DE3434623A1 - Process and apparatus for supporting the self-purifying power of waters by supplying the deep water with oxygen - Google Patents

Process and apparatus for supporting the self-purifying power of waters by supplying the deep water with oxygen

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DE3434623A1 DE19843434623 DE3434623A DE3434623A1 DE 3434623 A1 DE3434623 A1 DE 3434623A1 DE 19843434623 DE19843434623 DE 19843434623 DE 3434623 A DE3434623 A DE 3434623A DE 3434623 A1 DE3434623 A1 DE 3434623A1
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Abstract

The invention relates to a process for supporting the self-purifying power of waters by supplying the deep water with oxgyen and an apparatus for carrying out this process. Whereas injection and vortexing of compressed air are employed, in one case with deep water being pumped up, according to known processes of this type, the invention utilises the available high oxygen content of the surface water. According to the invention, oxygen-rich surface water is transported within a well pipe into the deep water region and there ejected into the deep water. If the surface water in comparison to the deep water is too warm, a proportion of deep water is mixed with it prior to ejection for cooling. The apparatus for carrying out this process essentially comprises a well pipe furnished with a base which extends from the region of the surface water to the deep water region, on the base of which is mounted a submersible motor pump and whose wall has at least one outlet opening at the height of the pump. The further proposals relate to special embodiments of the apparatus and to control of the pump motor. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung Method and device for assistance

der Selbstreinigungskraft von Gewässern durch Versorgung des Tiefwassers mit Sauerstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung der Selbstreinigungskraft von Gewässern durch Versorgung des Tiefwassers mit Sauerstoff sowie eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. the self-cleaning power of waters by supplying the deep water with oxygen The invention relates to a method for supporting the self-cleaning power of water bodies by supplying the deep water with oxygen and a device to carry out this procedure.

Die Verunreinigung der Gewässer und ihre Übersättigung mit Nährstoffen stellen bekanntlich ein schwerwiegendes ökologisches Problem dar, da sie die Selbstreinigungskraft der Gewässer überfordern. Maßnahmen zur Begrenzung von Schadstoffen in Abwässern und mehrstufige Kläranlagen, allein, können keine ausreichende Abhilfe schaffen, insbesondere, wenn ein Gewässer bereits eutroph, d. h. mit Nährstoffen überlastet, ist.The pollution of water bodies and their oversaturation with nutrients are known to represent a serious ecological problem because they have the power to clean themselves overwhelm the waters. Measures to limit pollutants in wastewater and multi-stage sewage treatment plants, alone, cannot provide sufficient remedy especially if a body of water is already eutrophic, i. H. overloaded with nutrients, is.

Es sind bereits Bemühungen bekannt geworden, die Selbstreinigungskraft von Gewässern zu unterstützen, zu vermehren oder bei Verlust wiederherzustellen. Diese Bemühungen haben zum Ziel, die den im Sommer und bei Temperaturschichtung des Wassers im Tiefwasser abgebauten Sauerstoff wieder zu ergänzen.Efforts have already become known, the self-cleaning power to support, increase or restore in case of loss of water bodies. These efforts are aimed at reducing the temperature in summer and with temperature stratification to replenish the oxygen degraded in the deep water.

Gemäß einem dieser bekannten Verfahren wird Preßluft im Tiefwasser verwirbelt, wobei der Sauerstoff der Luft im Wasser gelöst wird.According to one of these known methods, compressed air is used in deep water swirled, whereby the oxygen in the air is dissolved in the water.

Dieses Verfahren ist sehr kostspielig, weil die Erzeugung der Preßluft und die Verwirbelung der Luft mit dem Wasser einen erheblichen Energieaufwand bedingt.This process is very expensive because of the generation of compressed air and the swirling of the air with the water requires a considerable amount of energy.

Nach einem anderen bekannten Verfahren wird Tiefwasser in einem Rohr bis über die Wasseroberfläche hinaus hochgepumpt, dort mit Ozon verwirbelt und nach der Sauerstoffaufnahme in einem zweiten Rohr wieder in die Tiefe gefördert. Auch dieses Verfahren verursacht unverhältnismäßig große Kosten infolge des großen Energieaufwandes.Another known method is deep water in a pipe Pumped up above the surface of the water, swirled there with ozone and after the oxygen uptake in a second pipe is promoted back into the depths. Even this method causes disproportionately high costs due to the large amount of energy required.

