DK2188171T4 - Fartøj til indføring af alkaliske stoffer i vandmiljøer - Google Patents

Description

Beskrivelse Nærværende opfindelse angår et vandfartøj indføring af alkaliske stoffer i sure vandmiljøer for neutralisering og efterbehandling af disse vandmiljøer, især af såkaldte åbent-bruds restsøer, som på grund af deres opståelseshistorie har en høj aciditet og med tilstrømningen af sure grundvandsstrømme kræver en lang vedvarende efterbehandling med henblik på opretholdelse af neutrale vandforhold. Yderligere angår opfindelse et arrangement til indføring af alkaliske stoffer i vandmiljøer.

Uden en fremstilling af neutrale og vandkemisk acceptable betingelser i sådanne vandmiljøer, er disses forbindelse til offentlige vandløb ikke mulig. Hertil kommer at ved tilstrømning af syredannende grundvand med den så i åbent-bruds restsøer givne kontakt med atmosfæren og de dermed forløbende oxidationsprocesser, især forvandlingen af to- til tre-valentjern blandt andet, stiger syrepotentialet i vandet yderligere og således fungerer søen som syregenerator og de nedstrøms liggende arealer belastes med surt grundvand og i givet fald også overfladevand.

Ud over en startneutralisering er det i de fleste tilfælde følgelig også nødvendigt med en cyclisk gentaget efterbehandling af sådant vandmiljø med henblik på opretholdelse af neutrale forhold.

Fra den kendte teknik er det kendt, at det ved hjælp af såkaldt In-Lake-fremgangsmåde er muligt at foretage en startneutralisering såvel som en efterbehandling af sådant vandmiljø. I DE 19961243, som angiver alle trækkene ifølge indledningen til krav 1, er det beskrevet, at ved hjælp af en resuspendering af kraftværksaske, som eksempelvis stammer fra forbrænding af brunkul, med stadig foreliggende basisk kapacitet kan neutraliseringen af sure åbent-brudssøer (TBS) udføres. Denne metode er imidlertid begrænset til steder, hvor sådanne restmaterialer står til rådighed i nærheden. En tilførsel af sådanne stoffer fra større afstand er af omkostningsmæssige grunde ikke forsvarlig.

En yderligere fremgangsmåde ifølge DE 103 04 009.9 sigter imod, ved hjælp af In-Lake-teknik at fordele alkalisk virkende stoffer såsom eksempelvis kalkhydrat (Ca(OH)2), brændt kalk (CaO) henholdvis tilsvarende dolomit eller natronlud ved hjælp af specielle fordelerindretninger således i vandet, at så meget som muligt af det anvendte stof i søen omsættes til alkalinitet og der dermed opnås en højere virkningsgrad ved syreneutraliseringen. Hertil er fordelerindretningen udformet som en 50 m til 2000 m lang og 5 til 40 cm bred fordelerrørledning, som via opdriftslegemer udlægges svømmende i søen. Omkostningerne for en sådan fremgangsmåde er imidlertid i mange tilfælde ikke forsvarlig, således at den hidtil næppe er nået til anvendelse. I DE 20 2004 002 159.5 er beskrevet en indretning, som består af en kombination ved hjælp af ta n k-/s i I ofa rtø j, mellemlagerbeholdeer og en svømmende mobil indføringsindretning i form af en på en ponton svømmende tank med et antal udløbsåbninger, som af et vandfartøj (slæbebåd) trækkes over det åbne vandmiljø. Fordelingen af de mulige anvendelsesstoffer sker via specielle indretninger på den mobile svømmende enhed. Med en sådan løsning kan imidlertid i de fleste anvendelsestilfælde heller ikke opnås nogen økonomisk forsvarlige projekter.

