FI59777C - FOERFARANDE FOER FOERBAETTRANDE AV DET EKOLOGISKA TILLSTAONDET FOER EN TERMISKT AVLAGRAD VATTENBASSAENG - Google Patents

FOERFARANDE FOER FOERBAETTRANDE AV DET EKOLOGISKA TILLSTAONDET FOER EN TERMISKT AVLAGRAD VATTENBASSAENG Download PDF

Info

Publication number
FI59777C
FI59777C FI800990A FI800990A FI59777C FI 59777 C FI59777 C FI 59777C FI 800990 A FI800990 A FI 800990A FI 800990 A FI800990 A FI 800990A FI 59777 C FI59777 C FI 59777C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
water
oxygen
underwater
groundwater
temperature
Prior art date
Application number
FI800990A
Other languages
Finnish (fi)
Other versions
FI59777B (en
Inventor
Kalle Matti Lappalainen
Reijo Matti Oravainen
Ami Solin
Original Assignee
Kalle Matti Lappalainen
Reijo Matti Oravainen
Ami Solin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kalle Matti Lappalainen, Reijo Matti Oravainen, Ami Solin filed Critical Kalle Matti Lappalainen
Priority to FI800990A priority Critical patent/FI59777C/en
Priority to PCT/FI1981/000024 priority patent/WO1981002731A1/en
Priority to EP81900822A priority patent/EP0048257A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI59777B publication Critical patent/FI59777B/en
Publication of FI59777C publication Critical patent/FI59777C/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/12Activated sludge processes
    • C02F3/1278Provisions for mixing or aeration of the mixed liquor
    • C02F3/1284Mixing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • B01F23/23Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/233Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements
    • B01F23/2334Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements provided with stationary guiding means surrounding at least partially the stirrer
    • B01F23/23341Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements provided with stationary guiding means surrounding at least partially the stirrer with tubes surrounding the stirrer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/62Heavy metal compounds
    • C02F1/64Heavy metal compounds of iron or manganese
    • C02F1/645Devices for iron precipitation and treatment by air
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F7/00Aeration of stretches of water
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Revetment (AREA)
  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

RS?71 Γβ7 /ill KUULUTUSJULKAISU r λπππ JBHa LBJ (11) utläggningsskrift 59/77 (*5) Patent m e i .i e 1 a t ^ ^ (51) Kv.lk.3/lnt.CI.3 C 02 F 7/00 SUOMI — FINLAND (21) PK»nttlh*k*mu* — Pttmumeknlni 800990 (22) H*k*ml*pilvl — Anceknlnpdtf 28.03-80 (23) Alkupllvi —GUtlghatad·! 28.03.80 (41) Tullut |ulklMksl — Bllvlt offentilf _ ' . (44) Nlhtlviktlpenon ji kuul.|ullul»un pvm. — on RlRS? 71 Γβ7 / ill ADVERTISEMENT R λπππ JBHa LBJ (11) utläggningsskrift 59/77 (* 5) Patent Mei .ie 1 at ^ ^ (51) Kv.lk.3 / lnt.CI.3 C 02 F 7/00 FINLAND - FINLAND (21) PK »nttlh * k * mu * - Pttmumeknlni 800990 (22) H * k * ml * pilvl - Anceknlnpdtf 28.03-80 (23) Alkupllvi —GUtlghatad ·! 28.03.80 (41) Tullut | ulklMksl - Bllvlt offentilf _ '. (44) Date of publication of the decision. - is Rl

Patent- och registerstyrelsen Aniökan utl«(d och utl.*krift*n pubiteend J UD’οχ (32)(33)(31) Pyydetty ttuelk*u*—B*|Ird prlerltet (71)(72) Kalle Matti Lappalainen, Kirnukuja 6 B U, 70780 Kuopio 73,Patent and registration authorities Aniökan utl «(d och utl. * Krift * n pubiteend J UD'οχ (32) (33) (31) Pyydetty ttuelk * u * —B * | Ird prlerltet (71) (72) Kalle Matti Lappalainen , Kirnukuja 6 BU, 70780 Kuopio 73,

Reijo Matti Oravainen, Märventie 2 D 31, 362Uo Nattari,Reijo Matti Oravainen, Märventie 2 D 31, 362Uo Nattari,

Ami Solin, Soinilankatu 30 D 13, 33730 Tampere 73, Suomi-Finland(FI) (7*+) Forssin & Salomaa Oy (5I*) Menetelmä termisesti kerrostuneen vesialtaan ekologisen tilan parantamiseksi - Förfarande för förbättrande av det ekologiska till-ständet för en termiskt avlagrad vattenbassängAmi Solin, Soinilankatu 30 D 13, 33730 Tampere 73, Finland-Finland (FI) (7 * +) Forssin & Salomaa Oy (5I *) Method for improving the ecological status of a thermally stratified water basin - Förfarande för förbättrande av det eciska till-ständet för en thermal baths with water bass

Keksintö kohdistuu menetelmään termisesti kerrostuneen vesialtaan esim. järven, jossa on vähähappinen syvyysvyöhyke, ekologisen tilan parantamiseksi.The invention relates to a method for improving the ecological status of a thermally stratified water basin, e.g. a lake with a low oxygen depth zone.

