DE69824878T2

DE69824878T2 - Methode und vorrichtung zum abtrennen von schwimmenden schmutzstoffen

Info

Publication number: DE69824878T2
Application number: DE69824878T
Authority: DE
Inventors: Stig Lundbäck
Original assignee: Surfcleaner AB
Current assignee: Surfcleaner AB
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: EE200000191A; CA2307124C; EP1027502A1; CA2307124A1; HUP0004171A2; US6458282B1; ATE270362T1; EP1027502B1; HUP0004171A3; AU9773198A; PL190177B1; SE9803322D0; SE513652C2; KR20010024569A; DE69824878D1; AU757753B2; RU2219311C2; EE04969B1; PL340079A1; KR100590838B1

Description

Diese Erfindung betrifft das Reinigen einer Oberfläche eines Flüssigkeitskörpers. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von schwimmenden Schmutzstoffen, wie etwa Ölflecke, von der Oberfläche von unbegrenzten oder begrenzten Wasserflächen.
Die Erfindung ist besonders nützlich für die Rückgewinnung von Öl, das auf Wasser schwimmt, und wird deswegen unter besonderer Bezugnahme auf ihre Anwendung für diesen Zweck beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Rückgewinnung von Öl oder anderen flüssigen Schmutzstoffen beschränkt und der hier verwendete Term Schmutzstoff sollte so verstanden werden, dass er außer flüssigen Substanzen mit großer oder kleiner Viskosität mehr oder weniger feste Fremdkörper oder Objekte mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen einschließt.
Das Patent US-A-5.075.014 offenbart eine Vorrichtung zum Abräumen flüssiger Kohlenwasserstoffe von der Oberfläche eines Wasserkörpers und zum Trennen der abgeräumten Kohlenwasserstoffmischung und Wasser in getrennte Fraktionen. Die Kohlenwasserstoff-Fraktion wird in einem Schwimmbehälter gesammelt, wohingegen das Wasser in den Wasserkörper zurückgeführt wird. Eine Zentrifugen-Trenneinrichtung, die von der Abräumeinrichtung gespeist wird, wird für die Trennung verwendet.
Das Patent WO97/07292 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abräumen eines Oberflächenabschnitts eines Wasserkörpers in einen eingetauchten Sammelbehälter zum Zweck der Reinigung der Wasseroberfläche. Es wird bewirkt, dass ein Schmutzstoff, insbesondere Öl, das an der den Sammelbehälter umgebenden Wasseroberfläche schwimmt, in eine Wassersenke, die in dem Sammelbehälter gebildet ist, fließt, wobei sich der Schmutzstoff auf Grund seiner Schwimmfähigkeit von dem Wasser trennen und auf der Wasseroberfläche einer Trennzone eine Schicht bilden kann. Die auf diese Weise an der Oberfläche der Wassersenke gebildete Schicht wird intermittierend oder kontinuierlich aus der Trennzone entnommen und in geeigneter Weise entsorgt.
Es wird bewirkt, dass ein Oberflächenabschnitt des umgebenden Wassers, der die Schmutzstoffe trägt, über die Dammkrone eines sich in vertikaler Richtung selbstständig ausrichtenden Abräumwehrs, das vorzugsweise kreisförmig ist, fließt. Zu diesem Zweck wird Wasser aus dem unteren Bereich des Sam melbehälters entnommen, um die Wassersenke in dem Sammelbehälter aufrechtzuerhalten, so dass der Flüssigkeitspegel in dem Sammelbehälter niedriger ist als der Pegel der umgebenden Wasseroberfläche.
Im Betrieb nimmt das Abräumwehr, das einen bestimmten Auftrieb besitzt, relativ zu der umgebenden Wasseroberfläche eine Überlaufposition ein, so dass die in den Sammelbehälter einströmende Menge automatisch so geregelt wird, dass sie mit der daraus abfließenden Wassermenge übereinstimmt.
Die Trennzone enthält einen im Allgemeinen runden Bereich der Wasseroberfläche in der Wassersenke und das Wasser unter diesem Bereich. An ihrem oberen Abschnitt ist die Trennzone horizontal einwärts von dem Wehr beabstandet und ist vorzugsweise durch eine Ablenkplatte von dem Wehr getrennt, die verhindern soll, dass Schmutzstoffe in die Trennzone eintreten, ohne dass sie zunächst nach unten abgelenkt werden.
Ein kennzeichnendes Merkmal des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass die Trennung der Schmutzstoffe, die von dem Wasser in den Sammelbehälter getragen werden, in einem Schritt erfolgt, der dem Abräumen folgt. Mit anderen Worten wird nicht sichergestellt, dass die Flüssigkeit, die in den Sammelbehälter eintritt, im Wesentlichen nur die Schmutzstoffe enthält. Stattdessen können große Mengen Wasser in den Sammelbehälter eintreten und indem sichergestellt wird, dass der folgende Trennungsschritt die Schmutzstoffe wirkungsvoll von der Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen trennt, wird in der Trennzone eine konzentrierte Schmutzstoffschicht erreicht.
Wenn die Schmutzstoffe eine Dichte besitzen, die lediglich geringfügig geringer ist als die des Wassers, wie das bei den meisten Schmutzstoffen, die Erdölprodukte enthalten, der Fall ist, ist eine wirkungsvolle Trennung der Schmutzstoffe von der Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen lediglich dann möglich, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Mischung sehr klein ist.
Es ist festgestellt worden, dass die Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen, die wie ein Wasserfall oder eine Kaskade über das Abräumwehr fließt, dazu neigt, mehr oder weniger vertikal nach unten als ein relativ begrenzter Strom in die in dem Sammelbehälter enthaltene Flüssigkeit strömt. Es ist weiterhin festgestellt worden, dass der Strom sein Bewegungsmoment lediglich langsam verliert, so dass er leicht den Bodenbereich des Sammelbehälters erreicht, an dem Wasser entnommen wird.
