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Diese
Erfindung betrifft das Reinigen einer Oberfläche eines Flüssigkeitskörpers. Die
Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Rückgewinnung
von schwimmenden Schmutzstoffen, wie etwa Ölflecke, von der Oberfläche von
unbegrenzten oder begrenzten Wasserflächen.
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Die
Erfindung ist besonders nützlich
für die Rückgewinnung
von Öl,
das auf Wasser schwimmt, und wird deswegen unter besonderer Bezugnahme auf
ihre Anwendung für
diesen Zweck beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die
Rückgewinnung von Öl oder anderen
flüssigen
Schmutzstoffen beschränkt
und der hier verwendete Term Schmutzstoff sollte so verstanden werden,
dass er außer
flüssigen Substanzen
mit großer
oder kleiner Viskosität
mehr oder weniger feste Fremdkörper
oder Objekte mit verhältnismäßig kleinen
Abmessungen einschließt.
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Das
Patent US-A-5.075.014 offenbart eine Vorrichtung zum Abräumen flüssiger Kohlenwasserstoffe
von der Oberfläche
eines Wasserkörpers
und zum Trennen der abgeräumten
Kohlenwasserstoffmischung und Wasser in getrennte Fraktionen. Die Kohlenwasserstoff-Fraktion
wird in einem Schwimmbehälter
gesammelt, wohingegen das Wasser in den Wasserkörper zurückgeführt wird. Eine Zentrifugen-Trenneinrichtung,
die von der Abräumeinrichtung
gespeist wird, wird für
die Trennung verwendet.
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Das
Patent WO97/07292 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Abräumen
eines Oberflächenabschnitts
eines Wasserkörpers
in einen eingetauchten Sammelbehälter
zum Zweck der Reinigung der Wasseroberfläche. Es wird bewirkt, dass ein
Schmutzstoff, insbesondere Öl,
das an der den Sammelbehälter
umgebenden Wasseroberfläche schwimmt,
in eine Wassersenke, die in dem Sammelbehälter gebildet ist, fließt, wobei
sich der Schmutzstoff auf Grund seiner Schwimmfähigkeit von dem Wasser trennen
und auf der Wasseroberfläche
einer Trennzone eine Schicht bilden kann. Die auf diese Weise an
der Oberfläche
der Wassersenke gebildete Schicht wird intermittierend oder kontinuierlich
aus der Trennzone entnommen und in geeigneter Weise entsorgt.
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Es
wird bewirkt, dass ein Oberflächenabschnitt
des umgebenden Wassers, der die Schmutzstoffe trägt, über die Dammkrone eines sich
in vertikaler Richtung selbstständig
ausrichtenden Abräumwehrs,
das vorzugsweise kreisförmig
ist, fließt.
Zu diesem Zweck wird Wasser aus dem unteren Bereich des Sam melbehälters entnommen,
um die Wassersenke in dem Sammelbehälter aufrechtzuerhalten, so
dass der Flüssigkeitspegel
in dem Sammelbehälter
niedriger ist als der Pegel der umgebenden Wasseroberfläche.
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Im
Betrieb nimmt das Abräumwehr,
das einen bestimmten Auftrieb besitzt, relativ zu der umgebenden
Wasseroberfläche
eine Überlaufposition
ein, so dass die in den Sammelbehälter einströmende Menge automatisch so
geregelt wird, dass sie mit der daraus abfließenden Wassermenge übereinstimmt.
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Die
Trennzone enthält
einen im Allgemeinen runden Bereich der Wasseroberfläche in der
Wassersenke und das Wasser unter diesem Bereich. An ihrem oberen
Abschnitt ist die Trennzone horizontal einwärts von dem Wehr beabstandet
und ist vorzugsweise durch eine Ablenkplatte von dem Wehr getrennt,
die verhindern soll, dass Schmutzstoffe in die Trennzone eintreten,
ohne dass sie zunächst
nach unten abgelenkt werden.
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Ein
kennzeichnendes Merkmal des bekannten Verfahrens und der bekannten
Vorrichtung besteht darin, dass die Trennung der Schmutzstoffe,
die von dem Wasser in den Sammelbehälter getragen werden, in einem
Schritt erfolgt, der dem Abräumen folgt.
Mit anderen Worten wird nicht sichergestellt, dass die Flüssigkeit,
die in den Sammelbehälter
eintritt, im Wesentlichen nur die Schmutzstoffe enthält. Stattdessen
können
große
Mengen Wasser in den Sammelbehälter
eintreten und indem sichergestellt wird, dass der folgende Trennungsschritt
die Schmutzstoffe wirkungsvoll von der Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen
trennt, wird in der Trennzone eine konzentrierte Schmutzstoffschicht
erreicht.
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Wenn
die Schmutzstoffe eine Dichte besitzen, die lediglich geringfügig geringer
ist als die des Wassers, wie das bei den meisten Schmutzstoffen, die
Erdölprodukte
enthalten, der Fall ist, ist eine wirkungsvolle Trennung der Schmutzstoffe
von der Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen lediglich dann möglich, wenn
die Strömungsgeschwindigkeit der
Mischung sehr klein ist.
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Es
ist festgestellt worden, dass die Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen,
die wie ein Wasserfall oder eine Kaskade über das Abräumwehr fließt, dazu neigt, mehr oder weniger
vertikal nach unten als ein relativ begrenzter Strom in die in dem
Sammelbehälter
enthaltene Flüssigkeit
strömt.
Es ist weiterhin festgestellt worden, dass der Strom sein Bewegungsmoment
lediglich langsam verliert, so dass er leicht den Bodenbereich des
Sammelbehälters
erreicht, an dem Wasser entnommen wird.
