WO2002062455A1 - Verfahren und vorrichtung zum einleiten eines gases in ein gewässer - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for introducing a gas into a body of water, the gas reaching a suction device, in particular a rotor, by means of a pipe, and the mass flow of the gas to be introduced being adjusted.
  • a large number of water aerators are known for aerating a body of water or a liquid, for example with air or with oxygen.
  • DE 43 30 207 A1 discloses a method and a device which serve for aerating and mixing liquids in a basin, in which the liquid flows into a stator from above. There the liquid is sucked down by a rotor and the air entering through an annular gap is introduced into the liquid in the form of bubbles. The air then flows back into the pool together with the liquid.
  • the Didier company uses a process in which highly compressed air is pressed into specially baked open-pore ceramics, based on the assumption that the air bubbles as they emerge from the pores of the ceramics are no larger than the pores of the ceramics themselves however, it is the case that immediately after the compressed air exits the pores of the ceramic, this highly compressed air expands, since the internal pressure of the air bubbles is considerably higher than the hydrostatic pressure of the liquid. Depending on the depth of the water, the previously tiny air bubbles can become as large as golf balls and then receive a strong buoyancy corresponding to the weight of the displaced liquid volume. However, in order for the introduced gas to be sufficiently absorbed by the liquid, it is crucial that the gas bubbles have sufficient time for intimate contact with the liquid. However, this is not the case if the gas rises to the water surface at a high rate. This basic deficiency suffers from all conventional methods which, by using a compressed gas, aim to rapidly absorb the gas from the liquid.
  • German published patent application DE 195 39 121 C1 in which a gas under atmospheric pressure is sucked in through a gas pipe protruding above the liquid surface by means of an air-conveying turbine set up under the liquid surface and rotatingly distributed in the liquid using pressure.
  • the speed of rotation of the turbine is adjusted so that the sucked-in air or the sucked-in oxygen is under a pressure which is just sufficient to prevent the liquid from entering the turbine from the outside and to allow the gas to be absorbed in the liquid ,
  • the gas bubbles released by the turbine to the liquid have an internal pressure which is equal to the hydrostatic pressure of the liquid surrounding them. Therefore, they float in the liquid or at most very slowly rise to the surface of the liquid, which means that there is sufficient time for the introduced gas to be absorbed by the liquid, for example up to the saturation concentration.
  • the invention has for its object to further develop such methods and devices for aerating a body of water.
  • the invention is achieved by a method for introducing a gas into a body of water, the gas coming into the vicinity of a suction device, in particular in the vicinity of a rotor, by means of a pipe, and the mass flow of the gas to be introduced being adjusted, the mass flow being adjusted to adjust the mass flow Tube is moved relative to the suction device, in particular relative to the rotor.
  • Any gas for example air, oxygen, exhaust gases, odorous substances, or gases to which the finest solids have been added can be used.
  • the opening area between the tube and the rotor is increased or decreased.
  • One end of the tube advantageously projects beyond the water surface, so that a supply of air from the atmosphere is ensured.
  • different operating states are set by the displacement of the tube relative to the rotor when a gas is introduced into a body of water. If the tube is moved very close to the rotor, the opening between the tube and the rotor is relatively small, so that only or for the most part only air is sucked in from the atmosphere above the water surface due to the suction effect of the rotor is pressed into the liquid. If the tube is now moved away from the rotor, the proportionate mass flow of air is reduced and the proportion of the suctioned liquid, for example from the water, increases accordingly.
  • the tube can be moved so far away from the rotor that the rotor no longer presses air directly into the liquid under pressure, but rather the air is drawn along by the flow velocity of the sucked-in liquid. Surprisingly, it was found that the gas can be introduced into the liquid without increasing the pressure.
  • the pressure of the gas during the introduction does not have to be equal to the hydrostatic pressure of the liquid, nor does it have to be above the hydrostatic pressure of the liquid, so that the gas is introduced under atmospheric pressure.
  • the introduction of the gas is, for example, also independent of the depth at which the gas is introduced into the liquid.
  • the mass flow is set optically, for example, the tube being moved manually or electrically in such a way that an optimal operating state is established.
  • the mass flow is set according to measured values, which are detected in the immediate area of the rotor by means of sensors. It is also possible to determine the optimum operating point by means of acoustic measurements, so that the optimum operating point can also be found as a result.
  • a preferred method variant provides that the gas supplied at the gas / liquid interface has the same or a slightly higher pressure than the hydrostatic pressure prevailing there.
  • the gas bubbles of the gas released into the liquid preferably have an internal pressure from the beginning which corresponds to that of the hydrostatic pressure of the liquid or is only slightly above the hydrostatic pressure of the liquid, so that the gas bubbles predominantly float in the liquid or only very slowly rise to the surface of the liquid.
  • the gas bubbles have sufficient time to be almost completely absorbed by the liquid, so that intensive ventilation of the liquid is ensured.
  • a particularly preferred process variant provides that the gas supplied at the gas / liquid interface has a lower pressure than the hydrostatic pressure of the liquid prevailing there.
  • This variant of the method allows the gas bubbles of the gas to be introduced to remain in the liquid for as long as possible without striving directly to the surface of the liquid. This gives the gas bubbles of the introduced gas a significantly longer period of time for absorption by the liquid, which further optimizes, for example, the aeration of a body of water.
  • the gas at the gas / liquid interface has such a low buoyancy that the gas is absorbed, for example, up to the saturation concentration of the liquid.
  • the low buoyancy also plays no further role in the depth at which the gas is introduced. Even at low depths, the introduced gas remains in the liquid long enough to be sufficiently absorbed by the liquid.
  • the introduced gas now remains in the shallow water for a sufficiently long time and enables a sufficiently intimate contact between the introduced gas and the water.
  • the transfer rate of the gas introduced to the liquid depends to a large extent on the depth of water or pool. The deeper below the water surface the formation of the gas bubbles takes place, the longer the distance that the ascending gas bubble has to travel to the water surface and the better the chances of absorbing as large a quantity of the introduced gas in the liquid as possible.
  • the introduction depth can largely be disregarded in these methods, since the residence time of the gas introduced is considerably longer even in shallow water depths than in known aeration methods. In this way, the liquid can be enriched with a certain gas in a much shorter time.
  • solid particles that bind gases to be filtered out can also be introduced into a liquid. These gases to be filtered out are then absorbed by the liquid, since, for example, the liquid has a higher affinity for the gas to be filtered out than for the solid particles, so that the cleaned solid particles, after they have sunk to the bottom, are cleaned of the gas and by a suitable device then can be easily removed from the liquid.
  • the efficiency depends to a large extent on the contact time of the two material components.
  • the contaminated gas must remain in the liquid for a sufficiently long time.
  • the stated object is also achieved by a method for introducing a gas into a body of water, the gas reaching a suction device of the device, in particular in the vicinity of a rotor of the device, by means of a device with a pipe, and the mass flow of the gas to be introduced is set until the gas supplied at the gas / liquid interface has a lower pressure than the hydrostatic pressure prevailing there.