Es ist deswegen wichtig dafür zu sorgen, dass die strömende Mischung ihre Geschwindigkeit drastisch verringert, so dass die Trennung in der Trennzone wirkungsvoll stattfinden kann. In der oben beschriebenen bekannten Vorrichtung kann eine Verringerung der Geschwindigkeit durch die Erweiterung der Trennzone erreicht werden und indem ermöglicht wird, dass die nach unten fließende Mischung wenigstens teilweise in die Trennzone abgelenkt wird und sich dort über einen großen Bereich verteilt.
In dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung bedeutet jedoch eine Erweiterung der Trennzone, dass auch das ringförmige Abräumwehr vergrößert werden muss. Das bedeutet wiederum, das die Einströmung über das Räumwehr vergrößert ist und deswegen die Verringerung der Geschwindigkeit in der Trennzone beschränkt ist.
Diese Beschränkung wird in dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung vermieden, deren Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen dargestellt sind und deren bevorzugte Ausführungsformen Merkmale enthalten, die in den abhängigen Ansprüchen dargestellt sind.
Wie aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, ist die Trennzone in dem Verfahren und in einer ersten Form der Vorrichtung gemäß der Erfindung kreisförmig und umgibt den Bereich unter der Wassersenke in dem Sammelbehälter. Das ist anders als im oben beschriebenen Stand der Technik, bei dem die Trennzone in dem Bereich unter der Wassersenke in dem Sammelbehälter liegt.
Sie kann deswegen praktisch unbegrenzt horizontal erweitert werden, so dass ihr horizontaler Querschnittsbereich leicht nach Belieben gewählt werden kann, um die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit zu erzeugen. Die Vergrößerung kann ausgeführt werden, ohne dass eine Vergrößerung des Abräumwehrs und der Wassersenke erforderlich ist. Die Abwärtsströmung der Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen kann in allen Richtungen radial nach außen abgelenkt werden und über eine horizontale Querschnittsfläche verteilt werden, deren Größe eine quadratische Funktion der Entfernung des äußeren Umfangs vom Zentrum ist.
Gemäß der Erfindung wird außerdem eine Vorrichtung zum Trennen von Wasser und einem schwimmfähigen Schmutzstoff, der von dem Wasser getragen wird, geschaffen. Bei dieser Vorrichtung, deren Merkmale im Anspruch 1 angegeben sind, ist die Trennzone in einem Trennbehälter vorgesehen, der von dem Sammelbehälter horizontal beabstandet ist und mit ihm durch eine Leitung ver bunden ist, durch die die Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen von dem Sammelbehälter zu dem Trennbehälter geleitet wird, in dem die Akkumulation der Schmutzstoffe an einer Wasseroberfläche stattfindet. Sowohl der Sammelbehälter als auch der Trennbehälter können in dem Wasserkörper, der den Schmutzstoff trägt, angeordnet sein.
Gemäß dieser Erfindung wird der Strom des Wassers, das den Schmutzstoff trägt, durch eine vertikal verlaufende, oben offene Auslassleitung in den Trennbehälter eingeleitet und der nach oben gerichtete Strom, der aus der Auslassleitung austritt, wird durch eine ringförmige Zone, die die Auslassleitung umgibt, nach unten umgelenkt, wobei deren unteres Ende mit der Trennzone, die diese ringförmige Zone umgibt, in Verbindung steht.
In dieser zweiten Ausführungsform können ebenso die horizontalen Abmessungen der Trennzone leicht nach Belieben gewählt werden, um eine Querschnittsfläche für den in die Trennzone eintretenden Strom zu schaffen, die ausreichend groß ist, damit die Strömungsgeschwindigkeit sehr stark verringert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte diagrammartige Zeichnung und beispielhafte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der hier erläuterten Erfindung genauer beschrieben.
Die 1 und 2 sind eine vertikale Schnittansicht bzw. eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform;
die 3 und 4 sind den 1 und 2 entsprechende Ansichten, die eine zweite Ausführungsform zeigen;
die 5 und 6 sind den 1 und 2 entsprechende Ansichten, die eine dritte Ausführungsform zeigen;
7 ist eine der 5 entsprechende Ansicht, die jedoch die in Betrieb befindliche Vorrichtung zeigt;
8 zeigt die Vorrichtung von 7 in einem anderen Betriebszustand;
9 ist eine vertikale Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung und zwar eine Ausführungsform für eine feste Installation auf festem Untergrund;
10 ist eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Trennbehälter von dem Sammelbehälter beabstandet ist;
11 ist eine Draufsicht der Vorrichtung von 10;
12 ist eine vertikale Schnittansicht längs einer Linie XII-XII von 11; und
die 13 bis 15 sind vergrößerte Schnittansichten, die Einzelheiten der Vorrichtung der 10 bis 12 zeigen.
Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den 1 bis 8 und 10 bis 15 gezeigt sind, sollen in dem Wasserkörper schwimmen, der das Schmutzstoffmaterial trägt, das wiedergewonnen werden soll; wobei dieses Material eine geringere Dichte besitzt als Wasser und hier angenommen wird, dass es hauptsächlich Öl ist, es kann jedoch außerdem aus mehr oder weniger festen Fremdkörpern verschiedener Art bestehen oder diese enthalten. Der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise sind im Wesentlichen gleich denen der bekannten Wiedergewinnungsvorrichtung, die im Patent WO97/07292 erläutert und beschrieben sind, und sie werden deswegen an dieser Stelle nicht genau erläutert.
Wie die oben erläuterte bekannte Vorrichtung umfasst die Wiedergewinnungsvorrichtung der 1 und 2 einen Sammelbehälter mit kreisförmigem Querschnitt, der im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 11 angegeben ist und in den Wasserkörper eingetaucht werden kann. Er definiert eine mittig angeordnete Sammelkammer A und eine ringförmige Trennkammer B, die den unteren Abschnitt der Sammelkammer umgibt. Die Sammelkammer A und die Trennkammer B stehen miteinander in einer Zone C nahe an der Bodenwand 14 des Sammelbehälters 11 in einer offenen Verbindung.