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Es
ist deswegen wichtig dafür
zu sorgen, dass die strömende
Mischung ihre Geschwindigkeit drastisch verringert, so dass die
Trennung in der Trennzone wirkungsvoll stattfinden kann. In der
oben beschriebenen bekannten Vorrichtung kann eine Verringerung
der Geschwindigkeit durch die Erweiterung der Trennzone erreicht
werden und indem ermöglicht wird,
dass die nach unten fließende
Mischung wenigstens teilweise in die Trennzone abgelenkt wird und
sich dort über
einen großen
Bereich verteilt.
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In
dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung bedeutet jedoch
eine Erweiterung der Trennzone, dass auch das ringförmige Abräumwehr vergrößert werden
muss. Das bedeutet wiederum, das die Einströmung über das Räumwehr vergrößert ist
und deswegen die Verringerung der Geschwindigkeit in der Trennzone
beschränkt
ist.
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Diese
Beschränkung
wird in dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung vermieden, deren
Merkmale in den unabhängigen
Ansprüchen dargestellt
sind und deren bevorzugte Ausführungsformen
Merkmale enthalten, die in den abhängigen Ansprüchen dargestellt
sind.
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Wie
aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, ist die Trennzone
in dem Verfahren und in einer ersten Form der Vorrichtung gemäß der Erfindung
kreisförmig
und umgibt den Bereich unter der Wassersenke in dem Sammelbehälter. Das
ist anders als im oben beschriebenen Stand der Technik, bei dem
die Trennzone in dem Bereich unter der Wassersenke in dem Sammelbehälter liegt.
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Sie
kann deswegen praktisch unbegrenzt horizontal erweitert werden,
so dass ihr horizontaler Querschnittsbereich leicht nach Belieben
gewählt werden
kann, um die gewünschte
Strömungsgeschwindigkeit
zu erzeugen. Die Vergrößerung kann ausgeführt werden,
ohne dass eine Vergrößerung des
Abräumwehrs
und der Wassersenke erforderlich ist. Die Abwärtsströmung der Mischung aus Wasser und
Schmutzstoffen kann in allen Richtungen radial nach außen abgelenkt
werden und über
eine horizontale Querschnittsfläche
verteilt werden, deren Größe eine
quadratische Funktion der Entfernung des äußeren Umfangs vom Zentrum ist.
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Gemäß der Erfindung
wird außerdem
eine Vorrichtung zum Trennen von Wasser und einem schwimmfähigen Schmutzstoff,
der von dem Wasser getragen wird, geschaffen. Bei dieser Vorrichtung, deren
Merkmale im Anspruch 1 angegeben sind, ist die Trennzone in einem
Trennbehälter
vorgesehen, der von dem Sammelbehälter horizontal beabstandet ist
und mit ihm durch eine Leitung ver bunden ist, durch die die Mischung
aus Wasser und Schmutzstoffen von dem Sammelbehälter zu dem Trennbehälter geleitet
wird, in dem die Akkumulation der Schmutzstoffe an einer Wasseroberfläche stattfindet. Sowohl
der Sammelbehälter
als auch der Trennbehälter
können
in dem Wasserkörper,
der den Schmutzstoff trägt,
angeordnet sein.
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Gemäß dieser
Erfindung wird der Strom des Wassers, das den Schmutzstoff trägt, durch
eine vertikal verlaufende, oben offene Auslassleitung in den Trennbehälter eingeleitet
und der nach oben gerichtete Strom, der aus der Auslassleitung austritt,
wird durch eine ringförmige
Zone, die die Auslassleitung umgibt, nach unten umgelenkt, wobei
deren unteres Ende mit der Trennzone, die diese ringförmige Zone umgibt,
in Verbindung steht.
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In
dieser zweiten Ausführungsform
können ebenso
die horizontalen Abmessungen der Trennzone leicht nach Belieben
gewählt
werden, um eine Querschnittsfläche
für den
in die Trennzone eintretenden Strom zu schaffen, die ausreichend
groß ist, damit
die Strömungsgeschwindigkeit
sehr stark verringert wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte diagrammartige
Zeichnung und beispielhafte Ausführungsformen
des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der hier erläuterten Erfindung
genauer beschrieben.
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Die 1 und 2 sind
eine vertikale Schnittansicht bzw. eine Draufsicht einer ersten
Ausführungsform;
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die 3 und 4 sind
den 1 und 2 entsprechende Ansichten, die
eine zweite Ausführungsform
zeigen;
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die 5 und 6 sind
den 1 und 2 entsprechende Ansichten, die
eine dritte Ausführungsform
zeigen;
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7 ist
eine der 5 entsprechende Ansicht, die
jedoch die in Betrieb befindliche Vorrichtung zeigt;
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8 zeigt
die Vorrichtung von 7 in einem anderen Betriebszustand;
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9 ist
eine vertikale Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der Erfindung
und zwar eine Ausführungsform
für eine feste
Installation auf festem Untergrund;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der der Trennbehälter
von dem Sammelbehälter
beabstandet ist;
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11 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung von 10;
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12 ist
eine vertikale Schnittansicht längs einer
Linie XII-XII von 11; und
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die 13 bis 15 sind
vergrößerte Schnittansichten,
die Einzelheiten der Vorrichtung der 10 bis 12 zeigen.
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Die
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die in den 1 bis 8 und 10 bis 15 gezeigt
sind, sollen in dem Wasserkörper
schwimmen, der das Schmutzstoffmaterial trägt, das wiedergewonnen werden
soll; wobei dieses Material eine geringere Dichte besitzt als Wasser und
hier angenommen wird, dass es hauptsächlich Öl ist, es kann jedoch außerdem aus
mehr oder weniger festen Fremdkörpern
verschiedener Art bestehen oder diese enthalten. Der grundsätzliche
Aufbau und die grundsätzliche
Funktionsweise sind im Wesentlichen gleich denen der bekannten Wiedergewinnungsvorrichtung,
die im Patent WO97/07292 erläutert
und beschrieben sind, und sie werden deswegen an dieser Stelle nicht
genau erläutert.
