EP0238511A1 - Method and device for the oxygen enrichment of waters - Google Patents
Method and device for the oxygen enrichment of watersInfo
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- EP0238511A1 EP0238511A1 EP86905133A EP86905133A EP0238511A1 EP 0238511 A1 EP0238511 A1 EP 0238511A1 EP 86905133 A EP86905133 A EP 86905133A EP 86905133 A EP86905133 A EP 86905133A EP 0238511 A1 EP0238511 A1 EP 0238511A1
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Definitions
- the invention relates to a method for enriching water in standing or flowing water with oxygen, in which the oxygen is supplied to the water in the bottom area, and a device for carrying out the method.
- Eutrophication of a body of water means the natural or artificial, e.g. nutrient enrichment caused by human influences such as fertilization, concentrated fattening cattle, detergents.
- a key factor for the trophy of a body of water (lake) is the nutrient phosphorus.
- inorganic phosphorus compounds occur only in small amounts, often only in trace amounts, in a body of water.
- Phosphorus as an essential plant nutrient for primary producers is therefore usually a minimum factor, i.e. the amount of phosphorus in a body of water determines the intensity of primary production. This means that the increase in phosphates leads to water reutrophication.
- Plants floating in the water especially phytoplankton, usually also referred to as algae, provide the necessary energy for heterotrophic living beings as primary producers.
- the heterotrophic organisms are those that feed on existing organic matter.
- Another process is crucial for an ecosystem, namely the degradation of organic matter. This is called breathing or better dissimilation and is used to generate energy for metabolic processes, whereby it should not be overlooked that not only animals but also plants breathe.
- the dissimilation process can be interpreted as a reversal of the assimilation and can be represented schematically as follows:
- Olzewski pipe is used, which begins at the deepest point of the lake and leads to the drain. In this way, deep water is no longer drained from the lake, but deep water.
- Another method is to force the lake into circulation so that the water is circulated.
- the procedure here is such that compressed air is blown in through a pipe leading to the lake bottom in order to supply oxygen to these layers.
- the rising air causes heavy deep water to be torn up and then to sink again.
- the forced circulation also distributes the nutrient quantity of the hypolimnion evenly over the entire water column, which is a heavy fertilization.
- the present invention has for its object to provide a method with which it is possible to change the oxygen content of the water in flowing or standing water.
- This object of the invention is achieved in that a current flow through the water serving as the electrolyte between an anodic and a cathodic area arranged in the area of the bottom of the body of water extends over a large area extending electrode is built.
- the fact that the water or the sediment is used as the electrolyte produces oxygen in the course of the electrolysis that occurs in the process.
- oxygen supply of the sediment at the bottom of the water and in the bank area better mixing of the water layers with oxygen may also be achieved. This is also the case if all of the oxygen produced by the electrolysis is required in the area of the sediments - in particular in the initial stage of the remediation - in order to make the soil areas aerobic.
- the essential finding of the invention is, however, that the constant electrolysis of the water column maintains constant, constant circulation without the disadvantages that occur, for example, in the known methods of forced circulation. Rather, an oxidation of the sediment layers and a thorough mixing of the water layers is made possible.
- the biological advantage of the method is that the "living conditions" are improved. Due to the oxygen enrichment in the sediment, the strictly aerobic microorganisms find the best conditions that die anaerobically. The activity of the aerobic bacteria creates particularly usable nitrogen compounds for algae. These ensure further oxygenation. Now consumers of various orders are also becoming active. The conspicuous organic dead substance is in turn degraded aerobically. This makes it possible to improve the water in the direction of decreasing nutrient content.
- the possibility of regulating the amount of oxygen and hydrogen liberated in the electrolysis by the current flow in the region of the electrolyte also makes it possible to influence various eutrophication states in the waters to be rehabilitated.
- Another advantage of the arrangement of the electrodes in the bottom area of the water is that the different minerals present in the bottom area lead to the build-up of local elements between the minerals and an electrode deposited in the bottom area. Due to the various soil materials, the electrolyte has different pH values. These different PH values occur local elements which lead to an electrolysis of the water or the electrolysis, if d 'hese formed by an active or passive electrode system support.
- the electrode which extends over a large area and the resulting large number of local elements or the large-area electrolysis, produces the oxygen in molecular droplets in the finest droplets.
- the molecularly dissolved oxygen connects directly to the surrounding water. If a water layer is saturated with molecularly dissolved oxygen, the oxygen is passed on to the next layer, from which it is rapidly absorbed.
- the level of the current supplied to the electrodes is regulated so that, depending on an amount of oxygen given off during the electrolysis, the water has an oxygen content which is between approximately 5 mg and the oxygen saturation of the water, which means that the water Use of the method described has so much oxygen that it enables sufficient living conditions for carp, but it is prevented that the oxygen begins to bubble out due to excessive electrolysis.
- a chemically inert electrode the length or area of which is a multiple of the cross-section, to be placed on the bottom of the water, which has a positive potential compared to the normal hydrogen electrode, which, in conjunction with the in the sediments
- Root area of bulrushes which are located in a clarification pond, is arranged and that this reticulated electrode has a potential that is positive compared to the normal hydrogen electrode and is optionally connected to a magnesium electrode arranged in the bottom area, which acts as an anode.
- This simple process step makes it possible to increase the efficiency in the so-called rinsing plant.
- the rushes arranged in the sewage ponds release oxygen in the root area, which leads to an improvement in the oxygen saturation of the dirty water.
- the amount of oxygen released is multiplied by the network. Above all, it is achieved that the oxygen release is continued at night, which can reduce the oxygen consumption in the dirty water.
- a defined electric field for electrolysis can be achieved between the anode and the reticular electrode forming the cathode by connecting the reticular electrode to a magnesium electrode acting as an anode.
- electrodes from lines or networks are placed on the bottom of the water at certain intervals from one another, one electrode of which has a potential which is positive compared to the normal hydrogen electrode and which forms the cathode and directly Adjacent electrode has a potential which is negative compared to the normal hydrogen electrode and forms an anode, so that according to the materials and surfaces used, a precisely defined current flow between the electrodes and thus electrolysis can be achieved to the desired extent.
- the invention also includes a device for enriching a body of water with oxygen in the region of the soil for carrying out the method.
- This device is characterized in that an electrode is placed in the bottom region of the body of water, the length or area of which is a multiple of the cross-section and the potential of which is positive against the normal hydrogen electrode.
- the use of such an electrode ensures that in the formation of local elements, for example in the case of strong hydrogen sulfide or phosphate pollution and when used in aggressive electrolytes, an ineffectiveness of the electrode and thus an interruption of the electrolysis can be counteracted.
- One advantage of the large-area electrode lies above all in the fact that a large number of different local elements can be formed over the surface by differences in pH in the electrolyte or by the different values in the voltage series of the materials.
- the oxygen accumulates in the finest droplets in a molecular solution and can therefore be taken up directly by the oxygen-poor water. Due to the fact that the water body does not circulate, the colder water remains in the area of the floor and can absorb more oxygen than water due to the low temperature n
- the living conditions for living beings in the immediate area of the device are thus improved.
- the electrode has a plurality of thread-like support bodies which are in one with carbon, e.g. Graphite-displaced, conductive plastic are embedded, since this ensures sufficient strength of the electrode against mechanical damage caused by attachments even in flowing water.
- electrodes of this type are suitable in conjunction with so-called externally operated systems, in which the electrodes are connected to the outputs of a low-voltage source in order to produce a controllable current flow between them.
- the lines can be laid in the form of a network or to form threads of a network and preferably to be designed as a cathode; since a large surface area of the electrode is reached as a result of the network-shaped laying and a correspondingly effective electrolysis is triggered.
- the electrode is formed by a conductor made of magnesium, which is provided with a coating in the longitudinally spaced areas, the potential of which is positive with respect to the normal hydrogen electrode, since it is in a simple manner between
- the magnesium serving as the anode and the coatings serving as the cathode are constructed with a large number of local elements which lead to electrolysis of the electrolyte located therebetween, namely the water.
- the number of elements formed can also be used to preselect the amount of electricity available in order to be able to produce a corresponding amount of oxygen.
- the magnesium ions remaining in the water during operation of the local element and the resulting dissolution and degradation of the anode are advantageous for the nutrient balance in the water, since aquatic plants also require magnesium for chlorophyll production.
- the electrode having a positive potential with respect to the normal hydrogen electrode as the cathode is contacted with an electrode having a negative potential with respect to the normal hydrogen electrode as the anode, and that preferably that through the Water-formed electrolyte-accessible surface of the electrode having a negative potential is designed to have a presettable current flow through the electrolyte formed by the water.
- the amount of electricity available for processing the electrolysis can be regulated and the aeration of the sediment layers in the bottom area can be controlled.
- the hydroxides formed during electrolysis lead to a change in the pH value in the basic direction.
- the sufficient oxygen supply in the sediment, the breakdown of nutrients and the absorption of the same by primary producers enables the creation of aerobic conditions in the sediment. The prerequisite for this is the reduction of the nutrient entry into the water.
- this arrangement also enables plankton to be supplied in troughs, since an aerobic environment can be maintained and, with the appropriate supply of food and increasing temperature and sufficient oxygen supply, sufficient plankton can be produced.
- the two electrodes may be connected to an output of a low-voltage source and to have a voltage slightly above the decomposition voltage of the water, a control device preferably being assigned to the low-voltage source, the oxygen quantity measuring elements and / or temperature sensors are assigned and when the oxygen saturation is reached, the control device is acted on in the sense of a reduction in the current output of the low-voltage source, as a result of which, when measuring the various reference variables in the system, simple control and adaptation of the required amount of current for the Electrolysis to maintain a corresponding amount of oxygen in the sediment or water is achieved.
- Fig. 1 shows a part of a body of water with a device according to the invention arranged in the bottom region of the body of water in a simplified diagrammatic representation with a schematically indicated process of the invention
- FIG. 2 shows an embodiment variant of a device according to the invention using a cathode and an anode as local elements
- Figure 3 shows the arrangement of an inventive device in a lake in a simplified schematic representation.
- FIG. 4 shows an embodiment variant of a device according to the invention with an active method using an anode and a cathode and an external voltage source contacted with these two;
- FIG. 5 shows a local element formed from an electrode having an anodic and a cathodic region with a coating influencing the active surface of the anode
- Fig. 6 is a diagram of the nitrogen cycle in the water.
- Fig. the water 1 of a part of a body of water 2 is shown schematically.
- the eutrophication process has been accelerated due to environmental influences such as detergents, nitrate feed from over-fertilization or concentrated fattening cattle farming.
- the pond therefore has one stratification corresponding to a eutrophic state.
- This is characterized in that the water layer extending from the water surface 3 in the direction of a bottom 4, namely the epilimnion 5, is less deep and warmer than an oligotrophic layer 5.
- Metalimnion 6 which also has only a small depth and in which a blatant drop in temperature in the direction of the bottom 4 of the water 2 can be determined.
- the adjoining one which extends to the bottom 4 of the water
- IQ " layer”, namely a hypolimnion 7, on the other hand, has a very large depth.
- the depths of the epilimnion 5 and metalimnion 6 of an oligotrophic body of water are drawn purely schematically by means of dashed lines.
- various minerals 12 or 13 are present. Furthermore, there are aquatic plants 14 at the bottom 4 of the water, e.g. Algae and the like available. These aquatic plants and algae will mainly be blue-green algae if the water is eutrophic
- an electrode 15 is arranged in the area of the bottom 4.
- This electrode 15 consists, for example, of a network 16 provided with an electrically conductive surface coating,
- Electrodes are embedded, if possible, in a plastic that is inverted against soil minerals. Due to the carbon contained in the electrode surface, the electrode 15 is electropositive, but acts due to the direct contact with it
- the 35 in Fig. shown eutrophic waters 2 for a rapid increase in the nitrifi anten, which are aerobic and thus cause that the anaerobic assimilation or dissimilation process swings into an aerobic assimilation or dissimilation process.
- the effect of the electric field 19 and the electrode 15 and its polarity with the sediments contained in the sediment layer 10 build up a material gradient which promotes the development of the microlife world. This means that the nutrients, which are largely ionic in aqueous solution, migrate to the electrically charged poles. Furthermore, the development of microorganisms and protoplasts by the electric field 19 should also be favored. In addition, there are the bacterial substance conversions present in the water, which are promoted by the amount of oxygen released at the network 16 or the electrode 15.
- the structure of the electric field 19 and the oxygen supply obtained by the electrolysis make it possible to inhibit the progress of eutrophication in a body of water. If it is also possible to reduce the supply of nutrients into the water, in particular by adding phosphates and nitrates, such as by over-fertilization and concentrated fattening cattle, the eutrophication can be slowed down or the water can be returned to an oligotrophic state.
- the method and the device according to the invention can more easily overcome critical disturbance phases in a biological ecosystem and it is possible to stabilize the ecosystem. By improving the breakdown and conversion of nutrients, aerobic conversion is favored in the smallest space.
- FIG. 2 shows an embodiment variant of a device 22 for enriching a water 1 of a body of water 23.
