PROCESS AND APPARATUS FOR THE BIOLOGICAL ANAEROBIC DENITRIFICATION OF AQUARIUM WATER

Abstract: 1. Method for biologically anaerobic denitrifying aquarium water with a support material capable to promote the settlement of facultatively anaerobic microbes, characterized in that the oxygen-containing water to bedenitrified is passed with a controlled velocity of flow along a long, convolutely up and down extending reaction path which substantially is excluded from atmospheric oxigen, which reaction path consists of a substrate of a support material, as foam material flakes, fine gravel, stone chips, bloated clay or the like, and water, and is occupied by denitrifying, facultatively anaerobic microbes, and is longer than necessary for consuming the oxigen dissolved in the water and that, coincidentally, in order to support the action of said microbes there is a controlled dosage of energy carrier materials working as hydrogen donators, e.g. readily soluble carbohydrates as lactose or the like.

Description: VERFAHREN UND VORRICHlUNG ZUR BIOLOGISCHEN ANAEROBEN DE¯ NITRIFIZATION VON AQUARIUMWASSER Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen anaeroben Denitrifikation von Aquariumwasser mittels die Ansiedlung fakultativ anaerober Mikroben begünstigenden Trägermaterials. Ein besonderes Problem der Wasserhygiene im Aquariuin ist das Vorhandensein bzw. die Bildung von Nitraten. Infolge der all- gemein unnatürlich hohen Fischdichte im Aquarium entsteht durch den Abbau stickstoffhaltiger organischer Verbidungen laufend eine Nitratmenge, die durch Aufnahme durch Wasserpflanzen oder durch spontane bakterielle Denitrifikation im Becken im allgemeinen bei weitem nicht beseitigt werden kann. Daraus folgt, dass der Nitratanteil ständig bis zu einer Sättigungsgrenze ansteigen kann, die weit über der Zulässigkeits- grenze liegt. Es ist daher erforderlich, in bestimmten Zeitabständen einen teilweisen Wasserwechsel vorzunehmen, was re lativ umständlich ist und nicht immer eine vorteilhafte Verbesserung bringt. Nicht selten weist nämlich heute schon das Leitungswasser hohe Nitratwerte und erhöhte Gehalte an anderen schädlichen Stoffen z.B. Schwermetallen, auf. Es ist daher hbchts vorteilhaft, wenn auf den Wasserwechsel weitgehend verzichtet werden kann. Besonders kritisch ist das Nitrat bei der Haltung vieler Meerestiere und auch dort, wo zwar ein relativ hoher Nitratwert noch vertragen wird, jedoch durch Störung des mikrobiellen Gleichgewichtes die Gefahr besteht, dass durch Reduktion des Nitrats unzulässig hohe Anteile des sehr giftigen Nitrits entstehen. Das Nitrat wird überdies als Ursache der Cryptocorynenkrankheit sowie anderer, das Wachstum der Wasserpflanzen beeinträchtigender Krankheiten angesehen. Es ist aus der industriellen Klartechnik an sich bekannt, Wasser dadurch zu denitrifizieren, dass man es eine bestimmte Zeit der Einwirkung anaerober Mikroben aussetzt, die auf einem geeigneten Substrat angesiedelt sind. Derartige Verfahren werden in der Regel nur grosstechnisch ausgenutzt und erfordern sehr umfangreiche und teure Anlagen, wie Absetz- und Klärbecken, Filtertürme, Behälterbatterien und dgl. Darüber hinaus erfordern sie die Kontrolle durch geschultes Personal. Gerade dies lässt sich in der Aquaristik, d.h der privaten Heimtierhaltung, naturgemäss nicht durchführen und wäre auch nicht durchsetzbar. Während es bei Weichwasserbecken noch mbglich sein kann,den Nitratgehalt statt durch Wasserwechsel durch eine teilweise Deionisierung mit Austauscherharzen zu