Vesialtaan, esimerkiksi merialueen, järven, lammen tai vastaavan menestyksellinen hyödyntäminen kalantuotannossa edellyttää kalojen elinmahdollisuuksien kannalta suotuisan ekologisen tilan säilymistä vesistössä. Vesistön kalantuotannon eräs edellytys on veden riittävä plankton- ja pohjaeläintuotanto ts. määrätty rehevyystaso, mutta toisaalta liiallinen rehevyys estää kalojen elämisen ja siten rehevyyden hyväksikäyttämisen. Vesialtaan rehevyystasoa voidaan pitää sopivana, kun sen ulkoinen kuormitus, esim. orgaanisia aineita sisältävät jätevedet, ja sisäinen kuormitus, kasviplanktonin hajoamisesta johtuva hapenkulutus, eivät aiheuta vesialtaan tai sen osan hapettomuutta tai haittaavaa hapen vajausta.The successful use of a water basin, such as a sea area, a lake, a pond or the like, in fish production requires the maintenance of a favorable ecological status in the water body for the viability of the fish. One of the preconditions for fish production in the water is adequate plankton and benthic production in the water, ie a certain level of eutrophication, but on the other hand excessive eutrophication prevents fish from living and thus exploiting eutrophication. The level of eutrophication of a water basin can be considered appropriate when its external load, e.g. wastewater containing organic matter, and internal load, oxygen consumption due to phytoplankton decomposition, do not cause deoxygenation or harmful oxygen deficiency in the water basin or part thereof.

Happipitoisuudella on kalojen ja kalojen ravintoeläinten elintilatekijän lisäksi myös toinen tärkeä kytkentä rehevyyteen. Jos nimittäin järven pohjasedimenttien läheiset vesikerroset tulevat vähähappisiksi, alenee sedimentin redox-potentiaali 2 59777 ja tiettyjen kemiallisten reaktioiden tuloksena sedimentistä saattaa liueta veteen rautaa ja mangaania sekä näihin aiemmin sitoutunutta fosforia. Myös kaasukuplia ja kuplimisesta johtuvaa veden sekoittumista saattaa tapahtua. Näiden tapahtumien seurauksena järven rehevyys lisääntyy nopeasti. Puhutaan niin sanotusta rasantista eutrofioitumisesta.In addition to the habitat factor of fish and fish food animals, oxygen content also has another important link to eutrophication. Namely, if the water layers close to the bottom sediments of the lake become low in oxygen, the redox potential of the sediment decreases 2 59777 and, as a result of certain chemical reactions, iron and manganese and phosphorus previously bound to them may dissolve in the sediment. Gas bubbles and water mixing due to bubbling may also occur. As a result of these events, the lake’s lushness is rapidly increasing. There is talk of so-called rasant eutrophication.

Hapen puute ilmenee selvimmin ja haitallisimmin nimenomaan järven alusvedessä. Alhaisimmat happipitoisuudet ovat pohjan välittömässä läheisyydessä.The lack of oxygen is most evident and most harmful in the lake's underwater. The lowest oxygen concentrations are in the immediate vicinity of the bottom.

Edellä esitettyjen epäkohtien, hapen vajauksen ja siitä johtuvien seurausilmiöiden korjaamiseksi on veden happipitoisuutta yritetty lisätä ilmastamalla tai hapettamalla siten, että pinnan alle syötetään sopivasta lähteestä paineilmaa tai happea.In order to remedy the above drawbacks, the lack of oxygen and the consequent consequences, attempts have been made to increase the oxygen content of the water by aeration or oxidation by supplying compressed air or oxygen from below a suitable source.

Erään tunnetun ratkaisun mukaan (US-patenttijulkaisu 3 956 124, AT-patenttijulkaisu 288 273) käsiteltävää syvänteen vettä pumpataan veden pinnan yläpuolella olevaan hapetuslaitteeseen, jossa parannettavaan veteen lisätään happea, jonka jälkeen käsitelty vesi johdetaan takaisin syvänteeseen. Tämän tyyppisten hapettimien toiminnan parantamiseksi on edelleen tunnettua erottaa ennen hapetusta käsiteltävästä vedestä siihen liuenneet kaasut. Tämän tyyppisiä menetelmiä on esitetty FI-patenttijulkaisuissa 49 703 ja 52 661, joista ensiksi mainitussa kaasut erotetaan hajottamalla vesi paineen avulla sumuksi ja jälkimmäisessä käytetään laitteen imuputkeen kohdistettuja mekaanisia värähtelyjä.According to a known solution (U.S. Pat. No. 3,956,124, AT Pat. No. 288,273), the water in the cavity to be treated is pumped to an oxidizer above the surface of the water, where oxygen is added to the water to be treated, after which the treated water is returned to the cavity. In order to improve the operation of oxidants of this type, it is still known to separate the gases dissolved in the water to be treated before oxidation. Methods of this type are described in FI patent publications 49 703 and 52 661, in the former of which the gases are separated by decomposing the water into a mist by means of the pressure, and in the latter mechanical vibrations applied to the suction pipe of the device are used.