  • the device is brought to a certain depth in the manner of an elevator, in which the hydrostatic pressure conditions act on the device in such a way that the rotor does not directly press a gas into the liquid, but merely conveys liquid and, for example, air from the pipe tears, which is introduced into the liquid under atmospheric pressure and thus has a lower internal pressure than the hydrostatic pressure of the liquid in this area.
  • the method according to the invention is particularly well suited for this purpose particularly in waters with greater depths, since a large number of operating points can be set because of the hydrostatic pressure differences.
  • the device is lowered on a rope relative to the surface of the water until the optimum operating point is reached when the gas is introduced.
  • the device can move on a permanently installed guide device, which is fastened, for example, on the bottom of the water.
  • the device together with the guide device can be located completely below the surface of the water, so that the landscape is not or only slightly impaired by a technical device.
  • a device for introducing a gas into a body of water with a pipe being displaceable relative to a suction device, in particular relative to a rotor, and the pipe being arranged in the vicinity of the suction device, in particular the rotor ,
  • the longitudinal axis of the tube is preferably identical to the longitudinal axis of the rotor. Because the tube is displaceably arranged on the common longitudinal axis, the mass flow of the gas to be introduced and the mass flow of the liquid can advantageously be metered.
  • the tube is, for example, mounted horizontally in the longitudinal direction above the rotor, so that one end of the tube is arranged centrally above the rotor. The gas to be introduced is now fed vertically to the rotor.
  • the gas to be introduced to be supplied to the rotor with a line arranged horizontally relative to the rotor.
  • the tube has, for example, a large number of bores on its circumference, through which the gas to be introduced is guided in the vicinity of the rotor. If one application requires it, for example if the rotor has several If gases are to be supplied at the same time, a plurality of pipes can also be arranged displaceably in the vicinity of the rotor.
  • the gas supply pipe can also be brought to the rotor from any side and at any angle.
  • a pivoting movement of the tube towards or away from the rotor is also possible.
  • the rotor speed no longer needs to be paid attention, so that the operation of the device is insensitive to speed fluctuations, for example.
  • a gas supply can also be ensured via further technical devices, such as a gas bottle. It is also possible to mix different gases in the tube by means of different gas supply lines or to supply the different gases to the rotor through several tubes. It is advantageous if the tubes are arranged in the vicinity of the rotor and are arranged individually or continuously in relation to the rotor so as to be displaceable.
  • a preferred embodiment of the device for introducing a gas into a body of water provides that the device has a floating body.
  • This float enables the device to remain floating in the liquid.
  • the device is independent of a possibly fluctuating liquid level, which is caused, for example, by Tides, evaporation from sunlight or heavy rainfall.
  • the device according to the invention is arranged in a basin, the liquid level of which is subject to very strong fluctuations, so that a floating device has the advantage that the tube is always above the liquid surface with one end and the distance between the tube and the rotor once set remains constant ,
  • the rotor has an axial radiator.
  • the air supply pipe is arranged vertically above the axial radiator, which means that a technically simple and therefore inexpensive device is realized.
  • any other suction device can also be used which causes an increase in the velocity of the mass flow in the tube.
  • a particularly preferred embodiment provides that the tube has a preferably stepless adjusting device.
  • the required operating point of the device can be set very precisely, so that excessive distances in the operating states can be avoided by predetermined steps.
  • the stepless adjustment device is carried out manually, for example, but extensive experience of the operating personnel is required.
  • the infinitely variable setting is carried out via an automatic setting device, the setting being carried out automatically, for example, based on optical or acoustic measured values.
  • optimum setting of the device can be used by means of the automatic setting device, so that the optimum operating state is set at all times.
  • the device is arranged outside the water. It is indisputable that maintenance, for example of the engine, is made considerably easier.
  • the device in particular the motor, is also better protected against corrosion, which is particularly advantageous in the case of saline liquids.
  • Another advantage of a land-side arrangement of the device is that electrical lines are not arranged directly in the area of the liquid, which significantly increases the operational safety of the device, since the risk of electric shock is greatly reduced.
  • the corresponding liquid for example from a body of water or a water tank, is removed, for example, via a hose or line system and fed to the device.
  • the liquid is now enriched with the corresponding gas.
  • the liquid prepared in this way is then returned to the water or the container via a hose or line system.
  • the hose or line system can be made of rigid and / or flexible material of different consistency.
  • the tube consists of glass, a thermoplastic or a flexible hose material. It is advantageous if the device, preferably the pipe, is equipped with a device for controlling the sucked-in mass flow. A device is particularly advantageous which contains a device for controlling the amount of air sucked in, which permits a continuous reduction or increase in the mass flow sucked in.
  • the intake of the mass flow can be controlled in different ways. It can be carried out, for example, in that the tube is provided with a device which enables a narrowing or an expansion of the diameter of the tube.
  • a pinhole or a throttle valve is suitable for continuously adjusting the diameter of the tube and thus for the mass flow; to regulate the air or oxygen entering the pipe:
  • the tube consists of a flexible hose material.
  • the diameter of the tube is varied by an external pressure acting on the tube.
  • the external pressure can be generated either by a compressed gas or by a clamping device.
  • an automatic control device preferably arranged in the tube, be used to set an air pressure which is preferably below atmospheric pressure. This is particularly advantageous if the gas to be introduced is only to be introduced into a liquid at a shallow depth.
  • the object is also achieved by a device for introducing a gas into a body of water with a pipe, the pipe being arranged at a fixed distance from a suction device, in particular from a rotor, and the distance between the pipe and the rotor being chosen in this way is that at the gas / liquid interface the supplied Gas has a lower pressure than the hydrostatic pressure prevailing there.
  • the gas preferably air
  • the liquid for example in water, under atmospheric pressure, so that the air has a lower pressure than the liquid and can therefore remain in the water longer, since the air does not have such a strong buoyancy such as air in conventional devices in which it was introduced into the water under pressure.
  • the methods described above and the devices described above are particularly suitable for aeration of oxygen-poor water or waste water, so that their biological regeneration can be accelerated or improved considerably.
  • FIG. 1 shows a first operating state of a device for introducing a gas on a solid surface in a body of water in a lateral schematic representation
  • FIG. 2 shows a further operating state of a device for introducing a gas onto a solid surface in a body of water in a lateral schematic representation
  • 3 shows a first operating state of a device for introducing a gas floating in a body of water in a lateral schematic representation
  • FIG. 5 schematically shows a top view of a particularly preferred suction rotor
  • Figure 1 shows in principle a device 1 for introducing a gas into a body of water.
  • the device 1 with a concrete base 2 stands on a base 3.
  • the concrete base 2 gives the device 1 a firm stand on the base 3.
  • the device 1 has a tube 4, an adjusting device 5 with a guide device 6, a suction rotor 7 as well as a submersible motor 8.
  • An inlet cone 9 for the gas supply is arranged in the area of the suction rotor 7.
  • the upper end of the tube 4 projects beyond the surface of the liquid. There is also liquid in the tube 4 up to the water surface.
