DE3205083A1 - Belueftungseinrichtung und ein verfahren zum umwaelzen und belueften von wasser, insbesondere von seen - Google Patents

Belueftungseinrichtung und ein verfahren zum umwaelzen und belueften von wasser, insbesondere von seen

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DE3205083A1 DE19823205083 DE3205083A DE3205083A1 DE 3205083 A1 DE3205083 A1 DE 3205083A1 DE 19823205083 DE19823205083 DE 19823205083 DE 3205083 A DE3205083 A DE 3205083A DE 3205083 A1 DE3205083 A1 DE 3205083A1
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Description

  • Belüftungseinrichtung und ein Verfahren zum Umwäl-
  • zen und Belüften von Wasser, insbesondere von Seen Die Erfindung betrifft eine Belüftungsvorrichtung und ein Verfahren zum Umwälzen und Belüften von Wasser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw.
  • nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
  • Die Belüftung von Seen erhält heutzutage zunehmend Bedeutung. Immer häufiger werden die Meldungen, daß Seen durch eine zunehmende Überversorgung mit gelösten Nährstoffen und der damit verbundenen Sedimentation und Verlandung bedroht sind, was zu einer zunehmenden Produktion von Faulschlamm, Veralgung und Sauerstoffmangel führt. Im Extremfall führt es zu einem sogenannten Kippen des Sees, wonach jedes pflanzliche und tierische Leben unmöglich wird.
  • Neben der Seesanierung, worunter man externe Maßnahmen zur Güteverbesserung von Seen, wie beispielsweise Abwasserfernhaltung versteht, erlangt insofern die Seenrestaurierung eine zunehmende Bedeutung, die eine Verbesserung der gewissenGüteverhältnisse zum Ziel hat.
  • Dabei lassen sich im wesentlichen drei Grundprinzipien der Wasserverbesserung unterscheiden, nämlich biologische, chemische und vor allem mechanische Verfahren.
  • Zu dem letztgenannten rfahren gehört beispielsweise die Ausbaggerung, Sediment entnahme, Entschlammung, Durchflußerhöhung, Auswaschung, Frischwasserzuleitung, Tiefenwasserableitung und beispielsweise die Zwangszirkulation.
  • Gerade aber auch bei der Zwangszirkulation-wurden schlechte Ergebnisse gemacht, da dabei die temperaturbedingten Schichtungen eines Tiefenwassers, also die sogenannte Epi-, die Meta- und Hypolimnion-Schiht durcheinandergewirbelt wurde, was zeitweilig sogar zu einer Verschlechterung des Sauerstoffgehalts im Wasser führte.
  • Bisher sind im wesentlichen zwei Verfahren bekannt geworden, die den zuletztgenannten Nachteil vermeiden und die in der Praxis eingesetztsurden. Es handelt sich dabei zum einen um die sogenannte Limno-Hypolimnion-Belüftung, also um eine Sauerstoffanreicherung des Hypolimnions von Seen, ohne dabei die Wasserschichtung zu zerstören (Materialien 15, "Möglichkeiten und Erfolgsaussichten der Seenrestaurierung", Bayerisches Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen, August 1981).
  • Bei diesem Limno-Gerät wird Druckluft mittels eines Kompressors über Filterkerzen in ein Steigrohr mit einer obenliegenden Entgasungskammer eingeblasen.
  • Das Wasser- Luftgemisch wird aber nicht bis zur Oberfläche des Sees gehoben, sondern über ein konzentrisches Fallrohr und sechs strahlenförmig ausge#hende, horizontale Verteilerrohre ins Wasser zum rückgeleitet. Die sich in den Entgasungskammern ansammelnde Luft entweicht über ein Entgasungsrohr in die Atmosphäre. Dieses Gerät weist aber zahlreiche Nachteile auf. So benötigt dieses Gerät im Durchschnitt eine Leistung von 300 kgO2/d. Darüber hinaus sind die Installierungs- und Unterhaltungskosten enorm hoch. So belaufen sich, wie sich am Beispiel des Waginger Sees zeigte, die Aufrechterbaltungskosten pro Quadratkilometer auf DM 65000,--, was Kosten von insgesamt über DM 4000000,-- pro Jahr ausmacht. Darüber hinaus wurden nicht so gute Ergebnisse erzielt, wie es in Anbetracht der Lage wünschenswert gewesen wäre.