Vaikka edellä esitetyn tyyppiset tunnetut menetelmät ovat sinänsä käyttökelpoisia ja niillä on saavutettu positiivisia tuloksia, menetelmien haittoina ovat kuitenkin laitteistojen monimutkaisuus ja kalleus sekä käyttökustannusten, erityisesti energiakustannusten suuruus. Esitetyn kaltaisilla menetelmillä saavutettava hape-tuskyky on yleensä suuruusluokkaa 1-3 kg 02/kWh. Tunnetuissa menetelmissä myös johdetun hapen pysyttäminen alusvedessä on ollut epätäydellistä, sillä suuri osa kuplien sisältämästä hapesta karkaa takaisin ilmakehään. Hapen siirtyminen horisontaalisuunnassa on myös ollut yleensä riittämätöntä.Although known methods of the type described above are useful per se and have obtained positive results, the disadvantages of the methods are the complexity and cost of the equipment and the high operating costs, in particular energy costs. The oxidizing power obtained by methods such as that shown is generally in the order of 1 to 3 kg O 2 / kWh. In known methods, the retention of the derived oxygen in the groundwater has also been incomplete, as much of the oxygen contained in the bubbles escapes back into the atmosphere. The transfer of oxygen in the horizontal direction has also been generally insufficient.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on välttää tunnettujen menetelmien haitat ja aikaansaada yksinkertainen ja käyttö- ja perustamiskustannuksiltaan halpa menetelmä, jolla voidaan tehokkaasti vaikuttaa vesialtaan esim. järven ekologiseen tilaan sen happitilannetta, rehevyystasoa tai lämpötilaa säätelemällä.The object of the present invention is to avoid the disadvantages of the known methods and to provide a simple method which is inexpensive to use and set up, which can effectively affect the ecological status of a water basin, e.g. a lake, by regulating its oxygen status, eutrophication level or temperature.

Edellä mainittuihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että vähähappiseen tai hapettomaan alusveteen johdetaan yhden tai useamman virtauskanavan kautta suhteellisesti happipitoi- 3 59777 sempaa ja keveämpää päällysvettä tämän happisisällön viemiseksi, sekoittamiseksi ja horisontaalisuunnassa siirtämiseksi alusveteen lämpötila- ja tiheyseroja tasoittavan konvektion vaikutuksesta tapahtuvan sekoittumisen avulla siten, että lämpötilakerrostuneisuus säilyy.In order to achieve the above and later objects, the invention is mainly characterized in that relatively oxygen-containing and lighter surface water is introduced into the low-oxygen or oxygen-free underwater via one or more flow channels to bring, mix and horizontally transfer by mixing so that the temperature stratification is maintained.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan kaikki johdettu happipitoinen vesi jäämään alusveteen ja sekoittumaan sinne tasaisesti ja tehokkaasti. Tämä erittäin edullinen vaikutus perustuu siihen, että lämpötila- ja tiheyserot sekä vastaavat tasoittuvat konvektion ansiosta nopeasti ja että syntynyt seos kohoaa aluksi, kunnes se kohtaa syvyyden, jossa ympäröivän veden ja seoksen tiheydet ovat yhtäsuuret, jolloin liike kääntyy horisontaaliseksi. Seos on siten aina päällysvettä raskaampaa eikä se kohoa pintaan. Happitilanteen parantamisella saadaan myös pohjan epäedulliset kemialliset reaktiot estetyksi ja järven arvokkaat pohjavyöhykkeet vapautetuksi kalantuotantoon. Alusveteen johdetun virtauksen mukanaan kuljettaman hapen aikaansaaman välittömän vaikutuksen lisäksi keksinnön mukainen menetelmä pienentää sedimentin huokosveden ja alusveden välistä vedenvaihtoa, koska kevyempi alusveden ja päällysveden seos kelluu paremmin raskaamman sedimentin huokosveden päällä. Talvella, jolloin johdettu päällysvesi on kylmää, menetelmä lisäksi kylmentää alusvettä, josta seuraa hitaampi hapenkulutus ja pitempi kevättäyskierto.The method according to the invention causes all the derived oxygen-containing water to remain in the underwater and to mix there evenly and efficiently. This highly advantageous effect is based on the fact that the temperature and density differences and the like are smoothed out quickly by convection and that the resulting mixture initially rises until it reaches a depth at which the densities of the surrounding water and mixture are equal, thus turning horizontal. The mixture is thus always heavier than the surface water and does not rise to the surface. Improving the oxygen situation will also prevent unfavorable chemical reactions at the bottom and free up valuable bottom zones in the lake for fish production. In addition to the direct effect of the oxygen carried by the flow to the groundwater, the method of the invention reduces the water exchange between the sediment pore water and the groundwater because the lighter mixture of groundwater and surface water floats better on the heavier sediment pore water. In winter, when the derived surface water is cold, the method further cools the underwater, resulting in slower oxygen consumption and a longer spring cycle.

Menetelmän taloudellisuus perustuu osaksi siihen, että virtauskanavan virtausvastus jää hyvin pieneksi käytettäessä pientä virtausnopeutta ja suuriläpimittaista kanavaa. Virtauskanavan tarvitsee kestää vain vähäinen tiheyseroista ja virtausvastuksesta johtuva paine, joten tarvittava laitteisto voidaan tehdä erittäin kevytrakenteiseksi. Keksinnön mukaisen menetelmän taloudellisuus perustuu osaksi siihen, että käytössä ei synnytetä ilma- tai kaasukuplia, jotka muissa menetelmissä vaativat paljon energiaa kuplien synnyttämis- ja johtamisvaiheessa.The economics of the method are based in part on the fact that the flow resistance of the flow channel remains very low when using a low flow rate and a large diameter channel. The flow channel only needs to withstand a small pressure due to density differences and flow resistance, so the necessary equipment can be made very lightweight. The economics of the method according to the invention are based in part on the fact that no air or gas bubbles are generated in use, which in other methods require a lot of energy in the stage of generating and conducting bubbles.

