DD208600A1 - Vorrichtung zum belueften von gewaessern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung findet besonders beim grossraeumigen Sauerstoffeintrag in stehende natuerlich oder kuenstlich angelegte Gewaesser, wie z.B. Fischteiche Anwendung. Eine vorgegebene Sauerstoffmenge mit hoher Effizienz in das Gewaesser einzutragen ist dabei Ziel der Erfindung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Verwendung eines vertikalachsigen Oberflaechenbeluefters geeignete Mittel zu entwickeln, die eine grossraeumige Zirkulationsstroemung ermoeglichen und damit eine vorhandene starke Schichtung desGewaessers abbauen. Das wird dadurch erreicht, indem in der Abstroemzone des Belueftungskreisels im Bereich der maximalen Wurfweite Leichteinrichtungen in einem Winkel Alpha = 60 Grad bis 90 Grad zum Radius des erzeugten Belueftungsbereiches angeordnet ist.Die Laenge aller Leiteinrichtungen betraegt dabei mehr als 40 % des Umfanges des Belueftungsbereiches.

Description

dQ.Γ. ^rf indiing

Vorrichtung zum Belüften von Gewässern

AjTW_nB n_d u η C] s gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften von Gewässern«

Sie findet besondere Anwendung beim großräumigen Sauerstoffeintrag in stehende Gewässer, wie Fischteiche,

Cha ra kt e r i s t ik der b e k a η nt en t e ch η i s gh e η ,.Lo sun ge η

Zur Belüftung von Gewässern, insbesondere stehende natürli- ehe oder künstlich angelegte Seen_s in die eine große Menge Sauerstoff eingetragen werden muß,, wobei ungeschichtete Gewässer angestrebt warden_s ist der Einsatz von Belüftungskreiseln j die entweder auf festen Tragwerken wie Brücken oder auf Schwimmkörpern angeordnet sind, bereits bekannt» Die von den bekannten Belüftungskreiseln verursachte Radialströmung des Gewässers klingt sehr schnell ab, so daß trotz der hohen Leistungsfähigkeit der Belüftungskreisel ihr Wir» kungsgrad begrenzt ist₄ da sich die Flüssigkeit in der Zone um den Kreisel aufsättigt, wodurch ein hoher Triebkraftverlust eintritt.

D'er vom Belüftungskreisel umgewälzte Gewässerteil bleibt da« bei klein«

Zur Erzeugung großräumiger Umwälzströmungen werden deshalb zusätzlich Belüftungswalzen eingesetzt.

So ist aus dem DD*-WP 141511 ein Verfahren zum großräumigen Sauerstoffeintrag in stehende Flachgewässer_β insbesondere für

Karpfenteiche bekannt.

Hier erfolgt der Sauerstoffeintrag mittels kombinierter Anordnung von linearen Belüftern und mehreren Belüftungskreiseln, die von Schwimmkörpern getragen werden» Die Belüftungskreisel sollen den Hauptanteil am Sauerstoffeintrag erbringen und die linearen Belüfter den horizontalen Wassertransport gewährleisten. Zur Verhinderung von Kurzschlußströmungen und zur Schaffung einer Zwangsführung des Wasssrstromes bei größeren Gewässern sind Einbauten, wie Leitwände oder eine Insel vorgesehen. Nachteil bei dieser Lösung ist, daß zur Erzeugung eines großräumigen Sauer» Stoffeintrages und des Wassertransportes ein hoher Apparate- und Energieaufwand nötig sind, örtliche Umsetzungen sind durch den hohen Transport·» und Montageaufwand schwer möglich« Bekannt 1st ferner aus OS 2751845 die Anordnung eines auf einer Brücke gelagerten Belüftungskreisais in einer Anlage für die biologische Abwasseraufbereitung* In einem kreisförmigen Belebungsbecken von großem Grund«* rißradius befindet sich eine Brücke, die einen Belüftungekreisel trägt. Zwischen dem Belüftungskreisel und dem ß©la~ bungsbeckenmittelpunkt ist eine Leitwand mit verstellbaren, in die Flüssigkeit ragenden Leitflächen, die ebenfalls von der Brück© getragen wird zur Ausbildung eines Intensivbalüftungsbereiches angeordnet. So ist beispielsweise beschrieben, daß bei einem sehr großen Grundrißradius des Beckens diametral gegenüberliegend zwei Belüftungskreisel mit zugeordneten Leitwänden, um einen guten Wirkungsgrad der Belüftungskreisel zu schaffen, vorgesehen sind. So ist auch vorgesehen, den Belüftungskreisel auf einer Halbbrücke anzuordnen, die sich von einem Auflager im Belebungsbecken- mittelpunkt bis zum Beckenrand erstreckt und die Leitwand trägt.