- the device 22 comprises, in addition to the electrode 15 formed by a network 16, a further electrode 24 which is formed by a rod 25, for example made of magnesium or a magnesium alloy.
- the rod 25 is driven so far into the sediment layer 10 or the bottom 4 of Ge 23 dsers that its water * is 1 end facing approximately in the region of the electrode 15 and the network sixteenth A contact cap 26 is provided on the side of the rod 25 facing the electrode 15, the cross-sectional area of which is larger than the mesh size of the electrode 15 formed by the network 16.
- the rod 25 is now driven into the sediment layer 10 or the bottom 4 of the water 23 , the rod 25 is contacted directly with the electrode 15 or short-circuited.
- FIG. 3 in order to clarify the method according to the invention and the design of the device, it is shown that, in contrast to known electrolysis devices, water 30 formed by a lake 29 is made by inserting large-area electrodes 15 formed by networks 16. The mode of operation of such devices can then be both according to the embodiment in FIG. as well as according to the embodiment in Fig.2.
- FIG. 4 shows another embodiment variant of a device 31, which is a so-called active system.
- an electrode 32 acting as an anode is connected to a voltage source 34 via a line 33.
- a reticulated moved through a network 35 or conductor 36 formed "electrode 37, which acts as the cathode, is connected via a line 38 to the negative potential of the voltage source 34 in.
- a voltage source devices 31 is in designing and producing of electrodes 32 and 37, only make sure that materials that are resistant to soil and minerals are used.
- the voltage difference between the two electrodes and also the current passage through the electric field, which extends between the electrode 32 and the electrode 37 and is schematically indicated by field lines 39, can be regulated.
- the mode of operation of the device 31 corresponds essentially to that of FIG. and 2 described mode of operation with the difference that the voltage and current strength in the electrical field can be controlled with a control element 40.
- the control element 40 can be acted upon via a control device 43 in such a way that the voltage and current strength in the electrical field - indicated schematically by field lines 39 - accelerate or reduce the electrolysis, so that during electrolysis resulting oxygen the oxygen demand of the
- Water 1 or the respective liquid and the oxygen requirement of the nitrifiers or the other bacteria and plants in the water is adapted.
- the advantage of using electrodes formed by nets is furthermore that the aquatic plants or the algae have the possibility of growing upwards through the nets, so that the soil flora in water is not impeded by the device according to the invention.
- a further electrode 45 is held in a certain area below a water surface 44, for example above floating bodies 46. If such an electrode 45 is used, it is applied to the negative potential of the voltage source 34 as well as the electrode 37. As a result, due to the voltage conditions in the water, algae 47 deposit on the electrode formed by the network and it comes directly in the area the surface of the water - from which area in clarifiers the water is fed to a stream 10 "or the like after the final clarification - to a very high oxygen concentration again, which strengthens the final purification of the water.
- FIG. 5 shows a rod 25, which can be used, for example, for an electrode 15 24 - as described in FIG. 2.
- This rod 25 is made of pure magnesium or a magnesium alloy or another base metal, which has the greatest possible voltage separation from the contact cap 26, which consists, for example, of carbon or a plastic enriched with carbon.
- Base metals should preferably be used here which have a voltage distance from the carbon or possibly platinum-doped electrode which essentially corresponds to the decomposition voltage of the water in order to ensure sufficient electrolysis of the electrolyte formed by the water in the course of the er ⁇ enable method according to the invention when used with the device according to the invention.
- Lines indicated - provided with a carbon coating 48 is, so that the effective surface is reduced or - as shown in full lines - over the surface of the rod 25 diaphragm or a sponge 49 - which can of course also be formed by any more or less open-celled elastic or rigid plastic - vorge ⁇ see.
- the maximum area of access from the electrolyte to the rod 25 regulates the voltage strength or the amount of current between the two electrodes.
- Fig. 6 is a scheme of the nitrogen cycle for better understanding of the invention, which is decisive for the condition of a body of water, whether oligotrophic or eutrophic.
- ammonium is converted into a nitrifier I, namely nitrite, by reducing oxygen in the water.
- a nitrifier II Under aerobic conditions - and correspondingly sufficient oxygen in the water - a further reduction of the oxygen in the water from the nitrifying agent I forms a nitrifying agent II, ie the nitrite is converted into a nitrate by reducing oxygen from the water.
- the breakdown of the resulting organic substances is also very important for the ecosystem. This is also known as respiration or better known as dissimilation and is used to generate energy for the metabolic processes. Bacteria play an important role in this degradation process, and they work up the dead organic substance again. This closes the natural cycle, i.e. the ecosystem, and preserves the oligotrophic state of the water.
- the invention is not tied to the exemplary embodiments shown, but any other inert electrodes suitable for this application can be used instead of the electrodes shown in order to achieve a corresponding field build-up and thus electrolysis of the water and oxygen recovery.
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Abstract
Un procédé et un disopositif sont utilisés pour enrichir en oxygèn l'eau (1) de masses ou de courants d'eau, l'oxygène étant introduit par le fond de la masse d'eau (1). A cet effet, un courant électrique est formé à travers l'eau, qui sert d'électrolyte, entre les zones anodique et cathodique d'une électrode (15) qui s'étend sur une grande surface du fond de la masse d'eau.A method and a device are used to enrich the water (1) with water masses or streams of oxygen, the oxygen being introduced through the bottom of the water body (1). For this purpose, an electric current is formed through the water, which serves as an electrolyte, between the anode and cathode zones of an electrode (15) which extends over a large area of the bottom of the body of water. .
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Anreichern von.Gewässern mit SauerstoffMethod and device for enriching water with oxygen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anreichern von Wasser in stehenden oder fließenden Gewässern mit Sauerstoff, bei dem der Sauerstoff dem Wasser im Bodenbereich zugeführt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for enriching water in standing or flowing water with oxygen, in which the oxygen is supplied to the water in the bottom area, and a device for carrying out the method.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Sanierung eutrophier- ter Seen bekannt. Unter Eutrophierung eines Gewässers versteht man die natürliche oder künstliche, z.B. durch menschliche Ein- flüsse, wie Düngung, konzentrierte Mastviehhaltung, Waschmittel bewirkte Nährstoffanreicherung. Ein Schlüsselfaktor für die Trophie eines Gewässers (Sees) ist der Nährstoff Phosphor. An¬ organische Phosphorverbindungen kommen unter natürlichen Bedin¬ gungen nur in geringen Mengen, oft auch nur in Spuren gelöst, in einem Gewässer vor. Phosphor als essentieller Pflanzennährstoff der Primärproduzenten ist deshalb in der Regel Minimumfaktor, d.h. die in einem Gewässer vorhandene Phosphormenge bestimmt die Intensität der Primärproduktion. Das bedeutet, durch die Zunahme der Phosphate kommt es zur Gewässereutrophierung. Da in dieser Situation auch meist genügend StickstoffVerbindungen vorhanden sind, nimmt die Primärproduktion in oft erheblichen Ausmaß zu. Unter Primärproduktion versteht man vereinfacht gesagt, den Auf¬ bau organischer Substanz, z.B. Kohlenhydrate aus anorganischen Stoffen unter Lichteinwirkung und unter Beisein des grünen Farb- Stoffes Chlorophyll. Dies läßt sich in einer schematischen Photosynthesegleichung wie folgt darstellen:Various methods for the remediation of eutrophied lakes are already known. Eutrophication of a body of water means the natural or artificial, e.g. nutrient enrichment caused by human influences such as fertilization, concentrated fattening cattle, detergents. A key factor for the trophy of a body of water (lake) is the nutrient phosphorus. Under natural conditions, inorganic phosphorus compounds occur only in small amounts, often only in trace amounts, in a body of water. Phosphorus as an essential plant nutrient for primary producers is therefore usually a minimum factor, i.e. the amount of phosphorus in a body of water determines the intensity of primary production. This means that the increase in phosphates leads to water reutrophication. Since there are usually enough nitrogen compounds in this situation, primary production often increases to a considerable extent. To put it simply, primary production means the build-up of organic matter, e.g. Carbohydrates from inorganic substances under the influence of light and in the presence of the green color chlorophyll. This can be shown in a schematic photosynthesis equation as follows:
6C02 + 12H20 + Lichtenergie C6H12°6 + 6H2° + 6026C0 2 + 12H 2 0 + light energy C 6 H 12 ° 6 + 6H 2 ° + 60 2
Daraus ist ersichtlich, daß die Pflanze aus den anorganischen Stoffen Kohlendioxid und Wasser organische Stoffe aufbaut. Für
die an die Assimilation anschließenden Stoffwechselprozesse be¬ nötigt die Pflanze nun Nährstoffe, wie StickstoffVerbindungen, Kalium, Calcium, Phosphor u.a. und Spurenelemente.From this it can be seen that the plant builds organic substances from the inorganic substances carbon dioxide and water. For the metabolic processes following the assimilation now require the plant nutrients such as nitrogen compounds, potassium, calcium, phosphorus and other trace elements.
Im Wasser schwebende Pflanzen vor allem die Phytoplankton, üblicherweise auch als Algen bezeichnet, stellen als Primärpro¬ duzenten die nötige Energie für heterotrophe Lebewesen zur Ver¬ fügung. Bei den heterotrophen Lebewesen handelt es sich um solche, die sich von vorhandener organischer Substanz ernähren.Plants floating in the water, especially phytoplankton, usually also referred to as algae, provide the necessary energy for heterotrophic living beings as primary producers. The heterotrophic organisms are those that feed on existing organic matter.
Primärproduzenten als autotrophe Lebewesen und Heterotrophe bil¬ den im Ökosystem Nahrungsketten, die über vielfache Querverbin¬ dungen miteinander vernetzt sind. An letzter Stelle dieser Nahrungsketten steht unter anderem der Mensch mit Fischfang, Wasservögel , Wassernutzung und dgl .Primary producers as autotrophic beings and heterotrophs form food chains in the ecosystem which are networked with one another via multiple cross-connections. The bottom of these food chains includes people with fishing, water birds, water use and the like.
Ein weiterer Prozeß ist für ein Ökosystem maßgeblich, nämlich der Abbau organischer Substanz. Dieser wird als Atmung oder besser Dissimilation bezeichnet und dient der Energiegewinnung für Stoffwechselprozesse, wobei nicht übersehen werden darf, daß nicht nur Tiere sondern auch Pflanzen atmen.Another process is crucial for an ecosystem, namely the degradation of organic matter. This is called breathing or better dissimilation and is used to generate energy for metabolic processes, whereby it should not be overlooked that not only animals but also plants breathe.
Der Dissimilationsprozeß kann als Umkehrung der Assimilation ge¬ deutet werden und läßt sich schematisch wie folgt darstellen:The dissimilation process can be interpreted as a reversal of the assimilation and can be represented schematically as follows:
C6H12°6 + 60, -*6C02 + 6H20 + Energie C 6 H 12 ° 6 + 60, - * 6C0 2 + 6H 2 0 + energy
Diese Gleichung zeigt auch den engen Zusammenhang zwischen auf¬ bauenden - assimilatorischen - und abbauenden - dissimila- torischen - Vorgängen. Nicht berücksichtigt wurde in dieser schematischen Darstellung des Ökosystems See die Rolle der Bakterien. Sie spielen bei der Wiederaufarbeitung anfallender toter organischer Substanz eine große Rolle. So sind Bakterien an der neuerlichen Verfügbarkeit von Nährstoffen und auch Spuren- ele enten maßgeblich beteiligt.
Betrachtet man in diesem Zusammenhang den Minimumfaktor Phosphor, so ist festzustellen, daß das Phosphat unter Sauerstoffanwesen- heit, also aeroben Bedingungen, an Sede entteilchen adsorbiert oder als Eisenphosphat (FePO.) ausgefällt wird. EisendII)phospat ist unlöslich, solange das Redoxpotential größer als 0,2 Volt ist. Solange in den über dem Sediment liegenden WasserschichtenThis equation also shows the close connection between building-up - assimilatory - and dismantling - dissimilatory - processes. The role of bacteria was not taken into account in this schematic representation of the lake ecosystem. They play a major role in the reprocessing of dead organic matter. Bacteria are thus significantly involved in the renewed availability of nutrients and trace elements. If one considers the minimum factor phosphorus in this connection, it can be seen that the phosphate is adsorbed on Sede particles under the presence of oxygen, ie aerobic conditions, or is precipitated as iron phosphate (FePO.). EisendII) phosphat is insoluble as long as the redox potential is greater than 0.2 volts. As long as in the water layers above the sediment
Sauerstoff enthalten ist, wirken die obersten Sedimentschichten als Barriere. Bereits bei weniger als 3 mg 02 l kommt es zurIf oxygen is contained, the uppermost sediment layers act as a barrier. Already at less than 3 mg 0 2 l
PhosphatfreiSetzung aus dem Sediment. Diese Freisetzung kann beiRelease of phosphate from the sediment. This release can result in
3" ' oligotrophen Seen bis zu 0,5 mg P0^ /l betragen. Bei Voll- zirkulation des Sees unter aeroben Verhältnissen wird Phosphat zum Teil erneut als FePO, zu Boden befördert.3 "' oligotrophic lakes up to 0.5 mg P0 ^ / l. When the lake is fully circulated under aerobic conditions, some of the phosphate is returned to the ground as FePO.
