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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Sanieren eines im Wesentlichen stehenden Gewässers mit Fäulnisprozessen in einem Bodenschlamm
und üblicherweise
trüben
und übel
riechenden Oberflächenwasser.
Die Erfindung betrifft außerdem
die Verwendung einer besonderen Mischung zum Sanieren der vorstehenden Gewässer.
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Seit
längerer
Zeit gibt es große
Probleme in Seen und Teichen, da über Jahrzehnte Blätter und Äste in diese
Gewässer
fallen und so den Gewässerboden
mit organischem Material anreichern, das oft noch hoch mit Schwermetallen
belastet ist. Dies erfolgt dadurch, dass die Bäume aus der Umgebung Schwermetalle
in ihren Blättern
aufnehmen, so dass diese Einlagerungen dann beim Laubfall zur kontinuierlichen
Erhöhung
der Schwermetallkonzentration im Schlamm der Gewässer führen. Diese so eingetragenen
Schwermetallmengen können
oft das Zehnfache der zulässigen
Höchstwerte übersteigen.
Wird ein solches Gewässer
konventionell ausgebaggert, ist der Schlamm als Sondermüll zu behandeln
und auch als solcher zu entsorgen. Dies verursacht erhebliche Kosten
für den
Gewässerbesitzer.
Unter im Wesentlichen stehende Gewässern werden Seen und Teiche
verstanden, die auch einen Zulauf und Ablauf mit geringer Strömung aufweisen
können.
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Eine
weitere Quelle des Eintrags von organischen Bestandteilen ist die
Fütterung
von Enten, Gänsen,
Schwänen
und dergleichen. Auch die Wasserzufuhr von belasteten Gewässern wie
Bächen, Flüssen sowie
Oberflächenwasser
von landwirtschaftlich genutzten Flächen führt unter ganz bestimmten Bedingungen
zur Nährstoffanreicherung, insbesondere
von Phosphat. In erster Linie ist jedoch der Eintrag von organischen
Bestandteilen über Jahrzehnte
das Hauptproblem von stehenden Gewässern wie Seen oder Teichen.
Die organische Substanz setzt sich am Boden der Gewässer ab
und geht durch Sauerstoffmangel in Fäulnisprozesse über. Die Fäulnisprozesse
bringen das biologische und mikrobiologische Gleichgewicht so erheblich
durcheinander, dass die Wasserqualität extrem darunter leidet. Die
Ausscheidungsprodukte von Fäulnisbakterien, insbesondere
Ammoniak sowie Bor- und Schwefelwasserstoffe setzen Toxine frei
und vergiften regelrecht schleichend solche Gewässer. Dies zeigt sich in der
Regel durch besonders trübes
und übel
riechendes Wasser. Entscheidend für eine Verbesserung der Wasserqualität ist somit
ein kontinuierlicher Abbau der organischen Substanz sowie eine stabile
Mikroflora im Wasser und im Schlamm, damit es erst gar nicht zu
Fäulnisprozessen
kommen kann.
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So
ist es beispielsweise bekannt, die Wasserqualität durch die Einbringung von
Sauerstoff oder durch mit Sauerstoff informiertes Quarzmehl zu verbessern
(Systeme nach Roland Plocher). Eine weitere Möglichkeit ist das Einbringen
von effektiven Mikroorganismen zusammen mit sogenannten Dangos, die
aus Sand, Weizenkleie, Urgesteinsmehl und einem mit effektiven Mikroorganismen
versehenen Keramikpulver bestehen.
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Diese
sogenannten effektiven Mikroorganismen (EM) wurden 1982 von dem
japanischen Professor Teruo Higa entdeckt. Hierbei handelt es sich
um eine Mischung von Mikroorganismen, die aus einer Kombination
verschiedener Typen von Mikroorganismen bestehen, die sich als wirkungsvoller
erweisen als der Einsatz der jeweiligen einzelnen Mikroorganismen.
In den meisten Fällen
bekämpfen
sich die unterschiedlichen Gruppen von Mikroorganismen untereinander.
Professor Higa fand eher zufällig
aus zweitausend Arten eine Zusammensetzung von verschiedenen Mikroorganismen,
die in der Lage sind, die Natur wieder in ihr Gleichgewicht zu bringen.
Er entwickelte ein Produkt, das unter der Marke EM-1 vertrieben
wird. Bei diesen effektiven Mikroorganismen handelt es sich um eine
Mischkultur aus verschiedenen nützlichen,
natürlich
vorkommenden Mikroben. Die Wirkungsweise der effektiven Mikroorganismen
ist allgemein bekannt und vielfältig
dokumentiert.