Die Halbbrücke rotiert mit der Leitwand und dem Belüftungs~ kreisel um das Auflager. Damit wandert der so geschaffene Belüftungsbereich um den Belebungsbeckenmittelpunkt« Es bilden sich Zirkulationsströmungen, d.h, überlagerte Wirbel

/ 1 Π 1 *7

und Turbulenzen'um den Belebungsbackenmittelpunkt und das Auflager aus»

Diese Anordnung ist aber für natürliche oder künstlich angelegte Seen nicht anwendbar, da zur ausreichenden Umwälzung und Belüftung die Beckenwand einbezogen werden muß und nur Rotationsströmungen erzielt werden. Ebenso bieten andere bekannte Anordnungen von Oberflächenbelüftern mit zugeordneten Leitflächen auf natürliche oder künstlich angelegte Gewässer angewandt, keine befriedigen« de Lösungen» Ein schwimmender Oberflächenbelüfter ist z, B₉ in DE OS 1955709 beschrieben. Hierbei 1st das Belüftungsaggregat In einem Tragring gelagert, von welchem radiale Stützen ausgehen, an denen Schwimmkörper befestigt sind. Zur Gewährleistung der lotrechten Lage des Oberflächenbelüfters und zur Stabilisierung sind unter ihm

runde oder polygonale Tauchkörper angeordnet, die körperlich getrennt sind von den relativ klein ausgebildeten und verhältnismäßig weit von der Achse des öberflächenbelüfters angeordneten runden oder auch stromlinienförmigen Schwimmkörpern. In dem ...vom rxngfö.rmig-en; Tauchkörper umschlossenen freien Querschnitt, ij»h« in der Ansaugzons des Kreisels sind Leitflächen vorgesehen» Diese können radial verlaufend, ringförmig oder such spiralförmig ausgebildet sein und dienen aber nur dazu, die vom Oberflächenbelüfter, ; 25 d.h. von den Schaufeln des Belüftungskreisels lotrechte j Strömung im Ansaugbereich positiv zu beeinflussen. Eine

ι großräumige Zirkulationsströmung wird auch hierbei nicht

erreicht.

Ziel der ..Erfindung . : \"· .·· , .' ' '

Ziel der Erfindung ist es, in großen relativ flachen Gewässern bei geringem apparativen und energetischen Aufwand eine großräumige Zirkulationsströmung zu erreichen,, wobei eine vorgegebene Sauerstofftnenge mit hoher Effizienz eingetragen werden soll.

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Der Erf indu'ng- -liegt die Aufgabe':. zugrunde, eine Vor richtung zum Belüften von Gewässern zuι entwickeln,"-.wobei unter Verwendung eines vertikalachsigen Öberflächenbelüfters geeignete Mittal eine großräumige Zirkulationsströmung und damit den Abbau einer vorhandenen starken Schichtung eines natürlichen oder künstlich angelegten Gewässers be~ ' wirken sollen. . . '

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Abströmzone des Belüftungskreisels im Bereich der maxi~ malen Wurfweite, annähernd quer zur Strömungsrichtung Leiteinrichtungen in einem Winkel c£ ~ 60° bis 90° zum Radlus des erzeugten Belüftungsbereiches angeordnet sind«, Die Summe der Länge aller Leiteinrichtungen beträgt dabei mehr als 40 % des Umfanges des Belüftungsbereichea* Besonders zweckmäßig ist es« die Leiteinrichtungen als zylindrische Schwimmkörper mit kreisförmigem Querschnitt als Teil des den Belüftungskreisel aufnehmenden Tragwerkes, auszubilden» Dabei wirken die dem Belüftungskreisel zugewandten Flächen durch das sich dort anstauende und zur Seite abströmende Wasser als Leiteinrichtung. Die gleiche Wirkung kann aber auch durch beispielsweise runde bzw. kugelähnliche Schwimmkörper und an diesen befestigten, dem Belüftungskreisel zugewandten vertikal angeordneten Wänden erzielt werden* Die als Leiteinrichtung wirkenden Schwimmkörper tauchen ca„ zur Hälfte, d.h« bis in AchshÖha in das Gewässer, wobei die Leiteinrichtungen^ die als vertikal angeordnete Wände ausgebildet sind, mindestens 10 cm aus dem Wasser ragen und maximal in ein Drittel der Wasserhöhe tauchen«

