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WO2001025159A1 - Vorrichtung zum belüften von natürlichen und künstlichen gewässern, behältern, tanks und becken - Google Patents

Vorrichtung zum belüften von natürlichen und künstlichen gewässern, behältern, tanks und becken Download PDF

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WO2001025159A1
WO2001025159A1 PCT/DE2000/003511 DE0003511W WO0125159A1 WO 2001025159 A1 WO2001025159 A1 WO 2001025159A1 DE 0003511 W DE0003511 W DE 0003511W WO 0125159 A1 WO0125159 A1 WO 0125159A1
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aerating
ventilation
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Wolfgang Kühne
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Uta Umwelttechnik & Analytik GmbH
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Uta Umwelttechnik & Analytik GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a device for the targeted aeration of standing or flowing waters, in particular ponds or rivers and containers, tanks and basins.
  • Application cases arise, for example, for aeration in the entire wastewater area, such as sand traps, biological cleaning stages or beauty ponds, for water remediation or for fish ponds.
  • a fine-bubble oxygen entry with a long residence time of the gas bubbles is desirable.
  • aeration devices should preferably be positioned on the pelvic or river bed.
  • the fine-bubble ventilation enables a high surface area and thus contact area between gas bubbles and liquid, which increases the transitional capacity in dissolved oxygen in connection with a long ascent time.
  • the principle of a membrane hose is the standard. Thanks to its perforation, this flexible hose is able to introduce oxygen into the surrounding liquid medium when exposed to air.
  • Various constructions exist for holding this hose which are unsuitable for certain purposes, in particular for the aeration of natural waters with uneven basic structures.
  • the task to be solved is to keep a ventilation element designed as a flexible hose so horizontal that a uniform air outlet is ensured.
  • the entire aeration device must be designed in such a way that it rests in the working position on the water's edge, but can be floated to another area of the water and transported to the surface of the water and removed if necessary.
  • the ventilation device consists essentially of a support structure and the ventilation element.
  • the use of a tube material and the connection of an air supply hose make it possible for the support tube to be filled with air. Because of the liquid that is displaced as a result, there is a buoyancy which, together with the buoyancy of the membrane hose charged with air, causes the system to float.
  • this ratio between sinking and buoyancy is set so that the sinking force predominates slightly. This enables the system to be near the floating state. This function allows the entire construction to be raised and lowered. In the floating state, this means easy installation with exact positioning in the water or in the area to be aerated System volume, maintenance and expansion or relocation of the ventilation device possible.
  • the linear weight distribution of the support tube creates a uniform sinking force over the length of the hose, which together with the static behavior of the
  • Steel pipe serves to compensate for unevenness in the water bed.
  • the physically determined properties of the membrane hose lead to an uneven opening of the perforations when the positioning or deflection is greater than 40 cm in height, so that the introduction of oxygen in the lowered area of the system is severely restricted. With the newly developed system, these negative properties of the membrane hose are largely prevented by the connection to the steel tube.
  • the floatability of the system makes it possible to find an optimal position of the aeration device in the water without additional manipulations.
  • the device according to the invention can easily be aligned horizontally if required using additional devices, such as floats and / or sinking bodies.
  • the ventilation hose floats over the support tube, which acts as a sinker. By pushing air into the supporting tube, the water that has penetrated through the opening is displaced, so that the entire construction becomes lighter and floats. So this can be easily implemented.
  • the air emerging from the support tube from the opening indicates the respective position of the device on the surface of the water by air bubbles.
  • the membrane hose used enables fine to medium-bubble ventilation depending on the material.
  • FIG. 1 installation sketch with a lowered ventilation system from a ventilation duct
  • FIG. 2 detailed view of the support tube with attached ventilation system
  • the device according to the invention is to be used for aeration of a pond.
  • a blower station 1 located in the bank area 2 provides the required amount of air with excess pressure. This is fed via a control valve 10 via a flexible air hose 5 to a ventilation hose designed as a membrane hose 8, which is closed at its other end with a blind cap 13.
  • a control valve 10 there is a branch in the air line to the control valve 11, to which a second air line 4 leads to a flood pipe 7, which acts as a supporting element.
  • the control valve 11 is closed when the system is ready for operation.
  • the flood pipe 7 is open at its other end 14, so that it is filled by water ingress.
  • the weight force of the filled flood tube 7 is greater than the buoyancy force of the overall system, so that the structure rests on the water bed 3.
  • the membrane hose 8 is inflated by the compressed air. Due to its perforation, the compressed air emerges in fine bubbles.