Eine kreisförmige Einlassöffnung der Sammelkammer A ist durch einen ringförmigen Überlaufkamm K eines Abräumwehrs in Form eines kreiszylindrischen oberen Wandabschnitts 12 definiert. Die Sammelkammer A ist seitlich teilweise durch den oberen Wandabschnitt 12 und teilweise durch einen unteren Wandabschnitt 13 begrenzt, der ebenfalls kreiszylinderförmig und konzentrisch zu dem oberen Wandabschnitt ist. Eine gleichfalls im Allgemeinen kreiszylinderförmige äußere Wand 15, deren Durchmesser im Wesentlichen größer ist als der Durchmesser der Wandabschnitte 12 und 13 und in den dargestellten Ausführungsformen 2 bis 2,5 mal größer als dieser ist, begrenzt die Trennkammer B nach außen.
Zwischen dem unteren Wandabschnitt 13 und der Außenwand 15 ist eine ringförmige horizontale Wand 16 vorgesehen, die an diesen Wänden starr befestigt ist und eine obere Wand der Trennkammer B bildet. Der untere Wandabschnitt 13 erstreckt sich nach unten über die Wand 16 hinweg, endet jedoch in einem beträchtlichen Abstand über der Bodenwand 14 des Sammelbehälters 11, so dass ein großer Öffnungsbereich zwischen der Sammelkammer A und der Trennkammer B vorhanden ist, der eine im Wesentlichen unbehinderte Strömung zwischen diesen Kammern zulässt.
Der obere Wandabschnitt 12 ist teleskopartig in dem unteren Wandabschnitt 13 aufgenommen. Er kann sich demzufolge innerhalb eines Bewegungsbereichs, der durch nach innen gerichtete Flansche 13A und 16A an dem unteren Wandabschnitt 13 bzw. an dem horizontalen Wandabschnitt 16 definiert ist, relativ zu dem unteren Wandabschnitt aufwärts und abwärts bewegen. Ein nach außen gerichteter ringförmiger Flansch 12A an dem oberen Wandabschnitt 12 erstreckt sich zur Innenseite des unteren Wandabschnitts 13 und definiert zusammen mit dem Flansch 16A eine hydraulische Dämpfungskammer zwischen dem oberen Wandabschnitt 12 und dem unteren Wandabschnitt 13. Zwischen dem Flansch 16A und dem oberen Wandabschnitt 12 ist ein Strömungsdurchlass F vorgesehen, durch den eine begrenzte Flüssigkeitsströmung zwischen der Dämpfungskammer E und dem umgebenden Wasserkörper, in dem die Sammelvorrichtung arbeitet, verlaufen kann.
Der obere Wandabschnitt 12 besitzt im Wasser einen bestimmten Auftrieb, d. h. sein Gewicht ist auf sein Volumen angepasst, so dass er im Wasser schwimmt. Wenn der Wandabschnitt 12 in einen Wasserkörper eingetaucht wird und durch keine anderen Kräfte als die Schwerkraft und die hydrostatische Auftriebskraft beeinflusst wird, wird sein oberes Ende, das die Dammkrone K des Abräumwehrs definiert, demzufolge etwas höher sein als die Wasseroberfläche.
Der obere Wandabschnitt 12 und der untere Wandabschnitt 13 bilden zusammen eine Innenwand, deren Höhe veränderlich ist, so dass die Höhe der Abräum- oder Überlaufdammkrone K in Bezug auf den unteren Wandabschnitt 13 und die horizontale Wand 16 variieren kann.
In einem geringen Abstand über der Bodenwand 14 des Sammelbehälters 17 befindet sich eine kreisförmige Platte 17, deren Umfangskante 17A von der Außenwand 15 geringfügig einwärts beabstandet ist, um mit dieser Wand einen ringförmigen Durchlass 18 zu definieren, durch den Wasser von dem Sammelbehälter A zu der Bodenwandöffnung 14A und durch diese hindurch in den umgebenden Wasserkörper und natürlich auch in der entgegengesetzten Richtung strömen kann.
Zum Bewirken des Wassertransports zwischen der Sammelkammer A und dem umgebenden Wasserkörper ist eine batteriebetriebene umkehrbare Pumpe vorgesehen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 19 angegeben ist und ein Laufrad 19A in Form eines Propellers umfasst, der in der Bodenwandöffnung 14A angeordnet ist. Die Pumpe 19 enthält ein Gehäuse 19B, das den elektrischen Pumpenmotor 19C, eine elektronische Steuereinheit 19D und Batterien 19E aufnimmt. Die Pumpe ist mittels Streben 20 (wovon lediglich eine gezeigt ist), die außerdem die Platte 17 tragen, abnehmbar an der Bodenwand 14 angebracht.
Der Pumpe ist eine Düse 21 zugeordnet, die die Bodenwandöffnung 14A und den Auslass, der von der Bodenwandöffnung schräg nach unten gerichtet ist, umgibt. Wenn die Pumpe 19 arbeitet, um Wasser von dem Innenraum des Sammelbehälters in den umgebenden Wasserkörper zu pumpen, richtet diese Düse den abgehenden Wasserstrom schräg nach unten, um auf den Sammelbehälter eine Vortriebskraft mit einer horizontalen Komponente auszuüben.
Bei einer geeigneten Dimensionierung und Formgebung der Düse in Bezug auf die Pumpenleistung kann diese Vortriebskraft in Kombination mit der Neigung des Pumpenlaufrads, die gesamte Vorrichtung zu drehen, bewirken, dass sich die Wiedergewinnungsvorrichtung in dem Wasserkörper auf einem gewundenen oder kreisförmigen Weg bewegt, vorausgesetzt, dass die Vorrichtung in keiner Weise begrenzt oder eingeschränkt ist. Da der Wasserstrom von der Düse 21 nach unten gerichtet ist, ist seine Wechselwirkung mit der Wasseroberfläche rund um die Vorrichtung minimal.
