DE4404024A1

DE4404024A1 - Vorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff in Gewässer

Info

Publication number: DE4404024A1
Application number: DE19944404024
Authority: DE
Inventors: Hermann Schneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-13
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 1994-09-01
Also published as: DE9302230U1

Description

Die Erfindung betrifft eine vorwiegend windgetriebene Vorrichtung zur Entnahme von sauerstoffarmem, mit Methangas, Schwefelwasser stoff und Faulstoffen belastetem Wasser aus dem Hypolimnion im wesentlichen stehender Gewässer, zur Entgasung und Belüftung dieses Wassers sowie dessen Rückführung in den Bereich unterhalb der Temperatursprungschicht.

Stand der Technik

Es sind bereits technische Lösungen zum Einbringen von Luft bzw. von Sauerstoff in das Hypolimnion bekannt. So werden Kompressoren direkt zur Lufteinbringung in das Hypolimnion eingesetzt. Verfahren und Vorrichtungen zur Aufbereitung von Tiefenwasser mittels komprimierter Luft sind jedoch sehr teuer und haben sich daher aus ökonomischen Gründen nicht durchgesetzt.

Es wurde auch vorgeschlagen, in besonders kritische Bereiche, vorzugsweise in die Nähe des Gewässerbodens, reinen Sauerstoff direkt einzuleiten. Die Herstellung reinen Sauerstoffes und dessen Transport bis zum Einsatzort sind energie- und kostenaufwendig. Auch diese Lösung ist daher für die Sanierung von Gewässern nicht geeignet.

Es sind ferner verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Belüftung von Tiefenwasser bekannt, die nach dem Doppelrohr- Pumpsystem arbeiten (DE-OS 37 03 562, 36 15 629, 32 09 283). Grundprinzip ist dabei stets das Abpumpen und Befördern von sauerstoffarmem Tiefenwasser an die Oberfläche, dessen Anreicherung mit Luft mit nachfolgender Rückführung in den Tiefenbereich. In allen Fällen ist entweder ein Unterwasserkabel zur UW-Motorpumpe oder im Falle des Einsatzes einer Mammutpumpe ein Luftschlauch zum Seegrund zu legen. Unterschiedliche Tiefen werden entweder durch zwischenschaltbare Doppelrohrmodule oder durch teleskopartige Doppelrohrsysteme angepaßt. Das gesamte Doppelrohr-Pumpsystem besteht weitestgehend aus Alu-Legierungen, um das System trotz des großen Volumens leicht und korrosionsfest zu gestalten. Ungeachtet dessen sind zur Installation derartiger Vorrichtungen aufwendige Hebezeuge erforderlich.

Es ist auch bereits eine Anlage gemäß DE-OS 36 25 629 eingesetzt worden, die die Form einer nach unten sektionsweise verlängerbaren Boje besitzt. Sie besitzt flutbare Tanks an ihrem Unterende, so daß sie in der Waagerechten schwimmend zum Einsatzort geschleppt und dort durch Fluten der Tauchzellen in die senkrechte Arbeitsstellung gebracht werden kann. Das untere Modul der Anlage ist mit einer elektrisch angetriebenen Tauchpumpe bestückt. Diese Pumpe drückt Treibwasser durch einen Ejektor, der über ein Schnorchelrohr atmosphärische Luft ansaugt und das Wasser-Luft- Gemisch feinblasig von unten in ein großes Steigrohr einbläst. Über die untere Öffnung des Steigrohres werden große Mengen zusätzlichen Wassers angesaugt und nach dem Mammutpumpenprinzip aufwärts befördert. Oben endet das Steigrohr in einem Entgasungstopf, wo das Restgas in die Atmosphäre entweicht. Das mit gelöstem Sauerstoff angereicherte Wasser wird in dem das Steigrohr konzentrisch umhüllenden Fallrohr wieder in die Tiefe zurückgeleitet und dort verteilt. Der mit dieser Anlage angestrebte Effekt wird mit einem sehr hohen konstruktiven und energetischen Aufwand erkauft.