Keksinnön erikoisen edullisen suoritusmuodon mukaan alusveteen johdettava päällys-vesi otetaan samasta vesialtaasta. Tämä vesistön happivarojen tasaus perustuu siihen, että vesistöjen päällysvedessä on, äärimmäisen likaantuneita tapauksia lukuunottamatta, riittävän happipitoista vettä myös talvella, sillä pääosa kulutuksesta tapahtuu alusvedessä ja pohjasedimentin pinnalla. Lisäksi alusveden tilavuus on vain murto-osa päällysveden tilavuudesta.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the surface water to be discharged into the underwater is taken from the same water basin. This equalization of the water resources of the water body is based on the fact that the surface water of the water bodies contains, with the exception of extremely polluted cases, water with sufficient oxygen content also in winter, as most of the consumption takes place in groundwater and bottom sediment. In addition, the volume of groundwater is only a fraction of the volume of surface water.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti erään suoritusesimerkin avulla oheiseen piirustukseen liittyen, jossa kuvio 1 esittää järven tai vastaavan altaan veden lämpötilan ja tiheyden vaihtelua eri syvyyksillä kerrosteisuusaikoina ja 4 5*777 kuvio 2 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisen menetelmän erästä suoritusmuotoa.The invention will now be described in detail by way of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows variations in the temperature and density of water in a lake or similar basin at different depths during stratification times and Figure 5 schematically shows an embodiment of the method according to the invention.

Kuviossa 1 on esitetty tyypillinen esimerkki järven tai vastaavan altaan veden lämpötilan ja tiheyden kerrostuneisuudesta eri vuodenaikoina. Käyrät A esittävät tilannetta talvella ja käyrät B kesällä. Kuten käyristä ilmenee veden lämpötila vaihtelee eri vuodenaikoina eniten lähellä pintaa. Lähellä pohjaa lämpötila vaihte-vain vähän veden maksimitiheyttä vastaavan arvon 4°C ympärillä. Vastaava pitää luonnollisesti paikkansa tiheyden suhteen siten, että raskain vesi on aina sy-vinmällä.Figure 1 shows a typical example of the stratification of water temperature and density in a lake or similar basin at different times of the year. Curves A show the situation in winter and curves B in summer. As the curves show, the water temperature varies most close to the surface in different seasons. Near the bottom, the temperature changes — little around 4 ° C, which corresponds to the maximum density of water. The equivalent is, of course, true with respect to density, so that the heaviest water is always at its deepest.

Kuviossa 2 on esitetty kaaviollisesti poikkileikkaus edellä esitetyllä tavalla kerrostuneesta järvestä. Vedenpinnan tai talvella jääpeitteen 1 alla oleva vyöhyke on päällysvesi 2, jossa vesi on suhteellisen happipitoista. Tämän alapuolella olevassa piirustuksessa tummennettuna esitetyssä vähähappisessa tai hapettomassa alusvedessä eli syvyysvyöhykkeessä 3 vesi on jokseenkin tasalämpöistä, tiheydeltään päällysvettä raskaampaa ja näistä syistä johtuen lähes paikallaan pysyvää. Päällys-veden tilavuus on yleensä alusveteen verrattuna moninkertainen, sillä järveä tai vastaavaa vesiallasta voidaan verrata kärjellään seisovaan kartioon kuten piirustuksessa kaaviollisesti on havainnollistettu. Usein alusveden syvyys edustaa puolta kokonaissyvyydestä, kuitenkin tällöinkin alusveden tilavuus on järven morfologiasta riippuen vain 10-20 % kokonaistilavuudesta.Figure 2 is a schematic cross-section of a lake stratified as described above. The zone below the water surface or in winter under the ice cover 1 is the surface water 2, where the water is relatively oxygenated. In the low-oxygen or oxygen-free underwater water, i.e. in the depth zone 3, shown shaded in the drawing below, the water is somewhat homogeneous, heavier in density than the surface water and, for these reasons, almost stationary. The volume of cover-water is generally multiples of that of underwater, as a lake or similar body of water can be compared to a cone standing at its tip as schematically illustrated in the drawing. Often the depth of the groundwater represents half of the total depth, however, even then the volume of the groundwater is only 10-20% of the total volume, depending on the morphology of the lake.

Alusveden happitilanteen parantamiseksi alusveteen 3 johdetaan happipitoista päällysvettä 2 suuriläpimittaisen putken 4 kautta. Putken yläpäässä on tätä varten sopivalla syvyydellä pinnan alla ottoaukot 5, joista päällysvesi virtaa putkeen ja edelleen lähellä pohjaa olevaan yhteen tai useampaan poistoaukkoon 6. Kuten tunnettua, liike-energia ja kitka muuttuvat nopeuden neliöön verrannollisena. Tästä syystä putken rakenteen optimoimiseksi putken läpimitta valitaan suureksi ja virtausnopeus pieneksi, jolloin pienellä energiamäärällä saadaan suhteellisen suuri virtaama. Virtaus saadaan aikaan pinnan yläpuolelle sijoitetun voimanlähteen 8 akselin välityksellä käyttämän putken 4 sisälle sijoitetun potkurin 7 avulla. Virtauksen aikaansaavan potkurin 7 tai vastaavan laitteen voimanlähteeksi sopivat sähkö- tai polttomoottorin ohella pienestä tehontarpeesta johtuen hyvin myös vaihtoehtoiset energialähteet kuten tuulivoima, aaltovoima tai vastaava.In order to improve the oxygen situation of the groundwater, oxygen-containing surface water 2 is introduced into the groundwater 3 via a large-diameter pipe 4. The upper end of the tube has intake openings 5 at a suitable depth below the surface, from which the surface water flows into the tube and further into one or more outlet openings 6 close to the bottom. Therefore, in order to optimize the structure of the pipe, the diameter of the pipe is chosen to be large and the flow rate to be small, whereby a relatively large flow is obtained with a small amount of energy. The flow is provided by a propeller 7 placed inside the pipe 4 driven by the power source 8 placed above the surface via the shaft. In addition to an electric or internal combustion engine, alternative energy sources such as wind power, wave power or the like are also well suited for powering the flow-generating propeller 7 or the like due to the low power requirement.