Radial auswärts von dem oberen Wandabschnitt 13 ist die horizontale Wand 16 mit drei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten kreisförmigen Öffnungen 16A gebildet. Direkt oberhalb dieser Öffnungen sind drei Auftriebseinheiten 22 mit einer starren kreiszylinderförmigen Wand 22A vorgesehen. Einwärts von dieser Wand ist ein Absorberkörper 23 in dem unteren Abschnitt vorgesehen und ein Auftriebskörper 24, der z. B. aus Styren-Kunststoff hergestellt ist, ist in dem oberen Abschnitt vorgesehen.
Über den drei Auftriebseinheiten 22 befindet sich eine dreiarmige Aufsatzplatte 25, deren Arme 25A an dem oberen Ende der Wände 22A luftdicht in Eingriff sind. Ein Verbindungsstab 26 verläuft axial mittig durch jede Auftriebseinheit 22 und hält unter Verwendung eines kreuzförmigen Elements 27 als Unterstützung die Wand 22A der Auftriebseinheit zwischen der horizontalen Wand 16 und der Aufsatzplatte 25 festgeklemmt.
In der Aufsatzplatte 25 befindet sich außerdem über jeder Auftriebseinheit 22 ein Sicherheitsventil, das ermöglicht, dass Luft, die sich in der Auftriebseinheit befindet, ausgestoßen werden kann, jedoch verhindert, dass Luft in der entgegengesetzten Richtung in die Auftriebseinheit eintritt.
Ein ringförmiger Kranz 29, der einen Kapillar-Ölabsorptionskörper 30 enthält, ist mittig an der Unterseite der Aufsatzplatte 25 angebracht. Ein mittiger Verbindungsstab 31 klemmt unter Verwendung eines kreuzförmigen Elementes 32 als Unterstützung den ringförmigen Kranz an der Unterseite der Aufsatzplatte fest.
Es sollte angemerkt werden, dass die Sicherheitsventile, die den Auftriebseinheiten zugeordnet sind, nicht immer erforderlich sind. Wenn z. B. an Stelle der Kapillar-Absorptionseinrichtungen ein superabsorbierendes Material verwendet wird, können die Sicherheitsventile weggelassen werden.
Wenn die Sammelvorrichtung in einem Wasserkörper installiert ist, wie etwa in offenem Wasser oder in einem eingegrenzten Bereich, wie etwa ein Bassin oder ein Bereich, der durch Schwimmsperren begrenzt ist, wird der Sammelbehälter rasch mit Wasser gefüllt und die gesamte Vorrichtung wird eine solche Höhe in Bezug auf das Wasser einnehmen, dass das Wasser geringfügig tiefer liegt als die Aufsatzplatte 25. Die Absorptionskörper 23 werden außerdem nahezu vollständig mit Wasser gefüllt, das die darin vorhandene Luft durch die Ventile 28 austreibt.
Während des Betriebs der Pumpe 19, um Wasser aus dem Innenraum des Sammelbehälters 11 nach unten in den umgebenden Wasserkörper zu fördern, wird in der Sammelkammer A eine Wassersenke gebildet und aufrechterhalten. Auf Grund des Unterschieds der Wasserpegel zwischen der Sammelkammer A und dem Wasser, das den Sammelbehälter 11 umgibt, wird der obere Wandabschnitt 12 mit seiner Abräum- oder Überlaufdammkrone K eine Überlaufposition in Bezug auf die Wasseroberfläche einnehmen. Demzufolge wird die Wassersenke, die in der Sammelkammer A aufrechterhalten wird, ständig mit Wasser und Öl nachgefüllt.
Der obere Wandabschnitt 12 ist selbstständig ausrichtend oder selbstständig positionierend in Bezug auf die umgebende Wasseroberfläche in Abhängigkeit von der herausgepumpten Wassermenge in Relation zu der einfließenden Wassermenge. Mit anderen Worten, der obere Wandabschnitt 12 bewegt sich nach oben und nach unten, um zwischen dem Abflussmenge und der Zuflussmenge ein Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.
Der Zufluss von Wasser und Öl über die Überlaufdammkrone K des Abräumwehrs unter der Wirkung der Pumpe 19 bewirkt einen Wasserfall oder eine Wasserkaskade längs der Überlaufdammkrone K. Die zufließende Mischung aus Wasser und Öl wird sich deswegen in der Sammelkammer A als ein im Allgemeinen zylindrischer vorhangähnlicher Flüssigkeitsstrom vorbei an dem horizontalen unteren Ende des unteren Wandabschnitts 13 nach unten bewegen.
Dieser Strom wird lediglich langsam sein Bewegungsmoment verlieren und wird sich demzufolge leicht in und durch die Zone C bewegen, in der er in geringem Umfang einwärts und wieder nach oben zu der Oberfläche in der Sammelkammer und in viel stärkerem Maße radial nach außen in Richtung der Außenwand 15 abgelenkt wird. Dieses Strömungsmuster ist in 1 durch Pfeile angegeben (siehe außerdem 7).
Der Teil des Wasser-Öl-Stroms, der radial auswärts um die untere Kante des unteren Wandabschnitts 13 abgelenkt wird, wird über einen Strömungsbereich mit großem Querschnitt verteilt, wenn er durch den Bereich der Zone C, die sich unterhalb dieses Wandabschnitts befindet, verläuft. Die Strömungsgeschwindigkeit wird demzufolge drastisch verringert, sobald der Strom seitlich abgelenkt wird, damit er durch diesen Bereich verläuft, und die Geschwindigkeit wird weiter verringert, wenn sich der Strom nach außen fortbewegt. Die Strömungsgeschwindigkeit wird demzufolge ausreichend verringert, damit Öltröpfchen in die Trennkammer B angehoben werden und sich an der Wasseroberfläche in dieser Zone sammeln, wohingegen verhältnismäßig reines Wasser durch den an die Außenwand 15 angrenzenden Spalt 18 entnommen wird.