Die Erfindung schafft demgegenüber ein Verfahren zur Sauerstoffanreicherung des Tiefwassers, das einfacher, billiger und wirksamer ist.In contrast, the invention creates a method for oxygen enrichment of deep water, which is simpler, cheaper and more effective.

Ausgehend von der bekannten Tatsache, daß das Oberflächenwasser reichlich Sauerstoff enthält, oft sogar mit Sauerstoff übersättigt ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, sauerstoffreiches Oberflächenwasser innerhalb eines Brunnenrohres in den Tiefwasserbereich zu fördern und dort in einem oder mehreren Strahlen in das Tiefwasser auszustoßen.Proceeding from the known fact that the surface water is plentiful Contains oxygen, is often even supersaturated with oxygen, is according to the invention proposed oxygen-rich surface water inside a well pipe to promote in the deep water area and there in one or more jets in to expel the deep water.

Als Tiefwasser ist das unterhalb der Temperaturgrenzschicht (auch Sprungschicht genannt) befindliche Wasser zu verstehen.As deep water, this is below the temperature boundary layer (also Called thermocline) to understand the water.

Eine solche Sprungschicht bildet sich bekanntlich in der warmen Jahreszeit.Such a thermocline is known to form in the warm season.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung muß jedoch dafür gesorgt werden, daß die Temperaturschichtung erhalten bleibt, damit nicht Tiefwasser an die Oberfläche gelangt, dort erwärmt wird und unter Lichteinfluß (FotosVnthese) eine unerwünschte zusätzliche Algenproduktion herbeiführt. Außerdem soll das in die Tiefe gepumpte Oberflächenwasser sich dort als Sauerstoffüberbringer auswirken und nicht effektlos an die Wasseroberfläche zurückkehren, was eintreten könnte, wenn die Temperatur des ausgstoßenen Wassers zu hoch ist.In the method according to the invention, however, it must be ensured that that the temperature stratification is maintained, so that deep water does not come to the surface reaches, is heated there and under the influence of light (photos) an undesirable causes additional algae production. In addition, that should be pumped into the depths Surface water act as an oxygen carrier there and not without effect return to the surface of the water, which could occur if the temperature increases of the discharged water is too high.

Daher wird für den Fall, daß das Oberflächenwasser gegenüber dem Tiefwasser zu warm ist, in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dem Oberflächenwasser vor dem Ausstoß einen veränderbar einstellbaren Anteil von Tiefwasser beizumischen.Therefore, in the event that the surface water is opposite to the deep water is too warm, proposed in an expedient development of the invention, the surface water Mix in a variable, adjustable proportion of deep water before the discharge.

Dies bewirkt eine zweckentsprechende Abkühlung des auszustoßenden Wassers.This causes an appropriate cooling of the to be ejected Water.

Durch geeignete Dosierung der Beimischung kann man eine solche resultierende Wassertemperatur einstellen, daß der Auftrieb des Mischwassers noch nicht ausreicht, die Temperaturgrenzschicht des Gewässers zu durchbrechen.Such a result can be achieved by suitable metering of the admixture Set the water temperature so that the buoyancy of the mixed water is not yet sufficient, to break the temperature boundary layer of the water.

Beispiel: Temperatur des Oberflächenwassers: 15 0C Temperatur des Tiefwassers: 5 oc Mischwassertemperatur: 10 0C Eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein mit einem Boden versehenes Brunnenrohr in solcher Länge, daß es geeignet ist, sich vom Bereich des Oberflächenwassers bis in den unterhalb der Temperaturgrenzschicht des Gewässers befindlichen Tiefwasserbereich zu erstrecken, auf dessen Boden - oder wenigstens in der Nähe desselben - eine Unterwasser-Motorpumpe angebracht ist, und dessen Wandung in Höhe der Pumpe mindestens eine Auslaßöffnung aufweist.Example: surface water temperature: 15 0C temperature of Deep water: 5 oc Mixed water temperature: 10 0C A device for exercising the The method according to the invention is characterized by a one provided with a bottom Well pipe of such a length that it is suitable to move away from the area of surface water to the deep water area below the temperature boundary layer of the water body to extend, on the bottom - or at least in the vicinity of the same - an underwater motor pump is attached, and its wall at least one outlet opening at the level of the pump having.

