DE19803349A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Belüften und/oder Anreichern von Wasser, insbesondere in Gewässern mittels gasförmiger Medien, insbesondere mittels Sauerstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Belüften und/oder Anrei­ chern von Wasser, insbesondere in Gewässern, landschaftsgebundenen Seen, Fischteichen, Angelseen, aufgestaute Teiche, Abwasserteiche, Kläranlagen oder dergleichen mittels in die Gewässer eingebrachter gasförmiger Medien, insbesondere mittels Sauerstoff. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Belüftungs- und/oder Anreicherungsverfahrens mittels Sauerstoff.

Es ist bekannt, daß insbesondere in stehenden oder langsam fließen­ den Gewässern aufgrund von biologischen Belastungen, wie auf den Gewässerboden absinkende Nährstoffe, Nitrate, Phosphate, sauerstoff­ verzehrender Algenbewuchs oder dergleichen eine Sauerstoffverarmung der Gewässer eintritt, die zum sogenannten "Umkippen" des Gewässers führt. In solchen umgekippten Gewässern erstickt jedes artenreiche Leben, wie Fische, Krebse oder sonstige Kleinlebewesen. Um das Umkippen der Gewässer zu verhindern wird nach einigen bekannten Verfahren das Wasser mittels Luftsauerstoff angereichert. Hierzu wurden verschiedene Geräte entwickelt, die auf der Gewässerober­ fläche schwimmend, flächenhaft Luftsauerstoff in das Gewässer einbringen sollen.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 94 13 859.1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen des biologischen Gleichgewichts in Gewässern, ins­ besondere in Flachgewässern mit einem Schwimmkörper und mit einem eine Wasserströmung erzeugenden Verwirbler bekannt. Der Verwirbler ist so ausgerichtet, daß er eine horizontale Vortriebskomponente für die Vorrichtung aufweist und einen um die Vorrichtung umlaufen­ den Abstandshalter sowie ein Gelenk, um die Richtung des Verwirblers einzustellen. Die horizontale Verwirbelungskomponente des Verwirb­ lers soll bewirken, daß sich der schwimmende Verwirbler auf der Wasseroberfläche regellos und nach dem Zufallsprinzip schwimmend bewegt. Der Verwirbler weist einen Schwimmkörper auf, der über eine Halterung einen Motor trägt. Der Motor treibt einen Propeller an, der von einem Siebkorb umgeben ist. Eine Luftzuleitung führt durch die Welle des Propellers. Mit Hilfe des Propellers wird der in der Luft vorhandene Sauerstoff in das Wasser eingewirbelt. Da die Luft jedoch nur 20% Sauerstoff enthält, erfolgt die Anreicherung des Wassers in manchen Fällen zu langsam, um ein Umkippen des Gewässers zu verhindern, selbst dann, wenn der Verwirbler flächenhaft auf der Gewässeroberfläche bewegt wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 31 617 A1 bzw. aus der korrespondierenden europäischen Patentanmeldung EP 0 418 571 A1 ist eine schwimmende Anordnung zur Reinigung und Belüftung von offenen Gewässern mittels Luftsauerstoff bekannt. Das Gehäuse ist als Schwimmgehäuse ausgebildet, das teilweise unter den Wasserspiegel des zu reinigenden und/oder zu belüftenden Gewässers eintaucht. Das Schwimmergehäuse hat Öffnungen zur Zu- und Ableitung von Wasser und Öffnungen zur Zu- und Ableitung von Luft oder anderen Gasen. Am Boden des Schwimmergehäuses ist ein senkrecht nach unten ragendes Rohr mit einem Filtereinsatz angeordnet. Durch dieses Rohr wird das nasser in das Schwimmergehäuse eingesaugt und innerhalb des Gehäuses mit Luftsauerstoff vermischt, wobei die Luft aus der Umgebung in einen Luftaufnahmeraum des Schwimmergehäuses geleitet wird, der durch eine Düsenplatte vom Wasserraum abgegrenzt ist. Der Luftauf­ nahmeraum bildet den eigentlichen Reinigungs- und Belüftungsteil der Anordnung. Durch die aufsteigenden Gasbläschen wird eine Pump­ wirkung in dem gasdurchströmten Wasserbereich innerhalb des Schwim­ mergehäuses erzielt, die zu einer Wasserumwälzung innerhalb des Schwimmergehäuses führt. Der Reinigungs- und Belüftungseffekt dieser vorbekannten Anordnung ist durch die Verwendung von Luft als Wasser­ begasungsmittel begrenzt und nicht wirksam genug, wenn ein Umkippen des Gewässers droht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bisher bekannten Verfahren zur Belüftung und/oder Reinigung von Gewässern, insbesondere mit Sauerstoff wirksamer zu machen und hierfür eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine verbesserte Durchmischung mit das Wasser reinigenden Gasen, insbesondere eine intensive Vermi­ schung von Sauerstoff und verunreinigtem Wasser ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der in Anspruch 1 genannten Gattung durch die Verwendung von hochwertigen technischen Gasen, insbesondere von hochwertig angereichertem technischem Sauerstoff gelöst.