  • the bubble size can be influenced by changing the blower output. As the air bubbles rise, the aerated water area 9 located above the system is enriched with oxygen. The upward movement of the gas bubbles creates a vertical flow of water to the surface of the water 15, as a result of which the resulting suction leads to a circulation and mixing of the water layers.
  • the control valve 11 To transfer the system to the floating state, the control valve 11 must be opened and the vent valve 12 must be closed. If the blower station 1 has sufficient air generated quantity and excess pressure, the water located in the flood pipe 7 is pressed out, so that an additional buoyancy arises and the system rises to the surface 15 of the water. In this operating state, the device can be shifted from the shore by means of tether cables or by boat within the water. This swimming function can also preferably be used for easier insertion or removal from the pond, as well as for control and maintenance purposes.
  • the membrane tube 8 is held approximately every 30 cm via plastic retaining clips 6, which are snapped onto the flood tube 7. The buoyancy and sinking forces are transmitted via these elements. Their distance on the flood tube is selected so that there is no bulging of the membrane tube 8 in the lowered state.
  • the length of such a ventilation hose can be variable and, for example, can be up to 30 m.
  • the device can be completed with further functional elements such as a check valve between the air hose 5 and the membrane hose 8, thus preventing water from entering the membrane hose 8 from filling the air hose 5 when the ventilation is switched off. This can be advantageous in order to reduce the amount of water penetrating through the perforation.
  • the ventilation is restarted, they are pressed out of the hose the other way round.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gezielten Belüften von stehenden oder fliessenden Gewässern, insbesondere von Teichen oder Flüssen und Behältern, Tanks und Becken. Die zu lösende Aufgabe besteht darin, ein als beweglicher Schlauch ausgebildetes Belüftungselement so horizontal zu halten, dass ein gleichmässiger Luftaustritt gewährleistet wird. Die gesamte Belüftungsvorrichtung ist so auszuführen, dass sie in Arbeitsstellung am Gewässerrand ruht, aber zur Umsetzung in einen anderen Gewässerbereich aufschwimmen und an die Gewässeroberfläche transportiert und ggf. fortgezogen werden kann. Erfindungsgemäss ist ein feinporiger, mit einem Druckluftanschluss versehener Belüftungsschlauch über Kunststoff-Halteclipse in geringem Abstand mit einem flutbaren Tragelement verbunden. Der Belüftungsschlauch ist vorzugsweise ein Membranschlauch. Das Tragelement besitzt etwa die Länge des Belüftungsschlauches und ist als Sinkkörper schwerer als Wasser. Das Tragelement ist an einem Ende mit einem Luftanschluss verbunden und am anderen Ende offen. Die relative Dichte der Vorrichtung ist grösser als 1.

Description

Vorrichtung zum Belüften von natürlichen und künstlichen Gewässern, Behältern, Tanks und Becken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gezielten Belüften von stehenden oder fließenden Gewässern, insbesondere von Teichen oder Flüssen und Behältern, Tanks und Becken. Anwendungsfalle ergeben sich zum Beispiel zur Belüftung im gesamten Abwasserbereich, wie von Sandfängen, biologischen Reinigungsstufen oder Schönungsteichen, bei Gewässersanierungen oder bei Fischteichen.
Zur Zeit angewendete Belüftungseinrichtungen mit Rotations- oder Düsensystemen verursachen hohe energetische und bau- seitige Aufwendungen und führen i.d.R. nur zu Sauerstoffan- reicherungen im oberflächennahen Bereich.
Andere nach dem Stand der Technik bekannte Belüftungssy- steme, beispielsweise Rohr-, Kerzen- oder Teilerbelüfter, verursachen auf Grund ihrer begrenzten Dimension einen hohen Verrohrungs- und Installationsaufwand. Insbesondere für großflächige Belüfungsvorhaben verursachen derzeitige Be- gasungssysteme zu hohe Installations- und z.T. Betriebskosten.
Für die gezielte Sauerstoffanreicherung mikroorganischer Umwandlungs- und Reinigungsprozesse ist ein feinblasiger Sauerstoffeintrag mit hoher Verweilzeit der Gasblasen anzustreben. Dadurch ergibt sich, dass Belüftungsvorrichtungen vorzugsweise auf der Becken- oder Gewässersohle positioniert werden sollten. Die feinblasige Belüftung ermöglicht eine hohe Oberfläche und damit Kontaktfläche zwischen Gas- bläschen und Flüssigkeit, wodurch in Zusammenhang mit einer langen Aufsteigzeit das Übergangsvermögen in Gelöstsauer- stoff erhöht wird. In der Abwasseraufbereitungs- und Belüftungstechnik ist das Prinzip eines Membranschlauches als Standard zu werten. Dieser flexible Schlauch ist durch seine Perforation in der Lage, unter Luftbeaufschlagung Sauerstoff in das umgebende flüssige Medium einzutragen. Zur Halterung dieses Schlauches existieren verschiedene Konstruktionen, die für bestimmte Einsatzzwecke, insbesondere für die Belüftung natürlicher Gewässer mit unebenen Grundstrukturen, ungeeignet sind.
