DE19731309A1 - Schwimmende Anlage zur Sanierung von Gewässern - Google Patents

Schwimmende Anlage zur Sanierung von Gewässern

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DE19731309A1
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DE1997131309
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Arno Clormann
Thomas Kremb
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Clormann & Partner GmbH
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Original Assignee
Clormann & Partner GmbH
Rettet Den Willersinn E V
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/32—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for for collecting pollution from open water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/32—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae
    • C02F3/327—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae characterised by animals and plants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

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Description

Ein eutrophiertes Gewässer zeichnet sich dadurch aus, daß viel Nährstoffe, vor allem Phosphor, bei geringem Sauerstoffgehalt im Wasser zur Verfügung stehen. Die mit Fischen belebte Schicht endet bereits in einer geringen Tiefe und in den tieferen Schichten geht der Sauerstoffgehalt sprunghaft gegen Null. Das Gewässer zeichnet sich zudem durch einen starken Bestand an Algen aus.
Der Zustand eines solchen Gewässers hat sich meist zu den Zeiten intensiver landwirtschaftlicher Nutzung bzw. neuer Besiedelungen ohne Klärung der Abwässer innerhalb weniger Jahre bzw. Jahrzehnte sprunghaft verschlechtert. Die Folgen dieser Einträge in ein solches Gewässer übersteigen oft dessen Fähigkeit zur Selbstregeneration.
Maßnahmen zur Regeneration solcher Gewässer in Form von Kläranlagen, Filterbecken oder auch Pflanzenkläranlagen machen bislang bauliche Veränderungen im Uferbereich nötig, die zudem kostenintensiv sind. Nach erfolgreicher Regeneration werden weitere Kosten für den Abriß und die Rekultivierung dieses Uferbereiches nötig.
Die im folgenden beschriebene Anlage ist dagegen als schwimmende Einheit konzipiert, so daß bauliche Maßnahmen im Uferbereich weitgehend entfallen.
Die Anlage besteht im wesentlichen aus den folgenden Komponenten:
1. Ansaugen
Das Ansaugen erfolgt über eine verstellbare Einheit.
Die Wassertiefe, aus der angesaugt wird, richtet sich nach dem aktuellen Zustand des Gewässers. Die Wassertiefe kann nach verschiedenen Gesichtspunkten gewählt werden, z. B. der geringe Sauerstoffgehalt in tiefen Schichten oder die Algenblüte in einer höheren Schicht.
2. mechanischer Filter
In dem mechanischen Filter werden die Algen herausgefiltert. In den Algen ist der größte Teil der biologischen Nährstoffe gebunden. Die herausgefilterten Algen können kompostiert werden.
  • a) Das Filterbecken ist mit Filtermatten ausgestattet, die die Algen mit einer Größe von etwa 2 µm zurückhalten.
  • b) Das Wasser wird über einen Zyklonfilter von seinen Schwebstoffen, d. h. den Algen getrennt.
3. biologisches Filterbecken
In dem biologischen Filterbecken werden Pflanzen mit speziellen Reinigungseigenschaften eingesetzt. Wasserhyazinthen bieten sich hier z. B. für die Aufnahme des im Wasser gelösten Phosphors an. Die Pflanzen können in das Filterbecken eingesetzt und nach ihrer Einsatzzeit entnommen werden. Die Pflanzen können nach ihrem Einsatz kompostiert werden.
