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Luftheber Märchen

Die Luftheber Märchen

Luftheber sind einigen aus der Aquarienszene lange bekannt, am Koiteich dagegen sind sie erst im Laufe des Jahrzehnts populär geworden. Dem Einen oder Anderen sind wahrscheinlich deshalb Luftheber am Koiteich noch suspekt. An dieser Stelle möchte ich mit verschiedenen Luftheber Märchen aufräumen.
 

    • Beim Luftpumpenausfall sterben alle Koi
      Wenn ein Lufthebersystem mit nur einer Luftpumpe aufgebaut wird und gleichzeitig auf weitere Belüftung und Sicherheitseinrichtungen verzichtet wird, dann ist das ein Baufehler und fahrlässig. Allerdings baut kein vernünftiger Koihalter seine Anlage so riskant auf. Die Luftpumpen werden möglichst redundant aufgebaut, das heisst, mehrere Luftpumpen blasen parallel in einen Luftheber. Ebenso können mehrere Luftheber an jeweils einer Luftpumpe betrieben werden. Sollte die Umwälzung im Störungsfall zum Erliegen kommen, muss sichergestellt sein, daß der Teich und die Biologie mit Luft bzw. Sauerstoff versorgt wird.

     

    • Ein Luftheberteich hat keine Kreisströmung
      Bauartbedingt ist die Strömungsgeschwindigkeit am Teicheinlauf eines Luftheberteichs meist geringer als bei einem Koiteich mit Propellerpumpe. Durch eine günstige Teichform und Anordnung der Teicheinläufe kann dennoch eine Kreisströmung erzeugt werden, die den Kot zufriedenstellend zu den Bodenabläufen transportiert.

     

    • Ein Luftheberteich hat Gesamtgasübersättigung
      Eine Gesamtgasübersättigung entsteht, wenn die Summe der Partialdrücke im Wasser größer als der hydrostatische Druck der Umgebung ist. Dies kann sowohl durch zuviel Stickstoff, als auch durch zuviel Sauerstoff ausgelöst werden. Die Einblastiefe von ca. 1,70m kann auf den ersten Blick abschrecken. Aufgrund der kurzen Reaktionszeit im Luftheber selbst (ca. 2s), der direkt anschließenden Ausgasung über der Biotonne und durch die Verwendung von grobblasigen Tellerbelüftern, ist mit einem Luftheber eine Gesamtgasübersättigung eher schwer zu erreichen. Bei einem geringen Fischbesatz, bei überdimensionierten Luftpumpen und besonders großer Einblastiefe erhöht sich das Risiko. Hier ist vom Koihalter Sorge zu tragen, daß er diese besonderen Risiken vermeidet bzw. entsprechend gegensteuert.

     

    • Ein Luftheberteich hat eine fixe Luftmenge
      Die Luftpumpen eines Luftheberteichs befeuern den Luftheber und stellen gleichzeitig den Gasaustausch des Teichwassers sicher. Deshalb wird in vielen Fällen keine zusätzliche Belüftung benötigt und eine sehr hohe Gesamteffizienz erreicht. Falls dennoch der Sauerstoffgehalt des Teichwassers etwas zu gering ist, kann zusätzlich belüftet werden. Ist dagegen die über den Luftheber eingebrachte Luftmenge bereits zu groß (z.B. pH-Wert 8,3), dann ist zu überdenken, ob die Luftpumpen zu groß gewählt wurden und unnötige Widerstände im Filtersystem inklusive Zu- und Abläufe vorhanden sind. Die Fehler sind abzustellen und die Luftmenge entsprechend zu reduzieren. An einem optimalen Luftheberteich sind die Luftpumpen so dimensioniert, daß gleichzeitig sowohl die Umwälzung als auch die Sauerstoffsättigung den Koibedürfnissen entsprechen. Als grobe Faustformel kann 20 l/min realer Lufteintrag pro 10.000 Liter Teichinhalt herangezogen werden.

     

    In diesem Sinne, Schluss mit den Luftheber Märchen!

