DE3122493C2 - Vorrichtung zum Belüften eines fließenden Gewässers - Google Patents

Abstract

Ein Wasserablauf einer Staumauer zum Durchfluß des Wassers aus der Oberhaltung (1) in die Unterhaltung (2) enthält eine Luftverdichtungseinrichtung mit Hilfe des durchfließenden Wassers und eine daran angeschlossene Flota tionskammer. Die Flotationskammer hat einen Schaumscheiderraum (9), dessen untere Wandung (15) die Form einer gleichmäßigen konkaven Profilkurve hat. Im oberen Teil des Schaumscheiderraums (9), über dem Wasserspiegel der Unterhaltung (2) ist ein Schaumfänger (10) angeordnet. Er ist als eine Rohrleitung mit einem Längsschlitz (16) ausgeführt, der zum Raum (9) offen ist. Auf dem Schaumfänger (10) ist ein Block (11) von Wasserspreng- und Entschäumungsdüsen angeordnet, die mit der Oberhaltung (1) verbunden sind. Hinter dem Düsenloch (11) sind an dem oberen Teil des Schaumfängers (10) perforierte Luftleiter (12) angeschlossen, die in der Unterhaltung (2) angeordnet sind.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften eines fließenden Gewässers im Bereich des Wasserablaufs eines Stauwerks, die in Fließrichtung nacheinander eine Einrichtung zum Erzeugen einzelner Wasserstrahlen und zum Zuführen von Luft aus der Atmosphäre, einen Diffusor, eine Luftabscheidekammer und einen über dem Unterwasserspiegel angeordneten Schaumfänger aufweist.

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

Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art (vgl. die DE-OS 30 47 302) ist zwar bereits für eine gute Belüftung des Wassers gesorgt, das Auffangen des im Unterwasser entstehenden Schaums erfolgt jedoch lediglich durch eine einseitig offene Rinne. Es besteht die Gefahr, daß nur ein Teil des Schaums in die Rinne gelangt oder von dieser in Wasser zurückfällt und vom Wasserstrom mitgenommen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der am Anfang angegebenen Gattung so auszubilden, daß sie mit einfachen Mitteln eine optimale Belüftung des Wassers sicherstellt, wobei der im Bereich der Luftabscheid°kammer entstehende Schaum vollständig aufgefangen und abgeleitet wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Erzeugen der einzelnen Wasserstrahlen von mehreren Düsen gebildet wird, die in einer vor der Mischkammer angeordneten Vorkammer enden, daß die Vorkammer über Luftzuführkanäle mit der Atmosphäre verbunden ist, daß die untere Wandung der Luftabscheidekammer die Form einer gleichmäßigen, nach unten gewölbten Kurve hat und die obere Wandung in Fließrichtung ansteigt, daß der Schaumfänger im oberen Teil der Luftabscheidekammer am unterstromigen Ende derselben angeordnet ist, daß der Schaumfänger als Rohr mit einem zur Luftabscheidekammer offenen Längsschlitz ausgeführt ist, daß auf dem Schaumfänger mehrere in das Innere desselben gerichtete Wassersprengdüsen vorgesehen sind, die über eine Wasserleitung mit dem Oberwasser verbunden sind, und daß hinter den Wassersprengdüsen am oberen Teil des Schaumfängers Luftleitungen angeschlossen sind, die jeweils mit einem perforierten Abschnitt auf dei Sohle des Unterwassers angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der beanspruchten Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung im Längsschnitt und

F i g. 2 einen über dem Unterwasscrspiegel angeordneten Schaumfänger in der Seitenansicht.

Die Vorrichtung zum Belüften von Wasser und zum Ausscheiden von flotierbaren Schmutzstoffen ist im wesentlichen innerhalb einer Staumauer 3 angeordnet, die das Oberwasser 1 vom Unterwasser 2 trennt. In Fließrichtung hintereinander angeordnet weist die Vorrichtung Düsen 4 für die Wasserzuführung, eine Vorkammer 5, die durch Luftzufuhrkanäle 6 mit der Atmosphäre verbunden ist, eine Mischkammer 7 und einen Diffusor 8 auf. An den Diffusor 8 schließt eine sich erweiternde Luftabscheidekammer 9, ein Schaumfänger 10 mit mehreren Wassersprengdüsen 11 und Luftleitungen 12 mit perforierten Abschnitten an. Im Eingangsabschnitt der Luftabscheidekammer 9 ist eine Reihe von Gittern 13 angeordnet. Die Stäbe dieser Gitter 13 weisen strömungsungünstige Querschnitte auf. Die obere Wandung 14 der Luftabscheidekammer 9 steigt in Strömungsrichtung an, während ihre untere Wandung 15 die Form einer gleichmäßigen, nach unten gewölbten Kurve hat. Der Schaumfänger 10 ist im oberen Teil der Luftabscheidekammer 9 angeordnet, wobei er über dem Wasserspiegel des Unterwassers 2 liegt. Der Schaumfänger 10 ist als Rohr mit einem Längsschlitz 16 ausgeführt, der parallel zum Wasserspiegel verläuft und zur Luftabscheidekammer 9 offen ist.