Koska virtauskanavaan 4 vaikuttaa vain vähäinen tiheyseroista ja virtausvastuksesta johtuva paine, laitteisto voidaan valmistaa erittäin kevytrakenteiseksi ja virtaus-kanava 4 voi muodostua kevyestä ohutseinäisestä putkesta tai esimerkiksi nuovi-letkusta. Laitteisto voidaan asentaa lauttarakenteen 11 kannattamaksi tai talvella suoraan jään pinnalle.Since the flow channel 4 is only affected by a small pressure due to differences in density and flow resistance, the apparatus can be made very light and the flow channel 4 can consist of a light thin-walled tube or, for example, a nozzle hose. The equipment can be installed to support the raft structure 11 or directly on the ice surface in winter.

5 597775 59777

Laitteen toimiessa putkeen 4 ottoaukkojen 5 kautta tuleva happipitoinen vesi, jonka lämpötila on tyypillisesti talvella n. 0,1-0,5°C ja kesällä n. 15°C, poistuu lähellä pohjaa putken alapään 6 kautta ja sekoittuu alusveteen, jonka lämpötila on vastaavasti talvella 2-4°C ja kesällä esim. 5-8°C. Kun päällysvettä johdetaan alus-veteen, syntyy välittömästi konvektiovirtauksia 9 sitä tehokkaammin mitä suurempia päällys- ja alusveden tiheys- ja lämpötilaerot tai vastaavat ovat. Syntyvä seos on aina päällysvettä raskaampaa eikä kohoa pintaan.When the device operates, the oxygen-containing water entering the pipe 4 through the inlets 5, which is typically about 0.1-0.5 ° C in winter and about 15 ° C in summer, exits close to the bottom through the lower end 6 of the pipe and mixes with underwater at a corresponding temperature. in winter 2-4 ° C and in summer e.g. 5-8 ° C. When surface water is introduced into the vessel water, the greater the differences in density and temperature of the surface water and the vessel water, or the like, are immediately generated more efficiently. The resulting mixture is always heavier than surface water and does not rise to the surface.

Syöttövirtaama ja otto- ja poistoaukkojen syvyydet valitaan siten, että johdettu päällysvesi saadaan mahdollisimman hyvin jäämään alusveteen. Ottoaukko sijoitetaan hapelliseen vesikerrokseen (yleensä 1-3 m vesipinnan alapuolelle). Purkuaukko on pääsääntöisesti n. 1-2 m pohjan pinnan yläpuolella. Tarpeen mukaan purku voidaan kohdistaa myös muuhun vesikerrokseen. Sekoittumisen parantamiseksi ja alkuvaiheessa tapahtuvan nopean ylöspäin suuntautuvan virtauksen estämiseksi voidaan käyttää kuviossa 2 esitetyn kaltaista levymäistä putken 4 ympärillä olevaa virtauksen ohjainta 10, joka suuntaa putken sivulla kulkevan virtauksen ulospäin.The inlet flow and the depths of the inlet and outlet openings are chosen so that the conducted surface water remains as well as possible in the underwater. The intake port is placed in an oxygenated water layer (usually 1-3 m below the water surface). The discharge opening is generally approx. 1-2 m above the bottom surface. If necessary, the demolition can also be applied to another layer of water. In order to improve the mixing and to prevent a rapid upward flow in the initial stage, a plate-like flow guide 10 around the pipe 4, as shown in Fig. 2, can be used, which directs the flow on the side of the pipe outwards.

Talvella pohjasedimentin lämpötilajakautuminen on sellainen, että pintaosien lämpötila seuraa veden lämpötiloja ja syvemmällä lämpötila on yleensä 5-7°C. Mikäli veden lämpötila on esim. 3°C, pyrkii se esim. 6°C lämpötilaista vettä raskaampana tunkeutumaan sedimenttiin ja syrjäyttämään sedimentin huokosvettä, mistä seuraa pohjan hapenkulutuksen siirtymistä veteen. Kun keksinnön menetelmässä talvella alusveden lämpötila alenee, kevenee vesi ja se kelluu raskaamman sedimentin huokosveden päällä. Tällöin konvektiosta valtaosa tapahtuu sedimentin sisällä ja veteen tulee aikaisempaa vähemmän huokosvettä. Kesällä alusveden lämmittäminen sopivasti aiheuttaa sen, että alusvesi kelluu paremmin sedimentin päällä, sillä sedimentti on kylmempää kuin alusvesi.In winter, the temperature distribution of the bottom sediment is such that the temperature of the surface parts follows the water temperatures and at deeper the temperature is usually 5-7 ° C. If the water temperature is e.g. 3 ° C, it tends to penetrate the sediment heavier than e.g. 6 ° C water and displace the pore water of the sediment, as a result of which the oxygen consumption of the bottom is transferred to the water. In the method of the invention, when the temperature of the groundwater decreases in winter, the water becomes lighter and floats on the pore water of the heavier sediment. In this case, the majority of the convection takes place inside the sediment and less pore water enters the water than before. In summer, heating the groundwater appropriately causes the groundwater to float better on top of the sediment, as the sediment is colder than the groundwater.