Bei völligem Sauerstoffschwund im eutrophen See (während der Stagnation) wird Fe zu Fe reduziert. Die Folge ist, daß Fe mit dem Phosphat in Lösung geht. In flachen Gewässern, z.B. Teichen gelangen so beträchtliche Eisen- und Phosphatmengen in die trophogene Zone, nämlich das Epilimnion. In eutrophen Seen kann diese Menge bis zu 12mg PO. /l betragen. Diese Erscheinung ist mit einer der Gründe für den hohen Trophiergrad flacher Seen. Unter diesen geschilderten Bedingungen ist Phosphor kein begrenzender Faktor mehr. Als Folge vermehrt sich die Algen¬ population um ein Vielfaches bis hin zur "Wasserblüte". Ein kri¬ tischer Zustand ist erreicht. Wegen der starken Trübung des " Wassers durch die Algen nimmt die Eindringtiefe des Lichtes ab. Sie besiedeln nur mehr die obersten Wasserschichten. Durch Dunkelat ung (Nacht) sinkt der Sauerstoffgehalt stark. Bei an¬ haltender NährstoffVersorgung beschränkt sich Algenwachstum auf eine "dünne" Wasserschicht. Darunterliegende Schichten zeigen drastisch abnehmende Sauerstoffgehalte bzw. sauerstoffreie Be¬ reiche bis zum Gewässergrund. Aerobe Bakterien, z.B. Nitrifikan- ten sterben ab, an ihre Stelle treten anaerobe Formen, d.h. heterotrophe Bakterien und Formen, die chemosynthetisch Energie gewinnen, werden aktiv. Bei diesen "Fäulnisprozessen" wird Methan und Schwefelwasserstoff angereichert, beides giftige Substanzen. Im Zuge dieser Verschlechterung der Situation verschiebt sich oft
auch der PH-Bereich. Steigt der PH-Wert zusehends ins alkalische Milieu, so befindet sich nicht Ammorium, sondern der giftige Ammonik in der Lösung, sodaß es zum Fischsterben kommt. Aufgrund der gewaltigen Algenbiomassen wird die Vollzirkulation erschwert bzw. kann auch unmöglich werden. Der Gewässerzustand ver¬ schlechtert sich weiter, vor allem aufgrund der biologischen, chemischen und physikalischen Gradienten. Der anaerobe Bereich nimmt zu.With complete loss of oxygen in the eutrophic lake (during stagnation), Fe is reduced to Fe. The result is that Fe goes into solution with the phosphate. In shallow water, for example ponds, considerable amounts of iron and phosphate reach the trophogenic zone, namely the epilimnion. In eutrophic lakes, this amount can be up to 12mg PO. / l. This phenomenon is one of the reasons for the high trophy level in shallow lakes. Under these conditions, phosphorus is no longer a limiting factor. As a result, the algae population multiplies many times up to "water bloom". A critical condition has been reached. Due to the strong turbidity of the " water through the algae, the penetration depth of the light decreases. They only colonize the uppermost water layers. The darkness (night) causes the oxygen content to drop sharply. If the nutrient supply continues, algae growth is limited to a" thin "water layer Layers underneath show drastically decreasing oxygen contents or oxygen-free areas down to the bottom of the water, aerobic bacteria, eg nitrificants, die, replaced by anaerobic forms, ie heterotrophic bacteria and forms that gain chemosynthetic energy become active “Putrefaction processes” enrich methane and hydrogen sulfide, both of which are toxic substances, and as the situation worsens, it often shifts also the PH range. If the pH value increasingly increases in the alkaline environment, then there is not ammorium, but the toxic ammonia in the solution, so that fish die. Due to the enormous algae biomass, full circulation is made difficult or even impossible. The state of the water continues to deteriorate, primarily due to the biological, chemical and physical gradients. The anaerobic area is increasing.
Unr nun einen eutrophen See zu sanieren, wurden abgesehen von der notwendigen Reduktion der Belastung, insbesondere durch Posphate verschiedene Verfahren vorgeschlagen.Apart from the necessary reduction of pollution, in particular through phosphates, various methods have been proposed for the restoration of a eutrophic lake.
Durch das mechanische Entfernen der anaeroben Mikroorganismen und den im Sediment gebundenen organischen Stoffen versucht man, aerobe Verhältnisse unter natürlichen Bedingungen zu schaffen (bei Eintreten der Vollzirkulation).By mechanically removing the anaerobic microorganisms and the organic substances bound in the sediment, an attempt is made to create aerobic conditions under natural conditions (when full circulation occurs).
Eine der radikalsten Maßnahmen ist das Ausbaggern des Sediments* Eine andere Möglichkeit liegt darin, das Sediment mit Plastik¬ folien, Sand oder anderen Materialien abzudecken. Da diese Ver¬ fahren sehr aufwendig und kosteninteπsiv sind, wurde nun ver¬ sucht, durch Tiefenwasserableitung eine Besserung der Sauerstoff- Verhältnisse im Hypolimnion durchzuführen. Man machte sich dabei den hydrostatischen Druck zu Nutze, indem ein sogenanntesOne of the most radical measures is dredging the sediment * Another possibility is to cover the sediment with plastic foils, sand or other materials. Since these processes are very complex and cost-intensive, attempts have now been made to improve the oxygen conditions in the hypolimnion by means of deep water drainage. The hydrostatic pressure was made use of by a so-called
Olzewski-Rohr verwendet wird, das an der tiefsten Stelle des Sees beginnt und zum Abfluß führt. Auf diese Weise wird nicht mehr Oberflächenwasser, sondern Tiefenwasser aus dem See abgeleitet.Olzewski pipe is used, which begins at the deepest point of the lake and leads to the drain. In this way, deep water is no longer drained from the lake, but deep water.
Auch wurde bereits vorgeschlagen, das Hypolimnion zu belüften, damit das Sediment oxidiert. Dabei wurde derart vorgegangen, daß das Tiefenwasser mittels eines Steigrohres an die Oberflächen ge¬ pumpt, dort in großen Behältern mit Luft oxidiert und dann mit Fallrohren zurück ins Hypolimnion geführt wurde. Dieses Verfahren hat sich bei der Verhinderung von Verunreinigung mit Schwefel¬ wasserstoffen in Seen bewährt, aus denen man Trinkwasser gewinnen
wollte.It has also been proposed to aerate the hypolimnion so that the sediment oxidizes. The procedure was such that the deep water was pumped to the surfaces by means of a riser pipe, where it was oxidized with air in large containers and then led back into the hypolimnion using downpipes. This method has proven itself in preventing contamination with hydrogen sulfide in lakes from which drinking water can be obtained wanted to.
Eine weitere Verfahrensmöglichkeit ist, den See in Zwangs¬ zirkulation zu versetzen, sodaß das Wasser umgewälzt wird. Hier- bei wird derart vorgegangen, daß über ein an den Seegrund führen¬ des Rohr Druckluft eingeblasen wird, um diesen Schichten Sauer¬ stoff zuzuführen. Dabei kommt es durch die aufsteigende Luft auf¬ grund des Überdruckes dazu, daß schweres Tiefenwasser nach oben gerissen wird und dann wieder absinkt. Im Zuge dieses Umwälzungs- Vorganges ist es möglich, dem Epilimnion und Metalimnion Sauer¬ stoff zuzuführen. Dieses Verfahren ist an sich einfach und billig, die Auswirkungen sind jedoch unvorhersehbar. Durch die Zwangszirkulation wird außerdem die Nährstoffmenge des Hypolimnions gleichmäßig über die gesamte Wassersäule verteilt, was eine starke Düngung darstellt.Another method is to force the lake into circulation so that the water is circulated. The procedure here is such that compressed air is blown in through a pipe leading to the lake bottom in order to supply oxygen to these layers. As a result of the overpressure, the rising air causes heavy deep water to be torn up and then to sink again. In the course of this circulation process, it is possible to add oxygen to the epilimnion and metalimnion. This procedure is simple and cheap in itself, but the effects are unpredictable. The forced circulation also distributes the nutrient quantity of the hypolimnion evenly over the entire water column, which is a heavy fertilization.
Dadurch kommt es neben einer erhöhten Algenproduktion und den da-, mit verbundenen Folgeerscheinungen zu einer Durchwirbelung der verschiedenen Wasserschichten und zu einem Temperaturanstieg in den tiefen Wasserbere chen. Diese soll jedoch verhindert werden, da die Bestrebungen in Richtung Verhinderung zu großer Algen¬ populationen und Aufrechterhalten der natürlichen Schichtung des Gewässers gehen sollen.In addition to increased algae production and the associated side effects, this causes the various water layers to swirl and the temperature in the deep water areas to rise. However, this should be prevented, since the efforts are aimed at preventing large algal populations and maintaining the natural stratification of the water.
Derartige Verfahren sind beispielsweise in einem Artikel von Dr. Hamm und Dr. Kucklentz "Möglichkeiten und Erfolgsaussichten der Seenrestaurierung, München, Dezember 1980, Hrsg.: Bayerisches Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen" sowie in einem Artikel von Jorgensen S.E. "Lake Management, Pergamon, Press. Oxford, New York" beschrieben.Such methods are described, for example, in an article by Dr. Hamm and Dr. Kucklentz "Opportunities and Chances of Success for Lake Restoration, Munich, December 1980, Ed .: Bavarian State Ministry for Regional Development and Environmental Issues" as well as in an article by Jorgensen S.E. "Lake Management, Pergamon, Press. Oxford, New York".
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Wasserreinigung bzw. Ver¬ besserung - gemäß US-PS 4 039 439 - liegt darin, den Sauerstoff¬ gehalt des Wassers dadurch zu verbessern, daß Wasserstoffblasen von definierter Größe in einer eigenen oberhalb des Bodens derAnother known method for water purification or improvement - according to US Pat. No. 4,039,439 - is to improve the oxygen content of the water by adding hydrogen bubbles of a defined size in a separate size above the bottom of the
Gewässer installierten Elektrolysepumpe erzeugt werden. Durch die
Wasserstoffgasbläsen mit einer Durchmessergröße von 100 bis 600 Mikrometer soll das an Sauerstoffmangel leidende Wasser an die Oberfläche hochgerissen werden, um dort von der Luft bzw. aus den der Luft zugewandten, mit Sauerstoff angereicherten Wasserschich- ten den Sauerstoff zu übernehmen. Dieses Verfahren erfordert ein exaktes Überwachen des Elektrolysevorganges, um Gasblasen mit entsprechender Größe herstellen zu können, wobei dieses Verfahren durch die dafür notwendigen Vorrichtungen nur punktuell durch¬ geführt werden kann und somit eine Wasserverbesserung im größeren Ausmaß zu erzielen meist nicht ist.Water installed electrolysis pump are generated. Through the Hydrogen gas bubbles with a diameter of 100 to 600 micrometers should pull the water, which is lacking in oxygen, up to the surface in order to take over oxygen from the air or from the air-facing water layers enriched with oxygen. This method requires precise monitoring of the electrolysis process in order to be able to produce gas bubbles of the appropriate size, this method being able to be carried out only selectively by the devices required for this purpose and therefore it is usually not possible to achieve a greater degree of water improvement.
