Een ecodisplay; hoe maak je zoiets?

Het bouwen van een (kunstmatig) ecosysteem begint bij de studie naar de zgn. 'abiotische factoren'. Hiermee worden bedoeld de omgevingsfactoren uit de levenloze natuur zoals bodem en klimaat.

Voor een oceaansysteem is in dit kader natuurlijk het zeewater van doorslaggevend belang. We moesten ons niet alleen afvragen hoe we aan acht miljoen liter kwalitatief goed zeewater moesten komen maar ook hoe we die kwaliteit zo lang mogelijk in stand kunnen houden, hoe we voldoende stroming in het systeem zouden krijgen, hoe we de juiste temperatuur konden handhaven, enz. Oceaanmilieus zijn doorgaans erg constant en dus moeten er hoge eisen worden gesteld aan de bewaking van o.a. de chemie en fysica van ons zeewater.

De herkomst van het zoute water

Burgers' heeft er de voorkeur aan gegeven om het zeewater zelf te bereiden uit zeezout en zuiver water. Het grote voordeel hiervan is dat er geen ongewenste organismen het systeem binnen worden gebracht, de samenstelling van het water exact bekend is en er naar behoefte geproduceerd kan worden.

Zeewater bevat zo'n 3,5% zout. Hiervan is weer meer dan 90% keukenzout. De rest bestaat uit een rijk gevarieerd mengsel waarin meer dan 70 verschillende chemische elementen voorkomen, de meeste slechts als spoortje.

Voor de bereiding van ons water importeerden wij 80 ton Rode Zeezout uit Israël waarin al deze elementen in de juiste verhouding aanwezig zijn maar waarin tweederde van het keukenzout is weggelaten. Dat scheelde dus 160 ton vracht op de boot en keukenzout kunnen we ook in Nederland krijgen. Van die totale 240 ton is 100 ton al nodig voor alleen het haaienbassin (3 miljoen liter).

Het oplosmiddel, water, lijkt geen probleem maar is het in zekere zin wel omdat zowel leidingwater als bronwater geringe hoeveelheden opgeloste stoffen bevatten die voor de bereiding van zeewater ongewenst zijn. Silicium, kiezel, is zo'n stof. Het te gebruiken water moest daarom m.b.v. een speciale technische procedure (een dubbele zgn. 'omgekeerde osmose') eerst volledig gezuiverd worden.

Wanneer daarna aan dat hele pure water het zout eenmaal is toegevoegd, heb je eigenlijk gewoon een chemische oplossing, geen biologisch zeewater! Het water moet daarvoor nog enkele weken 'rijpen' waarbij het water de juiste zuurgraad krijgt en wat milder wordt voor dierlijk leven. Dit gebeurt in 4 grote opslagtanks met een totale capaciteit van 160.000 liter. Het eerste micro-leven kan zich daarna gaan ontwikkelen.

Het water in de bassins

Stroming

Overal in de oceanen stroomt het water. Hierdoor hopen zich geen stoffen op, vindt er beter uitwisseling van gassen met de atmosfeer plaats en vindt er ook transport plaats van vaste stoffen zoals slib. Dit moet ook in onze bassins plaatsvinden.

In veel zeewateraquaria wordt het totale watervolume 1 of zelfs 2x per uur rondgepompt. Wanneer wij 8 miljoen liter in 1 uur moeten verpompen, zou dat een gigantische investering betekenen. Berekeningen hebben ons ervan overtuigd dat er op dit onderdeel gigantisch en verantwoord bespaard kan worden. In de meeste bassins hebben we de stroming teruggebracht naar 2 tot 3x per dag. De helft van deze stroom loopt over een zuiveringsinstallatie, de andere helft wordt onbehandeld, direct weer het bassin ingepompt. Metingen van het zuurstofgehalte en de concentraties van verontreinigende stoffen zijn en blijven volledig binnen onze strenge normen!

Overigens zijn er in twee bassins voorzieningen aangebracht voor een golfslagmachine die het water in een deinende beweging brengt. Hoewel dit de stroming amper beïnvloedt, heeft dit zeker een positief effect op de gasuitwisseling aan het wateroppervlak. Het hoofddoel van deze voorziening is echter esthetisch: de deining zorgt voor bijvoorbeeld een zeer natuurlijk wuiven van waaierkoralen of zeegras.

Zuivering

Oceanen vormen een enorm verdunningsreservoir voor bijvoorbeeld dierlijke afvalstoffen. De concentraties hiervan zijn bijna gelijk aan nul. Dat komt ook doordat deze stoffen onmiddellijk biologisch worden afgebroken door bacteriën.

Om in een aquarium de concentraties van afvalstoffen ook zo laag mogelijk te houden moeten ze verwijderd worden of afgebroken.

In onze Ocean is hiertoe elk bassin aangesloten op een eenvoudig zuiveringssysteem. Waar mogelijk laten we de bassins gewoon overlopen in filterkousen met een maaswijdte van zo'n 0.3 mm. Zo kunnen grove deeltjes uit het water worden gezeefd maar ook eventueel dierlijk leven dat op de een of andere manier in een afvoer is terechtgekomen, onbeschadigd worden teruggevangen en teruggezet.

Pas daarna komt de eerste pomp. Deze brengt het water naar de bovenste verdieping van het gebouw waar de verdere behandeling plaatsvindt. Daar vinden eigenlijk maar twee zuiveringsprocessen plaats.

