Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Seen, wobei mit einer Vorrichtung ein Wasserstrom erzeugt wird.
Der Zustand von vielen natürlichen Seen ist bekanntlich infolge Verschmutzung und Sauerstoffmangel trotz beträchtlichen Aufwendungen immer noch unbefriedigend.
Zur Sanierung von natürlichen Seen ist eine Vorrichtung der Firma Locher bekannt, mit welcher mittels einer Pumpe Bodenwasser nach oben zur Seeoberfläche gefördert wird. Dieses nach oben geförderte Bodenwasser wird mit einem Luftinjektionssystem mit Luftblasen angereichert und wieder nach unten und schliesslich horizontal in tiefere Schichten eingeleitet. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass der Energieverbrauch für den Betrieb vergleichsweise hoch ist, da Luft gegen den Wasserdruck eingeleitet werden muss.
Durch die US 4 392 954 ist eine Vorrichtung zum Belüften von Abwasser bekannt geworden. Diese weist einen in den Erdboden eingebauten Tank auf, in dem mittels einer Pumpe und Röhren ein nach unten gerichteter Wasserstrom erzeugt wird. Zur Sanierung von natürlichen Seen ist diese Vorrichtung nicht geeignet.
Die EP 0 381 635 A offenbart eine in einen Wasserkessel zu versenkende Mischvorrichtung, die einen von einem Motor angetriebenen Propeller aufweist. Die Mischvorrichtung ist an einer vertikalen Stange höhenverstellbar gelagert und erzeugt eine horizon tale Wasserströmung, mit der Schlammteile im Wasser verteilt werden sollen. Eine Sanierung von natürlichen Seen ist mit dieser Mischvorrichtung nicht vorgesehen.
Die fünf Schlüsselkriterien für einen gesunden See an seiner tiefsten Stelle, ganzjährig einzuhalten, sind:
1. ein Sauerstoffgehalt grösser als 6 mgr/l
2. ein Phosphorgehalt kleiner als etwa 20 mgr/m<3>
3. ein oxisches Sediment
4. eine grossräumige Bewegung
5. eine funktionierende Nahrungskette.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, mit der innerhalb vertretbarer Frist und kostengünstig natürliche Seen in einen gesunden Zustand übergeführt werden können. Die Aufgabe ist mit einem Verfahren gemäss Anspruch 1 gelöst.
Für das erfindungsgemässe Verfahren ist es wesentlich, dass mit dem erzeugten Wasserstrom der ganze zu sanierende See oder zumindest eine Bucht erfasst wird und dass dieser Wasserstrom an die jahreszeitlichen Begebenheiten angepasst wird. Mit diesem Verfahren können auch stark verschmutzte Seen, bei denen die Nahrungskette beispielsweise nur noch zwischen 0-15 Meter Tiefe intakt ist, und dessen Hypolinium-Sediment nicht mehr ganzjährig oxisch ist, von oben nach unten und somit mit zunehmender Dichte saniert werden. Eine den ganzen See oder eine Bucht erfassende Strömung kann mit einem vergleichsweise langsam laufenden Propeller erzeugt werden. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können die oben genannten Schlüsselkriterien mit einer Behandlungsdauer von vergleichsweise wenigen Jahren erreicht werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen vertikalen Teilschnitt durch einen zu sanierenden See mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstroms,
Fig. 2 schematisch einen Schnitt gemäss Fig. 1, jedoch mit einer anderen Ausrichtung des Wasserstroms,
Fig. 3 schematisch einen Schnitt gemäss Fig. 1, jedoch mit einer weiteren Anordnung und Ausrichtung der Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstroms,
Fig. 4 schematisch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstroms,
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen natürlichen See während der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, und
Fig. 6 einen Schnitt durch einen natürlichen See während der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einen Teilbereich eines natürlichen Sees 7, beispielsweise des Zugersees, mit einem Uferbereich 10 und dem Wasser 9 mit der Wasseroberfläche 8. Mit A ist das Epilinium und mit B das Hypolinium angedeutet. Die etwa horizontale Übergangsebene zwischen den beiden Bereichen A und B ist mit der gestrichelten Trennebene 11 angegeben. In einer Tiefe T ist eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung eines kegelförmigen Wasserstroms 12 bzw. 13 angeordnet. Diese Vorrichtung 1 ist beispielsweise mittels eines Trägers 20 an einem Schiff 19 so befestigt, dass die gewählte Position gehalten wird, aber bei Bedarf verstellbar ist. Die Tiefe T ist somit verstellbar. Verstellbar ist zudem die Ausrichtung der Propellerachse.