  • the rotational movement of the suction rotor 7 creates a suction at the lower end of the tube 4, whereby the liquid in the tube 4 is sucked out.
  • the movement of the rotor 7 displaces the liquid downward, which is indicated schematically by the arrows 12.
  • the operating state of the device 1 set here is at a very small distance from the tube 4 to the suction rotor 7 in the region 13.
  • the pipe 4 is brought so close to the suction rotor 7 that the device 1 in this operating setting only conveys gas which is supplied through the pipe 4.
  • FIG. 2 also shows the device 1, but the device 1 is in a different operating state.
  • the tube 4 is at a substantially further distance from the suction rotor 7 in the region 13.
  • the suction pipe 4 is adjusted via the adjusting device 5, which is only adjusted in the direction away from the suction rotor 7. The distance is chosen such that the suction effect of the suction rotor 7 is sufficient to suck the liquid out of the suction pipe 4.
  • the liquid drawn in from above by the suction rotor 7 has such a high kinetic energy that it entrains the gas from the pipe 4 and in the area of the suction rotor 7 and in the area behind the suction rotor 7 mixed with the liquid.
  • the gas which is supplied through the pipe 4 to the liquid in the area 13, is not compressed. Rather, the gas continues to have atmospheric pressure. This advantageously leads to the fact that the air bubbles created by the rotation of the suction rotor 7 of the introduced air have the same pressure as the liquid itself.
  • FIGS. 3 and 4 show a further exemplary embodiment of a device 16 for introducing a gas into a body of water.
  • the device 16 comprises a submersible motor 17 which drives a suction rotor 18.
  • a floating device 21 with a guide device 20 is arranged on the suction rotor 18.
  • the floating device 21 comprises a tube 22, the upper end 23 of which projects above the water surface 24.
  • the suction rotor 18 is brought so close to the suction pipe 22 in the region 25 that, due to the centrifugal forces of the suction rotor 18, no water is sucked in laterally through the suction rotor 18. In this operating state, only air is introduced into the water from the pipe 22.
  • the suction rotor 18 presses the air to be introduced into the water in the direction of the arrows 26. It is advantageous in this embodiment that the device 16 by means of the floating device 21 on the surface 24 of the Water floats and is therefore independent of the respective water level.
  • FIG. 4 shows the device 16 in a different operating state.
  • the suction rotor 18 is further away from the tube 22.
  • the distance between the suction rotor 18 and the pipe 22 has increased significantly.
  • the suction rotor 18 primarily conveys the water from the water, the kinetic energy of the water flowing in in the direction of the arrow 27 entraining the air from the tube 22.
  • the air introduced in this way mixes with the water in the area of the suction rotor 18 and in the area behind the suction rotor 18 and is distributed into the water.
  • Figure 5 shows a suction rotor 28 in a plan view.
  • the gas to be introduced is conveyed from above through a pipe 30 in a region 29.
  • the suction rotor 28 rotates about its longitudinal axis in the direction of the arrow 31.
  • the gas which is conveyed in this way is conveyed in the direction of the arrow 32 to the liquid through a plurality of suction rotor channels 33.
  • the gas passes into the liquid phase at the gas / liquid interface in the form of fine gas bubbles.
  • FIG. 6 shows an additional cover of the rotor 7 in the form of a fixed annular cover plate or cover plate 7a, which is arranged coaxially to the rotor and is fastened on the suction side, in particular on the upper side of the rotor, at a short distance from the rotor.
  • This favors the water supply to the rotor, ie the water flow does not get there to the sides of the rotor blades, but is safely guided into the inner suction space of the rotor. Water flow and air supply are favored.

Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer weiterzuentwickeln, schlägt die Erfindung vor, daß das Gas mittels eines Rohres in die Nähe einer Saugeinrichtung gelangt, insbesondere in die Nähe eines Rotors, und der Massenstrom des einzuleitenden Gases einstellbar ist, wobei zur Einstellung des Massenstroms das Rohr relativ zu der Saugeinrichtung, insbesondere relativ zu dem Rotor bewegt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer, wobei das Gas mittels eines Rohres in die Nähe einer Saugeinrichtung gelangt, insbesondere in die Nähe eines Rotors, und der Massenstrom des einzuleitenden Gases eingestellt wird.
Um ein Gewässer bzw. eine Flüssigkeit beispielsweise mit Luft bzw. mit Sauerstoff zu belüften, sind eine Vielzahl von Wasserbelüftern bekannt.
Beispielsweise sind aus der Offenlegungsschrift DE 43 30 207 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, welche zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeiten in einem Becken dienen, bei dem die Flüssigkeit von oben in einen Stator einfließt. Dort wird die Flüssigkeit durch einen Rotor nach unten gesaugt und die durch einen ringförmigen Spalt eintretende Luft in Bläschenform in die Flüssigkeit eingebracht. Die Luft strömt dann zusammen mit der Flüssigkeit in das Becken zurück.
Solche Belüftungsverfahren sind jedoch nur dann effektiv einzusetzen, wenn beispielsweise wenigstens zwei Grundvoraussetzungen erfüllt sind. Zum einen muß gewährleistet sein, daß eine für die biologische Aktivität optimale Sauerstoff-Konzentration erreicht wird, und zum anderen muß sichergestellt sein, daß die flüssige Phase gleichmäßig durchmischt wird, und somit eine möglichst vollständige Sauerstoffaufnahme aus dem eingeleiteten Gas erreicht wird.
Ein entscheidender Mangel der bisherigen Belüftungsverfahren ist darin zu sehen, daß man zur Erreichung einer schnellen und einer hohen Gassättigung möglichst große Mengen stark komprimierten Gases in die Flüssigkeit einleitet.
Obwohl schon vielfältige Maßnahmen vorgeschlagen wurden, um aus dem komprimierten Gas möglichst feine Bläschen zu bilden, die durch ihre größere Oberfläche die Absorption des Gases in der Flüssigkeit erhöhen sollen, kann die geringe Wirksamkeit dieser Maßnahmen sofort daran erkannt werden, daß das eingeleitete Gas zum Großteil in Form von Luftblasen schnell wieder an die Oberfläche der Flüssigkeit steigt. Die weitaus überwiegende Menge des mit erheblichem Energieaufwand in die Flüssigkeit hineingedrückten Gases kommt also überhaupt nicht zur Wirkung, sondern verläßt die Flüssigkeit wieder, ohne in ausreichender Weise absorbiert worden zu sein.