Ein anderes Verfahren zur Wasserverbesserung - gemäß US-PS 4005 014 - stellt eine in einem Behälter angeordnete Elek¬ trolyseanlage dar. Durch oberhalb der Elektrolysevorrichtung an- geordnete, domartige Kappen soll die Durchtrittsgeschwindigkeit von Wasser- und Sauerstoff in Richtung der Wasseroberfläche verr zögert werden, sodaß eine intensive Vermischung und Sauerstoff- aufnähme im Wasser erfolgt. Mit diesem Verfahren ist es zwar mög¬ lich, in geschlossenen Wasserversorgungssystemen gegebenenfalls eine Verbesserung der Wasserqualität herbeizuführen, für den Ein¬ satz in Gewässern, welche einen mit Mineralien stark ange¬ reicherten Bodengrund besitzen, ist es jedoch kaum möglich.Another method for water improvement - according to US Pat. No. 4,005,014 - is an electrolysis system arranged in a container. Dome-like caps arranged above the electrolysis device are intended to delay the passage of water and oxygen in the direction of the water surface. so that an intensive mixing and oxygen uptake takes place in the water. With this method it is possible to bring about an improvement in the water quality in closed water supply systems, but it is hardly possible for use in bodies of water which have a substrate that is strongly enriched with minerals.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, den Sauer¬ stoffgehalt des Wassers in fließenden oder stehenden Gewässern zu verändern. Darüberhinaus soll es möglich sein, die in Gewässern durch natürliche, vor allem aber auch zivilisationsbedingte Eutrophierung entstehenden anaeroben Sedimentschichten abzubauen bzw. deren Aufbau zu verhindern sowie gegebenenfalls eineThe present invention has for its object to provide a method with which it is possible to change the oxygen content of the water in flowing or standing water. In addition, it should be possible to degrade the anaerobic sediment layers formed in waters by natural, but above all also due to civilization-related eutrophication, or to prevent their build-up and, if appropriate, prevent one
Zirkulation der Wasserschichten zu ermöglichen bzw. zu verlassen.To enable or leave circulation of the water layers.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß ein Strom¬ fluß durch das als Elektrolyt dienende Wasser zwischen einem anodischen und einem kathodischen Bereich einer im Bereich des Bodens des Gewässers angeordneten, sich über eine große Fläche
erstreckenden Elektrode aufgebaut wird. Dadurch, daß das Wasser bzw. das Sediment als Elektrolyt herangezogen wird, entsteht im Zuge der dabei zustandekommenden Elektrolyse Sauerstoff. Neben der SauerstoffVersorgung des Sedimentes am Gewässergrund und im Uferbereich wird gegebenenfalls auch eine bessere Durchmischung der Wasserschichten mit Sauerstoff erreicht. Dies auch dann, wenn der gesamte durch die Elektrolyse anfallende Sauerstoff im Be¬ reich der Sedimente - insbesondere im Anfangsstadium der Sanierung - benötigt wird, um die Bodenbereiche aerob zu machen. Durch den vorhandenen Sauerstoff im Bodenbereich wird eine Oxi- dierung der Sedimentschichten erreicht, sodaß diese wieder als Phosphatfallen funktionieren und es kann somit eine Sanierung des verschmutzten Gewässers erreicht werden. Dies bewirkt, daß die Lebensbedingungen für anearobe Organismen wegfallen und somit auch die Produktion von Schwefelwasserstoff und Methan vermieden wird. Der weitere überraschende Effekt dieser Lösung liegt aber darin, daß der durch die Elektrolyse frei werdende Wasserstoff durch das Wasser hochperlt und eine gleichmäßige Strömung in Richtung der Wasseroberfläche bewirkt, sodaß Wasserteilchen hoch- gerissen werden und von dort wieder langsam zurücksinken. Durch diesen Transport werden Wasserteilchen in den Bereich der trophogenen Zone gebracht, sodaß sie dort mit Sauerstoff ange¬ reichert werden können. Die wesentliche Erkenntnis der Erfindung liegt aber darin, daß durch die ständig ablaufende Elektrolyse eine ständige, gleichbleibende Zirkulierung der Wassersäule auf¬ recht erhalten wird, ohne die beispielsweise bei den bekannten Verfahren der Zwangszirkulation auftretenden Nachteile. Es wird vielmehr eine Oxidation der Sedimentschichten und eine Durch¬ mischung der Wasserschichten ermöglicht. Der biologische Vorteil der Methode liegt darin, daß die "Lebensbedingungen" verbessert werden. Durch die Sauerstoffanreicherung im Sediment finden die streng aeroben Mikroorganismen beste Bedingungen vor, die anaeroben sterben ab. Durch die Tätigkeit der aeroben Bakterien fallen für Algen besonders gut verwertbare StickstoffVerbindungen an. Diese sorgen für eine weitere Sauerstoffanreicherung. Nun werden auch die Konsumenten verschiedenster Ordnung aktiv. Die
auffallende organische tote Substanz wird wiederum aerob abge¬ baut. Dadurch ist eine Verbesserung des Gewässers in Richtung abnehmendem Nährstoffgehalt möglich. Voraussetzung dafür ist eine Reduktion des anthropogen verursachten Nährstoffeintrages. Durch die Möglichkeit, die Menge des bei der Elektrolyse freiwerdenden Sauerstoffes und Wasserstoffes durch den Stromdurchfluß im Be¬ reich des Elektrolyten zu regeln, ist es auch möglich, auf unter¬ schiedliche Eutrophierungszustände in den zu sanierenden Ge¬ wässern Einfluß zu nehmen. Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Elektroden im Bodenbereich des Gewässers liegt vor allem darin, daß die im Bodenbereich vorhandenen unterschiedlichen Mineralien zum Aufbau von Lokalelementen zwischen den Mineralien und einer im Bodenbereich abgelegten Elektrode führen. Durch die verschie¬ denen Bodenmaterialien weist der Elektrolyt unterschiedliche PH-Werte auf. Durch diese unterschiedlichen PH-Werte entstehen Lokalelemente, die zu einer Elektrolyse des Wassers führen bzw. die Elektrolyse, falls d'iese durch ein aktives oder passives Elektrodensystem gebildet wird, unterstützen. Die sich über eine große Fläche erstreckende Elektrode und sich dadurch ausbildende Vielzahl von Lokalelementen bzw. der großfl chigen Elektrolyse fällt der Sauerstoff in feinsten Tröpfchen molekular gelöst an. Der molekular gelöste Sauerstoff verbindet sich unmittelbar mit dem umgebenden Wasser. Ist eine Wasserschicht mit molekular ge¬ löstem Sauerstoff gesättigt, wird der Sauerstoff an die nächste Schicht, weitergegeben, von der er rasch aufgenommen wird. DieThis object of the invention is achieved in that a current flow through the water serving as the electrolyte between an anodic and a cathodic area arranged in the area of the bottom of the body of water extends over a large area extending electrode is built. The fact that the water or the sediment is used as the electrolyte produces oxygen in the course of the electrolysis that occurs in the process. In addition to the oxygen supply of the sediment at the bottom of the water and in the bank area, better mixing of the water layers with oxygen may also be achieved. This is also the case if all of the oxygen produced by the electrolysis is required in the area of the sediments - in particular in the initial stage of the remediation - in order to make the soil areas aerobic. The presence of oxygen in the soil area leads to an oxidation of the sediment layers so that they function again as phosphate traps and the polluted water can thus be cleaned up. This means that the living conditions for anearobatic organisms no longer exist and thus the production of hydrogen sulfide and methane is avoided. The further surprising effect of this solution, however, is that the hydrogen released by the electrolysis bubbles up through the water and causes a uniform flow in the direction of the water surface, so that water particles are carried up and slowly sink back from there. This transport brings water particles into the area of the trophogenic zone so that they can be enriched with oxygen there. The essential finding of the invention is, however, that the constant electrolysis of the water column maintains constant, constant circulation without the disadvantages that occur, for example, in the known methods of forced circulation. Rather, an oxidation of the sediment layers and a thorough mixing of the water layers is made possible. The biological advantage of the method is that the "living conditions" are improved. Due to the oxygen enrichment in the sediment, the strictly aerobic microorganisms find the best conditions that die anaerobically. The activity of the aerobic bacteria creates particularly usable nitrogen compounds for algae. These ensure further oxygenation. Now consumers of various orders are also becoming active. The conspicuous organic dead substance is in turn degraded aerobically. This makes it possible to improve the water in the direction of decreasing nutrient content. A prerequisite for this is a reduction in the anthropogenic introduction of nutrients. The possibility of regulating the amount of oxygen and hydrogen liberated in the electrolysis by the current flow in the region of the electrolyte also makes it possible to influence various eutrophication states in the waters to be rehabilitated. Another advantage of the arrangement of the electrodes in the bottom area of the water is that the different minerals present in the bottom area lead to the build-up of local elements between the minerals and an electrode deposited in the bottom area. Due to the various soil materials, the electrolyte has different pH values. These different PH values occur local elements which lead to an electrolysis of the water or the electrolysis, if d 'hese formed by an active or passive electrode system support. The electrode, which extends over a large area and the resulting large number of local elements or the large-area electrolysis, produces the oxygen in molecular droplets in the finest droplets. The molecularly dissolved oxygen connects directly to the surrounding water. If a water layer is saturated with molecularly dissolved oxygen, the oxygen is passed on to the next layer, from which it is rapidly absorbed. The
Nachteile, die bei herkömmlichen Elektrolyseverfahren zur Sauer¬ stofferzeugung durch die geringen Elektrodenabstände und die hohen Leitwerte des Elektrolyten entstehen, wie das Ausgasen von Sauerstoff, werden dadurch verhindert.Disadvantages, which arise in conventional electrolysis processes for generating oxygen due to the small electrode spacings and the high conductance values of the electrolyte, such as the outgassing of oxygen, are thereby prevented.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist vor¬ gesehen, daß die Höhe des den Elektroden zugeführten Stromes ge¬ regelt wird, sodaß in Abhängigkeit von einer bei der Elektrolyse abgegebenen Sauerstoffmenge das Wasser einen Sauerstoffgehalt aufweist, der zwischen ca. 5 mg und der SauerstoffSättigung des Wassers liegt, wodurch erreicht wird, daß das Wasser nach An-
wendung des beschriebenen Verfahrens soviel Sauerstoff aufweist, daß es ausreichende Lebensbedingungen für Karpfen ermöglicht, aber verhindert wird, daß dabei durch eine zu starke Elektrolyse der Sauerstoff auszuperlen beginnt.According to a further advantageous feature of the invention, it is provided that the level of the current supplied to the electrodes is regulated so that, depending on an amount of oxygen given off during the electrolysis, the water has an oxygen content which is between approximately 5 mg and the oxygen saturation of the water, which means that the water Use of the method described has so much oxygen that it enables sufficient living conditions for carp, but it is prevented that the oxygen begins to bubble out due to excessive electrolysis.
Weiters ist es auch möglich, daß auf dem Boden des Gewässers eine chemisch inerte Elektrode, deren Länge bzw. Fläche ein Vielfaches des Querschnittes beträgt, abgelegt wird, die gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode ein positives Potential aufweist, wodurch in Verbindung mit den in den Sedimenten vorhandenenFurthermore, it is also possible for a chemically inert electrode, the length or area of which is a multiple of the cross-section, to be placed on the bottom of the water, which has a positive potential compared to the normal hydrogen electrode, which, in conjunction with the in the sediments
Mineralien eine Vielzahl von Lokalelementen aufgebaut wird, die gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode ein positives Potential aufweisen.Minerals a variety of local elements is built up, which have a positive potential compared to the normal hydrogen electrode.
Vorteilhaft ist es auch, wenn eine netzförmige Elektrode imIt is also advantageous if a reticulated electrode in the
Wurzelbereich von Binsen, die sich in einem Klärteich befinden, angeordnet wird und daß diese netzförmige Elektrode ein gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode positives Potential aufweist und gegebenenfalls mit einer im Bodenbereich angeordneten Magnesium- elektrode, die als Anode wirkt, zusammengeschaltet ist. Durch diesen einfachen Verfahrensschritt wird es möglich, den Wirkungs¬ grad bei der sogenannten Binsenkläranlage zu erhöhen. Die in den Klärteichen angeordneten Binsen geben im Wurzelbereich Sauerstoff ab, der zu einer Verbesserung der SauerstoffSättigung des Schmutzwassers führt. Mit dem Netz wird die abgegebene Sauer¬ stoffmenge vervielfacht. Vor allem wird auch erreicht, daß die Sauerstoffabgäbe in den Nachtstunden fortgeführt wird, wodurch die Sauerstoffzehrung im Schmutzwasser verringert werden kann. Darüberhinaus kann durch die Verbindung der netzförmigen Elek- trode mit einer als Anode wirkenden Magnesiumelektrode ein definiertes elektrisches Feld zur Elektrolyse zwischen der Anode und der die Kathode bildenden netzförmigen Elektrode erzielt werden. Der Vorteil dieses Systemes liegt darin, daß durch die Verwendung von netzförmigen Elektroden der Pflanzenwuchs der Binsen bzw. des Schilfes nicht behindert bzw. gestört wird.
Nach einer anderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß am Boden des Gewässers in bestimmten Abständen voneinander Elek¬ troden aus Leitungen oder Netzen aufgelegt werden, von welchen eine Elektrode ein gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode positives Potential aufweist und die Kathode bildet und die un¬ mittelbar benachbarte Elektrode ein gegenüber der Normal-Wasser¬ stoff-Elektrode negatives Potential aufweist und eine Anode bil¬ det, wodurch entsprechend den verwendeten Materialien und Ober¬ fl chen ein exakt definierter Stromfluß zwischen den Elektroden und somit eine Elektrolyse im gewünschten Umfang erzielt werden kann.Root area of bulrushes, which are located in a clarification pond, is arranged and that this reticulated electrode has a potential that is positive compared to the normal hydrogen electrode and is optionally connected to a magnesium electrode arranged in the bottom area, which acts as an anode. This simple process step makes it possible to increase the efficiency in the so-called rinsing plant. The rushes arranged in the sewage ponds release oxygen in the root area, which leads to an improvement in the oxygen saturation of the dirty water. The amount of oxygen released is multiplied by the network. Above all, it is achieved that the oxygen release is continued at night, which can reduce the oxygen consumption in the dirty water. In addition, a defined electric field for electrolysis can be achieved between the anode and the reticular electrode forming the cathode by connecting the reticular electrode to a magnesium electrode acting as an anode. The advantage of this system is that the use of reticulated electrodes does not impede or disturb the vegetation of the rushes or reeds. According to another embodiment variant, electrodes from lines or networks are placed on the bottom of the water at certain intervals from one another, one electrode of which has a potential which is positive compared to the normal hydrogen electrode and which forms the cathode and directly Adjacent electrode has a potential which is negative compared to the normal hydrogen electrode and forms an anode, so that according to the materials and surfaces used, a precisely defined current flow between the electrodes and thus electrolysis can be achieved to the desired extent.
