Wenn sich in einem Aquarium Gifte und Abfälle bilden, ist es ratsam sie zu entsorgen bzw. auszufiltern. Die Hauptbestandteile sind Ammonium (Ammoniak), Proteine, Aminosäuren und Faserstoffe. Häufig können diese in Futter enthaltenen Stoffe zum Problem werden. Auch mit Hilfe der biologischen Filterung kann nicht alles abgebaut werden. Hier setzt die Abschäumung oder die Flotation ein. Sie entfernen die Abfallstoffe, ohne sie mikrobiologisch zu den Endprodukten zu oxidieren. Das Redoxpotential liegt höher und das Wasser ist weniger Belastung ausgesetzt. Biologische Filter können einer plötzlichen Belastung durch z.B. tote Tiere nicht standhalten und versagen –die Tiere können dadurch in bedrohliche Lagen geraten. Durch Abschäumung werden die Endprodukte der nitrifizierenden Bakterien (Nitrosomonas- und Nitrobacter- Gruppe) vor deren Entstehung schon verhindert.
Bei der Flotation wird mit Hilfe recht kleiner Blasen eine große Oberfläche erzeugt. Sowohl Proteine als auch die Oberfläche der Bläschen sind statisch aufgeladen. Darum können sich die Proteine an die Bläschen lagern. Einige andere Abfallstoffe werden von den angelagerten Proteine „angezogen“ und aus dem Wasser entfernt, ohne das ein bakterieller Abbau stattgefunden hat. Das Wasser wird durch die Flotation schnell gereinigt und mit Sauerstoff angereichert.
2.1 Geräte:
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2.2 Versuchsaufbau:Zuerst wird an einer Luftpumpe eine Luftdurchmesser (600ml) mit einem Schlauch angebracht. Von diesem aus wird ein zweiter Luftdurchmesser verbunden (Reihenschaltung). Der Schlauch muss von dem oberen Steckplatz des ersten Luftdurchmesser zum unteren des zweiten verlaufen. An einem dritten Schlauch ist vom oberen Steckplatz des zweiten Messgeräts ein T-Fitting angebracht. Von diesem führt ein Schlauch zum Manometer und ein anderer zum Ausströmer, der sich 5 cm unter der Wasseroberfläche befindet. Der Ausströmer wird exakt waagerecht befestigt. Damit das Manometer aufgrund der Luftdruckschwankungen der Luftpumpe einen ruhigen Messwert anzeigen konnte, wurde die Leitung vom T-Stück zum Manometer sehr lang gewählt (100 Meter), um einen Dämpfungseffekt zu erzeugen. 2.3 Durchführung:Durch Regulieren der Leistung (in l/h) bzw. des Drucks (in mbar) wird der Druck (die Leistung) der Ausströmer überprüft und tabellarisch dokumentiert. Außerdem wird das Verhalten der einzelnen Ausströmern beobachtet und später in Grafiken umgesetzt und verglichen. |
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Die effektive Fläche der Ausströmer wurde folgendermaßen berechnet:
Bei den quaderförmigen Ausströmer (Holz) wurde die Fläche, an der die Blasen gebildet werden, mit einem Messschieber ausgemessen und nach der Formel a * b * 2 berechnet; dabei sind „a“ und „b“ die Seiten der Ausströmfläche.
Die zylindrischen Ausströmer (Keramik, Gummi) wurden nach der Formel d * π * h berechnet; dabei ist „d“ der Durchmesser und „h“ die Länge der Steine.
Nach den Versuchen mit den insgesamt 14 Ausströmern, wurden die Daten zusammengefasst und miteinander verglichen. Für alle Ausströmer wurde eine Grafik erstellt, für manche sogar mehrere, da sie in verschiedenen Lagen und zu verschiedenen Zeiten getestet wurden. Es wurden aber auch verschiedene Ausströmer von der gleichen Firma und dem gleichen Typ getestet. Damit konnte man sehen, dass verschiedene Ausströmer der gleichen Sorte auch verschiedene Ergebnisse vorweisen, wie zum Beispiel in der effektiven Flächen oder in der Leistung.