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Bei
dem zur Sanierung von Seen und Teichen eingesetzten, aus effektiven
Mikroorganismen bestehenden Produkt handelt es sich um ein Produkt, das
durch die Vermehrung der in dem Ausgangsprodukt vorhandenen Mikroorganismen
durch Fermentation bei einer Temperatur von 30–35°C erhalten wird. Dieses Produkt
ist, soweit es auf die effektiven Mikroorganismen von Prof. Higa
zurück
geht, unter dem Markennamen EM-A bekannt. Mittlerweile gibt es auch
noch andere Anbieter von sogenannten effektiven Mikroorganismen,
die von sich behaupten, ähnlich
wirkungsvolle Produkte vorweisen zu können.
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Alle
bisher bekannten Verfahren zur Sanierung von stehenden Gewässern haben
teilweise Wirkung gezeigt, in anderen Situationen nichts gebracht. Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine weitere
Möglichkeit
vorzuschlagen, mit der erfolgreich derartige stehende Gewässer saniert
werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen der nebengeordneten
Ansprüche
sowie durch eine Verwendung gemäß dem nebengeordneten
Verwendungsanspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen rückbezogenen
Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Gemäß dem Verfahren
wird die Oberfläche einer
Tonmaterialmischung durch Feuchtigkeit vergrößert und auf dieser Oberfläche Mikroorganismen angesiedelt
und die mit Mikroorganismen angereicherte Tonmaterialmischung zusammen
mit Wasser in einem gewünschten
Verhältnis
mit Druck in den Schlamm injiziert und/oder auf der Gewässeroberfläche aufgebracht.
Vorzugsweise wird eine Mi schung aus einer Flüssigkeit und Bentonit hergestellt,
wobei in der Flüssigkeit
sich Mikroorganismen befinden, die über Fermentierung vermehrt
wurden, beispielsweise gemäß dem eingangs
erwähnten
EM-A. Diese Mischung wird in strömendes
Wasser, das aus dem Gewässer
angesaugt wird, in einem vorgegebenen Verhältnis eingebracht und anschließend mit
Druck in den Schlamm injiziert und/oder auf der Gewässeroberfläche aufgebracht.
Sowohl das Mischungsverhältnis
zwischen der Flüssigkeit
mit den effektiven Mikroorganismen und Bentonit sowie das Verhältnis dieser
Mischung zu dem Seewasser richtet sich nach der Stärke und
Art der Verschmutzung des Oberflächenwassers.
Sofern kein Schlamm vorhanden sein sollte, reicht selbstverständlich ein
Aufbringen auf die Gewässeroberfläche, bei
Vorhandensein von Schlamm ist es zweckmäßig, auch die Mischung auf der
Gewässeroberfläche aufzubringen.
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Bei
Bentonit handelt es sich um eine Mischung ausverschiedenen Tonmaterialien,
das eine starke Wasseraufnahme und Quellfähigkeit aufweist. Die feuchte
innere Oberfläche
eines Gramms Bentonit beträgt üblicherweise
400–600
m2, wenn das Bentonit eingerührt wird,
ist ein nicht-Newton'sches
Fluid und weist somit ein thixotropes Verhalten auf. Eine große Anwendung
findet es in der Bautechnik, es ist jedoch auch bekannt, Bentonit
in Form von speziellem getrocknetem und gemahlenem Lehmpulver in den
Teich zu streuen, damit die Wasserbewohner das Tonmaterial über Haut
und Kiemen aufnehmen können
und dadurch widerstandsfähiger
gegen Krankheiten werden. Das gelöste Lehmpulver kann, während es
im Teich zu Boden sinkt, Schwermetalle, Giftstoffe und sonstige
Schwebstoffe aufnehmen und diese binden.
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Obwohl
sich die Flüssigkeit
mit den effektiven Mikroorganismen und Bentonit nur schwer mischen
lassen, da das Bentonit sobald es mit Wasser vollgesaugt ist, zu
Boden sinkt, konnte überraschenderweise
durch eine gezielte Zwangsmischung und das Einbringen dieser Mischung
in strömendes
Oberflächenwasser
mit anschließender
Injektion im Schlamm und/oder Beregnung der Oberfläche erreicht
werden, dass die Wirkung der effektiven Mikroorganismen in dem zu
sanierenden stehenden Gewässer
derart erhöht
wird, dass eine signifikante Verbesserung der Wasserqualität erreicht
wurde, die mit den bisher bekannten Verfahren nicht möglich war. Durch
das Einbringen der effektiven Mikroorganismen in den Bodenschlamm
zusammen mit Bentonit wurde erreicht, dass das Abbauvermögen der
effektiven Mikroorganismen weitaus größer war als die Zufuhr der
organischen Stoffe in dem Gewässer.
