DE19860568B4

DE19860568B4 - Verfahren und Anlage zur Sanierung von Oberflächengewässern

Info

Publication number: DE19860568B4
Application number: DE19860568A
Authority: DE
Inventors: Claudia Menschel; Frank Panning; Christian Prause; Goetz Ulbrich
Original assignee: Menschel Claudia Drrernat; Panning Frank Dr-Ing; Prause Christian Dipl-Chem; Ulbrich Gotz Dipl-Ing
Current assignee: Menschel Claudia Drrernat; Panning Frank Dr-Ing; Prause Christian Dipl-Chem; Ulbrich Gotz Dipl-Ing
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: AU2099900A; DE19860568A1; WO2000037366A8; DE59905009D1; WO2000037366A1; EP1147062B1; ATE236855T1; EP1147062A1

Abstract

Verfahren zur Sanierung von Oberflächengewässern, durch das Einbringen von den Sanierungseffekt bewirkenden Komponenten, wobei die Komponenten wasservolumenbezogen dosiert und mit definierter zeitlicher Verzögerung nacheinander in das Gewässer eingebracht und eingearbeitet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
– eine erste vorsuspendierte Komponente mittels einer Dosierpumpe (5) durch Einspritzung in eine Mischeinrichtung (7) einem Frischwasserstrom (8) beigegeben wird, mit dem eine gleichmäßige Vermischung und definierte Verdünnung erfolgt,
– die verdünnte Komponente einer Verteileinrichtung (10) zugeführt und mit definiertem Volumenstrom auf eine mindestens teilweise ins Wasser eingetauchte Einmischeinrichtung (11) gegeben wird,
– eine weitere Komponente mit einer weiteren Dosierpumpe (6) durch Eispritzen in eine Mischeinrichtung (13) einem weiteren Frischwasserstrom (12) zugeführt und gleichmäßig vermischt und definiert verdünnt einer weiteren Verteileinrichtung (14) sowie einer nachgeordneten, mindestens teilweise ins Wasser eingetauchten Einmischeinrichtung (15) zugeführt wird, wobei der notwendige Zeitabstand zwischen den Einbringungen der Komponenten in das Gewässer manuell oder automatisch in Abhängigkeit von...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Sanierung von Oberflächengewässern gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7.
Durch das dosierte Einarbeiten eines oder mehrerer flüssiger und/oder pulverförmiger Zuschlagstoffe in das Gewässer sollen Sanierungseffekte erreicht werden, die eine verbesserte Wasserqualität bewirken.
Die bekannten Technologien und Vorrichtungen zur Gewässersanierung sehen das Ausbaggern von Sedimenten mittels Saugspülbagger, die Tiefenwasserableitung über Pumpen, die Tiefenwasserbelüftung, die Sedimentabdeckung, die Aktivierung des Sedimentabbaus durch Einbringen von Katalysatoren, chemische oder biologische Konditionierung der Sedimente, die Flockung mit Zusatz von einem einzelnen Flockungsmittel, Zwangszirkulation oder auch biologische Verfahren wie die Biomanipulation vor.

