DE29816445U1

DE29816445U1 - Vorrichtung zur großflächigen Behandlung von Gewässerböden mit abgelagertem, sauerstoffarmen Sediment insbesondere durch Belüftung und Aufwirbelung der gesonderten Sedimentschicht

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Publication number: DE29816445U1
Application number: DE29816445U
Authority: DE
Original assignee: Polyplan Ingenieurbuero F GmbH
Current assignee: Polyplan Ingenieurbuero F GmbH
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2008-09-15

Description

2 Beschreibung

2.1 Titel

Vorrichtung zur großflächigen Behandlung von Gewässerböden mit abgelagertem sauerstoffarmen Sediment insbesondere durch Belüftung und Aufwirbelung der gesamten Sedimentschicht.

2.2 Stand der Technik

In DE 3630032 C2 wird eine Vorrichtung zur flächenmäßigen Behandlung von Gewässerböden beschrieben, bei der eine speziell ausgebildete Luft-Wasser-Mischdüsenbatterie vertikal schwenkbar an einem Schwimmkörper montiert ist und deren Auslässe über die Sedimentoberfläche gezogen werden. Dieser Schwimmkörper rotiert durch den Eigenimpuls angetrieben an einem längenverstellbaren Seil um einen Festpunkt im Gewässer und sorgt fur eine Sedimentaufwirbelung und -belüftung auf verschiedenen Kreisbahnen.

EP 0257317 Al stellt die in DE 3630032 C2 zum Einsatz kommenden Düsen zur Behandlung von Gewässerböden vor. Diese Düsen vermischen einen Wasserstrom und einen Gasstrom in einem Reaktionsraum dergestalt, daß bei Austritt des Gemisches durch eine Düse keine Blasenbildung entsteht.

Die in DE 4124779 Al vorgestellte Einrichtung zur Reaktivierung eutrophierter Oberflächengewässer umfaßt eine Art Tauchglocke an deren Unterseite eine Reihe von Düsen in das Sediment abgesenkt werden. Im Betrieb wird durch diese Düsen ein Wasser-Luft-Gemisch in das Sediment gepreßt. Das entstehende Wasser-Seston-Gemisch steigt unter Aufnahme von Luftsauerstoff durch ein Tauchrohr in eine Ausgasungskammer und sinkt in einem äußeren Ringkanal wieder zurück auf den Gewässergrund.

DE 3623931 C2 beschreibt eine schwimmende Belüftungsbrücke fur Belebtschlammbecken im Rahmen der biologische Abwasserreinigung, die sich schwimmend durch einen Antrieb auf der Basis von Düsen, Propellern o.a. um eine feste Achse dreht.

WO 97/02215 behandelt Sediment durch die mechanische Vermischung alter nährstoffarmer Schichten mit jungen nährstoffreichen Schichten zur Verbesserung der Gewässer- und Sedimentökologie.

In DE 3236324 Al wird eine schwimmende Vorrichtung zur Regenerierung stehender Gewässer beschrieben, die Oberflächenwasser unter Entstehung eines turbulenten Wirbels und unter Sauerstoffanreicherung ansaugt und dergestalt in das Gewässer abgibt, das eine rotierende Wasserströmung im Oberflächenwasser induziert wird.

DE 3702771 Al beschreibt eine Anlage zur Restaurierung und Sanierung stehender Gewässer, die durch angetriebene schneckenartige Elemente Oberflächenwasser durch ein Fallrohr ansaugt, mit Luftsauerstoff vermischt und über radial angeordnete Rohre wieder in das Gewässer abgibt.

DE 9115690 Ul stellt einen schwimmenden Wasserbelüfter vor, der mit Hilfe einer externen Wasserpumpe Teichwasser an eine Reihe von strahlartig angeordneten Ejektoren abgibt, wobei in den Ejektoren eine Vermischung des Wassers mit Luftsauerstoff stattfindet.