Aus dem Trennraum B kann sich das Öl durch Öffnungen 16A in der horizontalen Wand 16 bewegen und es wird in den Absorptionskörpern 23 absorbiert. Nach einer Zeitspanne, die durch die elektronische Steuereinheit 19D festgelegt wird, kann die Pumpe 19 umgeschaltet werden, damit sie Wasser in den Sammelbehälter 11 pumpt. Der Wasserpegel in der Sammelkammer A wird dann ansteigen, wodurch bewirkt wird, dass der obere Wandabschnitt 12 an der Aufsatzplatte 25 in Eingriff gelangt und gegen diese abdichtet. Öl, das auf der Wasseroberfläche einwärts von dem Wandabschnitt 12 gesammelt wurde, wird dann in den Absorptionskörper 30 gedrückt und gleichzeitig kann Öl, das sich auf der Wasseroberfläche in der Trennkammer B befindet, in die Absorptionskörper 23 gedrückt werden.
Die oben beschriebene Prozedur kann eine kleinere oder eine größere Anzahl von Malen wiederholt werden und schließlich kann die Sammelvorrichtung eingeholt werden. Das Öl kann bei Bedarf aus den Absorptionskörpern 23 und 30 entleert werden, wie etwa zur Probenentnahme und/oder zur Wiederaufbereitung oder zur Vernichtung.
Wie oben erwähnt wurde, wird ein Teil des Wasser-Öl-Stroms, der von dem Überlaufwehr K an der Innenseite des oberen Wandabschnitts 12 nach unten strömt, an der Bodenzone C einwärts und nach oben abgelenkt. Dieser abgelenkte Teil wird außerdem etwas Öl mit sich führen, das sich an der Oberfläche in der Sammelkammer A sammelt und entweder dort eine Schicht bildet oder nahezu sofort wieder in Umlauf gebracht wird und in dem Öl-Wasser-Strom, der von dem Überlaufwehr nach unten strömt, mitgerissen wird.
Ölflecken auf Wasseroberflächen sind manchmal in der Form von äußerst dünnen und leichten Ölfilmen, ein so genannter Ölglanz. Derartige Ölflecken sind mit Vorrichtungen des Standes der Technik äußerst schwierig wiederzugewinnen, da das in sehr dünnen Schichten befindliche Öl nur sehr widerstrebend in den Abräumbehälter gezogen werden kann. Es ist jedoch festgestellt worden, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Ölglanz-Schichten verhältnismäßig wirkungsvoll wiedergewinnen kann.
Damit das Sammeln von Ölglanz auf dem Wasser rund um den Abräumbehälter wirkungsvoll erfolgt, ist eine bestimmte minimale Höhe von wenigstens einigen Zentimetern des Wasserfalls oder der Kaskade am Einlass des Abräumbehälters erforderlich. Da nahezu keine Reibung zwischen dem Wasser und dem Öl vorhanden ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers, das über das Abräumwehr fließt, nicht ausreichend, um den äußerst dünnen Ölfilm über das Abräumwehr in den Sammelbehälter zu ziehen.
Wegen seiner Dünnheit lässt sich der Glanz, der in die in dem Sammelbehälter befindliche Wassersenke eintritt, nur sehr widerstrebend direkt nach unten in das Wasser ziehen. Er neigt statt dessen dazu, auf der Wasseroberfläche zu bleiben. Der in allen Richtungen erfolgende Einlauf in die Wassersenke in dem Abräumwehr bewirkt jedoch, dass der Glanz zusammengezogen wird und eine allmählich dicker werdende Schicht bildet und nach einiger Zeit wird das Öl Tröpfchen bilden, die durch den Wasserstrom, der sich nach dem Abräumwehr nach unten bewegt, mitgerissen und nach unten getragen werden.
In der Ausführungsform der 3 und 4, die lediglich insoweit beschrieben werden, wie sie sich von der Ausführungsform der 1 und 2 unterscheiden, ist der obere Wandabschnitt 12 mit einem separaten, mittig positionierten Auftriebskörper 12C versehen. Darüber hinaus ist wenigstens eine der drei Auftriebseinheiten 22 und vorzugsweise sind alle drei so beschaffen, dass das Öl aus der Auftriebseinheit durch einen röhrenförmigen Verbinder 22B, der an der Aufsatzplatte 25 vorgesehen ist und an dem ein Schlauch oder ein anderes geeignetes Hilfselement angebracht werden kann, nach oben entnommen werden kann. In dieser Ausführungsform gibt es keinen Absorptionskörper, der dem mittigen Absorptionskörper 30 in den Ausführungsformen der 1, 2 entspricht. Damit Luft, aber kein Öl oder Wasser durch das Sicherheitsventil 28 ausgestoßen werden kann, ist unter dem Ventil 25 ein weiteres Sicherheitsventil 33 mit einem kugelförmigen Ventilkörper vorgesehen.
Die Ausführungsform der 5 und 6 ist in Bezug auf den oberen Wandabschnitt und ihren Auftriebskörper 12C gleich der Ausführungsform der 3 und 4. Bei dieser Ausführungsform werden die Auftriebseinheiten 22 nicht zum Sammeln von Öl verwendet, sondern lediglich als Auftriebskörper oder Pontons, kombiniert mit einer Art Ballastelemente, in denen der Ballast Wasser ist. Das gesammelte Öl wird in einer noch zu beschreibenden Weise entsorgt.
Die Auftriebseinheiten 22 enthalten in diesem Fall keinen Absorptionskörper, sondern lediglich den Auftriebskörper 24. Unter diesem befindet sich ein Raum 22C, der durch ein vertikales Rohr 22D mit dem Durchlass zwischen der Bodenwand 14 und der kreisförmigen Platte 17 in Verbindung steht, so dass reines Wasser in den Raum 22C fließen und diesen füllen kann. Außer dem Rohr 22D und dem Sicherheitsventil 28 ist der Raum 22C abgedichtet, so dass das Wasser, das in den Raum geflossen ist, nicht einfach durch das Rohr 22D nach unten entweichen kann.