Bei der Sanierung von Kleinst-Teichen ist es aus der US 5,500,131 auch bekannt, Flockungsverfahren einzusetzen, bei denen zwei Komponenten wie Kalk und Aluminiumchlorid nacheinander eingebracht werden, Flocken bilden und dabei Algen und Nährstoffe binden. Zunächst wird manuell eine dem zu behandelnden Wasservolumen entsprechend dosierte Menge des pulverförmigen Zuschlagstoffes mit einer vorgeschriebenen Menge Wasser suspendiert, anschließend gleichmäßig auf der Wasseroberfläche verteilt und in den Wasserkörper eingearbeitet. Eine ebenfalls dosierte und verdünnte Menge des flüssigen Zuschlagstoffes wird nach einer vorgegebenen Zeit in das vorbehandelte Wasser eingemischt. Dieses Verfahren ist auf Kleinstgewässer von wenigen Quadratmetern Oberfläche und wenigen Kubikmetern Inhalt beschränkt. Die Vorbereitung und Einarbeitung der Komponenten in den Gewässerkörper erfolgt manuell.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Eindosieren von Flockungsmitteln in Reaktionsgefäße ( DE 38 26 794 A1 ) sowie Verfahren zum Klären von Abwasser durch Kalk- und Flockungsmittelzugaben ( DE 39 13 044 A1 ) und Vorrichtungen zum Einbringen von flüssigen, festen, gasförmigen Stoffen in Wasser mittels Düsensystemen und Propellerrührwerken ( DE-OS 27 24 533 , DE-OS 28 44 113 ) bekannt geworden. Es sind jedoch keine Technologien bekannt, die geeignet sind, größere Gewässer mit einer mehrere Hektar großen Oberfläche effektiv zu behandeln.

So ist aus DE 28 44 113 ein Gerät zum Einbringen von festen, flüssigen oder gasförmigen Behandlungsstoffen in verschmutztes Wasser zur Verbesserung der Qualität des Wassers bekannt. Beansprucht wird dabei der Schutz für ein Axialrad, Propeller oder dergleichen, in deren umlaufenden Schaufeln sich Düsenöffnungen befinden, über die Behandlungsstoffe durch den bei der Umdrehung des Rades entstehenden Unterdruck angesaugt werden und so in ein Freiwasser gelangen. Durch die Umdrehung des Rades wird der Behandlungsstoff im Wasser ungerichtet verteilt. Ein ähnliches Gerät ist in der DE 27 24 533 offenbart. Auch hier wird ein im Wasser angeordnetes, antreibbares Axialrad, Propeller oder dergleichen wird dazu benutzt, dem Behandlungsstoff im Wasser zu verteilen. Nachteilig an den vorgeschlagenen Verfahren ist jedoch, dass eine auf das Wasservolumen und/oder die Wasserfläche bezogene Dosierung nicht möglich ist.

Aus DE-AS 11 19 186 ist ein Verfahren zur kombinierten Belüftung und Kalkung des Wassers in Seen oder Wasserläufen von einem Schiff aus bekannt. Es soll dabei die Belüftung einer Freiwasserzone in stehenden Oberflächengewässern bei gleichzeitiger chemischer Reduzierung des CO₂-Überschusses zur Reduzierung der Algenbiomasseproduktion durch Zudosierung von Kalk erreicht werden. Dazu wird mit Pressluft Kalkstaub in einem unter Wasser angeordneten Injektor eingeführt und durch diesen verteilt.

In der US 23 30 164 ist ein Gerät beschrieben, dass zur Dosierung von gelösten Zuschlagstoffen in ein Oberflächenwasser auf einem Wasserfahrzeug angeordnet werden kann. Dabei wird ein fester Zuschlagstoff in einem Schütt-Trichter transportiert, der auf einem oben offenem Rohr aufsitzt, in dem eine Transportschnecke läuft, die gleichzeitig mit Wasser durchspült wird. Auf diese Weise wird der auszubringende Zuschlagstoff gelöst und konzentriert über mehrere von einem Rohr abgehende Düsen im Wasser verteilt.

Das Problem der Sanierung von größeren Gewässern durch Flockung besteht darin, in der Freiwasserzone überhaupt einen Flockungsprozeß zu initiieren, bei dem ausreichend große, absetzbare Flocken entstehen, die Nährstoffe und suspendierte Bestandteile binden können. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Flocken in dem gesamten Wasserkörper gleichmäßig zu verteilen sind, um den Sanierungseffekt zu erreichen. Hinzu kommt, daß die üblichen Flockungsmittel vor allem bei Überdosierungen zu vorübergehenden Beeinträchtigungen der Lebensbedingungen im Gewässer führen können.