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    Moving Bed Biofilm Reaktor

    Moving Bed

    Durch die Bewegung der Biomedien wird im Moving Bed Biofilm Reaktor (MBBR) sichergestellt, dass…

    • Biomedien gleichmäßig mit Nähr- und Sauerstoff versorgt werden
    • Biomedien frei von unerwünschten Sedimenten bleiben
    • Biofilme schlank und leistungsfähig bleiben

    Durch die gleichmäßige Durchmischung der Biomedien kann die ungewünschte Kanalbildung zuverlässig verhindert werden. Alle eingesetzten Biomedien sind an der Nitrifikation gleichermaßen beteiligt. Dadurch kann die maximale Abbauleistung erreicht werden.

    Ein großer Vorteil des MBBR ist seine Selbstreinigung. Die Biomedien und die Biokammer benötigen bei korrekter Realisierung keine zusätzliche Reinigung, so daß ein wartungsfreies System gegeben ist.

    Die Versorgung von Biofilmen mit Nährstoffen ist auf eine Diffusionstiefe von maximal 0,5 mm beschränkt. Dickere Biofilme werden in der Tiefe nicht ausreichend versorgt, diese Bereiche sterben ab. Solange diese Biomasse nicht abgefallen ist, kann sie den aktiven Biofilm negativ beeinträchtigen. Die Bewegung der Biomedien verhindert dicke Biofilme, so daß eine hohe Abbauleitung im Moving Bed kontinuierlich gewährleistet ist.

     

    Festbett

    Unbewegte Biomedien (Festbett) neigen zu dickeren weniger effizienten Biofilmen. Gleichzeitig übernimmt das Festbett zwar eine Feinfilterfunktion, das Feinsediment auf den Biomedien reduziert allerdings gleichzeitig die Abbauleistung. Eine regelmäßige Reinigung des Biofilters ist erforderlich.

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    Airlift 2016 Fazit

    Airlift 2016 Fazit

    Im realen Teichbetrieb mit Endlosbandfilter und Biofilter konnten wir mit 22,5 Watt stolze 24.000 l/h umwälzen. Dadurch wurde die symbolische Schallmauer von 1000 l/h pro Watt durchbrochen. Allerdings sind hierbei nur 6000 l/h pro Bodenablauf gefördert worden, so daß aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeit ein Zusetzen der Bodenabläufe droht.

    Deshalb haben wir den Sog der Bodenabläufe auf 8500 l/h erhöht und konnten in dieser Konfiguration 25.500 l/h mit 31 Watt bewegen. Trotz Blatteintrag in den Teich blieben die Bodenabläufe bei dieser Umwälzrate frei von Sediment, auch der Langzeitbetrieb hat sich als problemlos erwiesen.

    Fazit
    Ein realer Teichbetrieb mit geringfügig mehr als 1 Watt pro 1000 l/h ist umsetzbar, wenn das Gesamtkonzept stimmt und unnötige Systembremsen vermieden werden.

    Das bedeutet

    • ausreichende Anzahl von Filterzuläufen und Teicheinläufen
    • großzügig dimensionierter Vorfilter, z.B. TF oder EBF
    • geringe Pegeldifferenzen zwischen den Spülvorgängen
    • ausreichend große Verrohrung von Filterkammern
    • größzügig dimensionierte Rückhaltegitter für Biomedien
    • Effiziente Luftpumpen, z.B. THOMAS AP 60N und AP 60-80

    Ausblick
    Das Ziel für 2017 ist mit 60 Watt 50.000 l/h zu bewegen.

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    KH erhöhen

    Bevor die Karbonathärte Richtung null abrutscht, sollten Sie rechtzeitig gegensteuern. Dies kann durch Frischwasser geschehen, wenn Ihr Ausgangswasser ausreichend Karbonathärte besitzt. Alternativ lässt sich die Karbonathärte (KH) einfach und preiswert durch handelsübliches Natron erhöhen. Im Versandhandel werden 25 kg Säcke Natron (Natriumhydrogencarbonat) für ca. 25 € angeboten. 300 Gramm Natron je 10.000 Liter Teichwasser hebt die Karbonathärte um ca. 1° dH an. Da schnelle Änderungen der Wasserparameter Stress verursachen können, sollten Sie pro Tag nicht mehr als um 1° dH erhöhen.

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    Biofilter starten

    Wie wird ein Biofilter richtig gestartet?

