Bauanleitung meiner Bio - CO2 Anlage

Badis badis - Zuchtbericht

CO2 - Düngung im Aquarium

Allgemein (zusammengesucht)
Das Kohlendioxyd CO2 stellt einen ganz wichtigen Nährstoff für die Pflanzen dar. Aus dem Kohlenstoff bilden die Pflanzen den Hauptteil ihrer Masse. Die Photosynthese ermöglichst es den Pflanzen, den Kohlenstoff aus der Verbindung zu lösen und in Stärke umzuwandeln. Fische brauchen das CO2 nicht, bei zu großen Werten können sie sogar geschädigt werden. Durch normale Diffusion aus der Luft gelangen nur minimale Mengen von CO2 ins Aquarienwasser. Auch die Atmung der Fische verbessert diese Situation nur unzureichend. Weiterhin benötigen die Reinigungsbakterien im Filter  außer Sauerstoff zur Oxidation von Schadstoffen auch CO2 als lebenswichtige Nahrungsquelle. Eine bessere Versorgung mit CO2 fördert somit auch den Abbau von Ammonium, Ammoniak und Nitrit. Durch das Zusammenspiel von Karbonathärte und CO2 wird der pH-Wert eingestellt. Bei gegebener Karbonathärte kann im Aquarium der meist relativ hohe pH-Wert durch Zufuhr von CO2 auf natürliche Weise eingestellt und stabilisiert werden.


CO2 im Aquarium
Um das eingeleitete CO2 im Aquariumwasser zu halten ist eine starke Bewegung der Wasseroberfläche zu vermeiden. Somit sind Sprudelsteine, sprudelnde Filterrückläuf usw. für eine Stabilisierung des CO2 Haushaltes kontraproduktiv. Es muss aber sichergestellt sein, dass durch eine leichte Bewegung der Wasseroberfläche genügend Sauerstoff ins Wasser diffundieren kann und eine Vermischung der unteren, sauerstoffärmeren, mit den oberen, suerstoffreicheren, Wasserschichten erfolgt.

CO2 Erzeugung und Einbringung
In der Aquaristik haben sich mehrere Methoden zur CO2 Erzeugung bewährt.
Die preisgünstigste Methode für Aquarien bis ca. 150 Liter sind Kohlensäure - Bioreaktoren auf der Grundlage der alkoholische Gärung aus Zucker, Wasser und Hefe.
Hier und hier (Olaf Deters) findet man ausführliche Bauanleitungen und Rezepturen solcher Bioreaktoren.
Vereinfacht kann man sagen, dass hierbei die Hefe die Intensität der Gärung bestimmt und der Zucker die Produktionsmenge an CO2.
Eine kontinuierliche CO2 Produktion ist bei dieser Art der CO2 Erzeugung nicht gegeben, da eine starke Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und der Laufzeit des Ansatzes besteht.
Auch eine Nachtabschaltung ist nur auf Umwegen zu realisieren. Eine einfache Sperre der CO2 Einleitung ist gefährlich, da es zum Abspringen bzw. platzen der Schläuche, oder sogar bis zur Explosion der Reaktorgefäße führen kann.
Ich hatte bei meinem Doppelreaktor hierzu vor dem Einlass ins Aquarium einen  Abzweig mit Sperrventil zwischengeschaltet. Jetzt kann das CO2, durch Öffnung des Ventils, statt ins Becken, in die Raumluft entlassen werden. Dieses Ventil könnte z.B. auch ein Magnetventil sein und über eine Zeitschaltuhr oder eine pH Regelschaltung gesteuert werden.
Durch die nicht kontinuierliche CO2 Produktion ist auch die CO2 Einwaschung ins Aquariumwasser problematisch.
Die sicherste Methode ist das CO2  über eine Paffrath-Schale - hier mit Maße(hier ein Bild) ins Becken zu leiten. Entsprechend der Oberfläche der Schale und den Strömungsverhältnissen unter der Schale wird das CO2 ins Wasser gelöst und der Überschuss entweicht ohne Wirkung. Die tatsächliche CO2 Poduktion ist hierbei relativ unwichtig (s.auch weiter unten).