DE 9417605 Ul behandelt eine Einrichtung zum Wiederherstellen des natürlichen Gleichgewichts in Gewässern, in der eine Pumpe ein Luft-Wasser-Gemisch durch eine Reihe von perforierten Schläuchen in das Gewässer fördert.

DE 3210473 C2 beschreibt einen Tauchbelüfter, in dem durch eine Tauchpumpe Wasser durch eine Reihe von strahlartig angeordneten Ejektoren unter Vermischung mit Luftsauerstoff fördert.

EP 0044382 Al stellt eine schwimmende Wasserreinigungseinrichtung dar, die Wasser durch eine Pumpe in einen Ejektor zur Sauerstoffanreicherung fördert und das Wasser-Luft-Gemisch zur weiteren Vermischung durch einen Rohrrahmen leitet.

EP 0418571 Al behandelt eine Einrichtung zur Reinigung und Belüftung offener Gewässer, die durch eine Vakuumpumpe einen Luftstrom durch eine Wassersäule fördert.

In EP 0278335 A2 und EP 0243994 Al werden einander ähnliche Vorrichtungen zum Entfernen von Schlammablagerungen vorgestellt, die aus einem mit Düsen bestückten Arm bestehen, der von einem Boot aus zur Auwirbelung und Abtransport der Sedimente in einer Gewässerströmung über den Gewässergrund gefahren wird.

Das in DE 4005064 Al dargestellte Verfahren zur Behandlung von Gewässern sieht ein Ausbringen von Zuschlagstoffen auf den Sedimenten vor, die zu einer Bindung von Schad- und Nährstoffen führen.

In der Zeitschrift Wasser, Luft und Boden (WLB) 4/98, S. 2-4 wird eine Anlage zur Belüftung von Abwasserbecken vorgestellt, die aus zwei mit Ejektoren bestückten Rohren, die sich durch ihren Impulsantrieb um einen Festpunkt drehen, beschrieben.

In einer Information der Firma Biologie (Internet http://www.biologic.de /produkte/wlb.htm) wird ein Verfahren zur großflächigen Entschlammung und Sanierung von Flachgewässern vorgestellt. Dabei kommen Belüfter zum Einsatz, die in DE 9100121 Ul beschrieben werden. Es handelt sich dabei um ringförmige Schwimmkörper, an denen ein angetriebener Propeller ein Luft-Wasser-Gemisch in einem bestimmten Winkel in den Gewässerboden strahlt. Sie rotieren durch den Eigenantrieb an einem Halteseil um einen Festpunkt des Gewässers.

2.3 Mangel der bisher bekannten Vorrichtungen

Die Erfindung nach DE 3630032 C2 stellt die Aufwirbelung von Sedimenten in einer örtlich begrenzten Fläche sicher. Es kommt eine spezielle Wasser-Luft-Mischdüse nach EP 0257317 Al zum Einsatz, die eine Blasenbildung ausdrücklich verhindert, was die Mobilisationsleistung eines solchen Strahls im Sediment erheblich herabsetzt.

Die in DE 4124779 Al beschriebene Erfindung ist nach Dafürhalten des Erfinders dazu geeignet, Sedimentfallen - also begrenzte Löcher - durch Sedimentabbau in den Gewässerboden einzubringen. Eine großflächige Behandlung ist nicht vorgesehen.

Die Belüftungsbrücke nach DE 3623931 C2 ist für den Einsatz in runden Belebungsbecken einer Kläranlage vorgesehen. Der Einsatz in natürlichen Gewässern mit unbestimmten Geometrien ist nicht vorgesehen.

Die in EP 0278335 A2 und EP 0243994 Al beschriebene Erfindungen sehen eine Aufwirbelung von Ablagerungen ohne Belüftung vor.

Das in WO 97/02215 erwähnte Verfahren bewirkt eine Abdeckung nährstoffreicher Sedimentschichten zum Zwecke der Verbesserung der Gewässerqualität ohne Abbau dieser Sedimente.

Die Nährstoffbindung des in DE 4005064 Al beschriebenen Verfahrens bewirkt ebenfalls kein Sedimentabbau.