    Hemmschicht
    Füllkörper aus Kunststoff haben produktionsbedingt eine Art Hemmschicht, welche die Anhaftung und damit Ansiedlung von Bakterien erschwert. Das sind prinzipiell keine guten Voraussetzungen für ein Biofiltermedium. Durch verschiedene Maßnahmen kann die Hemmschicht modifiziert werden, darunter fällt die mechanische Bearbeitung in einem Betonmischer mit Sand oder die chemische Bearbeitung mit Kaliumpermanganat, Chlordioxid oder Peressigsäure.

    Material
    Schwarze Füllkörper aus Recylingmaterial wurde im Versuch signifikant schneller besiedelt als weiße Neuware. Weißes Material wird als trinkwassergeeignet freigegeben, was für den Koiteich jeden keinen praktischen Unterschied macht. Wird ein optischer Indikator gewünscht kann schwarzem Material eine handvoll weißes beigegeben werden. Bei Pond Wheelys ist dies nicht notwendig, da der Biofilm einfach in den Gittern zu erkennen.

    Bewegung
    Eine starke Bewegung des Biomedium hat sich in der Startphase als negativ erwiesen. Ist die Nitrifikation voll im Gang, kann stark bewegt werden.

    Sauerstoff
    Starke Sauerstoffübersättigungen können die Nitritfikation beim Start behindern. Im Kläranlagen funktioniert Nitrifikation bereits bei geringen Sauerstoffgehalten von 2 mg/l erfolgreich, bei denen der Koi nicht lebensfähig wäre. Die maximale Nitrifikationsleistung wurde ab 80% Sauerstoffsättigung erreicht. Empfohlen werden in der Einlaufphase etwa die gleichen Sauerstoffbedingungen, wie sie sich später im eingelaufenen System befinden. Hinweis: für die Reaktion zu Nitrat werden pro 1 mg Ammoniumstickstoff 4,57 mg Sauerstoff verbraucht.

    Bakterienfutter
    Bakterien brauchen Futter, daher sind z.B. Fischausscheidungen oder zugesetzter Harnstoff im Wasser erforderlich. Nitrifikanten wachsen ab ca. 2 mg/l NH4-N (Ammonium-Stickstoff) mit maximaler Geschwindigkeit. Eine höhere Konzentration bringt keinen höheren Umsatz. Bei hohen Dosen ab etwa ca. 10 mg/l NH4-N tritt eine Hemmung der Nitritfikation ein.

    Karbonathärte (KH)
    Karbonathärte leistet als Kohlenstoffquelle einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der nitrifizierenden Bakterien. Es wird daher ein KH von mindestens 5°dH empfohlen. Besonders gute Resultate wurden bei einer Aufhärtung mit Natron auf 11 bis 14°dH erzielt. Ist die Nitrifikation etabliert, kann bei dieser Methode KH langsam wieder zurückgefahren werden.

    Nitrit
    Nitrit entsteht im Neuteich überlicherweise im Laufe der Zeit, wenn die erste Stufe der Nitrifikation, die Ammoniak oxidierende Bakterien (AOB), arbeiten. Wenn Nitrit vorhanden ist, können sich die Nitrit oxidierenden Bakterien (NOB) vermehren. Die Vermehrung ist zudem bei NOB deutlich langsamer als bei AOB. Wird dagegen Nitrit gleich zum Beginn des Filterstarts hinzugegeben, verkürzt dies die Etablierung der NOB und somit die Einlaufzeit des Gesamtsystems.

    Nitrat
    Nitratgehalte von 500 mg/l und mehr behindern die Nitrifikation. Diese Werte sind jedoch für Koiteiche nicht relevant.

    Temperatur
    Unter 5°C findet keine Nitrifikation statt, bereits ab 12°C verlangsamt sich die Nitrifikation deutlich. Der optimale Temperaturbereich wird bei 28-36°C gesehen. Dieser Bereich wird jedoch an Koiteichen normalerweise nicht erreicht. Im Frühjahr, wenn vermehrt Biostufen eingefahren werden (z.B. nach dem Teichbau), herrschen üblicherweise noch niedrige Temperaturen, was sich negativ auf die Einlaufzeit auswirkt. Nitrifikanten benötigen zum Wachstum mindestens 10°C bei pH 7,2 bis 8,0.

    Restart
    Ein Restart von bereits besiedeltem Material geht meist schneller als ein Neustart, da die Hemmschicht schon verändert wurde.