In den öffnungen des nicht von Leiteinrichtungen umschlossenen Umfanges des Belüftungsbereiches entstehen oberflächen«

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nahe ebene Freistrahlen endlicher Breite mit großer Reichweite*

Die Erfindung sieht vor, alle Leiteinrichtungen im rech», ten Winkel zum Radius des Belüf tungsbereiches, d.h. mit ihrer Längsseite tangential anzuordnen.

Dabei können die Leiteinrichtungen,, vorzugsweise drei, gleichmäßig um den Umfang das Belüftungsbereiches verteilt sein* Es können aber auch nur zwei Leiteinrichtungen, die diametral gegenüberliegen, vorhanden sein«, Zwischen den Leiteinrichtungen verbleiben dabei mehrere, also mindestens zwei öffnungen zur Abströmung der vorstehend beschriebenen Freistrahlen. Es ist aber auch möglich, vorzugsweise drei als Schwimmkörper ausgebildete Leiteinrich» tungen derart um den Belüftungsbereich anzuordnen, daß eine Leiteinrichtung einen rechten Winkel und zwei Leiteinrichtungen einen Winkel der Beziehung 60⁰^ oL < 90 mit dem Radius des Belüftungsbereiches bilden. Zwischen der rechtwinklig angeordneten Leiteinrichtung und je einer kleiner 90° angeordneten Leiteinrichtung befindet sich zusätzlich eine, als vertikale Wand ausgebildete Leiteinrichtung .

Dabei verbleibt nur eine öffnung zur Abströmung des Freistrahles.

Zur Verbesserung der Wirkung dieses Freistrahles kann auf dem Gewässerboden auf der Seite des Freistrahles ein Bodenwall errichtet werden. Der Bodenwall ist mehr als ein Drittel der Wasserhöhe hoch

Die vom Belüftungskreisel geförderte sauerstoffreiche Flüssigkeitsströmung wird dabei in radial-linearer Richtung über den Bodenwall in den äußeren Gewässerteil geführt. Der zur Belüftung des Gewässers vorgesehene Belüftungskreisel ist in seiner Wirkungsweise und seinem Aufbau im DD WP 149657 beschrieben.

Der Kreisel saugt in bekannter Waise Flüssigkeit an, beschleunigt sie und schleudert sie annähernd radial aus

den Belüfterradschaufeln»

Die geförderte Flüssigkeit staut sich vor den Leiteinrichtungen an, wird dort zur Seite gelenkt und bildet gemeinsam mit der in die zwischen den Leiteinrichtungen bestehenden Öffnungen geförderten Flüssigkeit einen Freistrahl* Diese Freistrahlen besitzen eine große Reichweite, die den Wirkungsbereich des Belüftungskreisels bedeutend vergrößert. Die Rückströmung zum Belüftungskreisel erfolgt annähernd rotationssymmetrisch.

Bei Anordnung eines Bodenwalles an der Freistrahlseite erfolgt die Zuströmung aus der vom Bodenwall freien Umgebung. Damit ist es möglich in Gewässern„ die die Form eines Ringkanals aufweisen bzw. in Gewässern, die ζ. Β_β mittig eine Leitwand oder Insel besitzen, eine Zirkulationsströmung zu erzeugen, de nach Größe des Gewässers können ein. oder mehrere Vorrichtungen angeordnet werden.

Mit der Erfindung ist es möglich, eine vorhandene starke Schichtung bis zu 6 m Tiefe und mehr in wenigen Tagen abzubauen. Im Verhältnis zurLeistungsaufnahme können sehr große Umwälzmengen geliefert werden, was als Hauptvorteil der Erfindung anzusehen ist»

Die Erfindung läßt sich nicht nur als schwimmende Anordnung verwenden sondern ist auch in Verbindung mit einem festen Tragwerk einsetzbar.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand eines schwimmenden Oberflächenbelüfters näher erläutert werden»

, In der zugehörigen Zeichnung zeigen;..