In diesem Fall wird das Öl durch einen separaten Verbinder 34 an der horizontalen Wand 16 entnommen. Ein weiter Schlauch S (7, 8) aus einem flexiblen Material ist an dem Verbinder angebracht. Dieser Schlauch bildet selbst einen Sack oder einen Aufnahmebehälter, der auf dem Wasserkörper schwimmt und mit einem separaten Aufbewahrungsbehälter verbunden ist. Wahlweise kann ein Auftriebskörper 35 in Form eines horizontalen Zylinders an dem Sammelbehälter befestigt sein, um einen Abschnitt des Schlauchs S über der Wasseroberfläche und über dem oberen Ende des Verbinders 34 zu halten, wodurch dieser Schlauchabschnitt immer etwas höher liegt als andere Teile des Schlauchs S.
Wenn eine ausreichende Menge Öl in der Sammelkammer B gesammelt wurde, wird die Pumpe 19 in umgekehrter Richtung betrieben, um Wasser in den Sammelbehälter 11 zu pumpen und um dadurch das Öl durch den Verbinder und über den erhöhten Abschnitt des Schlauchs S zu drücken. Der erhöhte Schlauchabschnitt verhindert, dass Öl zurück in die Sammelkammer A strömt.
Die 7 und 8 erläutern schematisch die Prozedur, durch die das Sammeln ausgeführt wird. Im Einzelnen zeigt 7 eine Stufe, bei der der Einlass von Wasser in die Sammelkammer A erfolgt und bereits eine bestimmte Menge Öl in dem Sammelbehälter B gesammelt wurde, während 8 eine Stufe zeigt, bei der die Pumpe in umgekehrter Richtung betrieben wird und das Öl durch den Verbinder und den Schlauch S herausgedrückt wird.
Während die 1 bis 8 eine Vorrichtung zeigen, die in dem Wasserkörper schwimmen soll, in dem sie betrieben wird, zeigt 9 eine Ausführungsform der Vorrichtung, die feststehend sein soll und auf einer irgendeiner geeigneten festen Unterlage errichtet werden soll. Sie kann z. B. in einem Hafenbecken oder an einer anderen Stelle positioniert sein, an der ein dauernder Bedarf des Vorhandenseins einer verfügbaren Sammelvorrichtung besteht, so dass Ölflecken oder andere Schmutzstoffe sofort gesammelt werden können.
In dieser Ausführungsform ist der Sammelbehälter 41 aus Elementen aus Beton oder einem anderen geeigneten Material hergestellt. Der obere Wandabschnitt 42 mit dem Auftriebskörper 42 ist dem Wandabschnitt 12 der 3 und 4 ähnlich. Zum Entnehmen des Öls, das sich im Trennraum B des Sammelbehälters angesammelt hat, ist ein Steigrohr 43 vorgesehen, das mit einem geeigneten Aufnahmebehälter verbunden sein kann, in den das Öl mittels einer geeigneten Pumpe (die nicht gezeigt ist) befördert werden kann.
Die Pumpe 44 ist in diesem Fall in dem Sammelbehälter und nicht wie in den vorherigen Ausführungsformen unter diesem angeordnet. Sie ist auf der kreisförmigen Platte 45 abgesetzt, ohne darauf befestigt zu sein, und ist an einem Hebekabel 46 oder an einem anderen geeigneten Hebeelement angebracht, so dass sie bei Bedarf aus dem Sammelbehälter 41 gehoben und genauso leicht wieder zurück in Position gebracht werden kann.
Die Ausführungsform, die in den 10 bis 15 gezeigt ist, soll ebenfalls in dem Wasserkörper schwimmen, dessen Oberfläche gereinigt werden soll. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch der Sammelbehälter 61 und der Behälter 62, die die Trennzone B bilden, voneinander beabstandet und durch eine Unterwasserleitung 63 miteinander verbunden, durch die die Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen, die von dem Sammelbehälter empfangen wird, zu dem Trennbehälter 62 und der darin befindlichen Trennzone geleitet wird.
Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen enthält der Sammelbehälter 61 einen ringförmigen oberen Wandabschnitt 64 und einen ringförmigen unteren Wandabschnitt 65, der zum oberen Wandabschnitt konzentrisch ist. Der obere Wandabschnitt 64 ist ein Faltenbalg, dessen unteres Ende an dem oberen Ende des unteren Wandabschnitts 65 angebracht ist und dessen oberes Ende die Dammkrone K eines durch den Faltenbalg gebildeten Wehrs bildet.
Der Faltenbalg ist z. B. aus Polyurethan hergestellt und ist an seinem oberen Ende mit einem ringförmigen Auftriebskörper 64a aus einem Material mit geringer Dichte versehen. Dementsprechend besitzt der obere Wandabschnitt 64 außer einer vertikalen Beweglichkeit einen bestimmten Auftrieb, so dass er im Gebrauch eine Überlaufposition in Bezug auf die die Vorrichtung umgebende Wasseroberfläche einnimmt, so dass der Einlauf in den Einlass, der durch den Abräumsammelbehälter 61 geschaffen ist, den Ausfluss durch den Bodenabschnitt des Sammelbehälters und die Leitung 63, die starr oder flexibel sein kann, ausgleicht.
Der Trennbehälter 62 ist an der Oberseite und an der Unterseite offen, so dass der Innenraum des Sammelbehälters 61 in einer ständigen offenen Verbindung mit dem Wasserkörper ist, in dem die Vorrichtung betrieben wird, so dass die Oberfläche der Flüssigkeit in dem Trennbehälter leicht zugänglich ist für die Entnahme der Schmutzstoffschicht, die in dem Sammelbehälter 62 gesammelt wurde.
Ein Auftriebskörper 66 ist an dem oberen Ende des Trennbehälters 62 befestigt und erstreckt sich darüber hinaus, so dass das obere Ende des Trennbehälters beim Betrieb der Vorrichtung über der Oberfläche des umgebenden Wassers gehalten wird. Ein Paar Gehäuse 67 an der Oberseite der Auftriebskörper 66 enthalten Steuerausrüstungen und einen (nicht gezeigten) Verdichter, der verwendet wird, um Luft an eine Druckluftförderpumpe 68 in dem Trennbehälter zu liefern, wie später beschrieben wird.