Weitere zweckmäßige Ausbildungen sind den Ansprüchen 4 bis 8 zu entnehmen.Further useful designs can be found in claims 4 to 8.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungs- und Anwendungabeispiele der zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagenen Vorrichtung veranschaulicht.In the drawings are two exemplary embodiments and application examples illustrated the proposed device for performing the method according to the invention.

Es zeigen die Abbildung 1 eine schwimmfähige und am Gewässer grund verankerte Ausführung und die Abbildung 2 eine an einem Boot aufgehängte Ausführung der Vorrichtung.Figure 1 shows a buoyant and at the bottom of the water anchored version and Figure 2 a version suspended from a boat the device.

In der Abb. 1 bedeuten 1 die Wasseroberfläche, 2 den Bereich des Oberflächenwassers, 3 die Temperaturgrenzschicht (Sprungschicht), 4 den Tiefwasserbereich und 5 den Gewässergrund.In Fig. 1, 1 denotes the water surface, 2 the area of surface water, 3 the temperature boundary layer (thermocline), 4 the deep water area and 5 the Bottom of water.

6 ist das Brunnenrohr. In seinem unteren Teil, der aufgeschnitten gezeichnet ist, befindet sich die Motorpumpe 7 (im vorliegenden Fall eine Propellerpumpe). Wird die Motorpumpe 7 eingeschaltet, so saugt sie das Wasser aus dem oberen Teil des Brunnenrohres 6 an und fördert es in das Tiefwasser 4 hinein Der Propellerschutzring 8 ragt aus einer Öffnung der Rohrwandung heraus. Die Montageplatte 9 der Motorpumpe 7 ist schräggestellt, so daß der Wasserstrahl 10 schräg nach unten gerichtet ist. Da das ausgestoßene Wasser spezifisch leichter als das Tiefwasser ist, geht der Strahl in eine Art ballistischer Kurve mit Tendenz nach oben über. Die Neigung der Montageplatte 9 ist verstellbar zu denken.6 is the well pipe. In its lower part, which is cut open is drawn, there is the motor pump 7 (in the present case a propeller pump). When the motor pump 7 is switched on, it sucks the water out of the upper part of the well pipe 6 and promotes it into the deep water 4 The propeller protection ring 8 protrudes from an opening in the pipe wall. The mounting plate 9 of the motor pump 7 is inclined so that the water jet 10 is directed obliquely downwards. Since the expelled water is specifically lighter than the deep water, it goes Beam in a kind of ballistic curve with an upward tendency. The slope of the Mounting plate 9 is adjustable to think.

11 ist eine Öffnung zum Einlaß von Tiefwasser und 12 ein Schieber, mit dem die Öffnung 11 zu einem mehr oder weniger großen Teil abgedeckt wird, wodurch man das Maß der Beimischung von Tiefwasser bestimmt.11 is an opening for the inlet of deep water and 12 is a valve, with which the opening 11 is covered to a greater or lesser extent, whereby one determines the degree of admixture of deep water.

Am oberen Ende des Brunnenrohres 6 ist ein Schwimmkörper 13, in concreto ein luftgefüllter Gummischlauch, angebracht, dessen Auftriebskraft ausreicht, um das Brunnenrohr 6 samt seinen Armaturen im Wasser aufsteigen zu lassen. Ein solches Aufsteigen wird aber durch seine Verankerung verhindert, die aus einer schweren, am Gewässergrund liegenden Ankerplatte 14 und drei am unteren Rohrende angreifenden Ankertauen 15, 16, 17 besteht.At the upper end of the well pipe 6 is a floating body 13, in concrete terms an air-filled rubber hose attached, the buoyancy of which is sufficient to to let the well pipe 6 and its fittings rise in the water. One such However, climbing is prevented by its anchoring, which comes from a heavy, Anchor plate 14 lying on the bottom of the water and three attacking the lower end of the pipe Anchor ropes 15, 16, 17.

Das Brunnenrohr 6 schwebt daher nach Art einer Ankertaumine über dem Gewässergrund, und zwar bei geeigneter Länge der Ankertaue 15, 16, 17 in solcher Lage, daß sich sein oberes Ende im Oberflächenwasser 2, sein unteres Ende dagegen im Tiefwasser 4 befindet.The well pipe 6 therefore floats in the manner of an anchor rope over the Bottom of water, with a suitable length of the anchor ropes 15, 16, 17 in such Situation that its upper end is in surface water 2, its lower end against it located in deep water 4.