Diese Probleme können durch den bekannten Stand der Technik nicht gelöst werden. Speziell die gleichmäßige Verteilung der Flocken kann nicht gewährleistet werden. So werden zum Beispiel bei der Anwendung von Propellern in flachen Gewässern Sedimente vom Boden hochgezogen und verteilt. Das kann zu einer zusätzlichen Belastung des Gewässerkörpers führen. Eine Zweikomponentenflockung im Freiwasser von größeren Gewässern ist mit den bekannten Einrichtungen und Mitteln nicht realisierbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Anlage zu entwickeln, mit denen die Mängel der bekannten Einrichtungen vermieden werden und mit denen eine preiswerte, schnelle und ökologisch zuverlässige Sanierung von Gewässern bis zur mittleren Größe durch das Einbringen von Zuschlagstoffen gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Dadurch, daß eine erste vorsuspendierte Komponente mit einer Dosierpumpe einer Mischeinrichtung zugeführt und dort einem Frischwasserstrom beigegeben wird, mit dem eine gleichmäßige Vermischung und definierte Verdünnung erfolgt, die verdünnte Komponente einer Verteileinrichtung zugeführt und mit definiertem Volumenstrom auf eine mindestens teilweise ins Wasser eingetauchte Einmischeinrichtung gegeben wird, eine weitere Komponente mit einer weiteren Dosierpumpe einem weiteren Frischwasserstrom zugeführt und gleichmäßig vermischt und definiert verdünnt einer weiteren Verteileinrichtung sowie einer nachgeordneten Einmischeinrichtung zugeführt wird, wobei der notwendige Zeitabstand zwischen den Einbrin gungen der Komponenten in das Gewässer manuell oder automatisch in Abhängigkeit von den aktuellen Gegebenheiten wie Fließgeschwindigkeit des Wassers, Reaktionszeit der Komponenten eingestellt wird, kann gewährleistet werden, daß auch größere Gewässer abschnittsweise behandelt werden.

Die Anlage nach der Erfindung gewährleistet durch ihre komplexe und flexible Gestaltung eine effektive und zuverlässige Sanierung von Gewässern unterschiedlicher Größe mit vertretbarem Aufwand. Die eingesetzten rotierenden Bürstenwalzen mit auswechselbaren, in Beborstung und Durchmesser variierbaren Bürstenelementen ermöglichen eine rationelle Einmischung der Komponenten, Ausbildung von Flocken im Freiwasserraum und eine Anpassung an die Gewässerverhältnisse durch eine Veränderung der Eintauchtiefe, der Drehzahl und Drehrichtung der Bürsten.