Gemäß DE-OS 32 05 083 wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der über ein Aufstiegsrohr Tiefenwasser nach oben gepumpt und oberhalb der Austrittsstelle im wesentlichen horizontal weggespritzt, dadurch mit Sauerstoff angereichert, in einem Auffangbecken gesammelt und über ein nachgeordnetes Wasserabstiegsrohr wieder in die unteren Wasserschichten zurückgeleitet wird.

Das sich drehende, mit einer feststehenden Schraube versehene und daher nicht flexible Rohr hoher Eigenmasse gewährleistet nicht die sichere Entnahme des Tiefenwassers in Bodennähe. Die das Rohr führenden Lager sind starken mechanischen Belastungen ausgesetzt. Die im Rohr nach oben beförderte und am Austrittsende zu verspritzende Wassersäule wird in Drehung versetzt, wofür zusätzliche Antriebsenergie aufzubringen ist.

Problem

In zunehmendem Maße ist eine Eutrophierung von Gewässern zu verzeichnen. Der übermäßige Eintrag von Nährstoffen, wie Phosphaten und Nitraten aus Abwässern sowie aus abgeschwemmten Düngemitteln aus der Landwirtschaft sorgt für ein verstärktes Algenwachstum. Der biologische Abbau der organischen Masse erfolgt unter hohem Sauerstoffverbrauch. Da in den bodennahen Schichten nach Bildung der Temperaturschicht (Hypolimnion) im Frühjahr bis zum Spätherbst kein Sauerstoff auf natürlichem Wege eingebracht wird, erfolgt der Abbau der gesunkenen organischen Produkte bei Sauerstoffmangel in anaerober Weise, so daß nur noch lebensfeindliche Produkte wie Methangas und Schwefelwasserstoff entstehen.

Bedingt durch die thermische Schichtung des Wasserkörpers erfolgt keine Durchmischung des Tiefenwassers mit dem Oberflächenwasser. Auf Grund des fehlenden Sauerstoffes ist biologisches Leben im Hypolimnion nur noch begrenzt möglich. Diese biologischen, chemi schen und physikalischen Zusammenhänge gelten in gleicher Weise für stagnierende natürliche und künstlich geschaffene Binnenge wässer wie auch für innere und äußere Seegewässer, z. B. die Boddengewässer oder die Ostsee. In Erkenntnis der genannten Zusammenhänge hat es nicht an Versuchen gefehlt, die Tiefen gewässer zu sanieren bzw. zu restaurieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umweltorientierte, tiefenvariable, in ihrer Konstruktion einfache, leicht transportierbare sowie auf- und abbaubare Vorrichtung zur Entnahme von Tiefenwasser aus dem Hypolimnion, zum Entfernen schädlicher Gase aus diesem Wasser und zur Anreicherung desselben mit Sauerstoff sowie zur Rückführung des behandelten Wassers in das Hypolimnion zu schaffen.

Erfindung

Das Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß mittels Streben 1, 2 verbundene Schwimmkörper 3 einen aus Halterohren 4 bestehenden Rahmen tragen, an dem ein mit Granulat 18 gefüllter, ein Gestell 5, einen Antrieb 6 und ein Winkelgetriebe tragenden Behälter 8 befestigt ist. An der Unterseite des zwischen den Schwimmkörpern 3 kippbaren Behälters 8 sind ein Flansch 16, ein abnehmbares Pumpendruckrohr 9 mit innenliegender Pumpenwelle 10 und Pumpenrad 11 samt angesetztem und sektionsweise verlängerbarem Saugschlauch 12 mit Distanzkorb 13 sowie ein Lochblech 14 und ein flexibler, ebenfalls längenvariabler Rückführschlauch 15 angebracht.

