DE10155190A1 - Fish farming water treatment process for fresh- or salt-water has main cascading loop and two sub-loops - Google Patents
Fish farming water treatment process for fresh- or salt-water has main cascading loop and two sub-loopsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung, Reinigung und Konditionierung von Frisch- und/oder Salzwasser insbesondere in Produktionsanlagen für Fisch- und Schalentiere. The invention relates to a method for funding, Cleaning and conditioning fresh and / or salt water especially in production plants for fish and Shellfish.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Förderung, Reinigung und Konditionierung von Frisch- und/oder Salzwasser insbesondere in Produktionsanlagen für Fisch- und Schalentiere. The invention further relates to a device for Promotion, cleaning and conditioning of fresh and / or Salt water, especially in production plants for fish and shellfish.
Verfahren mit geschlossenem Wasserkreislauf sind aus DE-199 09 172 A1 oder DE 37 42 642 A1 bekannt. Die Kreislaufanlagen gehören zu den etablierten Verfahren in der Fischzucht insbesondere von Süßwasserfischen. Das Verfahren der Kreislaufführung des Produktionswassers führt zu erheblichen Einsparungen von Frischwasser und ermöglicht durch Kontrolle und biologische Reinigung eine gleichbleibende Qualität des Kreislaufwassers und führt zur Verringerung der Umweltbelastung. Kreislaufanlagen bestehen in der Regel aus den Fischbecken, einer Eliminationseinheit von Schwebstoffen, die als Flotation, Feinsieb oder Sedimentationseinheit ausgeführt ist, einem Behälter zur Regelung von pH-Wert und Temperatur sowie einer Einheit zur Zuführung von Sauerstoff. Limitierender Faktor ist neben der Stickstoffanreicherung des Wassers durch Futterreste und Stoffwechselendprodukte der Sauerstoffgehalt in den in der Regel flachen Becken (0,4-2,0 m). Der Sauerstoffgehalt beträgt bei Begasung des Kreislaufwassers mit Luft ca. 8-10 mgO2/l. Durch Einsatz von technischem Sauerstoff und Druck kann das Zulaufwasser zum Fischbecken mittels Injektionsverfahren bei 0,5 bar Sauerstoffgehalte von bis zu 20 mgO2/l aufweisen. Aufgrund der Sauerstofflimitierung bei hohen Fischbesatzdichten wird eine große Menge Wasser im Kreis geführt. Zur Entfernung der aus dem Fischzuchtbecken ausgetragenen Schwebstoffe dient im Stand der Technik eine Flotation, ein Feinsieb oder eine Sedimentationseinheit. Die Schwebstoffe werden an dieser Stelle aus dem Kreislauf zusammen mit einem sehr hohen Wasseranteil ausgeschleust. Das Schwebstoff- Wasser-Gemisch wird in der Regel entwässert. Das Wasser wird dem Kreislauf wieder zugeführt, die Schwebstoffe werden als Abfall entsorgt. Zur Behandlung der gelösten organischen Verbindungen und der Stickstoffverbindungen, die von den Fischen produziert werden, wird das Kreislaufwasser im Stand der Technik über eine biologische Einheit (Festbett, biologisch aktive Filtration) geführt. Biofilter werden zum einen über die biologische Abbaurate und zum anderen über die hydraulische Belastung bemessen. Aufgrund der hohen Wassermengen sind im aus den Fischbecken ausgeschleusten Wasser nur ca. 1 bis 5 mg/l NH4-N gelöst, so dass der Biofilter mit hoher hydraulischer Belastung fährt aber in seiner biologischen Abbaupotential unterfordert ist. Da die Biofilter bei hoher hydraulischer Belastung eine große Leerrohrfläche aufweisen, führt diese bei der notwendigen Rückspülung der Filter zu erheblichen Nachteilen. Diese bestehen darin, dass zur Rückspülung große Wasser- und Luftgeschwindigkeiten (40 m/h Wassergeschwindigkeit, 60 m/h Luftgeschwindigkeit) notwendig sind, die bei großer Fläche des Filters zu großen Mengen an zu behandelnden Rückspülwassers führen. Ungünstig ist weiter, dass die Biofilter ohne definierte abwassertechnische Verhältnisse arbeiten und keine effiziente Feststoffabscheidung ermöglichen. Alternativ werden Schwebebettreaktoren zur biologischen Elimination der Wasserinhaltsstoffe eingesetzt. Diese müssen jedoch mit konstanter Leerrohrgeschwindigkeit gefahren werden, damit das Trägermaterial für die Mikroorganismen in Schwebe bleibt, was zusätzlich die Flexibilität des Wasserstroms eingrenzt. Schwebebettreaktoren leisten keinen Schwebstoffrückhalt. Methods with a closed water circuit are known from DE-199 09 172 A1 or DE 37 42 642 A1. The circulation systems are one of the established methods in fish farming, especially