Sowohl das Verfahren als auch die Anlage können auf stationäre Weise oder auf schwimmenden Geräteträgern angewendet werden. Es sind auch Mischformen in der Art realisierbar, daß einige Baugruppen/Verfahrenselemente stationär und andere schwimmend verwendet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Sanierung von Gewässern näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Funktionseinheiten der Anlage und
2 eine schematische Darstellung der Logistik.
Die Anlage nach der 1 ist konzipiert für die volumenbezogene, dosierte gleichmäßige Einarbeitung eines kombinierten Flockungsmittels, bestehend aus einem flüssigen und einem pulverförmigen Zuschlagstoff, in ein mehrere Hektar großes Gewässer mit dem Ziel, durch die eintretenden Flockungseffekte die Gewässerqualität deutlich zu verbessern. So kann zum Beispiel durch die volumendosierte Einbringung von Coccolithenkalk und von Polyaluminiumhydroxychlorid in definierter zeitlicher Abfolge eine Bildung von Flocken zwischen den beiden eingebrachten Komponenten erzielt werden, an denen eine Adsorption von Phosphat, Spurenelementen und Algen stattfindet und nachfolgend eine Sedimentation und Mineralisation erreicht wird.
Die 1 zeigt das technische Schema der Anlage zur Sanierung von Gewässern aufgebaut auf einen Ponton 1 als schwimmendem Geräteträger.
Auf dem Ponton 1 sind Vorratsbehälter 2, 3 für die Zuschlagstoffe Kalk als pulverförmige Komponente und Aluminiumchlorid als flüssige Komponente vorgesehen. Die pulverförmige Komponente wird aus dem Vorratsbehälter 2 in ein Rührwerk mit Behälter 4 geführt und dort in eine Suspension (Vorsuspendierung/Hydrolisierung) überführt und bis zur Verarbeitung in diesem Zustand gehalten. Mit dem Rührwerk 4 ist eine Dosierpumpe 5 verbunden, mit der eine definierte Menge der Suspension in einen nachgeschalteten Statikmischer 7 geführt wird. Im Statikmischer 7 erfolgt die gleichmäßige Vermischung und Verdünnung der Suspension durch Frischwasserzugabe 8 bis zur gewünschten Konzentration. Der so verdünnte Zuschlagstoff gelangt über eine Rohr- oder Schlauchleitung 9 zu einer Verteileinrichtung 10 an der in Fahrtrichtung (Pfeil) Vorderseite des Pontons 1. Die Verteileinrichtung 10 ist als horizontales Rohr mit einer bestimmten Anzahl Düsen eines bestimmten Durchmessers ausgebildet. Die Suspension gelangt über die nicht dargestellten Düsen auf eine ganz oder teilweise ins Wasser eingetauchte (Gewässeroberfläche 11) Einmischeinrichtung 11. Die Einmischeinrichtung ist durch eine rotierende Bürstenwalze gebildet, welche auswechselbare, in Beborstung und Durchmesser variierbare Bürstenelemente aufweist. Die Eintauchtiefe, die Drehzahl und die Drehrichtung der Bürsten sind variabel und können an verschiedene Gewässerverhältnisse und Behandlungsverfahren angepaßt werden. Die Einmischeinrichtung kann auch teilweise eine Walze mit einer Paddelbestückung oder dgl. sein.
