DE2641830C3 - Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht - Google Patents

Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer auf der Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht, bei dem ein unterhalb der Wasseroberfläche angeordneter Impulsgeber die Schmutzschicht so bewegt, daß sie in eine Sammelvorrichtung gelangt, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Durch die deutsche Auslegeschrift 10 92 395 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem auf die Schmutzschicht Impulse ausgeübt werden, die durch Druckluft bzw. Druckwasserstrahlen oder durch hochziehbare bzw. auseinanderziehbare Körper erzeugt werden. Durch die Impulse wird die .Schmutzschicht in Richtung auf eine Trennwand getrieben, wo sie über den oberen Rand derselben in tine Sammelvorrichtung fließt. Es besteht die Gefahr, daß die Mittel zum Bewegen der Impulskörper bzw. die öffnungen für die Druckluft oder das Druckwasser im Lauf der Zeit verschmutzen, so daß eine ordnungsgemäße Beseitigung der Schmutzschicht nicht gewährleistet wird. Diese Nachteile des Standes derTechnik sollen überwunden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der
eingangs beschriebenen Art so vorzugehen, daß die
Schmuizschicht unter Einsatz von unempfindlichen Betätigungsmitteln entfernt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
in daß als Impulsgeber ein Schallgeber für Ultraschallwellen verwendet wird, daß die Ultraschallwellen so fokussiert werden, daß der gemeinsame Schnittbereich sämtlicher Ultraschallwellen nahe der Grenzfläche zwischen der Wasseroberfläche und der Schmutzschicht liegt, daß der Schallgeber mit elektrischer Energie versorgt wird und daß kontinuierlich ein Teil der Schmutzschicht hochgeschleudert wird und anschließend in die Sammelvorrichtung gelangt
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber am Boden eines Behälters angeordnet ist und so schräg auf eine Trennwand gerichtet ist daß die Teile der Schmutzschicht im Bogen über den oberen Rand der Trennwand geschleudert werden und in die Sammelvor richtung gelangen.
Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung so auszubilden, daß der Schallgeber an einem Bauteil befestigt ist, das an eisern Schwimmer angeordnet ist daß der Schallgeber senkrecht nach oben gerichtet ist
H) und daß die Sammelvorrichtung aus einem Einlaßkopf mit einer Öffnung, einem Ablenker für die hochgeschleuderten Teile der Schmutzschicht und anschließenden Rohren besteht.
Durch das beanspruchte Verfahren und die Vorrich-
tungen nach den Ansprüchen 2 und 3 wird der Vorteil erreicht, daß ohne weiteres eine Anpassung an unterschiedliche Schmutzschichten möglich ist, da sich die vom Schallgeber abgestrahlte Energie auf einfache Weise regulieren läßt. Außerdem ist sichergestellt daß nur die Schmutzschicht in die Sammelvorrichtung gelangen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtungen sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 6.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Vorrichtung zum Entfernen von Schmutzstoffen im Wasser mittels Ultraschall,
F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt eines Ultraschallfokussiergebers aus der Vorrichtung in F i g. 1.
Fig.3 eine schematische Darstellung einer modifizierten Ausführungsform eines Schallgebers, Pig.4 einen vertikalen Schnitt durch einen anderen Schallgeber, der mit einer Fokussierlinse ausgestattet ist,
F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der Vorrichtung, die besonders dafür bestimmt ist, bei der Entfernung von abgelassenem Öl
«> im Hafen verwendet zu werden, und
F i g. 6 einen vergrößerten senkrechten Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig,5, der Details der Vorrichtung zeigt die an einem Behälter befesiigi ist.
In den Zeichnungen kennzeichnet die Zahl 10 in
<>'> F i g. I im allgemeinen eine vereinfachte Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung. Die Vorrichtung 10 in Fig. 1 enthält einen länglichen und oben offenen Behälter 12 mit einem Boden 13. in den ein Ablaßventil
14 eingepaßt ist Ein Zuflußrohr 16 ragt über eine Seitenwand 17 des Behälters 12, um das Füllen mit einer Mischung aus Wasser und öl zu ermöglichen. Das Wasser wird mit 18 und das öl mit 19 bezeichnet, wobei das öl aufgrund seines spezifischen Gewichtes auf der ί Wasseroberfläche schwimmt. Der Behälter besitzt eine Trennwand 20, auf deren anderen Seite sich eine Sammelvorrichtung 21 befindet, die wiederum einen Boden 22 aufweist, in dem ein Ablauf 23 vorgesehen ist. Eine Seitenwand 24 der Sammelvorrichtung 21 wird κι nach oben durch eine nach innen geneigte Spritzplatte 25 fortgesetzt.