Beispielsweise verwendet die Firma Didier ein Verfahren, bei dem hoch komprimierte Luft in eigens dafür gebackene offenporige Keramiken hineingepreßt wird, wobei sie von der Annahme ausgeht, die Luftbläschen bei ihrem Austritt aus den Poren der Keramiken nicht größer sind als die Poren der Keramiken selbst. Dabei ist es jedoch so, daß direkt nach dem Austritt der komprimierten Luft aus den Poren der Keramik sich diese hoch komprimierte Luft ausdehnt, da der innere Druck der Luftbläschen wesentlich höher ist als der hydrostatische Druck der Flüssigkeit. Je nach Wassertiefe können dabei die zuvor winzigen Luftbläschen so groß wie Golfbälle werden und erhalten dann einen dem Gewicht des verdrängten Flüssigkeitsvolumens entsprechenden starken Auftrieb. Damit jedoch das eingeleitete Gas von der Flüssigkeit ausreichend absorbiert werden kann, ist es ausschlaggebend, daß die Gasbläschen ausreichend Zeit für einen innigen Kontakt mit der Flüssigkeit haben. Dies ist jedoch nicht gegeben, wenn das Gas mit einer hohen Geschwindigkeit zur Wasseroberfläche aufsteigt. An diesem grundsätzlichen Mangel leiden alle konventionellen Verfahren, die durch die Anwendung eines komprimierten Gases eine rasche Absorption des Gases von der Flüssigkeit anstreben.
Beispielsweise ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 39 121 C1 bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in eine Flüssigkeit bekannt, bei dem ein unter Atmosphärendruck stehendes Gas durch ein über die Flüssigkeitsoberfläche hinausragendes Gasrohr mittels einer unter der Flüssigkeitsoberfläche aufgestellten, luftfördernden Turbine angesaugt und unter Anwendung eines Druckes rotierend in der Flüssigkeit verteilt wird.
Deshalb wird hierbei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Turbine so eingestellt, daß die angesaugte Luft oder der angesaugte Sauerstoff unter einem Druck steht, welcher gerade ausreicht, um das Eindringen der Flüssigkeit von außen in die Turbine zu verhindern und um eine Absorption des Gases in der Flüssigkeit zu ermöglichen. Hierbei haben die von der Turbine an die Flüssigkeit abgegebenen Gasbläschen von Anfang an einen Innendruck, welcher gleich dem hydrostatischen Druck der sie umgebenden Flüssigkeit ist. Deshalb schweben sie in der Flüssigkeit oder steigen allenfalls ganz langsam an die Flüssigkeitsoberfläche auf, wodurch genügend Zeit für eine Absorption des eingeleiteten Gases, beispielsweise bis zur Sättigungskonzentration, durch die Flüssigkeit besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Verfahren und Vorrichtungen zur Belüftung eines Gewässers weiterzuentwickeln.
Die Erfindung wird durch ein Verfahren zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer gelöst, wobei das Gas mittels eines Rohres in die Nähe einer Saugeinrichtung gelangt, insbesondere in die Nähe eines Rotors, und der Massenstrom des einzuleitenden Gases eingestellt wird, wobei zur Einstellung des Massenstroms das Rohr relativ zu der Saugeinrichtung, insbesondere relativ zu dem Rotor, bewegt wird. Hierbei kann jedes beliebige Gas, beispielsweise Luft, Sauerstoff, Abgase, Geruchsstoffe, oder Gase, denen feinste Festkörperchen zugesetzt wurden, zur Anwendung kommen.
Durch das Verlagern des Rohres relativ zu dem Rotor vergrößert bzw. verkleinert sich der Öffnungsbereich zwischen dem Rohr und dem Rotor. Hierbei ragt vorteilhafterweise das Rohr mit einem Ende über die Wasseroberfläche hinaus, so daß eine Zufuhr von Luft aus der Atmosphäre gewährleistet ist.
Außerdem werden durch die Verlagerung des Rohres relativ zu dem Rotor beim Einleiten eines Gases in ein Gewässer unterschiedliche Betriebszustände eingestellt. Ist hierbei das Rohr sehr nahe an den Rotor heranbewegt, ist die Ausdehnung der Öffnung zwischen dem Rohr und dem Rotor relativ gering, so daß durch die Saugwirkung des Rotors ausschließlich bzw. zum größten Teil nur Luft aus der über der Wasseroberfläche befindlichen Atmosphäre angesaugt wird und dabei in die Flüssigkeit gedrückt wird. Wird nun das Rohr von dem Rotor wegbewegt, verringert sich der anteilige Massenstrom von Luft und der Anteil der angesaugten Flüssigkeit, beispielsweise aus dem Gewässer, erhöht sich dementsprechend.
Hierbei kann das Rohr derart weit von dem Rotor weg bewegt werden, so daß der Rotor nicht mehr direkt Luft unter Druck in die Flüssigkeit hineinpreßt, sondern vielmehr die Luft durch die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Flüssigkeit mitgezogen wird. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß das Gas hierbei ohne Druckerhöhung in die Flüssigkeit eingeleitet werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, daß der Druck des Gases bei der Einleitung weder gleich dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit sein muß, noch über dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit liegen muß, so daß die Gaseinleitung unter Atmosphärendruck stattfindet. Hierbei ist die Einleitung des Gases beispielsweise auch unabhängig von der Tiefe, in der das Gas in die Flüssigkeit eingeleitet wird. Die Einstellung des Massenstroms erfolgt hierbei beispielsweise optisch, wobei das Rohr manuell oder elektrisch derart verfahren wird, daß sich ein optimaler Betriebszustand einstellt. Beispielsweise wird der Massenstrom nach Meßwerten eingestellt, welche im unmittelbaren Bereich des Rotors mittels Sensoren erfaßt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den optimalen Betriebspunkt durch akustische Messungen festzulegen, so daß hierdurch ebenfalls der optimale Betriebspunkt gefunden werden kann.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, daß an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit das zugeführte Gas einen gleichen oder einen geringfügig höheren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck. Hierbei haben die in die Flüssigkeit abgegebenen Gasbläschen des Gases vorzugsweise von Anfang an einen Innendruck, der dem des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeit entspricht oder nur geringfügig über dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit liegt, so daß die Gasbläschen überwiegend in der Flüssigkeit schweben bzw. nur sehr langsam an die Flüssigkeitsoberfläche aufsteigen. Hierdurch haben die Gasbläschen genügend Zeit, von der Flüssigkeit nahezu komplett absorbiert zu werden, so daß eine intensive Belüftung der Flüssigkeit sichergestellt wird.
Eine besonders bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, daß an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit das zugeführte Gas einen geringeren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck der Flüssigkeit. Diese Verfahrensvariante erlaubt den Gasbläschen des einzuleitenden Gases eine höchstmögliche Verweildauer in der Flüssigkeit, ohne unmittelbar an die Flüssigkeitsoberfläche zu streben. Hierdurch erhalten die Gasbläschen des eingeleiteten Gases einen wesentlich längeren Zeitraum für die Absorption durch die Flüssigkeit, wodurch beispielsweise die Belüftung eines Gewässers weiter optimiert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gas an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit einen so geringen Auftrieb hat, daß das Gas durch Absorption beispielsweise bis an die Sättigungskonzentration der Flüssigkeit aufgenommen wird. Durch den geringen Auftrieb spielt auch die Tiefe, in der das Gas eingeleitet wird, keine weitere Rolle mehr. Selbst bei niedrigen Tiefen verweilt das eingeleitete Gas lange genug in der Flüssigkeit, um von der Flüssigkeit ausreichend absorbiert zu werden.
