Verfahren zur Begasung von Wasser in fliessenden und stehenden Gewässern Ein grosser Teil der Flussläufe und Seen befinden sieh durch Eingriffe der Menschen, zum Beispiel Einleiten von ungeklärten Ab wässern, Einbau von Staustufen, in einem unnatürlichen Zustand, der sich unter an derem in Sauerstoffmangel in gewissen Tiefen und Ansammlung organischen Schlammes an gewissen Stellen zeigt, der bei dem anaeroben Abbau zu Geruchsbelästib ing usw. führt. So befinden sieh zum Beispiel im Zürichsee, der besonders gut, untersucht ist, in der Tiefe Wassermassen, deren Sauerstoffgehalt unter den Mindestwert zurückgegangen ist, der für Fische zum Leben notwendig ist.
Diese sauer stoffarme Zone reicht in immer höhere Re gionen hinauf, so dass eines Tages die Trink- wasserversorgnng, die jetzt. aus einer Tiefe von etwa 40 Meter mit noch gesundem Was ser erfolgt, gefährdet. sein kann. Dieselbe Erscheinung ist auch an andern Seen fest zustellen, zum Beispiel auch am flacheren Plönersee.
Ebenso stellt man jetzt, nachdem die Neekar- und Mainstaustufen einige Jahre in Betrieb sind, fest, dass sich vor den Staustufen grosse Mengen eines organischen Schlammes ansammelt, der auch bei Hoch wasser wegen der zu geringen Wasserge- sehwindigkeit nicht abgeschwemmt wird und in der warmen Jahreszeit zu Geruchäbelästi- aIngen führt, abgesehen davon, dass die Fische vertrieben werden. Diese Erscheinun- gen würden nicht oder doch viel weniger auftreten, wenn das Wasser immer wieder genügend Sauerstoff erhielte, um die organische Substanz abzubauen.
Dann würde durch diesen Abbau Nahrung für nie dere Lebewesen und weiter für die Fische sich bilden und der Zustand des ,Sees oder Wasserlaufs wieder gesunden. Bei still stehenden Gewässern bildet, sich wegen des höheren spezifischen Gewichtes des Wassers bei niedrigen Temperaturen eine Schichtung derart, dass oben warmes und unten kaltes Wasser sich befindet.
Das oben befindliche Wasser ergänzt aus der darüberstehenden Luft, begünstigt durch Wind und Wellen gang, seinen Sauerstoffbedarf laufend, das untenstehende wird kaum mit Sauerstoff ver sorgt, und wenn aus den obern. Wasser schichten organische 'Teile usw. nach unten sinken, verzehrt deren Abbau den vorhan denen Sauerstoff, und die tieferen Schichten verarmen daran. Nur im beginnenden Win ter, wenn die 'Temperatur ,des oben befind lichen Wassers sich dem Nullpunkt nähert, wird es schwerer als die jetzt wärmeren un tern Schichten, es sinkt mit seinem :Sauer stoff nach unten, und das sauerstoffarme Wasser aus der Tiefe steigt nach oben.
Wenn aber ein 'See viel organische !Substanz zu ver dauen hat, genügt diese einmalige Sauerstoff zufuhr im Jahr nicht. Man hat daher vorge- schlagen, das Wasser durch geeignete Flügel räder umzuwälzen, aber das kalte schwerere Wasser der Tiefe wird immer sofort in die Tiefe sinken. Man hat. Wasser angesaugt und verspritzt, wobei es natürlich Luftsauerstoff aufnimmt , aber es ist dazu ein hoher Pum pendruck, also viel Energie, notwendig. End lich ist vorgeschlagen, Druckluft auf den Grund der Seen einzupressen. Aber auch dieses verlangt viel Kraft, da zum Beispiel beim Zürichsee die Luft unter dem Druck von etwa 10 oder mehr Atmosphären stehen müsste. Es ist ausserdem bekannt, da.ss der artige Belüftungsanlagen, bezogen auf Sauer stoffaufnahme, meist einen schlechten Wir kungsgrad haben.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, eine wirtschaftliche Sauerstoffanreicherung des Wassers zu ermöglichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Be gasung von Wasser in fliessenden und ste henden Gewässern ist dadurch gekennzeichnet, dass das zu begasende Wasser durch eine auf der Wasseroberfläche schwimmende Bega sungsvorrichtung hindurchgeleitet wird.
Vorzugsweise erfolgt die Begasung mit keramischen Filtern, die einen guten Wir kungsgrad für Begasungszwecke aufweisen, da sie das Gas in sehr feinen kleinen Blasen austreten lassen und dadurch eine grosse Ober fläche zum Gasaustausch darbieten. Diese Art Filter sind am wirksamsten und wirtsehaft- liehsten, wenn das Gas unter einem niederen Druck in Wasser eingeleitet wird, das in fla cher Schicht geeignet ausgebildete Kästen durchfliesst. Wollte man eine derartige An lage an Land errichten, so könnte nur direkt am Ufer stehendes Wasser begast werden, es müssten also, um einen Erfolg zu erzielen, unverhältnismässig viele, wenn auch kleinere Anlagen, errichtet werden.