senken, ist dieser Weg bei Aquarien mit See- oder Hartwasser nicht möglich. Obgleich in der industriellen Abwassertechnik Verfahren zur biologischen Denitirfikation üblich sind, wobei Wasser unter weitgehend anaeroben Bedingungen längere Zeit mit denitrifizierenden Mikroben in Berührung gebracht wird, die sich auf geeignetem Trägermaterial entwickeln, konnten derartige Verfahren in der Aquaristik, auch massstäblich verkleinert, nicht eingeführt werden. So sieht eine Vorrichtung nach der US-PS 4 256 573 eine Behandlung von Abwasser in einem mit leichtem Filtermaterial und Mikroben gefüllten säulenförmigen Behälter vor, durch den Abwasser geleitet wird. Nach einem Verfahren gemäss der US-PS 3 846 289 wird ein fluidisiertes Filterbett vorgesehen, durch das das Abwasser im Aufstrom gepumpt wird. Beide Verfahren sind für den Aquarienbereich zu kompliziert und zu aufwendig. Aus der AT-PS 71 818 ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwasserklärschlamm beschrieben, bei dem der Schlamm in eine mehrkammerige Absetzeinrichtung eingefüllt wird. Bei zunehmnender Zersetzung des Schlammes schiebt sich dieser durch geeignete Klapptore in die jeweils benachbarte Kammer, so dass von Kammer zu Kammer Schlamm in unterschiedlicher Zersetzungsstufe vorhanden ist. Dabei wird das über dem Schlamm befindliche abgeklärte, und mit Mikroorganismen gefüllte Wasser im Gegenstrom von Kammer zu Kammer geführt, d.h. aus der Kammer mit hohem Zersetzungsgrad zur Kammer mit niedrigerem Zersetzjngsgrad. Da eine Schlammreinigung bei der Aquaristik nicht vorgesehen ist, kann ein solches Verfahren nicht als Vorbild für die Denitrifizierung von Wasser herangezogen werden. Gleiches gilt für ein Verfahren der Schlammbehandlung nach der AT-PS 69 103, die ein mehrkammeriges Absetzbecken vorsieht, bei dem der zersetzte ältere Schlamm an der Beckensohle waagerecht von Kammer zu Kammer vorgeschoben wird, ohne sich mit dem jüngeren Schlammteil zu vermischen. Hier sind vor allem die Gewichtseigenschaften des Schlammes ein wesentliches Kriterbium zur Durchführbarkeit des Verfahrens. In der Aquaristik liegt vor allem das Problem vor, relativ kleine Wassermengen wirksam zu denitrifizieren und zwar ohne das Erfordernis, eine grössere Wasserreinigungsanlage aufste-len zu müssen. Die Wasserbehandlung muss in einem der Aquariengrösse angepassten Rahmen erfolgen und gleichzeitig den im Aq-arium lebenden Tieren und Pflanzen zuträglich sein. Aus diesem Grunde lassen sich grosstechnisch benutzte Verfahren nicht einfach in verkleinertem Massstab ausnutzen, und es treten auch nicht die bei diesen festgestellten Vor- und Nachteile auf. Aus den besonderen biologischen und chemischen Milieubedingungen, den Eigenarten und der Menge der Aquariumsbewohner und -pflanzen, der Grösse der Aquarien und der erforderlichen Genauigkeit der Zugabe von Energieträgern ergeben sich erhebliche Hindernisse, die eine einfache Obertragung grosstechnischer Verfahren in den kleineren Massstab verbieten. So kann beispielsweise die erforderliche laufende Zugabe von Energieträgern, z.B. Laktose, das Oberhandnehmen schädlicher Mikroorganismen und das Auftreten von Fä"ulnisvorg"ängen herbeiführen. Hinzu kommt die Schwierigkeit, die erforderlichen Reaktions strecken bzw. -anlagen und -geräte in einer der Grösse der Aquarien angemessenen Weise vorzusehen. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zur Denitrifikation von Aquarienwasser im Heimtierhaltunns- bereich zu schaffen, findet erfindungsgemäss ihre Lösung im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Beim Durchlauf einer langen Einwirkstrecke ohne Zutritt von Luftsauerstoff erfährt das zu behandelnde, das Substrat durch ziehende Wasser eine durch die Einwirkung der Mikroben verur sachte Sauerstoffverarmung. Während bestimmte Mikroben nor malerweise atmosphärischen, im Wasser gelösten Sauerstoff auf nehmen, können sie bei zu geringer Sauerstoffkonzentration nach einer gewissen Anpasszeit ihr Enzymsystem so umschalten, dass sie den benötigten Sauerstoff dem Nitrat entziehen und das. Wasser auf diese Weise denitrifizieren. Dies erfordert jedoch die Zugabe eines zusätzlichen Energieträgers, z.B. Kohlehydrat. Man bezeicnet diesen Vorgang auch als "Nitrat atmung". Es ergibt sich dabei ein weitgehend nitratfreies Wasser. Als geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge mässen Verfahrens wurde eine solche gefunden, die durch den Anspruch 2 gekennzeichnet ist. Die LEngsschnittform eines solchen Behälters ist zwar an¯sich aus der GB-PS 935 909 bekannt, doch beschreibt diese eine Filtereinrichtung, bei der ein offener Sedimentationsbehälter vorgesehen ist, in dem sich lediglich Festkörperteilchen ab setzen sollen, die in einer durch ein Festkörperteilchenfil ter gespülten Flüssigkeit enthalten sein können. Auch aus anderen, durchwegs Abscheider betreffenden Druck schriften ist eine ähnliche Gestaltung bekannt (AT-PS 339 338, GB-PS 28 166 AD 1912, GB-PS 1 520 277 und GB-PS 17 348 AD 1-03), doch gibt sie keinen Hinweis zur Verwendung im Sinne der Er findung. Für die erfindungsgemäss vorgesehenen Zwecke ist eine solche Behälterform nicht vorbeschrieben, insbesondere nicht mit den weiteren, im Anspruch 2 genannten Merkmalen. Nachstehend ist die erfindungsgemässe Vorrichtung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es Zeigen: Fig. 1 eine einfache zweikammerige Ausführungsform und Fig. 2 eine mehrkammerige Ausführungsform. Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, der eine mit Abstand oberhalb seines Bodens endende, mittlere, lotrechte Trennwand 5 aufweist. Der Behälter 1 ist mit einem Substrat aus Trägermaterial für die Ansiedlung denitrifizierender Bakterien, z.B. Schaumstofflocken, Gesteinsgrus, Splitt, Blähton od.dgl. und Wasser gefüllt. Oberhalb der ersten Kammer befindet sich ein Zulaufrohr 2 für zu behandelndes Aquariumswasser, das mit einem Zulaufhahn 3 versehen ist. Die zweite Kammer weist einen Oberlauf 4 für behandeltes Wasser auf. Das in gesteuerter Menge zugeführte Behandlungswasser durchläuft beide Kammern und gelangt dabei in enge Berührung mit den denitrifizierenden Mikroben. Für ein 200-1-Aquarium ergab sich empirisch bei einem Durchfluss von 5-20 1/Tag eine Energieträgerzugabe in der Grössenordnung von 0,5-2g/Tag. Während die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform in einfachster Weise das Prinzip der Denitrifikation zeigen soll, zeigt Fig.2 eine für den praktischen Gebrauch geeignete, verbesserte Ausführungsform, bei der der Behälter 1 durch eine Vielzahl von Trennwänden 5,6,7 in eine Vielzahl lotrecht getrennter Kammern unterteilt ist. Die Trennwände 5,7 und 6 enden jeweils mit Abstand oberhalb des Behälterbodens oder unterhalb des Behälterfüllniveaus, so dass ein schleifenförmiger bzw. mäanderförmiger Strömungskanal gebildet ist. Ferner ist ein wesentlicher Teil des Behälters 1 durch eine hier abnehmbare Abdeckung 8 gegen Zutritt von Luftsauerstoff abgeschlossen, so dass die denitrifizierenden Mikroben rasch und verstärkt auf das zu behandelnde Wasser einwirken. Dieses ist dabei