1. Heel fijn vuil en grote moleculen als eiwitten worden daar dmv. schuimvorming uit het water gehaald. De zgn. afschuimers werken bijzonder zuinig en efficiënt: er gaat amper zout water verloren en alleen het vuile schuim verdwijnt naar het riool.

2. Het water, dat dan al helder is, kan nog wel opgeloste giftige stoffen bevatten zoals bijvoorbeeld ammoniak, het uitscheidingsproduct van vissen. Daarom gaat het water vervolgens naar een biologisch filter waar bacteriën deze stoffen biologisch oxideren naar onschadelijke vorm, nitraat, dat weer als voedingsstof voor algen kan dienen.
In het geval van een ziekte in het water kan dit eventueel nog met UV-licht worden behandeld.

Op de bovenverdieping van het gebouw staan 21 van deze filtercombinaties opgesteld. Na passage door deze filters loopt het water zonder tussenkomst van pompen, onder verval weer terug naar de bassins.

C. Temperatuur

In de oceaandelen waar de dieren van Burgers’ Ocean vandaan komen, het tropische Indo-Pacifische gebied, heeft het zeewater een heel constante temperatuur. Voor vissen mag er wel een geringe wisseling in zitten maar veel koralen verdragen een temperatuursverschil van 1 graad Celsius al moeilijk of niet! In de Ocean houden we het water constant op 25° C.

Via zoutwaterbestendige Titanium-warmtewisselaars kunnen we zowel verwarmen als koelen. Gaskachels verzorgen de verwarming van niet alleen het water maar ook de lucht in het gebouw die steeds iets warmer wordt gehouden dan het water om verdamping te reduceren.

De koelinstallatie kan nodig zijn; niet alleen in de zomer maar ook om het effect van de sterke lampen boven het water te compenseren. Overigens wordt restwarmte weer teruggewonnen om elders in het gebouw weer te worden toegepast.

Zoutgehalte

De stroming, warme lampen en bijvoorbeeld de ventilatie zorgen voor een voortdurend verdampingsproces waardoor het water steeds zouter dreigt te worden. Immers: er verdampt alleen zoet water en het zout blijft achter. Het zoutgehalte kan gemakkelijk elektrisch gemeten worden. Het signaal van de zoutmeter wordt nu gekoppeld aan kleppen in een watercircuit met puur zoet water (uit de 'omgekeerde osmose'-installatie). Op deze wijze kan automatisch het verdampte water worden aangevuld.

Het licht boven de bassins

Rond de evenaar is het zonlicht erg intens en bereikt rond het middaguur waarden van zo'n 100.000 Lux! Het water absorbeert met toenemende diepte hier steeds meer van totdat er uiteindelijk volledige duisternis overblijft.

De meeste dieren (ook vissen) kunnen zich goed aan diverse lichtomstandigheden aanpassen maar planten veel minder. Voor bassins met belangrijke plantengroei moeten er dus hoge eisen aan de lampen worden gesteld. Hetzelfde geldt voor de bassins waarin dieren leven die eencellige plantjes in hun weefsels herbergen en waar ze van afhankelijk zijn zoals dat bijvoorbeeld bij steenkoralen het geval is.

Hiervoor worden ultramoderne stralers gebruikt met een zeer natuurgetrouw kleurenspectrum en een extreem hoge kleurtemperatuur. Deze geven een intense wit-blauwe straling.

In verband met hun energieverbruik worden ze alleen maar daar toegepast waar noodzakelijk. Om die reden wordt er boven de levende koralen ook zonlicht toegelaten dat op heldere dagen wellicht al voldoende is.

Op andere plaatsen zijn juist lampen gekozen die een veel lagere lichtopbrengst hebben en een kleurenspectrum waar planten het niet goed op doen. Zo kunnen we ongewenste algengroei juist beperken en voor vissen maakt het niet veel uit. Voor hen is de daglengte veel belangrijker en bijvoorbeeld de 'randen van de nacht'. Plotselinge en sterke veranderingen in lichtsterkte leiden tot paniek.

Daarom zijn de lampen in groepen geschakeld die tegen de avond enige tijd na elkaar automatisch gedoofd worden. De dieren worden dus gewaarschuwd om hun nachtschuilplaats op te zoeken. Tijdens de nacht blijft er altijd een zwakke verlichting branden die later wellicht nog aan een maanritme kan worden aangepast omdat dit de voortplanting van veel zeedieren sterk reguleert.

Systeembeheersing

Een uiterst geavanceerd elektronisch gebouw-beheerssysteem is momenteel al deels gerealiseerd waarmee vanuit een centrale computer de ingewikkelde regelkasten kunnen worden aangestuurd die op hun beurt weer zorgen voor de afstelling van kleppen, pompen en andere regelbare elementen zoals bijv. verlichtingscycli, temperaturen, watersuppleties, enz.. In de aansturing van pompen zijn los hiervan frequentieregulatoren aangebracht waardoor pompen bij een te hoge opbrengst niet meer afslaan maar eenvoudig wat minder gaan leveren wat de levensduur van de pomp maar ook de continuïteit van het systeem ten goede komt.

Overal is gezocht naar de meest energiezuinige en waterbesparende ontwerpen met hoge mate van veiligheid voor mens en waterbewoner.

door drs. J. Wensing, Hoofdcurator