Die Erfindung vermeidef nun diese Nachteile dadurch, dass eine derartige Apparatur schwimmend aus geführt ist, z. B. in Form eines frei bewegli eben Schiffes. Das Schiff kann durch seine Freizügigkeit immer da eingesetzt werden, wo es benötigt wird, es kann durch die Schleusen jede Staustufe erreichen. Vorzugsweise wird das Schiff mit langen Saug- und Abfluss- (Druek-)rohren ausgerüstet, durch die das Wasser aus jeder gewünschten Tiefenlage ent nommen werden kann.
Wegen des statischen Druckes, unter dem das Tiefenwasser steht, sind zur Hebung nur die Reibungswiderstände zu überwinden, ja man kann das Wasser auch von selbst in ein Becken im Schiff ein treten lassen, dessen Wasserstand durch eine Pumpe dauernd unter dem Wasserspiegel des Gewässers gehalten werden kann Ebenso er laubt das Abfluss (Druck-) r ehr, das Wasser in die Schicht zu führen, in der man es haben will, wobei man die Temperatur bzw. das spe zifische Gewicht berücksichtigen wird. Das Schiff kann, weil mit einer Antriebsmaschine ausgerüstet, dauernd den Platz wechseln und sich der Wassertiefe durch Verkürzen der zum Beispiel teleskopartig auszuführenden Zu- und Abflussrohre anpassen.
In den beiliegenden. Zeichnungen sind Aus führungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens dargestellt. Gleiche Teile in den Fig.1 bis 4 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 stellt 1 ein Schiff dar, das mit der üblichen Ausrüstung zur Fortbeweguing mit eigener Kraft versehen ist. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Schiff mit einem oder mehreren der bekannten Ak tivruder ausgerüstet ist, da dann das Schiff die grösstmögliche Bewegungsmöglichkeit in allen Richtungen, auch quer zum Schiffskör per, hat. 2 ist ein mit. Teleskop ausgerüstetes Saugrohr, das mit einer Hebevorrichtung 3 gehoben und gesenkt werden kann und über ein flexibles R.ohrstüek 4 an einem Rohrstück befestigt ist., das dicht durch die Schiffshaut geht und zu einer Pumpe 5 führt.
Innerhalb des Schiffes befindet sieh ein Schieber 6, durch den die Leitung 2, 4 dicht geschlossen werden kann. Im Schiff befindet sich ein was serdichtes Becken 7, in dem die Belüftungs kästen 8 (z. B. aus keramischem Material) ein gebaut sind. Diese werden durch das Gebläse 9 über eine Leitung 10 mit Luft versorgt. Das Becken 7 kann für den Zweck der Belüftung auf die verschiedenste; Art und Weise aus geführt sein. In der einfachsten Ausführung braucht man zur Durchführung des Verfah rens nur einen flachen Kasten, auf dessen Boden die keramischen Filter (Belüftungs kästen 8) aufliegen und den das Wasser der Länge nach durchströmt.
Eine bessere Wir kung wird erzielt, wenn in dem Becken Ein bauten (Schikanen) derart erfolgen, dass über jedem Belüftungskasten (keramischem Filter) ein nach. oben weiter werdender Raum. ent stellt, in dem die Luftperlen frei nach oben strömen können und durch den das Wasser zwang läufig geführt wird.
Durch verschiedene Anordnung der Belüftungskästen und von Schikanen können alle apparativen Durehfüh- rungsformen der Stromführung angewendet werden, wie Gleichstrom, Gegenstrom, Quer- st rom oder Kombination davon, immer mit den Zweck, die Mischung von Wasser und Luft möglichst innig zu gestalten, die Berüh rungsdauer zu verlängern und zu verhindern, dass die feinen Luftbläschen sich zu grossen zusammenschliessen, wodurch die wirksame Oberfläche der Luft sich verringert.
Die Luft kann auch statt kontinuierlich unter Druck in kurzen Zeiträumen pulsierend zugeführt werden, wodurch der sonst gleichmässig per lende Luftstrom in einzelne, deutlich erkenn bare Horizonte aufgelöst wird, die sich beim Aufsteigen nicht vereinigen, wodurch die For derung, die Bildung von grossen Gasblasen zu vermeiden, erfüllt wird. Derselbe Zweck kann erreicht werden, wenn die Belüftungskästen 8 in ganz kurzen Zeitabständen sich auf und ab bewegen. Das Becken 7 kann auch als Rohr (Durchflussrohr) ausgebildet sein und die Luft auch in der Pumpe 5 zugesetzt werden. A2m Ende des Beckens 7 befindet sieh eine Ablaufleitung, die genau wie im Falle der Saugleitung mit einer dichten Durchführung durch die Schiffshaut und einem Absperr organ 11. versehen ist.