Die sonstigen zitierten patentrechtlichen Schriften sehen eine Belüftung des Wasserkörpers in Gewässern vor. Eine Mobilisation und Belüftung abgelagerter Sedimente ist nicht vorgesehen.

Die bei dem Entschlammungsverfahren der Firma Biologie zum Einsatz kommenden Belüfter bearbeiten einen örtlich begrenzten Sedimentbereich. Der induzierte Luft-Wasserstrahl kann in seiner Eindringtiefe nicht verändert werden.

Die in der Zeitschrift WLB erwähnte Anlage überstreicht wegen ihrer starren Rohrlänge und der starren Verbindung an die Drehachse zwangsläufig eine Kreisfläche. Eine Variation der überstrichenen Fläche ist nicht möglich.

2.4 Problemstellung

Einsatzgebiet einer Anordnung der beschriebenen Art sind zum einen hocheutrophe Flachgewässer, die durch eine intensive Eintrag organischen Materials in Form von Laub, Vogel- und Hundekot sowie belasteten Oberflächenzuflüssen oder Abwässern einem schnell fortschreitenden Verlandungsprozeß unterliegen. In den sich dabei bildenden Sedimenten findet eine Sauerstoffverarmung und damit anaerobe Zersetzungsprozesse unter Entwicklung von Schadgasen statt, die zu einer Zerstörung der höheren Flora und Fauna und einem Verlust des Nutzungswertes des Gewässers führen.

Außerdem kann die Vorrichtung zur Entschlammung von Abwasserteichen genutzt werden. Diese Abwasserteiche bilden eine letzte Stufe der Abwassereinigung, in denen durch eine Reihe von mikrobiologischen Abbauprozessen ein biologischer Nährstoffentzug stattfindet. Der sich dabei bildende Überschußschlamm muß regelmäßig aus dem Becken entfernt werden.

Ziel einer Behandlung mit der beschriebenen Anordnung ist die Entschlammung des Gewässers durch die Aufwirbelung und Belüftung der gesamten abgelagerten sauerstoffarmen Sedimente, um die natürliche aerobe Mineralisation der organischen Sedimentanteile zu beschleunigen, damit den Schadgasaustoß zu unterbinden und das Sedimentvolumen zu reduzieren. Weiterhin findet ein Abbau von Ammonium durch Nitrifikation und ein Nährstoffentzug aus dem internen Stoffkreislauf durch Phos-

phorsedimentation und Denitrifikation statt. Dadurch wird die gewässerinterne Primärproduktion verringert und-ein erneuter Sedimentaufbau verlangsamt.

Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber einer Entschlammung durch Baggerungsmaßnahmen liegt in der Schonung des aquatischen Ökosystems, der Uferzonen und der umgebenden Infrastruktur. Außerdem können unter bestimmten Vorraussetzungen gegenüber konventionellen Entschlammungsmaßnahmen erhebliche Kostenvorteile erzielt werden.

Ziel der Anlagenkonzeption war die Entwicklung einer Anlage, die eine vollständige, tiefgehende und großflächige Aufwirbelung und Belüftung abgelagerter Sedimente
in künstlichen und natürlichen Gewässern und Becken verschiedener Geometrien
und Größen gewährleisten kann.

2.5 Problemlösung

Die zu schützende Vorrichtung wird durch ihre in den Schutzansprüchen benannten Merkmale den Anforderungen gerecht, insbesondere dadurch,

1. daß der Drehradius des Rohres und damit der Injektoren durch eine elektrische Mechanik automatisch verändert werden kann und daß die Variation des Drehradius eine Überschneidung der Einflußzonen der Injektoren bewirkt,

2. daß durch die automatische elektrische Verstellung des Drehradius beliebige Flächenkonturen überstrichen werden können,

6. daß durch Justierung der Länge der Halteelemente zwischen Druckrohr und Auftriebskörper die Wirktiefe der Injektoren angepaßt und nachjustiert werden kann,

8. daß die Rohrlänge durch Zusammensetzung verschiedener Rohrsegmente variiert werden kann,