freshwater fish. The process of recirculating the production water leads to considerable savings in fresh water and, through control and biological purification, enables the quality of the circulating water to remain constant and leads to a reduction in environmental pollution. Circulation systems generally consist of the fish tank, an elimination unit for suspended matter, which is designed as a flotation, fine sieve or sedimentation unit, a container for regulating pH and temperature, and a unit for supplying oxygen. In addition to the nitrogen enrichment of the water through feed residues and metabolic end products, the limiting factor is the oxygen content in the generally shallow pools (0.4-2.0 m). When the circulating water is gassed with air, the oxygen content is approx. 8-10 mgO 2 / l. By using technical oxygen and pressure, the feed water to the fish tank can have an oxygen content of up to 20 mgO 2 / l at 0.5 bar using the injection process. Due to the oxygen limitation at high fish stocking densities, a large amount of water is circulated. In the prior art, a flotation, a fine sieve or a sedimentation unit is used to remove the suspended matter discharged from the fish farming tank. At this point, the suspended matter is removed from the cycle together with a very high proportion of water. The suspended matter-water mixture is usually dewatered. The water is returned to the cycle, the suspended matter is disposed of as waste. For the treatment of the dissolved organic compounds and the nitrogen compounds that are produced by the fish, the circulating water in the prior art is passed through a biological unit (fixed bed, biologically active filtration). Biofilters are measured on the one hand by the biodegradation rate and on the other hand by the hydraulic load. Due to the large amounts of water, only approx. 1 to 5 mg / l NH 4 -N are dissolved in the water discharged from the fish basin, so that the biofilter runs at high hydraulic loads but its biological degradation potential is under-challenged. Since the biofilters have a large empty pipe surface under high hydraulic loads, this leads to considerable disadvantages when the filters are backwashed. These consist in the fact that high water and air speeds (40 m / h water speed, 60 m / h air speed) are necessary for backwashing, which lead to large amounts of backwashing water to be treated if the filter area is large. It is also unfavorable that the biofilters work without defined wastewater conditions and do not allow efficient solids separation. Alternatively, floating bed reactors are used for the biological elimination of the water constituents. However, these have to be run at a constant empty pipe speed so that the carrier material for the microorganisms remains in suspension, which further limits the flexibility of the water flow. Floating bed reactors do not retain suspended matter.
Im Stand der Technik weisen die bekannten Verfahren zur
Elimination unerwünschter Wasserinhaltsstoffe aus Wasser zur
Fischzucht neben den ihnen eigenen Vorteilen gewisse
Nachteile auf:
- - Ineffiziente Schwebstoffentfernung wegen hoher Rezirkulationsraten und der daraus resultierenden niedrigen Schwebstoffkonzentrationen.
- - Spülwasser der Schwebstoffentfernungsstufe (Filtration) muss weiter behandelt werden, um die Schwebstoffe aufzukonzentrieren. Sonst hoher Verlust von Kreislaufwasser.
- - Aufkonzentrierte Schwebstoffe müssen entsorgt werden.
- - Ineffiziente Nutzung des biologischen Abbaupotentials der biologischen Stufe. Wegen der hohen Wassermengen ist die biologische Stufe häufig als Schwebebett ausgeführt, die mit niedrigen Konzentrationen beaufschlagt wird.
- - Keine gezielte Denitrifikation und dadurch eine Aufkonzentrierung von Nitrat oder eine hohe Austauschrate von Kreislaufwasser.
- - Inefficient removal of suspended matter due to high recirculation rates and the resulting low suspended matter concentrations.
- - Flushing water of the suspended matter removal stage (filtration) must be treated further in order to concentrate the suspended matter. Otherwise high loss of circulating water.
- - Concentrated suspended matter must be disposed of.
- - Inefficient use of the biodegradation potential of the biological stage. Because of the large amounts of water, the biological stage is often designed as a floating bed that is exposed to low concentrations.