Dies ist besonders vorteilhaft bei Gewässern, bei denen wegen einer geringen Tiefe herkömmliche Verfahren nur eine unzureichende Verweildauer des Gases ermöglichen. Erfindungsgemäß verweilt das eingeleitete Gas nun ausreichend lange in dem flachen Gewässer und ermöglicht einen ausreichend innigen Kontakt zwischen dem eingeleiteten Gas und dem Gewässer.
Bei konventionellen Belüftungsverfahren von Flüssigkeiten hängt die erreichte Übertragungsleistung des eingeleiteten Gases auf die Flüssigkeit im hohen Maße von der Gewässer- oder Beckentiefe ab. Je tiefer unter der Wasseroberfläche die Bildung der Gasbläschen erfolgt, desto länger ist die Wegstrecke, die das aufsteigende Gasbläschen bis zur Wasseroberfläche zurückzulegen hat und desto bessere Aussichten bestehen, möglichst große Mengen des eingeleiteten Gases in der Flüssigkeit zu absorbieren.
Da auch diese Überlegungen dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegen, ist es besonders vorteilhaft, daß die Einleitungstiefe bei diesen Verfahren weitestgehend unberücksichtigt bleiben kann, da die Verweildauer des eingeleiteten Gases auch in geringen Gewässertiefen wesentlich höher ist als bei bekannten Belüftungsverfahren. So kann die Flüssigkeit in wesentlich kürzerer Zeit mit einem bestimmten Gas angereichert werden.
Dies kann im Speziellen dort von hoher Bedeutung sein, wo der Faktor Zeit eine wesentliche Indikationsgröße darstellt. Dies trifft beispielsweise bei Laborversuchen zu, bei denen mehrere Testreihen hintereinander gefahren werden müssen. Können hierbei die einzelnen Intervalle der Testreihen verkürzt werden, liegen nicht nur die Ergebnisse früher vor, sondern die Kosten einer solchen Testreihe verringern sich ebenfalls, da das Personal weniger lange gebunden ist. Auch die Belegzeiten für entsprechende Forschungseinrichtungen können sich dadurch wesentlich verringern. Es versteht sich, daß mit diesem Verfahren nicht nur atmosphärische Luft, sondern beispielsweise auch reiner Sauerstoff, Abgase oder sonstige Gase in eine Flüssigkeit eingeleitet werden können. Beispielsweise werden Abgase in eine entsprechende Flüssigkeit eingeleitet, wobei die Flüssigkeit bestimmte Gasbestandteile absorbiert, und hierdurch die Abgase gereinigt werden. Mit dem Verfahren ist ebenfalls ein Ausfiltern von Geruchsstoffen möglich. Beispielsweise lassen sich aber auch Festkörperpartikel in eine Flüssigkeit einleiten, die herauszufilternde Gase an sich binden. Diese auszufilternden Gase werden dann von der Flüssigkeit absorbiert, da beispielsweise die Flüssigkeit eine höhere Affinität zu dem herauszufilternden Gas hat als zu den Festkörperpartikeln, so daß die gereinigten Festkörperpartikel, nachdem sie zu Boden gesunken sind, von dem Gas gereinigt sind und durch eine entsprechende Einrichtung dann leicht von der Flüssigkeit entfernt werden können.
Auch bei den genannten Einsatzbeispielen hängt der Wirkungsgrad in einem hohen Maße von der Kontaktdauer der beiden Stoffkomponenten ab. Das kontaminierte Gas muß ausreichend lange in der Flüssigkeit verweilen.
Die genannte Aufgabe wird ferner gelöst von einem Verfahren zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer, wobei das Gas mittels einer Vorrichtung mit einem Rohr in die Nähe einer Saugeinrichtung der Vorrichtung gelangt, insbesondere in die Nähe eines Rotors der Vorrichtung, und der Massenstrom des einzuleitenden Gases eingestellt wird, bis an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit das zugeführte Gas einen geringeren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck. Beispielsweise wird die Vorrichtung nach Art eines Fahrstuhls in eine bestimmte Tiefe gebracht, in der die hydrostatischen Druckverhältnisse derart auf die Vorrichtung einwirken, so daß der Rotor nicht unmittelbar ein Gas in die Flüssigkeit drückt, sondern lediglich Flüssigkeit fördert und dabei beispielsweise Luft aus dem Rohr mit sich reißt, wobei diese hierbei unter Atmosphärendruck in die Flüssigkeit eingeleitet wird und somit einen geringeren Innendruck aufweist als der hydrostatische Druck der Flüssigkeit in diesem Bereich. Besonders in Gewässern mit größeren Tiefen ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu besonders gut geeignet, da wegen der hydrostatischen Druckunterschiede eine Vielzahl von Betriebspunkten eingestellt werden können. Hierbei wird beispielsweise die Vorrichtung an einem Seil relativ zu der Gewässeroberfläche hinabgelassen, bis sich der optimale Betriebspunkt beim Einleiten des Gases einstellt.
Es ist auch möglich, die Vorrichtung an einer fest installierten Führungseinrichtung, welche beispielsweise auf dem Grund des Gewässers befestigt ist, zu bewegen. Hierbei kann sich die Vorrichtung mitsamt der Führungseinrichtung vollständig unter der Gewässeroberfläche befinden, so daß das Landschaftsbild gar nicht oder nur geringfügig durch eine technische Einrichtung beeinträchtigt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer entwickelt, wobei ein Rohr relativ zu einer Saugeinrichtung, insbesondere relativ zu einem Rotor, verlagerbar angeordnet ist, und das Rohr in der Nähe der Saugeinrichtung, insbesondere des Rotors, angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Längsachse des Rohres mit der Längsachse des Rotors identisch. Dadurch, daß das Rohr zu dem Rotor auf der gemeinsamen Längsachse verlagerbar angeordnet ist, ist vorteilhafterweise der Massenstrom des einzuleitenden Gases sowie der Massenstrom der Flüssigkeit dosierbar. Hierbei ist das Rohr beispielsweise horizontal in Längsrichtung über dem Rotor angebracht, so daß ein Rohrende zentrisch über dem Rotor angeordnet ist. Das einzuleitende Gas wird dem Rotor nun senkrecht zugeführt.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß das einzuleitende Gas dem Rotor mit einer relativ zum Rotor waagerecht angeordneten Leitung zugeführt wird. Hierbei weist das Rohr beispielsweise auf seinem Umfang eine Vielzahl von Bohrungen auf, durch die das einzuleitende Gas in die Nähe des Rotors geleitet wird. Falls es ein Anwendungsfall erfordert, beispielsweise, wenn dem Rotor mehrere Gase gleichzeitig zugeführt werden sollen, können auch mehrere Rohre verlagerbar in der Nähe des Rotors angeordnet sein.
Je nach Anwendungsfall kann das gaszuleitende Rohr auch von jeder beliebigen Seite und in jedem beliebigen Winkel an den Rotor herangeführt werden. Insbesondere ist auch eine Schwenkbewegung des Rohres zu dem Rotor hin oder weg möglich.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Rotordrehzahl keine Aufmerksamkeit mehr zugewendet werden muß, so daß der Betrieb der Vorrichtung beispielsweise unempfindlich gegenüber Drehzahlschwankungen ist.