  • a) Das biologische Filterbecken ist mit einem Aufbau versehen, wie er von Gewächshäusern bekannt ist. Dadurch wird das Sonnenlicht zu den Pflanzen durchgelassen und das Filterbecken erwärmt sich.
  • b) entsprechend c), jedoch zusätzlich:
    Die Beckenkonstruktion des biologischen Filterbeckens ist zu dem umgebenden Wasser hin wärmeisoliert.
4. Kühlung
Das Wasser kann in einem stehenden Gewässer eine Temperaturverteilung von oben 20° bis zum Boden 7° haben. Das gefilterte Wasser kann sich durchaus auf 25° erwärmt haben, soll aber in eine Tiefe mit beispielsweise 9° eingeleitet werden. Ungekühlt würde das eingeleitete Wasser mit seiner geringeren Dichte aufsteigen. Nur ausreichend temperiertes Wasser wird sich in die entsprechende Schicht einmischen.
Das in dem biologischen Filterbecken erwärmte Wasser wird in dieser Kühlstufe derart abgekühlt, daß es bei einem Einleiten in das Gewässer in eine tiefe Schicht eingeleitet werden kann.
  • a) Zur Kühlung das gefilterten Wasser an einem elektrischen Kühlelement vorbeigeleitet.
  • b) Zur Kühlung wird Kühlflüssigkeit in einem Wärmetauscher an dem gefilterten Wasser vorbeigeleitet. Die Wärme wird über einen Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben.
  • c) Zur Kühlung wird Kühlflüssigkeit in einem Wärmetauscher an dem gefilterten Wasser vorbeigeleitet. Die dabei aufgenommenen Wärme wird von der Kühlflüssigkeit in einem weiteren Wärmetauschen an Tiefenwasser in dem Gewässer übergeben. Die Zirkulation des Kühlmittels erfolgt über eine konventionelle Pumpe.
  • d) entsprechend c) jedoch alternativ:
    Die Zirkulation des Kühlmittels erfolgt nach dem Prinzip einer Heatpipe über die Wärme, bzw. Dichtedifferenz des Mediums oben und unten ohne weitere Energiezufuhr von außen.
5. Belüftung
  • a) Die Belüftung des gefilterten Wassers erfolgt, indem in diesem Becken Umgebungsluft feinporig von unten in dieses Wasser eingeblasen wird. Durch die vorangegangene Kühlung des Wassers wird dessen Sauerstoff-Aufnahmevermögen erhöht. Das Belüften ist vor allem bei der Entnahme von Tiefenwasser sinnvoll, da hier der Sauerstoffgehalt sehr gering ist.
  • b) Die Belüftung des Gewässers erfolgt, indem Umgebungsluft feinporig direkt in tiefe Gewässerschichten eingeblasen wird.
6. Einleitung
Die Einleitung des aufbereiteten Wassers in das Gewässer erfolgt in einer Wassertiefe, aus der das Wasser entnommen wurde. Hierfür ist auch an der Einleitung eine Höhenverstellung entsprechend der Ansaugstelle vorhanden.
Ansaugen und Einleiten sollte möglichst weit voneinander entfernt erfolgen, um nicht bereits gereinigtes Wasser wieder in die Anlage anzusaugen.
7. Energieversorgung, Steuerung/Regelung und mechanischer Aufbau
  • a) Die für den Betrieb der Anlage nötigen mechanischen und elektrischen Aufbauten mit Pumpen, Steuerung/Regelung sowie der Energieversorgung in Form von Solarpanels und/oder Windrädern sind auf einer schwimmenden Einheit zusammengefaßt.
  • b) Die für den Betrieb der Anlage nötigen mechanischen und elektrischen Aufbauten mit Pumpen, Steuerung/Regelung sind auf einer schwimmenden Einheit zusammengefaßt und mit der Energieversorgung an Land verbunden.
  • c) Die für den Betrieb der Anlage nötigen mechanischen und elektrischen Aufbauten mit Pumpen, Steuerung/Regelung sowie der Energieversorgung sind an Land zusammengefaßt und mit den entsprechenden Leitungen zu der schwimmenden Filtereinheit verbunden.