Schließlich umfaßt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur An¬ reicherung eines Gewässers mit Sauerstoff im Bereich des Bodens zur Durchführung des Verfahrens.Finally, the invention also includes a device for enriching a body of water with oxygen in the region of the soil for carrying out the method.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich des Gewässers eine Elektrode abgelegt wird, deren Länge bzw. Fläche ein Vielfaches des Querschnittes ist und deren Potential gegen die Normal-Wasserstoff-Elektrode positiv ist. Durch die Verwendung einer solchen Elektrode wird sichergestellt, daß bei der Bildung von Lokalelementen, z.B. bei starker Schwefelwasser¬ stoff- bzw. Phosphatbelastung und beim Einsatz in agressiven Elektrolyten einem Unwirksamwerden der Elektrode und somit einem Unterbrechen der Elektrolyse entgegengewirkt werden kann. Ein Vorteil der großfl chigen Elektrode liegt vor allem darin, daß über die Fl che verteilt eine Vielzahl von unterschiedlichen Lokalelementen durch PH-Wert-Unterschiede im Elektrolyten bzw. durch die unterschiedlichen Wertigkeiten in der Spannungsreihe der Materialien gebildet werden kann. Durch diesen großflächigen Feldaufbau und die damit verbundene großflächige Elektrolyse fällt der Sauerstoff in feinsten Tröpfchen molekular gelöst an und kann daher direkt vom sauerstoffarmen Wasser aufgenommen werden. Durch die unterbleibende Umwälzung des Wasserkörpers bleibt das kältere Wasser im Bereich des Bodens und kann durch die niedrige Temperatur mehr Sauerstoff aufnehmen als Wasser an
nThis device is characterized in that an electrode is placed in the bottom region of the body of water, the length or area of which is a multiple of the cross-section and the potential of which is positive against the normal hydrogen electrode. The use of such an electrode ensures that in the formation of local elements, for example in the case of strong hydrogen sulfide or phosphate pollution and when used in aggressive electrolytes, an ineffectiveness of the electrode and thus an interruption of the electrolysis can be counteracted. One advantage of the large-area electrode lies above all in the fact that a large number of different local elements can be formed over the surface by differences in pH in the electrolyte or by the different values in the voltage series of the materials. Due to this large-scale field structure and the associated large-scale electrolysis, the oxygen accumulates in the finest droplets in a molecular solution and can therefore be taken up directly by the oxygen-poor water. Due to the fact that the water body does not circulate, the colder water remains in the area of the floor and can absorb more oxygen than water due to the low temperature n
der Oberfläche. Damit werden die Lebensbedingungen für die Lebe¬ wesen im unmittelbaren Bereich der Vorrichtung verbessert.the surface. The living conditions for living beings in the immediate area of the device are thus improved.
Vorteilhaft ist, wenn die Elektrode mehrere fadenförmige Trag- körper aufweist, die in einem mit Kohlenstoff, z.B. Graphit ver¬ setzten, leitfähigen Kunststoff eingebettet sind, da dadurch auch in fließenden Gewässern eine ausreichende Festigkeit der Elek¬ trode gegenüber mechanische Beschädigungen durch Geschiebe er¬ zielt wird. Überdies eignen sich derartige Elektroden in Ver- bindung mit sogenannten fremd betriebenen Systemen, bei welchen die Elektroden an die Ausgänge einer Niederspannungsquelle ange¬ schlossen werden, um einen regelbaren Stromfluß zwischen diesen zu erzeugen.It is advantageous if the electrode has a plurality of thread-like support bodies which are in one with carbon, e.g. Graphite-displaced, conductive plastic are embedded, since this ensures sufficient strength of the electrode against mechanical damage caused by attachments even in flowing water. In addition, electrodes of this type are suitable in conjunction with so-called externally operated systems, in which the electrodes are connected to the outputs of a low-voltage source in order to produce a controllable current flow between them.
Weiters ist es auch möglich, daß die Leitungen netzförmig verlegt sind oder Fäden eines Netzes bilden und vorzugsweise als Kathode ausgebildet sind; da durch die netzförmige Verlegung eine große Oberfläche der Elektrode erreicht und eine entsprechend wirkungs¬ volle Elektrolyse ausgelöst wird.Furthermore, it is also possible for the lines to be laid in the form of a network or to form threads of a network and preferably to be designed as a cathode; since a large surface area of the electrode is reached as a result of the network-shaped laying and a correspondingly effective electrolysis is triggered.
Aufgrund eines weiteren Merkmales der Erfindung ist vorgesehen, daß die Elektrode durch einen Leiter aus Magnesium gebildet wird, der in Längsrichtung voneinander distanzierten Bereichen mit einer Beschichtung versehen ist, deren Potential gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode positiv ist, da damit in einfacher Weise zwischen dem als Anode dienenden Magnesium und den als Kathode dienenden Beschichtungen eine Vielzahl von Lokalelementen aufgebaut wird, die zu einer Elektrolyse des dazwischen befind¬ lichen Elektrolyten, nämlich des Wassers führen. Durch die Anzahl der gebildeten Elemente ist auch die verfügbare Strommenge vor¬ wählbar, um eine entsprechende Menge an Sauerstoff produzieren zu können. Überdies sind die bei Betrieb des Lokalelementes und der deraus erfolgenden Auflösung und dem Abbau der Anode verbleiben¬ den Magnesiumionen für den Nährstoffhaushält im Wasser von Vor- teil, da auch Wasserpflanzen für die Chlorophyll-Produktion Magnesium benötigen.
Nach einer anderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die ein positives Potential gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elek¬ trode aufweisende Elektrode als Kathode mit einer ein negatives Potential gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode aufweisenden Elektrode als Anode kontaktiert ist und daß vorzugsweise die den durch das Wasser gebildeten Elektrolyt zugängliche Oberfläche der ein negatives Potential aufweisenden Elektrode einen voreinstell¬ baren Stromfluß durch den durch das Wasser gebildeten Elek¬ trolyten entsprechend ausgebildet ist. Dadurch ist die zur Ab- wicklung der Elektrolyse zur Verfügung stehende Strommenge regel¬ bar und die Belüftung der Sedimentschichten im Bodenbereich kann gesteuert werden. Darüberhinaus kommt es durch die bei der Elek¬ trolyse entstehenden Hydroxyde zu einer Veränderung des PH-Wertes in basischer Richtung. Durch die ausreichende Sauerstoffzufuhr im Sediment, den Abbau von Nährstoffen und die Aufnahme desselben durch Primärproduzenten, wird die Schaffung aerober Verhältnisse im Sediment ermöglicht. Voraussetzung dafür ist die Reduktion des Nährstoffeintrages in das Gewässer. Weiters ermöglicht diese An¬ ordnung auch eine Planktonzufuhr in Trögen, da aerobes Milieu aufrecht erhalten werden kann und bei entsprechender Zufuhr von Nahrung und steigender Temperatur bei ausreichender Sauerstoff- versorgung ausreichend Plankton produziert werden kann.According to a further feature of the invention, it is provided that the electrode is formed by a conductor made of magnesium, which is provided with a coating in the longitudinally spaced areas, the potential of which is positive with respect to the normal hydrogen electrode, since it is in a simple manner between The magnesium serving as the anode and the coatings serving as the cathode are constructed with a large number of local elements which lead to electrolysis of the electrolyte located therebetween, namely the water. The number of elements formed can also be used to preselect the amount of electricity available in order to be able to produce a corresponding amount of oxygen. Furthermore, the magnesium ions remaining in the water during operation of the local element and the resulting dissolution and degradation of the anode are advantageous for the nutrient balance in the water, since aquatic plants also require magnesium for chlorophyll production. According to another embodiment variant, it is provided that the electrode having a positive potential with respect to the normal hydrogen electrode as the cathode is contacted with an electrode having a negative potential with respect to the normal hydrogen electrode as the anode, and that preferably that through the Water-formed electrolyte-accessible surface of the electrode having a negative potential is designed to have a presettable current flow through the electrolyte formed by the water. As a result, the amount of electricity available for processing the electrolysis can be regulated and the aeration of the sediment layers in the bottom area can be controlled. In addition, the hydroxides formed during electrolysis lead to a change in the pH value in the basic direction. The sufficient oxygen supply in the sediment, the breakdown of nutrients and the absorption of the same by primary producers enables the creation of aerobic conditions in the sediment. The prerequisite for this is the reduction of the nutrient entry into the water. Furthermore, this arrangement also enables plankton to be supplied in troughs, since an aerobic environment can be maintained and, with the appropriate supply of food and increasing temperature and sufficient oxygen supply, sufficient plankton can be produced.
Schließlich ist es aber auch möglich, daß die beiden Elektroden an einen Ausgang einer Niederspannungsquelle angeschlossen sind und an diesen eine Spannung geringfügig über der Zersetzungs¬ spannung des Wassers anliegt, wobei vorzugsweise der Nieder¬ spannungsquelle eine RegelVorrichtung zugeordnet ist der Sauer¬ stoff-Mengenmeßorgane und/oder Temperaturfühler zugeordnet sind und bei einem Erreichen der SauerstoffSättigung die RegelVor¬ richtung im Sinne einer Verringerung der Stromabgabe der Nieder¬ spannungsquelle beaufschlagt ist, wodurch bei Messung der ver¬ schiedenen Bezugsgrößen im System eine einfache Regelung und An¬ passung der benötigen Strommenge für die Elektrolyse zum Auf- rechterhalten einer entsprechenden Sauerstoffmenge im Sediment bzw. Gewässer erreicht wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.Finally, however, it is also possible for the two electrodes to be connected to an output of a low-voltage source and to have a voltage slightly above the decomposition voltage of the water, a control device preferably being assigned to the low-voltage source, the oxygen quantity measuring elements and / or temperature sensors are assigned and when the oxygen saturation is reached, the control device is acted on in the sense of a reduction in the current output of the low-voltage source, as a result of which, when measuring the various reference variables in the system, simple control and adaptation of the required amount of current for the Electrolysis to maintain a corresponding amount of oxygen in the sediment or water is achieved. For a better understanding of the invention, it is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Teil eines Gewässers mit einer im Bodenbereich des Gewässers angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung in vereinfachter schaubildlicher Darstellung mit einem schematisch angedeuteten Ablauf des erfindungsgemäßenFig. 1 shows a part of a body of water with a device according to the invention arranged in the bottom region of the body of water in a simplified diagrammatic representation with a schematically indicated process of the invention
Verfahrens;Procedure;
Fig. 2 eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrich¬ tung unter Verwendung einer Kathode und einer Anode als Lokalelement;2 shows an embodiment variant of a device according to the invention using a cathode and an anode as local elements;
Fig. 3 die Anordnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung in einem See in vereinfachter schematischer Darstellung;Figure 3 shows the arrangement of an inventive device in a lake in a simplified schematic representation.
Fig. 4 eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ein¬ richtung mit einem aktiven Verfahren unter Verwendung einer Anode und einer Kathode und einer mit diesen beiden kontaktierten externen Spannungsquelle;4 shows an embodiment variant of a device according to the invention with an active method using an anode and a cathode and an external voltage source contacted with these two;
Fig. 5 ein Lokalelement, gebildet aus einer einen anodischen und einen kathodischen Bereich aufweisenden Elektrode mit einer die aktive Oberfläche der Anode beeinflussenden Be¬ schichtung;5 shows a local element formed from an electrode having an anodic and a cathodic region with a coating influencing the active surface of the anode;
Fig. 6 ein Schema des Stickstoffkreislaufes im Gewässer.Fig. 6 is a diagram of the nitrogen cycle in the water.