Ein paar Infos zum CO2  (Quelle d.r.t.a. und Berechnungen Olaf Deters und Dennerle)
30 Blasen/Minute macht eine CO2-Produktion von etwa 3 g am Tag.
Diese 3 g haben ein Volumen von 1,7 l
CO2 hat bei 20 °C eine Dichte von etwa 1,8 g/l (Luft dagegen 1,18g/l)
Ein Reaktor mit 1l Wasser und 200 g Zucker ergeben Gesamtleistung von 40 l CO2
Bei 20 Blasen/Minute und einem Durchmesser von 4 mm errechnet sich dann eine Laufzeit von 41 Tage
20 Blasen ergeben in meinem Becken je nach Diffusionsmethode bei KH 9° dKH  einen   pH 7,0 - 7,4     CO2  25 - 30 mg/l (ein wenig zu hoch 18-20 mg/l wird empfohlen.
Eine günstige Blasenzahl für mein Becken ist 13 Blasen/Minute. Das ergibt eine CO2 Menge von 22 mg/l.

Formeln
Grobe Berechnung der CO2 Menge (in Blasen / Minute), die dem Aquarium zugeführt werden sollte:
Liter (Netto) x 0,1 = Blasenmenge / Minute
Diese Formel ist aber nur zur groben Bestimmung der Blasenmenge gedacht. Jedes Becken hat seinen individuellen CO2-Verbrauch, da zu viele Parameter Einfluss nehmen.
(Bepflanzung und Art der Pflanzen, Beleuchtung, Fütterung, Oberflächenströmung, Temperatur, Filterung, .....)

Berechnung CO2 Gehalt im Wasser aus pH und KH
10 x KH x 10^(6,5 - pH) = CO2 Gehalt im Wasser in mg/l



Meine kurze Historie

Mein erster Hefe/Zucker Bioreaktor war ein JBL Komplett-Set (Proflora BioCO2 100). Dann kam der erste Eigenbaureaktor (1 Liter "Soda Club" Flasche und Blasenzähler von Dennerle als Waschflasche). Da die CO2 Produktion doch sehr unregelmäßig erfolgte, habe ich mir einen Doppelreaktor erdacht (Habe gerade im Zoo-Fachgeschäft gesehen, dass es so etwas auch fertig zu kaufen gibt). Die Leistung (Laufzeit) ist größer und die Produktion gleichmäßiger. Auch der Ansatz wurde verbessert (Rezepte siehe weiter unten).
Ich habe versucht die Rezepte für meine Hefemischung so zu verfeinern, dass ich etwa 15 Blasen/ Minute erreiche und das Becken rund um die Uhr mit CO2 versorgen kann.


Dosierung der Hefe 

Oftmals ist es notwendig die Hefemenge recht genau zu bestimmen. Ich benutze dazu das Dosierungslöffelchen vom JBL Komplett-Set (Proflora BioCO2 100).
Dieses Löffelchen hat etwa einen Durchmesser von 8 mm und eine Tiefe von 4 mm. (Bild vom Löffelchen, hier mit Maße)

7g Hefe (Tütchenmenge) entsprechen 49 gestrichene Löffelchen.
Daraus ergeben sich folgende Dosierungsmengen:

    7 g  ---   49 Löffelchen
    1 g  ---     7 Löffelchen
 1,5 g  ---   10 Löffelchen
    2 g  ---   14 Löffelchen 
                                       (weitere Angaben hierzu unter:  Bauanleitung meiner Bio - CO2 Anlage)



Rezepte für eine 1 Liter Flaschen:

Einfacher Zucker Hefe Ansatz


- Flasche mit 200 g Zucker und lauwarmen Wasser füllen (ACHTUNG - Flasche nicht bis zum Rand füllen)
- Mischung mit 1,0 g Hefe (Menge muss nach angestrebter Blasenmenge dosiert werden) impfen
  (7 Löffelchen mit JBL Dosierungslöffelchen vom  Proflora BioCO2 100 Komplett-Set)