Das mit Luftsauerstoff gesättigte Wasser gelangt durch das flexible Stiiek 12 und das Rohr 13 in die Region des Sees, in der es gewünscht wird. Auch dieses Rohr 12, 13 kann durch eine Hebevorriehtung 14 in die richtige Höhenlage gebracht werden. Sowohl das Saug- wie das Ablaufrohr kann natürlich auch an Kähnen, Pontons usw. auf gehängt werden, wenn die Wasserentnahme bzw. abfuhr weiter weg erfolgen soll. Even tuell kann überhaupt auf ein Abflussrohr ver zichtet werden. Durch die Anordnung eines höhenverstellbaren Abflussrohres ist man in der Lage, das belüftete Wasser in der Höhen lage in den See hineinzubringen, in der es für den biologischen Abbau der Verunreini gungen am wirksamsten ist. Der Abbau kann noch dadurch unterstützt werden, dass man das ZN"asser im Becken 7 fortlaufend, z.
B. mit einer Bakterienkultur, impft, die den biologi- sehen Abbau in der gewünschten Richtung bewirkt, oder Chemikalien zusetzt, die uner- wünschte Bakterien schädigen bzw. Chemika lien (Düngemittel), die den Aufbau eines bio logischen Lebens begünstigen oder solche, die den pH-Wert beeinflussen. Bei dem Abbau der organischen Substanz entsteht in erster Linie Kohlensäure. Diese kann wieder unter Ein wirkung des Lichtes von Pflanzen zum Auf bau neuer organischer Substanz benutzt wer den, die beim Absterben wieder Sauerstoff benötigt.
Daher kann es wünschenswert sein, dauernd Kohlenstoff aus dem Kreislauf des Lebens in dem betreffenden Gewässer heraus zunehmen. Das kann zum. Beispiel dadurch geschehen, dass man an dieser Stelle dem Wasser etwas gebrannten Kalk zuführt, der sich im Wasser löst und später mit der beim Abbau der organischen Substanz gebildeten Kohlensäure kohlensauren Kalk bildet. Durch diese Mineralisierung ist diese Kohlensäure aus dem Kohlensfoffkreislauf des Gewässers herausgenommen. In der gezeichneten Aus führung steht das Wasser im Becken 7 über dem Seespiegel, damit es ablaufen kann.
Man kann aber auch den Wasserspiegel im Bek- ken 7 tiefer halten als den Seespiegel. Dann läuft das Wasser durch das Rohr 2 von selbst zu, man muss aber durch eine Pumpe, die das belüftete Wasser in den See pumpt, den Was serstand halten. Um die dichte Durchführung durch die Schiffshaut zu vermeiden, kann man auch die Pumpe 5 (Fig.2) über dem Schiff 1 ansaugen lassen und in das Becken 7 eintauchen und ebenso den Inhalt des Bek- kens 7, dessen Niveau höher liegt als der See wasserspiegel heraushebern. Zum. Anspringen des Hebers ist dann ein Vakuumerzeuger 15 erforderlich.
Man kann auch den Wasserspie gel des Beckens 7 tiefer legen als den Wasser spiegel des Gewässers. Dann sind die Strö mungsrichtungen in den Rohren 2 und 13 ver tauscht; wir hebern durch das Rohr 13 an und pumpen durch die Pumpe 5 und das Rohr 2 über Bord. Letztere Anordnung kann wünschenswerter sein, weil durch das Ansau gen mit Vakuum geringe Mengen Gas aus dem Wasser abgesaugt werden, was im Falle des Sauerstoffes bei der ersten Anordnung unerwünscht ist, im Falle sonstiger Gase, z. B. Schwefelwvasserstoff, bei der zweiten Anord nung aber erwünscht ist. Der Kraftverbrauch ist in allen Fällen derselbe. Für den Antrieb der Pumpe und des Gebläses erhält das Schiff praktiseherweise eine Energiequelle, z. B. einen mit einer Dampfmaschine oder einem Diesel motor angetriebenen Dynamo.