18 ist das Stromversorgungskabel für die Motorpumpe 7.18 is the power supply cable for the motor pump 7.

Um zu verhindern, daß störende Fremdkörper (Steine, Laub o. dgl.) in das Brunnenrohr 6 hineinfallen, ist seine obere Öffnung mit einem Sieb 19 abgedeckt.To prevent disruptive foreign bodies (stones, leaves, etc.) fall into the well pipe 6, its upper opening is covered with a sieve 19.

In der Abb. 2, in der die mit der Abb. 1 übereinstimmenden Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind, ist das Brunnenrohr 6 mittels der Halterungen 20 und 21 an einem Boot 22 symmetrisch aufgehängt.In Fig. 2, in which the parts that correspond to Fig. 1 with the same reference numerals are provided, the well pipe 6 is by means of the brackets 20 and 21 suspended from a boat 22 symmetrically.

Falls, wie im dargestellten Fall, nur eine Auslaßöffnung 8 vorgesehen ist, würde das Brunnenrohr 6 infolge der Rückstoßkraft im Sinne des eingezeichneten Pfeiles schwenken und sich schräg stellen.If, as in the case shown, only one outlet opening 8 is provided is, the well pipe 6 would be due to the recoil force in the sense of the Swivel arrow and stand at an angle.

Um dies zu verhindern, ist zwischen Boot 22 und Brunnenrohr 6 ein Halteseil 23 vorgesehen, das an einer Üse 24 des Brunnenrohres 6 angreift und an Bord des Bootes 22 arretiert werden kann.To prevent this, there is a between the boat 22 and the well pipe 6 Retaining rope 23 is provided, which engages on an eyelet 24 of the well pipe 6 and on Board of the boat 22 can be locked.

Unterhalb des Brunnenrohrbodens sind zwei aufblasbare Gummi schläuche 25 vorgesehen, und zwar zu folgendem Zweck: Wenn ein anderer Einsatzort aufgesucht werden soll, werden diese Schläuche 25 mit Preßluft gefüllt, während gleichzeitig das Halteseil 23 entarretiert wird. Die luftgefüllten Schläuche 25 lassen das untere Ende des Brunnenrohres aufschwimmen, so daß das Rohr mehr oder weniger waagerecht im Wasser liegt. In dieser Lage ist sein Strömungswiderstand bei der Fahrt zum nächsten Einsatzort am geringsten. Außerdem ist es so am besten vor Beschädigungen gesichert.There are two inflatable rubber hoses underneath the tube bottom 25 for the following purpose: When visiting another site is to be, these hoses 25 are filled with compressed air while at the same time the tether 23 is unlocked. The air-filled tubes 25 leave the lower one Float the end of the well pipe so that the pipe is more or less horizontal lies in the water. In this position his flow resistance is when driving to the next Place of use at the lowest. This is also the best way to secure it from damage.

Weitere, hier nicht weiter dargestellte zweckmäßige Einzelheiten können darin bestehen, daß das Austrittsrohr in horizontaler Ebene schwenkbar ausgebildet ist, wobei die Schwenkbewegung durch Fernsteuerung oder durch Selbstumschaltung beim Erreichen der Endlagen erzielt wird. Eine weitere mögliche Ausführung besteht darin, daß die Auslaßöffnung im Boden des Brunnenrohres 6 vorgesehen wird und in einen drehbaren Topf mündet, der seinerseits nach Art des Segnerschen Wasserrades schräggestellte oder gekrümmte Auslaßrohre aufweist, so daß der Topf durch den Rückstoß des austretenden Wassers in Drehung versetzt wird.Further useful details not shown here can be used consist in that the outlet pipe is designed to be pivotable in the horizontal plane is, the pivoting movement by remote control or by self-switching is achieved when the end positions are reached. Another possible implementation exists in that the outlet opening is provided in the bottom of the well pipe 6 and in a rotatable pot opens, which in turn is in the manner of the Segnerchen Water wheel Has inclined or curved outlet pipes, so that the pot through the recoil of the exiting water is set in rotation.

