Demifluss 2/2

Material und Methoden
Geplant und aufgebaut wurde eine Versuchsanlage. Sie besteht aus drei baugleichen Denitrifikations-Reaktoren (V=30l) mit identischen Anbauten und identischer Messtechnik. Dieser Aufbau ermöglicht die Verifizierung der Messergebnisse durch dreimalige simultane Messung unter gleichen Betriebsparametern (Substratart, Substratkonzentration, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential) oder den Vergleich verschiedener Betriebsparameter (z.B. unterschiedliche Substratkonzentrationen) bei identischer Prozesswasserzusammensetzung.


Abbildung 2: Aufbau der Anlage dargestellt in einem vereinfachten Fließbild eines der drei Reaktoren

 

 

 

 

 

 

 

 


Die Pumpenauslegung ermöglicht zukünftig nicht nur Messungen im Fluidbett-Verfahren, sondern auch im Festbett-Verfahren. Beide Verfahren sollen zukünftig hinsichtlich Produktivität und Betriebsstabilität gegenübergestellt und unter ökonomischen Geischtspunkten (Substratkosten, Reaktorkosten, Betriebskosten, Wartungsintensität) bewertet werden.

Neben einer automatisierten Datenaufnahme der Temperatur-, pH- und Redoxwerte, werden zur Erstellung der Massenbilanz umfangreiche chemische Analysen durchgeführt, um den Denitrifikationsprozess bestmöglich mit Messdaten belegen zu können. Hierzu zählen Analysen mit einem Auto-Analyzer (Betimmung von Nitrat- und Nitritgehalten) und Messungen des gesamten organischen Kohlenstoff (TOC) und des gesamten gebundenen Stickstof (TN). Über diese Messwerte sind detailierte Aussagen zur Abbauleistung und Kohlenstoffversorgung der Denitrifikationsanlage möglich.

Ergebnisse
Im Rahmen einer Masterarbeit konnten verschiedene in der Literatur beschriebene Substrate hinsichtlich ihrer Produktivität im Betrieb einer Aquakulturanlage erfolgreich untersucht werden.

Maßgeblich zum erfolgreichen Betrieb der Anlage trug das eigens entwickelte Stuerungs- und Regelungskonzept bei, welches interdisziplinär innerhalb des IPP realisiert werden konnte. Entwickelt wurde ein Algorhythmus zur Regelung der Anlage über signifikante Messgrößen. Die Prozesswasserzufuhr wird in Abhängigkeit des Redoxpotentials geregelt. Die Substratzugabe erfolgt über den pH-Wert. Die Auswertung der Messdaten bestätigte gute Funktion der Regelung. So konnten die Reaktoren im gewünschten Redoxspektrum gefahren werden. Weiterhin wurde über die Regelung eine ausreichende Kohlenstoffversorgung sichergestellt. Der Denitrifikationsprozess unterlag keiner Substratlimitierung. Eine unerwünschte Kohlenstoffanreicherung im Gesamtsystem fand nicht statt.

Die Gestaltung der Anlage hinsichtlich der Messtechnik und die Nutzung des eigenen Labors zur chemischen Analyse lieferten umfangreiche Messdaten zur Erstellung einer Massenbilanzen zu jedem verwendeten Substrat. Anhand dieser konnten typische, substratspezifische Kennwerte für die Abbauleistung in gTN/m3*d und Kohlenstoffbedarf in kgTOC/kgNO3 ermittelt werden. Eigene für den Einsatz in der Aquakultur optimierte Substratgemische wurden entwickelt und mit allgemeingültigen Kennzahlen belegt.

Innerhalb der 10m³ Versuchsanlage besetzt mit 22 Seriola lalandi der Forschungshalle konnte unter Einsatz des vollen Reaktorvolumens (3 x 30l) eine signifikante Reduktion des kritischen Nitratgehaltes im Prozesswasser nachgewiesen werden. Ohne Einsatz einer Denitrifikation werden Werte bis zu 100mg NO3/l gemessen. Unter Einsatz des vollen Reaktorvolumens konnte der Nitratgehalt konstant unter 15mg NO3/l gehalten werden. Aufgrund der erhöhten Anforderungen durch Salzwasser mit verhältnismäßig geringen Nitratlasten konnten die in der Literatur beschriebenen maximalen Abbauraten für die Eingesetzten Substrate nicht bestätigt werden.

Der MFV wurden Empfehlungen für einen optimierten Betrieb der großtechnischen Produktionsanlage auf Grundlage der gewonnenen Messdaten ausgesprochen.

 

Literatur:

Boley, A., Müller, W.-R., & Haider, G. (2000). Biogradable polymers as solid substrate and biofilm carrier for denitrification in recirculated aquaculture systems. Aquacultural Engineering , S. 75-85.

EIFAC. (1986). Flow-through and Recirculation Systems. Report of the working group on terminology, format and units of measurement. EIFAC Technical Paper 49 .

Sander, M., & Waller, U. (2007). Abschlussbericht PISA – Poly Integrierte Seewasser Aquakultur. Uetze-Else: Erwin Sander Elektroapparatebau GmbH.

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