DE2622301C2

DE2622301C2 - Verfahren zum selbsttätigen, künstlichen Belüften von Wasser eines Stauraums

Info

Publication number: DE2622301C2
Application number: DE2622301A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Phys. 6759 Hohenöllen Gehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1976-05-19
Publication date: 1985-05-30
Also published as: DE2622301A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen, künstlichen Belüften von Wasser eines Stauraums, bei dem mittels eines außerhalb des Stauraums gelegenen und mit diesem über eine Zulaufleitung verbundenen Stoßhebers Wasser gefördert und die Strömungsenergie zum Betreiben einer Belüftungsvorrichtung genutzt wird.

Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 24 47 338 bekanntgeworden. Bei diesem bekannten Verfahren zum Belüften von fließenden Gewässern ist vorgesehen, das fließende Gewässer aufzustauen und mittels eines außerhalb des Stauraums gelegenen und mit diesem über eine Zulaufleitung verbundenen Stoßhebers Wasser zu fördern und dieses nach dem Belüften in einer mit der Strömungsenergie des geförderten Wassers betriebenen Belüftungsvorrichtung dem fließenden Gewässer unterwasserseitig wieder zuzuführen. Auf diese Weise wird der Sauerstoffgehalt im unterwasserseitigen Teil des fließenden Gewässers allein mit der Energie des aus dem Stauraum abfließenden Wassers aufgestockt.

Es ist jedoch bekannt, daß ein Stauraum durch Sauerstoffmangel wesentlich stärker gefährdet ist als ein fließendes Gewässer. Dies haben Messungen der von fließenden und stehenden Gewässern bei Windstille und bei vernachlässigbarer biogener Belüftung über die Oberfläche aufgenommenen Sauerstoffmengen ergeben. So nehmen beispielsweise bei einem 80%igen Sauerstoffdefizit des Wassers und einer Wassertemperatur von 20° C ein langsam fließender Fluß 5.4 g Sauerstoff pro m² Oberfläche und Tag und ein rasch fließendes Gewässer 12.4 g Sauerstoff pro m² Oberfläche und Tag aus der Luft auf, ein Teich mit z. B. 10 000 m² Oberfläche, 0.5 m Wassertiefe ui.d 2400 m³ Wasserdurchsatz pro Tag aber nur 1.2 g Sauerstoff pro m² Oberfläche und Tag (Imhoff, K. u. K. R. Imhoff, Taschenbuch der Stadtentwässerung, 24. Auflage, 1976, Tabelle Seite 338, Bild 85a Seite 339 und Beispiel 3 Seite 342-343).

Zwar kann mit Hilfe des bekannten Verfahrens ein fließendes Gewässer, das einen Stauraum mit Wasser versorgt, belüftet und sein Sauerstoffgehalt bis zur Sauerstoffsättigung aufgestockt werden, so daß nach dem Einleiten des sauerstoffreichen Wassers in den Stauraum der Sauerstoffgehalt des Stauraumwassers, insbesondere in der Umgebung der Stelle, wo das fließende Gewässer in den Stauraum mündet, erhöht wird.

Dieser vorteilhaften Anwendung des Verfahrens steht aber der Nachteil entgegen, daß zur Ausführung des Verfahrens das zum Stauraum fließende Gewässer an einer geeigneten Stelle aufgestaut werden muß und auf diese Weise ein weiterer durch Sauerstoffmangel gefährdeter Stauraum entsteht, der ebenfalls belüftet werden müßte.

