Wie wird durch Belüftung CO2 ausgetrieben?

OlympiaKoi

Business Mitglied
Hallo zusammen,

es wird oft geschrieben, daß durch die Belüftung mit einer Membranpumpe CO2 ausgetrieben wird.

Ich versuche in diesem Beitrag etwas mehr Licht in die Zusammenhänge zu bringen.

Allgemein:
Teiche tauschen an ihren Oberflächen Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid (CO2) mit der Atmosphäre aus. Dies geschieht an der Grenzschicht, in der Luft und Wasseroberfläche aufeinander treffen.

Neben der Temperatur bestimmen der Luftdruck und chemische Reaktionen zwischen bereits gelöstem Kohlendioxid mit anderen gelösten Stoffen im Wasser, wie viel CO2 das Wasser dabei aufnehmen kann. Auch verschiedene biologische und physikalische Prozesse entscheiden über Freisetzung oder Aufnahme von CO2.

Wichtige Kenngrößen, die miteinander im direkten Zusammenhang stehen, sind CO2, pH-Wert und die Karbonathärte (KH). Dieser Zusammenhang wird hier deutlich: http://www.aq-technik.de/Aquarium-Tabel ... abelle.jpg

Die Löslichkeit von CO2 in Wasser ist vergleichsweise hoch. Bei Raumtemperatur (20°C) unter Normaldruck liegt die Sättigung bei 1700 mg/l. Diese Kenngröße werden wir am Koiteich nicht erreichen. Übliche CO2-Dosen liegen am Koiteich bei 1 bis 20 mg/l.

Grenzschicht
Die wasserseitige Grenzschicht ist ein limitierender Faktor beim Gasaustausch. Durch Turbulenzen (Wasserfall, Oberflächenbewegung, Blubber, Rieselfilter, Wind, usw.) kann der Gasaustausch forciert werden.

CO2 Gleichgewicht
CO2 geht aus der Luft in das Wasser über bis es zu einem Ausgleich der Partialdrücke kommt. Das ist, je nach Temperatur, Luftdruck und CO2 Gehalt der Luft bei ca. 0,5 bis 1 mg/l CO2 im Wasser der Fall. Ist der CO2-Gehalt im Wasser höher, dann geht tendenziell das CO2 aus dem Wasser in die Luft über.

Beispiele
Fall 1:
Hat das Teichwasser einen pH-Wert von 7,2 und eine Karbonathärte von 5°dH, dann beträgt CO2 laut Tabelle (oder Messung) stolze 10mg/l. Wenn man diesen Wert erhalten möchte, dann sollten Turbulenzen unterbleiben. Ansonsten besteht die Gefahr CO2 zu senken, also "auszutreiben" und dadurch den pH-Wert zu erhöhen.

Fall 2:
Hat das Teichwasser dagegen einen pH-Wert von 8,0 und eine Karbonathärte von 3°dH, dann beträgt CO2 laut Tabelle (oder Messung) nur 1mg/l. In diesem Fall hat man nicht viel (CO2) zu verlieren und kann leichter Turbulenzen verursachen.

Das war es für's Erste, Ergänzungen folgen.

Gruß,
Frank


Quellen:
http://www.iup.uni-heidelberg.de/instit ... t_Kap6.pdf
http://oceanrep.geomar.de/13973/1/BIOAC ... e_2012.pdf
 

GM-Koi

Mitglied
Wenn ich einen Teich wie deinen Fall-1 habe, wie bekomme ich dann genug O2 ins Wasser, wenn ich wg. CO2-Austrieb keine Oberflächenbewegung erzeugen soll ? Bitte nicht auf O2-Konzentrator verweisen - nur normalbetrieb betrachten.
 

OlympiaKoi

Business Mitglied
Hallo Thorsten,

Deine Frage ist berechtigt und das sind dann die daraus resultierenden Fragen, z.B.:

- hat die Art des Ausströmers einen Einfluß?
- sind große oder kleine Blasen an der Oberfläche günstiger?
- wie wirken sich verschiedene Einblastiefen aus?
- usw.

Viele Grüsse,
Frank
 

OlympiaKoi

Business Mitglied
Hallo Thorsten,

meine Gedanken dazu sind, die bewegte Fläche an der Grenzschicht möglichst gering halten.

Bei der Belüftung mit einer Luftpumpe sollte daher eine kleine Ausströmfläche an der Grenzschicht und eine große Einblastiefe für hohen CO2 Gehalt am günstigsten sein. Große Blasen an der Grenzschicht sind gegenüber kleinen zu bevorzugen.