Ein vertikales Rohr 69 ist in dem Trennbehälter 62 mittig angeordnet und wird darin durch nicht gezeigte Befestigungsmittel feststehend gehalten. Das untere Ende dieses Rohrs ist durch zwei Zweige eines T-Verbinders 70 mit der Leitung 63 in einer ständigen offenen Verbindung. Der dritte Zweig des T-Verbinders ist nach unten gerichtet und mit einem Sicherheitsventil versehen, wie etwa eine Falltür 71, die z. B. durch die Wirkung ihres Auftriebs und/oder eine Druckdifferenz normalerweise geschlossen ist, jedoch durch das Gewicht eines schweren Objekts, wie etwa ein Steinbrocken, der durch die Leitung 63 in den T-Verbinder eintritt, geöffnet werden kann.
Das obere Ende 69A des Rohrs 69 ist in einer solchen Höhe in dem Trennbehälter 62 positioniert, dass es im normalen Betrieb der Vorrichtung unter dem Pegel der Flüssigkeit in dem Trennbehälter ist.
Ein äußeres Rohr 72 ist konzentrisch zum Rohr 69 und umgibt dieses, wobei es um das Rohr 69 eine ringförmige Zone 73 definiert. Das obere Ende 72A des äußeren Rohrs 72 befindet sich in einer Höhe, die beim normalen Betrieb der Vorrichtung sicher oberhalb des Pegels der Flüssigkeit in dem Trennbehälter 62 liegt. Das untere Ende 72B ist in dem unteren Abschnitt des Trennbehälters angeordnet, wobei der genaue Ort nicht besonders kritisch ist.
Ein Luftdüsenring 74, der einen Teil der oben erwähnten Druckluftförderpumpe ist, ist in dem Innenrohr 69 in einer geeigneten Entfernung von z. B. 30–40 cm unter dem oberen Ende 69 angebracht. Eine Leitung 75 verbindet den Düsenring 74 mit einem (nicht gezeigten) in einem der Gehäuse 67 befindlichen Verdichter, um Luft durch einen Ring von Öffnungen in dem Düsenring in das im Rohr 69 befindliche Wasser zu leiten. Die aufsteigenden Luftblasen erzeugen eine nach oben gerichtete Strömung von Flüssigkeit von dem Sammelbehälter 61 in und durch das Rohr 69.
Die Luftzufuhr zum Düsenring 74 ist so eingestellt, dass die in dem inneren Rohr 69 nach oben und aus seinem oberen Ende 69A strömende Flüssigkeit das obere Ende 72A des äußeren Rohrs 72 nicht erreichen kann. Die Flüssigkeit wird demzufolge so abgelenkt, dass sie durch die ringförmige Zone 73 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr 69 bzw. 72 nach unten strömt.
Der Querschnittbereich der ringförmigen Zone 73 ist in Bezug auf den Querschnittbereich des inneren Rohrs 69 so gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit in der ringförmigen Zone 73 wesentlich kleiner ist als die Strömungsgeschwindigkeit in dem inneren Rohr 69, jedoch trotzdem ausreichend groß ist, um die Flüssigkeit zu dem unteren Ende der ringförmigen Zone zu befördern.
Wenn die Flüssigkeit aus der ringförmigen Zone 73 austritt, wird sie, d. h. die Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen durch eine Ablenkplatte 76, die an dem Innenrohr 69 befestigt ist, so abgelenkt, dass sie im Allgemeinen horizontal in die Trennzone B, die das äußere Rohr 72 umgibt, gerichtet ist. Der horizontale Querschnittbereich der Trennzone B ist in Bezug auf den der ringförmigen Über gangszone 73 sehr groß und da die Flüssigkeit, die in der ringförmigen Zone fließt, beim Austreten aus dieser Zone ein geringes Moment besitzt, trennen sich die Schmutzstoffe in der Trennkammer B rasch vom Wasser und sammeln sich an der Oberfläche, während das von Schmutzstoffen freie Wasser nach unten entnommen wird.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist klar, dass die Flüssigkeit, die von der Einlassvorrichtung 61 zu dem Trennbehälter 62 fließt, in den Trennbehälter als ein nach oben gerichteter Strom eingeleitet wird, dann so abgelenkt wird, dass sie durch einen breiteren Durchlass 73 nach unten strömt und dann nochmals, diesmal seitlich und auswärts abgelenkt wird und über einen sehr großen Querschnitt verteilt wird. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit längs des Strömungswegs vom Eintrittspunkt in den Trennbehälter und in die Trennzone nacheinander und im Wesentlichen stark verringert.
Es wird anerkannt, dass ein Trennbehälter gemäß der in den 10 bis 15 gezeigten Ausführungsform der Erfindung außerdem mit Einlassvorrichtungen verwendet werden kann, die sich von den selbstregulierenden eingetauchten Einlassvorrichtungen der Art, die durch den Sammelbehälter 61 von 10 repräsentiert ist, unterscheiden. Dieser Trennbehälter ist jedoch für eine Verwendung mit einer derartigen selbstregulierenden Einlassvorrichtung besonders geeignet, da die Einlassmenge in den Trennbehälter hier an die Kapazität des Trennsystems angepasst werden kann, um die zu trennende Mischung zu behandeln.