ESIMERKKIEXAMPLE

Keksinnön mukaista menetelmää kokeiltiin eräässä alusveden happikadosta kerros-teisuusaikoina kärsivässä järvessä, jonka pinta-ala on 76 ha ja kokonaissyvyys n. 14 m. Edellä esitetyn sovellutusesimerkin mukainen laitteisto asennettiin paikalleen talvella noin kuukauden kuluttua järven jäätymisestä.The method according to the invention was tested in a lake suffering from oxygen depletion of groundwater during stratification periods, with an area of 76 ha and a total depth of about 14 m. The equipment according to the application example presented above was installed in winter about a month after the lake froze.

Potkuria pyöritettiin 0,55 sähkömoottorilla, jonka kierrosluku oli 127,5 kierr./min. Vesi otettiin putkeen 1,5 m syvyydeltä jään alta (lämpötila 0,6°C) ja johdettiin pohjalle halkaisijaltaan 0,32 m muoviputkessa. Putken alapää oli noin metrin korkeudella sedimentin pinnasta (kokonaissyvyys 13,3 m). Putkessa virtaavaksi vesimääräksi arvioitiin 20-30 1/s.The propeller was rotated by a 0.55 electric motor at 127.5 rpm. Water was taken into the pipe from a depth of 1.5 m under the ice (temperature 0.6 ° C) and passed to the bottom in a 0.32 m diameter plastic pipe. The lower end of the pipe was about one meter above the sediment surface (total depth 13.3 m). The amount of water flowing in the pipe was estimated to be 20-30 1 / s.

59777 659777 6

Saavutetut tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta, jossa on esitetty järven veden lämpötila ja happipitoisuus eri syvyyksillä laitteen käynnistysajankohtana ja kuukauden kuluttua käynnistyksestä ja vastaavat arvot kahtena vertailuvuotena.The results obtained are shown in the table below, which shows the temperature and oxygen content of the lake water at different depths at the time of start-up of the device and one month after start-up, and the corresponding values for the two reference years.

TULOKSETSCORE

Lämpötila °C VertailuvuodetTemperature ° C Reference years

Syvyys m käynnistys 1 kk vuosi 1 vuosi 2 ajankohtana käynnistyksestä 11.01.80 11.02.80 22.02.71 01.02.72 I 0,5 0,6 1,2 0,7 3 1,2 1,6 3,2 2,1 5 1,9 2,6 4,1 3,2 7 2,2 2,8 4,3 3,5 9 2,6 2,8 4,7 10 2,7 2,8 - 3,9 11 2,9 2,8 12 3,0 2,8 - 4,0 13 3,2 3,0 14 3,4 3,0 4,9 4,3Depth m start 1 month year 1 year 2 at start time 11.01.80 11.02.80 22.02.71 01.02.72 I 0.5 0.6 1.2 0.7 3 1.2 1.6 3.2 2.1 5 1.9 2.6 4.1 3.2 7 2.2 2.8 4.3 3.5 9 2.6 2.8 4.7 10 2.7 2.8 - 3.9 11 2.9 2.8 12 3.0 2.8 - 4.0 13 3.2 3.0 14 3.4 3.0 4.9 4.3

Happipitoisuus mg O2/I VertailuvuodetOxygen content mg O2 / I Reference years

Syvyys m käynnistys 1 kk vuosi 1 vuosi 2 ajankohtana käynnistyksestä 11.01.80 11.02.80 22.02.71 01.02.72 1 11,5 10,4 9,4 9,5 3 10,9 9,3 7,0 8,7 5 9,4 5,8 3,1 5,6 7 8,0 3,4 1,8 3,0 9 6,3 - - 10 5,2 3,6 0,6 0,5 II 4,0 - 12 1,6 3,3 - 0 13 0 2,6 0,2 14 0 2,5 - 0 b 7 Ί Ί Ί 7Depth m start 1 month year 1 year 2 at start time 11.01.80 11.02.80 22.02.71 01.02.72 1 11.5 10.4 9.4 9.5 3 10.9 9.3 7.0 8.7 5 9.4 5.8 3.1 5.6 7 8.0 3.4 1.8 3.0 9 6.3 - - 10 5.2 3.6 0.6 0.5 II 4.0 - 12 1.6 3.3 - 0 13 0 2.6 0.2 14 0 2.5 - 0 b 7 Ί Ί Ί 7