Die effektive Vermischung von Wasser und technischem Sauerstoff wird gemäß der Erfindung mit der speziellen neuen Mischeinrichtung nach Anspruch 7 gelöst, wonach in oder an dem Gehäuse der Vorrichtung ein Strömungskanal mit Strömungspumpe oder Vordruckeinlauf für sauerstoffarmes Wasser angeordnet ist, und der Strömungskanal mit einer Leiteinrichtung sowie einer Aufreißeinrichtung mit Strömungs­ verengung für das Wasser in Verbindung steht. Am Strömungskanal und/oder im Bereich der Leiteinrichtung und/oder am Gehäuse ist eine Zuführvorrichtung für hochwertig angereicherten technischen Sauer­ stoff angeordnet. Das Gehäuse weist eine Sammelkammer mit Austritt für mit Sauerstoff angereichertem Wasser auf. In der erfindungs­ mäßen Mischdüse entsteht durch die Anordnung von Leiteinrichtungen und Aufreißeinrichtungen mit Strömungsverengung eine automatische Zwangsmischung von gefördertem Wasser mit dem zugeführten Sauer­ stoff.

Die spezielle Mischeinrichtung kann in einem schwimmenden Gehäuse eingebaut werden. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Mischdüse über der Wasseroberfläche und die Durchführung des Wassers mitten durch die Mischeinrichtung. Die Förderung des Wassers kann mit einer Niederdruck-Propellerpumpe oder einer ähnlichen Pumpe erfolgen. Dies ermöglicht eine kompakte und schwimmende Bauweise.

Das Gehäuse, in dem die Mischeinrichtung angeordnet ist, kann von verschiedener Bauart sein. Beispielsweise ist auch eine Wasser­ zuführung von oben in das Gehäuse möglich. In diesem Fall kann entweder mit einer Förderpumpe oder durch normalen Vordruck (z. B. natürliches Gefälle) sauerstoffarmes Wasser der Mischeinrichtung zugeleitet werden.

Weitere verfahrenstechnische und vorrichtungsmäßige Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Wie eingangs zum Stand der Technik erwähnt, reichern viele bekannte Verfahren verunreinigtes und/oder sauerstoffarmes Wasser mit Luft­ sauerstoff an. Die Wirksamkeit dieser Verfahren ist jedoch begrenzt, da die Luft nur zu ca. 20% aus Sauerstoff besteht. Das erfindungs­ gemäße Verfahren setzt demgegenüber hochwertigen technischen Sauer­ stoff ein, der in Flaschen, Bündeln oder in Tanks bevorratet werden kann und überall über den Handel bezogen werden kann oder mit einem Sauerstoff-Generator vor Ort produziert werden kann.

Zur Vermischung von technischem Sauerstoff und Wasser wurde erfin­ dungsgemäß eine spezielle Mischeinheit entwickelt, die mit minimalem Druck eine Vermischung von Wasser und Sauerstoff gewährleistet. Die komplette Mischeinrichtung liegt in einem geschlossenen System über dem Wasserspiegel. Die kompakte Bauform des gesamten Systems er­ möglicht es, daß die Lüftungs- und/oder Anreicherungsvorrichtung selbsttätig auf dem Wasser schwimmt. Es ist auch eine stationäre, stehende Aufstellung der Vorrichtung möglich; in diesem Fall kann mit Hilfe einer Pumpe das anzureichernde Wasser aus einem Kanal in die Mischeinrichtung geführt werden.

