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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Chemikalien in Gewässer, bei welchem eine Chemikalien-haltige Lösung auf oder in dem Gewässer verteilt wird und eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Tagebaurestseen sind Beispiele für Gewässer, bei denen Chemikalien in Form von Kalk eingebracht werden, um den pH-Wert zu erhöhen.
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Stand der Technik
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DE 20 2007 017 852 U1 beschreibt ein Wasserfahrzeug zum Einbringen von Kalk in Gewässer. Der Kalk wird auf dem Wasserfahrzeug als Schüttgut bevorratet. Wasser aus dem Gewässer wird mit einer Ansaugvorrichtung angesaugt. In einer Dosiervorrichtung wird aus dem trockenen Kalk und dem angesaugten Wasser eine Suspension hergestellt, die unmittelbar im Anschluss mit einer Förderpumpe und Verteilerdüsen auf der Wasseroberfläche verspritzt wird.
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Mit der bekannten Anordnung kann der pH-Wert eines Gewässers, insbesondere eines Tagebaurestsees gut eingestellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher eine höhere Leistungsfähigkeit erreicht werden kann und der Materialverbrauch gesenkt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Schritte:
- (a) Erzeugen einer konzentrierten Lösung oder Suspension der Chemikalien an Land;
- (b) Beladen eines Wasserfahrzeugs mit der konzentrierten Lösung oder Suspension;
- (c) Verdünnen der konzentrierten Lösung oder Suspension mit Wasser aus dem Gewässer an Bord des Wasserfahrzeugs; und
- (d) Einbringen der Chemikalien in das Gewässer in Form der verdünnten Lösung oder Suspension.
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Die Verwendung einer konzentrierten Lösung oder konzentrierten Suspension hat den Vorteil, dass ein erheblich mehr Chemikalien-Masse auf dem Wasserfahrzeug untergebracht werden kann, als etwa bei Schüttgut. Schüttgut hat im Gegensatz zur gleichen Menge in einer Lösung oder Suspension ein größeres Volumen. Das Wasserfahrzeug kann daher mehr Chemikalien aufnehmen und muß weniger oft beladen werden. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit des Wasserbehandlung erhöht.
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Ein weiterer Vorteil einer konzentrierten Lösung oder konzentrierten Suspension ist die bessere Dosierbarkeit. Homogene Flüssigkeiten lassen sich besser dosieren als möglicherweise inhomogenes Schüttgut. Dadurch wird eine Über- oder Unterdosis vermieden und die Qualität der Wasserbehandlung wird verbessert.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die Chemikalien länger in der Flüssigkeit vorliegen und weitgehend gelöst sind. Dadurch wird vermieden, dass Teilchen zum Boden des Gewässers absinken ohne sich aufzulösen. Auf diese Weise kann die Dosierung gesenkt werden, was zu Materialersparnis führt. Auch erreicht die vorher gelöste Chemikalie alle Tiefenschichten des Gewässers und bewirkt so eine gleichmäßigere Wasserbehandlung.
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Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die Chemikalie an Land in Form von Schüttgut oder eines anderen Feststoffs vorliegt. Bei der Neutralisations-Behandlung von sauren Gewässern, wie Tagebaurestseen, ist die Verwendung von alkalischem Weißkalkhydrat, Calciumcarbonat, Calciumhydroxid oder ein Gemisch daraus vorteilhaft.
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Vorzugsweise weist das Wasserfahrzeug eine Mischkammer auf und die konzentrierte Lösung oder Suspension wird mit Wasser aus dem Gewässer in der Mischkammer verdünnt. Dabei kann aus einer hochkonzentrierten oder gesättigten Lösung oder Suspension eine verdünnte, beispielsweise 3Vol.-%-ige Lösung hergestellt werden, die dann sehr genau dosiert in das Gewässer eingebracht wird. Die Mischkammer befindet sich an Bord des Wasserfahrzeugs und braucht nur gerade so groß sein, dass die Mischung erfolgt.
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Die verdünnte Lösung oder Suspension kann mit einer oder mehreren Pumpen aus der Mischkammer gepumpt werden und die Pumprate kann an die Erfordernisse des Gewässers angepasst werden. Dabei wird die verdünnte Lösung oder Suspension vorzugsweise auf die Wasseroberfläche des Gewässer aufgesprüht, aufgespritzt oder auf andere Weise verteilt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wasserfahrzeug eine Spaltklappschute oder anderes durch seine Bauart nach unten geöffnetes Wasserfahrzeug, das während des Einbringens der Chemikalie in das Gewässer aufgeklappt ist, so dass Wasser aus dem Gewässer in eine nach unten offene Mischkammer eindringt. Eine Klappschute dient dazu, in seinem Ursprung verschiedene Materialien auf dem Wasserweg zu transportieren und das zu transportierende Material an einer gewünschten Stelle zu verklappen (auszukippen).
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Das Wasser dringt von unten in die Mischkammer ein, mischt sich mit der konzentrierten Lösung oder Suspension und wird mit einer Pumpe nach oben gepumpt und auf dem Gewässer verteilt. Der Wasserdurchsatz durch die Mischkammer kann dabei durch die Fahrgeschwindigkeit, die Pumprate und/oder die Größe der Mischkammer beeinflusst werden.
