerungen aus den Ergebnissen des zweiten Versuchs71 4.3Versuch 373 4.3.1Einarbeitungszeit der biologischen Aufbereitung73 4.3.2Wasserqualitätsveränderungen nach Fischbesatz76 4.3.2.1Verlaufskurven der Wasserwerte76 4.3.2.1.1Ammonium und Nitrit77 4.3.2.1.2pH-Wert, Karbonathärte, Nitratgehalt und Leitfähigkeit77 4.3.3Konzentrationsunterschiede zwischen verschiedenen Probestellen79 4.3.4BSB.-Wert, Sauerstoffkonzentration, Temperatur, Orthophosphationenkonzentration und suspendierte Feststoffe81 4.3.5Schlußfolgerungen82 4.4Gemeinsame Ergebnisse aus den drei Versuchen83 4.4.1Verbrauch an Ergänzungswasser83 4.4.2Verteilungskurven von .Ammonium und Nitrit83 4.5Leistungsdaten der Fische85 4.5.1Ausfälle85 4.5.1Versuch 185 4.5.2Versuch 288 4.5.3Versuch 392 4.5.4Mittlere Lebendmassen der Forellen zu Versuchsende für alle drei Versuche95 5.Rechenmodell zur Ermittlung der Abbauleistungen96 5.1Grundgedanken des Modells96 5.1.1Nitrifikations- und Denitrifikationsleistungen99 5.1.2Aufstellung von N-Bilanzen102 5.2Anwendung und Ergebnisse103 5.2.1Abbauleistungen103 5.2.1.1Durchschnittliche Abbauleistung103 5.2.1.2Bilanz105 5.2.1.2.1Bilanz über N-Eintrag und gelüste anorganische N-Verbindungen105 5.2.1.2.2Bilanz bei Berücksichtigung des Stickstoffgehaltes in den Feststoffen106 5.2.2Der Einfluß unterschiedlich hoher Abbauleistungen auf die Wasserwerte107 6.Diskussion112 6.1Methoden der pH-Wert-Steuerung und Betrieb der Anlage112 6.2Die Errechnung von Abbauleistungen124 6.3Wachstum der Fische131 6.4Ausblick auf weitere Untersuchungen137 7.Zusammenfassung138 8.Literaturverzeichnis140Textprobe: Steuerung der Wasserqualität nach N-Bilanzierung durch Pufferung oder Denitrifikation in einer Anlage mit Wasserrückführung zur Forellenmast: Inhaltsangabe:Einleitung: Die Haltung von Süßwasserfischen in Kreislaufanlagen ist eine intensive Form der Aquakultur, bei der eine Wiederverwendung des von den Fischen mit Stoffwechselausscheidungsprodukten belasteten Abwassers vorgenommen wird. Diese Art der Fischproduktion hat ihre Vorteile a) in der Einsparung von Heizenergie zum Aufwärmen des durchlaufenden Kulturmediums in gemäßigten Klimaten, insbesondere in der kalten Jahreszeit, b) in der Standortunabhängigkeit und c) in der Möglichkeit, mit wenig Wasser Fische zu produzieren. Geschlossene Kreislaufanlagen im hier verstandenen Sinne sind Systeme mit einem Verbrauch an Ergänzungswasser in Höhe von 1-2 des Anlagenvolumens pro Tag, das in erster Linie der Kompensation von Verdunstungsverlusten und Verlusten durch Leckagen dient. Die Aufbereitung des Abwassers geschieht durch ein der kommunalen Klärtechnik nachempfundenes, zumeist auf bakterieller Basis arbeitendes mechanisch biologisches Filtersystem. Vom biologischen Filter wird ein gleichmäßig schneller und kontinuierlicher Umbau der Ausscheidungsprodukte der Fische erwartet, denn das Wachstum der Fische soll nicht durch Schwankungen oder durch die Akkumulation giftiger Abwasserinhaltsstoffe beeinträchtigt werden. In bezug auf die Stickstoffkomponenten ist die mikrobiologische Umsetzung des von den Fischen ausgeschiedenen Stickstoffs, insbesondere des Ammoniaks und des im Verlaufe der Nitrifikation entstehenden Nitrits, von besonderer Bedeutung. Als Folge der Nitrifikation kann es zu einem Absinken des pH-Wertes und auch zu einem Anstieg des Nitratgehaltes kommen. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Klärung der folgenden Sachverhalte erbringen: 1) Vergleich zweier Methoden zur Stabilisierung des pH-Wertes und zur Steuerung der Anlagenchemie. a) Zugabe einer anorganischen Chemikalie (NaHCOs) zur Einflußnahme auf den pH-Wert. b) Zugabe organischer Kohlenstoffquellen zur Förderung der Denitrifikation (= Reduktion des Nitrats bis zum gasförmigen Stickstoff), bei der Hydroxylionen freigesetzt werden, die zu einem Anstieg des pH-Wertes beitragen. 2) Beurteilung der Wasserwerte in der Kreislaufanlage anhand der Wachstumsleistungen der Fische. Parallel zur Haltung der Forellen in der Kreislaufanlage werden Kontrollfische unter sonst gleichen Bedingungen in Durchflußbekken mit Bonner Leitungswasser gehalten. 