Obwohl die erläuterte und beschriebene Druckluftförderpumpe 69 wegen ihrer Einfachheit und des praktisch ungehinderten Strömungswegs bevorzugt ist, kann die Strömung von Flüssigkeit von dem Einlass oder von dem Sammelbehälter 61 zu dem Trennbehälter 62 durch andere Typen von Pumpen und durch Pumpen, die an verschiedenen geeigneten Stellen angeordnet sind, erzeugt werden. Eine Pumpe kann z. B. am Boden des Sammelbehälters so positioniert sein, wie im Wesentlichen in den 1 bis 9 gezeigt ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Trennbehälter 62 mit einer Bodenwand zu versehen, die eine Öffnung besitzt, in der eine Pumpe positioniert wird, um Wasser aus dem Bodenbereich des Trennbehälters zu pumpen und um dadurch einen Unterschied der Flüssigkeitspegel in dem Sammelbehälter und in dem Trennbehälter aufrechtzuerhalten. Die Pumpe kann darüber hinaus in der Leitung 63, die die Einlassvorrichtung und den Trennbehälter verbindet, installiert sein.
Wie leicht anerkannt wird, müssen der Sammelbehälter und eine andere Einlassvorrichtung 61 und der Trennbehälter 62 nicht in dem selben Wasserkörper positioniert sein und betrieben werden. Der Trennbehälter 62 kann z. B. in einem separaten Behälter positioniert sein, der durch eine geeignete Leitung mit dem Wasserkörper in Verbindung steht, aus dem die Einlassvorrichtung 61 das Wasser, das den zu trennenden Schmutzstoff trägt, aufnimmt, so dass der Flüssigkeitspegel in dem Behälter gleich dem Flüssigkeitspegel in dem zuletzt erwähnten Wasserkörper ist.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung eines schwimmfähigen Schmutzstoffs, der von einem Wasserkörper getragen wird, das die folgenden Schritte umfasst: – Vorsehen eines Abräumbehälters (11, 61) in dem Wasserkörper, – Bilden einer Wassersenke in dem Abräumbehälter (11, 61), – Bewirken, dass das den Schmutzstoff tragende Wasser von dem Oberflächenbereich des Flüssigkeitskörpers über ein Abräumwehr (K) in die Wassersenke fließt, – Entnehmen von Wasser aus dem Abräumbehälter (11, 61), um die Wassersenke aufrechtzuerhalten, und Bewirken, dass sich die Strömung aus Wasser und Schmutzstoff, die in den Abräumbehälter eintritt, im Abräumbehälter abwärts bewegt, und – ununterbrochenes Umlenken der Abwärtsströmung aus Wasser und Schmutzstoff in eine Trennzone (B), um den Schmutzstoff auf der Oberfläche des darin vorhandenen Wassers zu sammeln, gekennzeichnet durch Umlenken der Abwärtsströmung von Wasser und Schmutzstoff in seitlicher Richtung weg von dem Bereich (A) unterhalb der Wassersenke in eine ringförmige Trennzone (B), die den Bereich (A) unterhalb der Wassersenke umgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abwärtsströmung von Wasser und Schmutzstoff von dem Bereich (A) unterhalb der Wassersenke in allen Richtungen in die Trennzone (B) abgeleitet wird.
Vorrichtung zum Trennen von Wasser und eines von dem Wasser getragenen schwimmfähigen Schmutzstoffs, die umfasst: – eine Einlassvorrichtung (12, 61), die in einen Wasserkörper eintauchbar ist und eine Einlasskammer (A) für die Aufnahme einer Strömung aus Wasser und eines von dem Wasser mitgerissenen schwimmfähigen Schmutzstoffs definiert, – eine Pumpvorrichtung (19, 68) zum Fördern von Wasser von der Einlassvorrichtung (12, 61), um darin eine Wassersenke aufrechtzuerhalten, und um zu bewirken, dass sich die Strömung aus Wasser und aus dem mitgerissenen Schmutzstoff, die in die Einlassvorrichtung eintritt, nach unten in die Einlasskammer (A) weiterbewegt, – eine Trennkammer (B), das mit der Einlasskammer (A) in Verbindung steht, und – Mittel (18, 19; 69, 72) zum Umlenken der Abwärtsströmung aus Wasser und aus dem mitgerissenen Schmutzstoff in die Trennkammer (B), dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Trennkammer (B) die Einlasskammer (A) umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die umfasst: – eine ringförmige vertikale Innenwand (12, 13), die die Einlasskammer (A) definiert, und eine ringförmige, vertikale Außenwand (15), die zusammen mit der ringförmigen vertikalen Innenwand (12, 13) die Trennkammer definiert, wobei eine Verlängerung der ringförmigen Außenwand eine Kammer (C) definiert, die unter der Einlasskammer (A) und unter der Trennkammer (B) liegt und zwischen ihnen eine Verbindung schafft, und einen ringförmigen Auslasskanal (18), der sich in der Nähe des unteren Abschnitts der Verlängerung der ringförmigen vertikalen Außenwand (15) befindet und mit der Pumpvorrichtung (19) in Verbindung steht.
Vorrichtung zum Trennen von Wasser und eines von dem Wasser getragenen schwimmfähigen Schmutzstoffs, die umfasst: – eine Einlassvorrichtung (61) zum Empfangen einer Strömung aus Wasser und aus einem in dem Wasser mitgerissenen, schwimmfähigen Schmutzstoff, – einen Trennbehälter (62), der eine Trennzone (B) definiert, und – Übertragungsmittel (63, 68) zum Weiterleiten der Strömung aus Wasser und aus dem mitgerissenen Schmutzstoff zu der Trennzone, dadurch gekennzeichnet, dass – die Übertragungsmittel (63, 68) eine nach oben gerichtete Auslassleitung (69) aufweisen, die eine Überlauföffnung (69A) besitzt, die mit der Trennzone (B) in Verbindung steht und sich auf einer Höhe befindet, die niedriger als ein Betriebspegel der Flüssigkeit in der Trennzone (B) ist, und – eine Strömungsumlenkvorrichtung (72) vorgesehen ist, die das nach oben austretende, überlaufende Wasser und den mitgerissenen Schmutzstoff von der Auslassleitung (69) nach unten in einen ringförmigen vertikalen Durchlass (73) umlenkt, der die Auslassleitung (69) umgibt und dessen unteres Ende in die den vertikalen ringförmigen Durchlass umgebende Trennzone (B) mündet.