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Wie
die oben erläuterte
bekannte Vorrichtung umfasst die Wiedergewinnungsvorrichtung der 1 und 2 einen
Sammelbehälter
mit kreisförmigem
Querschnitt, der im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 11 angegeben
ist und in den Wasserkörper
eingetaucht werden kann. Er definiert eine mittig angeordnete Sammelkammer
A und eine ringförmige
Trennkammer B, die den unteren Abschnitt der Sammelkammer umgibt.
Die Sammelkammer A und die Trennkammer B stehen miteinander in einer Zone
C nahe an der Bodenwand 14 des Sammelbehälters 11 in
einer offenen Verbindung.
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Eine
kreisförmige
Einlassöffnung
der Sammelkammer A ist durch einen ringförmigen Überlaufkamm K eines Abräumwehrs
in Form eines kreiszylindrischen oberen Wandabschnitts 12 definiert.
Die Sammelkammer A ist seitlich teilweise durch den oberen Wandabschnitt 12 und
teilweise durch einen unteren Wandabschnitt 13 begrenzt,
der ebenfalls kreiszylinderförmig
und konzentrisch zu dem oberen Wandabschnitt ist. Eine gleichfalls
im Allgemeinen kreiszylinderförmige äußere Wand 15,
deren Durchmesser im Wesentlichen größer ist als der Durchmesser
der Wandabschnitte 12 und 13 und in den dargestellten
Ausführungsformen 2 bis
2,5 mal größer als
dieser ist, begrenzt die Trennkammer B nach außen.
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Zwischen
dem unteren Wandabschnitt 13 und der Außenwand 15 ist eine
ringförmige
horizontale Wand 16 vorgesehen, die an diesen Wänden starr
befestigt ist und eine obere Wand der Trennkammer B bildet. Der
untere Wandabschnitt 13 erstreckt sich nach unten über die
Wand 16 hinweg, endet jedoch in einem beträchtlichen
Abstand über
der Bodenwand 14 des Sammelbehälters 11, so dass
ein großer Öffnungsbereich
zwischen der Sammelkammer A und der Trennkammer B vorhanden ist,
der eine im Wesentlichen unbehinderte Strömung zwischen diesen Kammern
zulässt.
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Der
obere Wandabschnitt 12 ist teleskopartig in dem unteren
Wandabschnitt 13 aufgenommen. Er kann sich demzufolge innerhalb
eines Bewegungsbereichs, der durch nach innen gerichtete Flansche 13A und 16A an
dem unteren Wandabschnitt 13 bzw. an dem horizontalen Wandabschnitt 16 definiert
ist, relativ zu dem unteren Wandabschnitt aufwärts und abwärts bewegen. Ein nach außen gerichteter
ringförmiger
Flansch 12A an dem oberen Wandabschnitt 12 erstreckt
sich zur Innenseite des unteren Wandabschnitts 13 und definiert
zusammen mit dem Flansch 16A eine hydraulische Dämpfungskammer zwischen
dem oberen Wandabschnitt 12 und dem unteren Wandabschnitt 13.
Zwischen dem Flansch 16A und dem oberen Wandabschnitt 12 ist
ein Strömungsdurchlass
F vorgesehen, durch den eine begrenzte Flüssigkeitsströmung zwischen
der Dämpfungskammer
E und dem umgebenden Wasserkörper,
in dem die Sammelvorrichtung arbeitet, verlaufen kann.
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Der
obere Wandabschnitt 12 besitzt im Wasser einen bestimmten
Auftrieb, d. h. sein Gewicht ist auf sein Volumen angepasst, so
dass er im Wasser schwimmt. Wenn der Wandabschnitt 12 in
einen Wasserkörper
eingetaucht wird und durch keine anderen Kräfte als die Schwerkraft und
die hydrostatische Auftriebskraft beeinflusst wird, wird sein oberes Ende,
das die Dammkrone K des Abräumwehrs
definiert, demzufolge etwas höher
sein als die Wasseroberfläche.
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Der
obere Wandabschnitt 12 und der untere Wandabschnitt 13 bilden
zusammen eine Innenwand, deren Höhe
veränderlich
ist, so dass die Höhe der
Abräum-
oder Überlaufdammkrone
K in Bezug auf den unteren Wandabschnitt 13 und die horizontale
Wand 16 variieren kann.
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In
einem geringen Abstand über
der Bodenwand 14 des Sammelbehälters 17 befindet
sich eine kreisförmige
Platte 17, deren Umfangskante 17A von der Außenwand 15 geringfügig einwärts beabstandet ist,
um mit dieser Wand einen ringförmigen
Durchlass 18 zu definieren, durch den Wasser von dem Sammelbehälter A zu
der Bodenwandöffnung 14A und durch
diese hindurch in den umgebenden Wasserkörper und natürlich auch
in der entgegengesetzten Richtung strömen kann.
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Zum
Bewirken des Wassertransports zwischen der Sammelkammer A und dem
umgebenden Wasserkörper
ist eine batteriebetriebene umkehrbare Pumpe vorgesehen, die allgemein
mit dem Bezugszeichen 19 angegeben ist und ein Laufrad 19A in
Form eines Propellers umfasst, der in der Bodenwandöffnung 14A angeordnet
ist. Die Pumpe 19 enthält
ein Gehäuse 19B,
das den elektrischen Pumpenmotor 19C, eine elektronische
Steuereinheit 19D und Batterien 19E aufnimmt.