3) Entwicklung eines Rechenmodells zur Beschreibung von Abbauleistungen des Biofilters. Die Errechnung von Abbauleistungen soll an der Belastung des Filters mit Stoffwechselendprodukten der Fische orientiert sein und Möglichkeiten der Stickstoffbilanzierung eröffnen. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einleitung9 2.Literaturübersicht11 2.1Kreislaufanlagen zur Fischproduktion11 2.2Mikrobiologische Umsetzungen der Stickstoffverbindungen12 2.2.1Nitrifikation12 2.2.2Denitrifikation16 2.3Stabilisierung der Wasserqualität20 2.3.1Zufuhr von Ergänzungswasser20 2.3.2Steuerung des pH-Wertes21 2.4Beurteilung der Klärleistung in Kreislaufanlagen21 2.4.1Auswahl von Belastungskriterien für die Klärstufe24 2.5Nährstoffangebot für die Mikroorganismen27 2.5.1Anorganische Kohlenstoffquellen27 2.5.2Organische Kohlenstoffquellen28 2.5.2.1Biologischer Sauerstoffbedarf (BSBs-Wert)30 2.5.3Art der Stickstoffquelle31 2.6Wasserqualität und Wachstum von Forellen32 3.Material und Methoden37 3.1Versuchsanlagen37 3.2Versuchsfische41 3.3Futterzusammensetzung und Zuteilung44 3.4pH-Wert-Steuerung45 3.4.1Unterschiede im Nährstoffangebot für die Mikroorganismen45 3.4.1.1Zugabe einer Chemikalie zur Erhöhung der Pufferungskapazität des Wassers46 3.4.1.2Zugabe einer Kohlenstoffquelle47 3.5Versuchsdurchführung47 3.5.1Gemeinsamkeiten in der Betriebsweise der drei Versuche47 3.5.2Versuch 148 3.5.2.1Einarbeitung der biologischen Aufbereitung mit Fischfutter49 3.5.2.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen49 3.5.3Versuch 250 3.5.3.1Einarbeitung der biologischen Aufbereitung mit anorganischen Salzen50 3.5.3.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen51 3.5.4Versuch 352 3.5.4.1Einarbeitung der biologischen Aufbereitung mit Fischmehl52 3.5.4.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen52 3.6Wasseruntersuchung53 3.6.1Probenahme des Wassers53 3.6.2Meßmethoden53 4.Ergebnisse55 4.1Versuch 155 4.1.1Anorganische N-Verbindungen55 4.1.2Karbonathärte, pH-Wert und Leitfähigkeit55 4.1.3Unterschiede zwischen verschiedenen Probenentnahmestellen58 4.1.4BSBS-Wert, Sauerstoffgehalt und Temperatur60 4.1.5Schlußfolgerungen aus den Ergebnissen des ersten Versuchs61 4.2Versuch 262 4.2.1Einarbeitungsphase der biologischen Aufbereitung62 4.2.1.1Unterschiede in der Wasserqualität zwischen Einlauf und Auslauf des Up-flow Filters65 4.2.2Versuchsphase während des Besatzes mit Fischen66 4.2.2.1Ammonium und Nitrit66 4.2.2.2Nitratgehalt, Karbonathärte und pH-Wert66 4.2.2.3Unterschiede zwischen verschiedenen Probenentnahmestellen70 4.2.2.4Orthophosphat, Sauerstoffgehalt, Temperatur und Gesamthärte70 4.2.3Schlußfolgerungen aus den Ergebnissen des zweiten Versuchs71 4.3Versuch 373 4.3.1Einarbeitungszeit der biologischen Aufbereitung73 4.3.2Wasserqualitätsveränderungen nach Fischbesatz76 4.3.2.1Verlaufskurven der Wasserwerte76 4.3.2.1.1Ammonium und Nitrit77 4.3.2.1.2pH-Wert, Karbonathärte, Nitratgehalt und Leitfähigkeit77 4.3.3Konzentrationsunterschiede zwischen verschiedenen Probestellen79 4.3.4BSB.-Wert, Sauerstoffkonzentration, Temperatur, Orthophosphationenkonzentration und suspendierte Feststoffe81 4.3.5Schlußfolgerungen82 4.4Gemeinsame Ergebnisse aus den drei Versuchen83 4.4.1Verbrauch an Ergänzungswasser83 4.4.2Verteilungskurven von .Ammonium und Nitrit83 4.5Leistungsdaten der Fische85 4.5.1Ausfälle85 4.5.1Versuch 185 4.5.2Versuch 288 4.5.3Versuch 392 4.5.4Mittlere Lebendmassen der Forellen zu Versuchsende für alle drei Versuche95 5.Rechenmodell zur Ermittlung der Abbauleistungen96 5.1Grundgedanken des Modells96 5.1.1Nitrifikations- und Denitrifikationsleistungen99 5.1.2Aufstellung von N-Bilanzen102 5.2Anwendung und Ergebnisse103 5.2.1Abbauleistungen103 5.2.1.1Durchschnittliche Abbauleistung103 5.2.1.2Bilanz105 5.2.1.2.1Bilanz über N-Eintrag und gelüste anorganische N-Verbindungen105 5.2.1.2.2Bilanz bei Berücksichtigung des Stickstoffgehaltes in den Feststoffen106 5.2.2Der Einfluß unterschiedlich hoher Abbauleistungen auf die Wasserwerte107 6.Diskussion112 6.1Methoden der pH-Wert-Steuerung und Betrieb der Anlage112 6.2Die Errechnung von Abbauleistungen124 6.3Wachstum der Fische131 6.4Ausblick auf weitere Untersuchungen137 7.Zusammenfassung138 8.Literaturverzeichnis140Textprobe: BUSINESS & ECONOMICS / Insurance / Health, Diplomica Verlag<