In Fig.! ist das Wasser 1 eines Teiles eines Gewässers 2 schema¬ tisch dargestellt. Bei diesem Teich ist es bedingt durch Umwelt¬ einflüsse, wie Waschmittel, Nitratzufuhr aus Überdüngungen bzw. durch konzentrierte Mastviehhaltung, zu einer Beschleunigung des Eutrophierungsprozesses gekommen. Der Teich weist daher eine
einem eutrophen Zustand entsprechende Schichtung auf. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die von der Wasseroberfl che 3 in Richtung eines Bodens 4 erstreckende Wasserschicht, nämlich das Epilimnion 5 gegenüber einem oligotroph geschichteten Ge- 5 wässer weniger tief und wärmer ist. Gleiches gilt für dasIn Fig. the water 1 of a part of a body of water 2 is shown schematically. In this pond, the eutrophication process has been accelerated due to environmental influences such as detergents, nitrate feed from over-fertilization or concentrated fattening cattle farming. The pond therefore has one stratification corresponding to a eutrophic state. This is characterized in that the water layer extending from the water surface 3 in the direction of a bottom 4, namely the epilimnion 5, is less deep and warmer than an oligotrophic layer 5. The same applies to that
Metalimnion 6, welches ebenfalls nur eine geringe Tiefe aufweist und in dem ein eklatanter Temperaturrückgang in Richtung des Bodens 4 des Gewässers 2 festzustellen ist. Die daran an¬ schließende,, sich bis zum Boden 4 des Gewässers erstreckendeMetalimnion 6, which also has only a small depth and in which a blatant drop in temperature in the direction of the bottom 4 of the water 2 can be determined. The adjoining one, which extends to the bottom 4 of the water
IQ" Schicht", nämlich ein Hypolimnion 7 weist dagegen eine sehr große Tiefe auf. Zürn Vergleich sind rein schematisch mittels strich- lierten Linien die Tiefen des Epilimnions 5 und Metalimnions 6 eines oligotrophen Gewässers eingezeichnet. Weiters wird dem Ge¬ wässer 2 im Bereich der Wasseroberfläche 3, insbesondere aufgrundIQ " layer", namely a hypolimnion 7, on the other hand, has a very large depth. In comparison, the depths of the epilimnion 5 and metalimnion 6 of an oligotrophic body of water are drawn purely schematically by means of dashed lines. Furthermore, the water 2 in the area of the water surface 3, in particular due to
15 der Durchmischung des Wassers 1 mit der umgebenden Luft, wie mit Pfeilen 8 symbolisch angedeutet, Sauerstoff - 02 - zugeführt. Desweiteren strahlt von der Wasseroberfläche 3 in Richtung des Metalimnions und Hypolimnions - schematisch durch Pfeile 9 ange¬ deutet - Licht ein. Im Bereich des Bodens 4 sind insbesondere im15 the mixing of the water 1 with the surrounding air, as symbolically indicated by arrows 8, oxygen - 02 - supplied. Furthermore, light radiates from the water surface 3 in the direction of the metal ion and hypolimnion - indicated schematically by arrows 9. In the area of the bottom 4 are in particular
20 Bereich einer Sedimentschicht 10 bzw. einer Bodenschicht 11 ver¬ schiedene Mineralien 12 bzw. 13 vorhanden. Desweiteren sind am Boden 4 des Gewässers Wasserpflanzen 14, wie z.B. Algen und dgl . vorhanden. Bei diesen Wasserpflanzen und Algen wird es sich bei einem eutrophen Zustand des Gewässers hauptsächlich um BlaualgenIn the region of a sediment layer 10 or a soil layer 11, various minerals 12 or 13 are present. Furthermore, there are aquatic plants 14 at the bottom 4 of the water, e.g. Algae and the like available. These aquatic plants and algae will mainly be blue-green algae if the water is eutrophic
25.Ξ handeln-..25.Ξ act- ..
Weiters ist im Bereich des Bodens 4 eine Elektrode 15 angeordnet. Diese Elektrode 15 besteht beispielsweise aus einem mit einer elektrisch leitenden Oberflächenbeschichtung versehenen Netz 16,Furthermore, an electrode 15 is arranged in the area of the bottom 4. This electrode 15 consists, for example, of a network 16 provided with an electrically conductive surface coating,
30 wobei in der Oberflächenbeschichtung Kohlenstoff, also z.B.30 with carbon in the surface coating, e.g.
Graphit möglichst in einem gegen Bodenmineralien inverten Kunst¬ stoff eingebettet sind. Durch den in der Elektrodenoberfläche enthaltenen Kohlenstoff ist die Elektrode 15 elektropositiv, wirkt jedoch aufgrund des unmittelbaren Kontaktes mit den dieseGraphite are embedded, if possible, in a plastic that is inverted against soil minerals. Due to the carbon contained in the electrode surface, the electrode 15 is electropositive, but acts due to the direct contact with it
35 umgebenden im Boden 4 enthaltenen Mineralien 12,13 und den da¬ durch bewirkten Kurzschluß als Kathode. Die Mineralien 12,13
bilden daher gemeinsam mit der Elektrode 15 eine Vielzahl von Lokalelementen und es kommt zwischen den Mineralien 12,13 und der als Kathode wirkenden Elektrode 15 zu einem schematisch durch Feldlinien 17 angedeuteten Aufbau eines großflächigen, praktisch 5 die gesamte Bodenoberfläche 18 überspannenden elektrischen Feld 19. In diesem elektrischen Feld 19 kommt es aufgrund der unter¬ schiedlichen Spannungsabstände der Mineralien 12,13 sowie der Elektrode 15, beispielsweise zu einer Normal-Wasserstoff-Elek¬ trode, zu einer die Zersetzungsspannung des Wassers übersteigen-35 surrounding minerals 12, 13 contained in the bottom 4 and the short circuit caused thereby as cathode. The minerals 12,13 Therefore, together with the electrode 15, form a large number of local elements, and between the minerals 12, 13 and the electrode 15, which acts as the cathode, there is a structure, indicated schematically by field lines 17, of a large-area electrical field 19 which practically spans the entire floor surface 18 Due to the different voltage spacings of the minerals 12, 13 and the electrode 15, for example a normal hydrogen electrode, this electric field 19 results in a decomposition voltage of the water.
103 den Spannungsdifferenz und zu einem entsprechenden Stromfluß, wo¬ durch das Wasser 1 elektrolytisch in Wasserstoff - H2 - und Sauerstoff - 02 - zerlegt wird. Dies ist in der Zeichnung schematisch durch Pfeile 20,21 gezeigt. Während nun der Sauer¬ stoff bei der durch die Lokalelemente erzielten Spannung im elek-103 the voltage difference and a corresponding current flow, through which the water 1 is electrolytically broken down into hydrogen - H2 - and oxygen - 02 -. This is shown schematically in the drawing by arrows 20, 21. While the oxygen at the voltage achieved by the local elements in the electrical
15 trisehen Feld die meist knapp oberhalb der Zersetzungsspannung des Wassers - ca. 1,2 Volt - liegt, fällt der Sauerstoff in feinsten Tröpfchen molekular gelöst an. Dieser molekular gelöste Sauerstoff verbindet sich unmittelbar mit dem umgebenden Wasser und perlt nicht aus.15 trisehen field which is usually just above the decomposition voltage of the water - approx. 1.2 volts - the oxygen accumulates in the finest droplets in a molecular solution. This molecularly dissolved oxygen connects directly to the surrounding water and does not bubble out.
2020th
Der während der Elektrolyse anfallende Wasserstoff perlt dagegen, wie dies in der Zeichnung auch symbolisch durch Gasblasen im Bereich der Pfeile 20 angedeutet ist, aus und perlt durch das Wasser zur Wasseroberfl che 3, also gast aus. Durch die für dieThe hydrogen produced during the electrolysis, on the other hand, bubbles out, as is also symbolically indicated in the drawing by gas bubbles in the region of the arrows 20, and bubbles through the water to the water surface 3, that is to say from gas. By for the
25.' Vielzahl der Lokalelemente erforderlichen geringen Mengen an25. ' variety of local elements required small amounts of
Mineralien und dem hohen Mineralanteil im Bereich des Bodens 4 des Gewässers 2 wird über lange Zeit eine ständig ablaufende Elektrolyse des Wassers erreicht, die noch dazu unabhängig von der Tageszeit - also auch in der Dunkelphase - abläuft und somitMinerals and the high mineral content in the area of the bottom 4 of the body of water 2, a constant electrolysis of the water is achieved over a long period of time, which also takes place regardless of the time of day - i.e. also in the dark phase - and thus
30 eine kontinuierliche Sauerstoffzufuhr in das Hypolimnion und falls im Hypolimnion eine SauerstoffSättigung erzielt wird, in den darüberliegenden Wasserschichten erfolgt.30 there is a continuous supply of oxygen into the hypolimnion and, if oxygen saturation is achieved in the hypolimnion, in the overlying water layers.
Aufgrund der ausreichenden Sauerstoffzufuhr kommt es nun bei den 35 in Fig.! dargestellten eutrophen Gewässer 2 zu einem raschen An¬ steigen der Nitrifi anten, die aerob sind und damit bewirken, daß
der anaerobe Assimilations- bzw. Dissimilationsprozeß in einen aeroben Assimilations- bzw. Dissimilationsprozeß umschwenkt. Durch die ständige Zufuhr von Sauerstoff aufgrund der im elek¬ trischen Feld 19 ablaufenden Elektrolyse im Bereich des Bodens 4 des Gewässers 2 kann der erhöhte Sauerstoffbedarf, der durch die Umwandlung des Amonium in Nitrit und von Nitrit in Nitrat, also die Nitrifi anten I und II benötigt wird, bereitgestellt werden. Diese Entwicklung löst einen noch größeren Anfall von durch StickstoffVerbindungen gebildeten Nährstoffen aus. Durch den in eutrophen Gewässern im ausreichenden Maß vorhandenen Phosphor kommt es nun unter Lichteinwirkung zur Entwicklung photoauto- tropher Organismen, wie Algen. Diese können nun die Nährstoffe ein- und umbauen. Im Zuge dieses Nährstoffein- und -Umbaues wird dem Gewässer weiter Sauerstoff zugeführt. Der stoffliche Umbau wird dadurch in Gang gehalten.Due to the sufficient supply of oxygen, the 35 in Fig. shown eutrophic waters 2 for a rapid increase in the nitrifi anten, which are aerobic and thus cause that the anaerobic assimilation or dissimilation process swings into an aerobic assimilation or dissimilation process. Due to the constant supply of oxygen due to the electrolysis taking place in the electrical field 19 in the area 4 of the water 2, the increased oxygen requirement resulting from the conversion of the ammonium into nitrite and from nitrite into nitrate, that is to say the nitrifi anten I and II is required to be provided. This development triggers an even greater accumulation of nutrients formed by nitrogen compounds. The sufficient amount of phosphorus in eutrophic waters now leads to the development of photoautotrophic organisms such as algae under the influence of light. These can now incorporate and convert the nutrients. In the course of this nutrient installation and conversion, oxygen is added to the water. This keeps the material conversion going.
Dazu kommt, daß durch die Wirkung des elektrischen Feldes 19 und durch die Elektrode 15 und seine Polarität mit den in der Sedimen Schicht 10 enthaltenen Sedimenten einen stofflichen Gradienten aufbaut, der die Entwicklung der Mikrolebewelt fördert. Das heißt, die in wässriger Lösung zum großen Teil ionisch vorliegenden Nährstoffe wandern zu den elektrisch ge¬ ladenen Polen. Weiters dürfte auch die Entwicklung von Mikro¬ organismen und Protoplasten durch das elektrische Feld 19 be- günstigt sein. Dazu kommen die im Gewässer vorhandenen bakteriellen Stoffumsetzungen, die durch die am Netz 16 bzw. der Elektrode 15 freigesetze Sauerstoffmenge gefördert werden.In addition, the effect of the electric field 19 and the electrode 15 and its polarity with the sediments contained in the sediment layer 10 build up a material gradient which promotes the development of the microlife world. This means that the nutrients, which are largely ionic in aqueous solution, migrate to the electrically charged poles. Furthermore, the development of microorganisms and protoplasts by the electric field 19 should also be favored. In addition, there are the bacterial substance conversions present in the water, which are promoted by the amount of oxygen released at the network 16 or the electrode 15.
Durch den Aufbau des elektrischen Feldes 19 und die durch die Elektrolyse gewonnene Sauerstoffzufuhr ist es möglich, ein Voran¬ schreiten einer Eutrophierung eines Gewässers zu hemmen. Gelingt es überdies, die Nährstoffzufuhr, d.h. insbesondere durch die Zu¬ fuhr von Phosphaten, Nitraten, wie durch Überdüngungen und kon¬ zentrierte Mastviehhaltung in das Gewässer zu reduzieren, so kann die Eutrophierung verlangsamt bzw. das Gewässer wieder in einen oligotrophen Zustand rückgeführt werden. Dazu kommt, daß mit dem
Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kritische Stör¬ phasen in einem biologischen Ökosystem leichter überwunden werden können und eine Stabilisierung des Ökosyste es möglich ist. Durch die Verbesserung des Ab- und Umbaues von Nährstoffen wird die aerobe Umsetzung auf kleinsten Raum begünstigt.The structure of the electric field 19 and the oxygen supply obtained by the electrolysis make it possible to inhibit the progress of eutrophication in a body of water. If it is also possible to reduce the supply of nutrients into the water, in particular by adding phosphates and nitrates, such as by over-fertilization and concentrated fattening cattle, the eutrophication can be slowed down or the water can be returned to an oligotrophic state. In addition, with the The method and the device according to the invention can more easily overcome critical disturbance phases in a biological ecosystem and it is possible to stabilize the ecosystem. By improving the breakdown and conversion of nutrients, aerobic conversion is favored in the smallest space.
In Fig.2 ist eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung 22 zum Anreichern eines Wassers 1 eines Gewässers 23 gezeigt. Für gleiche Teile werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig.! ver- wendet.2 shows an embodiment variant of a device 22 for enriching a water 1 of a body of water 23. For the same parts, the same reference numerals as in Fig.! used.
