Aquaponik-System richtig dimensionieren: Tank, Biofilter, Pumpe und Pflanzenfläche

Warum die richtige Dimensionierung entscheidend ist

Eine Aquaponikanlage ist ein biologischer Kreislauf. Der Fischbesatz bestimmt die Futtermenge. Aus dem Futter entstehen Feststoffe und gelöste Nährstoffe. Feststoffabscheidung und Biofilter müssen diese Belastung verarbeiten, während die Pflanzen einen Teil der entstehenden Nährstoffe aufnehmen.

Die Dimensionierung sollte deshalb beim Wasservolumen, beim geplanten Fischbesatz und bei der daraus resultierenden täglichen Futtermenge beginnen.

1. Fischbecken und Besatz festlegen

Für eine kleine Einsteigeranlage ist ein Fischbecken mit etwa 1.000 Litern ein gut handhabbarer Ausgangspunkt. Größere Wasservolumen reagieren träger auf Temperaturänderungen, Fütterungsfehler und Schwankungen der Wasserqualität als sehr kleine Systeme.

Für Einsteiger ist ein Besatz von ungefähr 10 bis 20 Kilogramm Fisch je 1.000 Liter Wasser eine vernünftige Größenordnung. Die obere Grenze sollte erst genutzt werden, wenn Belüftung, Feststoffabscheidung, Biofilter und Überwachung zuverlässig funktionieren.

Bei Becken unter 500 Litern sollte besonders vorsichtig besetzt werden. Als zurückhaltender Ausgangswert kann höchstens etwa ein Kilogramm Fisch je 100 Liter Wasser angesetzt werden.

Ein größerer Fischbesatz erzeugt nicht automatisch ein besseres System. Er erhöht zuerst den Sauerstoffbedarf und die Belastung von Filter und Wasserkreislauf.

2. Die tägliche Futtermenge berechnen

Der Biofilter wird nicht allein nach dem Beckenvolumen ausgelegt. Entscheidend ist vor allem die tägliche Futtermenge. Die passende Futterrate hängt von Fischart, Wassertemperatur, Alter der Tiere und Futterzusammensetzung ab.

Tägliche Futtermenge = Fischbiomasse × Futterrate

Bei 15 Kilogramm Fisch und einer angenommenen Futterrate von 1,5 Prozent ergibt sich:

15 kg × 0,015 = 0,225 kg beziehungsweise 225 g Futter pro Tag

Dieser Wert dient der Planung. Die tatsächliche Fütterung muss an Fischart, Temperatur, Wachstum und Fressverhalten angepasst werden.

3. Feststoffe vor dem Biofilter entfernen

Fischkot und Futterreste sollten möglichst früh aus dem Wasserstrom entfernt werden. Zu viele Feststoffe im Biofilter oder Pflanzenbereich können sauerstoffarme Ablagerungen verursachen und Wasserqualität, Bakterien sowie Pflanzenwurzeln beeinträchtigen.

Je nach Bauweise eignen sich Absetzbehälter, Radialströmungsfilter, Wirbelfilter oder mechanische Siebe. Feinere organische Stoffe können anschließend kontrolliert mineralisiert werden.

4. Den Biofilter nach der Belastung auslegen

Im Biofilter wandeln nitrifizierende Bakterien Ammonium beziehungsweise Ammoniak zunächst in Nitrit und danach in Nitrat um. Dafür benötigen sie eine ausreichend große Oberfläche, viel Sauerstoff und einen gleichmäßigen Wasserstrom.

Die Menge des Filtermediums hängt von der täglichen Futtermenge und von seiner spezifischen Oberfläche ab. Herstellerangaben zur zulässigen Futterbelastung sollten deshalb auf die geplante maximale Tagesfütterung bezogen werden.

Eine Leistungsreserve ist notwendig, weil Fischbiomasse und Futtermenge während der Aufzucht zunehmen. Ein neuer Biofilter ist zudem nicht sofort biologisch leistungsfähig. Der Aufbau einer stabilen Bakterienpopulation benötigt gewöhnlich mehrere Wochen.

5. Pumpe und Wasserkreislauf berechnen

Als Ausgangspunkt sollte das Wasser des Fischbeckens ungefähr einmal pro Stunde durch die Aufbereitung geführt werden. Bei 1.000 Litern Beckenvolumen entspricht das etwa 1.000 Litern tatsächlichem Durchfluss pro Stunde.