Mit verhältnismäßig geringer Druckdifferenz von max. 0,1 bar wird sauerstoffarmes Wasser bspw. in ein Schwimmergehäuse angesaugt und über die erfindungsgemäß ausgebildete Mischeinrichtung innerhalb des Schwimmergehäuses intensiv mit dem eingeleiteten reinen Sauer­ stoff vermischt. Durch die Mischeinrichtung wird eine Oberflächen-Ver­ größerung des zu begasenden Wassers erreicht und der Sauerstoff wird intensiv angenommen. Restgase im Wasser werden teilweise ausgetrieben und entweichen über eine Entlüftungseinrichtung.

Die komplette Vorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff in das zu reinigende Wasser kann - wie zuvor gesagt - schwimmend ausgelegt werden und kann deshalb leicht in das Gewässer gebracht werden. Die Vorrichtung erzeugt eine gerichtete Strömung; Wasseransaug- und Wasserausstoßkanal sind am Vorrichtungsgehäuse gegenüber angebracht, so daß eine vorzeitige Kurzschlußströmung vermieden wird. Die Wasserförderung wird von einem Elektrotauchmotor mit einem aufge­ setzten Propeller in einem Kunststoffrohr übernommen. Am Ansaug­ stutzen des Ansaugkanals ist ein Sieb erforderlich, welches Fische und Grobteile zurückhält, so daß in dem im Schwimmergehäuse befind­ lichen Belüftungssystem eine Verstopfung ausgeschlossen werden kann.

Verschiedene Pumpenaggregate mit unterschiedlicher Förderleistung können montiert werden, so daß das Gerät an die Einsatzvoraussetzun­ gen und an den Sauerstoffbedarf im zu reinigenden Wasser optimal angepaßt werden kann.

Je nach Bedarf ist das Anreicherungssystem in verschiedenen Größen mit unterschiedlichen Förderleistungen ausrüstbar. Das Funktions­ prinzip ist gleich, lediglich die Wassermenge und die Anreicherung sind unterschiedlich.

Hauptvorteil des Belüftungssystems ist die Sauerstoffanreicherung und -bereitstellung als Notwendigkeit zur Aufzucht und zum Halten von großen Fischmengen in Teichen und Becken. Für Reinigungszwecke in Abwassersystemen und in Seen wird der technische Sauerstoff im Wasser zum Anregen der Tätigkeit der Mikroorganismen eingesetzt.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schwimmende Vorrichtung zur Reinigung und/oder Belüftung von Gewässern mittels Sauerstoff in per­ spektivischer und teilweise aufgeschnittener Dar­ stellung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die schwimmende Vorrichtung nach Fig. 1 mit prinzipieller Darstellung der speziellen Mischeinrichtung für technischen Sauerstoff und zu reinigendem Wasser,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit Sauerstoff­ zuleitung in den Strömungskanal,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einem auf dem Gehäuse angeordneten Vordruck-Strömungskanal.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen das komplette Sauerstoffeintragungssystem, das in einem geschlossenen Kunststoffgehäuse 1 untergebracht ist, welches gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 mit Hilfe von Schwimmkörpern (nicht näher dargestellt) selbsttätig auf der Wasseroberfläche schwimmt oder welches gemäß Fig. 4 in flache Gewässer gestellt wird.

Gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 wird sauerstoffarmes Wasser aus dem Gewässer mit Hilfe eines Förderteils in das Gehäuse angesaugt. Das Förderteil besteht aus einem elektrischen Tauchmotor 2 und einem direkt aufge­ setzten Förderpropeller 3. Der Förderteil ist von einem Sieb 13 umgeben. Mit Hilfe dieser Fördereinrichtung wird das Wasser wirt­ schaftlich und mit geringem Energiebedarf durch einen Strömungskanal 4 geführt und an die Oberseite des Kunststoffgehäuses 1 gefördert. Zur Förderung ist lediglich ein geringer Druck von etwa 0,1 bar erforderlich. Durch eine Umlenkung 9 am Ende des Strömungskanals 4 wird das Wasser längs des aufsteigenden Teils des Strömungskanals wieder zurückgeführt. In dem Umlenkrohr sind Leiteinrichtungen 10 sowie Aufreißeinrichtungen mit Strömungsverengung 11 angebracht, welche die Wasseroberfläche vergrößern und eine optimale Sauer­ stoffanreicherung möglich machen.