  • Bei den zweiten bekanntgewordenen Verfahren mittels der hypolimnischen Belüftung wird Wasser nach dem Prinzip einer Mammutpumpe bis zur Oberfläche in einer kastenförmigen Rinne gehoben, von hier aus über ein Fallrohr mit seitlichen Austrittsrohren in das Hypolimnion zurückgeleitet (Materialien 4 des Bayerischen Staatsministeriums für Laxldesentwicklung und Umweltfragen). Dabei wird am unteren Ende des Aufstiegsrohres Luft zugeführt, die in dem Aufstiegsrohr aufsteigt. Am oberen Ende ist ein Auffangbecken vorgesehen, über das das mit Sauerstoff versetzte Wasser wieder über ein Abstiegsrohr in eine entsprechende Wasserschicht zurückgeführt wird. Aber auch dieses Verfahren ist äußerst aufwendig und kostenintensiv, und hat zudem angesichts der hohen Kosten nicht zu den gewünschten Ergebnissen geführt.
  • Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung zum Umwälzen und Belüften vonGewässern,insbesondere von Seen zu schaffen, wobei gegenüber dem Stand der Technik die Herstellun#-und Betriebskosten drastisch gesenkt werden sollen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich der Belüftungsvorrichtung entsprechend den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 15 angegebenen M skmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung im Sinne der Aufgabenstellung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Erfindung wird erstmals die Möglichkeit geschaffen, eine Restaurierung von Seen im grösseren Maßstab tatsächlich durchzuführen, da ein einfach handzuhabendes und in seinen Herstellungs- und Betriebskosten äußerst günstiges Gerät geschaffen wird. Vor allem weningemäß der Erfindung große Kompressoranlagen nicht benötigt, mit denen Luft in große Tiefenhinabgepumpt werden muß. Gemäß der Erz in dung ist am oberen Ende des Aufstiegsrohres eine Wasseraustrittsstelle vorgesehen,9 die dashochgepumpte Wasser über einen unterhalb der Wasseraustrittsstelle vorgesehenen rotierenden Körper im wesentlichen horizontal weggeschleudert wird. Während des im wesetlichen horizontalen Wegschleuderns des Wassers wird dabei eine ausreichende Sauerstoffaufnahme des Wassers erzielt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der rotierende Körper von einem Wasserauffangbecken, das mit einem Wasserabstiegsrohr zur Rückführung des mit Sauerstoff angereicherten Wassers verbunden ist, umgeben. Dadurch werden die Nachteile der Zwangs zirkulation vermieden und die Vorteile einer hypolimnischen Belüftung, das heißt eine Belüftung der unteren Wasserschicht ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist nach Anspruch 3 das Wasserabstiegsrohr an seinem unteren Ende höhen- und ortsverstellbar flexibel ausgebildet, so daß zum einen eine optimale Anpassung an eine entsprechende Gewässertiefe ermöglicht wie auch der Nachteil verhindert wird, daß mit Sauerstoff angereichertes Wasser im Bereich des Aufstiegsrohres abgegeben wird.
  • Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft nach Anspruch 4 erwiesen, daß auch das Aufstiegsrohr an seinem unteren Ende zumindest höhenverstellbar ausgebildet ist.
  • Der kostengünstige Einsatz und die leichte Handhabtarkeit wird insbesondere durch eine bevorzugte Ausgestaltung der ErEndung nach Anspruch 5 erzielt, wonach die Belüftungsvorrichtung schwimmbar ausgebildet ist. Dadurch kann diese leicht jeweils an einen beliebigen Einsatzort gebracht werden.
  • In einer Weiterbildung nach Anspruch 6 wird eine be- vorzugte Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, daß das Wasserauffangbecken mit dem Schwimmkörper verbunden ist.