Ein anderer Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß mittels des Verfahrens keine Umwälzung des Wassers im Stauraum erzielt werden kann, die oberflächennahes, sauerstoffreicheres Wasser in eine größere Wassertiefe und bodennahes, sauerstoffarmes Wasser in die

. is Nähe der Wasseroberfläche transportieren würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, daß das im Stauraum befindliche Wasser auf möglichst wirtschaftliche Weise belüftet wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das belüftete Wasser durch die Förderwirkung des Stoßhebers in den Stauraum zurückgeleitet wird.
Ein in dieser Weise ausgebildetes Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß der zu belüftende Stauraum mit der Gefällsenergie des aus ihm abfließenden Wasseis die zum Belüften seines Wasservolumens benötigte Energie liefert. Das aus dem Stauraum abfließende Wasser geht nicht verloren, wie dies gewöhnlich der Fall ist, sondern dient als Treibwasser zum Betreiben eines außerhalb des Stauraums angeordneten Stoßhebers, der ca. 20% bis 25% der Treibwassermenge unter hohem Druck über eine Belüftungsvorrichtung in den Stauraum zurückfördert. Zur Ausführung des Verfahrens werden demnach weder Antriebsaggregate benötigt, die elektrische Energie oder flüssige bzw. gasförmige Treibstoffe verbrauchen, noch ist die Errichtung eines zusätzlichen Stauraums als Energielieferant notwendig.

Das mittels der Strömungsenergie des geförderten Wassers in der Belüftungsvorrichtung durch feinblasige Belüftung des Wassers erzeugte Wasser-Luft-Gemisch wird im Stauraum vertikal nach unten bis zur Gewässersohle geleitet und dort ausgeblasen. Der aus der Förderleitung strömende Luftbläschenstrom reichert das ihn umgebende sauerstoffarme Wasser mit Sauerstoff an und steigt infolge der auf die Luftbläschen einwirkenden Auftriebskräfte rasch bis zur Wasseroberfläche auf. Die im Stauraum aufsteigenden Luftbläschen bewirken eine kräftige Aufwärtsströmung des Wassers, die sauerstoffarmes Wasser aus der Tiefe des Stauraums an die Wasseroberfläche fördert, wo es mit Sauerstoff aus der Luft angereichert wird. Die von den Luftbläschen hervorgerufene Aufwärtsströmung hat zur Folge, daß an anderen Stellen des Stauraums sauerstoffreiches Wasser in die tiefer gelegenen Wasserschichten strömt, um die Wassermenge auszugleichen, die aus diesen Wasserschichten von den Luftbläschen an die Wasseroberfläche transportiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt demnach den großen Vorteil, daß eine Umwälzströmung im Stauraum in Gang gesetzt werden kann, die eine wirksame Belüftung des Wasservolumens eines Stauraums ermöglicht.

Die Belüftung von Wasser in großen Wassertiefen bietet außerdem den Vorteil, daß unter dem Druck einer mehrere Meter hohen Wassersäule der Sauerstoffsättigungswert des Wassers höher ist als unter atmosphärischem Druck und dadurch wesentlich mehr Sauerstoff

im Wasser gelöst werden kann als bei einer Belüftung in der freien Atmosphäre.

Um der Gefahr für den Sauerstoffhaushalt eines Stauraums begegnen zu können, die entsteht, wenn z. B. bei hohen Wassertemperaturen die im Wasser gelösten und schwebenden abbaufähigen Stoffe und die als dünne Bodenschlammschicht abgelagerten organischen Schwebestoffe sehr rasch abgebaut werden, so daß insbesondere in den bodennahen Wasserschichten der Sauerstoff völlig aufgezehrt wird, ist vorgesehen, d?.ß durch den Stoßheber das zu belüftende Wasser zunächst in einen mehrere Meter über dem Wasserspiegel des Stauraums angeordneten und mit einer Verdunstungskühlung ausgerüsteten Wasserspeicher gefördert wird und von dort ;n gekühltem Zustand in den Stauraum zurückgeleitet wird.