Die Vorrichtung 10 ist dafür bestimmt, einen größeren Teil des Öles von dem Wasser zu entfernen und enthält für diesen Zweck einen Schallgeber 30, für den der Behälter 12 eine geeignete Trageinrichtung darstellt. Dieser Schallgeber 30, welcher in einer größeren Darstellung in F i g. 2 im Detail gezeigt ist, enthält einen hohlen Untersatz 32, auf welchem ein parabolisches Bauteil 33 befestigt ist. Das Bauteil 33, >u welches eine konkave Arbeitsfläche 34 besitzt, ist aus einem geeigneten piezoelektrischen oder elektrostriktiven Material hergestellt und ist durch eine Schalteinrichtung 35 elektrisch mit einer (nicht dargestellten) Wechselstromquelle verbunden. Eine solche Anordnung Wird normalerweise als Uluaschallfokussierwandler bezeichnet und es sind zur Zeit einige derart geeignete Wandler im Handel erhältlich. Jede dieser verschiedenen geeigneten· Typen von Schallgebern sind in der Lage, ihre erzeugten akustischen Wellen an einen jo vorherbestimmten Bereich zu fokussieren und dieser Schnittbereich ist bei der Verwendung des parabolischen Bauteils 33 angenähert eine Kugel, die in F i g. 1 mit 38 bezeichnet ist.
Wenn die Vorrichtung 10 zum Trennen des Öls vom η Wasser verwendet wird, wird das Wegfließen von dem Zuflußrohr 16 und dem Wasserabfluß von dem Behälter durch das Abflußventil 14 vorsichtig reguliert, um das Flüssigkeitsniveau in dem Behälter 12 beizubehalten, so daß der Schnittbereich 38 der Ultraschallwellen an der oberen Wasseroberfläche oder sehr nahe darunter beibehalten wird, oder die Abweichung davon zumindest sehr gering ist. Der Schallgeber 30 wird mit Energie versorgt, um Ultraschallwellen zu erzeugen, und diese fokussierten Wellen bewirken, daß ein Teil des Öles 19 in Form eines Strahls 19/4 herausspritzt. Es hat sich gezeigt, daß dieser Strahl im wesentlichen zusammenhängend ist, da seine Basis kontinuierlich mit öl 19 versehen wird, welches auf der Wasseroberfläche schwimmt und das herausgeschleuderte öl ergänzt. Der w Strahl I9/t ist durch den schräg angeordneten Schallgeber 30 so ausgerichtet, daß er im Bogen über die Trennwand 20 geschleudert wird und in die Sammelvorrichtung 21 gelangt, um danach durch den Ablauf 23 entfernt zu werden. In dem Strahl 19/4 kann sich ein relativ kleiner Wasseranteil befinden, im wesentlichen wenn der Behälter überfüllt ist, so daß der Schnittbereich 38 der Ultraschallwellen etwas unterhalb des Zwischenraumes zwischen den beiden Flüssigkeiten angeordnet ist, aber dennoch erreicht die Vorrichtung 10 ein vernünftiges Maß einer Trennung.
Als Schmutzstoff wurde bis jetzt öl beschrieben, welches eine wesentliche Wasserverunreinigung darstellt, aber es können auch andere Materialien unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung vom h5 Wasser getrennt werden. So kann z. B. als ein spezielles Material Sägemehl auf diese Art von der Wasseroberfläche aus dem Behälter herausgeschleudert werden.
In der seherrmtischeri F i g. 3 ist ein Schallgeber 42 für Ultraschall gezeigt, der ein gestrichelt dargestelltes, längliches Bauteil 44 enthält, um eine im wesentlichen halbzylindrische Abstrahlfläche 45 zu bilden, um wiederum Schnittbereich 47 zu bilden, welcher eine im wesentlichen zylindrische Form hat. Solch ein Schallgeber 42 wird gebraucht, um flächenförmigen Strahl aus Öl zu erzeugen, welcher in F i g, 3 mit 48 bezeichnet ist, wodurch die Schmutzschicht schneller entfernt werden kann, als dies beim Herausschleudern in der Form eines normalen Strahls möglich ist.
Die Fig.4 zeigt eine Ausführungsform eines flach ausgebildeten Schallgebers, welcher imstande ist, Ultraschallwellen mit einer Intensität zu erzeugen und zu fokussieren, daß es mittels der vorliegenden Erfindung möglich ist, öl zu behandeln, welches ziemlich schwer und viskos ist. Das Bezugszeichen 50 in F i g. 4 bezeichnet im allgemeinen einen Schallgeber, welcher ein schalenförmig tragendes Unterteil 52 enthält, wobei dieses Unterteil mit Drehzapfen 53 versehen ist, die in Lagerblöcken 54 gehalten werden. Das Unterteil 52 hat einen Boden 55, an welchem ein kc-umischer oder magnetastriktivei· piezoelektrischer KrisiaL' 56 befestigt ist. Eine Leitung 58 verbindet den Kristall 56 mit einer Wechselstromquelle.