Die in flüssiger Form vorliegende Komponente wird aus dem Vorratsbehälter 3 mit einer Dosierpumpe 6 mit einem zweiten Frischwasserstrom 12 einem Statikmischer 13 zugeführt und dort gleichmäßig vermischt und auf das gewünschte Maß verdünnt. Die verdünnte Komponente wird über Rohr- oder Schlauchleitungen 16 einer zweiten Einmischeinrichtung 15, bestehnd aus Bürstenwalzen, auf der Heckseite des Pontons 1 zugeführt.
Die Dosierpumpen 5, 6 sind vorzugsweise Membranpumpen mit einstellbarem Volumenstrom. Der einzustellende Volumenstrom leitet sich aus der aktuellen Wassertiefe, der Beschaffenheit der Zuschlagstoffe, der Breite der Verteileinrichtungen 10, 14 sowie der momentanen Fahrgeschwindigkeit, zum Beispiel zwischen 10...20 m/min, ab. Die Einstellung kann manuell oder automatisch erfolgen. Der erforderliche Zeitabstand zwischen den Einbringungen der Zuschlagstoffe wird anhand des Abstandes beider Einbringstellen über die Vortriebsgeschwindigkeit eingestellt.
Nicht dargestellt sind die mit den aufgeführten Baugruppen verbundenen Schalt- und Steuereinheiten zur Versorgung und Überwachung und zur Steuerung der zeitlichen Abläufe sowie eine Antriebseinheit, welche den Vortrieb des Pontons 1 mit definierter Geschwindigkeit ermöglicht.
In der 2 ist das technische Schema der Logistik zur störungsfreien Realisierung der technologischen Abläufe dargestellt.
Die Anlage nach der 1 wird entsprechend der beispielhaften Darstellung in der 2 mit dem Ponton 1 abschnittsweise über das zu sanierende Gewässer bewegt, hier an Querseilen 18 geführt. Der Ponton 1 wird nach der Absolvierung einer Längsfahrt in Querrichtung so versetzt, daß eine flächendeckende Ausbringung der Zuschlagstoffe in das Gewässer gewährleistet ist. Auf einem an den Ponton 1 angelegten Beiboot 17 werden mittels eines Zubringerbootes 19 kontinuierlich aus einem Lager 20 die verwendeten Zuschlagstoffe nachgefüllt, so daß eine kontinuierliche Arbeit gesichert ist. Wasser- und Energiezufuhr erfolgen aus einem Depot 21 über entsprechende Leitungen.
Es können auch einige oder alle Baugruppen des Geräteträgers 1 in ein Fließgewässer wie Zufluß/Wasserlauf zu einem Gewässer fest eingebaut sein, so daß die Einarbeitung der Komponenten in den Wasserstrom erfolgt.
Bei schwer zugänglichen Gewässern ist auch die Anlegung von Bypass-Wasserläufen mit darin installierten Baugruppen der Anlage nach der Erfindung bzw. von Verfahrenselementen vorstellbar.
Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der beschriebenen Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1: Ponton
2: Vorratsbehälter
3: Vorratsbehälter
4: Rührwerk
5: Dosierpumpe
6: Dosierpumpe
7: Statikmischer
8: Frischwasser
9: Rohr- oder Schlauchleitung
10: Verteileinrichtung
11: Einmischeinrichtung
12: Frischwasser
13: Statikmischer
14: Verteileinrichtung
15: Einmischeinrichtung
16: Rohr- oder Schlauchleitung
17: Beiboot
18: Querseil
19: Zubringerboot
20: Lager
21: Depot
22: Gewässeroberfläche