Kuten taulukosta ilmenee vaikutukset ovat erittäin selvästi havaittavissa kuukauden kuluttua käynnistyksestä mitatuista arvoista. Alusvesi oli muuttunut lähes tasalämpöiseksi ja normaalisti todettava jatkuva alusveden lämpötilan nousu oli pysähtynyt. Hapetonta vettä ei syvännealueella enää todettu. Vertailuvuosina vastaavana aikana alusvesi oli 10 m syvyystason alapuolella käytännöllisesti katsoen hapetonta, kun kuukausi laitteen käynnistämisestä mitatuissa arvoissa happipitoisuus oli tässä vesikerroksessa 2,5-3,5 mg O2/I· Päällysveden happitilanne ei ollut vertailuvuosia huonompi. Alusveden lämpötila oli myös selvästi laskenut ja se oli kokeen jälkeen 2,8-3,0°C. Vertailuvuosina alusveden lämpötila ylitti 4,0°C. Näin alhaisella lämpötila-alueella muutos on hajotustoiminnan intensiteetin kannalta merkittävä koelaitteiston eduksi.As can be seen from the table, the effects are very clear from the values measured one month after start-up. The groundwater had become almost constant in temperature and the normally observed continuous rise in groundwater temperature had stopped. Oxygen-free water was no longer found in the deep groove area. During the corresponding period in the comparison years, the groundwater was practically oxygen-free below the depth level of 10 m, when the oxygen concentration in this water layer was 2.5-3.5 mg O2 / I a month after the device was started. · The oxygen situation in the surface water was not worse than in comparison years. The underwater temperature had also clearly decreased and was 2.8-3.0 ° C after the experiment. In the comparison years, the groundwater temperature exceeded 4.0 ° C. In such a low temperature range, the change is significant in terms of the intensity of the decomposition activity for the benefit of the test equipment.

Koetulosten perusteella laitteen voitiin todeta toimivan odotetulla tavalla.Based on the test results, the device could be found to work as expected.

Vaikka keksintö on edellä selitetty määrättyyn suoritusesimerkkiin liittyen, on selvää, että keksintöä voidaan monin eri tavoin muunnella jäljempänä esitettyjen patenttivaatimuksien puitteissa. Siten esimerkiksi käsiteltävän vesialtaan alus-veteen voidaan johtaa myös muusta sopivasta lähteestä peräisin olevaa alusvettä keveämpää happipitoista vettä. Eräissä tapauksissa tarkoitukseen voidaan käyttää sopivasta korkeammalla sijaitsevasta vesistöstä tai muusta lähteestä lappomenetel-mällä johdettua vettä, jolloin ulkoista energiaa tarvitaan vain virtauksen alkuun saamiseksi. Keksinnön yhteydessä voidaan alusveteen johdettuun virtaukseen lisätä myös sinänsä tunnettuja kemikaaleja niiden sekoittamiseksi alusveteen.Although the invention has been described above in connection with a particular embodiment, it is clear that the invention can be modified in many different ways within the scope of the claims set out below. Thus, for example, lighter oxygen-containing water from another suitable source may also be introduced into the vessel water of the water basin to be treated. In some cases, water derived from a suitable higher water body or other source by the flap method may be used for this purpose, in which case external energy is only required to initiate the flow. In connection with the invention, chemicals known per se can also be added to the flow into the underwater to mix them with the underwater.

Claims (6)

59777 859777 8 1. Menetelmä termisesti kerrostuneen vesialtaan, esim. järven jossa on vähähap-pinen syvyysvyöhyke, ekologisen tilan parantamiseksi, tunnettu siitä, että vähähappiseen tai hapettomaan alusveteen (3) johdetaan yhden tai useamman virtauskanavan (4) kautta suhteellisesti happipitoisempaa ja keveämpää päällys-vettä (2) tämän happisisällön viemiseksi, sekoittamiseksi ja horisontaalisuunnas-sa siirtämiseksi alusveteen lämpötila- ja tiheyseroja tasoittavan konvektion vaikutuksesta tapahtuvan sekoittumisen avulla siten, että lämpötilakerrostunei-suus säilyy.A method for improving the ecological status of a thermally stratified water basin, e.g. a lake with a low-oxygen depth zone, characterized in that relatively oxygen-rich and lighter surface water (2) is introduced into the low-oxygen or oxygen-free underwater (3) via one or more flow channels (4) ) for introducing, mixing and horizontally transferring this oxygen content to the underwater by mixing under the action of convection to compensate for temperature and density differences so that the temperature stratification is maintained. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pääl-lysvettä johdetaan alusveteen kunnostuskohteen tilan ja sekoittumistapahtumien voimakkuuden vaatimissa puitteissa, esim. välillä 10...2000 1/s.Method according to Claim 1, characterized in that the surface water is introduced into the underwater within the limits required by the state of the remediation site and the intensity of the mixing events, e.g. between 10 ... 2000 1 / s. 3. Jonkin patenttivaatimuksista 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alusveteen (3) johdettava päällysvesi (2) otetaan samasta vesialtaasta.Method according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the surface water (2) to be introduced into the underwater water (3) is taken from the same water basin. 4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alusveteen johdettava päällysvesi (2) otetaan eri vesialtaasta.Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the surface water (2) to be introduced into the underwater is taken from a different water basin. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alus-veteen (3) johdettava virtaus otetaan ylempänä sijaitsevasta toisesta vesialtaasta lappoperiaatteella.Method according to Claim 4, characterized in that the flow to the vessel water (3) is taken from a second water basin located above on a flap basis. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alusveden kasvinravinnepitoisuuden alenemista tai muuta haluttua alusveden tilan muutosta tehostetaan johdettavaan veteen lisätyillä sinänsä tunnetuilla kemikaalioilla tai vastaavilla vaikutusainelisäyksillä.Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the reduction in the phytonutrient content of the groundwater or other desired change in the status of the groundwater is enhanced by the addition of chemicals known per se or corresponding active ingredients.
FI800990A 1980-03-28 1980-03-28 FOERFARANDE FOER FOERBAETTRANDE AV DET EKOLOGISKA TILLSTAONDET FOER EN TERMISKT AVLAGRAD VATTENBASSAENG FI59777C (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI800990A FI59777C (en) 1980-03-28 1980-03-28 FOERFARANDE FOER FOERBAETTRANDE AV DET EKOLOGISKA TILLSTAONDET FOER EN TERMISKT AVLAGRAD VATTENBASSAENG
PCT/FI1981/000024 WO1981002731A1 (en) 1980-03-28 1981-03-27 Procedure for improving the ecological state of a thermally and/or chemically stratified water basin
EP81900822A EP0048257A1 (en) 1980-03-28 1981-03-27 Procedure for impriving the ecological state of a thermally and/or chemically stratified water basin