- - No targeted denitrification and therefore a concentration of nitrate or a high exchange rate of circulating water.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung, Reinigung und Konditionierung von Frisch- und/oder Salzwasser derart weiterzubilden, dass das Kreislaufverfahren wirtschaftlicher und effizienter gestaltet ist und wobei die notwendigen physikalischen (Sauerstoffeintrag) und biologischen (Stickstoffelimination) Behandlungsschritte optimiert sind und Steuerungsmöglichkeiten für die einzelnen Parameter geschaffen sind. The invention has for its object a method and a device for conveying, cleaning and To further train the conditioning of fresh and / or salt water that the circular process is more economical and is designed more efficiently and the necessary physical (Oxygenation) and biological (Nitrogen elimination) treatment steps are optimized and Control options for the individual parameters are created.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. To achieve this object, the invention Method on the features of claim 1.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 3 auf. To solve this problem, the invention Device the features of claim 3.
Die Erfindung schafft Abhilfe, ohne die Vorteile der Kreislaufführung aufgeben zu müssen, indem ein kaskadiertes System aus einem Hauptkreislauf und mindestens zwei unabhängigen, in der Reinigungsleistung weitergehenden Systemkreisläufen zur Erzielung größtmöglicher Flexibilität und Effektivität geschaffen wird. The invention provides a remedy without the advantages of To have to give up circulation by a cascaded System of one main circuit and at least two independent, further in the cleaning performance System cycles to achieve the greatest possible flexibility and Effectiveness is created.
Der erste Systemkreislauf, der Hauptkreislauf A, besteht aus Fischbecken 1, Sedimentationseinheit 2, einer Einheit aus Entgasung/Speicherbehälter 3 und einem Niederdruck- Sauerstoffeintragssystem 4. Der zweite Systemkreislauf B besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Nitrifikation 5 und einer Entgasungseinheit 6. Der dritte Systemkreislauf C besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Denitrifikation 7 und einer Rückhaltungseinheit der Biomasse (Sedimentation/Mikrofiltration) 8. The first system circuit, the main circuit A, consists of fish tank 1 , sedimentation unit 2 , a unit consisting of degassing / storage tank 3 and a low-pressure oxygen entry system 4 . The second system circuit B consists of a biologically active filter for nitrification 5 and a degassing unit 6 . The third system circuit C consists of a biologically active filter for denitrification 7 and a retention unit for the biomass (sedimentation / microfiltration) 8 .
Der zweite Systemkreislauf B speist sich aus dem Hauptkreislauf A und führt wieder in den Hauptkreislauf A zurück. Der dritte Systemkreislauf C speist sich aus dem zweiten B und führt in den Hauptkreislauf (A) zurück. Die nachgeordneten Systemkreisläufe B, C weisen im Vergleich zum Hauptkreislauf A zusätzliche Funktionseinheiten auf. Der Reinigungsgrad erhöht sich stufenförmig entsprechend der Anzahl der nachgeordneten Systemkreisläufe. The second system circuit B feeds from the Main circuit A and leads back to main circuit A back. The third system circuit C feeds from the second B and leads back to the main circuit (A). The subordinate system circuits B, C show in comparison additional functional units to the main circuit A. The degree of cleaning increases step by step accordingly the number of subordinate system cycles.
Das kaskadierte System ist dadurch gekennzeichnet, dass ein nachgeordneter Systemkreislauf B, C im Vergleich zum Hauptkreislauf A mit einem geringeren Volumenstrom beaufschlagt wird sowie zusätzliche Funktionseinheiten aufweist, derart, dass ein höherer Reinigungsgrad des Wassers erzielbar ist. The cascaded system is characterized in that a Subordinate system cycle B, C compared to Main circuit A is charged with a lower volume flow and has additional functional units, such that a higher degree of purification of the water can be achieved.
In dem dem Hauptkreislauf A nachgeordneten Systemkreislauf B werden aerobe Milieubedingungen zur Nitrifikation und zum Kohlenstoffabbau eingestellt. In dem dem Systemkreislauf B nachgeordneten Systemkreislauf C werden anoxische Milieubedingungen zur Denitrifikation eingestellt. In the system circuit downstream of the main circuit A. B become aerobic environment for nitrification and Carbon mining stopped. In the system circuit B downstream system cycle C become anoxic Environment conditions set for denitrification.
Das erfindungsgemäße Verfahren eliminiert die Nachteile des
Stands der Technik und führt zu folgenden Vorteilen:
- - Effiziente Schwebstoffentfernung wegen der Aufkonzentrierung der niedrigen Konzentrationen im Biofilter, dessen hohe Filtrationsleistung und hohe biologische Aktivität durch die Abkopplung vom Hauptkreislauf ausgenutzt wird.
- - Die Schwebstoffe des Spülwassers des Biofilters werden als H-Donator zur Denitrifikation des Nitrats genutzt.