Auf dem Schaumfänger 10 sind mehrere Wasersprengdüsen 11 angeordnet, die durch eine Wasserzuführungsleitung 17 mit dem Oberwasser 1 verbunden sind.

Hinter den Düsen 11 (F i g. 2) sind an den oberen Teil des Schaumfängers 10 Luftleitungen 12 angeschlossen, die jeweils mit einem perforierten Abschnitt an der Sohle des Unterwassers 2 angeordnet sind. Im Ausgangsabschnitt des quer zur Fließrichtung angeordneten und nach einer Seite zu einem Absetzbecken 19 geneigten Schaumfängers 10 ist ein regelbares Absperrorgan 18 vorgesehen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung funktioniert folgendermaßen: Das Wasser wird durch die Staumauer 3 (Fi g. 1) vom Oberwasser 1 in das Unterwasser 2 dank dem Staudruck durchgelassen, der sich infolge der Wasserspiegeldifferenz zwischen dem Ober- und Unterwasser 1 bzw. 2 ergibt. Unter der Wirkung dieses Staudrucks gelangt das Wasser in mehrere Düsen 4, in welchen es beschleunigt und in einzelne Strahlen aufgeteilt wird. Die in die Vorkammer 5 einströmenden Wasserstrahlen erzeugen in ihr einen Unterdruck, unter dessen Wirkung auch Luft in die Vorkammer 5 aus der Atmosphäre durch die Kanäle 6 hineingezogen wird. Das in die Vorkammer 5 gelangte Wasser und die Luft begannen ihre gemeinsame Bewegung und treten in unmittelbaren Kontakt miteinander, d. h„ daß dabei ein Belüftungsprozeß des Wassers erfolgt. Aus der Vorkammer 5 reißen die Wasserstrahlen die Luft in die Mischkammer 7 mit sich, in der die Wasser-Luft-Strahlen zerkleinert werden und ein Wasser-Luft-Gemisch bilden. Infolge einer derartigen Intensivierung des Belüftungsvorgangs erfolgt eine gesteigerte Sauerstoffsättigung des Wassers und dabei eine Oxidierung derjenigen im Wasser enthaltenen Schmutzstoffe, welche durch das Oxidieren entkeimt und unschädlich gemacht werden. Das in der Mischkammer 7 gebildete Wasser-Luft-Gemisch gelangt in den Diffusor 8. Durch die Querschnittserweiterung verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit, so daß ein Teil der kinetischen Energie des Wasser-Luft-Stroms in statische Druckenergie umgewandelt wird. Dadurch ist im Austrittsquerschnitt des Diffusors 8 der statische Druck Jes Wasser-Luft-Stroms sowie der in -»o ihm enthaltenen Luft höher als der Atmosphärendruck. Aus dem Diffusor 8 strömt das Wasser-Luft-Gemisch also mit einem Überdruck in die Luftabscheidekammer 9 aus. Ein geringer Teil dieses Drucküberschusses wird zwar zum Durchfluß des Stroms des Wasser-Luft-Gemi- ⁴-sches durch die Reihe von Gittern 13 verbraucht, diese Gitter 13 bewirken jedoch, daß am Eintritt in die Luftabscheidekammer 9 ein Wasser-Luft-Gemisch von einer feinverteilten Struktur mit kleinsten Luftbläschen vorhanden ist, wodurch die Flotationsfähigkeit des '·» Gemisches gefördert wird. Die feinen Luftbläschen, die das in die Luftubscheidekammer 9 gelangende Gemisch enthält, absorbieren auf ihrer Oberfläche die im Wasser vorhandenen schädlichen, oberflächenaktiven Stoffe und fangen die flotierbaren Schmutzstoffe ein und bilden mit diesen Stoffen einen Schaum. Dieser Schaum steigt dank der Form der Luftabscheidekammer 9 unter der Wirkung der Auftriebs- und Schleuderkraft, die auf der unteren konkaven Wandung 15 entsteht, empor und reißt dabei die Schmutzstoffe mit sich fort. Infolgedes- *>o sen sammelt sich im oberen Teil der Luftabscheidekammer 9, der dank dessen Ausdehnung infolge des Ansteigens der oberen Wandung 14 entsteht, der die Schmutzstoffe enthaltende Schaum an. Das gereinigte und die Luft enthaltende Wasser strömt an der unteren Wandung 15 der Kammer 9 in das Unterwasser 2 heraus. Unter der Wirkung des Überdrucks in der Luftabscheidekammer 9 gelangt der schmutztragende Schaum von im Vergleich zum Wasser geringerer Dichte durch den Längsschlitz 16 in den Schaumfänger 10. Dank dem obenerwähnten Überdruck in der Kammer 9 und der geringen Dichte des Schaums kann der Schaumfänger 10 (F i g. 2) so weit über den Wasserspiegel des Unterwassers 2 angehoben werden, daß das tiefer liegende Ende des in Querrichtung geneigten Schaumfängers 10 über dem Niveau des Absetzbeckens 19 liegt, welches höher als der Wasserspiegel des Unterwassers 2 liegt. Der im Schaumfänger 10 sich bewegende Schaum wird mit dem Wasser abgelöscht, das durch Wassersprengdüsen 11 versprüht wird. Zur Verringerung der beim Schaumablöschen verbrauchten Wassermenge ist «, zweckmäßig, Fliehkraftzerstäuberdüsen zu verwenden, dir sie einen größeren Zerstäubungskegel gewährleisten. In die Düsen 11 gelangt das Wasser aus dem Oberwasser 1 (Fig. 1) durch die Wasserzuführungsleitung 17 (Fig. 2) und wird unter der Wirkung der Niveaudifferenz zwischen dem Oberwasser 1 (Fig. 1) und der Anordnungshöhe der Düsen 11 versprengt. Das infolge der Schaumablöschung gebildete Wasser mit einem hohen Gehalt an Schmutzstoffen fließt dank der Anordnung des Schaumfängers 10 über dem Niveau eines Absetzbeckens 19 (F i g. 2) mit einer Neigung zum Absetzbecken 19 im Eigengefälle durch das regelbare Absperrorgan 18 in das Absetzbecken 19 ab. Da der Wasserstand im Absetzbecken 19 über dem Wasserspiegel des Unterwassers 2 liegt, kann das Wasser nach dessen Klärung im Absetzbecken 19 im Eigengefälle in das Unterwasser 2 zurückgeleitet werden. Um eine zusätzliche Belüftung des gereinigten Wassers, das aus der Luftabscheidekammer 9 in das Unterwasser 2 gelangt, durchzuführen, wird die nach dem Schaumablöschen freigewordene Druckluft aus dem Schaumfänger 10 in die auf der Sohle des Unterwassers 2 verlegten perforierten Abschnitte der Luftleitungen 12 geführt. Die zusätzlichen Luftbläschen, die aus den Öffnungen der perforierten Abschnitte in das gereinigte Wasser gelangen, können gemeinsam mit den feinen Luftbläschen, die mit dem gereinigten Wasser aus der Luftabscheidekammer 9 ausgetragen werden, mit der Strömung auf bedeutende Strecken von der Staumauer 3 fortgetrieben werdet;, was gleichzeitig mit den im Wasser befindlichen Luftbliischen eine Wiederherstellung und Aufrechterhaltung der biologischen Fähigkeit des Wjssers zur Selbstreinigung gewährleistet.