Die Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Propeller 3, der von einem Elektromotor 2 angetrieben ist. Die Versorgung des Elektromotors 2 erfolgt über ein Elektrokabel 21, das im Wasser zum Ufer führt. Geeignete Elektromotoren, die unter Wasser betrieben werden können, sind bekannt. Der Propeller 3 weist einen vergleichsweise grossen Durchmesser von beispielsweise 2 bis 3 Meter auf und wird mit einer vergleichsweise kleinen Drehzahl von beispielsweise 25 bis 35 Umdrehungen pro Minute angetrieben.
Bei der Ausrichtung des Propellers 3 gemäss Fig. 1 wird der Wasserstrom 12 erzeugt, der wie ersichtlich etwa kegelförmig ist und eine oberste Mantellinie 12a aufweist, die im Wesentlichen horizontal verläuft. Die unterste Mantellinie 12b und die Mittellinie 22 sind somit nach unten gerichtet. Das Wasser wird bereichsweise horizontal und bereichsweise gemäss Pfeil 15 geneigt nach unten bewegt. Die Tiefe T liegt im Bereich von 15 bis 30 Metern und ist im Wesentlichen so eingestellt, dass sich die Mantellinie 12a etwa auf der Höhe der Trennebene 11 oder etwas darunter befindet. Diese Anordnung ist für den Sommer vorgesehen. Durch den nach unten gerichteten Wasserstrom 12 wird erreicht, dass das Epilinium A nicht gestört, jedoch untere Wasserschichten und insbesondere sauerstoffarmes Wasser an den tiefen Stellen des Sees 7 bewegt und mit sauerstoffreichem Wasser versorgt werden.
Im Epilinium A wird eine walzenförmige Umwälzung gemäss den Pfeilen 24 induziert. Die Tiefe T ist vorzugsweise grösser als die Tiefe des Epiliniums A.
Die Anordnung gemäss Fig. 2 ist für den Winter vorgesehen. Durch den in Richtung des Pfeils 16 nach oben gerichteten Wasserstrom 13 wird vorwiegend kaltes Wasser des Epiliniums bewegt. Die Tiefe T liegt vorzugsweise im Bereich von 3 bis 30 Metern. Der Wasserstrom 13 ist wie ersichtlich so ausgerichtet, dass eine unterste Mantellinie 13a etwa horizontal verläuft. Eine oberste Mantellinie 13b sowie die Mittellinie 23 des Wasserstroms 13 sind geneigt zur Horizontalen nach oben gerichtet. Die Tiefe T und die Ausrichtung des Propellers 3 werden somit zur Anpassung an die jahreszeitlichen Bege benheiten verändert. Das Epilinium A min ist im Winter verglichen mit dem Sommer teilweise oder sogar ganz aufgelöst.
Sowohl der Wasserstrom 12 als auch der Wasserstrom 13 sind vorzugsweise so gegen das Ufer 10 gerichtet, dass dieses tangential angeströmt wird. Topografische lokale Begebenheiten, wie beispielsweise in den See fliessende kalte Bäche, werden zur Erzeugung optimaler Strömungsbedingungen berücksichtigt.
Bei der Ausführung gemäss den Fig. 3 und 4 ist die Vorrichtung 1 in der Nähe des Seebodens 17 an einem Gestell 4 befestigt, das an Verankerungen 6 angebracht und mit Spannseilen 5 stabilisiert ist. Denkbar wäre auch die Befestigung an einem abgespannten Schwimmkörper. Der Abstand L der Vorrichtung 1 zum Seeboden 17 ist verstellbar und insbesondere kann sie angehoben werden. Die angehobene Vorrichtung 1 min ist mit gestrichelter Linie angedeutet. Die Höhenverstellung wird beispielsweise mittels einer hier lediglich angedeuteten Teleskopstange 23 ermöglicht. Der Propeller erzeugt einen kegelförmigen Wasserstrom 14, der im Wesentlichen vertikal nach oben gerichtet ist und die mit Pfeilen angedeutet Strömung erzeugt. Zur Anpassung an die jahreszeitlichen Gegebenheiten wird der Propeller 3 in der Höhe verstellt.