Um sicherzustellen, daß mit dem Rohr dem Rotor ein Gas, insbesondere Luft, in ausreichendem Maße zur Verfügung gestellt wird, ist es vorteilhaft, wenn ein Ende des Rohres über die Gewässeroberfläche hinausragt. Hierdurch ist gesichert, daß sich in dem Rohr immer genügend Luft mit Atmosphärendruck befindet, welche beispielsweise dem Rotor im stationären Betrieb der Vorrichtung zugeführt wird.
Es versteht sich, daß eine Gaszufuhr ebenfalls über weitere technische Einrichtungen, wie beispielsweise eine Gasflasche, sichergestellt werden kann. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, verschiedene Gase in dem Rohr durch unterschiedliche Gaszuführungsleitungen zu vermischen bzw. die unterschiedlichen Gase durch mehrere Rohre dem Rotor zuzuführen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Rohre in der Nähe des Rotors angeordnet sind und einzeln oder zusammenhängend relativ verlagerbar zu dem Rotor angeordnet sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer sieht vor, daß die Vorrichtung einen Schwimmkörper aufweist. Dieser Schwimmkörper ermöglicht es der Vorrichtung, freischwebend in der Flüssigkeit zu verweilen. Hierbei ist die Vorrichtung von einem eventuell schwankenden Flüssigkeitsstand unabhängig, welcher beispielsweise durch Gezeiten, Verdunstung durch Sonneneinstrahlung oder starke Niederschläge, hervorgerufen wird. Beispielsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Bassin angeordnet, dessen Flüssigkeitsstand sehr starken Schwankungen unterliegt, so daß eine schwebende Vorrichtung den Vorteil bietet, daß das Rohr mit einem Ende immer über der Flüssigkeitsoberfläche ist und der einmal eingestellte Abstand zwischen dem Rohr und dem Rotor konstant bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn der Rotor einen Axialradiator aufweist. Beispielsweise ist das luftzuführende Rohr senkrecht über dem Axialradiator angeordnet, wodurch eine technisch einfache und somit kostengünstige Vorrichtung realisiert ist. Je nach Anwendungsfall kann es aber auch erforderlich und/oder vorteilhaft sein, einen Radialradiator zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer vorzusehen. Beispielsweise wenn ein Gas aus einem Behälter eingeleitet werden soll, der seitlich von der Vorrichtung angeordnet ist.
Es ist an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich darauf hingewiesen, daß anstelle des Rotors eines Axialradiators bzw. eines Radialradiators auch jede andere Saugeinrichtung benutzt werden kann, welche in dem Rohr eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Massenstroms verursacht.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß das Rohr eine vorzugsweise stufenlose EinStelleinrichtung aufweist. Hierdurch läßt sich der erforderliche Betriebspunkt der Vorrichtung sehr genau einstellen, so daß eventuell zu große Abstände in den Betriebszuständen durch vorgegebene Stufen vermieden werden. Die stufenlose EinStelleinrichtung wird hierbei beispielsweise manuell durchgeführt, wobei jedoch eine weitreichende Erfahrung des Bedienpersonals erforderlich ist.
Vorteilhafter ist es, wenn die stufenlose Einstellung über eine automatische Einsteileinrichtung vorgenommen wird, wobei die Einstellung beispielsweise nach optischen bzw. akustischen Meßwerten automatisch vorgenommen wird. Je nach Anwendungsfall können aber auch sonstige Analysemethoden zur optimalen Einstellung der Vorrichtung mittels der automatischen EinStelleinrichtung genutzt werden, so daß zu jedem Zeitpunkt der optimale Betriebszustand eingestellt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung außerhalb des Gewässers angeordnet ist. Unstrittig hierbei ist, daß die Wartung, beispielsweise des Motors, wesentlich erleichtert wird.
Ebenfalls ist die Vorrichtung, insbesondere der Motor, besser vor Korrosion geschützt, was ganz besonders bei salzhaltigen Flüssigkeiten von Vorteil ist.
Besonders in unzugänglichen Bereichen in denen die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz gelangen soll, kann die Wartung wesentlich erleichtert werden, wenn die Vorrichtung außerhalb des Gewässers angeordnet ist.
Ein weiterer Vorteil einer landseitigen Anordnung der Vorrichtung liegt darin, daß elektrische Leitungen nicht unmittelbar in dem Bereich der Flüssigkeit angeordnet sind, wodurch die Betriebssicherheit der Vorrichtung wesentlich erhöht wird, da die Gefahr eines Stromschlags stark gemindert ist.
Bei einer derartigen Anordnung wird beispielsweise über ein Schlauch- bzw. Leitungssystem die entsprechende Flüssigkeit, beispielsweise aus einem Gewässer oder einem Wasserbehälter, entnommen und der Vorrichtung zugeführt. Hierbei wird nun die Flüssigkeit mit dem entsprechenden Gas angereichert. Die derart aufbereitete Flüssigkeit wird anschließend über ein Schlauch- bzw. Leitungssystem in das Gewässer oder in den Behälter zurückgeführt. Es versteht sich, daß das Schlauch- bzw. das Leitungssystem aus starrem und/oder flexiblem Material unterschiedlicher Konsistenz hergestellt sein können.
Es ist auch vorteilhaft, wenn das Rohr aus Glas, einem thermoplastischen Kunststoff oder einem flexiblen Schlauchmaterial besteht. Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung, vorzugsweise das Rohr, mit einer Einrichtung zur Steuerung des angesaugten Massenstroms ausgerüstet ist. Ganz besonders vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die eine Einrichtung zur Steuerung der angesaugten Luftmenge enthält, welche eine stufenlose Verminderung oder Erhöhung des angesaugten Massenstroms gestattet.
Die Steuerung des angesaugten Massenstroms kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Sie kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß das Rohr mit einer Einrichtung versehen ist, welche eine Verengung oder eine Erweiterung des Durchmessers des Rohres ermöglicht.
Hierfür eignet sich beispielsweise eine Lochblende oder ein Drosselventil, um den Durchmesser des Rohres stufenlos einzustellen und um hiermit den Massenstrom; der in das Rohr eintretenden Luft oder des eintretenden Sauerstoffs, regulieren zu können:
Um den Durchmesser des Rohres zu verändern, ist es vorteilhaft, wenn beispielsweise das Rohr aus einem flexiblen Schlauchmaterial besteht. Beispielsweise wird durch einen von außen auf das Rohr einwirkenden Druck der Durchmesser des Rohres variiert. Der Außendruck kann entweder durch ein komprimiertes Gas oder durch eine Abklemmvorrichtung erzeugt werden.