9. daß die Rohrlänge durch Ineinanderschieben der Rohrsegmente variiert werden kann,

10. daß die Rohrlänge und der Drehradius zum Abfahren einer bestimmten Gewässerkontur von einem Ultraschallsensor am Rohrende gesteuert wird,

11. daß die Rohrlänge und der Drehradius zum Abfahren einer bestimmten Gewässerkontur von einem Winkelkodierer an der Drehachse und einer Regelungssoftware gesteuert wird,

16. daß durch Steuerung des Pumpendurchsatzes der Vortrieb des Rohres und damit die Winkelgeschwindigkeit variiert werden kann,

17. daß durch die Veränderung der Injektorausrichtung der Vortrieb des Rohres und damit die Winkelgeschwindigkeit variiert werden kann.

2.6 Ausfuhrungsbeispiel

Die zu schützende Vorrichtung besteht aus einem Ponton mit einer Pumpe und mindestens einem angeschlossenem Rohr mit mindestens einem flexibel angeschlossenem Injektor, der schwimmend und drehbar um eine Achse gelagert ist wobei die Pumpe über das Rohr Teichwasser durch den Injektor fördert, in dem das Teichwasser mit angesaugtem Luftsauerstoff vermischt und dergestalt in das Gewässer eingestrahlt wird, daß eine Aufwirbelung von Sediment, eine Belüftung des Sediment-Wassergemisches sowie ein rotierender Vortrieb des Rohres stattfindet, wobei der Drehradius der Injektoren automatisch variiert werden und somit verschiedene Flächengeometrien überstrichen werden kann.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der zu schützenden Vorrichtung besteht aus einer Tragkonstruktion (5), (10), die auf Schwimmpontons (6), (11) gelagert ist. An die Tragkonstruktion ist eine Pumpe (9) und eine Mechanik (2) zum Verändern des Drehradius montiert. Die Mechanik (2) ist pumpenseitig schwenkbar auf der Trägerkonstruktion gelagert und achsenseitig schwenkbar auf einem Gleitelement (12) gelagert. Das Gleitelement (12) umschließt die Drehachse (1), die fest auf dem Gewässerboden steht und ist auf dem Ausleger der Tragkonstruktion (10) horizontal verschiebbar.

Im Betrieb saugt die Pumpe (9) Teichwasser durch eine gelochte oder geschlitzte Rohrleitung (8) und fördert es durch das Rohr (7) über flexible Verbindungen (15) zu den über die Druckrohrlänge verteilten und im wesentlichen nach unten gerichteten Injektoren (14). Das Druckrohr (7) und die Saugleitung (8) sind über Verbindungslaschen (16) mechanisch miteinander verbunden und werden durch eine Reihe von Auftriebskörpern in einer einstellbaren Wassertiefe in Schwebe gehalten. Das Druckrohr (7) und das Saugrohr(8) sind aus Elementen mit abnehmenden Durchmesser aufgebaut. Sie können durch eine elektrische Mechanik auseinander- und ineinandergeschoben werden.

Durch den in dem Injektor entstehende Unterdruck wird über die flexible Leitung (13) Luft angesaugt und dem strömenden Teichwasser zugemischt. Das Luft-Wasser-Gemisch tritt mit hoher Geschwindigkeit aus dem Injektor aus, wirbelt Sedimente auf, belüftet diese und sorgt durch den Strahlimpuls für den rotierenden Vortrieb des Rohres und der Tragkonstruktion mit der Mechanik (2) und der Pumpe um die Drehachse (1). Der Abstand der Fußpunkte der Mechanik (2) kann verkürzt und verlängert werden, indem ein elektrischer Hubzylinder (3) die Schenkel der Mechanik zusammenzieht und auseinanderdrückt.

Siehe dazu die Abbildungen 1 bis 3.

