DE3047302C2 - Vorrichtung zum Belüften eines fließenden Gewässers - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Belüften eines fließenden Gewässers im Bereich des Wasserablaufs eines Stauwerks, die in Fließrichtung nacheinander einen Rechen, eine vertikal angeordnete, zur Atmosphäre nach oben offene Mischkammer und einen horizontal verlaufenden Auslauf zum Unterwasser aufweist.

Das Belüften von fließenden Gewässern od. dgl. ist von wesentlicher Bedeutung, weil viele Gewässer verschmutzt sind und durch die Zufuhr von Luft ein Abtrennen von Verunreinigungen ermöglicht wird und die Selbstreinigungskraft des Wassers erhöht werden kann. Es ist bekannt, derartige Belüftungsvorrichtungen so auszubilden, daß dabei der bei Stauwerken vorhandene Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasser ausgenutzt wird, so daß auf die Zufuhr von Fremdenergie verzichtet werden kann.

Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art (vgl. die FR-PS 21 09 230) erfolgt das Belüften des Wassers dadurch, daß dieses über Bauteile geleitet wird, die die Form einer Sprungschanze haben. Diese Bauteile sind relativ kompliziert in der Herstellung und Fig.3 eine Luftabscheidekammer im Längsschnitt, und

Fig.4 die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung mit zwei Mischkammern, zwei Krümmern und zwei Diffusoren im Längsschnitt.

Die Vorrichtung nach den Ausführungsbeispielen ist im wesentlichen innerhalb einer Staumauer 1 angeordnet, die das Oberwasser 2 eines Gewässers vom •"° Unterwasser 3 trennt und mit einer Gleitschütze 4 versehen ist, die an der Krone 5 der Staumauer 1 in Pfeilern 6 angeordnet ist. Die Vorrichtung weist eine vertikal angeordnete Mischkammer 7 auf, die über einen Krümmer 8 kontinuierlich in einen horizontal angeordneten Diffusor 9 übergeht, der unterhalb des Unterwas serspiegels liegt.

Vom Oberwasser 2 gelangt das ablaufende Wasser nach dem Passieren der Gleitschütze 4 zunächst zu einem Rechen 12, durch den der Wasserstrom zerteilt wird. Unter diesem Rechen 12 ist ein Gitter 13 angeordnet, das zu einem weiteren Zerteilen des Wasserstroms in einzelne Strahlen führt. In der dem Unterwasser 3 zugekehrten Wand der Mischkammer 7 sind unter dem Gitter 13 in seiner unmittelbaren Nähe Luftansaugöffnungen 14 angeordnet, so daß in diesem Bereich eine intensive Vermischung von Wasser und Luft erfolgt. Die Stäbe des Rechens 12 sind als Rinnen ausgebildet, die zum Unterwasser 3 geneigt sind. Das

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Gitter 13 ist aus Stäben od.dgL hergestellt, die einen strömungsungünstigen, z. B. quadratischen Querschnitt aufweisen.

Durch die mitgerissene Luft entsteht unterhalb des Diffusors 9 eine Flotationszone 10, .an deren stromabwärts gelegenem Ende ein Schaumfänger 11 angeordnet ist. An den Diffusor 9 kann eine Luftabscheidekammer 15 (F i g. 3) angeschlossen werden, die sich im Bereich der Flotationszone 10 befindet Die Luftabscheidekammer 15 ist durch die Sohle 16 des Unterwassers 3 und eine horizontal verlaufende Platte 17 begrenzt, die mit dem Diffusor 9 so verbunden ist, daß ein Absatz 18 entsteht Die Platte 17 ist mit öffnungen 19 versehen. An das stromabwärts gelegene Ende der Platte 17 ist eine perforierte Klappe 20 angeschlossen, deren Stellung geregelt werden kann. Die Vorrichtung kann auch jeweils zwei gleichartige, äqiiidistant angeordnete Mischkammern 7, Krümmer 8 und Diffusor 9 aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Rechen 12 (Fig.4) und das Gitter 13 gemeinsam für beide Mischkammern 7. Jede Mischkammer 7 hat Luftansaugöffnungen 14. Für die Mischkammer 7, die dem Oberwasser 2 näher liegt, gelangt die Luft durch Luftzuleitungskanäle 21, die innerhalb der Staumauer 1 angeordnet sind, zu den öffnungen 14.