  • Eine zusätzliche Verbesserung der Sauerstoffaufnahme durch das Wasser wird in einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 7 dadurch erzielt, daß in dem Aufstiegsrohr vor oder in der Pumpe ein Wasserzufuhr-Drosselventil vorgesehen ist, das mit einem Luftansaugrohr verbunden ist. Bei entsprechender Drosselung des genannten Drosselventils wird dann durch die Pumpe über das Luftansaugrohr zusätzlich Luft nach unten angesaugt und gemeinsam mit dem anderen Wasser über das Aufstiegsrohr hochgepumpt. Hierdurch wird eine zusätzliche verbesserte Sauerstoffaufnahme des Wassers erzielt.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 und 9 ist zum einen der rotierende Körper mit dem Aufstiegsrohr fest verbunden. Darüber hinaus stellt das Aufstiegsrohr gleichzeitig die Antriebsachse für den rotierenden Körper dar. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der rotierende Körper scheibenförmig ausgebildet und kann dabei eine unterschiedliche Struktur aufweisen. Möglich ist dabei auch, daß darin zusätzlich Luftdurchtrittsöffnungen vorgesehen sind, über die beim im wesentlichen horizontalen Wegschleudern des Wassers auf dem rotierenden Körper eine Luftansaugwirkung entsteht, da dadurch die Sauerstoffaufnahme im Wasser weiter ver -bessert wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 13 und 15 ist die Antriebseinrichtung zum Antrieb des rotierenden Körpers und/oder der Pumpe oberhalb des Wasserspiegels angeordnet, wobei als Antriebseinrichtung beispielsweise ein Windrotor vorgesehen sein kann, Dadurch werden die Betriebskosten ganz enorm weiter gesenkt, da somit die Belüftungsanlage oder entsprechend der Größe eines Sees auch eine Vielzahl von ihnen gleichzeitig betrieben werden können, ohne daß dazu irgendwelche Energiekosten anfallen. Möglich ist auch die Verwendung von Solarzellen.
  • Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus dem anhand einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeis#iels.
  • In der Zeichnung ist eine Belüftungsvorrichtung mit 1 bezeichnet, die ein Auf stiegsrohr 3 umfaßt.
  • Im Bereich des oberen Endes 5 des Aufstiegrohres 3 ist ein rotierender Körper 7 vorgesehen, der mit dem Aufstiegsrohr 3 drehfest verbunden ist. Den rotierenden Körper 7 umgibt ein Auffangbecken 9, das mit einem Schwimmkörper 11 verbunden ist.
  • Im mittleren Bereich des Auffangbeckens 7ifieBt dieses in ein Wasserabstiegsrohr 13 über, das/die tiezieren Wasserschichten führt.
  • In dem Wasserabstiegsrohr 13 ist eine Pumpe 15 vorgesehen, die über geeignete Haltemittel 17 an der Innenseite des Waserabstiegrohres 13 befestigt ist.
  • Das Aufstiegsrohr 3, das zur Pumpe 15 führt und durch diese gehalten wird, wird zudem durch ein Lager 19 im oberen Bereich des Wasserabstiegrohres 13 über eine weitere geeignete Halteeinrichtung 21 geführt und gelagert. Am unteren Ende 23 des Aufstiegrohres 3 unterhalb der Pumpe 15 ist ein teleskopartiges oder flexibles Verlängerungsrohr 25 vorgesehen, um eine variable Anpassung an eine gewünschte Wassertiefe vorzunehmen. Am unteren öffnungsbereich 27 dieses Verlängerungsrohres 25 ist ein Sieb 29 befestigt.
  • Der gesamte Antrieb der Belüftungsvorrichtung 1 erfolgt über eine Antriebseinrichtung 31, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Windrotor ausgebildet ist, um dadurch äußerst günstige Betriebs-und Unterhaltungskosten der gesamten Belüftungsvorrichtung zu ermöglichen. Ebenso möglich sind aber auch, wie nicht näher gezeigt ist, andere Antriebseinrichtungen, wie zum Beispiel ein Elektromotor (z.B. über Solarenergie) oder eine Verbrennungskraftmag hine. Dabei braucht bei Verwendung. der beiden zulizt genannten Antriebseinrichtungen nicht betont werden, daß diese dann auch unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet werden können.