Die Pumpe ist mittels Streben 20 (wovon lediglich eine
gezeigt ist), die außerdem
die Platte 17 tragen, abnehmbar an der Bodenwand 14 angebracht.
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Der
Pumpe ist eine Düse 21 zugeordnet,
die die Bodenwandöffnung 14A und
den Auslass, der von der Bodenwandöffnung schräg nach unten gerichtet ist,
umgibt. Wenn die Pumpe 19 arbeitet, um Wasser von dem Innenraum
des Sammelbehälters
in den umgebenden Wasserkörper
zu pumpen, richtet diese Düse
den abgehenden Wasserstrom schräg nach
unten, um auf den Sammelbehälter
eine Vortriebskraft mit einer horizontalen Komponente auszuüben.
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Bei
einer geeigneten Dimensionierung und Formgebung der Düse in Bezug
auf die Pumpenleistung kann diese Vortriebskraft in Kombination
mit der Neigung des Pumpenlaufrads, die gesamte Vorrichtung zu drehen,
bewirken, dass sich die Wiedergewinnungsvorrichtung in dem Wasserkörper auf
einem gewundenen oder kreisförmigen
Weg bewegt, vorausgesetzt, dass die Vorrichtung in keiner Weise
begrenzt oder eingeschränkt
ist. Da der Wasserstrom von der Düse 21 nach unten gerichtet
ist, ist seine Wechselwirkung mit der Wasseroberfläche rund
um die Vorrichtung minimal.
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Radial
auswärts
von dem oberen Wandabschnitt 13 ist die horizontale Wand 16 mit drei
in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten kreisförmigen Öffnungen 16A gebildet.
Direkt oberhalb dieser Öffnungen
sind drei Auftriebseinheiten 22 mit einer starren kreiszylinderförmigen Wand 22A vorgesehen.
Einwärts
von dieser Wand ist ein Absorberkörper 23 in dem unteren
Abschnitt vorgesehen und ein Auftriebskörper 24, der z. B.
aus Styren-Kunststoff hergestellt ist, ist in dem oberen Abschnitt
vorgesehen.
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Über den
drei Auftriebseinheiten 22 befindet sich eine dreiarmige
Aufsatzplatte 25, deren Arme 25A an dem oberen
Ende der Wände 22A luftdicht
in Eingriff sind. Ein Verbindungsstab 26 verläuft axial mittig
durch jede Auftriebseinheit 22 und hält unter Verwendung eines kreuzförmigen Elements 27 als Unterstützung die
Wand 22A der Auftriebseinheit zwischen der horizontalen
Wand 16 und der Aufsatzplatte 25 festgeklemmt.
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In
der Aufsatzplatte 25 befindet sich außerdem über jeder Auftriebseinheit 22 ein
Sicherheitsventil, das ermöglicht,
dass Luft, die sich in der Auftriebseinheit befindet, ausgestoßen werden
kann, jedoch verhindert, dass Luft in der entgegengesetzten Richtung
in die Auftriebseinheit eintritt.
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Ein
ringförmiger
Kranz 29, der einen Kapillar-Ölabsorptionskörper 30 enthält, ist
mittig an der Unterseite der Aufsatzplatte 25 angebracht.
Ein mittiger Verbindungsstab 31 klemmt unter Verwendung eines
kreuzförmigen
Elementes 32 als Unterstützung den ringförmigen Kranz
an der Unterseite der Aufsatzplatte fest.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Sicherheitsventile, die den Auftriebseinheiten
zugeordnet sind, nicht immer erforderlich sind. Wenn z. B. an Stelle
der Kapillar-Absorptionseinrichtungen ein superabsorbierendes Material
verwendet wird, können die
Sicherheitsventile weggelassen werden.
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Wenn
die Sammelvorrichtung in einem Wasserkörper installiert ist, wie etwa
in offenem Wasser oder in einem eingegrenzten Bereich, wie etwa
ein Bassin oder ein Bereich, der durch Schwimmsperren begrenzt ist,
wird der Sammelbehälter
rasch mit Wasser gefüllt
und die gesamte Vorrichtung wird eine solche Höhe in Bezug auf das Wasser
einnehmen, dass das Wasser geringfügig tiefer liegt als die Aufsatzplatte 25.
Die Absorptionskörper 23 werden
außerdem
nahezu vollständig
mit Wasser gefüllt,
das die darin vorhandene Luft durch die Ventile 28 austreibt.
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Während des
Betriebs der Pumpe 19, um Wasser aus dem Innenraum des
Sammelbehälters 11 nach
unten in den umgebenden Wasserkörper
zu fördern,
wird in der Sammelkammer A eine Wassersenke gebildet und aufrechterhalten.
Auf Grund des Unterschieds der Wasserpegel zwischen der Sammelkammer
A und dem Wasser, das den Sammelbehälter 11 umgibt, wird
der obere Wandabschnitt 12 mit seiner Abräum- oder Überlaufdammkrone
K eine Überlaufposition
in Bezug auf die Wasseroberfläche einnehmen.
Demzufolge wird die Wassersenke, die in der Sammelkammer A aufrechterhalten
wird, ständig
mit Wasser und Öl
nachgefüllt.
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Der
obere Wandabschnitt 12 ist selbstständig ausrichtend oder selbstständig positionierend
in Bezug auf die umgebende Wasseroberfläche in Abhängigkeit von der herausgepumpten
Wassermenge in Relation zu der einfließenden Wassermenge. Mit anderen
Worten, der obere Wandabschnitt 12 bewegt sich nach oben
und nach unten, um zwischen dem Abflussmenge und der Zuflussmenge
ein Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.