Die Abmessungen der den Rechen 12 (Fig.2) bildenden Rinnen sowie das Verhältnis zwischen den Abmessungen der Rinnen und der Schlitzbreite unter ihnen werden so gewählt daß in dem Fall, wenn die tatsächliche Durchflußmenge die errechnete Durchflußmenge des durchzulassenden Wassers übertrifft, der Rechen 12 (Fig. 1) die tatsächliche Durchflußmenge in zwei Teile einteilt Der eine Teil der tatsächlichen Durchflußmenge, der der errechneten Durchflußmenge gleich ist, gelangt in den Eintrittsquerschnitt der Mischkammer 7, während der andere, überschüssige Teil der tatsächlichen Durchflußmenge durch die Rinnen des Rechens 12 außerhalb der Mischkammer 7 direkt in das Unterwasser 3 abgeleitet wird. Während der Bewegung nach unten unter der Einwirkung der Schwerkraft vergrößern die durch den Rechen 12 und das Gitter 13 hervorgerufenen Wasserstrahlen in der Mischkammer 7 ihre Geschwindigkeit. Dit Wasserstrahlen, die sich mit der Luft vermischen, vergrößern gleichzeitig auch die Geschwindigkeit der mitzureißenden Luft Dadurch erfolgt die Abgabe eines bestimmten Teils der kinetischen Wasserenergie an die Luft Das in der Mischkammer 7 gebildete Wasser-Luft-Gemisch kommt in den Krümmer 8, in dem die Stromriclitung gleichmäßig von vertikal zu horizontal geändert wird. Durch den stetigen Verlauf des Krümmers 8 erfolgt die Umlenkung mit minimalen Energieverlusten. Da das Wasser-Luft-Gemisch ein zusammendrückbares Medium ist, wird der Schlag des Wasser-Luft-Stroms gegen die untere Wand des Krümmers 8 abgeschwächt, so daß die Gefahr der Zerstörung dieser Wandung gering ist Aus dem Krümmer 8 gelangt das Wasser-Luft-Gemisch in den Diffusor 9, in dem die Strömungsgeschwindigkeit des Wasser-Luft-Gemisches kleiner wird. Dadurch wird auch die kinetische Energie dieses Stroms verringert, weshalb die Gefahr der allmählichen Zerstörung der Sohle 16 des Unterwassers 3 in der Nähe des Stromaustritts aus dem Ablauf wesentlich herabgesetzt wird. Während der Bremsung der Geschwindigkeit im Diffusor 9 geht der Hsmptteil der kinetischen Energie des Wasser-Luft-Sitoms nicht verloren, sondern wird in Druckenergie dieses Stroms umgewandelt weswegen im Austrittsquerschnitt des Diffusors 9 der statische Druck des Wasser-Luft-Stroms (und der darin befindfichen Luft) erhöht wird und den Luftdruck übersteigt Infolgedessen läßt sich der Austrittsquerschnitt des Diffusors 9 entsprechend tief unter den Spiegel des Unterwassers 3 senken und die Luftzufuhr in diese Tiefe sichern. Aus dem Diffusor 9 fließt der Strom des Wasser-Luft-Gemisches in die sohlennahen Schichten des Unterwassers 3 aus, wo die Flotationszone 10 gebildet wird. Die im Wasser-Luft-Gemisch befindli-· chen Luftbläschen tragen die im Wasser enthaltenen Verschmutzungen, die flotierbar sind, an die Oberfläche des Unterwassers 3. In der Flotationszone 10 durchdringen Luftbläschen, die aus dem Diffusor 9 mit dem Wasser ausgetragen werden auch den überschüssigen Teil der Durchflußmenge, der über die Rinnen des Rechens 12 außerhalb der Mischkammer 7 direkt in das Unterwasser 3 gelangt Dabei wird dieser Teil des Wasserstroms ebenfalls von flotierbaren Verschmutzungen frei gemacht und teilwei'i mit Sauerstoff angereichert Der an der Oberfläche des! 'nterw assers 3 infolge der Flotation entstandene Schaum v/ird zusammen mit den aus dem Wasser herausgelösten Verschmutzungen durch die Einrichtung 11 gesammelt und aus dem Wasser entfernt. Somit wird neben der Oxydation auch die Reinigung des abgelaufenen Wassers erreicht In dem unter dem Schaumfänger 11 durchfließenden gereinigten Wasser bleiben noch feinste Luftbläschen, die durch die St-ömung in eine beträchtliche Entfernung von der Staumauer 1 abgetrieben werden können, was mit dem im Wasser aufgelösten Sauerstoff zusammen die Wiederherstellung und Aufrechterhaltung der biologischen Fähigkeit des Gewässers zur Selbstreinigung sichert.

Zur Erhöhung des Reinigungsgrades der flotierbaren Verschmutzungen und des Sättigungsgrades mit Sauerstoff des überschüssigen Teils der Durchflußmenge, die außerhalb der Mischkammer 7 durchfließt, karji die Flotationszone 10 (F i g. 3) durch Aufstellung der bereits beschriebenen Luftabscheidekammer 15 mit oberer perforierter Platte 17 hinter dem Diffusor 9 erweitert werden. Dank dem vorhandenen Absatz 18 im Oberteil der Luftabscheidekammer 15 wird eine Zone des Abreißens des Wasser-Luft-Stroms gebildet, der aus dem Diffusor 9 ausströmt.