Formålet med nærværende opfindelse er at tilvejebringe en mobil indretning til udbringning af alkalisk virkende stoffer på sure vandmiljøer, som er egnet til såvel startneutraliseringen som også efterbehandlingen, som er meget enkelt opbygget, som sikrer en høj specifik ydelse ved stofudbringning især i forbindelse med høje stofomsætningsgrader for det til indsats kommende alkaliske indsatsstof, og uden stort besvær og omkostninger kan indsættes på forskellige steder til vand-miljø-neutra-lisering.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved de i krav 1 angivne træk. I vandfartøjet ifølge opfindelsen er de forskellige for en vandneutralisering nødvendige komponenter, nemlig en ansugningsindretning til vandoptagelse fra søen, en doseringsindretning for fremstilling af en suspension af det optagne vand og det eller de indsats kommende alkaliske stoffer, fødeaggregater for suspensionen og en fordelerindretning til udsprøjtning af suspensionen på vandoverfladen, sammenfattet således til en i høj grad mobil teknisk enhed, som for de specifikke betingelser for det respektive vandmiljø giver optimale betingelser for den højeste lønsomhed. Vandfartøjet er udformet således, at det med vejtransportfartøjer og ved hjælp af mobile hjælpeindretninger kan indsættes ved enhver vilkårlig bred-position for en TBS. Forsyningen af neutraliseringsstoffet i vandfartøjet er udformet således, at såvel faste som også flydende stoffer kan anvendes. Ved hjælp af udsprøjtningen af suspensionen på overfladen via fordelerdyserne bliver en stor aktionsradius opnået, således at med et forholdsvis ringe antal udbringningsture kan en stor vandoverflade behandles. Herved bliver en omkostningsoptimal og hurtig behandling af sure vandmiljøer med høj virkningsgrad sikret såvel indenfor rammerne af en startneutralisering som også en efterbehandling.

Som alkalitetsleverandører kommer fortrinsvis brændt kalk, brændt dolomit, kalk og dolomitmælk, kalkhydrat, dolomitkalkhydrat, natronlud og tilsvarende produkter til anvendelse. Indblandingen af disse produkter i vandstrømmen sker fortrinsvis på sugesiden affødeaggregatet ved hjælp afen doseringsindretning, som eksakt regulerer stofkoncentrationen for de respektive anvendte alkaliske stoffer i den suspension, som skal udbringes.

Ifølge en første udførelsesform for opfindelsen er det foreskrevet, at vandfartøjet har en længde imellem 5 og 15 m, fortrinsvis 8 til 12 m, en bredde på 2 til 4 m, fortrinsvis 3,0 til 3,5 m, og en højde på 1,5 til 4 m. Herved er der på den ene side sikret en tilstrækkelig høj optagelseskapacitet - fortrinsvis har forrådsbeholderen en volumenkapacitet på > 3 m3 - for de alkaliske stoffer. På den anden side er det sikret, at vandfartøjet, så snart det er lastet på et passende transportfartøj, på dette kan transporteres på offentlige veje imellem forskellige indsatssteder. Hertil udgør den tomme vægt af vandfartøjet fortrinsvis maksimalt 20 ton, fortrinsvis maksimalt 12 ton. Den på vandoverfladen pr. fladeenhed nødvendige stofkoncentration for et økonomisk optimalt stofforbrug styres via hastigheden for vandfartøjet, som fortrinsvis ligger i området fra 2 til 30 km/timen, og via den i doseringsindretrningen indstillede suspensionskoncentration således, at en fuldstændig stofomsætning i vandmiljøet opnås. De enkelte turcyklusser for skibet med hensyn til tid og sted retter sig i den forbindelse efter morfologien og vejrbetingelserne på det pågældende sted.

Stofkoncentrationen for den suspension, som skal udbringes, kan ved hjælp af en reguleringsindretning enten styres via en i doseringsindretningen tilvejebragt mængderegulering for det alkaliske stof, som kommer til anvendelse, til sugeledningen til suspensionsfødepumpen, eller via mængden afvand, som ansuges fra søen.

Ifølge en yderligere fordelagtig udformning ifølge opfindelsen er ansugningsåbningen for ansugningsindretningen anbragt på forsiden af vandfartøjet. Denne position i fremføringsretningen for skibet muliggør, at det med transporthastigheden for skibet opstående opstuvningstryk energimæssigt udnyttes til fremføring af vandet for fremstillingen af suspensionen.