Anhand der Ausführungsbeispiele in F i g. 1 und F i g. 2 wird das Belüftungsverfahren erläutert:

F i g. 1 zeigt einen Stauraum, in dem das Wasser durch einen Damm 1 bis zu einer Höhe zwischen einem Meter und einigen zehn Meiern aufgestaut ist. Über die Zulaufleitung 2 strömt das Treibwasser aus dem Stauraum zu dem auf zwei Betonsockel 7 montierten, außerhalb des Stauraums gelegenen Stoßheber, dessen Arbeitsweise seit langem bekannt ist Die Eingangsöffnung 3 der Zulaufleitung 2 ist mit einem Sieb oder Rechen versehen, um zu verhindern, daß gröbere Schmutzteile in den Stoßheber gelangen. Der größere Teil des Treibwassers strömt bei geöffnetem Sperrventil 4 durch die Austrittsöffnung 5 aus dem Stoßheber, der kleinere Teil des Treibwassers wird beim plötzlichen Schließen dos Sperrventils 4 durch das sich öffnende Druckventil 6 in den Windkessel 8 gedrückt, wo das Wasser unter hohem Druck steht Aus dem Windkessel 8 wird das Wasser über die Förderleitung 9, die Belüftungsvorrichtung 10 und die Förderleitung 11 kontinuierlich in den Stauraum zurückgefördert. Etwa 0.5 Meter bis ein Meter über dem Wasserspiegel erfolgt durch die als Venturidüse ausgebildete und mit Lufteintrittsöffnungen ausgestattete Belüftungsvorrichtung 10 die feinblasige Belüftung des geförderten Wassers. Das Wasser-Luft-Gemisch strömt unter hohem Förderdruck durch die Förderleitung 11 im Stauraum vertikal nach unten bis zur Gewässersohle, wo es in den Stauraum ausgeblasen wird. Während die aus der Förderleitung 11 austretenden Luftbläschen im Stauraum aufsteigen, vermischt sich das aus der Förderleitung 11 ausströmende sauerstoffgesättigte Wasser mit dem sauerstoffarmen Wasser des Stauraums.

Nach F i g. 2 fördert der Stoßheber das Wasser über die Förderleitung 9 zunächst in den Wasserspeicher 14, der mehrere Meter über dem Wasserspiegel des Stauraums an einem Berghang oder an einem Uferhang errichtet oder mittels eines Pfeilers 13 oder einer anderen baulichen Maßnahme in der vorgesehenen Hölie angeordnet wird. Die Wände des Wasserspeichers 14 sind aus einem leicht wasserdurchlässigen Material hergestellt, so daß kleine Mengen Wasser durch die Wände des Wasserspeichers 14 dringen und die mit Kühlrippen ausgestatteten Außenwände befeuchten können, wo das Wasser insbesondere bei hohen Lufttemperaturen und unter Windeinfluß rasch verdunstet. Dadurch wird die Wassertemperatur des im Wasserspeicher 14 befindlichen Wassers gegenüber der Temperatur im Stauraum gesenkt. Aus dem Wasserspeicher 14 fließt das gekühlte Wasser durch die Förderleitung 12 zur Belüftungsvorrichtung 10, wo das Wasser-Luft-Gemisch erzeugt wird, das durch die Förderleitung 11 in die Tiefe des Stauraums geleitet wird. Das aus dem Wasserspeicher 14 stammende, gekühlte Wasser besitzt eine größere Sauerstofflöslichkeit und ein höheres spezifisches Gewicht als das ungekühlte Wasser des Stauraums. Im Wasserspeicher 14 können zudem größere Wassermengen gespeichert werden, die dann zum Belüften des Stauraums eingesetzt werden, wenn der Sauerstoffhaushalt des Stauraums durch einen plötzlich auftretenden starken Sauerstoffschwund bedroht ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen, künstlichen Belüften von Wasser eines Stauraums, bei dem mittels eines außerhalb des Stauraums gelegenen und mit diesem über eine Zulaufleitung verbundenen Stoßhebers Wasser gefördert und die Strömungsenergie zum Betreiben einer Belüftungsvorrichtung genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das belüftete Wasser durch die Förderwirkung des Stoßhebers in den Stauraum zurückgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Stoßheber das zu belüftende Wasser zunächst in einen mehrere Meter über dem Wasserspiegel des Stauraums angeordneten vnd mit einer Verdunstungskühlung ausgerüsteten Wasserspeicher gefördert wird und von dort das Wasser in gekühltem Zustand in den Stauraum zurückgeleitet wird.