METHOD AND APPARATUS FOR THE SANIFICATION OF SURFACE WATERS

Abstract: 1. A process for the rehabilitation of surface waters, in which deep water is introduced into a drainage channel through a pipeline, characterised in that, prior to its introduction into the drainage channel, the deep water is aerated with air and/or pure oxygen in the pipeline.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Sanierung von Oberflächengewässern ¯¯¯ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Oberflächengewässern, bei dem Tiefenwasser über eine Rohrleitung in einen Vorfluter eingeleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bekanntlich weist ein stehendes Oberflächengewässer im Sommer und Winter drei im wesentlichen konstante Schichten auf, die sich in ihren Sauerstoffgehalten und Temperaturen und da- mit in den vorhandenen biologischenLebenSemeinschaften unterscheiden. Dabei weist die oberste, den atmosphärischen Temperaturschwankungen ausgesetzte Wasserschicht, das Epilimnion, aufgrund ihrer Berührung mit der umgebenden Atmosphäre einen relativ hohen Sauerstoffgehalt auf, während die mittlere Wasserschicht, das Metalimnion, bereits deut lic-h weniger Sauerstoff und die unterste, den Oberflächeneinwirkungen völlig entzogene Wasserschicht,das Hypolimnion, kaum noch Sauerstoff enthält. Im Frühjahr und Herbst werden diese Wasserschichten aufgrund der auftretenden Temperatur änderungen umgewälzt, so dass während der dadurch bedingten Zirkulation des Wassers sauerstoffreiches Wasser auch in die unterste Wasserschicht eingebracht wird. Durch Störung des biologischen Gleichgewichtes, verursacht durch eine grosse Abwasserlast und durch natürliche Abschwemmung von intensiv bewirtschafteten Ackerfeldern und Wiesen mit hohen Nährstoffanteilen, deren Düngungseffekt zu einer starken Vermehrung von Wasserpflanzen mit einem daraus resultierenden erheblichen Sauerstoffdefizit des Tiefenwassers führt, hat die unterste Wasserschicht eines Sees aber oft bereits eine solche Ausdehnung, dass die natürliche Wasserumwälzung im Herbst und Frühjahr nicht mehr ausreicht, den Sauerstoffgehalt des Tiefenwassers für die Sommer- und Winterstagnation in ausreichendem Mass zu verbessern. Zur Behebung des Sauerstoffmangels im Tiefenwasser wurde deshalb bereits versucht, durch auf den Boden eines entsprechenden Gewässers verlegte perforierte Schläuche oder Rohre Luft in das Tiefenwasser einzutragen. Durch die mit der Luftzufuhr bewirkte Umwälzung des Wassers ausserhalb der natürlichen Umwälzphasen wird jedoch nährsalzreiches Tiefenwasser an die wärmere Seeoberfläche gefördert und warmes Oberflächenwasser nach unten gebracht. An der warmen Oberflächen nimmt dadurch das Algenwachstum zu, während das warme Wasser in der Tiefe einen zusätzlichen Sauerstoffbedarf verursacht. Zur Vermeidung dieser Probleme wurde deshalb unter anderem auch dazu übergegangen, dass hypolimnische Tiefenwasser eines Sees über eine insTiefenwasser hinabreichende Rohrleitung in einen yorfluter abzuleiten. Da eine solche Ableitung des Tiefenwassers im Hinblick auf die gesamte Wassermenge eines Sees verhältnismässig langsam vor sich geht, kommt dabei kaum eine Umwälzung der Wasserschichten ausserhalb der natürlichen Umwälzphasen zustande. Mit der Ableitung des Tiefenwassers ist es deshalb möglich, sowohl die unmittelbaren Eutrophierungsfolgen zu bekämpfen, als auch eine allmähliche Senkung des Trophiegrades durch Nährstoff elimination zu erzielen (siehe Verbandsbericht Nr. 77/4, Verband Schweizerischer Abwasserfachleute: Technische Aspekte der Behandlung und Ableitung von Tiefenwasser aus Seen,von PierreWildi). Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist jedoch, dass das Tiefenwasser in der Regel eisenhaltig ist und Schwefelwasserstoff enthält. Beim Ableiten des Tiefenwassers kann es deshalb am Ende der Rohrleitung im Vorfluter durch die toxischen Wirkungen des noch gelösten Schwefelwasserstoffs zur Beeinträchtigung des tierischen pflanzlichen Lebens, durch freisetzen von Schwefelwasserstoff zu Geruchsbelästigungen und aufgrund des Eisengehaltes zu Ausflockungen kommen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, dass die Tiefenwasserableitung auf einfache und wirtschaftliche Weise ohne Beeinträchtigung eines Vorfluters durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Tiefenwasser vor der Einleitung in den Vorfluter in der Rohrleitung mit Luft und/oder reinem Sauerstoff begast wird. Die Sauerstoffanreicherung des Tiefenwassers in der Rohrleitung bewirkt eine Oxidation des im Tiefenwasser gelösten Schwefelwasserstoffs sowie eine Enteisenung des Tiefenwassers. Die bisher am Rohrende im Vorfluter auftretenden Probleme können damit effektiv bekämpft werden. Ausserdem kann in Abhängigkeit der in die Rohrleitung eingeführten Sauerstoffmenge und des Sauerstoffgehaltes des am Rohrende in den Vorfluter austretenden Tiefenwassers eine Verbesserung der Sauerstoffsituation im Vorfluter erreicht werden. Die Verwendung von Luft, reinem Sauerstoff oder einem Luft-Sauerstoff-Gemisch ist dabei von der notwendigen Sauerstoffaufstockung, d.h. vom Schwefelwasserstoffgehalt des Tiefen wassers abhängig. Um eine weitgehend quantitative Ausnutzung des eingetragenen Sauerstoffs und eine möglichst lange Reaktionszeit zwischen Sauerstoff und Schwefelwasserstoff zu erzielen, ist es nach einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zweckmässig, die Begasung in einem Bereich der Rohrleitung durchzuführen, der dem Beginn der Rohrleitung im See zugeordnet ist. Aufgrund des am. Beginn der Rohrleitung vorhandenen Wasserdruckes und der relativ langen Aufenthaltszeit des Tiefenwassers in der Rohrleitung wird die rasche und vollständige Auflösung des eingetragenen Sauerstoffs und eine vollständige Oxidation des Schwefelwasserstoffs begünstigt. Ausserdem bewirkt eine Sauerstoffeinspeisung am Beginn der Rohrleitung als Folge der unterschiedlichen spezifischen Gewichte des Sauerstoff-Wasser-Gemisches in der Rohrleitung und des Wassers ausserhalb derRohrleitung einen zusätzlichen Auftrieb des abzuleitenden Tiefenwassers, so dass beim Ableiten des Tiefenwassers mittels Heberwirkung durch Aufstauen des zu behandelnden Oberflächengewässers die notwendige Aufstauhöhe und beim Ableiten des Tiefenwassers mittels einer Pumpe die Förderleistung verringert werden kann. Bei geringen Schwefelwasserstoff-Gehalten des Tifenwassers kann die Begasung jedoch auch nahe dem Ende der Rohrleitung zum Vorfluter vorgesehen werden, vorausgesetzt, dass dann noch eine ausreichende Kontaktzeit zur Oxidation des Schwefelwasserstoffs von der Begasungsstelle bis zum Ende der Rohrleitung im Vorfluter zur Verfügung steht. Die besten Ergebnisse hinsichtlich einer vollständigen Oxidation des Schwefelwasserstoffs lassen sich erzielen, wenn die Begasung in dem Mass durchgeführt wird, dass eine Sauerstoffaufstockung des Tiefenwassers am Ende der Rohrleitung zum Vorfluter um 1,5 bis lo mg 02/1 erreicht wird. Dazu ist es je nach Lage der Begasungsstelle in der Rohrleitung sowie je nach Menge der in der Rohrleitung abgelagerten Schicht aus anaeroben und aeroben Bakterien zweckmässig, 5 bis 20 mg 02/1 in das in der Rohrleitung abgeleitete Tiefenwasser einzudüsen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer in einem Oberflächengewässer installierten Rohrleitung zum Ableiten von Tiefenwasser in einen Vorfluter ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung eine Zuleitung für Luft und/oder reinen Sauerstoff aufweist. Die Zuleitung steht vorteilhafterweise mit einer in dem Bereich der Rohrleitung angeordneten Begasungseinrichtung in Verbindung, der dem Beginn der Rohrleitung im See zugeordnet ist. Die Zuleitung kann dabei entweder in der Rohrleitung oder ausserhalb der Rohrleitung zur Begasungseinrichtung geführt sein. Als Begasungseinrichtung kann beispielsweise ein einfacher Ausströmerschlauch Verwendung finden. Wird reiner Sauerstoff oder auch ein Luft-Sauerstoff-Gemisch zur Begasung eingesetzt, ist es zweckmässig, die Zuleitung über eine Mess- und Regeleinrichtung an einen Tank für Flüssigsauerstoff anzuschliessen. Nachstehend wird anhand einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert: In der Figur ist mit 1 ein im Querschnitt dargestellter See, mit 2 der Seeboden und mit 3 ein natürlicher Ablauf des Sees 1 bezeichnet. Im Ablauf 3 des Sees 1 endet eine Rohrleitung 5, die fast bis zum Seeboden 2 verlegt ist und am Anfangsende eine Siebeinrichtung 6 aufweist. Im Ablauf 3 ist ausserdem ein Uberlaufwehr 4 angeordnet, so dass durch Absperren des Oberwasserabflusses