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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Chemikalien, die an Land in Form von Schüttgut oder eines anderen Feststoffs vorliegen, 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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DE 20 2004 002 159 U1 offenbart ein Verfahren, bei dem 50%-ige, konzentrierte Natronlauge angeliefert und in einen auf einem Ponton befindlichen Tank eingefüllt wird. Der Ponton mit dem Tank wird anschließend mit einem Bugsierschiff auf das Gewässer gezogen. Die konzentrierte Natronlauge wird dort in das Gewässer eingebracht.
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DE 10 2006 024 386 A1 offenbart eine Anordnung, bei der an Land eine 15%-ige Suspension aus festem Weißkalkhydrat hergestellt wird. Diese konzentrierte Suspension wird über eine flexible Leitung zu einem Arbeitsschiff geleitet. Das Arbeitsschiff fährt über das Wasser und verteilt die dort weiter verdünnte Suspension. Die Anordnung ist ausgesprochen komplex, und der Radius des Schiffs ist auf die Länge der Leitung begrenzt.
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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 welchen eine höhere Leistungsfähigkeit erreicht werden kann und der Materialverbrauch gesenkt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte und die Merkmale der Anordnung des Anspruchs 7.
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Die Verwendung einer konzentrierten Lösung oder konzentrierten Suspension hat den Vorteil, dass 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 der 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, weil die Chemikalien an Land in Form von Schüttgut oder anderen Feststoffen vorliegen. 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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Erfindungsgemäß 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 3 Vol.-%-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 zu 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. Die Pumprate kann an die Erfordernisse des Gewässers angepasst werden. Dabei wird die verdünnte Lösung oder Suspension vorzugsweise auf der Wasseroberfläche des Gewässer aufgesprüht, aufgespritzt oder auf andere Weise verteilt.
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Erfindungsgemäß ist das Wasserfahrzeug eine Spaltklappschute oder ein 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 in ihrem Ursprung üblicherweise dazu, 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, mit welcher eine Kalk- oder Chemikalien-haltige Lösung oder Suspension auf oder in dem Gewässer verteilt wird, umfasst die Merkmale des Anspruchs 7.
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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 14 ist stufenlos um 360° verschwenkbar. Dies erlaubt Fahrten in alle 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 Fahrtwege 60 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 15000 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 28 weist eine nach unten offene Mischkammer 30 auf. Je nach Geschwindigkeit der Spaltklappschute 10 gelangt mehr oder weniger Wasser aus dem See in die Mischkammer 30. Das Wasser in der Mischkammer 30 dient zur Verdünnung der Suspension aus den Suspensionsbehältern 24 und 26 auf eine gewünschte Konzentration, zum Beispiel 3 Vol.-%ige Suspension. Die Konzentration hängt ab von der Fahrgeschwindigkeit, der Größe der Mischkammer 30 und den Pumpraten der Dosierpumpen 36 und 38.
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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 12 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 24 und 26 umgewälzt wird, und weiterhin dienen diese auch gleichzeitig als Dosierpumpen für den Suspensionsmischer 28, indem sie die Suspension aus den Suspensionsbehältern 24 und 26 in den Suspensionsmischer 28 fördern.
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Das zweite Pumpenpaar 36 und 38 in dem Suspensionsmischer 28 mischt die aus den Suspensionsbehältern 24 und 26 in den Suspensionsmischer 28 geförderte Suspension mit dem aus dem See eindringenden Wasser auf die gewünschte Konzentration der zu verteilenden Suspension und führt diese anschließend zu den schwenkbaren Austragseinrichtungen in Form von Sprührohrleitungen 40 und 42.
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Mit der vorstehend beschriebenen Spaltklappschute 10 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. Im 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 Beladeprozess wird das Weißkalkhydrat über einen Förderschlauch 50 pneumatisch direkt vom LKW 44 in die vor Ort befindliche Mischtechnik 49 gefördert. Diese mischt den Kalk mit aus dem See gewonnenem Wasser. Hierzu ist eine Leitung 52 zum Wasser vorgesehen.
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Die Mischtechnik 49 befindet sich auf dem 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 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 absetzen können. Diese Pumpen 32 und 34 fördern die Suspension beim Einsatz auch in die Mischkammer 30. Die Spaltklappschute 10 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 10 geöffnet. Dann dringt Wasser in die Mischkammer 30. Gleichzeitig wird mit den Umwälzpumpen 32 und 34 konzentrierte Suspension in die Mischkammer 30 gepumpt. Die Pumpleistung und die Fahrgeschwindigkeit werden so gewählt, dass in der Mischkammer 30 eine verdünnte, 3 Vol.-%-ige Suspension erzeugt wird. Diese verdünnte Suspension wird mit Dosierpumpen 36 und 38 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 55 m 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 60 sind durch Pfeile repräsentiert. Es kann ein beispielsweise 583 m × 180 m großes Gebiet von etwa 10 ha pro Fahrt erreicht werden. Die Förderleistung bei 3 Vol.-%iger Suspension liegt im Bereich von 126 Kubikmeter pro Stunde pro Pumpe bei Kalkhydrat. Die Ausbringkapazität liegt im Bereich von 80–90 t/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 32, 34, 36 und 38 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. Es können je nach Anwendungsfall auch andere Chemikalien, die vor Ort besser verfügbar sind, eingesetzt werden.