. Das Unterteil 52 paßt zu einer Linse 60, die eine zentrale Öffnung 61 aufweist. Die oberste Fläche der Linse 60 ist abgestuft, um entweder konzentrische Ringe oder Stufen 62 vorzusehen. Eine jede Stufe beträgt in der Höhe eine halbe Wellenlänge, um eine maximale Übertragung der Schallwellen zu erweichen. Der gemeinsame Schnittbereich der von allen konzentrischen Stufen 62 ausgehenden Ultraschallwellen ist in F i g. 4 mit 64 bezeichnet.
Der Schallgeber 50 kann z. B. in der gleichen Art und in einer ähnlichen Anordnung wie die Vorrichtung 30 aus der F i g. 1 verwendet werden, aber besonders dort, wo dickes und vielleicht kaltes öl die Wasseroberfläche verschmutzt. Da der Schallgeber 50 schwenkbar befestigt ist, kann er schräg gestellt werdei,. in einen optimal berechneten Winkel, damit der Bereich 64 auf oder direkt unterhalb der Wasseroberfläche gelangt und passend zu der Trennwand aufgestellt wird. Wenn dem Kristall 56 Energie zugeführt wird, werden hochfrequente Ultraschallwellen erzeugt und auf den Bereich 64 hin fokussiert, wobei eine Kraft entwickelt wird, die sogar ausreicht, schweres Öl in einem Strahl herauszuspritzen, wie es vorher beschrieben worden ist.
Am meisten wird Öl, welches gereinigt werden muß, in Häfen oder in Kiistcngewässern abgelassen und daher ist die vorliegende Vorrichtung an einem Schiff 70 angebracht (vgl. F i g. 5). Das Schiff 70 kann durch einen Motor 72 angetrieben v/erden, es kann aber auch durch einen Schlepper od. dgl. Ober das Wasser geschoben oder «trogen werden. In jedem Fall hat das Achterschiff des Schiffes 70 einen Sammelbehälter 74, und es ist so unterteil;, um nach vorne auseinandergehende Einsammelarme 75 auszubilden, welche zum Teil einen großen Fangraum 76 begrenzen.
Ein Schwimmer 80 ist an dem Schiff 70 so befestigt, daß er das innerste Lnde des Fangraums 76 füllt. Dieser Schwimmer, welcher in Fig.6 in einer größeren Darstellung gezeigt ist, ist ein hohles, ringförmiges Bauelement, welches gegen das Schifl 70 derart gesichert ist, daß es gegen eine senkrechte Bewegung von diesem unabhängig ist. Zur Erreichung einer derartigen Relativbewegung ist die Seite des Schwimmers 80 mit daran herum in einem Abstand angeordnc-
ten Gleitlagern 82 versehen, die seitlich von senkrechten Führungen 83 gehalten sind, die an den benachbarten Teilen des Schiffes 70 befestigt sind. Der Auftrieb des .Schwimmers 80 kann verändert werden. /. B. mittels einer Handpumpe 85 od. dgl. (vgl F i g. 5), durch die Wasser in den Schwimmer 70 aus dem Inneren des Schwimmers 80 herausgefördert werden kann.
Der ringförmige Schwimmer 80 besitzt eine zentrale Öffnung 87. in deren Mittelpunkt ein Bauteil 90 angeordnet ist, das durch radial verlaufende Arme 88 am i( Schwimmer 80 gehalten ist. Das Bauteil 90 enthält ein schalenformiges Gehäuse 92. dessen Außenfläche mit Kühlrippen 93 versehen ist. Kin flexibles Diaphragma 94 bedeckt das Oberteil des Gehäuses 92. um darin eine bestimmte Menge an Rizinus· oder Siliconöl 95 ! zurückzuhalten. Das Gehäuse 92 enthält auch einen Schallgeber 96 für Ultraschallwellen, welcher vollständig in das Öl eingetaucht ist. [line elektrische Leitung 97 verbindet den Schallgeber 96 mil einer (nicht gezeigten) Wprhsi'lommniipllp an Hiinl ilc<· Sphiffp« 70 -'
/um Bauteil 90 gehört ferner eine Sammelvorrichtung 100. die aus einer Anzahl von Rohren 102 besteht, welch«.· nach oben über das Gehäuse 92 hinaus zusammenlaufen, um einen Finlaßkopf 105 zu tragen. Der Kopf 105 enthält ein Becken 106. welches eine ' zentrale Öffnung 107 besitzt. Hin Ablenker 108 erstreckt sich über die Öffnung 107. um mit dem Becken 106 einen Zwischenraum 109 zu begrenzen, welcher in Verbindung mit den Rohren 102 stellt. Beide Rohre 102 sind an ihrem unteren Fndc mit einem flexiblen Schlauch 112 !' verbunden, welcher zu einer l'umpeinrichtung 114 führt, die an der Unterseite des Schwimmers 80 befestigt ist. Von der l'umpeinrichtung 114 führt ein Schlauch 118 /u dem Sammelbehälter 74 an Bord des Schiffes 70.