das epilimnische Wasser bei verstärk tem Zufluss in den See 1 das hypolimnische Wasser des Sees 1 über die Rohrleitung 5 in den Ablauf 3 presst. Falls dabei die mit dem Aufstauen des Oberflächenabflusses erzielte Heberwirkung nicht ausreicht, kann in der Rohrleitung 5 eine Pumpe das Ablleiten des hypolimnischen Wassers unterstützen. In der Rohrleitung 5 ist eine Zuleitung 7 für Sauerstoff verlegt, die im Bereich des Anfangsendes der Rohrleitung 5 in einer Begasungseinrichtung 8, die beispielsweise ein einfacher Ausströmerschlauch sein kann, endet und die an der höchsten Stelle der Rohrleitung 5 aus dieser herausgeführt und über eine Mess- und Regeleinrichtung 9 und einen Verdampfer 10 an einen Tank 11 für Flüssigsauerstoff angeschlossen ist. Die Anordnung der Begasungseinrichtung 8 am Beginn der Rohrleitung 5 weist folgende Vorteile auf: Der eingeleitete Sauerstoff kann weitgehend quantitativ ausgenützt werden; da das Tiefenwasser die Rohrleitung 5 erst im Ablauf 3 des Sees 1 verlässt, steht eine lange Reaktionszeit für die Oxidation des im Tiefenwasser gelösten Schwefelwasserstoffs zur Verfügung; schliesslich bewirkt die Sauerstoff'einspeisung am Beginn der Rohrleitung 5 einen zusätzlichen Auftrieb des Tiefenwassers. Die einzuleitenden Sauerstoffmenge richtet sich dabei nach dem Schwefelwasserstoffgehalt des abzuleitenden Tiefenwassers. Falls der Schwefelwasserstoffgehalt entsprechend gering ist, kann unter Umständen auch eine Luftbegasung oder eine Begasung des Tiefenwassers in der Rohrleitung 5 mit einem Luft-Sauerstoff-Gemisch ausreichen. Ebenso kann dann die Begasungseinrichtung eventuell in der Rohrleitung 5 weiter nach oben verlegt werden, was aber von der benötigten Reaktionszeit zur Oxidation des Schwefelwasserstoffs abhängt. Zahlenbeispiel: Zur Sanierung eines Sees wurden aus diesen 180 bis 250 m3/h Tiefenwasser mit einem maximalen Schwefelwasserstoffgehalt von 8 mg H2S/l über eine Rohrleitung in einen Vorfluter abgeleitet. Die Rohrleitung hatte eine Länge von 500 m, einen nutzbaren Querschnitt von 0,11 m2 und Volumen von ca. 48 m3. Die Strömungsgeschwindigkeit des Tiefenwassers in der Rohrleitung betrug ca. 0,5 m/sec. und die Aufenthaltszeit des Tiefenwassers in der Rohrleitung ca. 16 min.. Der Beginn der Rohrleitung lag in einer Seetiefe von 13 m. Auf der Basis eines spezifischen Sauerstoffbedarfs zur Oxidation des Schwefelwasserstoffs von 0,5 mg O2/mg H2S wurde eine Sauerstoffaufstockung des abgeleiteten. Wassers um ca. 2 mg 02/1 vorgesehen, wodurch sich ein Sauerstoffbedarf von ca. 1,2 kg O2/h ergab. Die Einspeisung von reinem Sauerstoff am unteren Ende der Rohrleitung ergab dabei eine quantitative Sauerstoffausnutzung und eine weitestgehende Schwefelwasserstoffoxidation.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Sanierung von Oberflächengewässern, bei dem Tiefenwasser über eine Rohrleitung ineinen Vorfluter ein geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefenwas ser vor der Einleitung in den Vorfluter in der Rohrlei tung mit Luft und/oder reinem Sauerstoff begast wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begasung in einem Bereich der Rohrleitung durchgeführt, wird, der dem Beginn der Rohrleitung im See zugeordnet ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begasung in dem Mass durchgeführt wird, dass eine Sauerstoff-Aufstockung des Tiefenwassers am Ende der Rohr leitung zum Vorfluter um 1,5 bis 10 mg 02/1 erreicht wird. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer in einem Oberflächenge wässer installierten Rohrleitung zum Ableiten von Tiefen wasser in einen Vorfluter, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (5) eine Zuleitung (7) für Luft und/oder reinen Sauerstoff aufweist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (7) mit einer in dem Bereich der Rohrlei tung (5) angeordneten Begasungseinrichtung (8) in Ver bindung steht, der dem Beginn der Rohrleitung (5) im See (1) zugeordnet ist. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, dass die Zuleitung (7) über eine Mess- und Regelein richtung (9) an einen Tank (11) für Flüssigsauerstoff angeschlossen ist.

Inventors: BERGER, MICHAEL, DR., BLASCHECK, REIMUT
Applicants: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: C02F7
IPC codes: C02F7, C02F3, C02F1