Letztlich wird vorgeschlagen, daß mittels einer vorzugsweise im Rohr angeordneten automatischen Steuereinrichtung ein Luftdruck einstellbar ist, der vorzugsweise unter dem Atmosphärendruck liegt. Dies wirkt sich besonders dann vorteilhaft aus, wenn das einzuleitende Gas nur in geringer Tiefe in eine Flüssigkeit eingeleitet werden soll.
Die Aufgabe wird vorrichtungsmäßig ebenfalls durch eine Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer mit einem Rohr gelöst, wobei das Rohr in einem festgelegten Abstand zu einer Saugeinrichtung, insbesondere zu einem Rotor, angeordnet ist, und der Abstand zwischen dem Rohr und dem Rotor derart gewählt ist, daß an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit das zugeführte Gas einen geringeren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck. Vorteilhafterweise wird mittels der Vorrichtung das Gas, vorzugsweise Luft, unter Atmosphärendruck in die Flüssigkeit, beispielsweise in Wasser, eingeleitet, so daß die Luft einen geringeren Druck hat als die Flüssigkeit und dadurch länger im Wasser verbleiben kann, da die Luft keinen so starken Auftrieb aufweist, wie die Luft bei herkömmlichen Vorrichtungen, bei denen sie unter Druck in das Wasser eingeleitet wurde.
Vorteilhaft ist hierbei, daß eine Gaseinleitung mit Atmosphärendruck nicht mehr durch die Umdrehungszahl des Rotors eingestellt werden muß. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unempfindlich gegenüber der Drehzahl des Rotors.
Die voraus beschriebenen Verfahren sowie die voraus beschriebenen Vorrichtungen eignen sich besonders zur Belüftung von sauerstoffarmen Gewässern oder Abwasser, so daß deren biologische Regeneration wesentlich beschleunigt bzw. verbessert werden kann.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Erläuterung anliegender Zeichnung beschrieben, in welcher beispielhaft eine Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer dargestellt ist.
Es zeigen
die Figur 1 einen ersten Betriebszustand einer Vorrichtung zum Einleiten eines Gases auf festem Untergrund in einem Gewässer in einer seitlichen schematischen Darstellung,
die Figur 2 einen weiteren Betriebszustand einer Vorrichtung zum Einleiten eines Gases auf festem Untergrund in einem Gewässer in einer seitlichen schematischen Darstellung, die Figur 3 einen ersten Betriebszustand einer Vorrichtung zum Einleiten eines Gases schwebend in einem Gewässer in einer seitlichen schematischen Darstellung,
die Figur 4 einen weiteren Betriebszustand einer Vorrichtung zum Einleiten eines Gases schwebend in einem Gewässer in einer seitlichen schematischen Darstellung,
die Figur 5 schematisch eine Draufsicht auf einen besonders bevorzugten Saugrotor und
die Figur 6 eine seitliche Abdeckung des Rotors.
Die Figur 1 zeigt prinzipiell eine Vorrichtung 1 zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer. Hierbei steht die Vorrichtung 1 mit einem Betonsockel 2 auf einem Untergrund 3. Der Betonsockel 2 verleiht der Vorrichtung 1 einen festen Stand auf dem Untergrund 3. Des weiteren weist die Vorrichtung 1 ein Rohr 4, eine VerStelleinrichtung 5 mit einer Führungseinrichtung 6, einen Saugrotor 7 sowie einen Tauchmotor 8 auf. Es ist ein Einlaufkegel 9 für die Gaszuführung im Bereich des Saugrotors 7 angeordnet.
Befindet sich die Vorrichtung 1 in dem Gewässer 10, ragt das obere Ende des Rohrs 4 über die Flüssigkeitsoberfläche hinaus. Hierbei befindet sich bis zu der Wasseroberfläche ebenfalls Flüssigkeit in dem Rohr 4. Durch die Rotationsbewegung des Saugrotors 7 entsteht am unteren Ende des Rohres 4 ein Sog, wodurch die sich im Rohr 4 befindliche Flüssigkeit herausgesogen wird. Die Bewegung des Rotors 7 verdrängt hierbei die Flüssigkeit nach unten, was durch die Pfeile 12 schematisch angedeutet ist.
Der hier eingestellte Betriebszustand der Vorrichtung 1 weist einen sehr geringen Abstand des Rohres 4 zu dem Saugrotor 7 im Bereich 13 auf. Das Rohr 4 ist derart nahe an den Saugrotor 7 herangeführt, daß die Vorrichtung 1 in dieser Betriebseinstellung lediglich Gas, welches durch das Rohr 4 zugeführt wird, befördert. Die Figur 2 zeigt ebenfalls die Vorrichtung 1 , jedoch befindet sich die Vorrichtung 1 in einem anderen Betriebszustand. Das Rohr 4 weist in dem Bereich 13 einen wesentlich weiteren Abstand zu dem Saugrotor 7 auf. Die Einstellung des Saugrohrs 4 geschieht über die Versteileinrichtung 5, welche lediglich in Richtung von dem Saugrotor 7 weg verstellt wird. Der Abstand ist hierbei derart gewählt, daß die Saugwirkung des Saugrotors 7 ausreicht, um die Flüssigkeit aus dem Saugrohr 4 herauszusaugen. Der weiter entfernte Abstand im Bereich 13, erlaubt es jetzt jedoch, daß Flüssigkeit seitlich von oben in den Rotor 7 nachfließen kann. Dies ist schematisch dargestellt durch die Pfeile 14. Die durch den Saugrotor 7 von oben angesaugte Flüssigkeit hat hierbei eine derart hohe kinetische Energie, daß sie das Gas aus dem Rohr 4 mitreißt und in dem Bereich des Saugrotors 7 sowie in dem Bereich hinter dem Saugrotor 7 mit der Flüssigkeit vermischt.
Hierbei wird das Gas, welches durch das Rohr 4 der Flüssigkeit im Bereich 13 zugeführt wird, nicht komprimiert. Vielmehr weist das Gas hierbei auch weiterhin Atmosphärendruck auf. Dies führt vorteilhafter Weise dazu, daß die durch die Rotation des Saugrotors 7 entstandenen Luftbläschen der eingeleiteten Luft den gleichen Druck aufweisen wie die Flüssigkeit selbst.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 16 zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer.
Die Vorrichtung 16 umfaßt hierbei einen Tauchmotor 17, der einen Saugrotor 18 antreibt. An dem Saugrotor 18 ist eine Schwimmeinrichtung 21 mit einer Führungseinrichtung 20 angeordnet. Die Schwimmeinrichtung 21 umfaßt ein Rohr 22, dessen oberes Ende 23 über die Wasseroberfläche 24 ragt. Hierbei ist der Saugrotor 18 in dem Bereich 25 derart nahe an das Saugrohr 22 herangeführt, daß, bedingt durch die Zentrifugalkräfte des Saugrotors 18, seitlich kein Wasser durch den Saugrotor 18 angesaugt wird. In diesem Betriebszustand wird lediglich Luft aus dem Rohr 22 in das Wasser eingeleitet. Hierbei drückt der Saugrotor 18 die einzuleitende Luft in Richtung der Pfeile 26 in das Wasser. Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel ist es, daß die Vorrichtung 16 mittels der Schwimmeinrichtung 21 an der Oberfläche 24 des Wassers schwebt und dadurch unabhängig von dem jeweiligen Wasserstand ist.
