NO134488B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedgår en fremgangsmåte og apparat for restaurering av sjøer ved oxygen-anrikning av vannet i disse. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen å løse problemene i for-bindelse med luftbehandling av vann i sjøer, hvis dyp overstiger 8-10 m, uten samtidig å forstyrre vannets termiske lagdeling.

I sommerperioden deles vannet i slike sjøer i to lag, et øvre varmere lag, epilimnion, og et undre kaldere lag, hypolimnion. Grenseskiktet mellom epilimnion- og hypolimnion-lagene ligger på

en dybde av 8-10 m. Overflateskiktet har god kontakt med atmosfæren og kan derved ta opp en del oxygen. I dette øvre lag produserer planktonalger organiske substanser med oxygen som bi-produkt. Om næringsinnholdet i epilimnion av naturlige eller av mennesker forårsakede grunner er høyt, blir resultatet en høy prod-uksjon av organiske forbindelser. En stor del av dette synker ned i den kaldere hypolimnion, hvor bakterier bryter ned de organiske bestanddeler. Denne prosess muliggjøres kun imidlertid om det finnes oxygen i hypolimnion-vannet.

Hvis det er utilstrekkelig oxygen for at denne organiske ned-brytning skal finne sted, vil næringssalter diffundere ut i vannet fra sjøens bunnsediment, under sommerens stagnasjonsperiode. Under den følgende vårsirkulasjon vil disse næringssalter fordeles i hele vannmassen og blir derved tilgjengelig for en videre organisk prod-uksjon. Denne kontinuerlige produksjonsøkning av organiske bestanddeler gjør oxygenbalansen progressivt verre og verre, og sjøen har ingen mulighet for å stoppe denne utvikling uten ekstern hjelp.

En metode for å hjelpe sjøen ut av denne situasjon er å til-føre oxygenet til vannet. Oxygen skal tilføres det nedre, oxygen-forbrukende og oxygenfattige lag, hypolimnion. Det er derved viktig at hypolimnionvannet ikke blandes med det oxygenholdige overflate-vann, hvilket ville resultere i en total oxygenmangel i sjøen.

Ifølge en tidligere foretatt metode for oxygen-anrikning av en sjø transporteres hypolimnion-vannet opp til overflaten ved hjelp av en mammutpumpe, hvor det etter at det har vært i kontakt med atmosfæren og tatt opp en del oxygen, føres tilbake til det opprinnelige dyp.

Denne kjente metode har den ulempe at det kreves en meget voluminøs og uhåndterlig utrustning. Mammutpumpen må f.eks. i det minste være 10 m høy for å gå gjennom epilimnionskiktet.

En annen ulempe som er forbundet med denne metode, er at vannet bringes i kontakt med luften under atmosfæretrykk, hvilket medfører en relativt lav oxygenoppløselighet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse løses disse problemer ved at luftbehandlingen av vannet finner sted i selve hypolimnion, hvilket "betyr at oxygenet tilføres vannet under det herskende trykk i hypolimnion. Om f.eks. oxygenet tilføres vannet på et dyp av 2 0 m, er oxygenoppløseligheten i vannet ca. 3 ganger større enn ved overflaten. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen medfører ytterligere at en utrustning som er meget mindre enn de tidligere beskrevne mammutpumper, kan anvendes.

Oppfinnelsen angår følgelig en fremgangsmåte ved oxygenanrikning av vann i sjøer eller lignende som er tilstrekkelig dype til at vannet under sommerhalvåret oppdeles i to termiske skikt, et øvre, varmere skikt epilimnion, og et undse, koldere skikt hypolimnion, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at en gasspute dannet i hypolimnion opprettholdes av oxygenholdig gass, at oxygenholdig gass innføres i hypolimnion slik at en lokal strøm av vann og gass tilveiebringes ved mammutpumpevirkning, at den i vannet ikke oppløste gass skilles fra vannstrømmen ved at denne oppfanges av gassputen og av denne bringes til å fortsette i en nedadrettet bane, hvorefter det oxygenanrikede vann ledes ut i hypolimnion og oppfanget gass i gassputen kontinuerlig avtappes fra gassputen gjennom et rør til atmosfæren slik at vannets termiske lagdeling ikke forstyrres.

Fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen beskrives i detalj med henvisning til tegningene. Fig. 1 illustrerer den termiske lagdeling av vannet i en dyp sjø i sommerens stagnasjons - periode. Temperaturen i det øvre skikt, epilimnion, varierer fra ca. 20° C ved overflaten og til 4°C ved et dyp på IO rn, og det undre skikt et, hypolimnion, har en konstant temperatur fra lo meters nivå og nedover. Fig. 2 illustrerer skjematisk vannrestaureringsmetoden ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser et vertikalsnitt gjennom et vannluftningsaggregat ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser et hori-sontalsnitt tatt langs linjen IV-IV i fig. 3- Det vertikale snittet ifølge fig. 3 er tatt langs linjen III-III i fig. 4-

Ifølge den metode som er vist i fig. 2, innføres luft i hypolimnion gjennom rørledningen 10. Denne ledning avslutter ved den undre enden av et vertikalt anordnet rør 11, som er åpent i begge ender. Luften som strømmer ut i vannet fra ledningen 10, stiger opp i form av bobler gjennom røret 11 og danner derved en mammut - pumpe. Den øvre enden av røret 11 er dekket med et kuppellignende hus 12, hvis oppgave er å oppfange de oppstigende luftbobler. I husets 12 øvre del dannes derved en luftpute 13» hvis størrelse kontrolleres ved hjelp av en trykkfølsom strupeventil 14. Over-skuddsluft avtappes til atmosfæren gjennom ventilen 14 og en rør-ledning 15. Vannet oxygen-anrikes ved at det kommer i kontakt dels med de oppstigende luftbobler i røret 11 og dels med luftputen 13

i huset 12.

Denne nye fremgangsmåte innebærer at vannet strømmer inn i røret 11, stiger oppover med luftboblene, passerer luftputen 13 og forlater til slutt huset. Det er av betydning at luftboblene forhindres fra å forlate huset sammen med det utstrømmende vannet fordi fritt oppstigende luftbobler vil forårsake ikke ønskede opp-strømninger i vannet, hvilket vil forstyrre den termiske lagdeling i vannet.

Under henvisning til fig. 3 og 4 skal i det følgende et apparat for oxygen-anrikning av vann ifølge oppfinnelsen beskrives. Apparatet innbefatter et hus 21 som består av en øvre del 22, en mellomdel 23 og en underdel 24. Huset 21 er sirkelsymmetrisk, hvorved den øvre del 22 og mellomdelen 23 har hhv. formen av en kjegle og en avkortet kjegle. Underdelen 24 er sylindrisk og forsynt med tre radielle utløpsåpninger 25a-c. Underdelen 24 er videre forsynt med en bunn 26, i hvilken er anordnet et sentralt, sirkulært hull, gjennom hvilket oppgår en i huset aksielt rettet blandingskanal 27. Blandingskanalen 27 munner ut i sin nedre ende et stykke under husets bunn 26 og med sin øvre ende inne i huset 21, i høyde med dets mellomdel 23.

I blandingskanalens 27 nedre ende er anbrakt et ringformig gassmunnstykke 28 (se fig. 4) som via en slange 29 er forbundet med en trykkluftkilde (ikke vist).

Blandingskanalen 27 er festet i tre symmetrisk anordnede støtter 30a-c på husets 21 underdel 24 og ligger an mot tre likeledes symmetrisk plasserte styreanordninger 31a-c på husets 21 innside. Blandingskanalens 27 festning i støttene 30a-c muliggjør en viss aksiell forflytning av blandingskanalen 27 i forhold til huset 21. Dette oppnås ved at langsgående festejern 32a-c er festet på blandingskanalen 27 og forsynt med et antall hull gjennom hvilke blandingskanalen 27, ved hjelp av skrufeste, kan fikseres relativt i forhold til støttene 30a-c. Dette arrangement gjør det mulig å variere størrelsen av den ringformede spalte som dannes mellom blandingskanalens 27 øvre kant og den koniske innervegg i huset 21. Derved kan hastigheten av den nedadrettede vannstrøm i huset til-passes bl.a. til mengden av tilført luft og luftboblenes hastighet i vannet, slik at i det minste en større andel av luften forblir i huset.

Husets 21 øvre del 22 har form av en luftoppsamlende klokke

og er forsynt med et luftehull 33 som kommuniserer med atmosfæren via gassavtapningsrør 34 og en variabel strupeventil 35.

Til vannutløpsåpningene 25a-c i husets 21 nedre del 24 er anordnet vanndistribusjonskanaler 39a-c som er forsynt med luftoppsamlingskammere 36a-c. Disse består hver og en av en rørseksjon som er forsynt med en klokkelignende utvidelse på oversiden. Disse luftoppsamlingskammere 36a-c.kommuniserer med atmosfæren gjennom rør 37a-c, som er forsynt med strømningskontrollventilene 38a-c. Vanndistribusjonskanalene 39a-c kan bestå av tynnveggede plast-

rør, hvilket er fordelaktig på grunn av at de er billige, lette og letthåndterlige.

Apparatet innbefatter også en stabiliseringsanordning dels

i form av flytelegemer 40 og 41 som er forbundet med husets 21

øvre del 22 og dels i form av radielt rettede armer 42a-c på

huset 21, hvilke via linjene 43a-c er forbundet med forankrings-

blokken 44, som hviler på sjøbunnen.