Die Vorrichtung 22 umfaßt im vorliegenden Ausführungsbeispiel neben der durch ein Netz 16 gebildeten Elektrode 15 eine weitere Elektrode 24, die durch einen Stab 25, beispielsweise aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet ist. Der Stab 25 wird soweit in die Sedimentschicht 10 bzw. den Boden 4 des Ge¬ wässers 23 eingetrieben, daß dessen*dem Wasser 1 zugewandtes Ende etwa im Bereich der Elektrode 15 bzw. des Netzes 16 liegt. Auf der der Elektrode 15 zugewandten Seite des Stabes 25 ist eine Kontaktkappe 26 vorgesehen, deren Querschnittsfläche größer ist als die Maschenweite der durch das Netz 16 gebildeten Elektrode 15. Wird nun der Stab 25 in die Sedimentschicht 10 bzw. den Boden 4 des Gewässers 23 eingetrieben, so wird der Stab 25 direkt mit der Elektrode 15 kontaktiert bzw. kurzgeschlossen. Durch die Ver- ' wendung eines kohlenstoffhaltigen Beschichtungsmateriales für die Elektrode 15 wird aufgrund der Spannungsdifferenz vom Magnesium und Kohlenstoff gegenüber einer normalen Wasserstoffelektrode zwischen dem Stab 25 und der Elektrode 15 ein großfl chiges elektrisches Feld aufgebaut, in dem die Elektrode 15 als Kathode und der mit Magnesium versetzte oder aus rein Magnesium be¬ stehende Stab 25 als Anode wirkt. In dem mit Feldlinien 27 schematisch angedeuteten Feld 28 kommt es zu einer Elektrolyse des Wassers und somit zu einer Sauerstoffzufuhr - schematisch durch Pfeil 21 angedeutet - in das Wasser 1 sowie einem Ausgasen des Wasserstoffes, wie durch die Pfeile 20 angedeutet. Der Vor¬ gang des Elektrolyse sowie der Sauerstoffanreicherung des Wassers
1 ist entsprechend den Ausführungen zu Fig.1.In the present exemplary embodiment, the device 22 comprises, in addition to the electrode 15 formed by a network 16, a further electrode 24 which is formed by a rod 25, for example made of magnesium or a magnesium alloy. The rod 25 is driven so far into the sediment layer 10 or the bottom 4 of Ge 23 wässers that its water * is 1 end facing approximately in the region of the electrode 15 and the network sixteenth A contact cap 26 is provided on the side of the rod 25 facing the electrode 15, the cross-sectional area of which is larger than the mesh size of the electrode 15 formed by the network 16. The rod 25 is now driven into the sediment layer 10 or the bottom 4 of the water 23 , the rod 25 is contacted directly with the electrode 15 or short-circuited. By comparison 'use of a carbon-containing coating material for the electrode 15 is built up a großfl chiges electric field due to the voltage difference from magnesium and carbon versus a normal hydrogen electrode between the rod 25 and the electrode 15, in which the electrode 15 as cathode and with Magnesium 25 or consisting of purely magnesium rod 25 acts as an anode. In the field 28 schematically indicated by field lines 27 there is an electrolysis of the water and thus an oxygen supply - indicated schematically by arrow 21 - into the water 1 and a degassing of the hydrogen, as indicated by the arrows 20. The process of electrolysis and the oxygenation of the water 1 is in accordance with the explanations for Fig.1.
Durch die Größe des elektrischen Feldes bzw. das Verhältnis der Fläche der als Anode wirkenden Elektrode 24 zu der als Kathode dienenden Elektrode 15 und der etwa der Zersetzungsspannung des Wassers entsprechenden Spannungsdifferenz zwischen den beiden Elektroden 15 und 24 wird eine großflächige Elektrolyse erzeugt, durch die ein Ausgasen des Sauerstoffes aufgrund einer zu hohen Produktion, bedingt durch eine zu starke Elektrolyse vermieden wird.Due to the size of the electric field or the ratio of the area of the electrode 24 acting as an anode to the electrode 15 serving as the cathode and the voltage difference between the two electrodes 15 and 24 corresponding approximately to the decomposition voltage of the water, a large-area electrolysis is generated by the Outgassing of oxygen due to excessive production, caused by excessive electrolysis, is avoided.
In Fig.3 ist zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Ausbildung der Vorrichtung gezeigt, daß im Gegensatz zu bekannten Elektrolysevorrichtungen in einem durch einen See 29 gebildeten Gewässer 30 durch das Einlegen großflächiger durch Netze 16 gebildeter Elektroden 15 erfolgt. Die Wirkungsweise derartiger Vorrichtungen kann dann sowohl gemäß der Ausführungs¬ form in Fig.! als auch gemäß der Ausführungsform in Fig.2 sein.In FIG. 3, in order to clarify the method according to the invention and the design of the device, it is shown that, in contrast to known electrolysis devices, water 30 formed by a lake 29 is made by inserting large-area electrodes 15 formed by networks 16. The mode of operation of such devices can then be both according to the embodiment in FIG. as well as according to the embodiment in Fig.2.
In Fig.4 ist eine andere Ausführungsvariante einer Vorrichtung 31 gezeigt, bei der es sich um eine sogenannte aktive Anlage han¬ delt. Bei dieser ist eine als Anode wirkende Elektrode 32 über eine Leitung 33 mit einer Spannungsquelle 34 verbunden. Eine durch ein Netz 35 bzw. netzförmig verlegte Leiter 36 gebildete " Elektrode 37, die als Kathode wirkt, liegt über eine Leitung 38 am negativen Potential der Spannungsquelle 34 an. Bei derartigen durch eine Spannungsquelle versorgten Vorrichtungen 31 ist bei der Gestaltung bzw. der Produktion der Elektroden 32 und 37 lediglich darauf zu achten, daß in der Erde und gegen Boden- mineralien widerstandsfähige Materialien verwendet werden.4 shows another embodiment variant of a device 31, which is a so-called active system. In this case, an electrode 32 acting as an anode is connected to a voltage source 34 via a line 33. A reticulated moved through a network 35 or conductor 36 formed "electrode 37, which acts as the cathode, is connected via a line 38 to the negative potential of the voltage source 34 in. In such powered by a voltage source devices 31 is in designing and producing of electrodes 32 and 37, only make sure that materials that are resistant to soil and minerals are used.
Durch die Verwendung der Spannungsquelle 34 kann die Spannungs¬ differenz zwischen den beiden Elektroden und auch der Stromdurch¬ gang durch das elektrische Feld, welches sich zwischen der Elek- trode 32 und der Elektrode 37 erstreckt und durch Feldlinien 39 schematisch angedeutet ist, geregelt werden.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung 31 entspricht im wesentlichen der zu der Fig.! und 2 beschriebenen Wirkungsweise mit dem Unter¬ schied, daß mit einem Regelorgan 40 die Spannungs- und Strom¬ stärke im elektrischen Feld geregelt werden kann. In Verbindung mit einem Sauerstoffmengenmeßorgan 41 und einem Temperaturfühler 42 kann das Regelorgan 40 über eine Steuervorrichtung 43 derart beaufschlagt werden, daß die Spannung und Stromstärke im elek¬ trischen Feld - durch Feldlinien 39 schematisch angedeutet - die Elektrolyse beschleunigt oder verringert, sodaß der bei der Elektrolyse anfallende Sauerstoff den Sauerstoffbedarf desBy using the voltage source 34, the voltage difference between the two electrodes and also the current passage through the electric field, which extends between the electrode 32 and the electrode 37 and is schematically indicated by field lines 39, can be regulated. The mode of operation of the device 31 corresponds essentially to that of FIG. and 2 described mode of operation with the difference that the voltage and current strength in the electrical field can be controlled with a control element 40. In connection with an oxygen quantity measuring element 41 and a temperature sensor 42, the control element 40 can be acted upon via a control device 43 in such a way that the voltage and current strength in the electrical field - indicated schematically by field lines 39 - accelerate or reduce the electrolysis, so that during electrolysis resulting oxygen the oxygen demand of the
Wassers 1 bzw. der jeweiligen Flüssigkeit und den Sauerstoff¬ bedarf der Nitrifikanten bzw. der sonstigen Bakterien und Pflan¬ zen im Gewässer angepaßt ist.Water 1 or the respective liquid and the oxygen requirement of the nitrifiers or the other bacteria and plants in the water is adapted.
Selbstverständlich ist es möglich, anstelle des Netzes 35 einzelne Leiter 36 zur verwenden, die netzförmig am Boden des Ge¬ wässers abgelegt werden. Es sei lediglich der Ordnung halber darauf hingewiesen, daß das Netz unmittelbar auf der Sediment¬ schicht 10 bzw. dem Boden 4 des Gewässers aufliegen kann oder im gewissen Abstand oberhalb angeordnet sein kann. Außerdem ist das Netz derart auszubilden, daß es nach allen Raumrichtungen flexibel ist und sich an die Oberflächenverhältnisse der Sedimentschicht 10 bzw. des Bodens 4 anpaßt.Of course, it is possible to use individual conductors 36 instead of the network 35, which are deposited in a network at the bottom of the water. It should only be pointed out for the sake of order that the network can rest directly on the sediment layer 10 or the bottom 4 of the body of water or can be arranged at a certain distance above it. In addition, the network must be designed in such a way that it is flexible in all spatial directions and adapts to the surface conditions of the sediment layer 10 or of the soil 4.
Der Vorteil der Verwendung von durch Netze gebildeten Elektroden liegt weiters darin, daß die Wasserpflanzen bzw. die Algen die Möglichkeit haben, durch die Netzmaschen nach oben zu wachsen, sodaß die Bodenflora in Gewässern durch die erfindungsgemäße Vor¬ richtung nicht behindert ist.The advantage of using electrodes formed by nets is furthermore that the aquatic plants or the algae have the possibility of growing upwards through the nets, so that the soil flora in water is not impeded by the device according to the invention.
Dies ist vor allem dann wichtig, wenn die erfindungsgemäße Vor¬ richtung in Klärteichen, die zur Sauerstoffanreicherung des Wassers mit Binsen versehen sind, eingesetzt wird.This is particularly important when the device according to the invention is used in clarifying ponds which are provided with rushes for the oxygenation of the water.
In derartigen Klärbecken, insbesondere dann, wenn derartige Bin¬ sen vorgesehen sind, aber auch in anderen Klärbecken ist es vor-
teilhaft, wenn in einem gewissen Bereich unterhalb einer Wasser¬ oberfl che 44 eine weitere Elektrode 45, beispielsweise über Schwimmkörper 46 gehalten ist. Wird eine derartige Elektrode 45 verwendet, so wird diese ebenso am negativen Potential der 5 Spannungsquelle 34 angelegt wie die Elektrode 37. Dadurch legen sich aufgrund der Spannungsverhältnisse im Gewässer Algen 47 an der durch das Netz gebildeten Elektrode an und es kommt im Be¬ reich unmittelbar der Oberfläche des Wassers - aus welchem Be¬ reich in Klärbecken das Wasser nach der Endklärung einem Bachlauf 10" oder dgl. zugeführt wird - zu einer nochmals sehr hohen Sauer- stoffanreicherung, die die endgültige Reinigung des Wassers ver¬ stärkt.In settling tanks of this type, in particular when such brushes are provided, but also in other settling tanks Partially if a further electrode 45 is held in a certain area below a water surface 44, for example above floating bodies 46. If such an electrode 45 is used, it is applied to the negative potential of the voltage source 34 as well as the electrode 37. As a result, due to the voltage conditions in the water, algae 47 deposit on the electrode formed by the network and it comes directly in the area the surface of the water - from which area in clarifiers the water is fed to a stream 10 "or the like after the final clarification - to a very high oxygen concentration again, which strengthens the final purification of the water.
In Fig.5 ist ein Stab 25, der beispielsweise für eine Elektrode 15 24 - wie in Fig.2 beschrieben - verwendet werden kann, gezeigt. Dieser Stab 25 besteht aus Reinmagnesium oder einer Magnesium¬ legierung oder einem anderen unedlen Metall, welches einen' mög¬ lichst großen Spannungsabstand zu der Kontaktkappe 26, die bei¬ spielsweise aus Kohlenstoff oder einem mit Kohlenstoff ange- 20 reicherten Kunststoff besteht, aufweist.FIG. 5 shows a rod 25, which can be used, for example, for an electrode 15 24 - as described in FIG. 2. This rod 25 is made of pure magnesium or a magnesium alloy or another base metal, which has the greatest possible voltage separation from the contact cap 26, which consists, for example, of carbon or a plastic enriched with carbon.
Bevorzugt sollten hier unedle Metalle verwendet werden, die zum Kohlenstoff bzw. eventuell mit Platin dotierten Elektrode einen Spannungsabstand aufweisen, der im wesentlichen der Zersetzungs- 25. Spannung des Wassers entspricht, um eine ausreichende Elektrolyse des durch das Wasser gebildeten Elektrolyten im Zuge des er¬ findungsgemäßen Verfahrens beim Einsatz mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen.Base metals should preferably be used here which have a voltage distance from the carbon or possibly platinum-doped electrode which essentially corresponds to the decomposition voltage of the water in order to ensure sufficient electrolysis of the electrolyte formed by the water in the course of the er¬ enable method according to the invention when used with the device according to the invention.