Während des Betriebes ist bis auf den F.inlaßkopf 105 der Schwimmer 80 im Wasser eingetaucht, wie es in Fig. b gezeigt ist. Das im Schwimmer befindliche Wasser dient als Ballast, damit sich der Ort des Schnittbereiches 120 der Schallwellen an oder vorzugsweise direkt unterhalb der Wasseroberfläche 121 befindet, auf welcher eine Ölschicht 122 schwimmt. Das Schiff 70 wird nach vorne durch den Bereich der ölschicht bewegt, um das Öl in den Fangraum 76 und über das Oberteil des Schwimmers 80 gelangen zu lassen. Dem Schallgeber 96 wird Energie zugeführt, um eine Ultraschallkrafl in dem Bereich 120 zu bilden, um öl als einen Strahl durch die düsenförmige Öffnung 107 des Kopfes 105 zu befördern. Dieser Strahl prallt gegen einen Ablenker 108 und wird zunächst seitlich und dann nach unten umgelenkt, um den Zwischenraum 109 auszufüllen, bevor es in die Rohre 102 fließt.
Ils spielt keine Rolle, wenn das Öl dick und wenig beweglich ist. z.B. wenn es eine geringe Temperatur aufweist, da der Schallgeber 96 genügend I litze erzeugt um die eingedickte Flüssigkeit durch die Sammelvorrichtung 100 hindurchzubewegen.
Dem beschriebenen Bauteil 90 kann auch ein Schallgeber zugeordnet werden, wie es in I ι g. i gezeigt ist. Fine derartige Vorrichtung erfordert lediglich, daß der Finlaßkopf leicht verändert wird, damit ein flächenförmiger Strahl aus Öl. wie er in F i g. 5 durch die Ziffer 4Λ bezeichnet ist. hindurchtreten kann. Alternativ kann c ii·' Anordnung von Schaügebcrn 50 verwendet werdet, bei der die akustischen Wellen durch die Anordnung der Linsen 60. die alle an einem einzigen Ort angeordnet sind, fokussiert werden, um eine sein starke Kraft auszuüben, die in der Lage ist. ein besonderes verschmutzendes Material lierauszuspritzen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht, bei dem ein unterhalb der Wasseroberfläche angeordneter Impulsgeber die Schmutzschicht so bewegt, daß sie in eine Sammelvorrichtung gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber ein Schallgeber für Ultraschallwellen verwendet wird, daß die Ultraschallwellen so fokussiert werden, daß der gemeinsame Schnittbereich sämtlicher Ultraschallwellen nahe der Grenzfläche zwischen der Wasseroberfläche und der Schmutzschicht liegt, daß der Schallgeber mit elektrischer Energie versorgt wird und daß kontinuierlich ein Teil der Schmutzschicht hochgeschleudert wird und anschließend in die Sammelvorrichtung gelangt
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber (30, 45, 50) am Boden (13) eines Behälters (12) angeordnet ist und so schräg auf eine Trennwand (20) gerichtet ist, daß die Teile der Schmutzschicht im Bogen über den oberen Rand der Trennwand (20) geschleudert werden und in die Sammelvorrichtung (21) gelangen.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber (96) an einem Bauteil (90) befestigt ist, das an einem Schwimmer (80) angeordnet ist, daß der Schallgeber (42,' 50, 96) senkrecht nach oben gerichtet ist und daß die Sammelvorrichtung (100) aus einem Einlaßkopf (105) mit einer Öffnung (107), einem Ablenker (108) für die hochgeschleuderten Teile der Schmuizsahicht »./d anschließenden Rohren (102) besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch "2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einem Schiff (70) angeordnet ist, auf dem sich eine Anlage zur Erzeugung von Wechselstrom befindet
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Pumpeinrichtung zum Weiterleiten des öies von der Sammelvorrichtung (100) zu einem Sammelbehälter (74) aufweist
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (80) eine Handpumpe (85) zum Fluten und Lenzen desselben aufweist und am Schiff (70) vertikal bewegbar geführt ist.
DE2641830A 1975-09-19 1976-09-17 Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht Expired DE2641830C3 (de)

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