Alternativ kann der Propeller 3 mit unterschiedlicher Energie betrieben werden. Im Sommer wird der Wasserstrom 14 so ausgelegt, dass das Epilinium A nicht gestört wird. Im Winter wird hingegen auch das Epilinium A bewegt und insbesondere wird Wasser bis in den in Fig. 3 gezeigten Oberflächenbereich 14a bewegt. Wesentlich ist auch hier, dass das Wasser 9 grossräumig bewegt wird und somit der ganze See 7 oder zumindest eine Bucht bewegt wird.
Die Fig. 5 zeigt deutlich das tangentiale Anströmen eines Ufers 10 durch entsprechende Ausrichtung der Vorrichtung 1. Die Fig. 6 veranschaulicht die Bewegung des Seewassers im Epilinium A und im Hypolinium B während einer Behandlung. Wie ersichtlich, wird durch die Bewegung im Hypolinium B auch tiefes Seewasser erfasst, sodass auch ein Sediment 18 regeneriert wird. Wie oben erläutert, wird im Winter überwiegend das kalte Oberflächenwasser bewegt. Im Sommer wird die Vorrichtung 1 so ausgerichtet, dass primär die tieferen Wasserschichten des Hypoliniums B bewegt werden, und sekundär die oben erwähnte Epilinium-Walze mitbewegt wird. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird anoxisches Sediment in oxisches Sediment umgewandelt, indem sich Leben entwickeln kann. Ein oxisches Sediment ist die Basis der Nahrungskette.
The invention relates to a method for the remediation of lakes, wherein a water flow is generated with a device.
As is well known, the condition of many natural lakes is still unsatisfactory due to pollution and lack of oxygen despite considerable expenditure.
A device from Locher is known for the remediation of natural lakes, with which soil water is conveyed upwards to the lake surface by means of a pump. This soil water, which is pumped upwards, is enriched with air bubbles by an air injection system and then discharged downwards and finally horizontally into deeper layers. This device has the disadvantage that the energy consumption for operation is comparatively high, since air has to be introduced against the water pressure.
A device for aerating waste water has become known from US Pat. No. 4,392,954. This has a tank built into the ground, in which a water flow directed downwards is generated by means of a pump and pipes. This device is not suitable for the restoration of natural lakes.
EP 0 381 635 A discloses a mixing device to be sunk into a water boiler, which has a propeller driven by a motor. The mixing device is vertically adjustable on a vertical rod and generates a horizontal water flow with which sludge parts are to be distributed in the water. A remediation of natural lakes is not planned with this mixing device.
The five key criteria for a healthy lake at its lowest point to be observed all year round are:
1. an oxygen content greater than 6 μ / l
2. a phosphorus content of less than about 20 μm / m 3
3. an oxic sediment
4. a large-scale movement
5. a functioning food chain.
The invention is based on the object of creating a method of the type mentioned, with which natural lakes can be converted into a healthy state within a reasonable period of time and at low cost. The object is achieved with a method according to claim 1.
It is essential for the method according to the invention that the entire lake or at least one bay to be rehabilitated is recorded with the generated water flow and that this water flow is adapted to the seasonal conditions. With this method, even heavily polluted lakes, where the food chain is only intact between 0-15 meters deep and whose hypolinium sediment is no longer toxic all year round, can be rehabilitated from top to bottom and thus with increasing density. A current covering the entire lake or a bay can be generated with a comparatively slow-running propeller. With the method according to the invention, the above-mentioned key criteria can be achieved with a treatment duration of a comparatively few years.
The method according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 schematically shows a vertical partial section through a lake to be renovated with a device for generating a water flow,
2 schematically shows a section according to FIG. 1, but with a different orientation of the water flow,
3 schematically shows a section according to FIG. 1, but with a further arrangement and orientation of the device for generating a water flow,
4 schematically shows the device for generating a water flow,
5 is a top view of a natural lake during the implementation of the method according to the invention, and
6 shows a section through a natural lake while the method according to the invention is being carried out.