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Die Anordnung zum Einbringen von Kalk oder anderen Chemikalien in Gewässer, bei welcher eine Kalk- oder Chemikalien-haltige Lösung auf oder in dem Gewässer verteilt wird, kann umfassen:
- (a) einen Behälter zur Aufnahme des Kalks oder der Chemikalie;
- (b) eine Pumpe zum Pumpen von Wasser aus dem Gewässer in den Behälter, wodurch eine konzentrierte Lösung oder Suspension des Kalks oder der Chemikalie erzeugt wird;
- (c) ein Wasserfahrzeug mit einem Behälter mit der konzentrierten Lösung oder Suspension des Kalks oder der Chemikalie;
- (c) Mittel zum Verdünnen der konzentrierten Lösung oder Suspension mit Wasser aus dem Gewässer an Bord des Wasserfahrzeugs; und
- (d) Mittel zum Einbringen des Kalks oder der Chemikalien in das Gewässer in Form der verdünnten Lösung oder Suspension.
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Dabei kann die konzentrierte Lösung oder Suspension entweder mit dem Mischbehälter von Land auf das Wasserfahrzeug gebracht werden oder aus dem Mischbehälter in einen Transportbehälter auf dem Wasserfahrzeug gepumpt werden.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Seitenansicht einer Spaltklappschute zum Einbringen einer Kalk-Suspension in Tagebaurestseen.
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2 ist eine Draufsicht auf die Spaltklappschute aus 1.
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3 ist eine Draufsicht auf die Spaltklappschute aus 1 an einer Anlegestelle mit Beladestation.
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4 illustriert die Gemischausbringung einer Fahrt.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 und 2 zeigen ein allgemein mit 10 bezeichnetes Wasserfahrzeug in Form einer Spaltklappschute. Die Spaltklappschute 10 umfasst ein handelsübliches Trägerschiff 12 mit einem Antriebsaggregat aus Ruderpropeller 14, Steuerstand 16 und Antrieb 18 am Heck 20. Der Ruderpropeller ist stufenlos um 360° verschwenkbar. Dies erlaubt Fahrten in allen Richtungen. Dabei ist die Fahrgeschwindigkeit sowohl bei Leer-als auch bei Lastfahrten stufenlos von 0–7 km/h regelbar. Ferner ist am Heck ein GPS-System und die Sicherheitsausrüstung vorgesehen. Durch das auf dem Schiff befindliche GPS-System werden die während der nachstehend beschriebenen Suspensionsausbringung gefahrenen Tracks protokolliert und archiviert.
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Im Mittelteil 22 des Trägerschiffs 12 sind zwei drucklose Suspensionsbehälter (Silos) 24 und 26 mit einem Fassungsvolumen von je 15 000 Liter angeordnet. In den Suspensionsbehältern 24 und 26 ist je eine Umwälzpumpe 32 und 34 angeordnet. Zwischen den Suspensionsbehältern 24 und 26 ist ein Suspensionsmischer 28 mit einer Mischkammer 30 vorgesehen. Der Suspensionsmischer weist eine nach unten offene Klappschute mit Mischkammer auf. Je nach Geschwindigkeit der Spaltklappschute gelangt mehr oder weniger Wasser aus dem See in die Mischkammer. Das Wasser in der Mischkammer 30 dient zur Verdünnung der Suspension aus den Suspensionsbehältern 24 und 26 auf eine gewünschte Konzentration, zum Beispiel 3% Suspension. Die Konzentration hängt ab von Fahrgeschwindigkeit, der Größe der Mischkammer und den Pumpraten der Pumpen.
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In dem Suspensionsmischer 28 sind zwei Dosierpumpen 36 und 38 angeordnet. Die Dosierpumpen 36 und 38 dienen dazu, die verdünnte Suspension aus der Mischkammer 30 schwenkbaren Austragseinrichtungen in Form von Sprührohrleitungen 40 und 42 zuzuführen.
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Auf dem Schiff sind also insgesamt zwei Pumpenpaare vorhanden. In den Suspensionsbehältern 24 und 26 befindet sich jeweils eine Umwälzpumpe 32 und 34 in Form einer Dosier- /Mischpumpe. Diese dienen dazu während des Transportes das Entmischen der Suspension zu verhindern, indem die Suspension stets in den Suspensionsbehältern umgemischt wird und weiterhin dienen diese auch gleichzeitig als Dosierpumpen für den Suspensionsmischer, indem sie die Suspension aus den Suspensionstanks in den Suspensionsmischer fördern.