Især ved påbegyndelsen af neutraliseringen af et vandmiljø, eksempelvis en åbent-brudsrestsø, har denne stadig en meget lav pH-værdi og virker således kraftigt korroderende. Tilsvarende består i det mindste yderskallen af vandfartøjet ifølge opfindelsen af et ikke rustende materiale, fortrinsvis et ikke rustende metallisk materiale. Fortrinsvis består yderskallen overvejende af aluminium.

For en ensartet og over stor flade udbringning af den alkaliske suspension er udformningen og retningen af den ifølge opfindelsen på vandfartøjet tilvejebragte i det mindste ene fordelerdyse af væsentlig betydning. Ifølge en yderligere fordelagtig udformning ifølge opfindelsen er det følgelig foreskrevet, at vandfartøjet har to fordelerdyser og hver enkelt af fordelerdyserne udbringer suspensionen til hver sin side af vandfartøjet i en vinkel (a) på 30° til 110° i forhold til fremføringsretningen for vandfartøjet og samtidig en vinkel (β) fra 10° til 60° i forhold til vandoverfladen. Fortrinsvis er fordelerdyserne i den forbindelse således dimensionerede og virker således sammen med den i det mindste ene fødepumpe, at suspensionen udbringes med en udgangshastighed på 5 til 50 m/sek.

Ud over overfladeudbringningen af den alkaliske suspension kan det også være fornuftigt, at indføre suspensionen direkte i dybere vandmiljølag, især i hypolimnion. Hertil har vandfartøjet under vandlinien fortrinsvis i det mindste en fordelerdyse til indføring af suspensionen i dybere vandlag.

Det indledningsvis nævnte formål opnås yderligere ved et arrangement til indføring af alkaliske stoffer i vandmiljøer, idet arrangementet omfatter et vandfartøj ifølge ethvert af kravene 1 til 11 samt et transportfartøj for en landtransport af vandfartøjet og en forrådsenhed for det eller de alkaliske stoffer, hvorfra vandfartøjet kan lastes.

Som transportfartøj anvendes fortrinsvis en tunglast lastbil. Forrådsenheden for det eller de alkaliske stoffer er fortrinsvis udformet som en tanklastvogn, således at en fuldstændig mobilitet af hele arrangementet er sikret. I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel jvist på tegningen. På tegningen viser:

Fig. 1 et selvfremdrevet vandfartøj til indføring af alkaliske stoffer i vandmiljøer set i delvis snit fra siden,

Fig. 2 udsprøjtningen af en af det alkaliske stof og søvandet dannet suspension via fordelerdyser på vandfartøjet i fig. 1 set fra siden,

Fig. 3 udsprøjtningen af suspensionen ved hjælp af fartøjet i fig. 1 set fra oven,

Fig. 4 vandfartøjet i fig. 1 i en på et transportfartøj læsset tilstand,

Fig. 5 søsætningen afvandfartøjet i fig. 1 og

Fig. 6 fyldningen af vandfartøjet i fig. 1 med et alkalisk stof til udsprøjtning på vandoverfladen. I fig. 1 er vist et selvfremdrevet vandfartøj ifølge opfindelsen til indføring af alkaliske stoffer i vandmiljøer. Vandfartøjet er i det foreliggende tilfælde udformet som båd 1 og omfatter på hæksiden et førehus 1a samt en driv- og en styreindretning (begge ikke vist). Ifølge opfindelsen er der i skibsskroget af båden 1 anbragt en forrådsbeholder 2 for alkaliske stoffer, en ansugningsindretning 3 for vand fra det vandmiljø, som skal neutraliseres, en doseringsindretning 4 til fremstilling af en suspension af det ansugede vand og det i forrådsbeholderen 2 opbevarede alkaliske stof og en fødepumpe 5. Fødepumpen 5 er forbundet med to på fordækket anbragte fordelerdyser 6a, 6b til udsprøjtning af den i doseringsindretningen 4 tilvejebragte suspension på vandoverfladen af det vandmiljø, som skal neutraliseres. I det foreliggende tilfælde omfatter båden 1 desuden en yderligere dyse 6c, som er anbragt i området ved kølen af båden 1 og er rettet nedad, således at den i doseringsindretningen 4 tilvejebragte suspension via fødepumpen 5 også kan indføres i dybere vandlag. Ikke vist er en ligeledes i skibsskroget 1b tilvejebragt styreindretning, hvormed suspensionskoncentrationen i doseringsindretningen 4 kan indstilles præcist.