Fig. 1: eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Belüften von Gewässern in der Draufsicht

Fig. 2: eine weitere echematische Darstellung der Vorrichtung mit veränderter Leiteinrichtungsanordnung in der Draufsicht

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3: eine schematische Darstellung der Vorrichtung unter Verwendung eines Bodenwalls im Schnitt

Die in Fig. l und Fig«, 2 dargestellte Vorrichtung zum Belüften von Gewässern besteht aus einem Belüftungskreisel 1 mit einem Durchmesser d = 3 m und einer Umdrehung von — 1

37 min . Dieser Belüftungskreisel i ist als vertikalachsiger Oberflächenbelüfter ausgebildet und auf einer Plattform 2 befestigt

Diese Plattform 2 ist Bestandteil einer von drei, als Schwimmkörper ausgebildeten Leiteinrichtung <3 gehaltenen und stabilisierten Tragkonstruktion, Die Leitsinrichtungen 3 bestehen aus geschlossenen Zylindern mit kreisförmigem Querschnitt vom Durchmesser d = 2 m und weisen eine Länge von ca. 6 m auf. Sie tauchen bis ca. zur Hälfte in das zu belüftende Wasser ein und sind in einem Winkel von 120° zueinander über Ausleger 4 mit der Plattform 2 verbunden, An jeweils einem Ausleger 4 ist eine Leiteinrichtung 3 an der Mantelfläche befestigt.

In Fig, 1 ist dargestellt, daß alle Leiteinrichtungen 3 als Schwimmkörper ausgebildet, im Winkel e^= 90° angeordnet sind.

Die Summe der Länge aller Leiteinrichtungen 3 beträgt mehr als 40 % des Umfanges des Belüftungsbereiches 5. Die durch die Wirkung des Belüftungskreisels 1 hervorgerufenen radialen Strömungen stauen sich an den Leiteinrichtungen 3 an und strömen zur Seite ab, so daß drei Freistrahlen linear nach außen zwischen die durch die Leiteinrichtungen 3 gebildeten öffnungen 6 strömen. Eine weitere Möglichkeit der Ausführung (ohne Zeichnung) besteht auch darin, nur zwei Leiteinrichtungen 3 diametral gegenüberliegend, im rechten Winkel zum Radius des Belüftungsbereiches 5 anzuordnen. Das ist besondere sinnvoll bei der Belüftung sehr großer Gewässer» Zweckmäßigerweise ordnet man mehrere Vorrichtungen dieser Bauart hintereinander, so daß sich die Wirkung der Freistrahlen erhöht.

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Fig, 2 zeigt eine veränderte Anordnung der Leiteinrichtungen 3, Dazu sind die Bauteile, wie in Fig. 1 dargestellt verwendet« Zwei als Leiteinrichtung 3 ausgebildete Schwimmkörper sind in einem Winkel oL <C 90° mit dem Ausleger 4 verbunden» Eine dritte Leiteinrichtung 3 ist im rechten Winkel am Ausleger 4 befestigt. Zwischen den beiden in einem Winkel von ^C ^- 90° angeordneten und der rechtwinklig angeordneten Leiteinrichtung befindet sich zusätzlich eine als vertikale Wand ausgebildete Leiteinrichtung 8. Damit sind mehr als 40 % des Umfanges des Belüftungsbereiches abgedeckt und es besteht nur noch eine öffnung 6, die genügend groß ist, um das Abströmen eines Freistrahles zu ermöglichen. Dadurch wird mit Sauerstoff angereichertes Wasser an die äußeren Gewässerzonen gedruckt.

Die öffnung 6 und damit die Richtung des Freistrahles kann bei Bedarf durch Verändern der Länge der vorhandenen Seile 7_e die z. B, die schwimmende Belüftungsvorrichtung vor ungewollter Verdrehung sichern, geändert werden.

Die als vertikale Wand ausgebildete Leiteinrichtung 8 besteht aus einer rechteckigen Platte. Dazu können die gleichen Platten verwendet werden_ä die beim Einsatz von kugelähnlichen Schwimmkörpern als Leiteinrichtung dienen, oder in Verbindung mit festen Tragwerken angeordnet werden.