2.7 Erreichte Vorteile

Die zum Gewässergrund gerichteten Injektoren gewährleisten durch den Strahlimpuls ein tiefes Eindringen in das Sediment und durch den Auftriebsimpuls der Luftblasen eine starke Aufwirbelung mit intensiver Belüftung. Durch die flexible Anbindung der Injektoren an das Druckrohr und die Variation der Eintauchtiefe des Druckrohres durch die veränderbaren Verbindungen zu den Auftriebskörpern können die Injektoren in das Sediment abgesenkt und bei fortschreitender Sedimentabnahme nachjustiert werden, um eine gleichbleibend hohe Mobilisierungsleistung zu erhalten. Durch die radiale Verfahrbarkeit der Rohrsegmente mit einer Reihe von Injektoren in Verbindung mit einer entsprechenden Steuerung kann die Bearbeitung einer geschlossenen Fläche mit verschiedenen Geometrien durchgeführt werden. Bei der Bearbeitung von Flächen unterschiedlicher Größe erlaubt die Steuerung der Winkelgeschwindigkeit eine Anpassung der Remobilisierungsintervalle und die hydraulische Durchsatzregelung ermöglicht die Anpassung des Sauerstoffeintrags an die überstrichene Fläche.

3 Bezugszeichenliste

1. Drehachse

2. Mechanik zum Verändern des Drehradius

3. elektrischer Hubzylinder

4. Schaltkasten

5. Trägermechanik

6. Ponton 1

7. Druckrohr

8. Saugrohr

9. Pumpe

10. Gleitschiene

11. Ponton 2

12. Gleitelement

13. Luftleitung

14. Injektor

15. flexible Verbindung

16. Verbindungslasche Drehachse

Claims

Schutzansprüche

1. Schwimmende rotierende Einrichtung zum Aufwirbeln, Belüften, Konditionieren und dem Abbau von Schadstoffen in sauerstoffarmen Sedimenten in natürlichen und künstlichen Gewässern und Abwasserbecken bestehend aus einer Pumpe die Wasser durch mindestens ein Rohr an mindestens ein Injektor abgibt, der eine Anreicherung des Wassers mit Luftsauerstoff vornimmt und das Wasser-Luft-Gemisch unter Entstehung einer vortreibenden Impulskraft in das Gewässer abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehradius des Rohres und damit der Injektoren durch eine elektrische Mechanik automatisch verändert werden kann und daß die Variation des Drehradius eine Überschneidung der Einflußzonen der Injektoren bewirkt sowie verschiedene geometrische Flächenkonturen überstrichen werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren flexibel mit dem Druckrohr verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen der Injektoren knapp über oder in der Sedimentoberfläche enden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Injektoren austretende Wasser-Luft-Strahl zu einer intensiven Verwirbelung der Sedimente führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Justierung der Länge der Halteelemente zwischen Druckrohr und Auftriebskörper die Wirktiefe der Injektoren angepaßt und nachjustiert werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die vertikale Verschiebbarkeit der Anlage auf der Drehachse natürliche Pegelschwankungen selbsttätig ausgeglichen werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlänge durch Zusammensetzung verschiedener Rohrsegmente variiert werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlänge durch Ineinanderschieben der Rohrsegmente variiert werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlänge und der Drehradius zum Abfahren einer bestimmten Gewässerkontur von einem Ultraschallsensor am Rohrende gesteuert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlänge und der Drehradius zum Abfahren einer bestimmten Gewässerkontur von einem Winkelkodierer an der Drehachse und einer Regelungssoftware gesteuert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerung des Pumpendurchsatzes der Vortrieb des Rohres und damit die Winkelgeschwindigkeit variiert werden kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Veränderung der Injektorausrichtung der Vortrieb des Rohres und damit die Winkelgeschwindigkeit variiert werden kann.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeiten der Anlage von einer geeigneten Sensorik (Sauerstoff, Temperatur, Trübung) gesteuert wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz und damit der Sauerstoffeintrag der einzelnen Injektoren durch hydraulische Regelorgane der Größe der von ihnen bearbeitete Ringfläche zur Aufrechterhaltung eines flächenspezifischen Eintrags angepaßt werden kann.