    Vermehrung
    Die Teilungsrate der nitrifizierenden Bakterien ist gering, bei 25°C teilen sie sich nur ca. alle 20 Stunden. Deshalb dauert es bei 25°C unter optimalen Bedingungen ca. drei Wochen bis die Nitrifikation im Gang ist.

    Ozon
    Ozon oxidiert Nitrit zu Nitrat. Dadurch fehlt den Nitrit oxidierenden Bakterien (NOB) entsprechende Nahrung. Die Empfehlung lautet daher den Ozongenerator in der Einlaufphase aus zu lassen.

    UVC
    Bakterien am Füllkörper bleiben zwar vom UV-Licht in einer anderen Kammer unberührt, jedoch können bei entsprechender UVC-Leistung die im Wasser vorhandenen Bakterien abgetötet weden. Diese fehlen dann für den Einbau in den Biofilm. Durch die UVC werden die mikrobiologischen Verhältnisse verändert. Dies wird eher zu Ungunsten der Nitritverbraucher sein, muss aber nicht zwangsweise. Die Auswirkungen hängen stark von den Wasserparametern und der UVC selbst ab. Die Empfehlung lautet daher die UVC in der Einlaufphase aus zu lassen.

    Wasserwechsel
    Wasserwechsel bringt verschiedene Aspekte mit sich und kann in Maßen durchgeführt werden. Ein Wasserwechsel verdünnt das Teichwasser und damit meist auch benötigte Stoffe wie Bakteriennahrung, KH, Eisen, Phosphat, usw. Anderseits kann ein Wasserwechsel in manchen Fällen das Wachstum der nitirifizierenden Bakterien sogar anregen. Ein üblicher Wasserwechsel von 10% des Teichinhalts wöchentlich kann daher auch in der Einlaufphase als Richtwert verwendet werden.

    Zeitbedarf
    Die Startphase eines Biofilters bis zu seiner vollen Leistung benötigt durchschnittlich ein bis zwei Monate. Dabei ist zu berücksichtigen, daß keine Hinderungsgründe wie zu tiefe Temperatur, fehlendes Bakterienfutter, usw. vorliegen dürfen. Mit den aufgezeigten Maßnahmen stehen dem interessierten Koihalter verschiedene Stellrädchen zur Verfügung um den Zeitbedarf möglichst gering zu halten.

     

    Rechtlicher Hinweis: Sie dürfen diese Liste gerne mit Quellenangabe zitieren.

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    Airlift Übersicht

    Effizienz
    Ein Lufthebersystem (airlift) ist in der Lage mit besonders geringem Energieeinsatz Wasser zu bewegen. Insbesondere bei kleinen Widerständen im System entfaltet der Luftheber seine volle Leistung. Es folgt eine grobe Klassifikation der zu erwartenden Leistung:

    größer 3 Watt pro m³/h: nicht optimiertes System
    2 bis 3 Watt pro m³/h: optimiertes System
    1 bis 2 Watt pro m³/h: hoch optimiertes System
    kleiner 1 Watt pro m³/h: Maximalwerte ohne Teich

    Förderhöhe
    Die maximale Förderhöhe eines Lufthebers ist von seiner Konstruktion abhängig. In der Anwendung am Koiteich wird der Luftheber meist für die Umwälzung in der Nähe der Nullinie ausgelegt. Dadurch ergibt sich eine maximale Förderhöhe, die in vielen Fällen unter 60 cm liegt. Der reale Betriebspunkt liegt normalerweise unter 30 cm Förderhöhe. Luftheber können allerdings auch sehr große Förderhöhen von 50 Metern und mehr bewältigen. Dabei kommen lange Luftheber und große Kompressoren zum Einsatz. Der Energiebedarf ist bei diesen großen Förderhöhen deutlich höher als an der Nullinie.

    CO2 und pH
    Aufgrund der eingebrachten Luft des Lufthebers besteht bei manchen Teichbesitzern die Befürchtung, daß Luftheber massiv CO2 austreiben und damit den pH-Wert ansteigen lassen. Diese Tendenz ist bei einer Belüftung aufgrund des Gasaustausches mit der Luft generell vorhanden. Trotz der großem Einblastiefe und der Luftmenge steigen bei Luftheberanlagen die pH-Werte in der Praxis nicht signifikant an. Die kurze Kontaktzeit der Luft mit dem Wasser, sowie das großblasige austreten der Luft aus dem Luftheber in die Biokammer wirken sich hierbei postiv aus. Der pH-Wert bewegt sich in den meisten uns bekannten Anlagen zwischen 7 und 8.