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Das
Mischungsverhältnis
der effektiven Mikroorganismen und Bentonit ist abhängig von
der Gewässerbelastung
sowie der Menge des Bodenschlammes, der abgebaut werden muss. Um
dieses zu ermitteln, bedarf es zuerst einer Wasser und Schlammanalyse
(Ist Zustand Bestimmung), bei der die folgenden Werte ermittelt
werden:
- a.) CSB Wert (Chemischer Sauerstoffbedarf)
- b.) BSB Wert (Biologischer Sauerstoffbedarf)
- c.) ph-Wert
- d.) Redoxwert
- e.) Leitfähigkeit
- f.) Phospat
- g.) Nitrat
- h.) Nitrit
- i.) Ammonium
- j.) Organische Substanz im Schlamm
- k.) Schwermetalle
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Des
Weiteren werden vor-Ort Messungen am See durchgeführt, um
- a.) eine Sichttiefenbestimmung mit Sichttiefenmesser
- b.) eine Schlammmengen und Geruchsbestimmung
- c.) den Sauerstoffgehalt in den einzelnen Tiefen (alle 20 cm)
- d.) eine Flächenmessung
und Volumenmessung des Sees
durchzuführen.
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Danach
erfolgt die Ermittlung der Mischungsverhältnisse (z. B. EM-A zu Bentonit
Menge) zu Wassermenge (SEE)
- a.) Erstdosierung
ca. 1 zu 1000 bis 1 zu 5000 (je nach Gewässerbelastung)
- b.) EM-A zu Bentonitmenge ca. 1 zu 3 bis 1 zu 10
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Das
Mischungsverhältnis
von durch Fermentation gewonnenen effektiven Mikroorganismen und Bentonit
liegt zweckmäßigerweise
im Bereich von 6:1 bis 5:1. Diese Mischung wird in strömendes Oberflächenwasser
in einem Verhältnis
eingebracht, das ebenfalls durch den Grad der Verschmutzung beeinflusst
wird. Üblich
ist jedoch ein Verhältnis
von ungefähr
60:1 bis 160:1. Die Erstdosierung richtet sich nach der organischen
Belastung im Zusammenhang des BSB- und CSB-Wertes des Gewässers, wobei höhere Werte
eine stärkere
Dosierung erforderlich machen. Für
die nachfolgenden Behandlungen kann vorab ein theoretischer Wert
nicht vorgegeben werden kann, weil es von Reaktion des Gewäsers abhängig ist
(mikrobiologische Dominanz) und es sich um ein individuell zu berücksichtigendes
lebendes System handelt.
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Vorzugsweise
weist das verwendete Bentonit eine Oberfläche von 600 bis 700 m2 pro Gramm auf. Die Oberfläche des
Bentonit wird erst mit der Zufuhr von Wasser oder wasserähnlichen
Medien erreicht. Hierbei öffnen
sich die Taschen und die Flüssigkeit
kann aufgenommen werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausbildung des Verfahrens erfolgt die Eintragung der
Mischung in den Wasserförderstrom
mittels einer Venturi-Düse.
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Vorteilhafterweise
wird die Flüssigkeit
mit den durch Fermentation gewonnenen Mikroorganismen und Bentonit
mittels eines Zwangsmischers vermischt, wobei Bentonit mittels eines
Silos dosiert in die Flüssigkeit
zugegeben und vermischt wird. Dies erfolgt beispielsweise mit einem üblichen
aus der Putztechnik bekannten Vermischer, dem über zwei Silos die zu vermischenden
Materialien zugegeben werden.
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Um
eine optimale Wirkungsweise der effektiven Mikroorganismen und damit
erfolgreiche Sanierung zu gewährleisten,
wird besonders bevorzug die Mischung zusammen mit dem Oberflächenwasser mittels
eines Schlamminjektors unter Druck vorzugsweise mit 400–600 kPa
in den Schlamm eingebracht und der Schlamm durchgearbeitet. Durch
das Einbringen der Mischung unter Druck wird zuerst der Schlamm
aufgewirbelt und die Oberfläche
vergrößert. Gleichzeitig
wird die Mischung mit einer ebenfalls großen, bereits mit Mikroorganismen
besiedelten Oberfläche
mit dem aufgewirbelten Schlamm zusammengebracht, so dass eine intensive
Vermischung und Oberflächenbesiedlung,
die den Abbau der unerwünschten
organischen Materialien ermöglicht,
erfolgt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die in
das Seewasser eingebrachte Mischung mittels einer Beregnungskanone
großflächig auf
dem Gewässer
verteilt.