Claims

Verfahren zur Sanierung von Oberflächengewässern, durch das Einbringen von den Sanierungseffekt bewirkenden Komponenten, wobei die Komponenten wasservolumenbezogen dosiert und mit definierter zeitlicher Verzögerung nacheinander in das Gewässer eingebracht und eingearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß – eine erste vorsuspendierte Komponente mittels einer Dosierpumpe (5) durch Einspritzung in eine Mischeinrichtung (7) einem Frischwasserstrom (8) beigegeben wird, mit dem eine gleichmäßige Vermischung und definierte Verdünnung erfolgt, – die verdünnte Komponente einer Verteileinrichtung (10) zugeführt und mit definiertem Volumenstrom auf eine mindestens teilweise ins Wasser eingetauchte Einmischeinrichtung (11) gegeben wird, – eine weitere Komponente mit einer weiteren Dosierpumpe (6) durch Eispritzen in eine Mischeinrichtung (13) einem weiteren Frischwasserstrom (12) zugeführt und gleichmäßig vermischt und definiert verdünnt einer weiteren Verteileinrichtung (14) sowie einer nachgeordneten, mindestens teilweise ins Wasser eingetauchten Einmischeinrichtung (15) zugeführt wird, wobei der notwendige Zeitabstand zwischen den Einbringungen der Komponenten in das Gewässer manuell oder automatisch in Abhängigkeit von den aktuellen Gegebenheiten wie Fließgeschwindigkeit des Wassers, Reaktionszeit der Komponenten eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente vor der Dosierung mit vorzugsweise aus dem Gewässer entnommenen Wasser in einem definierten Mischungsverhältnis suspendiert wird und die Suspension bis zu ihrer Verarbeitung am Absetzen gehindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmischung der Komponenten in das Wasser mittels rotierender Walzen mit Verteilelementen wie Bürsten, Stäben, Paddeln vorgenommen wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß Verfahrenselemente wie Dosierpumpen (5, 6), Verteileinrichtungen (10, 14), Einmischeinrichtungen (11, 15) auf einem schwimmenden Geräteträger (1) angeordnet werden, der mit einer definierten, regelbaren Geschwindigkeit auf einer definierten Strecke abschnittsweise über das Gewässer bewegt wird, wobei die Einarbeitung der Komponenten in Fahrtrichtung hintereinander vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrenselemente in einem Wasserstrom wie Zufluß, Wasserlauf fest installiert werden und die Einarbeitung der Komponenten in den Wasserstrom erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorsuspendierte Komponente in Fahrtrichtung vorne in das Gewässer eingebracht wird und der notwendige Zeitabstand der Einbringung der weiteren Komponente am Heck des Geräteträgers (1) anhand des Abstandes beider Einbringstellen (11, 14) und der Vortriebsgeschwindigkeit des Geräteträgers (1) eingestellt wird.
Anlage zur Sanierung von Oberflächengewässern, zur Einbringung von den Sanierungseffekt bewirkenden Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Geräteträger (1) – Vorratsbehälter (2,3) für die Komponente – mindestens ein Rührwerk zur Suspendierung pulverförmiger Komponenten, – Dosierpumpen (5, 6) wie Membranpumpen mit einstellbarem Volumenstrom für jede der Komponenten, – Vorrichtungen (7, 13) zur Einbringung der Komponenten in je einen definierten Frischwasserstrom (8, 12) und zur anschließenden intensiven Vermischung, – jeweils eine Vorrichtung (10, 14) zur gleichmäßig verteilten Ausbringung der Komponenten auf die Gewässeroberfläche über eine definierte Breite, – je eine den Verteil- und Ausbringeinrichtungen (10, 14) zugeordnete Einmischeinrichtung (11, 15) zur intensiven Einarbeitung der Komponenten in die obere Schicht des Wassers, – Schalt- und Steuereinrichtungen zur Versorgung, Überwachung der Aggregate und zur Steuerung der zeitlichen Abläufe, zu einer funktionellen Einheit miteinander verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtungen (10, 14) als horizontale, quer zur Längsachse des Geräteträgers (1) angeordnete Rohre mit einer definierten Anzahl von Düsen eines bestimmten Durchmessers ausgebildet sind, wobei die Form und die Anzahl der Düsen in Abhängigkeit von der Komponente und dem mittleren zu bewältigenden Volumenstrom ausgebildet sind.
Anlage nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmischeinrichtung (11,15) aus einer rotierenden Bürstenwalze mit auswechselbaren, in Beborstung und Durchmesser variierbaren Borstenelementen besteht, wobei die Eintauchtiefe, Drehzahl und Drehrichtung der Bürsten variabel und den Gewässerverhältnissen und Sanierungsverfahren anpaßbar sind.
Anlage nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmischeinrichtung (11, 15) aus einer mit verschieden ausgebildeten Aufsätzen versehenen oder aus Stäben gebildeten Walze besteht, wobei die Eintauchtiefe, Drehzahl und Drehrichtung der Aufsätze bzw. der Stäbe variabel und den Gewässerverhältnissen und Sanierungsverfahren anpaßbar sind.
Anlage nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage modular aufgebaut und an die Gewässergröße anpaßbar ist.
Anlage nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Baugruppen des Geräteträgers (1) in ein Fließgewässer eingebaut sind und die Zeitdifferenz zwischen dem Einmischen der beiden Komponenten durch den Abstand der Einmischeinrichtungen (11,15) voneinander eingestellt ist.
Anlage nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Geräteträger (1) wie ein Ponton oder ein Katamaran schwimmfähig ausgeführt ist und eine regelbare Antriebseinheit zur Einstellung einer definierten Geschwindigkeit des Geräteträgers (1) aufweist.
Anlage nach den Ansprüchen 7 bis 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Geräteträger (1) Leitwände zur Abgrenzung des Reaktionsraumes der eingebrachten Komponenten und zur Verhinderung der Abdrift der Komponenten im Wasser vorgesehen sind.