Die zu lösende Aufgabe besteht darin, ein als beweglicher Schlauch ausgebildetes Belüftungselement so horizontal zu halten, dass ein gleichmäßiger Luftaustritt gewährleistet wird. Die gesamte Belüftungsvorrichtung ist so auszuführen, dass sie in Arbeitsstellung am Gewässerrand ruht, aber zur Umsetzung in einen anderen Gewässerbereich aufschwimmen und an die Gewässeroberflache transportiert und ggf. fortgezogen werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Die Belüftungseinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Tragekonstruktion und dem Belüftungselement. Durch den Einsatz eines Rohr aterials und des Anschlusses eines Luftzu- führungsschlauches wird ermöglicht, dass das Tragrohr mit Luft gefüllt werden kann. Aufgrund der dadurch verdrängten Flüssigkeit entsteht ein Auftrieb der gemeinsam mit dem Auftrieb des mit Luft beaufschlagten Membranschlauches das System aufschwimmen lässt. Bei der Berechnung und Auslegung jedes Anwendungsfalles wird dieses Verhältnis zwischen Sink- und Auftriebskraft so eingestellt, dass die Sinkkraft leicht überwiegt. Dadurch wird ermöglicht, dass das System sich nahe dem schwebenden Zustand befindet. Diese Funktion gestattet das Heben und Senken der gesamten Konstruktion. Im schwimmenden Zustand ist damit der leichte Einbau mit exakter Positionierung im Gewässer oder im zu belüftenden Anlagenvolumen, die Wartung sowie der Ausbau oder die U - verlegung der Belüftungseinrichtung möglich. Weiterhin wird durch die linienhafte Gewichtsverteilung des Tragrohres eine gleichmäßige Sinkkraft über die Schlauchlänge hervor- gerufen, die gemeinsam mit dem statischen Verhalten des
Stahlrohres dazu dient, Unebenheiten der Gewässersohle auszugleichen. Die physikalisch bedingten Eigenschaften des Membranschlauches führen bei einer höhenmäßig unterschiedlichen Positionierung oder Durchbiegung größer 40 cm zu ei- ner ungleichmäßigen Öffnung der Perforationen, so das die Sauerstoffeintragung im abgesenkten Bereich des Systems stark eingeschränkt ist. Mit dem neu entwickelten System werden diese negativen Eigenschaften des Membranschlauches durch die Verbindung mit dem Stahlrohr weitgehend unterbun- den. Durch die Schwimmfähigkeit des Systems wird es möglich, ohne zusätzliche Manipulationen eine optimale Position der Belüftungseinrichtung im Gewässer zu finden. Über Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise Schwimmer und/oder Sinkkörper, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Be- darf problemlos horizontal ausgerichtet werden.
Der Belüftungsschlauch schwimmt über dem als Sinkkörper wirkenden Tragrohr. Durch Eindrücken von Luft in das Tragrohr wird das durch die Öffnung eingedrungene Wasser ver- drängt, so das die gesamte Konstruktion leichter wird und aufschwimmt. So kann diese einfach umgesetzt werden. Die dabei aus dem Tragrohr aus der Öffnung austretende Luft zeigt an der Oberfläche des Gewässers durch Luftperlen die jeweilige Lage der Vorrichtung an.
Der zur Anwendung kommende Membranschlauch ermöglicht je nach Material eine fein- bis mittelblasige Belüftung.
Nachfolgend wird der Aufbau und die Wirkungsweise der Er- findung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 Einbauskizze mit abgesenktem Belüftungssystem aus einem Belüftungsstrang
Fig. 2 Detaildarstellung des Tragrohres mit befestigtem Belüftungssystem
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll zur Belüftung eines Teiches eingesetzt werden. Eine im Uferbereich 2 befindli- ehe Gebläsestation 1 stellt die erforderliche Luftmenge mit Überdruck zur Verfügung. Diese wird über ein Regelventil 10 über einen flexiblen Luftschlauch 5 einem als Membranschlauch 8 ausgebildeten Belüftungsschlauch zugeführt, der an seinem anderen Ende mit einer Blindkappe 13 verschlossen ist. Vor dem Regelventil 10 befindet sich in der Luftleitung ein Abzweig zum Steuerventil 11, an welches eine zweite Luftleitung 4 zu einem Flutrohr 7 führt, welches als Tragelement wirkt. Das Steuerventil 11 ist im betriebsbereiten Zustand des Systems geschlossen.