Claims (19)

1. Schwimmende Anlage zur Sanierung von Gewässern, dadurch gekennzeichnet, daß
das zu regenerierende Wasser angesaugt wird (1),
die in dem Wasser enthaltenen Algen in einem mechanischen Filterbecken (2) herausgefiltert werden,
im Wasser enthaltene Schad- und Nährstoffe in einem biologischen Filterbecken (3) durch geeignete Pflanzen aufgenommen werden,
das Wasser belüftet wird (5) und
das Wasser wieder in das Gewässer eingeleitet wird (6).
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Becken mit einem Regenschutz versehen sind.
3. Anlage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ansaugung (1) über eine Winde eingestellt werden kann. Die Ansaugleitung ist flexibel ausgeführt.
4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ansaugung (1) über eine winkelverstellbare, starre Leitung eingestellt werden kann.
5. Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ansaugung (1) über eine teleskopartig ausfahrbare, starre Leitung eingestellt werden kann.
6. Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterbecken (2) mit Filtermatten ausgestattet ist, die die Algen mit einer Größe von etwa 2 µm zurückhalten.
7. Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser über einen Zyklonfilter von seinen Schwebstoffen, d. h. den Algen getrennt wird.
8. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Filterbecken (3) mit einem Aufbau versehen ist, wie er von Gewächshäusern bekannt ist, dadurch wird das Sonnenlicht zu den Pflanzen durchgelassen und das Filterbecken erwärmt.
9. Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Filterbecken (3) mit einem Folien-Aufbau versehen ist, wie er in der Landwirtschaft bekannt ist, dadurch wird das Sonnenlicht zu den Pflanzen durchgelassen und das Filterbecken erwärmt.
10. Anlage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beckenkonstruktion des biologischen Filterbeckens (3) zu dem umgebenden Wasser hin wärmeisoliert ist.
11. Anlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gefilterte Wasser an einem elektrischen Kühlelement (Peletierelement) vorbeigeleitet wird.
12. Anlage nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung Kühlflüssigkeit in einem Wärmetauscher (4) an dem gefilterten Wasser vorbeigeleitet und die Abwärme über einen Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben wird.
13. Anlage nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung Kühlflüssigkeit in einem Wärmetauscher (4) an dem gefilterten Wasser vorbeigeleitet wird. Die dabei aufgenommenen Wärme wird von der Kühlflüssigkeit in einem weiteren Wärmetauschen an das Tiefenwasser in dem Gewässer abgegeben. Die Zirkulation des Kühlmittels erfolgt über eine konventionelle Pumpe.
14. Anlage nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung Kühlflüssigkeit in einem Wärmetauscher (4) an dem gefilterten Wasser vorbeigeleitet wird. Die dabei aufgenommene Wärme wird von der Kühlflüssigkeit in einem weiteren Wärmetauschen (8) an das Tiefenwasser in dem Gewässer abgegeben. Die Zirkulation des Kühlmittels erfolgt nach dem Prinzip einer Heatpipe über die Wärme, bzw. Dichtedifferenz des Mediums oben und unten ohne weitere Energiezufuhr von außen.
15. Anlage nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftung des gefilterten Wassers erfolgt, indem in einem den Filterstufen nachgelagerten Becken (5) Umgebungsluft feinporig von unten in dieses Wasser eingeblasen wird.
16. Anlage nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß die Belüftung des gefilterten Wassers erfolgt, indem Umgebungsluft feinporig direkt in tiefe Gewässerschichten eingeblasen wird.
17. Anlage nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Betrieb der Anlage nötigen mechanischen und elektrischen Aufbauten mit Pumpen, Steuerung/Regelung sowie der Energieversorgung in Form von Solarpanels und/oder Windrädern auf einer schwimmenden Einheit (7) zusammengefaßt sind.
18. Anlage nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Betrieb der Anlage nötigen mechanischen und elektrischen Aufbauten mit Pumpen, Steuerung/Regelung auf einer schwimmenden Einheit (7) zusammengefaßt und mit der Energieversorgung an Land verbunden sind.
19. Anlage nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Betrieb der Anlage nötigen mechanischen und elektrischen Aufbauten mit Pumpen, Steuerung/Regelung sowie der Energieversorgung an Land zusammengefaßt und mit den entsprechenden Leitungen zu der schwimmenden Filtereinheit verbunden sind.
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