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Der
Zufluss von Wasser und Öl über die Überlaufdammkrone
K des Abräumwehrs
unter der Wirkung der Pumpe 19 bewirkt einen Wasserfall
oder eine Wasserkaskade längs
der Überlaufdammkrone K.
Die zufließende
Mischung aus Wasser und Öl
wird sich deswegen in der Sammelkammer A als ein im Allgemeinen
zylindrischer vorhangähnlicher
Flüssigkeitsstrom
vorbei an dem horizontalen unteren Ende des unteren Wandabschnitts 13 nach
unten bewegen.
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Dieser
Strom wird lediglich langsam sein Bewegungsmoment verlieren und
wird sich demzufolge leicht in und durch die Zone C bewegen, in
der er in geringem Umfang einwärts
und wieder nach oben zu der Oberfläche in der Sammelkammer und
in viel stärkerem
Maße radial
nach außen
in Richtung der Außenwand 15 abgelenkt
wird. Dieses Strömungsmuster
ist in 1 durch Pfeile angegeben (siehe außerdem 7).
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Der
Teil des Wasser-Öl-Stroms,
der radial auswärts
um die untere Kante des unteren Wandabschnitts 13 abgelenkt
wird, wird über
einen Strömungsbereich
mit großem
Querschnitt verteilt, wenn er durch den Bereich der Zone C, die
sich unterhalb dieses Wandabschnitts befindet, verläuft. Die Strömungsgeschwindigkeit
wird demzufolge drastisch verringert, sobald der Strom seitlich
abgelenkt wird, damit er durch diesen Bereich verläuft, und
die Geschwindigkeit wird weiter verringert, wenn sich der Strom
nach außen
fortbewegt. Die Strömungsgeschwindigkeit
wird demzufolge ausreichend verringert, damit Öltröpfchen in die Trennkammer B
angehoben werden und sich an der Wasseroberfläche in dieser Zone sammeln,
wohingegen verhältnismäßig reines
Wasser durch den an die Außenwand 15 angrenzenden
Spalt 18 entnommen wird.
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Aus
dem Trennraum B kann sich das Öl durch Öffnungen 16A in
der horizontalen Wand 16 bewegen und es wird in den Absorptionskörpern 23 absorbiert.
Nach einer Zeitspanne, die durch die elektronische Steuereinheit 19D festgelegt
wird, kann die Pumpe 19 umgeschaltet werden, damit sie Wasser
in den Sammelbehälter 11 pumpt.
Der Wasserpegel in der Sammelkammer A wird dann ansteigen, wodurch
bewirkt wird, dass der obere Wandabschnitt 12 an der Aufsatzplatte 25 in
Eingriff gelangt und gegen diese abdichtet. Öl, das auf der Wasseroberfläche einwärts von
dem Wandabschnitt 12 gesammelt wurde, wird dann in den
Absorptionskörper 30 gedrückt und
gleichzeitig kann Öl,
das sich auf der Wasseroberfläche
in der Trennkammer B befindet, in die Absorptionskörper 23 gedrückt werden.
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Die
oben beschriebene Prozedur kann eine kleinere oder eine größere Anzahl
von Malen wiederholt werden und schließlich kann die Sammelvorrichtung
eingeholt werden. Das Öl
kann bei Bedarf aus den Absorptionskörpern 23 und 30 entleert
werden, wie etwa zur Probenentnahme und/oder zur Wiederaufbereitung
oder zur Vernichtung.
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Wie
oben erwähnt
wurde, wird ein Teil des Wasser-Öl-Stroms,
der von dem Überlaufwehr
K an der Innenseite des oberen Wandabschnitts 12 nach unten
strömt,
an der Bodenzone C einwärts
und nach oben abgelenkt. Dieser abgelenkte Teil wird außerdem etwas Öl mit sich
führen,
das sich an der Oberfläche
in der Sammelkammer A sammelt und entweder dort eine Schicht bildet
oder nahezu sofort wieder in Umlauf gebracht wird und in dem Öl-Wasser-Strom,
der von dem Überlaufwehr
nach unten strömt,
mitgerissen wird.
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Ölflecken
auf Wasseroberflächen
sind manchmal in der Form von äußerst dünnen und
leichten Ölfilmen,
ein so genannter Ölglanz.
Derartige Ölflecken
sind mit Vorrichtungen des Standes der Technik äußerst schwierig wiederzugewinnen,
da das in sehr dünnen
Schichten befindliche Öl
nur sehr widerstrebend in den Abräumbehälter gezogen werden kann. Es
ist jedoch festgestellt worden, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung Ölglanz-Schichten
verhältnismäßig wirkungsvoll
wiedergewinnen kann.
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Damit
das Sammeln von Ölglanz
auf dem Wasser rund um den Abräumbehälter wirkungsvoll erfolgt,
ist eine bestimmte minimale Höhe
von wenigstens einigen Zentimetern des Wasserfalls oder der Kaskade
am Einlass des Abräumbehälters erforderlich.
Da nahezu keine Reibung zwischen dem Wasser und dem Öl vorhanden
ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers, das über
das Abräumwehr
fließt,
nicht ausreichend, um den äußerst dünnen Ölfilm über das
Abräumwehr
in den Sammelbehälter
zu ziehen.
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Wegen
seiner Dünnheit
lässt sich
der Glanz, der in die in dem Sammelbehälter befindliche Wassersenke
eintritt, nur sehr widerstrebend direkt nach unten in das Wasser
ziehen. Er neigt statt dessen dazu, auf der Wasseroberfläche zu bleiben.