Das Flutrohr 7 ist an seinem anderen Ende 14 offen, so dass es durch Wassereintritt gefüllt ist. Die Gewichtskraft des gefüllten Flutrohres 7 ist größer als die Auftriebskraft des Gesamtsystems, so dass die Konstruktion auf dem Gewäs- sergrund 3 aufliegt. Durch die Druckluftbeaufschlagung des Membranschlauches 8 wird dieser aufgeblasen. Durch seine Perforation tritt die Druckluft feinblasig aus. Durch Veränderung der Gebläseleistung kann die Blasengröße beein- flusst werden. Durch das Aufsteigen der Luftblasen wird der über dem System befindliche belüftete Gewasserbereich 9 mit Sauerstoff angereichert. Die Aufwärtsbewegung der Gasblasen erzeugt eine vertikale Wasserströmung zur Gewässeroberflache 15, wodurch der entstehende Sog zu einer Umwälzung und Durchmischung der Wasserschichten führt.
Zur Überleitung des Systems in den schwimmenden Zustand ist das Steuerventil 11 zu öffnen und das Entlüftungsventil 12 zu schließen. Sofern die Gebläsestation 1 ausreichend Luft- menge und Überdruck erzeugt, wird das im Flutrohr 7 befindliche Wasser herausgepresst , so dass ein zusätzlicher Auftrieb entsteht und sich das System bis zur Gewässeroberflache 15 hebt. In diesem Betriebszustand kann die Vorrichtung mittels Halteseilen vom Ufer oder mittels Boot innerhalb des Gewässers verlagert werden. Ebenfalls kann diese Schwimmfunktion vorzugsweise zum erleichterten Einbringen oder Entfernen aus dem Teich, sowie für Kontroll- und War- tungszwecke verwendet werden.
Über Kunststoff-Halteclipse 6, welche auf das Flutrohr 7 aufgeschnappt werden, wird der Membranschlauch 8 etwa alle 30 cm gehalten. Über diese Elemente werden die Auftriebs- und Sinkkräfte übertragen. Ihr Abstand auf dem Flutrohr ist so gewählt, dass keine Auswölbung des Membranschlauches 8 im abgesenkten Zustand erfolgt. Die Länge eines solchen Belüftungschlauches kann variabel sein und beispielhaft bis zu 30 m betragen.
Die Vorrichtung kann mit weiteren Funktionselementen wie z.B. einem Rückschlagventil zwischen Luftschlauch 5 und Membranschlauch 8 komplettiert werden, womit bei Abschaltung der Belüftung verhindert wird, dass in den Membranschlauch 8 eindringendes Wasser Teile des Luf schlauches 5 füllt. Dies kann vorteilhaft sein, um durch die Perforation eindringende Wassermengen zu reduzieren. Diese werden bei Wiederinbetriebnahme der Belüftung umgekehrt ihrem Eintritt wieder aus dem Schlauch gepresst.
BezugszeichenaufStellung
1 Gebläsestation
2 Uferbereich 3 Gewässergrund
4 Luftleitung
5 Luftschlauch
6 Halteclips
7 Flutrohr 8 Belüftungsschlauch
9 belüfteter Gewasserbereich
10 Regelventil
11 Steuerventil
12 Entlüftungsventil 13 Blindkappe
14 offenes Rohrende
15 Gewässeroberflache

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Belüften von natürlichen und künstlichen Gewässern, Behältern, Tanks und Becken mittels ei- nes flexiblen Schlauches, dadurch gekennzeichnet, dass ein feinporiger, mit einem Druckluftanschluss versehener Belüftungsschlauch, der im Druckluft führenden Zustand leichter als Wasser ist, in geringem Abstand mit einem flutbaren Tragelement verbunden ist, wobei das Tragelement etwa die Länge des Belüftungsschlauches besitzt und als Sinkkörper schwerer als Wasser ist, dass das Tragelement an einem Ende mit einem Luftanschluss verbunden und am anderen Ende offen ist oder eine ab- sperrbare Öffnung besitzt, wobei die relative Dichte der Vorrichtung größer als 1 ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungsschlauch ein Membranschlauch ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement ein Rohr ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungsschlauch mit dem Tragelement mittels mehrerer Halteclips (6) , vorzugsweise aus Kunststoff, miteinander verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dichte der Vorrich- tung im Bereich von 1 bis 1,2 liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bei üftunqsschl uch und/oder das Tragelement mit einem oder mehreren Entwässerungs- und/oder Flutventilen ausgerüstet ist.
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