Ifølge opfindelsen er båden 1 med hensyn til sine dimensioner og sin tomme vægt dimensioneret således, at den ved hjælp af et transportfartøj 7 (se figurerne 4 og 5) kan transporteres over land til sit respektive indsatssted. Hertil har båden 1 en længde på 5 til 15 m, fortrinsvis 8 til 12 m, en bredde på 2 til 4 m, fortrinsvis 3 til 3,5 m og en højde på 1,5 til 4 m. Den tomme vægt af båden 1 udgør maksimalt 20 ton, fortrinsvis 10 ton, således at den i pålastet tilstand ved hjælp af transportfartøjet 7 uden problemer kan transporteres på offentlige veje imellem forskellige indsatssteder. Lastkapaciteten for båden udgør ligeledes ca. 10 ton således at der i fuldstændig lastet tilstand ved påbegyndelse af en turcyklus fås en total masse på 20 ton. Eftersom surt vandmiljø, især ved påbegyndelse af neutraliseringen, kraftigt angriber korroderbare materialer, består i det mindste yderskallen af båden 1 i det foreliggende tilfælde af et ikke korroderende materiale, især aluminium.

Ifølge opfindelsen bliver den i doseringsindretningen 4 tilvejebragte suspension via et fordelerdysesystem udbragt på vandoverfladen. Dette består af én eller flere stift eller bevægeligt i frontområdet af båden 1 anbragte enkeltdyser. Som allerede nævnt bliver fordelerdysesystemet i det foreliggende tilfælde dannet af to på fordækket anbragte, svingbare fordelerdyser 6a, 6b. Disse er, som vist i fig. 3, anbragt ved siden af hinanden og dækker således bagbordssiden (dyse 6a) og styrbordsiden (dyse 6b) for båden 1. Kun af overskuelighedsgrunde er dyserne 6a, 6b i sideafbildningerne i figurerne 1 og 2 samt 4-6 imidlertid anbragt bag hinanden. I det foreliggende tilfælde er fordelerdyserne 6a, 6b justerbare i såvel horisontal retning (vinkelområde a, vist I fig. 3) som også i vertikal retning (vinkelområde β, vist i fig. 2). Således kan fordelerdyserne 6a, 6b hver især indstilles i en vinkel α på 30° -110° i forhold til fremføringsretningen for båden 1 og samtidigt i en vinkel β på 10° - 60° i forhold til vandoverfladen. Yderligere er fordelerdyserne 6a, 6b dimensionerede således og samvirker med fødepumpen 15 på den måde, at den i doseringsindretningen 4 tilvejebragte suspension udsprøjtes med en udgangshastighed på 5 til 50 m pr. sekund på vandoverfladen. Herved bliver tilsigtet fastlagt et dråbespektrum og vandoverfladen på begge sider af båden 1 bliver homogent og tæppelignende belagt med den alkaliske suspension, som vist i fig. 3, idet bredden af det dannede behandlingstæppe fortrinsvis udgør respektive 10 til 80 m på begge sider af båden.

Den på vandmiljøoverfladen pr. fladeenhed nødvendige stofkoncentration for et økonomisk optimal stofforbrug bliver via fremføringshastigheden for skibet i området fra 2 til 30 km/timen, og den af doseringsindretningen 4 tilvejebragte suspensionskoncentration styret således, at en fuldstændig stofomsætning opnås i vandmiljøet. De enkelte turcyklusser for skibet efter tid og sted indretter sig i den forbindelse efter morfologien og vejrbetingelserne på det respektive sted.