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI800990A FI59777C (en) 1980-03-28 1980-03-28 FOERFARANDE FOER FOERBAETTRANDE AV DET EKOLOGISKA TILLSTAONDET FOER EN TERMISKT AVLAGRAD VATTENBASSAENG
FI800990 1980-03-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI59777B FI59777B (en) 1981-06-30
FI59777C true FI59777C (en) 1981-10-12

Family

ID=8513367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI800990A FI59777C (en) 1980-03-28 1980-03-28 FOERFARANDE FOER FOERBAETTRANDE AV DET EKOLOGISKA TILLSTAONDET FOER EN TERMISKT AVLAGRAD VATTENBASSAENG

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0048257A1 (en)
FI (1) FI59777C (en)
WO (1) WO1981002731A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI931U1 (en) * 1993-04-16 1993-09-29 Toiminimi Koponen & Hiltunen Anordning Foer circulation in water
AUPP526398A0 (en) * 1998-08-14 1998-09-10 Elliott, Stephen Apparatus for mixing and circulating a body of water
DE10061777C1 (en) * 2000-12-12 2002-02-07 Schneider Daniel Oxygenation device for standing water uses stirrer fitted to driven rotating shaft enclosed by vertical pipe supported by holder
DE10120111A1 (en) * 2001-04-25 2002-11-07 Fachhochschule Oldenburg Ostfr Delivery of oxygen into the depths of water, and other liquids, uses a free stream of a gas-rich fluid passed into the lower levels
JP6553433B2 (en) * 2015-07-10 2019-07-31 水ing株式会社 Dispersing device, upward-flowing reaction device having the same, and operating method thereof
CN110117087A (en) * 2019-04-28 2019-08-13 河海大学 The method, apparatus of a kind of eutrophication water and bed mud and integrated mix oxygen platform

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1928730A1 (en) * 1968-07-05 1970-01-29 Inst Wasserwirtschaft Charging of water with oxygen and chemicals without - disturbance of the natural stratification
DE2350467A1 (en) * 1973-10-08 1975-04-10 Wilhelm Hagstotz Aeration of deep water - by mixing with surface water
DE2507698C2 (en) * 1975-02-22 1984-10-25 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Device for gassing a liquid
GB2013095B (en) * 1977-09-12 1982-03-10 Boc Ltd Dissolving gas in a liquid

Also Published As

Publication number Publication date
EP0048257A1 (en) 1982-03-31
WO1981002731A1 (en) 1981-10-01
FI59777B (en) 1981-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4280911A (en) Method for treating water
US3643403A (en) Downflow bubble contact aeration apparatus and method
JP3286813B2 (en) Purification method and mixed diffusion device for closed water area by mixed diffusion
JP2009202038A (en) Floating body type water purifier by water circulation, filtration, and aeration using photovoltaic power generation
Boyd et al. Evaluation of propeller-aspirator-pump aerators
JP2012528714A (en) Green algae-preventing water circulation system using sunlight
FI59777C (en) FOERFARANDE FOER FOERBAETTRANDE AV DET EKOLOGISKA TILLSTAONDET FOER EN TERMISKT AVLAGRAD VATTENBASSAENG
JP2014144451A (en) Aerator outfitted with a hydraulic power generator
JP2005193140A (en) Method and apparatus for supplying oxygen into water
JPS63194721A (en) Agitating device for stored water
JP2001252681A (en) Device for controlling water level of oxidation ditch
KR100333245B1 (en) Process for production of Stratified flow and apparatus for making the same
KR20120134651A (en) An apparatus of water circulation using solar energy and multi-circulation flow
KR20120045571A (en) System to decrease residual ozone gas and to increase dissolved ozone in the water
CA1122727A (en) Waste water aeration tank
US11254595B2 (en) Microbubble aerator
JP3953127B2 (en) Aeration treatment equipment
JP2003088886A (en) Method and device for increasing dissolved oxygen
JPS6125439B2 (en)
JPH0314520B2 (en)
JPS641199B2 (en)
JPS638472Y2 (en)
JP4002459B2 (en) Sewage treatment reactor
KR20180111096A (en) Solar Surface Aerator with Acoustic Resonance Diffuser
JPH04193399A (en) Operating method of aeration stirrer of single tank type anaerobic and aerobic activated sludge method

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed

Owner name: SOLIN, AMI

Owner name: LAPPALAINEN, KALLE MATTI

Owner name: ORAVAINEN, REIJO MATTI