An dem Schwimmergehäuse befindet sich ein Sauerstoff-Anschluß 5, an den ein Schlauch 14 angeschlossen ist, über den der hochwertige technische Sauerstoff zugeführt wird. Die Zuleitungsmenge ist abhängig von der gewünschten Anreicherung, von der Fördermenge und auch von der Temperatur des Wassers. Der zugeleitete Sauerstoff wird über Eintrittsöffnungen 6 im Fallrohr 15 dem aus der Umlenkung 9 zurückfallenden und aufgerissenen Wasser zugegeben (Fig. 1). Gemäß Fig. 3 wird der technische Sauerstoff mit gleichem Erfolg in den Strömungskanal 4 eingeleitet. Durch eine Strömungsverengung 11 im Fallrohr 15 wird eine optimale Mischung zwischen Wasser und Sauer­ stoff erreicht und die Anreicherung verbessert.

Die spezielle Mischeinrichtung 7 für Sauerstoff und Wasser besteht innerhalb des Schwimmergehäuses 1 aus dem senkrecht aufsteigenden Strömungskanal 4, aus über dem offenen Ende des Strömungskanals 4 angeordneter Strömungsumlenkung 9, die mit einer Leiteinrichtung 10 den Strömungskanal beabstandet umgibt und aus unterhalb der Leit­ einrichtung 10 angeordnetem Fallrohr 15, in welchem sich die Strö­ mungsverengung 11 befindet.

Das Wasser-Sauerstoff-Gemisch fließt aus dem offenen Fallrohr 15 in eine Sammelkammer 16 und tritt aus dieser über die Austrittsöff­ nung 8 selbsttätig wieder aus. Durch das nachdrückende Wasser in der Sammelkammer entsteht eine Strömung vom Schwimmergehäuse weg, so daß mit Sauerstoff angereichertes Wasser nicht noch einmal von dem Förderteil 2, 3 angesaugt wird. Auf dem Gehäuseoberteil befindet sich eine Entlüftungs- bzw. Entgasungsleitung 12.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung zum Belüften und/oder Anreichern von Wasser mit technischem Sauerstoff macht eine kompakte und schwimmende Einrichtung erst möglich. Weitere Varianten sind in das Belieben des Fachmanns gestellt.

Bspw. kann die Vorrichtung ohne eine Pumpe betrieben werden, wenn ein natürlicher Vordruck des Wassers vorhanden ist. Das Wasser wird dann nicht von unten mittels eines elektrischen Tauchmotors in den Strömungskanal 4 und von dort der Mischeinrichtung zugefördert, sondern wird gemäß Fig. 4 durch einen auf das Gehäuse 1 aufgesetzten Strömungskanal 4 von oben auf die Mischeinrichtung geleitet. Der Sauerstoffanschluß 5 befindet sich im Strömungskanal 4 oberhalb der Mischeinrichtung 7 und/oder am Gehäuse 1. Die einzelnen Elemente 10, 11, 15 der Mischeinrichtung entsprechen dabei prinzipiell den Elementen der Mischeinrichtung in dem schwimmenden Gehäuse gemäß Fig. 1 bis Fig. 3.

Das zuvor beschriebene Verfahren und die entsprechend ausgestaltete Vorrichtung eignen sich für viele Einsatzfälle, bei denen es notwen­ dig ist, Sauerstoff ins Gewässer zu bringen, z. B.:

• - in Seen und natürliche Gewässer, die den Sauerstoff zum Über­ leben benötigen, damit Organismen arbeiten können und die Gewässer nicht faulen und absterben,
• - in Fischteiche und Angelseen, die erheblichen Sauerstoff, ins­ besondere in den Sommermonaten benötigen,
• - in Kläranlagen und Abwasserteiche, die den Sauerstoff zur biologischen Reinigung benötigen, bspw. zur Gewährleistung der Abbauleistung einer Kläranlage.

Bezugszeichenliste

1

Kunststoffgehäuse, schwimmendes Gehäuse

2

elektrischer Tauchmotor

3

Förderpropeller

4

Strömungskanal/Wasserführung

5

Zuführvorrichtung für technischen Sauerstoff

6

Ansaugöffnung für technischen Sauerstoff

7

Mischeinrichtung

8

Wasseraustritt

9

Umlenkung

10

Leiteinrichtung

11

Aufreißeinrichtung mit Strömungsverengung

12

Entlüftungs-/Entgasungsleitung

13

Sieb

14

Schlauch

15

Fallrohr

16

Sammelkammer/Gehäusesammelraum

17

Zuleitungsöffnung

Claims (17)