Vorteilhafte Wirkung der Erfindung

Mit der Erfindung wird eine hinsichtlich ihrer Konstruktion und Handhabung wenig aufwendige Vorrichtung vorgeschlagen, mittels derer eine umweltfreundliche und kostengünstige Sanierung bzw. Restaurierung von Gewässern erreicht werden kann. Das verwendete Prinzip erfordert eine nur geringe Antriebsleistung, die z. B. durch eine an sich bekannte Windturbine relativ geringer Größe leicht zur Verfügung gestellt werden kann. Da die Gesamtmasse der erfindungsgemäßen Vorrichtung gering ist, kann sie, zudem in Einzelteile zerlegt, auch manuell und ohne Hebezeuge an das Ufer eines zu behandelnden Gewässers gebracht, dort auf einem Boot abgelegt und am gewünschten Standort in Position gebracht werden.

Es ist mit der Erfindung ohne prinzipielle bauliche Veränderungen möglich, unterschiedliche Tiefen des Hypolimnion wirkungsvoll zu belüften. Eine Vermischung des kalten Tiefenwassers mit dem warmen Oberflächenwasser wird dabei vermieden, der Rücktransport von Pflanzennährstoffen in die durchlichtete Oberflächenschicht verhindert und der atmosphärische Sauerstoff nur an die Stellen gebracht, an denen ein Sauerstoffdefizit herrscht. Der flexible Saugschlauch und der Distanzkorb gewährleisten eine sichere Entnahme des Tiefenwassers aus der Bodennähe. Das behandelte Tiefenwasser wird dabei nicht wieder in der Nähe der Entnahmestelle entlassen.

Die Modulbauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht eine Anpassung auch an große Wassertiefen. Durch die Ankerseilbefestigung und die dadurch stets gesicherte optimale Position des Windrades quer zur Windrichtung wird die Windenergie maximal genutzt und die größte Windanlaufstrecke gesichert. Die autonom arbeitende Anlage funktioniert praktisch ohne Verschleiß und annähernd geräuschlos. Die Herstellungskosten und Betriebskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vergleichsweise gering.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Vorrichtung zum Anreichern des Tiefenwassers mit Luft besteht aus Schwimmkörpern 3, die einen aus Halterohren 4 bestehenden Rahmen tragen. Die mittels einer Ankerleine 17 am Einsatzort fixierte Vorrichtung weist ferner einen Behälter 8 auf, die mit einem Granulat, z. B. Kies oder Kunststoffspänen gefüllt ist und die mit einem Pumpendruckrohr 9 mit angeschlossenem biegsamem und sektionsweise verlängerbaren Saugschlauch 12 und Distanzkorb 13 in Verbindung steht. In das Pumpendruckrohr 9 ragt eine von einem Antrieb 6 , vorzugsweise einem Windrad über ein Winkelgetriebe 7 und eine Pumpenwelle 10 angetriebenes Pumpenrad 11. Der Behälter 8 weist ferner einen biegsamen und sektionsweise verlängerbaren Rückführschlauch 15 auf.

Der Zusammenbau und die Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschieht folgendermaßen:
In der Uferzone wird der Behälter 8 um das Halterohr 4, welches auf den Schwimmkörpern 3 in einer nicht näher dargestellten Pfanne gelagert ist, in Richtung der Längsachse der Schwimmkörper 1 und zwischen denselben maximal um 90 Grad nach oben gedreht. Das starre Pumpendruckrohr 9 wird samt der Pumpenwelle 10 und dem Pumpenrad 11 durch das nunmehr nahezu senkrecht stehende Bodenloch des Behälters 8 geschoben und mittels des Flansches 16 arretiert. Danach kann je nach vorgesehener Gewässertiefe der leichte und biegsame, sektionsweise verlängerbare Saugschlauch 12, an dessen Ende der Distanzkorb 13 befestigt ist, angesetzt werden. Nunmehr kann auch der Rückführschlauch 15 am Behälter 8 befestigt werden. Voraussetzung für diesen Ablauf ist, daß die beiden Schwimmkörper 3 vorn mit den beiden Streben 1 verbunden sind und hinten die Strebe 2 zunächst noch nicht montiert ist.