    Belüftung
    Ebenfalls von Interesse ist häufig, ob eine zusätzliche Teichbelüftung erforderlich ist. Diese Frage lässt sich nicht allgemeingültig beantworten. Sofern eine stündliche Umwälzung des Teichinhalts erreicht wird, sowie die Besatzdichte und Futtermenge sich im üblichen Rahmen liegen, ist in der Regel keine zusätzliche Belüftung erforderlich. Ausschlaggebend sind jedoch stets die Sauerstoffwerte, die durch regelmäßige Messungen am jeweiligen Teich ermittelt werden.

    Sicherheit
    Ein Lufthebersystem ist in Punkto Sicherheit bestens aufgestellt. Sobald Verbraucher mit mehr als 12 V Wechselstrom oder 30 V Gleichstrom im Wasser liegen, ist ein Betreten des Wassers laut VDE 0100-702 nicht erlaubt. Im Gegensatz zu nass installierten Pumpen, befindet sich bei einem Luftheber kein Stromkabel im Wasser. Dadurch können Sie unter Sicherheitsaspekten in einem Teich, der mit Luftheber anstelle einer klassischer Pumpe betrieben wird, bedenkenlos baden, sofern keine anderen Verbraucher im Wasser eingeschalten sind. Die mögliche Korngröße eines Lufthebersystems bei der Förderung von Schmutzwasser bewegt sich nicht im Bereich von wenigen Millimetern, sondern liegt bei mehreren Zentimetern. Deshalb kann ein Luftheber praktisch nicht verstopfen.

    Ein ideal aufgebautes Lufthebersystem besteht aus mindestens zwei Luftpumpen. Dadurch ist sichergestellt, daß bei einem Defekt einer Luftpumpe sowohl die Umwälzung, als auch die Belüftung des Teiches aufrechterhalten wird. Insbesondere Erstanwender von Lufthebersystemen planen zur Sicherheit gerne den alternativen Betrieb mit einer klassischen Umwälzpumpe ein. Das ist durchaus nachvollziehbar. In der Praxis hat sich gezeigt, daß Ersatzpumpen zwar beruhigen, aber nicht zum Einsatz kommen.

    Geräusche
    Die Geräuschkulisse eines Lufthebersystems ist relativ gering. Je nach Dimensionierung liegt die Laustärke der Luftpumpe bei ca. 35 bis 45 dB (A). Das Austreten der Luft am Ende des Lufthebers erzeugt in der Biokammer ein Blubbergeräusch, das mit geschlossenem Deckel kaum noch zu hören. Sofern die Filterkammer mit einer soliden Holzabdeckung versehen wurde, ist das Lufthebersystem akkustisch quasi nicht mehr wahrnehmbar.

    Auskühlung
    Für den Winterbetrieb eines Lufthebersystems wurde vereinzelt die Befürchtung einer Wasserauskühlung durch die eingebrachte kalte Luft befürchtet. Dieser Effekt ist bei der üblichen Dimensionierung der Luftpumpen so gering, daß er vernachlässigbar ist. Eine handelsübliche Luftpumpe ist am Koiteich weder zum Heizen noch zum Kühlen geeignet.

    Gasübersättigung
    Durch die Einbringung der Luft in großer Tiefe wurde der Verdacht auf eine Gesamtgasübersättigung im Teichsystem geäußert. Messungen mit einem Saturometer an verschiedenen Teichen zeigten keinerlei Auffälligkeiten.

    Bautiefe
    Für den effektiven Betrieb eines Lufthebers am Koiteich ist eine gewisse Baulänge erforderlich. Zu empfehlen sind nach unserer Erfahrung Luftheber mit einer Länge von 1,70 m aufwärts. In vielen Fällen ist deshalb für den Einbau eines Lufthebers eine zusätzliche Vertiefung in der Filterkammer erforderlich.

    Wartung
    Ein Lufthebersystem ist wartungsarm und langlebig, da äußerst wenig Verschleissteile vorhanden sind. Einzig die Membranen der Luftpumpen sollten nach zwei bis drei Jahren gewechselt werden. Die Luftpumpen der großen Hersteller werden mit einer Lebensdauer von mehr als zehn Jahren angegeben.