1. Verfahren zum Belüften und/oder Anreichern von Wasser, ins­ besondere in Gewässern, wie landschaftsgebundenen Seen, Fisch­ teichen, Angelseen, aufgestaute Teiche, Abwasserteiche, Klär­ anlagen, mittels in die Gewässer eingebrachter gasförmiger Medien, insbesondere mittels Sauerstoff, gekennzeichnet durch die Verwendung von hochwertigen technischen Gasen, insbesondere von hochwertig angereichertem technischen Sauerstoff.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sauerstoffarmes Wasser in ein Gehäuse eingeleitet, in dem Gehäuse intensiv mit dem dort eingeleiteten technischen Sauer­ stoff vermischt wird und die sauerstoffangereicherte Mischung in dem Gehäuse zunächst gesammelt und anschließend unter die Gewässeroberfläche zurückfließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffarme Wasser in das Mischgehäuse mit relativ geringer Druckdifferenz, von max. 0,1 bar eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des angesaugten Wassers in dem Mischgehäuse zerteilt und aufgerissen wird und in die hierdurch vergrößerte Oberfläche der technische Sauerstoff eingemischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der technische Sauerstoff dem in das Gehäuse eingeleiteten Wasser zugegeben wird und die Vormischung aus Wasser und technischem Sauerstoff in dem Mischgehäuse zerteilt und aufge­ rissen wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Sauerstoff und Wasser vor Eintritt in den Gehäusesammelraum zur intensiven Vermischung sowie zur Verbes­ serung der Anreicherung verdüst wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche 1 bis 6, mit einem Gehäuse mit Öffnungen zur Zuleitung von sauerstoffarmem Wasser und zur Ableitung von sauerstoffangereichertem Wasser sowie mit Mitteln zur Sauerstoffbelüftung des Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an dem Gehäuse (1) ein Strömungskanal (4) mit Strömungspumpe (2) oder Vordruckeinlauf (2') für sauerstoff­ armes Wasser angeordnet ist, der Strömungskanal (4) mit einer Leiteinrichtung (10) sowie einer Aufreißeinrichtung mit Strö­ mungsverengung (11) für das Wasser in Verbindung steht, am Strömungskanal (4) und/oder im Bereich der Leiteinrichtung (10) und/oder am Gehäuse (1) eine Zuführvorrichtung (5, 6) für hoch­ wertig angereicherten technischen Sauerstoff angeordnet ist und das Gehäuse (1) eine Sammelkammer (16) mit Austritt (8) für mit Sauerstoff angereichertem Wasser aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (4) durch die Sammelkammer (16) hin­ durchgeführt ist und in eine Strömungsumlenkung (9) einmündet, die Strömungsumlenkung (9) in die Leiteinrichtung (10) über­ geht, die ihrerseits das obere Ende des Strömungskanals (4) mit Abstand umgibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Strömungskanal (4) auf der Oberseite des Gehäuses (1) und oberhalb der Sammelkammer (16) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (4) im Bereich seiner Einmündung in das Gehäuse (1) die Leit- (10) und Aufreißeinrichtung (11) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Leiteinrichtung (10) ein Fallrohr (15) mit Strömungsverengung (11) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverengung (11) in offener Verbindung zur Wasseroberfläche in der Sammelkammer (16) steht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführvorrichtung (5) für technischen Sauerstoff in Strömungsrichtung gesehen hinter der Leiteinrichtung (10), vor der Aufreißeinrichtung mit Strömungsverengung (11) oder in dem Strömungskanal (4) in Strömungsrichtung hinter dem Tauchmotor (2) oder an mehreren der genannten Stellen angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführvorrichtung (5) für technischen Sauerstoff am Strömungskanal (4) im Bereich vor der Leit- (10) und Aufreiß­ einrichtung (11) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Saugende des Strömungskanals (4) eine Förderpumpe, bspw. ein elektrischer Tauchmotor (2), mit einem direkt aufgesetzten Förderpropeller (3) angeordnet ist, und die Förderpumpe gegen­ über dem sauerstoffarmen Umgebungswasser durch ein Sieb (13) geschützt ist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) der Austritt (8) für sauerstoffangereicher­ tes Wasser und die Zuleitungsöffnung (17) für sauerstoffarmes Wasser an verschiedenen, bspw. an gegenüberliegenden Gehäuse­ seiten angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere aus Leiteinrichtung (10) sowie Fallrohr (15) mit Strömungsverengung (11) bestehende Mischeinrichtung (7) im Gehäuse (1) oberhalb des Wasserspiegels (∇) angeordnet ist.