ge zwungen, in dem relativ kleinen Behälter 1 eine relativ lange Strecke durch das im wesentlichen feststehende Substratbett zu durchlaufen und ist daher während ausreichend langer Verweilzeit der Einwirkung der Mikroben voll ausgesetzt. Diese verbrauchen zunächst den im Wasser enthaltenen Sauerstoff. Da dieser laufend, unterstützt durch die Kammerabdekkung, abnimmt, schalten die Mikroben sehr bald auf die N"Ni- tratatmung"um, d.h. sie beginnen, von dem im Wasser gelösten Nitrat den Sauerstoff abzuspalten und dieses so zu reduzieren. Hierzu ist die Zufuhr von Energieträgern in geeigneter Menge nötig? z.B. Kohlehydrate, wie Laktose. Solche Energieträger werden mittels einer nicht dargestellten Einrichtung, z.B. einem Dosiergerät, wie einem Aquariumfutterautomaten bei Verwendung von Energieträgern als Feststoff, oder einer Tropfeinrichtung, wie bei 3 in den Fig. 1 und 2 dargestellt, dosiert in die erste Kammer eingeführt. Das zu behandelnde Wasser wird in solcher Menge zugeführt, dass es sich zur völligen Denitirfikation ausreichend lange in der Vorrichtung befindet. Diese ist ohne grossen Aufwand aufstellbar und kann ohne weitere Fachkenntnis betrieben werden.

Claims: PATENTANSPROCHE 1. Verfahren zur biologischen, anaeroben Denitrifikation von Aquariumwasser mittels die Ansiedlung fakultativ anaerober Mikroben begünstigenden Trägermaterials, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zu denitrifizierende Wasser über eine lange, weit gehend unter Luftsauerstoffabschluss stehende Einwirkstrecke geführt wird, die aus einem mit denitrifizierenden Mikroben besetzten Substrat aus Trägermaterial, wie Schaumstofflocken, Gesteinsgrus, Splitt, Blähton od.dgl. und Wasser besteht, und dass dem Substrat gleichzeitig in gesteuerter Menge für die Mikrobentätigkeit geeignete Energieträger, z.B. leicht lös liche Kohlehydrate, wie Laktose od.dgl. zugeführt werden. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a. d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein mit Wasser und einem Substrat aus Trägermaterial für die Ansiedlung denitrifizierender Mikroben, z.B. Schaumstoff flocken, Gesteinsgrus, Splitt, Blähton od. dgl. gefüllter Be hälter durch mindestens eine lotrechte Trennwand, die mit Ab stand oberhalb des Behälterbodens endet, bzw. bei mehreren Trennwänden abwechselnd mit Abstand oberhalb des Behälterbo dens und mit Abstand unterhalb des Behälterfüllniveaus enden und so einen im Längsschnitt schleifenförmigen Strömungskanal bilden, in Kammern unterteilt ist, dass der ersten Kammer ein steuerbarer, .vomcAquarium kommender Zulauf (2,3) für zu behandelndes Wasser sowie eine Einrich . tung zum dosierten Zugeben eines auf die Mikroben einwirken den Energieträgers z.B. leicht löslicher Kohlehydrate, wie Laktose od.dgl. zugeordnet ist, dass die folgende(n) Kammer(n) in Höhe des Behälterfüllniveaus eine vorzugsweise abnehmbare Abdeckung (8) aufweisen und dass die letzte Kammer in Behälterfüllniveauhöhe einen zum Aquarium zurückführenden Oberlauf (4) besitzt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Einrichtung zum dosierten Zugeben eines gelösten Energieträgers eine Tropfeinrichtung vorge sehen ist. 4. Vorricktung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Einrichtung zum dosierten Zugeben eines Energieträgers in fester Form ein Dosiergerät, z.B. ein Aquarienfutterautomat, vorgesehen ist.

Inventors: WACHTEL, HELLMUTH, DIPL.-ING, DR.
Applicants: SERA- AQUARISTIK GMBH
Application year: 1983
Main classification: A01K63
IPC codes: C02F3, A01K63