Figur 4 zeigt die Vorrichtung 16 in einem anderen Betriebszustand. Hierbei ist der Saugrotor 18 weiter von dem Rohr 22 entfernt. In dem Bereich 25 hat sich der Abstand des Saugrotors 18 und zu dem Rohr 22 wesentlich vergrößert. Der Saugrotor 18 fördert hierbei primär das Wasser aus dem Gewässer, wobei die kinetische Energie des in Pfeilrichtung 27 einströmenden Wassers die Luft aus dem Rohr 22 mitreißt. Die so eingeleitete Luft vermischt sich in dem Bereich des Saugrotors 18 sowie in dem Bereich hinter dem Saugrotor 18 mit dem Wasser und wird in das Gewässer verteilt.
Vorteilhaft bei der Vorrichtung 1 und der Vorrichtung 16 ist es, daß unterschiedliche Betriebszustände durch die Verlagerbarkeit des Rohres 4 bzw. 22 relativ zu dem Saugrotor 7 bzw. 18 eingestellt werden können. Somit ist es möglich, mit einer Vorrichtung 1 bzw. 16 wahlweise lediglich Luft oder lediglich Wasser zu beschleunigen. Zwischen diesen beiden extremen Betriebszuständen lassen sich eine Vielzahl weiterer Betriebszustände vorzugsweise stufenlos einstellen.
Figur 5 zeigt einen Saugrotor 28 in einer Draufsicht. Hierbei wird das einzuleitende Gas in einem Bereich 29 von oben durch ein Rohr 30 gefördert. Der Saugrotor 28 rotiert um seine Längsachse in Richtung des Pfeiles 31. Das derart geförderte Gas wird in Pfeilrichtung 32 durch eine Vielzahl von Saugrotorkanälen 33 nach außen zu der Flüssigkeit gefördert. Das Gas tritt an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit in Form von feinen Gasbläschen in die flüssige Phase über.
Figur 6 zeigt eine zusätzliche Abdeckung des Rotors 7 in Form einer feststehenden ringförmigen Abdeckplatte bzw. Abdeckblechs 7a, die koaxial zum Rotor angeordnet ist und auf der Ansaugseite, insbesondere auf der Rotoroberseite, mit geringem Abstand zum Rotor befestigt ist. Hierdurch wird der Wasserzulauf zum Rotor begünstigt, d.h., der Wasserstrom gelangt nicht auf die Seiten der Rotorblätter, sondern wird sicher in den inneren Saugraum des Rotors geführt. Wasserströmung und Luftzufuhr werden begünstigt.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer, wobei das Gas mittels eines Rohres (4; 23; 30) in die Nähe einer Saugeinrichtung (7; 18; 28) gelangt, insbesondere in die Nähe eines Rotors (7; 18; 28), und der Massenstrom des einzuleitenden Gases eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Massenstroms das Rohr (4; 23; 30) relativ zu der Saugeinrichtung (7; 18; 28), insbesondere relativ zu dem Rotor (7; 18; 28), bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit das zugeführte Gas einen gleichen oder einen geringfügig höheren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit das zugeführte Gas einen geringeren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet; daß das Gas an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit einen so geringen Auftrieb hat; daß das Gas durch Absorption bis zur Sättigungskonzentration von der Flüssigkeit aufgenommen wird.
5. Verfahren zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer, wobei das Gas mittels einer Vorrichtung (1 ; 16) mit einem Rohr (4; 23; 30) in die Nähe einer Saugeinrichtung (7; 18; 28) der Vorrichtung (1 ; 16) gelangt, insbesondere in die Nähe eines Rotors (7; 18; 28) der Vorrichtung (1 ; 16), und der Massenstrom des einzuleitenden Gases eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1 ; 16) solange relativ zu der Gewässeroberfläche (10) bewegt wird, bis an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit das zugeführte Gas einen geringeren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck.
6. Vorrichtung (I ; 16) zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (4; 23; 30) relativ zu einer Saugeinrichtung, (7; 18; 28) insbesondere zu einem Rotor (7; 18; 28), verlagerbar angeordnet ist, wobei das Rohr (4; 23; 30) in der Nähe der Saugeinrichtung (7; 18; 28), insbesondere des Rotors (7; 18; 28), angeordnet ist.
7. Vorrichtung (1 ; 16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4; 23; 30) über die Gewässeroberfläche (10; 11 ; 24) hinausragt.
8. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ( 1 ; 16) einen Schwimmkörper (21) aufweist.
9. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7; 18; 28) einen Axialradiator aufweist.
10. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4; 23; 30) eine vorzugsweise stufenlose Einsteileinrichtung (5; 6; 21 ; 20) aufweist.
11. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1 ; 16) außerhalb des Gewässers angeordnet ist.
12. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4; 23; 30) aus Glas, einem thermoplastischen Stoff oder einem flexiblen Schlauchmaterial besteht.
13. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1 ; 16), vorzugsweise das Rohr (4; 23; 30), mit einer Einrichtung zur Steuerung des angesaugten Massenstroms ausgerüstet ist.
14. Vorrichtung (1 ; 16) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der angesaugten Gasmenge eine stufenlose Verminderung oder eine stufenlose Erhöhung der angesaugten Gasmenge gestattet.
15. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der angesaugten Gasmenge durch eine Einrichtung erfolgt, die eine Verengung oder eine Erweiterung des Durchmessers des Rohres (4; 23; 30) ermöglicht.
16. Vorrichtung (1 ; 16) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rohres (4; 23; 30) mittels einer Lochblende oder mittels eines Drosselventils stufenlos einstellbar ist.
17. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4; 23; 30) aus einem flexiblen Material besteht und dessen Durchmesser durch einen von außen auf das Rohr (4; 22; 30) einwirkenden Druck variiert wird.
18. Vorrichtung (1 ; 16) nach den Ansprüchen 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des flexiblen Rohres (4; 23; 30) durch eine Abklemmeinrichtung variiert wird.
19. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer vorzugsweise im Rohr (4; 23; 30) angeordneten automatischen Steuereinrichtung ein Luftdruck einstellbar ist, der vorzugsweise unter dem Atmosphärendruck liegt.
20. Vorrichtung (1 ; 16) zum Einleiten eines Gases in ein Gewässer mit einem Rohr (4; 23; 30), welches in einem festgelegten Abstand zu einer Saugeinrichtung (7; 18; 28), insbesondere zu einem Rotor (7; 18; 28), angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Rohr und dem Rotor derart gewählt ist, daß an der Grenzfläche Gas/ Flüssigkeit das zugeführte Gas einen geringeren Druck hat als der dort herrschende hydrostatische Druck.
21. Vorrichtung (1 ; 16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7, 18, 28) auf seiner Einsaugseite, insbesondere auf seiner Oberseite, mit einer ringförmigen feststehenden Abdeckplatte (7a) abgedeckt ist.
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