- - Effiziente Kreislaufführung durch Nutzung aller im Kreislauf entstehenden Stoffe sowie Entfernung aller störender Stoffe.
- - Efficient removal of suspended matter due to the concentration of the low concentrations in the biofilter, whose high filtration performance and high biological activity is exploited by the decoupling from the main circuit.
- - The suspended matter in the rinsing water of the biofilter is used as an H donor to denitrify the nitrate.
- - Efficient circulation management through the use of all substances in the circuit and removal of all interfering substances.
Durch die klare Trennung der spezialisierten Wasseraufbereitungsstufen vom Hauptkreislauf A mit der Sauerstoffanreicherung zur elementaren Versorgung der Fische, können diese dem Stand der Technik entsprechend bemessen und gefahren werden. Zudem weist das System nun eine Flexibilität auf, die es erlaubt, die Reinigungsleistung entsprechend der zu produzierenden Fisch- oder Schalentierart einzustellen. Dies führt gegenüber dem Stand der Technik zur Reduzierung der Abfallprodukte durch Nutzung dieser als Werkstoffe und zur Reduzierung der Energiekosten durch effizientere Nutzung der einzelnen am Gesamtprozess der Reinigung beteiligten Verfahren. By clearly separating the specialized Water treatment stages from the main circuit A with the Oxygenation for the elementary supply of fish, can these are dimensioned according to the state of the art and be driven. In addition, the system now has flexibility on, which allows the cleaning performance accordingly the type of fish or shellfish to be produced adjust. This leads to the state of the art Reduction of waste products by using them as Materials and to reduce energy costs through more efficient use of the individual in the overall process of Cleaning procedures involved.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für eine Anwendung von 2 bis 1000 m3/h pro Wasserkreislauf geeignet. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung zum besseren Verständnis erläutert. The method according to the invention is for an application of 2 up to 1000 m3 / h per water circuit. Hereinafter the invention is based on a drawing for the better Understanding explained.
Fig. 1 Schematische Darstellung einer Aquakulkturanlage zur Fisch- und Schalentierproduktion, in der das Wasser in einem weitestgehend geschlossenen, kaskadierten Kreislaufsystem zirkuliert wird, wobei einem Hauptkreislauf mindestens zwei Wasserkreisläufe mit weitergehenden Reinigungsaufgaben, nachgeordnet sind.
- - Der erste Systemkreislauf, der Hauptkreislauf A, besteht aus Fischbecken 1, Sedimentationseinheit 2, Speicherbehälter mit integrierter Entgasung des Wassers 3 sowie einem Niederdruck-Sauerstoffeintragssystem 4. Die Sedimentationseinheit besteht aus einem Becken mit eingebauten Schräglamellen zur Sedimentation der aus der Fischzuchtanlage ausgeschleusten Schwebstoffe. Der Schwebstoffgehalt des aus dem Fischzuchtbecken ausgeschleusten Wassers beträgt in der Regel von 0,05 bis 0,5 mg/l und wird durch die Lamellen um ca. 90% reduziert. Im Speicherbehälter wird das Wasser konditioniert (pH, Temperatur, Salzgehalt). Im Speicherbehälter kann mittels Bodenbelüftung der Austrag überschüssiger Prozessgase (CO2, N2, CH4) erfolgen. Das Wasser gelangt dann in einen Tiefbrunnen (10 m bis 30 m), der als Düker ausgebildet ist. Hier wird das Wasser mit Sauerstoff entsprechend der Löslichkeit in der Tiefe bis zu 30 mgO2/l angereichert. Der Vorteil dieser Technik besteht in dem geringen Energiebedarf. So ist nur der Druck, der sich aus den Rohrreibungsverlusten ergibt, zu überwinden. Alternativ kann bei schwierigen Bodenverhältnissen das Sauerstoffeintragssystem (4) als Niederdruck-Eintragssystem (Sättiger/Injektor) ausgeführt werden.
- - Der zweite Systemkreislauf B besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Nitrifikation 5 und einer Entgasungseinheit 6. Der biologisch aktive Filter ist mit körnigen Materialien hoher spezifischer Oberfläche zum Aufwuchs des für die Nitrifikation notwendigen Biofilms und zur effizienten Filtration gefüllt und weist eine Höhe bis zu 6 m auf. Der Biofilter kann bis zu 10 kg Schwebstoffen je m2 Leerrohrfläche aufnehmen und führt damit zu einer sehr effektiven Aufkonzentrierung der Schwebstoffe. Die Entgasungseinheit besteht aus Prallplatten oder Füllkörperkolonnen mittels derer überschüssiges CO2 und N2 abgestrippt wird.