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Die erhaltenen Messpunkt für jeden Ausströmer wurden mit einem Kalkulationsprogramm (Sharp Pocket computer PC-1402) berechnet, jedoch Ausreißer und nicht lineare Teile der Kurve ausgelassen. Die Steigung der Geraden „b“, der Schnittpunkt mit der y-Achse „a“ und der Korrelationskoeffizient „r“ sind dann in eine Tabelle eingetragen worden, um sie miteinander zu vergleichen. Der Korrelationskoeffizient ist ein Maß für die Übereinstimmung der gemessenen Werte mit der errechneten Geraden. Werte über 0,9 werden als gute Übereinstimmung definiert. Beispiel: a ist –100; b ist 5; Also rechnet man: 100/5=20 Das Ergebnis ist 20 mbar Anfangswiderstand. Mit dem Programm Excel wurden diese Berechnungen automatisiert. |
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Ausströmer |
Anfangswiderstand in mbar (Schnittpunkt x-Achse) |
Leistung in l*mbar/ h (Steigung) |
effektive Fläche in cm2 |
spezifische
Leistung |
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Nr. 1 |
20,0 |
5 |
31,3 |
0,16 |
1,00000 |
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Nr. 2 |
18,9 |
9,85 |
74,0 |
0,13 |
0,93945 |
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Nr. 3 |
77,4 |
1,77 |
13,7 |
0,13 |
0,92917 |
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Nr. 4 |
81,2 |
3,15 |
41,2 |
0,08 |
0,99562 |
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Nr. 5a) |
54,8 |
14,07 |
40,8 |
0,34 |
0,99703 |
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Nr. 5b) |
74,9 |
11,21 |
40,8 |
0,27 |
0,98555 |
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Nr. 5c) |
104,2 |
8,67 |
40,8 |
0,21 |
0,99250 |
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Nr. 5d) |
67,0 |
11,76 |
40,8 |
0,29 |
0,99552 |
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Nr. 6a) |
47,9 |
11,56 |
8,6 |
1,34 |
0,99522 |
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Nr. 6b) |
44,2 |
18,29 |
8,8 |
2,08 |
0,99554 |
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Nr. 7 |
40,4 |
10,93 |
6,2 |
1,76 |
0,99566 |
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Nr. 8 |
62,4 |
14,14 |
12,8 |
1,10 |
0,99358 |
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Nr. 9 |
51,8 |
12,22 |
18,7 |
0,65 |
0,99478 |
Auswertungen des Versuchs
In der Tabelle wurde mit Hilfe von der Steigung, dem Schnittpunkt der x-Achse und der effektiven Fläche ein Ergebnis in Form der spezifischen Leistung geschaffen, womit man die einzelnen Ausströmer vergleichen kann.
Die Werte werden verglichen indem man die Leistung auf die Fläche bezieht. Bei niedriger Fläche eine hohe Leistung zu erreichen ist gutes Ergebnis, aber das Ergebnis muss nicht unbedingt gut sein, wenn man auf großer Fläche eine hohe Leistung erzielt. Die Endwerte sind sogar bei baugleichen Steinen sehr unterschiedlich ausgefallen.
Die leistungsfähigsten Ausströmer sind eindeutig die Holzausströmer der Firma Sander und die Keramikausströmer von Unizoo. Mäßig ist die Leistung der Gummiausströmer und schlecht sind die Keramikausströmer der Marke Rena.
Definitiv sind die Holzausströmer, in der spezifischen Leistung, mit einem Durchschnitt von 1,39 l*mbar/h*cm² die besten Ausströmer. Mit einem Durchschnitt von 0,22 l*mbar/h*cm² erreichen die Keramikausströmer ein gutes Mittelmaß. Die Gummiausströmer haben eine durchschnittliche Leistung von 0,15 l*mbar/h*cm² und sind damit die Schlechtesten.