Der in allen Richtungen erfolgende Einlauf in die Wassersenke in dem
Abräumwehr
bewirkt jedoch, dass der Glanz zusammengezogen wird und eine allmählich dicker werdende
Schicht bildet und nach einiger Zeit wird das Öl Tröpfchen bilden, die durch den
Wasserstrom, der sich nach dem Abräumwehr nach unten bewegt, mitgerissen
und nach unten getragen werden.
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In
der Ausführungsform
der 3 und 4, die lediglich insoweit beschrieben
werden, wie sie sich von der Ausführungsform der 1 und 2 unterscheiden, ist
der obere Wandabschnitt 12 mit einem separaten, mittig
positionierten Auftriebskörper 12C versehen.
Darüber
hinaus ist wenigstens eine der drei Auftriebseinheiten 22 und
vorzugsweise sind alle drei so beschaffen, dass das Öl aus der
Auftriebseinheit durch einen röhrenförmigen Verbinder 22B,
der an der Aufsatzplatte 25 vorgesehen ist und an dem ein
Schlauch oder ein anderes geeignetes Hilfselement angebracht werden
kann, nach oben entnommen werden kann. In dieser Ausführungsform gibt
es keinen Absorptionskörper,
der dem mittigen Absorptionskörper 30 in
den Ausführungsformen
der 1, 2 entspricht. Damit Luft, aber
kein Öl
oder Wasser durch das Sicherheitsventil 28 ausgestoßen werden
kann, ist unter dem Ventil 25 ein weiteres Sicherheitsventil 33 mit
einem kugelförmigen
Ventilkörper
vorgesehen.
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Die
Ausführungsform
der 5 und 6 ist in Bezug auf den oberen
Wandabschnitt und ihren Auftriebskörper 12C gleich der
Ausführungsform
der 3 und 4. Bei dieser Ausführungsform
werden die Auftriebseinheiten 22 nicht zum Sammeln von Öl verwendet,
sondern lediglich als Auftriebskörper
oder Pontons, kombiniert mit einer Art Ballastelemente, in denen
der Ballast Wasser ist. Das gesammelte Öl wird in einer noch zu beschreibenden
Weise entsorgt.
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Die
Auftriebseinheiten 22 enthalten in diesem Fall keinen Absorptionskörper, sondern
lediglich den Auftriebskörper 24.
Unter diesem befindet sich ein Raum 22C, der durch ein
vertikales Rohr 22D mit dem Durchlass zwischen der Bodenwand 14 und
der kreisförmigen
Platte 17 in Verbindung steht, so dass reines Wasser in
den Raum 22C fließen
und diesen füllen
kann. Außer
dem Rohr 22D und dem Sicherheitsventil 28 ist
der Raum 22C abgedichtet, so dass das Wasser, das in den
Raum geflossen ist, nicht einfach durch das Rohr 22D nach
unten entweichen kann.
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In
diesem Fall wird das Öl
durch einen separaten Verbinder 34 an der horizontalen
Wand 16 entnommen. Ein weiter Schlauch S (7, 8)
aus einem flexiblen Material ist an dem Verbinder angebracht. Dieser
Schlauch bildet selbst einen Sack oder einen Aufnahmebehälter, der
auf dem Wasserkörper schwimmt
und mit einem separaten Aufbewahrungsbehälter verbunden ist. Wahlweise
kann ein Auftriebskörper 35 in
Form eines horizontalen Zylinders an dem Sammelbehälter befestigt
sein, um einen Abschnitt des Schlauchs S über der Wasseroberfläche und über dem
oberen Ende des Verbinders 34 zu halten, wodurch dieser
Schlauchabschnitt immer etwas höher
liegt als andere Teile des Schlauchs S.
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Wenn
eine ausreichende Menge Öl
in der Sammelkammer B gesammelt wurde, wird die Pumpe 19 in
umgekehrter Richtung betrieben, um Wasser in den Sammelbehälter 11 zu
pumpen und um dadurch das Öl
durch den Verbinder und über
den erhöhten
Abschnitt des Schlauchs S zu drücken.
Der erhöhte
Schlauchabschnitt verhindert, dass Öl zurück in die Sammelkammer A strömt.
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Die 7 und 8 erläutern schematisch die
Prozedur, durch die das Sammeln ausgeführt wird. Im Einzelnen zeigt 7 eine
Stufe, bei der der Einlass von Wasser in die Sammelkammer A erfolgt und
bereits eine bestimmte Menge Öl
in dem Sammelbehälter
B gesammelt wurde, während 8 eine
Stufe zeigt, bei der die Pumpe in umgekehrter Richtung betrieben
wird und das Öl
durch den Verbinder und den Schlauch S herausgedrückt wird.
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Während die 1 bis 8 eine
Vorrichtung zeigen, die in dem Wasserkörper schwimmen soll, in dem
sie betrieben wird, zeigt 9 eine Ausführungsform
der Vorrichtung, die feststehend sein soll und auf einer irgendeiner
geeigneten festen Unterlage errichtet werden soll. Sie kann z. B.
in einem Hafenbecken oder an einer anderen Stelle positioniert sein,
an der ein dauernder Bedarf des Vorhandenseins einer verfügbaren Sammelvorrichtung
besteht, so dass Ölflecken
oder andere Schmutzstoffe sofort gesammelt werden können.
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In
dieser Ausführungsform
ist der Sammelbehälter 41 aus
Elementen aus Beton oder einem anderen geeigneten Material hergestellt.
Der obere Wandabschnitt 42 mit dem Auftriebskörper 42 ist dem
Wandabschnitt 12 der 3 und 4 ähnlich. Zum
Entnehmen des Öls,
das sich im Trennraum B des Sammelbehälters angesammelt hat, ist
ein Steigrohr 43 vorgesehen, das mit einem geeigneten Aufnahmebehälter verbunden
sein kann, in den das Öl
mittels einer geeigneten Pumpe (die nicht gezeigt ist) befördert werden
kann.