Apparatet som er vist i fig. 3 og 4, innbefatter ytterligere en sikkerhetsanordning i form av ventilluker 45 i husets 21 øvre del 22. Disse er forbundet via linen 46 med en på sjøbunnen hvilende vekt 47.

Apparatet ifølge oppfinnelsen manøvreres enklest fra en båt, pram, flåte eller lignende på hvilken avluftningsventilene og trykk-luftskilden er plassert. Manøvreringsplattformen bør dessuten omfatte en heiseanordning med hvilken apparatet kan løftes opp eller senkes ned. Da manøvreringsplattformen ikke utgjør noen del av oppfinnelsen, er denne ikke vist på tegningene og ikke beskrevet i detalj.

Det ovenfor beskrevne apparat fungerer på følgende måte:

For oxygen-anrikning av vannet i en dyp sjø nedsenkes anord-ningen i vannets nedre temperaturskikt, hypolimnion, på et dyp som er større enn 8 - IO ro. Apparatets rette høydenivå erholdes ved at det nedsenkes slik at forankringsblokken 44 og vekten 47 hviler på sjøbunnen. Flytelegemene 40 og 41 er dimensjonert for å bære hovedvekten av apparatets vekt, bortsett fra forankringsblokken 44 og vekten 47, hvilket medfører at disse holder apparatet i en opp-rettet tilstand. Lengden av linene 43a-c og 46 er derved avpasset slik at rørets 47 nedre ende befinner seg 2 - 3 m over bunnen. Denne avstand bør ikke gjøres mindre, idet det oppstår en risiko for at bunnslammet suges opp.

Apparatet begynner å arbeide når munnstykket 28 via slangen 29 tilføres trykkluft fra trykkluftkilden. Luften som forlater munnstykket 28, stiger i form av bobler opp gjennom blandingskanalen 27-og drar på denne måte med seg det omliggende vann. På denne måte dannes en mammutpumpe som suger inn vann ved blandingskanalens 27 nedre ende og leverer det samme med en viss oppadrettet hastighet inn i huset 21 ved rørets øvre ende.

Når luftboblene forlater blandingskanalen 27, fortsetter de opp og samles til en luftpute øverst opp i husets 21 øvre del 22. Vannet tvinges av mottrykket fra luftputen til å snu om og strømme nedover

i huset 21 på blandingskanalens 27 utside samt videre ut gjennom ut-løpsåpningene 25a-c. Deretter passerer vannet gjennom luftoppsamlingskamrene 3 6a-c i hvilke eventuelle gjenværende luftbobler i vannet kan stige opp og samles i de klokkelignende utvidelser.Vannet ledes deretter ut til sjøens forskjellige deler gjennom vanndistribusjons--kanalene 393-0. Vannet har ved sin gjennomgang gjennom apparatet hatt kontakt med luft og derved tatt opp oxygen.

Den i husets 21 øvre del 22 oppsamlede oxygenfattige luft av-ledes suksessivt til atmosfæren gjennom utluftningsåpningen 33 og gassavtapningsrør 34. For at ikke røret 34 også skal fungere som en mammutpumpe, må strømningen gjennom denne rørledning begrenses. Dette oppnåes ved hjelp av strupeventilen 35- Denne innstilles slik at luftvolumet inne i huset blir så lite som mulig og at det holder seg i det vesentlige konstant. Dette er vesentlig fordi hvis mottrykket i røret 34 var for lite, skulle luften dra med seg vann og den termiske lagdeling i sjøen ville forstyrres. Skulle på den annen side mottrykket være for stort, vokser luftvolumet i huset 21 og kan bli så stort av vannsirkulasjonen delvis opphører, og delvis vil luftens løftekraft løfte hele apparatet opp mot overflaten .

Som en sikkerhet for at det sistnevnte tilfelle ikke skal inntreffe, vil ventillukene 45 i husets 21 øvre del 22 åpnes så fort vektens 47 hele tyngde påvirker linen 46. Når lukene 45 åpnes, slippes en stor luftmengde raskt ut av huset, hvorved løfte-kraften avtar og en oppstigning av apparatet unngåes.