Stofkoncentrationen for suspensionen, som skal udbringes, kan i doseringsindretningen 4 styres ved hjælp af en reguleringsindretning enten via en mængderegulering af de alkaliske stoffer, som kommer til anvendelse, til sugeledningen for suspensions-fødepumpen 5 eller via mængden af vand, som ansuges fra søen.

Princippet ifølge opfindelsen bliver i det følgende yderligere forklaret ved hjælp af et konkret eksempel.

Det transporterbare vandfartøj (båd) 1 ifølge opfindelsen med en total masse på 20 ton og en lastkapacitet på 10 ton for alkaliske stoffer bevæger sig på et vandmiljø, som skal behandles med en hastighed på 25 km/timen. Via en på bugen af båden 1 under vandet liggende åbning bliver det til fremstilling af suspension nødvendige søvand i ansugningsledningen for suspensionsfødepummpen 5 indført med en mængde på 500 m3/time. I sugeledningen for pumpen 5 bliver via en doseringsindretning 4 det fra forrådsbeholderen 2 i båden 1 fremførte alkaliske stof tildoseret med en mængde på 100 m3/time, således at en 20% suspension opnås. Denne suspension bliver tilført fødepumpen 5, som bringer suspensionen til det for storflade-udbringning nødvendige tryk på 4 bar og tilfører dette til fordelerdyserne 6a, 6b via et rørsystem. Fordelerdyserne 6a, 6b kaster suspensionen, med en dyseudgangshastighed på 25 m/sek. til venstre og højre i forhold til fremføringsretningen for båden 1 med en vinkel α i forhold til fremføringsretningen på 80 grader, ud på vandoverfladen, således at der til venstre og højre ved siden af båden dannes en respektiv 30 m bred tæppelignende vandbehandlingsstrimmel, i hvilken det alkaliske stof straks reagerer med søvandet og fuldstændigt omsættes. Den med en således opnået behandlingsflade på 125.000 m2 indenfor 10 minutter opnåelige stofkoncentration på søoverfladen giver fortrinsvis reaktionsbetingelser for en 100%’s stofomsætning i vandmiljøet, som skal behandles. Stofkoncentrationen for det til enhver tid anvendte alkaliske materiale i udgangssuspensionen bliver via doseringsindretningen 4 og et reguleringssystem tilpasset til betingelserne for søvandet. De enkelte turruter for båden 1 udformes således, at der, under hensyntagen til morfologien for det respektive vandmiljø og de på vandoverfladen herskende vindinducerede strømninger, til det totale i Hypolimnion af det i vandmiljøet beliggende søvolumen ensartet tilføres alkalisk stof.

Medens båden 1 i det foreliggende tilfælde er udformet med førekabine, således at en bådfører direkte styrer og overvåger turcyklussen, skal det forstås, at turcyklusser også kan gennemføres fjernstyret fra breden, eksempelvis GPS-understøttet. I fig. 4 til 6 er nu et arrangement ifølge opfindelsen til indføring af alkaliske stoffer i vandmiljøer vist. Dette omfatter en båd 1, som beskrevet ovenfor, samt et transportfartøj 7 til en landtransport af båden 1 og en forrådsenhed 8 for det eller de alkaliske stoffer, hvorfra båden 1 kan lastes. Forrådsenheden 8 er i det foreliggende tilfælde udformet som tanklastvogn og således ligeledes mobil. I fig. 4 er båden 1 vist i på transportfartøjet 7 læsset tilstand. Fig. 5 viser hvorledes båden 1 på bredden af et vandmiljø, som skal neutraliseres, eksempelvis en åbent-brudsrestsø, via en egnet rampeenhed 7a, som er en del af transportfartøjet 7, overføres til vandet. Læsningen af båden 1 forløber tilsvarende, eksempelvis ved hjælp af et wirespil. I fig. 6 er det nu vist, hvorledes den til vandet søsatte båd 1 umiddelbart før påbegyndelse af en turcyklus lastes med det alkaliske stof, eksempelvis kalkhydrat, via en passende ledning. Andre typer lastning i forbindelse med faste alkaliske stoffer, eksempelvis via en tippe læsser, er ligeledes mulig.