Entscheidend ist der Durchfluss am realen Betriebspunkt. Eine Pumpe mit einer Nennleistung von 2.000 Litern pro Stunde erreicht diesen Wert normalerweise nur ohne nennenswerte Förderhöhe und Rohrverluste.

Bei der Pumpenauswahl müssen berücksichtigt werden:

• der Höhenunterschied bis zum höchsten Auslauf,
• Länge und Durchmesser der Rohrleitungen,
• Bögen, Ventile, Filter und Verzweigungen,
• Verschmutzung während des Betriebs,
• eine ausreichende Leistungsreserve.

Die Pumpenkennlinie muss beim vorhandenen Höhenunterschied noch mindestens den erforderlichen tatsächlichen Durchfluss liefern.

6. Belüftung unabhängig absichern

Fische, Pflanzenwurzeln und Filterbakterien verbrauchen Sauerstoff. Eine separate Luftpumpe mit Ausströmern im Fischbecken und gegebenenfalls im Biofilter ist deshalb eine wichtige Sicherheitskomponente.

Im Fischbecken sollten gewöhnlich mindestens 4 bis 6 Milligramm gelöster Sauerstoff pro Liter angestrebt werden. Kaltwasserarten wie Forellen benötigen höhere Werte. Warmes Wasser kann weniger Sauerstoff speichern.

Bei höherem Besatz sollte zusätzlich eine Strategie für Stromausfall oder Pumpenausfall vorhanden sein.

7. Pflanzenfläche zur Futtermenge abstimmen

Zu wenig Pflanzen können zu steigenden Nitratwerten führen. Eine im Verhältnis zur Fütterung sehr große Pflanzenfläche kann dagegen Nährstoffmängel begünstigen.

Futterflächenrate = tägliche Futtermenge ÷ Pflanzenfläche

Bei 225 Gramm Futter und vier Quadratmetern Pflanzenfläche ergibt sich:

225 g ÷ 4 m² = rund 56 g Futter je Quadratmeter und Tag

Dieser Planungswert muss während des Betriebs anhand der Wasserwerte und des Pflanzenwachstums überprüft werden. Steigt Nitrat dauerhaft stark an, können mehr Pflanzen eingesetzt oder die Futterbelastung reduziert werden.

8. Sumpf und schwankendes Wasservolumen berücksichtigen

Bei Ebbe-Flut-Beeten muss der Sumpf das verdrängte und zurücklaufende Wasser aufnehmen können. Er darf beim Befüllen der Beete nicht trockenlaufen und beim Rücklauf nicht überlaufen.

Zusätzlich müssen Verdunstung, Pflanzenverbrauch und eine Sicherheitsreserve berücksichtigt werden. Der Wasserstand im Fischbecken sollte möglichst stabil bleiben.

Beispiel für eine kleine Anlage

• Fischbecken: etwa 1.000 Liter
• anfängliche Fischbiomasse: ungefähr 10 bis 15 Kilogramm
• obere Fischbiomasse für Einsteiger: höchstens etwa 20 Kilogramm
• Beispielfütterung: ungefähr 225 Gramm täglich
• tatsächlicher Wasserdurchfluss: ungefähr 1.000 Liter pro Stunde
• Pflanzenfläche im Rechenbeispiel: vier Quadratmeter
• separate Belüftung
• Feststoffabscheidung vor dem Biofilter

Diese Werte sind keine starre Bauvorschrift. Fischart, Pflanzenart, Temperatur, Filtermedium, Systemtyp und Betriebsweise können andere Dimensionen erforderlich machen.

Kontrolle im laufenden Betrieb

Auch eine rechnerisch gut geplante Anlage muss regelmäßig kontrolliert werden. Besonders wichtig sind:

• Temperatur und pH-Wert,
• gelöster Sauerstoff,
• Ammonium beziehungsweise Ammoniak,
• Nitrit und Nitrat,
• tägliche Futtermenge,
• Fressverhalten und Gesundheit der Fische,
• Durchfluss und Verschmutzung der Filter,
• Wurzelgesundheit und Wachstum der Pflanzen.

Die Berechnung liefert den Ausgangspunkt. Die dauerhafte Stabilität entsteht durch Messungen, Dokumentation und eine schrittweise Anpassung des Systems.