Durch entsprechende Regelung des Absperrorgan^ 18(F i g. 2). das im Austnttsabschnitt des Schaumfängers 10 angeordnet ist, wird die erforderliche Änderung des Überdrucks in der Luftabscheidekammer 9 (Fig. 1) gewährleistet, wodurch eine optimale Arbeitsweise auch bei einer Wasserspiegeländerung des Ober- und Unterwassers 1 bzw. 2 erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Belüften eines fließenden Gewässers im Bereich des Wasserablaufs eines Stauwerks, die in Fließrichtung nacheinander eine Einrichtung zum Erzeugen einzelner Wasserstrahlen und zum Zuführen von Luft aus de. Atmosphäre, eine Mischkammer, einen Diffusor, eine Luftabscheidekammer und einen über dem Unterwasserspiegel angeordneten Schaumfänger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der einzelnen Wasserstrahlen von mehreren Düsen (4) gebildet wird, die in einer vor der Mischkammer (7) angeordneten Vorkammer (5) enden, daß diese Vorkammer (5) über Luftzuführkanäle (6) mit der Atmosphäre verbunden ist, daß die untere Wandung (15) der Luftabscheidekammer (9) die Form einer gleichmäßigen, nach unten gewölbten Kurve hat und die obere Wandung (14) in FließrichiuiBg ansteigt, daß der Schaumfänger (10) im oberen Teil der Luftabscheidekammer (9) am unterstromigen Ende derselben angeordnet ist, daß der Schaumfänger (10) als Rohr mit einem zur Luftabscheidekammer (9) offenen Längsschlitz (16) ausgeführt ist, daß auf dem Schaumfänger (10) mehrere in das Innere desselben gerichtete Wassersprengdüsen (11) vorgesehen sind, die über eine Wasserzuleitung (17) mit dem Oberwasser (1) verbunden sind, und daß hinter den Wassersprengdüsen (11) am oberen Teil des Schaumfängers (10) Luftleitungc.i (12) angeschlossen sind, die jeweils mit einem perforierten Abschr-J'.t auf der Sohle des Unterwassers (2) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangsabschnitt der Luftabscheidekammer (9) eine Reihe von Gittern (13) angeordnet sind, die aus Stäben mit strömungsungünstigen Querschnitten zusammengesetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumfänger (10) mit -to einem Absperrorgan (18) versehen ist.