Produktion 10-14 Tage durchschnittlich 20-25 Blasen/Minute

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Zucker Tortenguss Hefe Ansatz

- 200g Zucker in ca.300ml Wasser lösen mit eine Tüte Tortenguss aufkochen
- Etwas abkühlen lassen und dann in die Flasche füllen
- Im Kühlschrank weiter abkühlen lassen
- Wenn Gemisch fest geworden ist, Flasche mit lauwarmen Wasser und 2 Teelöffel Zucker auffüllen
  (ACHTUNG - Flasche nicht bis zum Rand füllen)
- Mischung mit 1,0 g Hefe (Menge muss nach angestrebter Blasenmenge dosiert werden) impfen
  (7 JBL Löffelchen)

Produktion 16 Tage durchschnittlich 35 - 30 Blasen/Minuten

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Zucker Gelantine Hefe Ansatz

- Eine Tüte Gelantine ( Tütchen mit 9g- Pulver ) in 300 ml Wasser 15 Minuten quellen lassen
- 200 g Zucker hinzugeben und erhitzen (nicht kochen lassen)
- Etwas abkühlen lassen und dann in die Flasche füllen.
- Im Kühlschrank weiter abkühlen lassen
- Wenn Gemisch fest geworden ist, Flasche mit lauwarmen Wasser und 2 Teelöffel Zucker auffüllen
  (ACHTUNG - Flasche nicht bis zum Rand füllen)
- Mischung mit 1,0 g Hefe (Menge muss nach angestrebter Blasenmenge dosiert werden) impfen
  (7 JBL Löffelchen)

Produktion 16 Tage durchschnittlich 35 - 30 Blasen/Minuten

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Mein Rezept für Doppelreaktor (für mein 140 L Aquarium)

- 2 Tüten Gelantine ( Tütchen mit 9g- Pulver ) in 600 ml Wasser 15 Minuten quellen lassen
- 400 g Zucker hinzugeben und erhitzen (nicht kochen lassen)
- Etwas abkühlen lassen und dann in die Flaschen füllen (je Flasche 450 ml Lösung)
- Im Kühlschrank weiter abkühlen lassen
- Wenn Gemisch fest geworden ist, Flaschen mit lauwarmen Wasser und jeweils 2 Teelöffel Zucker auffüllen
  (ACHTUNG - Flasche nicht bis zum Rand füllen)
- Mit jeweils 0,3 g Hefe pro Flasche (2 JBL Löffelchen) impfen

Produktion 30+mehr Tage durchschnittlich 14 - 20 Blasen/Minuten

Andere Dosierungen der Hefe für den Doppelreaktor

Die CO2 Produktion ist stark temperaturabhängig und die Werte in der Tabelle ergeben sich bei 22° - 24° C

Hefemenge pro Flasche !!! Löffelchen/Gramm

Laufzeit (Tage)

Produktion (Blasen/Minute)

2 / 0,3

33 - 36

14 - 20

3 / 0,5

25 - 30

22 - 28

4 / 0,57

20 - 25

30 - 35




Nun muss das CO2 noch ins Wasser eingebracht werden.

Meine getesteten Varianten:

1. Ein Eigenbauflipper (ähnlich dem Dennerle Original)

2. Meine Variante einer s.g. Paffrath-Schale - hier mit Maße(hier ein Bild)  
(Eine Schale mit der Öffnung nach unten - Paffrath beschrieb 1978 in seinem Buch “Bestimmung und Pflege von Aquarienpflanzen” den Einsatz solcher Vorratsbehälter).
Hierbei bestimmen die Fläche der Öffnung und die Wasserzirkulation unter der Schale die CO2 Menge die eingebracht wird.
Die Größe der Kontaktfläche ist abhängig vom KH-Wert und Beckengröße und ergibt sich grob aus folgender Tabelle.
(Quelle:  Wikipedia "Paffrathsche Rinne")