Eine weitere Ausführungsform stellt Fig.3 dar. 1 stellt wieder das Schiff dar, nur sind diesmal im Boden des Schiffskörpers zwei von Wänden umschlossene Öffnungen vorgesehen. In der einen Öffnung sind die Teleskoprohre 2 an Flaschenzügen 3 senkrecht aufgehängt. Die Pumpe 5 saugt durch das flexible Zwischen stück 4 das Wasser an und drückt es in den Behälter 7, in dem durch die Belüftungskör per 8 die Belüftung erfolgt. Der Wasserstand im Behälter 7 ist höher als der Wasserspiegel des Sees oder des Flusses, so dass das Wasser i aus denn Behälter 7 frei durch den Heber in das Abflussrohr 13 abfliessen kann. Auch das Abflussrohr 13 ist als Teleskoprohr ausgebil det und an den Kran 14 aufgehängt, so dass das frisch belüftete Wasser in jede gewünschte Wassertiefe eingeleitet werden kann.
Feste Rohre, auch in Teleskopausführung, sind schwer, teurer und können bei grossen Tiefen und starken Strömungen die Bewegung des Schiffes beeinträchtigen. Die Strömungen können auch zu Beschädigungen der Rohre führen. Diese Nachteile lassen sieh dadurch vermeiden, dass statt fester- Stahlrohre grosse Schläuehe, etwa nach Art der Feuerwehr schläuche, verwendet werden. Der Abfluss schlauch wird durch das abfliessende Wasser prall gehalten, den Zuflussschlauch kann man dadurch prall bekommen, dass man statt der Pumpe 5 am untern Ende des Saugrohres (jetzt Schlauches) 2 eine Unterwasserpumpe anordnet, die in den Schlauch 2 hineindrückt.
Die Unterwasserpumpe, deren Motor auch un ter Wasser arbeitet, hängt dann zweckmässig an dem Bock der Flaschenzüge 3 und ist durch ein elektrisches Kabel mit dem Schiffsdynamo verbunden. Es ist nicht hinderlich, wenn die Schläuche, ähnlich wie Feuerwehrschläuche, nicht ganz wasserdicht sind, die Wasserver luste sind gering. Soll ein schiffbarer Fhiss belüftet werden, so kann, wenn die Strömung stark genug ist, auf die Pumpe verzichtet werden. Die Anordnung wäre dann etwa nach Fig. 4 zu treffen.
Hier hat das Schiff 1, das wieder die erforderlichen Einrichtungen eines solchen hat, vorn einen trichterförmigen Ein lauf 2 unter der Wasserlinie, der in das Bek- ken 7 führt und mit einem Schieber 6 abge schlossen werden kann. Im Becken 7 befinden sich wieder die Belüftungskästen S, die von einem Gebläse 9 die Luft unter dem nötigen Druck erhalten. Das belüftete Wasser verlässt durch das Rohr 13 das Becken 7. Das Rohr<B>13</B> kann durch einen Schieber 11 dicht abge schlossen werden und ist. dicht in die Schiffs haut eingesetzt.
Nach Bedarf kann auch das Rohr 13 über ein flexibles Rohrstück 12 mit einem Verlängerungsrohr verbunden werden, damit. das belüftete 'Wasser, wenn gewünscht, nach unten gebracht, wird. Man könnte auch vor die Einlauföffnung 2 ein Rolirstiick der art vorsetzen, dass das eintretende Wasser möglichst tief am Grund entnommen wird. Der Antrieb des Gebläses erfolgt wieder von.
einer unabhängigen Kraftquelle, es kann hier r,ber auch die Strömung des Flusses zum ein- trieb herangezogen werden, wenn man das S S ehiff nach Art der Seliiffsmiihlen mit Was- serrädern versieht. In der einfachsten Aus führung kann man auch zwei Schwimmkörper nehmen und in den. Raum zwischen diesen die Belüftungskästen unter Wasser montieren.
Das Gebläse würde auf einem der Schwimm körper oder auf der diese verbindenden Brücke aufgestellt werden. Auch an den Aussenseiten der Schwimmkörper können Be lüftungskästen montiert werden, wenn da durch die Schiffahrt nicht gestört wird. Eine Einrichtung nach dem letzten Vorschlag kann anch so mit dem Land oder .einer Brücke ver bunden werden, dass entweder die Luft selbst. oder die zu ihrer Erzeugung notwendige Energie von dem festen Boden aus zugeführt wird. Ausser der als sehr wirkungsvoll er kannten Belüftung vermittels keramischer Filter können zur Begasung (Belüftung) des Wassers in der Belüftungsvorrichtung auch die sonst in der Abwassertechnik üblichen Belüftungsweisen verwendet werden, z. B.
Wurfräder, Wasserv erspritzung, Kessener- Bürsten oder ähnliche Konstruktionen. Die Belüftung von Seewasser, das reich an orga nischen Substanzen, aber arm an Sauerstoff ist, ist. wirtschaftlicher als die Sammlung- der Abwässer an Land und ihre Isinleitung in @eu zu errichtende Abwässerreinigungsanla gen. Mit den oben beschriebenen Anlagen wird derselbe Effekt mit einem bedeutend geringeren Kapitalaufwand erzielt.