I luftoppsamlingskamrene 36a-c skjer en sekundær oppsamling av luftbobler fra vannet, dvs. en fraskillelse av den luft som eventuelt gjenstår i vannet etter at det har passert huset 21. Da små luftbobler har en mindre stigehastighet i vann enn store luftbobler, ville det kreves en meget liten strømningshastighet gjennom huset 21 for å skille ut samtlige luftbobler. En slik lav strøm-ningshastighet medfører at apparatet får en meget lav kapasitet. Dette unngåes ved den anordnede sekundære avluftning. Strømnings-hastigheten gjennom huset 21 velges dog slik at kun de meget små luftbobler dras med nedover. Den i luftoppsamlingskamrene 36a-c derved oppsamlede luft utslippes suksessivt til atmosfæren gjennom avluftningsledningene 37a-c og ventilene 38a-c,

Ved den ovenfor beskrevne utførelsesform av oppfinnelsen anvendes strupeventiler for å regulere luftvolumenes størrelse i huset 21 og i luftoppsamlingskamrene 36a-c, hvilke ventiler er be-regnet for manuell innstilling slik at ønskede luftvolumer erholdes. Disse ventilfunksjoner kan naturligvis automatiseres, eksempelvis ved hjelp av flottører som registrerer vann-nivået inne i huset 21, hhv. kamrene 36a-c, og at disse flottører påvirker ventiler i av-luftningsrørledningene.

Ifølge en forenklet utførelsesform av oppfinnelsen kan apparatet utformes uten luftoppsamlingskammere i utløpsledningene. Istedet er strømningshastigheten i vannet blitt nedsatt ved en økning av den ringformede spalten gjennom det vertikale røret og husets innervegg, hvorved selv relativt små luftbobler forhindres fra å trekkes med i vannstrømmen.

Regulering av luftvolumets størrelse i huset 21 kan også automatiseres ved at et organ registrerer forholdet mellom hele apparatets vekt og den løftekraft som virker på apparatet i vannet og at dette styrer en ventil i avluftningsledningen 34- Denne ventil skal derved styres slik at den øker luftgjennomstrømningen i røret 34 når forholdet mellom vekten og løftekraften blir mindre enn en viss verdi, og redusere luftstrømmen når de nevnte forhold overstiger en annen høyere verdi.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved oxygenanrikning av vann i sjoer eller lignende som er tilstrekkelig dype til at vannet under sommerhalvåret oppdeles i to termiske skikt, et ovre, varmere skikt epilimnion, og et undre, koldere skikt hypolimnion, karakterisert ved at en gasspute dannet i hypolimnion opprettholdes av oxygenholdig gass, at oxygenholdig gass innfores i hypolimnion slik at en lokal strom av vann og gass tilveiebringes ved mammutpumpevirkning, at den i vannet ikke opploste gass skilles fra vannstrdmmen ved at denne oppfanges av gassputen og av denne bringes til å fortsette i en nedadrettet bane, hvorefter det oxygenanrikede vann ledes ut i hypolimnion og oppfanget gass i gassputen kontinuerlig avtappes fra gassputen gjennom et ror til atmosfæren slik at vannets termiske lagdeling ikke forstyrres.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at gassavtapningen til atmosfæren utfores slik at gassputens volum og trykk opprettholdes ved en på forhånd bestemt verdi.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at det oxygenanrikede vann bringes til å gjennomgå en sekundær gassadskillelse efter at vannstrommen har passert den nedadrettede bane.

4. Fremgangsmåte ifolge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den oxygenholdige gass er luft.

5. Apparat for oxygenanrikning av vann i sjder eller lignende ved fremgangsmåten ifolge krav 1-4, karakterisert ved at det omfatter en hovedsakelig vertikalt rettet og i hypolimnion plasert blandingskana1 (27), et i hypolimnion plasert gassmunnstykke (28) for innforing av oxygenholdig gass i blandingskanalens nedre ende og som tilveiebringer en oppadrettet gass-vann-stromning gjennom kanalen, og et klokkelignende hus (21) plasert i hypolimnion ovenfor blandingskanalens ovre ende for adskillelse og oppsamling av ikke-opplost gass i vannet, hvilket hus er utstyrt dels med utldpsåpninger (25a - c) for oxygenanriket vann plasert ved et lavere nivå enn blandingskanalens ovre ende og dels et gass-avtapningsror (34) for evakuering av oppsamlet gass fra huset til atmosfæren uten at vannets termiske lagdeling forstyrres.

6. Apparat ifolge krav 5, karakterisert ved en ventil (35) for kontroll av gassavtapningen fra huset slik at en gasspute av en på forhånd bestemt stdrrelse opprettholdes i huset.

7. Apparat ifolge krav 5 eller 6, karakterisert ved at der til husets vannutlopsåpninger (25a - c) er tilsluttet vanndistribusjonskanaler (39a - c) forsynt med luftoppsamlingskam-re (36a - c) for sekundær adskillelse av ikke-opplost gass i vannet, og ror (37a - c) med kontrollventiler (38a - c) for evakuering av gassen til atmosfæren.

8. Apparat ifolge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at huset utvider seg konisk nedover mot vannutlopsåpningene.

9. Apparat ifolge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at gassmunnstykket (28) er ringfor-met og orientert hovedsakelig vinkelrett mot blandingskanalens (27) geometriske lengdeakse.