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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.
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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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Die
DE 601 20 152 T2 beschreibt im Allgemeinen ein Verfahren zum Abdichten, Isolieren, Behandeln oder Minimieren der Erosion einer Oberfläche. Unter anderem ist das Verfahren auch bei Oberflächengewässer anwendbar. Hierbei geht es insbesondere um die Verschmutzung dieser Wasserkörper mit umweltschädlichen Materialien. Viele dieser Materialien setzen sich auf dem Grund dieser Wasserkörper ab und haften an diesen Elementen, sobald sie auf die ein oder andere Weise eingebracht wurden. Hier setzt das angegebene Verfahren an, das zum Behandeln eines kontaminierten Materials, das fließbare Stoffe enthält betrifft. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer Abdeckung geringer Durchlässigkeit gegenüber dem kontaminierten Material, so dass ein hydraulisch geschlossenes System geschaffen wird, und behandeln des kontaminierten Materials unterhalb der Abdeckung durch mindestens einen Schritt aus Liefern einer Substanz mit einer Liefervorrichtung zum Behandeln der Kontamination und Entfernen der fließbaren Stoffe von unterhalb der Sperre. Die Abdeckung ist dabei mit geringer Durchlässigkeit ausgebildet, in dem eine Anzahl hergestellter Verbundteilchen aufgebracht wird, das kontaminierte Material umfasst ein ständig oder regelmäßig unter dem Wasser liegendes Material. Es wird vorzugsweise mit mindestens einem Prozess aus chemischer Behandlung, biologischer Behandlung und Emobilisierung der Kontamination behandelt. Als durchlässiges Material wird vorzugsweise eine Mischung aus Tonmaterial, Tongroßem oder quasi Tongroßem Material nullvalentem Eisen, Aktivkohle und Mikroben verwendet.
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Die
DE 692 22 164 T2 bezieht sich auf ein Dekontaminationsverfahren durch biologischen Abbau und Aktivierungsmitteln in Form natürlicher Meeresbakterien. Hierzu wird ein Biokanalisator vorgesehen, der in einem Silo mittels eines ganz speziellen Verfahrens mithergestellt und mit den Meeresbakterien zusammengebracht wird. Das mittels des Verfahrens hergestellte Material soll zur Reinigung von Gewässer, insbesondere Meeren eingesetzt werden.
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US 5,089,120 beschreibt ein Boot oder ähnliches, das darauf abgestimmt ist, Wasser, beispielsweise Seen zu behandeln, um chemische, biologische oder andere Ungleichgewichte in der Wasserumgebung auszugleichen und dabei ein Wandlungsmittel in das Wasser einzubringen. Das Boot enthält Einrichtungen zum Aufnehmen des Wassers und Anreichern des Wassers sowie erneutes Einbringen des mit dem wasserbehandelnden Materials in das Gewässer sowie Einrichtungen zum Trimmen und Stabilisieren des Bootes.
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US 3,964,184 offenbart eine Einrichtung zum Entfernen von Bodenmaterial auf dem Grund eines Sees, bei dem Flüssigkeit unter Druck in das Bodenmaterial eingebracht, dieses aufgewirbelt und abgesaugt wird. Zum Einbringen des Wassers unter Druck wird angesaugtes Seewasser verwendet.
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In den Aufsatz „A new technique to reduce internal phosphorus loading by in-lake phosphate fixation in shallow lakes” in Hydrobiologia 253: 337–344, 1993 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die oberen 15 cm des in einem Sees befindlichen Sediments mit Eisenchlorid vermischt wird, wobei eine Wasserdüse, die mit einer Dosierpumpe und einem Navigationssteuerungssystem gekoppelt ist, über die Oberfläche des Sediments bewegt wird. Die obere Schicht des Sediments wird dabei zeitweilig in eine turbulente Suspension gebracht.
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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 Mischung 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 aus verschiedenen 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 Gewässers 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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Um eine optimale Wirkungsweise der effektiven Mikroorganismen und damit erfolgreiche Sanierung zu gewährleisten, wird 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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Des weiteren wird die in das Seewasser eingebrachte Mischung mittels einer Beregnungskanone großflächig auf dem Gewässer verteilt, wobei zuerst eine Reinigung des Gewässers von unten durch Einbringung der Mischung mit dem Oberflächenwasser mittels Schlamminjektor und anschließend eine Reinigung des Gewässers von oben mit der Mischung mit dem Oberflächenwasser mittels der Beregnungskanone eingeleitet wird.
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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 aus einem Silo 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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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.
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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. 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 ermitteln.
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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 Leitungen 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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Der Vorschub der Arbeitsinsel erfolgt über den Schlamminjektor und ist über diesen einstellbar. Hierzu ist der Schlamminjektor in der Neigung zur Arbeitsinsel und der Wasseroberfläche einstellbar. Er weist eine an der Arbeitsinsel angebrachte und in der Neigung zur Arbeitsinsel und der Wasseroberfläche verstellbare Führung mit einem daran befestigten, 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 entsprechenden 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 5 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.