Der Ausströmer mit der beste besten spezifischen Leistung ist die Nummer 6b) - der kleine Holzausströmer (Gr. 2) von der Firma Sander. Auf einer effektiven Fläche von 8,8 cm² erzielt er eine spezifische Leistung von 2,08 l*mbar/h*cm². Der Leistungsschwächste ist die Nummer 4. Dieser Keramikausströmer kommt aus dem Hause Rena und hat eine effektive Fläche von 41,2 cm². Er ist somit der Ausströmer mit der größten Fläche, seine spezifische Leistung liegt aber nur bei 0,08 l*mbar/h*cm². Somit ergibt sich ein Unterschied zwischen den getesteten Ausströmern von einem Faktor 26.
Man
sieht also, dass der kleinste, der getesteten Ausströmer, sogleich der
Leistungsstärkste ist, der größte hingegen ist der Schlechteste. Gehen wir
nun auf die Allgemeinheit ein:
Während die kleinsten Ausströmer, für ihre Fläche sehr gute Ergebnisse
erzielen, bekommen die größeren sehr schlechte Ergebnisse, im Vergleich zu
ihrer großen Fläche. Eigentlich hätte man dies nicht erwartet, denn wo mehr
Fläche ist, sollte mehr herauskommen. Die Materialien und Verarbeitung haben
somit eine außerordentliche Bedeutung.
Die Gummiausströmern haben eine fast gleiche spezifische Leistung. Dies liegt wahrscheinlich an dem gleichmäßigen Material (gleiche Gummistärke) und gleicher Verarbeitung (gleiches Perforationsmuster).
Anders
sieht es hingegen bei den Keramikausströmern aus:
Gut sichtbar ist bei den Keramikausströmern, dass die spezifische Leistungen
abhängig von dem Hersteller sind. Die Ausströmer von Rena haben einen
durchschnittlichen Leistungswert von 2,99 l/h, während die Ausströmer der
Firma Unizoo einen Durchschnitt von 11,43 l/h besitzen. Es ist also ein
erheblicher Unterschied zwischen der Qualität der Ausströmern der beiden
Firmen erkennbar.
Ähnlich
sieht es bei dem Naturprodukte Holzausströmer aus:
Mit einem Durchschnitt von 13,3 l/h haben die Holzausströmer einen
besseren Durchschnitt als die Gummi- und Keramikausströmer. Sogar zusammen
erreichen Keramik- und Gummiausströmer nur einen Durchschnitt von 6,44 l/h.
Aber
auch unter den Holzausströmern gibt es Unterschiede:
Die kleinen Ausströmer der Firma Sander haben durchschnittlich eine spezifische
Leistung von 1,71 l*mbar/h*cm², während die großen der gleichen Firma
einen Durchschnitt von 0,94 l*mbar/h*cm² erreichen. Dieses Ergebnis kommt
Aufgrund der überdurchschnittlichen Leistung des Ausströmers Sander 2b) –
wahrscheinlich ist dieser Ausströmer eine Ausnahme. Es müssten mehrere Ausströmer
dieser Größe getestet werden.
Aus dieser Graphik wird sichtbar, dass die Keramikausströmer mit einem Durchschnittswiderstand von 80,85 mbar einen höheren Widerstand haben als die anderen Ausströmer. Die Gummiausströmer liegen gleich auf, was auf ein sehr einheitliches Material schließen lässt. Auch die Werte der Holzausströmer sind nah beieinander.
Die Graphik verdeutlicht die Leistung der Holzausströmer vom ersten bis zum achten Versuchstag. Am ersten Tag sind die Werte am geringsten, was darauf schließt, dass die Holzausströmer einen Tag brauchen, um ihre Leistung zu maximieren. Zu erklären ist das mit Quelleffekten des Holzes. Die Quellerscheinungen des Ausströmer der Firma Sander sind am geringsten.
Bei Ausströmer „Sander 3“ und „91mm Holz“ fällt der Anfangswiderstand, bei den Ausströmern „Sander 2a) und b)“und „75mm Holz“ steigt er eher an.
Man sieht außerdem, dass der Anfangswiderstand nicht proportional mit der Leistung (vorherige Grafiken) steigt oder fällt. Diese indifferenten Ergebnisse lassen sich nicht erklären. Messungenauigkeiten werden sicherlich eine Rolle spielen.