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Das zweite Pumpenpaar 36 und 38 in dem Suspensionsmischer mischt die aus den Suspensionsbehältern in den Suspensionsmischer geförderte Suspension mit dem aus dem See eindringenden Wasser auf die gewünschte Konzentration der zu verteilenden Suspension und führt diese anschließend der Sprüh-/Verteileinrichtung 30 zu (schwenkbare Austragseinrichtung)
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Mit der vorstehend beschriebenen Spaltklappschute kann saures Wasser eines Gewässers, beispielsweise eines Tagebaurestsees alkalisch behandelt werden. Hierzu wird wie folgt vorgegangen:
3 zeigt schematisch eine Anlegestelle 46 mit Beladestation 48 auf Pontons 54. Per LKW (Silowagen) 44 wird das benötigte, alkalische Material zur Herstellung einer Neutralisationssuspension angeliefert. In vorliegenden Fall ist das Material Weißkalkhydrat in Form von Schüttgut. Es kann aber auch Kalziumkarbonat verwendet werden oder jedes andere alkalische Material.
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Für einen schnellen und einfachen Beladeprozes wird das Weißkalkhydrat über einen Förderschlauch 50 pneumatisch direkt vom LKW in die vor Ort befindliche Mischtechnik 48 gefördert. Diese mischt den Kalk mit aus dem See gewonnenen Wasser. Hierzu ist eine Leitung 52 zum Wasser vorgesehen.
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Die Mischtechnik 48 befindet sich auf dem neben dem Durchlauf 52 angeordneten, im Wasser schwimmenden Ponton 54. Das Gemisch, d.h. im vorliegenden Fall die Suspension aus Kalk und Wasser, wird in die zwei an Bord der Spaltklappschute 10 befindlichen Suspensionsbehälter 24 und 26 gepumpt. Hierzu wird die Suspension drucklos durch die vor Ort fest installierten Schläuche 56 gefördert. Da der Kalk sich länger im Wasser befindet, ist er besser und zu einem höheren Anteil gelöst, als wenn die Mischung erst an Bord erfolgen würde.
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Die Umwälzpumpen 32 und 34 pumpen die Suspension in den Suspensionsbehältern 24 und 26 ständig um, so dass sich die Feststoffe nicht setzen können. Diese Pumpen fördern die Suspension beim Einsatz auch in die Mischkammer 30. Die Spaltklappschute fährt nach Beendigung der Befüllung der Suspensionsbehälter 24 und 26 mit einer hochkonzentrierten, möglichst gesättigten Suspension los.
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Während der Fahrt durch das zu behandelnde Gebiet des Gewässers wird die Klappe der Spaltklappschute geöffnet. Dann dringt Wasser in die Mischkammer 30. Gleichzeitig wird mit den Umwälzpumpen konzentrierte Suspension in die Mischkammer 30 gepumpt. Die Pumpleistung und die Fahrgeschwindigkeit werden so gewählt, dass in der Mischkammer 30 eine verdünnte, 3%-ige Suspension erzeugt wird. Diese verdünnte Suspension wird mit Dosierpumpen aus der Mischkammer 30 in die schwenkbaren Austragseinrichtungen in Form von Sprührohrleitungen 40 und 42 gepumpt. Die Suspension wird dann entsprechend einer Sprühbreite im Bereich von 55m auf der Gewässeroberfläche versprüht. So wird eine großflächige Verteilung von Neutralisationssuspension in einem sehr kurzen Zeitraum flächendeckend auf sauren Gewässern erreicht. Durch die frühzeitige Suspension des Kalks in Wasser und den höheren Lösungsgrad kann eine höhere Menge an Neutralisationssuspension vom Gewässer aufgenommen und verarbeitet werden. Dies führt zu einer Materialersparnis. Bei 3 Fahrten können etwa 90 Tonnen Kalkhydrat ausgebracht werden. Da die mitgenommene Menge Kalkhydrat bei Suspensionen größer ist, als bei Schüttgut, werden weniger Leerfahrten benötigt.
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4 illustriert die Fahrtwege 60 an einem Tag. Die Fahrtwege sind durch Pfeile 60 repräsentiert. Es kann ein beispielsweise 583 × 360 m großes Gebiet von etwa 10 ha pro Fahrt erreicht werden. Die Förderleistung bei 3%iger Suspension liegt im Bereich von 126 Kubikmeter pro Pumpe bei Kalkhydrat. Die Ausbringkapazität liegt im Bereich von 80–90t/h bei Kalkhydrat.
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Nach Beendigung der Arbeiten wird die Anlage mit aus dem See gefördertem Wasser gespült um Ablagerungen insbesondere in den Versprüheinrichtungen zu vermeiden.
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Durch Einstellen der Pumpen oder Änderung der Fahrgeschwindigkeit kann die ausgebrachte Kalkmenge zeitnah verändert werden.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels mit konkreten Angaben für Chemikalien und Bedingungen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung vielfach geändert werden kann ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Das Ausführungsbeispiel ist daher nicht als Beschränkung für den Schutzumfang gedacht, der ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. So kann die Erfindung statt mit einer Suspension auch mit einem Feststoff verwirklicht werden, der als konzentrierte Lösung auf das Wasserfahrzeug gelangt. Auch können je nach Anwendungsfall auch andere Chemikalien, die vor Ort besser verfügbar sind, eingesetzt werden. Auch kann Wasser in die Mischkammer gepumpt werden, wenn keine Spaltklappschute eingesetzt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007017852 U1 [0003]