30 Nach dem die Feldstärke des zwischen der Anode und der Kathode aufgebauten elektrischen Feldes abhängig ist von der Oberfläche des Stabes 25, ist es wünschenswert, die Wirkung der Anode und damit die Oberfläche des Stabes 25 an unterschiedliche Einsatz¬ bedingungen anzupassen. Eine Möglichkeit besteht darin, daß je30 After the field strength of the electric field built up between the anode and the cathode is dependent on the surface of the rod 25, it is desirable to adapt the action of the anode and thus the surface of the rod 25 to different conditions of use. One possibility is that ever
35 nach dem Einsatzzweck die Oberfläche - wie mit strichlierten35 the surface according to the application - as with dashed lines
Linien angedeutet - mit einer Kohlenstoffbeschichtung 48 versehen
ist, sodaß die wirksame Oberfläche verkleinert wird oder es wird - wie mit vollen Linien gezeigt - über die Oberfläche des Stabes 25 Diaphragma oder ein Schwamm 49 - der selbstverständlich auch durch jeden beliebigen mehr oder weniger offenzelligen elastischen oder steifen Kunststoff gebildet sein kann - vorge¬ sehen. Durch die maximale Zutrittsfl che vom Elektrolyt zum Stab 25 wird die Spannungsstärke bzw. die Strommenge zwischen den beiden Elektroden geregelt.Lines indicated - provided with a carbon coating 48 is, so that the effective surface is reduced or - as shown in full lines - over the surface of the rod 25 diaphragm or a sponge 49 - which can of course also be formed by any more or less open-celled elastic or rigid plastic - vorge¬ see. The maximum area of access from the electrolyte to the rod 25 regulates the voltage strength or the amount of current between the two electrodes.
: In Fig.6 ist zum besseren Verständnis der Erfindung ein Schema des Stickstoffkreislaufes, der mitentscheidend für den Zustand eines Gewässers, ob oligotroph oder eutroph ist. Wie daraus zu ersehen ist, wird Amonium unter Reduktion von Sauerstoff im Ge¬ wässer in einen Nitrifikanten I, nämlich Nitrit verwandelt. Unter aeroben Bedingungen - und entsprechend ausreichendem Sauerstoff im Wasser - wird durch weitere Reduktion des Sauerstoffes im Ge¬ wässer aus dem Nitrifikanten I ein Nitrifikant II gebildet, d.h. das Nitrit wird durch Reduktion von Sauerstoff aus dem Gewässer in ein Nitrat umgewandelt. Durch in eutrophen Gewässern in aus- reichendem Maß und somit nicht als Minimumfaktor vorhandenen Phosphor kann nun die Entwicklung photoautotropher Organismen, wie beispielsweise Algen unter Lichteinwirkung stattfinden. Diese Algen können nun die Nährstoffe ein- und umbauen. Das führt in weiterer Folge zu einem erneuten Sauerstoffanstieg, da diese ' grünen Pflanzen Sauerstoff an das Wasser abgeben. Dazu kommt, daß einige Algen und auch einige Phanerogamen in der Lage sind, Amonium direkt aus dem Wasser aufzunehmen. An diesen auch als Assimilation bezeichneten Vorgang schließen sich nun Stoff¬ wechselprozesse an, da die Pflanze Nährstoffe, beispielsweise St ckstoffVerbindungen, Kalium, Calcium, Phosphor und ähnliches und Spurenelemente benötigt. Die im Wasser schwebenden Pflanzen, die Phytoplanktone bzw. Algen stellen als Primärproduzent die nötige Energie für heterotrophe Lebewesen, die sich also von vor¬ handenen organischen Substanzen ernähren, zur Verfügung.: In Fig. 6 is a scheme of the nitrogen cycle for better understanding of the invention, which is decisive for the condition of a body of water, whether oligotrophic or eutrophic. As can be seen from this, ammonium is converted into a nitrifier I, namely nitrite, by reducing oxygen in the water. Under aerobic conditions - and correspondingly sufficient oxygen in the water - a further reduction of the oxygen in the water from the nitrifying agent I forms a nitrifying agent II, ie the nitrite is converted into a nitrate by reducing oxygen from the water. Due to the presence of phosphorus in eutrophic waters to a sufficient extent and therefore not as a minimum factor, the development of photoautotrophic organisms such as algae can take place under the influence of light. These algae can now incorporate and convert the nutrients. This leads subsequently to a renewed increase in oxygen, as these 'green plants oxygen dispose to the water. In addition, some algae and some phanerogams are able to absorb ammonium directly from the water. This process, also referred to as assimilation, is now followed by metabolic processes, since the plant requires nutrients, for example nitrogen compounds, potassium, calcium, phosphorus and the like, and trace elements. The plants floating in the water, the phytoplanktones or algae, as the primary producer, provide the necessary energy for heterotrophic organisms, which therefore feed on existing organic substances.
Der Abbau der dadurch anfallenden organischen Substanzen ist
ebenfalls sehr maßgeblich für das Ökosystem. Dieser wird auch als Atmung oder besser als Dissimilation bezeichnet und dient der Energiegewinnung für die Stoffwechselprozesse. An diesem Abbau¬ vorgang spielen die Bakterien eine wesentliche Rolle, die die anfallende tote organische Substanz wieder aufarbeiten. Damit ist der natürliche Kreislauf, also das Ökosystem geschlossen und es ist ein oligotropher Zustand des Gewässers erhalten.The breakdown of the resulting organic substances is also very important for the ecosystem. This is also known as respiration or better known as dissimilation and is used to generate energy for the metabolic processes. Bacteria play an important role in this degradation process, and they work up the dead organic substance again. This closes the natural cycle, i.e. the ecosystem, and preserves the oligotrophic state of the water.
Mit zu berücksichtigen ist dabei selbstverständlich, daß im Falle einer Sanierung eines derartigen Gewässers unbedingt versucht werden sollte, die Zufuhr von Nährstoffen, wie vor allem Nitraten, zu unterbinden.Of course, it should also be taken into account that in the event of such a water being rehabilitated, an attempt should absolutely be made to prevent the supply of nutrients, especially nitrates.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern es können anstelle der dargestellten Elektroden jede beliebige andere für diesen An¬ wendungsfall geeignete inerte Elektroden verwendet werden, um einen entsprechenden Feldaufbau und somit eine Elektrolyse des Wassers und eine Sauerstoffgewinnung zu erzielen.
Of course, the invention is not tied to the exemplary embodiments shown, but any other inert electrodes suitable for this application can be used instead of the electrodes shown in order to achieve a corresponding field build-up and thus electrolysis of the water and oxygen recovery.
Claims
1. Verfahren zum Anreichern von Wasser in stehenden oder fließenden Gewässern mit Sauerstoff, bei dem der Sauerstoff dem Wasser im Bodenbereich zugeführt wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Stromfluß durch das als Elektrolyt dienende Wasser zwischen einem anodischen und einem kathodischen Be¬ reich einer im Bereich des Bodens des Gewässers angeordneten, sich über eine große Fläche erstreckenden Elektrode aufgebaut wird.1. A method for enriching water in standing or flowing water with oxygen, in which the oxygen is supplied to the water in the bottom area, characterized in that a current flow through the water serving as the electrolyte between an anodic and a cathodic area is arranged in the region of the bottom of the water and extends over a large area.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des den Elektroden zugeführten Stromes geregelt wird, sodaß in Abhängigkeit von einer bei der Elektrolyse abge¬ gebenen Sauerstoffmenge das Wasser einen Sauerstoffgehalt aufweist, der zwischen ca. 5 mg und der SauerstoffSättigung des Wassers liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that the level of the current supplied to the electrodes is regulated so that, depending on an amount of oxygen given off during electrolysis, the water has an oxygen content which is between approximately 5 mg and the oxygen saturation of the water lies.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß auf dem Boden des Gewässers eine chemisch inerte Elektrode, deren Länge bzw. Fläche ein Vielfaches des Querschnittes beträgt, abgelegt wird, die gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode ein positives Potential auf- " weist.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized gekenn¬ characterized in that a chemically inert electrode, the length or area of which is a multiple of the cross section, is deposited on the bottom of the water, which is compared to the normal hydrogen electrode positive potential up "points.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß eine netzförmige Elektrode im Wurzelbereich von Binsen, die sich in einem Klärteich befinden, angeordnet wird und daß diese netzförmige Elektrode ein gegenüber der4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized gekenn¬ characterized in that a net-shaped electrode is arranged in the root region of rushes, which are located in a clarification pond, and that this net-shaped electrode is opposite to the
Normal-Wasserstoff-Elektrode positives Potential aufweist und gegebenenfalls mit einer im Bodenbereich angeordneten Mag¬ nesiumelektrode, die als Anode wirkt, zusammengeschaltet ist.Normal hydrogen electrode has a positive potential and is optionally connected to a magnesium electrode arranged in the bottom area, which acts as an anode.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß am Boden des Gewässers in bestimmten Abständen voneinander Elektroden aus Leitungen oder Netzen aufgelegt werden, von welchen eine Elektrode ein gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode positives Potential aufweist und die Kathode bildet und die unmittelbar benachbarte Elektrode ein gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode negatives Potential aufweist und eine Anode bildet.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized gekenn¬ characterized in that at the bottom of the water at certain intervals electrodes from lines or nets are placed on top of each other, of which one electrode has a potential that is positive with respect to the normal hydrogen electrode and forms the cathode and the immediately adjacent electrode has a potential that is negative with respect to the normal hydrogen electrode and forms an anode.
6... Vorrichtung zur Anreicherung eines Gewässers mit Sauerstoff im Bereich des Bodens zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich des Gewässers eine Elektrode abgelegt wird, deren Länge bzw. Fläche ein Vielfaches des Querschnittes ist und deren Potential gegen die Normal-Wasserstoff-Elektrode positiv ist.6 ... Device for enriching a body of water with oxygen in the region of the soil for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that an electrode is placed in the region of the body of water, the length or area of which is a multiple of the cross section and whose potential is positive against the normal hydrogen electrode.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mehrere fadenförmige Tragkörper aufweist, die in einem mit Kohlenstoff, z.B. Graphit versetzten, leitfähigen Kunststoff eingebettet sind.7. The device according to claim 6, characterized in that the electrode has a plurality of thread-shaped support body which in one with carbon, e.g. Graphite offset, conductive plastic are embedded.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen netzförmig verlegt sind oder Fäden eines Netzes bilden und vorzugsweise als Kathode ausgebildet sind.8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the lines are laid in a network or form threads of a network and are preferably designed as a cathode.
9-., Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Elektrode durch einen Leiter aus Magnesium gebildet wird, der in Längsrichtung voneinander distanzierten Bereichen mit einer Beschichtung versehen ist, deren Potential gegenüber der Normal-Wasserstoff-Elektrode positiv ist.9-., Device according to one of claims 6 to 8, characterized gekenn¬ characterized in that the electrode is formed by a conductor made of magnesium, which is provided in the longitudinal direction spaced areas with a coating, the potential of the normal hydrogen electrode is positive.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die ein positives Potential gegenüber der Normal-WasserstoffElektrode aufweisende Elektrode als Kathode mit einer ein negatives Potential gegenüber der Nor¬ mal-Wasserstoff-Elektrode aufweisenden Elektrode als Anode kontaktiert ist und daß vorzugsweise die den durch das Wasser gebildeten Elektrolyt zugängliche Oberfläche der ein nega¬ tives Potential aufweisenden Elektrode einen voreinstellbaren Stromfluß durch den durch das Wasser gebildeten Elektrolyten entsprechend ausgebildet ist.10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized gekenn¬ characterized in that the electrode having a positive potential with respect to the normal hydrogen electrode as a cathode with an electrode having a negative potential with respect to the normal hydrogen electrode as anode is contacted and that the surface of the electrode having a negative potential that is accessible to the electrolyte formed by the water is preferably designed to have a presettable current flow through the electrolyte formed by the water.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die beiden Elektroden an einen Ausgang einer Niederspannungsquelle angeschlossen sind und an diesen eine Spannung geringfügig über der Zersetzungsspannung des11. Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the two electrodes are connected to an output of a low-voltage source and to this a voltage slightly above the decomposition voltage of the
Wassers anliegt, wobei vorzugsweise der Niederspannungsquelle eine RegelVorrichtung zugeordnet ist der SauerstoffMengenmeß- organe und/oder Temperaturfühler zugeordnet sind und bei einem Erreichen der SauerstoffSättigung die RegelVorrichtung im Sinne einer Verringerung der Stromabgabe der Nieder¬ spannungsquelle beaufschlagt ist. Water is present, preferably a control device is assigned to the low-voltage source, the oxygen quantity measuring devices and / or temperature sensors are assigned, and when the oxygen saturation is reached, the control device is acted on in order to reduce the current output of the low-voltage source.
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