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Besonders
bevorzugt wird zuerst eine Reinigung des Gewässers von unten durch Einbringung der
Mischung mit dem Oberflächenwasser
mittels Schlamminjektor und anschließend eine Reinigung des Gewässers von
oben der Mischung mit dem Oberflächenwasser
mittels der Beregnungskanone eingeleitet.
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Obwohl
die Herstellung einer Mischung aus über Fermentation vermehrten
und in einer Flüssigkeit
befindlichen effektiven Mikroorganismen und Bentonit auf Grund der
Eigenschaften von Bentonit schwierig ist und daher Bentonit auf
Grund seiner Eigenschaften direkt bei Teichen, also kleineren stehenden
Gewässern,
nur eingesetzt wird, wird es durch die trotzdem erfolgte Kombination
dieser Materialien und deren spezielle Einbringung möglich, auch
größere stehende
Gewässer
wie Seen zu sanieren. Die Verwendung dieser Mischung zusammen mit
strömendem
Oberflächenwasser
zur Sanierung von biologisch und mikrobiologisch im Ungleichgewicht
befindlichen und/oder schadstoffkontaminierten, im Wesentlichen
stehenden Gewässern
stellt daher eine überraschend
wirkungsvolle Anwendung dieser neuen Mischung dar.
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Für die Sarnierung
ist es erforderlich, nach 2 bis 3 Wochen bei einer konstanten Wassertemperatur
von mindestens 10 besser 20C°,
erneute Analysen durchzuführen
und zumindest den CSB und BSB sowie pH-Wert, Redoxwert zu bestimmen
und die vorstehend erwähnten
Vorort-Messungen a.), b.), c.) zu tätigen.
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Dann
ist auch eine Festlegung der Zweitbeimpfung (Dosiermenge und Stärke der
Dosierung je nach Laborwerten, vorzunehmen und der Vorgang alle
2 bis 3 Wochen zu wiederholen bis Laborwerte und Sichttiefe sowie
Schlammabbau sich im optimalen Bereich befinden. Abschließend ist
wieder der Ist-Zustand nach Gewässersanierungsmassnahmen wie
eingangs zu ermiiteln.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst eine Mischeinrichtung zum Einbringen eines pulverförmigen Stoffes
in eine Flüssigkeit
und Fördern
der Mischung zu einer Verarbeitungsstation, eine modular aufgebaute
Arbeitsinsel als Arbeitsstation, auf der vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe
mit Antriebseinheit zum Ansaugen von Oberflächenwasser, eine drehbare Beregnungskanone
und ein Schlamminjektor angeordnet sind, die über entsprechende Verbindungsleitungen
miteinander verbunden sind, wobei zwischen der Beregnungskanone
bzw. dem Schlamminjektor und der Zentrifugalpumpe eine Verbindungsleitung
von der Mischeinrichtung über
eine Venturi-Düse
angeschlossen ist, um dosiert die Mischung in das strömende Oberflächenwasser
einzubringen.
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Bei
der Mischeinrichtung kann es sich um eine vorstehend erwähnte Mischeinrichtung
(Silomischpumpe) aus der Putz- und Zementtechnik handeln. Die Arbeitsinsel
besteht aus verschiedenen Schwimmkörpern, die in modularer Bauweise
zusammengestellt sind, um die erforderliche Gesamttraglast zu gewährleisten.
Um eine ausreichende Fördermenge
und auch Druck für
das angesaugte Oberflächenwasser
zu erreichen, wird eine Zentrifugalpumpe verwendet, die beispielsweise
mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben wird. Als Beregnungskanone
kann eine einstellbare, um 360° schwenkbare
Beregnungskanone verwendet werden, die sich automatisch dreht. Um
eine entsprechende Schlauchlänge
für die
Mischung bereit zu stellen, kann entweder auf der Arbeitsinsel oder
am Ufer eine entsprechende Schlauchhaspel, möglichst angetrieben, vorgesehen
sein.