  • Nachfolgend wird auf die Funktionsweise der Belüftungsvorrichtung näher eingegangen.
  • Bei Aufkommen von Wind wird der in Draufsicht S-förmige Rotor in Drehung versetzt und treibt somit das mit ihm fest verbundene Aufstiegsrohr 3 an. Das gleiche gilt bei anderen, durch Wind antreibbaren Rotoren oder bei Verwendung beispiels- weise eines oben erwähnten Elektromotors. Über das sich drehende Aufstiegsrohr 3 wird auch die Pumpe 15 angetrieben, die beispielsweise als Verdrängerpumpe ausgebildet sein kann. Über die Pumpe 15 wird somit Wasser über das Sieb 29, das Verlängerungsrohr 25 und das Aufstiegsrohr 3 zu am oberen Ende 5 des Aufstiegsrohres 3 vorgesehenen Wasseraustrittsstellen 33 gefördert, aus denen das Wasser im wesentlichen horizontal ausgespritzt wird. Das Wasser wird dabei auf den als Scheibe ausgebildeten rotierenden Körper 7 versprengt, und von dort weiter in das Auffangbecken 7 geschleudert. Während dieses Versprühvorganges wird das Wasser relativ fein verteilt, so daß eine optimale Sauerstoffaufnahme in dem Wasser erfolgt.
  • Der rotierende Körper 7 kann daher unterschiedlich ausgebildet sein. Möglich ist auch, daß in ihm zusätzliche Luftzufuhröffnungen,beispielsweise in Form von nach unten weisenden schlitzförmigen Abwinklungen vorgesehensnd , so daß somit zusätzlich eine gewisse Sogwirkung durch das nach außen strömende Wasser und somit eine weiter gesteigerte Sauerstoffanreicherung erzielt wird.
  • Das sich in dem Auffangbecken 7 ansammelnde Wasser wird über das Wasserabstiegsrohr 3 wieder nach unten geführt. Um zu verhindern, daß das mit Sauerstoff angereicherte Wasser eventuell in der Nähe des Öffnungsbereiches 27 des Verlangerungsrohres 25 abgegeben wird, ist am unteren Ende 35 ein höhen- und ortsverstellbarer flexibler Wasseraustrittskanal 37 vorgesehen, der es ermöglicht, das mit Sauerstoff angereicherte Wasser in einer bestimmten Höhe und Stelle wieder in einen See abzugeben.
  • Die Sauerstoffaufnahme des zu behandelnden Wassers kann noch durch ein nicht näher gezeigtes Wasserzufuhr-Drosselventil im Zusammenspiel mit einem Luftansaugrohr 41 verbessert werden. Durch Betätigung des Wasserzufuhr-Drosselventils, das im Sfr# mungsbereich vor oder in der Pumpe 15 selbst angeordnet ist, wird durch die Pumpe 15 ein Unterdruck erzeugt, auf Grund dessen Luft über das Luftansaugrohr 41 angesaugt und gemeinsam mit dem zu fördernden Wasser nach oben in das Aufstiegsrohr 3 gepumpt wird. Da somit sprudelnde Luft noch zusätzlich in dem Aufstiegsrohr 3 aufsteigt, wird somit das Wasser schon vorbehandelt und die Sauerstoffaufnahme verbessert. Dabei ist das Wasserzufuhr-Drosselventil beliebig regelbar, um gewünschte Betriebsbedingungen einstellen zu können.
  • Wie. in der Zeichnung nicht näher gezeigt -ist, bilden sich im Seewasser temperaturabhängige Schichten, die sich von oben nach unten im wesentlichen in das Epilimnion, das Metalimnion und das Hypolimnion einteilen lassen. Durch entsprechende Höhenverstellung des Verlängerungsrohres 25 und des Wasseraustrittskanales 37 läßt sich somit leicht eine hypolimnische Belüftung durchführen, das heißt daß jeweils nur Wasser aus der untersten Schicht angehoben, mit Sauerstoff angereichert und dann wieder in diese untere Wasserschicht abgegeben wird. Eine nachteilhafte Zwangs zirkulation des Seewassers wird somit vermieden.