Beckengröße: 100 Liter

Karbonathärte   

Kontaktfläche     

in KH

in cm2

bis 10

30

11

50

12

70

13

90

14

110

15

130

16

150

Für andere Beckengrößen kann man den Dreisatz anwenden:

KF x tW   = tK
   100

KF = Kontaktfläche der Schale nach Tabelle (cm2)
tW = tatsächliche Wassermenge (Liter)
tK  = tatsächliche Kontaktfläche der Schale (cm2)

Diese Größenangaben würde ich nur als Experimentiergrundlage nehmen und die richtige Größe entsprechend den Beckenbedingungen experimentell ermitteln (zu wenig CO2 - Schalenfläche vergrößern oder umgekehrt).
Für mein Becken (ca. 140 Liter) ergibt sich eine Schalengröße von 36 cm2.


3. Ein anderer Versuch - Der original Dennerle Flipper (www.dennerle.de) 
Da bei biologisch erzeugtem CO2 die Gaserzeugung nicht gleichmäßig erfolgt (sie ist abhängig von der Temperatur und von der Länge des Gärprozesses), ist die CO2 Einleitung  mit diesem Gerät
problematisch. Es kann zu gefährlichen Überdosierungen kommen.
Außerdem hat sich bei mir innerhalb kürzester Zeit ein weißer Glibber am CO2 Einlass gebildet der eine ordnungsgemäße Funktion behinderte (s. unten). Auch war das Reinigen und die darauf folgende Wiederinbetriebnahme ziemlich aufwendig. Der Wirkungsgrad dieser Konstruktion ist aber sehr groß.. Bei  Druckflaschensystemen, wo sich die Gasmenge mittels eines Ventiles konstant einstellen lässt, ist der Flipper die ideale Lösung.


4. Ich hatte auch auf Anregung von Frank Mersch, einen Gegenstrominjektor (nach dem Gegenstromprinzip benannt) in Betrieb. Er zeichnet sich durch Wartungsarmut und hohen Wirkungsgrad bei der CO2 Einwaschung aus:
An meinem Filterausgang ist ein T-Stück zur Einlaufaufteilung angebracht. An einem Ausgang leite ich das CO2 in ein zum Beckenboden abgewinkeltes Rohr. Die Mündung zeigt auf einen Stein, der verhindert, dass der Bodengrund aufwirbelt. Das CO2 wird vom Einlassstutzen waagerecht mitgerissen und dann nach unten gedrückt. Dabei löst es sich im Gegenstrom fast restlos auf.
Der andere Ausgang dient zur Erzeugung einer geringen Oberflächenbewegung des Wassers und gleichzeitig noch der Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit durch das Mischrohr. (hier ein Bild)

Vergleiche:
Die Paffrathschale (Paffrath-Schale - hier mit Maße) - (hier ein Bild)  gibt entsprechend der Oberfläche der Schale und den Strömungsverhältnissen unter der Schale das CO2 ins Wasser und der Überschuss entweicht ohne Wirkung. Die Blasenproduktion ist hier relativ unwichtig. Ich habe die Blasenmenge so gewählt, dass die Schale nach dem Wasserwechsel in der Nacht wieder gefüllt wird und das sind 12 Blasen pro Minute. Durch die geringe CO2 Produktion ist die Laufzeit des Reaktors auch ziemlich hoch und liegt bei mir so um die 30-40 Tage.

Der Gegenstrominjektor und der Dennerle Flipper dagegen erfordert eine genaue Dosierung des Hefe/Gelantine/Zucker Gemisches um eine zu große CO2 Konzentration zu vermeiden und sind meines Erachtens dadurch für den Einsatz an einem Bio/Hefe/Reaktor nicht günstig.

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Weiterführende und ergänzende Links:

Meine Bauanleitung eines Bio-Hefe-Doppelreaktors
Hier eine weitere ausführliche Bauanleitung auf den Seiten von Olaf Deters.

Für Rückfragen stehe ich gern zur Verfügung: bauerfek (at) web.de

Klaus Bauerfeld - letzte Änderung 23.12.2013

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