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Vorteilhafterweise
erfolgt der Vorschub der Arbeitsinsel über den Schlamminjektor und
ist über diesen
einstellbar. Hierzu ist der Schlamminjektor zweckmäßigerweise
in der Neigung zur Arbeitsinsel und der Wasseroberfläche einstell bar.
Er weist eine an der Arbeitsinsel angebrachte und in der Neigung zur
Arbeitsinsel und der Wasseroberfläche verstellbare Führung mit
einem daran befestigten, vorzugsweise teleskopierbaren und verlängerbaren
Injektionsrohr auf. Für
den Antrieb weist das Injektionsrohr zusätzlich in dem Bereich unter
der Wasseroberfläche
eine verschließbare
seitliche Austrittsöffnung
für den
zusätzlichen
Vorschub der Arbeitsinsel auf. Es kann damit eine Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung erzielt
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung ermöglichen
somit in einer neuartigen Art und Weise die erfolgreiche Sanierung
von Oberflächengewässern.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen näher erläutert, wobei einzelne Merkmale
auch in Kombination mit anderen Merkmalen eingesetzt werden können.
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Die
einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung die prinzipielle
Anordnung.
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Bei
einer Seesanierung erfolgt üblicherweise der
Eintrag bei Wassertemperaturen um die 20°C im Sommer, um die Wirkungsweise
der effektiven Mikroorganismen zu fördern. Bei der Sanierung eines Sees 20 mit
einer 1,2 ha Wasserfläche
und einer Wassertiefe von ca. 1 m mit einer Schlammhöhe von 35
bis 40 cm wurde die Mischung mit einem Mischungsverhältnis von
6:1 in einem Verhältnis
von 120:1 in das strömende
Oberflächenwasser
eingebracht und das strömende
Oberflächenwasser
mit einem Druck von 400 kPa in den Schlamm injiziert.
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Wie
aus der Figur ersichtlich, befindet sich am Ufer 19 ein
Silo 1, beispielsweise zur Aufnahme der die effektiven
Mikroorganismen enthaltenden Flüssigkeit,
und ein Silo 2, für
das dieser Flüssigkeit im
entsprechenden Mischungsverhältnis
einzudosierende Bentonit. Beides wird mittels einer Silomischpumpe
als Zwangsmischer 3 innig miteinander vermischt und über eine
Schlauchleitung 4 zu der auf dem Gewässer befindlichen Arbeitsinsel 7 transportiert.
In dem Ausführungsbeispiel
befindet sich auf der Arbeitsinsel 7 eine Schlauchhaspel 5 mit
der entspre chenden abrollbaren Schlauchlänge. Auf der Arbeitsinsel 7 befindet
sich eine mit einem entsprechend geeigneten Motor anzutreibende
Zentrifugalpumpe 6, deren Ansaugschlauch 8 in
das zu sanierende Wasser reicht. Selbstverständlich sind im Bereich der
Ansaugöffnung
entsprechende Filtereinrichtungen vorzusehen, die den Eintritt von
Schmutzpartikeln oder auch von in dem Gewässer lebenden Tieren verhindern.
Des weiteren befindet sich auf der Arbeitsinsel 7 eine
um 360° automatisch
drehbare Beregnungskanone 9 und am hinteren Rand der Arbeitsinsel 7 eine
Führungseinrichtung 17,
die in ihrer Neigung zu der Wasseroberfläche und der Arbeitsinsel 7 verstellt
werden kann. An der Führung 17,
die beispielsweise als ein Rohr ausgebildet sein kann, befindet
sich ein teleskopierbares Injektionsrohr 16, welches entweder
in dem Führungsrohr 17 oder
an dem Führungsrohr 17 geführt ist.
Das teleskopierbare Injektionsrohr 16 weist unterhalb der
Wasseroberfläche
eine verschließbare
seitliche Austrittsöffnung 18 für den Antrieb
der Arbeitsinsel 7 auf. Die Austrittsöffnung kann einfach durch ein
T-Stück
mit Ventil realisiert sein. Das Austrittsende des Injektionsrohres weist
eine stirnseitige Öffnung
sowie bei Bedarf seitliche Austrittsöffnungen auf.
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Die
Schlauchleitungen 12 und 13 von der Schlauchhaspel 15 sind
an Venturi-Düsen 14 bzw. 15 angeschlossen,
die in ihrem Hauptstrang das von der Zentrifugalpumpe 6 geförderte Oberflächenwasser
in den Leitungen 10 bzw. 11 führen. Die Leitung 10 gelangt
zu der Beregnungskanone und die Leitung 11 zu dem Injektor 16.