Diese Ausführungen sind geeignet, die gleichmäßige Verteilung des ausgestoßenen Wassers zu begünstigen.These designs are suitable for the even distribution of the to favor expelled water.

Damit die Anlage stets der jeweiligen ökologischen Situation entsprechend arbeitet, kann ein Schaltgerät vorgesehen werden, das die Pumpe in Abhängigkeit der maßgeblichen Meßwerte, insbesondere Temperatur und Sauerstoffgehalt des Misch- und des Umgebungswassers steuert. Diese Meßwerte, die von Meßfühlern ermittelt werden, wären einem Prozeßrechner zuzuführen, der die Meßwerte in Steuerdaten für das Schaltgerät umsetzt.So that the system always corresponds to the respective ecological situation works, a switching device can be provided that the pump as a function the relevant measured values, in particular the temperature and oxygen content of the mixed and the surrounding water controls. These measured values, which are determined by sensors, would be fed to a process computer that converts the measured values into control data for the switching device implements.

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Claims (8)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Unterstützung der Selbstreinigungskraft von Gewässern durch Versorgung des Tiefwassers mit Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sauerstoffreiches Oberflächenwasser innerhalb eines Brunnenrohres (6 ) in den Tiefwasserbereich gefördert und dort in einem oder mehreren Strahlen in das Tiefwasser ausgestoßen wird. Claims 1. A method to support the self-cleaning power of water bodies by supplying the deep water with oxygen, characterized in that that oxygen-rich surface water within a well pipe (6) in the Funded deep water area and there in one or more jets in the deep water is expelled. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oberflächenwasser vor dem Ausstoß ein veränderbar einstellbarer Anteil von Tiefwasser beigemischt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface water A variable, adjustable proportion of deep water is added before the discharge will. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein mit einem Boden versehenes Brunnenrohr (E ) von solcher Länge, daß es geeignet ist, sich vom Bereich des Oberflächenwassers bis in den unterhalb der Temperaturgrenzschicht des Gewässers befindlichen Tiefwasserbereich zu erstrecken, auf dessen Boden - oder wenigstens in der Nähe desselben - eine Unterwasser-Motorpumpe C7 ) angebracht ist, und dessen Wandung in Höhe der Pumpe (7 ) mindestens eine Auslaßöffnung cis ) aufweist.3. Device for performing the method according to claims 1 and 2, characterized by a well pipe (E) provided with a bottom of such Length that it is suitable to stretch from the area of the surface water to the below to extend the deep water area located within the temperature boundary layer of the body of water, on its bottom - or at least near it - an underwater motor pump C7) is attached, and its wall at least one outlet opening at the level of the pump (7) cis). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brunnenrohr (6 ) an seinem unteren Ende eine in ihrer Größe verstellbare Öffnung (li) zum Einlaß von Tiefwasser aufweist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the well pipe (6) at its lower end an adjustable opening (left) to the inlet of deep water. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (8) mit einem schräg nach unten gerichteten Austrittsrohr versehen ist.5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that that the outlet opening (8) with an obliquely downwardly directed outlet pipe is provided. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsrohr in horizontaler Ebene schwenkbar ausgebildet ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the outlet pipe is designed to be pivotable in the horizontal plane. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch die Abänderung, daß sich die Auslaßöffnung im Boden des Brunnenrohres (6) befindet und in einen drehbaren Topf mündet, der seinerseits nach Art des Segnerschen Wasserrades schräggestellte oder gekrümmte Auslaßrohre aufweist.7. Device according to claims 3 and 4, characterized by the Modification that the outlet opening is in the bottom of the well pipe (6) and opens into a rotatable pot, which in turn resembles Segner's water wheel has inclined or curved outlet pipes. 8. Überwachungs und Steuerungseinrichtung für die Zwecke des Betriebes der Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, gekennzeichnet durch ein Schaltgerät zur Steuerung des Pumpenmotors (7) und einen Prozeßrechner, der die von Meßfühlern ermittelten maßgeblichen Meßwerte, insbesondere Temperatur und Sauerstoffgehalt des Wassers, in Steuerdaten für das Schaltgerät umsetzt.8. Monitoring and control device for the purpose of operation the device according to claims 3 to 7, characterized by a switching device to control the pump motor (7) and a process computer, the sensors determined relevant measured values, in particular temperature and oxygen content of the water, converted into control data for the switching device.
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