Eine weitere Ausführungsmögiichkeit zur Verbesserung der Umwälzung des Gewässers zeigt Fig« 3, die in Verbindung mit der in Fig. 2 dargestellten Variante bevorzugt angewendet werden kann. Hier ist zusätzlich ein Bodenwall 9 auf dem Gewässergrund 10 errichtete Seine Höhe beträgt mindestens ein Drittel der vorhandenen Wasserhöhe. Seine Länge richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten, zum Beispiel der Kanalbreite, Er ist zweckmäßig unter der freien öffnung 6 zwischen den einander zustrebenden Leiteinrichtungen 3 errichtet.

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Mit der beschriebenen Vorrichtung ist eine vollständige Umwälzung des Gewässers möglich«,

Auf einem See mit einer Oberfläche von ca. 200 000 m und einem Inhalt von 800 000 m können sehr gute Ergebniase erzielt werden.

Es ist dazu ein Belüftungskreisel 1 außermittig bei ca.

1 /6 der Seelänge im See eingesetzt«

Der Kreisel benötigt im vollabgetauchten Zustand eine Leistung P = 80 kW. Bei der in Fig. ι dargestellten Anordnung bilden sich drei gebündelte Freistrahlen aus, die sekundär große Flüssigkeitsmengen ansaugen und noch in einer Entfernung von ca. 400 m vom Belüftungskreisel 1 deutlich wahrnehmbar sind

Diese Anordnung ergibt eine Umwälzmeng©, gemessen auf ei«* nen Radius von 16 m, 85 000 m /h.

Die rechnerische Fördermenge des Belüftungskreisels beträgt bei 80 kW Leistungsaufnahme 14 000 m³/n. Ein Belüftungskreisel aus dem Stand der Technik ohne Leiteinrichtungen bringt mit einem Kreisel vorn Durchmesser

2Od= 3,15 m eine Leistungsaufnahme P » 110 kW, eine Fördermenge von 20 000 - 22 000 m /h und eine Zirkulationsmenge von nur 29 000 m /h.

Während also die Fördermenge des bekannten Kreisels zur Erfindung im Verhältnis der Leistungsaufnahme ansteigt, liefert die erfindungsgemäße Lösung trotz geringer Leistungsaufnahme eine dreifache Umwälzmenge« Noch in mehr als 6 m Tiefe des Gewässers können vorhandene Schichtungen durchbrochen werden und in wenigen Tagen somit die anaerobe Schicht voll mit Sauerstoff gesättigt werden.

Claims (7)

I / / .. ίο äE£faind£nuQ£ajiS£rj£cjTi

1* Vorrichtung zum Belüften von Gewässern, insbesondere stehender Gewässer, bestehend aus einem vertikalachsigen Belüftungskreisel, der auf einem Tragwerk befestigt ist, gekennzeichnet dadurch, daß in der Abstromzone des Belüftungskreisels (1) im Bereich der maximalen Wurfweite, Leiteinrichtungen (3) in einem Winkel caL = 60 bis 90 zum Radius des Belüftungsbereiches (5) angeordnet sind und die Summe der Länge aller Leiteinrichtungen (3) mehr als 40 % des Umfanges des Belüftungsbereiches (5) beträgt.

2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leiteinrichtungen (3) als zylindrische Schwimmkörper mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind.

3* Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch _$ daß die Leiteinrichtungen als vertikal angeordnete Leitwände (B) ausgebildet sind«,

4. Vorrichtung nach Punkt 1 und 3„ gekennzeichnet dadurch, daß die Leiteinrichtungen (8) mindestens 10 cm aus dem Wasser ragen und maximal in ein Drittel der Wasserhöhe tauchen,

5. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß alle Leiteinrichtungen (3) im rechten Winkel zum Radius des Belüftungsbereiches (5) angeordnet sind,

6. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß drei_e als Schwimmkörper ausgebildete Leiteinrichtungen (3) derart um den Belüftungsbereich (5) angeordnet sind, daß eine Leiteinrichtung (3) einen rechten Winkel und zwei Leiteinrichtungen (3) einen Winkel der Beziehung 60°<^. <*· έ. go⁰ mit dem Radius R des Belüftungsbereiches bilden und zwischen der rechtwinklig angeordneten Leiteinrichtung (3) und je einer im Winkel von oi < 90° angeordneten Leiteinrichtung (3) eine_e als vertikale Wand

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ausgebildete Leiteinrichtung (8) vorhanden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet da« durch_ä daß ein Bodenwall (9) unter der durch die Leiteinrichtungen (3) gebildeten freien öffnung (6) auf dem Gewäasergrund vorhanden ist.

Hierzu 3 Seiten Zeichnung