In dieser Zone wird Luft aus dem Wasser-Luft-Strom separiert. Unter der Einwirkung des in der Luftabscheidekammer 15 durch den Diffusor 9 erzeugten Überdrucks wird die Luft aus der Zone des Abreißens durch die Öffnungen. 19 in der Platte 17 in Form von feinen Bläschen in den Strom des überschüssigen Teils der Durchflußmenge gedrückt, der über der Platte 17 binwefilJeßt Somit wird die Flotationszone 10 um die Länge der Luftabscheidekammer 15 erweitert. Die Größe der Luftbläsc'ien, die in den überschüssigen Teil der Durchflußmenge gelangen, kann durch die Wahl der Abmessungen der öffnungen 19 in der Platte 17 nach Wunsch vorgegeben werden. Diese beiden Umstände ermöglichen eine Sicherung optimaler Bedingungen zur Erhöhung dej Reinigungsgrades von Verschmutzungen und des Sättigungsgrades mit Sauerstoff des überschüssigen Teils der Durchflußmenge. Durch Änderung der Stellung der Klappe 20 kann man den Druck in der Luftabscheidekammer 15 regeln, um optimale Bedingungen zu gewährleisten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Belüften eines fließenden Gewässers im Bereich des Wasserablaufs eines Stauwerks, die in Fließrichtung nacheinander einen Rechen, eine vertikal angeordnete, zur Atmosphäre nach oben offene Mischkammer und einen horizontal verlaufenden Auslauf zum Unterwasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechen (12) im Fallbereich des ablaufenden Wassers angeordnet ist, daß unterhalb des Rechens (12) im Eintrittsbereich der Mischkammer (7) ein quer zum abfallenden Wasserstrom angeordnetes Gitter (13) aus Stäben mit strömungsungünstigen Querschnitten vorgesehen ist, daß in unmittelbarer Nähe '5 unterhalb des Gitters (13) in mindestens einer Wand der Mischkammer (7) Luftansaugöffnungen (14) vorgesehen sind, daß an die Mischkammer (7) ein Krümmer (8) anschließt, der kontinuierlich in den Auslauf übergeht, der als Diffusor (9) ausgebildet ist und unterifalb des Unterwasserspiegels Hegt, und daß hinter der sich dort bildenden Flotationszone (10) ein Schaumfänger (11) angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn unterliegen auch einer erheblichen Beanspruchung. Schließlich besteht noch die Gefahr, daß die Sohle im Bereich des Unterwassers von dem herabfallenden Wasserstrom schnell zerstört wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der am Anfang angegebenen Gattung konstruktiv so auszubilden, daß unter Gewährleistung einer optimalen Luftzuführung die unmittelbar mit dem Stauwerk zusammenhangenden Bauteile durch die kinetische Wasserenergie möglichst gering beansprucht werden und zugleich eine Reinigung von sämtlichen Verschmutzungsarten gesichert wird, die sich flotieren und oxydieren lassen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rechen •m Fallbereich des ablaufenden Wassers angeordnet ist, daß unterhalb des Rechens im Eintrittsbereich der Mischkammer ein quer zum abfallenden Wasserstrom angeordnetes Gitter aus Stäben mit strömungsungünstigen Querschnitten vorgesehen ist, daß in unmittelbarer Nähe unterhalb des Gitters in mindestens einer Wand der Mischkammer Luftansaugöffnungen vorgesehen sind, daß an die Mischkammer ein Krümmer anschließt, der kontinuierlich in den Auslauf übergeht, der als Diffusor ausgebildet ist und unterhalb des Unterwasser

zeichnet, daß die Stäbe des Rechens (12) als Rinnen 25 spiegeis liegt, und daß hinter der sich dort bildenden

ausgebildet sind und daß die Rinnen so angeordnet und so geneigt sind, daß die auf sie treffende Wassermenge unmittelbar in das Unterwasser (3) abgeführt wird

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Luftabscheidekammer (15) aufweist, deren obere Platte (17) mit Öffnungen (19) versehen ist unc stromabwärts an die obere Wand des Diffusors \3) mit einem Absatz (18) anschließt und daß am Ausgang der Luftabscheidekammer (15) an ihrer oberen Platte (17) eine verstellbare perforierte Klappe (20) angelenkt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich je eine Misch-

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Flotationszone ein Schaumfänger angeordnet ist

Die von der Energie des herabstürzenden Wassers beanspruchten Bauteile (Rechen und Gitter) sind relativ einfach ausgebildet und lassen sich leicht austauschen. Alle übrigen Abschnitte der Vorrichtung sind so angeordnet und ausgestaltet, daß sie nur relativ gering beansprucht werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der beanspruchten Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig.] die erfindungsgemäß abgebildete Vorrich-

kammer (7), einen Krümmer (8) und einen Diffusor ^A0 tung im Längsschnitt,

(9) aufweist, die äquidistant zum Hauptablauf F ig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II der F i g. 1,

angeordnet sind.