Claims (13)

1. Vandfartøj (1) til indføring af alkaliske materialer i vandmiljøer, med i det mindste én forrådsbeholder (2) for alkalisk materiale, i det mindste én ansugningsindretning (3) for vand fra vandmiljøet og i det mindste én fødepumpe (5), kendetegnet ved, at vandfartøjet (1) er selvfremdrevet og har i det mindste én doseringsindretning (4) til fremstilling af en suspension og i det mindste én med den i det mindste ene fødepumpe (5) forbundet fordelerdyse (6a, 6b) til udsprøjtning af suspensionen på vandoverfladen, idet fødepumpen (5) er arrangeret mellem doseringsindretningen (4) og den i det mindste ene fordelerdyse (6a, 6b) således, at den på sugesiden er forbundet med doseringsindretningen (4) og på tryksiden er forbundet med den i det mindste ene fordelerdyse (6a, 6b), idet vandfartøjet (1) med hensyn til dimensioner og tomvægt er dimensioneret således, at det ved hjælp af et transportfartøj (7) kan transporteres over land til sit respektive indsatssted.

2. Vandfartøj (1) ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vandfartøjet (1) har en længde imellem 5 og 15 m, fortrinsvis 8 til 12 m, en bredde på 2 til 4 m, fortrinsvis 3,0 til 3,5 m, og en højde på 1,5 til 4 m.

3. Vandfartøj ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at at tomvægten af vandfartøjet (1) maksimalt udgør 20 ton, fortrinsvis maksimalt 12 ton.

4. Vandfartøj (1) ifølge ethvert af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at den i det mindste ene forrådsbeholder (2) har en volumenkapacitet på > 3 m3.

5. Vandfartøj (1) ifølge ethvert af kraveen 1 til 4, kendetegnet ved, at ansugnings-åbningen (3) for ansugningsindretningen er anbragt på forsiden af vandfartøjet.

6. Vandfartøj (1) ifølge ethvert af kravene 1 til 5, kendetegnet ved, at i det mindste yderskallen afvandfartøjet (1) består af et ikke rustende materiale.

7. Vandfartøj (1) ifølge krav 6, kendetegnet ved, at yderskallen overvejende består af aluminium.

8. Vandfartøj (1) ifølge ethvert af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at vandfartøjet (1) har to fordelerdyser (6a, 6b) og hver enkelt af fordelerdyserne (6a, 6b) udbringer suspensionen til hver sin side afvandfartøjet (1) i en vinkel (a) på 30° til 110° i forhold til fremføringsretningen for vandfartøjet (1) og samtidigt en vinkel (β) på 10° til 60° i forhold til vandoverfladen.

9. Vandfartøj (1) ifølge ethvert af kravene 1 til 8, kendetegnet ved, at den i det mindste ene fordelerdyse (6a, 6b) er dimensioneret således, og samvirker således med en fødepumpe (5), at suspensionen udbringes med en udgangshastighed på 5 til 50 m/sek.

10. Vandfartøj (1) ifølge ethvert af kravene 1 til 9, kendetegnet ved, at vandfartøjet (1) omfatter en drivindretning, som muliggør en fremføringshastighed imellem 2 og 30 km/time.

11. Vandfartøj (1) ifølge ethvert af kravene 1 til 10, kendetegnet ved, at vandfartøjet (1) under vandlinien yderligere har i det mindste én fordelerdyse (6c) til indføring af suspensionen i dybere vandlag.

12. Arrangement til indføring af alkaliske stoffer i vandmiljøer, idet arrangementet omfatter et vandfartøj (1) ifølge ethvert af kravene 1 til 11 samt et transportfartøj (7) til en landtransport af vandfartøjet (1) og en forrådsenhed (8) for det eller de alkaliske stoffer, hvorfra vandfartøjet (1) kan lastes.

13. Arrangement ifølge krav 10, kendetegnet ved, at forrådsenheden er udformet som tanklastvogn (8).