Mit der Ankerleine 17 wird die Vorrichtung in dem nunmehr erreichten Aufbauzustand zum vorgesehenen Einsatzort geschleppt. Dort sinken das Pumpendruckrohr 9, der biegsame Saugschlauch 12 und der Rückführschlauch 15 nach Wegfall der durch die Vorwärtsbewegung erzeugten Anströmung und infolge ihres Gewichtes in die Tiefe und richten dabei den Behälter 8 quer zur Längsachse der Schwimmkörper 3 vertikal drehend auf. Dessen Öffnung zeigt nun nach oben.

Nunmehr wird auch die hintere Strebe 2 auf beiden Schwimmkörpern 3 arretiert. Es folgen die Montage und Ausrichtung des Gestells 5 mit dem Antrieb 6 und des Winkelgetriebes 7. Der Behälter 8 wird mit Granulat, vorzugsweise Kies oder Kunststoffspänen gefüllt. Das Ausschwemmen des Granulats durch den Rückführschlauch 15 wird durch ein am Boden des Behälters 8 angebrachtes Lochblech 14 verhindert.

Die über die Ankerleine 17 am Einsatzort fixierte Vorrichtung wird durch den Wind selbständig in die optimale Position gedrückt. Durch den Antrieb 6 in Bewegung gesetzt beginnt das axiale Pumpenrad 11 im Pumpendruckrohr 9 Tiefenwasser an die Oberfläche zu pumpen. Dabei ist nur eine geringe Förderhöhe zu überwinden. Je nach Größe und Position des Distanzkorbes 13 wird in entsprechender Höhe über dem Seeboden 23 Wasser abgesaugt und oberhalb des Pumpenrades 11 in das Pumpendruckrohr 9 gedrückt. Das Wasser wird nur geringfügig über die Wasseroberfläche gefördert und in das Granulat, welches vorzugsweise aus Kunststoffspänen besteht und welches durch das Lochblech 14 gegen ein Ausschwemmen gesichert ist, geleitet. Hier werden schädlich Gase, wie Methangas und Schwefelwasserstoff freigesetzt und das Wasser mit Luft und damit mit Sauerstoff angereichert. Über den Rückführschlauch 15 kann nunmehr das in seiner Qualität verbesserte Wasser aufgrund des statischen Druckes abfließen.

Die Vorrichtung bewegt sich je nach Windrichtung um die Ankerposition auf einer kreisförmigen Fläche. Das ist möglich und selbst bei Tiefendifferenzen unproblematisch, da der biegsame Saugschlauch 12 diese Bewegung mitmacht.

Bezugszeichenliste

1 vordere Streben
2 hintere Strebe
3 Schwimmkörper
4 Halterohr
5 Gestell
6 Antrieb
7 Winkelgetriebe
8 Behälter
9 Pumpendruckrohr
10 Pumpenwelle
11 Pumpenrad
12 Saugschlauch
13 Distanzkorb
14 Lochblech
15 Rückführschlauch
16 Flansch
17 Ankerleine
18 Granulat
19 Wasseroberfläche
20 Epilimnion
21 Temperatursprungschicht
22 Hypolimnion
23 Seeboden

Claims

Vorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff in Seewasserschich ten des Hypolimnions, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Streben (1, 2) verbundene Schwimmkörper (3) einen aus Halte rohren (4) bestehenden Rahmen tragen, an dem ein mit Granulat gefüllter, ein Gestell (5), einen Antrieb (6) und ein Winkel getriebe (7) tragender und kippbarer Behälter (8) befestigt ist, an dessen Unterseite ein abnehmbares Pumpendruckrohr (9) mit innenliegender Pumpenwelle (10) und Pumpenrad (11) samt angesetztem biegsamem und sektionsweise verlängerbarem Saug schlauch (12) mit Distanzkorb (13), ein Lochblech (14) sowie ein flexibler, längenvariabler Rückführschlauch (15) ange bracht sind.