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Die
Pumpe 44 ist in diesem Fall in dem Sammelbehälter und
nicht wie in den vorherigen Ausführungsformen
unter diesem angeordnet. Sie ist auf der kreisförmigen Platte 45 abgesetzt,
ohne darauf befestigt zu sein, und ist an einem Hebekabel 46 oder an
einem anderen geeigneten Hebeelement angebracht, so dass sie bei
Bedarf aus dem Sammelbehälter 41 gehoben
und genauso leicht wieder zurück in
Position gebracht werden kann.
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Die
Ausführungsform,
die in den 10 bis 15 gezeigt
ist, soll ebenfalls in dem Wasserkörper schwimmen, dessen Oberfläche gereinigt
werden soll. Bei dieser Ausführungsform
sind jedoch der Sammelbehälter 61 und
der Behälter 62,
die die Trennzone B bilden, voneinander beabstandet und durch eine
Unterwasserleitung 63 miteinander verbunden, durch die
die Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen, die von dem Sammelbehälter empfangen
wird, zu dem Trennbehälter 62 und
der darin befindlichen Trennzone geleitet wird.
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Wie
in den vorhergehenden Ausführungsformen
enthält
der Sammelbehälter 61 einen
ringförmigen
oberen Wandabschnitt 64 und einen ringförmigen unteren Wandabschnitt 65,
der zum oberen Wandabschnitt konzentrisch ist. Der obere Wandabschnitt 64 ist
ein Faltenbalg, dessen unteres Ende an dem oberen Ende des unteren Wandabschnitts 65 angebracht
ist und dessen oberes Ende die Dammkrone K eines durch den Faltenbalg
gebildeten Wehrs bildet.
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Der
Faltenbalg ist z. B. aus Polyurethan hergestellt und ist an seinem
oberen Ende mit einem ringförmigen
Auftriebskörper 64a aus
einem Material mit geringer Dichte versehen. Dementsprechend besitzt
der obere Wandabschnitt 64 außer einer vertikalen Beweglichkeit
einen bestimmten Auftrieb, so dass er im Gebrauch eine Überlaufposition
in Bezug auf die die Vorrichtung umgebende Wasseroberfläche einnimmt,
so dass der Einlauf in den Einlass, der durch den Abräumsammelbehälter 61 geschaffen
ist, den Ausfluss durch den Bodenabschnitt des Sammelbehälters und
die Leitung 63, die starr oder flexibel sein kann, ausgleicht.
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Der
Trennbehälter 62 ist
an der Oberseite und an der Unterseite offen, so dass der Innenraum des
Sammelbehälters 61 in
einer ständigen
offenen Verbindung mit dem Wasserkörper ist, in dem die Vorrichtung
betrieben wird, so dass die Oberfläche der Flüssigkeit in dem Trennbehälter leicht
zugänglich
ist für
die Entnahme der Schmutzstoffschicht, die in dem Sammelbehälter 62 gesammelt
wurde.
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Ein
Auftriebskörper 66 ist
an dem oberen Ende des Trennbehälters 62 befestigt
und erstreckt sich darüber
hinaus, so dass das obere Ende des Trennbehälters beim Betrieb der Vorrichtung über der Oberfläche des
umgebenden Wassers gehalten wird. Ein Paar Gehäuse 67 an der Oberseite
der Auftriebskörper 66 enthalten
Steuerausrüstungen
und einen (nicht gezeigten) Verdichter, der verwendet wird, um Luft
an eine Druckluftförderpumpe 68 in
dem Trennbehälter
zu liefern, wie später
beschrieben wird.
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Ein
vertikales Rohr 69 ist in dem Trennbehälter 62 mittig angeordnet
und wird darin durch nicht gezeigte Befestigungsmittel feststehend
gehalten. Das untere Ende dieses Rohrs ist durch zwei Zweige eines
T-Verbinders 70 mit der Leitung 63 in einer ständigen offenen
Verbindung. Der dritte Zweig des T-Verbinders ist nach unten gerichtet
und mit einem Sicherheitsventil versehen, wie etwa eine Falltür 71, die
z. B. durch die Wirkung ihres Auftriebs und/oder eine Druckdifferenz normalerweise
geschlossen ist, jedoch durch das Gewicht eines schweren Objekts, wie
etwa ein Steinbrocken, der durch die Leitung 63 in den
T-Verbinder eintritt, geöffnet
werden kann.
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Das
obere Ende 69A des Rohrs 69 ist in einer solchen
Höhe in
dem Trennbehälter 62 positioniert,
dass es im normalen Betrieb der Vorrichtung unter dem Pegel der
Flüssigkeit
in dem Trennbehälter
ist.
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Ein äußeres Rohr 72 ist
konzentrisch zum Rohr 69 und umgibt dieses, wobei es um
das Rohr 69 eine ringförmige
Zone 73 definiert. Das obere Ende 72A des äußeren Rohrs 72 befindet
sich in einer Höhe,
die beim normalen Betrieb der Vorrichtung sicher oberhalb des Pegels
der Flüssigkeit
in dem Trennbehälter 62 liegt.
Das untere Ende 72B ist in dem unteren Abschnitt des Trennbehälters angeordnet,
wobei der genaue Ort nicht besonders kritisch ist.
