Funktionsweise

Ein Luftheber, auch Luftheberpumpe oder Mammutpumpe, ist eine Vorrichtung zum vertikalen Fördern von Flüssigkeiten, ohne dass dabei bewegliche Teile den Flüssigkeitsstrom antreiben. Im einfachsten Fall besteht ein Luftheber aus einem aufrecht im Wasser stehenden Rohr, in dessen unteres Ende eine Druckluftleitung mündet. Ist die Luftpumpe, die die Luftleitung mit Druckluft versorgt, ausgeschaltet, gleicht sich der Wasserstand dem Niveau des umgebenden Wassers an (Bild, links). Sobald die Luftpumpe Luft in das Rohr fördert, befindet sich ein Gemisch aus Wasser und Luft in dem Rohr. Dieses Gemisch weist eine geringere Dichte auf als das umgebende Wasser, sodass die Fluidsäule im Rohr Auftrieb bekommt. Ist der Auslass des Steigrohrs unterhalb des Endes der Fluidsäule, entsteht ein stetiger Wasserfluss (Bild, rechts). Die Luftblasen haben durch ihren Auftrieb eine höhere Geschwindigkeit als das Wasser. Da das Ziel ist, die Luftblasen möglichst lange im Gemisch zu halten, um die Gesamtdichte des Gemischs zu reduzieren, werden möglichst kleine Luftblasen erzeugt. Diese haben im Verhältnis zum Volumen eine größere Reiboberfläche und somit eine geringere Auftriebsgeschwindigkeit.

Der Vorteil dieser Pumpentechnik für die Aquaponik ist, dass auch größere Feststoffe das Rohr ungehindert durchlaufen können. Dadurch können Lebewesen unbeschadet und stark verschmutztes Wasser gefördert werden. Zudem gelten Luftheber aufgrund des einfachen Aufbaus als robust und langlebig. Des Weiteren führt keine Stromleitung ins Wasser. Der Nachteil besteht aus der geringen maximalen Förderhöhe, wodurch Luftheber aktuell kaum Anwendung in der Aquaponik finden. 

Modifikation

Die Grundidee, um eine größere Förderhöhe zu erreichen, besteht darin, die Relativbewegung zwischen Luftblasen und Wasser innerhalb der Fluidsäule zu verhindern. Dazu werden Luftblasen erzeugt, die den gesamten Rohrquerschnitt des Lufthebers abdecken, sodass eine Trennung von Wasser- und Luftabschnitten vorliegt (s. Bild links).

Die Ergebnisse einer von uns durchgeführten Parametervariation zeigen, dass durch eine gleichzeitige Vergrößerung der Luftblasen und Reduzierung des Schlauchdurchmessers die Förderhöhe im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufbau signifikant gesteigert werden kann (s. Diagramm). Die erreichbare Förderhöhe steigt mit abnehmendem Schlauchdurchmesser. Je geringer die angestrebte Förderhöhe ist, desto größer wird der Durchmesser für die optimale Förderleistung. Praxistests haben gezeigt, dass die Lufthebertechnik so in der Aquaponik genutzt werden kann.