1 and 2 schematically show a partial area of a natural lake 7, for example Lake Zug, with a bank area 10 and the water 9 with the water surface 8. The epilinium is indicated by A and the hypolinium by B. The approximately horizontal transition level between the two areas A and B is indicated by the broken line 11. A device 1 for generating a conical water flow 12 or 13 is arranged at a depth T. This device 1 is fastened, for example, to a ship 19 by means of a carrier 20 in such a way that the selected position is held but can be adjusted if necessary. The depth T is therefore adjustable. The orientation of the propeller axis is also adjustable.
The device 1 essentially consists of a propeller 3 which is driven by an electric motor 2. The electric motor 2 is supplied via an electric cable 21 which leads to the shore in the water. Suitable electric motors that can be operated under water are known. The propeller 3 has a comparatively large diameter of, for example, 2 to 3 meters and is driven at a comparatively low speed of, for example, 25 to 35 revolutions per minute.
1, the water flow 12 is generated which, as can be seen, is approximately conical and has an uppermost surface line 12a which runs essentially horizontally. The lowest surface line 12b and the center line 22 are thus directed downwards. The water is moved horizontally in some areas and inclined in areas according to arrow 15 downwards. The depth T is in the range from 15 to 30 meters and is essentially set such that the surface line 12a is approximately at the level of the parting plane 11 or somewhat below. This arrangement is intended for summer. The downward-directed water flow 12 ensures that the epilinium A is not disturbed, but that the lower water layers and in particular oxygen-poor water are moved at the deep points of the lake 7 and are supplied with oxygen-rich water.
A roller-shaped circulation is induced in epilinium A according to arrows 24. The depth T is preferably greater than the depth of the epilinium A.
The arrangement according to FIG. 2 is intended for winter. The water flow 13 directed upward in the direction of the arrow 16 predominantly moves cold water of the epilinium. The depth T is preferably in the range of 3 to 30 meters. As can be seen, the water flow 13 is oriented such that a lowermost surface line 13a runs approximately horizontally. An uppermost surface line 13b and the center line 23 of the water flow 13 are inclined upwards to the horizontal. The depth T and the orientation of the propeller 3 are thus changed to adapt to the seasonal events. The epilinium A min is partially or even completely dissolved in winter compared to summer.
Both the water flow 12 and the water flow 13 are preferably directed towards the bank 10 in such a way that the flow flows tangentially. Topographical local conditions, such as cold streams flowing into the lake, are taken into account to create optimal flow conditions.
In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the device 1 is fastened in the vicinity of the seabed 17 on a frame 4 which is attached to anchors 6 and is stabilized with tensioning cables 5. It would also be conceivable to attach it to a guyed float. The distance L of the device 1 from the sea floor 17 is adjustable and in particular it can be raised. The raised device 1 min is indicated with a dashed line. The height adjustment is made possible, for example, by means of a telescopic rod 23, which is only indicated here. The propeller generates a conical water flow 14 which is directed essentially vertically upwards and which generates flow, indicated by arrows. The height of the propeller 3 is adjusted to adapt to the seasonal conditions.
Alternatively, the propeller 3 can be operated with different energy. In summer, the water flow 14 is designed so that the epilinium A is not disturbed. In winter, on the other hand, epilinium A is also moved, and in particular water is moved up to surface area 14a shown in FIG. 3. It is also important here that the water 9 is moved over a large area and thus the entire lake 7 or at least one bay is moved.
FIG. 5 clearly shows the tangential flow against a bank 10 by appropriate alignment of the device 1. FIG. 6 illustrates the movement of the sea water in the epilinium A and in the hypolinium B during a treatment. As can be seen, deep sea water is also detected by the movement in hypolinium B, so that sediment 18 is also regenerated. As explained above, the cold surface water is mainly moved in winter. In the summer, the device 1 is oriented so that primarily the deeper water layers of the hypolinium B are moved, and secondarily the epilinium roller mentioned above is also moved. With the method according to the invention, anoxic sediment is converted into oxic sediment, in which life can develop. An oxic sediment is the basis of the food chain.