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Ein
Luftdüsenring 74,
der einen Teil der oben erwähnten
Druckluftförderpumpe
ist, ist in dem Innenrohr 69 in einer geeigneten Entfernung
von z. B. 30–40
cm unter dem oberen Ende 69 angebracht. Eine Leitung 75 verbindet
den Düsenring 74 mit
einem (nicht gezeigten) in einem der Gehäuse 67 befindlichen
Verdichter, um Luft durch einen Ring von Öffnungen in dem Düsenring
in das im Rohr 69 befindliche Wasser zu leiten. Die aufsteigenden
Luftblasen erzeugen eine nach oben gerichtete Strömung von
Flüssigkeit
von dem Sammelbehälter 61 in
und durch das Rohr 69.
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Die
Luftzufuhr zum Düsenring 74 ist
so eingestellt, dass die in dem inneren Rohr 69 nach oben und
aus seinem oberen Ende 69A strömende Flüssigkeit das obere Ende 72A des äußeren Rohrs 72 nicht
erreichen kann. Die Flüssigkeit
wird demzufolge so abgelenkt, dass sie durch die ringförmige Zone 73 zwischen
dem inneren und dem äußeren Rohr 69 bzw. 72 nach
unten strömt.
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Der
Querschnittbereich der ringförmigen Zone 73 ist
in Bezug auf den Querschnittbereich des inneren Rohrs 69 so
gewählt,
dass die Strömungsgeschwindigkeit
in der ringförmigen
Zone 73 wesentlich kleiner ist als die Strömungsgeschwindigkeit
in dem inneren Rohr 69, jedoch trotzdem ausreichend groß ist, um
die Flüssigkeit
zu dem unteren Ende der ringförmigen
Zone zu befördern.
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Wenn
die Flüssigkeit
aus der ringförmigen Zone 73 austritt,
wird sie, d. h. die Mischung aus Wasser und Schmutzstoffen durch
eine Ablenkplatte 76, die an dem Innenrohr 69 befestigt
ist, so abgelenkt, dass sie im Allgemeinen horizontal in die Trennzone
B, die das äußere Rohr 72 umgibt,
gerichtet ist. Der horizontale Querschnittbereich der Trennzone
B ist in Bezug auf den der ringförmigen Über gangszone 73 sehr
groß und
da die Flüssigkeit,
die in der ringförmigen
Zone fließt,
beim Austreten aus dieser Zone ein geringes Moment besitzt, trennen
sich die Schmutzstoffe in der Trennkammer B rasch vom Wasser und
sammeln sich an der Oberfläche,
während
das von Schmutzstoffen freie Wasser nach unten entnommen wird.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung ist klar, dass die Flüssigkeit,
die von der Einlassvorrichtung 61 zu dem Trennbehälter 62 fließt, in den
Trennbehälter
als ein nach oben gerichteter Strom eingeleitet wird, dann so abgelenkt
wird, dass sie durch einen breiteren Durchlass 73 nach
unten strömt
und dann nochmals, diesmal seitlich und auswärts abgelenkt wird und über einen
sehr großen
Querschnitt verteilt wird. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit
der strömenden
Flüssigkeit
längs des
Strömungswegs vom
Eintrittspunkt in den Trennbehälter
und in die Trennzone nacheinander und im Wesentlichen stark verringert.
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Es
wird anerkannt, dass ein Trennbehälter gemäß der in den 10 bis 15 gezeigten
Ausführungsform
der Erfindung außerdem
mit Einlassvorrichtungen verwendet werden kann, die sich von den
selbstregulierenden eingetauchten Einlassvorrichtungen der Art,
die durch den Sammelbehälter 61 von 10 repräsentiert
ist, unterscheiden. Dieser Trennbehälter ist jedoch für eine Verwendung
mit einer derartigen selbstregulierenden Einlassvorrichtung besonders
geeignet, da die Einlassmenge in den Trennbehälter hier an die Kapazität des Trennsystems
angepasst werden kann, um die zu trennende Mischung zu behandeln.
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Obwohl
die erläuterte
und beschriebene Druckluftförderpumpe 69 wegen
ihrer Einfachheit und des praktisch ungehinderten Strömungswegs bevorzugt
ist, kann die Strömung
von Flüssigkeit
von dem Einlass oder von dem Sammelbehälter 61 zu dem Trennbehälter 62 durch
andere Typen von Pumpen und durch Pumpen, die an verschiedenen geeigneten
Stellen angeordnet sind, erzeugt werden. Eine Pumpe kann z. B. am
Boden des Sammelbehälters so
positioniert sein, wie im Wesentlichen in den 1 bis 9 gezeigt
ist. Eine weitere Möglichkeit besteht
darin, den Trennbehälter 62 mit
einer Bodenwand zu versehen, die eine Öffnung besitzt, in der eine
Pumpe positioniert wird, um Wasser aus dem Bodenbereich des Trennbehälters zu
pumpen und um dadurch einen Unterschied der Flüssigkeitspegel in dem Sammelbehälter und
in dem Trennbehälter aufrechtzuerhalten.
Die Pumpe kann darüber
hinaus in der Leitung 63, die die Einlassvorrichtung und
den Trennbehälter
verbindet, installiert sein.
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Wie
leicht anerkannt wird, müssen
der Sammelbehälter
und eine andere Einlassvorrichtung 61 und der Trennbehälter 62 nicht
in dem selben Wasserkörper
positioniert sein und betrieben werden. Der Trennbehälter 62 kann
z. B. in einem separaten Behälter
positioniert sein, der durch eine geeignete Leitung mit dem Wasserkörper in
Verbindung steht, aus dem die Einlassvorrichtung 61 das
Wasser, das den zu trennenden Schmutzstoff trägt, aufnimmt, so dass der Flüssigkeitspegel
in dem Behälter
gleich dem Flüssigkeitspegel
in dem zuletzt erwähnten
Wasserkörper
ist.