- - Der dritte Systemkreislauf C besteht aus einem biologisch aktiven Filter zur Denitrifikation 7 und einer Rückhaltevorrichtung für die Biomasse (Sedimentation/Mikrofiltration) 8. Die Denitrifikationsstufe, welche als Belebtschlammbecken und/oder Schlaufenreaktor ausgeführt werden kann, wird mit Schlamm aus der Rückspülung der biologischen Filtration 5 aus dem zweiten Systemkreislauf B gespeist. Dieser Schlamm dient als H- Donator zur Denitrifikation des Nitrats. Der Belebtschlamm wird mittels einer Sedimentationseinheit (Klärbecken) und/oder einer Mikrofiltrationseinheit im System gehalten.
- - The first system circuit, the main circuit A, consists of fish tank 1 , sedimentation unit 2 , storage tank with integrated degassing of the water 3 and a low-pressure oxygen entry system 4 . The sedimentation unit consists of a basin with built-in inclined slats for sedimentation of the suspended matter removed from the fish farm. The suspended matter content of the water discharged from the fish farming pool is usually from 0.05 to 0.5 mg / l and is reduced by approx. 90% thanks to the lamellae. The water is conditioned in the storage tank (pH, temperature, salinity). Excess process gases (CO 2 , N 2 , CH 4 ) can be discharged in the storage tank by means of floor ventilation. The water then enters a deep well (10 m to 30 m), which is designed as a culvert. Here the water is enriched with oxygen up to 30 mgO 2 / l depending on its solubility. The advantage of this technology is the low energy consumption. Only the pressure resulting from the pipe friction losses can be overcome. Alternatively, the oxygen entry system ( 4 ) can be designed as a low-pressure entry system (saturator / injector) in difficult soil conditions.
- - The second system circuit B consists of a biologically active filter for nitrification 5 and a degassing unit 6 . The biologically active filter is filled with granular materials with a high specific surface area for the growth of the biofilm required for nitrification and for efficient filtration and has a height of up to 6 m. The biofilter can hold up to 10 kg of suspended matter per m 2 of empty pipe area and thus leads to a very effective concentration of the suspended matter. The degassing unit consists of baffle plates or packed columns by means of which excess CO 2 and N 2 is stripped off.
- - The third system circuit C consists of a biologically active filter for denitrification 7 and a retention device for the biomass (sedimentation / microfiltration) 8 . The denitrification stage, which can be designed as an activated sludge tank and / or loop reactor, is fed with sludge from the backwashing of the biological filtration 5 from the second system circuit B. This sludge serves as an H donor for denitrification of the nitrate. The activated sludge is kept in the system by means of a sedimentation unit (clarifier) and / or a microfiltration unit.
Claims (7)
der Hauptkreislauf (A) aus Fischbecken (1), Sedimentationseinheit (2), einem Speicherbehälter mit integrierter Entgasungsstufe (3) und einem Sauerstoffeintragssystem (4) besteht,
der zweite Systemkreislauf (B) aus einem biologisch aktiven Filter zur Nitrifikation (5) und einer Entgasungseinheit (6) besteht und aus dem Hauptkreislauf (A), der Sedimentationseinheit (2) gespeist und das Wasser wieder in den Hauptkreislauf (A), den Speicherbehälter (3), zurückgeführt wird,
der dritte Systemkreislauf (C) aus einem biologisch aktiven Filter zur Denitrifikation (7) und einer Einheit zur Rückhaltung der Biomasse (Sedimentation/Mikrofiltration) (8) besteht und aus dem zweiten Systemkreislauf (B), dem biologisch aktivierten Filter zur Nitrifikation (5) gespeist und das Wasser wieder in den Hauptkreislauf (A), den Speicherbehälter (3), zurückgeführt wird. 4. The device according to claim 3, characterized in that
the main circuit (A) consists of a fish tank ( 1 ), sedimentation unit ( 2 ), a storage tank with integrated degassing stage ( 3 ) and an oxygenation system ( 4 ),
the second system circuit (B) consists of a biologically active filter for nitrification ( 5 ) and a degassing unit ( 6 ) and is fed from the main circuit (A), the sedimentation unit ( 2 ) and the water back into the main circuit (A), the storage tank ( 3 ) is returned,
the third system circuit (C) consists of a biologically active filter for denitrification ( 7 ) and a unit for the retention of biomass (sedimentation / microfiltration) ( 8 ) and the second system circuit (B), the biologically activated filter for nitrification ( 5 ) fed and the water is returned to the main circuit (A), the storage tank ( 3 ).
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