Konkret müsste z.B. ein Rieselfilter den CO2 Gehalt des Wassers senken, seine Stärken liegen dafür bei der O2-Anreicherung und der Bakterienansiedlung.

Gruß,
Frank
 

OlympiaKoi

Business Mitglied
Ich habe weitere interessante Punkte zusammengetragen:

Der Gasaustausch zwischen Wasseroberfläche und Atmosphäre wird im Wesentlichen von zwei Faktoren bestimmt: dem Konzentrationsunterschied des Gases im Oberflächenwasser und in der Atmosphäre sowie dem Transferkoeffizienten.

Der Transferkoeffizienten wiederum ergibt sich aus dem molekularer Diffusionskoeffizienten und der Dicke der diffusiven Grenzschicht. Der Diffusionskoeffizient ist temperatur- und druckabhängig. Die Dicke der diffusiven Grenzschicht beträgt bei CO2 zwischen 20 und 1000μm (Sigg und Stumm 1996) und variiert in Abhängigkeit von der Stärke der angrenzenden turbulenten Strömungen. Wobei wir wieder bei den Turbulenzen wären.

Faktoren des CO2-Gasaustauschs im Überblick:

1) Konzentrationsunterschied CO2 im Oberflächenwasser und in der Atmosphäre
2) Transferkoeffizient
... a) Diffusionskoeffizient
...... a1) Druck
...... a2) Temperatur
... b) Dicke der Grenzschicht
...... b1) Turbulenzen


Noch ein anderer Aspekt zur Lufteinbringung in Wasser:

Es kann bei schlecht löslichen Gasen oder sehr hohen Konzentrationen zu Blasenbildung kommen. Lösen sich diese Blasen innerhalb der Wassersäule nicht auf, so wird das Gas ohne diffusive Prozesse an die Atmosphäre abgegeben.

Gruß,
Frank
 

OlympiaKoi

Business Mitglied
Weiter verfeinert schaut es dann so aus:

1) Konzentrationsunterschied
2) Transferkoeffizient
... a) Diffusionskoeffizient
...... a1) Druck
...... a2) Temperatur
...... a3) Salz (im Koiteich vernachlässigbar)
...... a4) Henry-Koeffizient (CO2-spezifisch)
... b) Dicke der Grenzschicht
...... b1) Turbulenzen
......... b11) fremde Einwirkungen
............ b111) Wind (ggf. Windschutz?)
......... b12) eigene Einwirkungen
............ b121) Blubber
............ b122) Wasserfall
............ b123) Verrieslung
............ b124) Oberflächenströmung
............ b125) Bachlauf
............ b126) weitere ...

Für einen hohen CO2-Gehalt und damit niedrigen pH-Wert im Teichwasser müssen die grünen Punkte möglichst vermieden werden.

Gruß,
Fran
 

MZWuppKoi

Plus Mitglied
Das heißt für mich bei PH 8,2 und KH4 ich sollte wohl mal meine Belüftung weiter reduzieren, obwohl ich sie schon reduziert habe.
 

MZWuppKoi

Plus Mitglied
Das kann ein Trugschluss sein. Man muss auch die Sauerstoffsättigung im Auge behalten. Und bei dem rechnerischen Gehalt an Kohlendioxid kannst Du nicht mehr viel austreiben.
Ok ich halte das mal im Auge, wir haben im Sommer ja auch schon mal darüber gesprochen, da habe ich ähnliche Werte gehabt. Aber den Filter noch nicht umgebaut. Bin immer noch auf der Suche nach einem zuverlässigen Setup.
 

konny

Business Mitglied
Ein sehr wichtiger Aspekt wurde hier außer acht gelassen. Fische atmen CO2 aus. Sind also CO2 Produzenten. Je nach Jahreszeit und Futtermenge mehr oder weniger. Wenn man einen sehr hohen Besatz im Teich hat, muss man zwingend mehr belüfteten, um CO2 aus zu treiben, weil ansonsten der pH-Wert Gefahr läuft zu niedrig zu werden. Hat man einen sehr kleinen Besatz ist ohnehin in der Regel weniger CO2 im Wasser und der pH-Wert höher so das man ohne Gefahr für PH Sauerstoff einbringen kann.
Im Winter gibt es noch das Problem der CO2 Glocke unter Abdeckungen. Da wird häufig CO2 in die Umgebung aus getrieben und sammelt sich unter der Abdeckung wo es dann über die Wasserbewegung wieder eingebracht wird, wodurch es dann zu einem PH Absturz kommen kann.
 
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