  • Da, wie oben dargestellt ist, die Belüftung vorrichtung 1 mittels des Schwimmkörpers 11 auf der Wasseroberfläche 43 schwimmt, kann die Belüftungsvorrichtung leicht an jeder beliebigen Stelle eines Sees eingesetzt und durch nicht näher gezeigte Mittel verankert werden. Der Einsatz von sonst häufig notwendigen Helikoptern wird somit vermieden. Möglich ist aber auch eine Anordnung auf dem Land, wobei das dann flexible Verlängerungsrohr 25 und das Wasseraustrittsrohr 37 an eine gewünschte Stelle im See verankert wird.
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Claims (17)

  1. Belüftungseinrichtung und ein Verfahren zum Umwälzen und Belüften von Wasser, insbesondere von Seen Ansprüche :~ 1. Belüftungsvorrichtung zum Umwälzen und Belüften von Wasser, insbesondere Seen, mit einem Aufstiegsrohr, über das Wasser mittels einer Pumpeinrichtung an die Wasseroberfläche hochpumpbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des oberen Endes (5) des Aufstiegrohres (3) Wasseraustrittsstellen (33) vorgesehen sind, von denen aus das zu fördernde Wasser über einen unterhalb der Wasseraustrittsstellen (33) vorgesehenen stillstehenden bzw. rotierenden Körper (7) im wesentlichen horizontal.weSschleuderb&r ist.
  2. 2. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Wasserauffangbecken, das mit einem Wasserabstiegsrohr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper (7) von dem Wasserauffangbecken (9) umgeben ist.
  3. 3. 3elüftungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserabstiegsrohr (13) an seinem unteren Ende (35) einen oder mehrere höhen- und ortsverstellbare flexible Wasseraustrittskanäle (37) aufweist.
  4. 4. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anstiegsrohr (3) an seinem unteren Ende (Verlängerungsrohr 25) höhen- und ortsverstellbar ist.
  5. 5. Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwittinikörper (11) zur schwimmenden Anordnung der B elüftungsvorrichtung (1) vorgesehen ist.
  6. 6. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (11) mit dem Wasserauffangbecken (9) verbunden ist.
  7. 7. Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Flußrichtung vor oder in der Pumpe (15) ein einstellbares Wasserzufuhr-Drosselventil vorgesehen ist, und daß zu diesem ein BuStansaugrohr (41) führt.
  8. 8. Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper (7) mit dem Aufstiegsrohr (3) fest verbunden ist und gemeinsam dreht.
  9. 9. Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufstiegsrohr (3) die Antriebsachse für den rotierenden Körper (7) und die Pumpe (15) ist.
  10. 10. Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufstiegsrohr (3) innerhalb des Wasserabstiegrohres (13) geführt ist.
  11. 11. Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper (7) scheibenförmig ausgebildet ist.
  12. 12. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper(7) zusätzlich Luftzufuhröffnungen aufweist.
  13. 13. Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprü- che 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Äntriebseinrichtung (31) am oberen Ende (5) des Aufstiegrohres (3) angeordnet ist.
  14. 14. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebseinrichtung (31) zur Betätigung des rotierenden Karpers (7) und/oder der Pumpe (15) ein durch Wind antreibbarer Rotor vorgesehen ist.
  15. 15. Belüftungsvorrichtung nach einem der Anspräche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieversorgung für die Antriebsenrichtung (31) Solarzellen vorgesehen sind.
  16. 16. Verfahren zum Umwälzen und Belüften von Wasser, insbesondere Seen, wobei Wasser über ein iufstiegsrohr hochgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das hochgepumpte Wasser auf und über einen rotierenden Körper versprengt wird.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper über einen durch Wind antreibbaren Rotor in Drehung versetzt wird.
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