Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Gießwasser durch Anreicherung mit C0₂ und H₂C0₃, bei dem in das durch eine Leitung mit dem Druck und der Temperatur etwa gleich denen in einer üblichen Wasserversorgungsleitung strömende Wasser fortlaufend unter Druck stehendes CO₂-Gas eingebracht wird, sowie eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens, die einen langgestreckten, geraden Strömungskanalabschnitt aufweist, der an einem Ende an eine Druckquelle für Gießwasser angeschlossen und an seinem anderen Ende mit einem Gießsystem oder einem Sammelbehälter verbunden ist und der eine Imprägnierungszone mit umfänglichem Anschluß an eine C0₂-Druckgasquelle aufweist.

Es sind zahlreiche Verfahren und Anordnungen zum Mischen von unterschiedlichen Stoffen bekannt.

So beschreibt die DE-PS 866 341 eine Anordnung zur Einbringung von C0₂ in die Druckwasserzuführleitung einer Beregnungsanlage. Als Mittel zum Einbringen von C0₂ wird ein Injektor erwähnt, ohne daß dieser näher beschrieben wird. Ein solches Injektorsystem zeigt jedoch die FR-PS-1 171 059. Diese weist einen geraden Strömungsabschnitt auf, durch den das eine der beiden zu mischenden Medien strömt. In diesem Strömungskanal sind gleichachsig mehrere kurze Rohrabschnitte aufeinanderfolgend mit zunehmendem Durchmesser angeordnet, deren Enden jeweils unter Bildung eines Ringspaltes überlappt sind. Der Rohrabschnitt von größtem Durchmesser ist gegenüber dem geraden Kanal so ausgebildet, daß auch dieser mit dem Kanal noch einen Ringspalt bildet. Die Strömung in dem Kanal wird somit in mehrere Teilströmungen fortlaufend aufgeteilt. Auf der Eintrittsseite des Rohrabschnittes von kleinstem Durchmesser ist zentral eine Einrichtung zur Zuführung des zweiten der zu mischenden Medien vorgesehen, welches dieses zweite Medium in die Strömung fein verteilt einbringt, z. B. einsprüht. Hierbei handelt es sich also um ein System, in dem in einem geraden Strömungskanal von gleichbleibendem Querschnitt durch ein Strömungsleitsystem von mehreren unterschiedlich bemessenen Rohrabschnitten die Mischung fördernde Turbulenzen erzeugt werden, in die eintrittsseitig das zweite Medium eingespritzt oder eingesprüht wird.

Aus der DE-OS-3 117 797 ist eine Vorrichtung zum Anreichern von Aquariumswasser mit Kohlensäure dargestellt und beschrieben, bei dem in einem Gerät eine C0₂-Gaszone vorgesehen ist, durch die das Aquariumwasser in verwirbelter Form geleitet wird.

Schließlich ist aus der US-PS-2 899 971 der Wasserspeiseleitung z. B. einer Waschmaschine eine Dosiereinrichtung zugeordnet, um in die Wasserströmung einen Zusatzstoff, z. B. ein Wasserenthärtungsmittel, automatisch einzuleiten. Zu diesem Zweck wird die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch düsenförmige Ausbildung oder stufenweise Änderung des Strömungsquerschnittes verändert. Am Ende dieses Abschnittes, in dem die Geschwindigkeitsänderung stattfindet, mündet in einen Mischkammerbereich eine Leitung für das Zusatzmittel. Im Abstand vor dem Mischkammerbereich sind mehrere zur Atmosphäre hin offene Bohrungen vorgesehen, durch die geringe Mengen an Luft angesaugt werden können. Diese Belüftungsöffnungen haben den Zweck dann, wenn die Wasserzufuhr zu der Haushaltsmaschine, z. B. Waschmaschine, abgeschaltet wird, zu verhindern, daß in der Zuführungsleitung für das Wasser ein Vakuum entsteht, durch das mit dem Zusatzstoff, z. B. dem Enthärtungsmittel vermischte Wasser aus dem Mischkammerbereich in die Wasserzuleitung zurückgesaugt wird. Durch die durch die Bohrungen angesaugte Luft soll also der Leitungsabschnitt vor dem Mischkammerbereich gelüftet und so das dort evtl. herrschende Vakuum beseitigt werden.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aufbereiten von Gießwasser durch Anreicherung mit C0₂ und H₂C0₃. Anders als bei Wasser für Aquarium oder für Haushaltsmaschinen wird Gießwasser in Glashäusern und Gärtnereien ebenso wie in der Landwirtschaft häufig in großen Mengen benötigt, was auch entsprechende Mengen an C0₂ erfordert, wenn eine Imprägnierung erwünscht ist. Dabei ist zu beachten, daß beim Ausbringen des imprägnierten Gießwassers in den Pflanzkulturen das zumeist unter Druck ausgebrachte Wasser auf Atmosphärendruck entspannt wird. Dabei werden bei in herkömmlicher Weise mit C0₂ imprägniertem Wasser große Mengen von CO₂-Gas freigesetzt, die verlorengehen. Hinzu kommt, daß bei allen bekannten Verfahren und Anordnungen zum Imprägnieren von Wasser mit C0₂-Gas erhebliche Anteile des Gases in dem Wasser in relativ großen Bläschen vorliegen. Diese können in den Leitungs- und Ausbringungssystemen für das Gießwasser erhebliche nachteilige Folgen . hervorrufen. Diese Bläschen verstopfen kapillarartige Strömungswege, wie sie z. B. bei der Tröpfchengießmethode oder beim Versprühen von mit Düngemitteln angereichertem Wasser verwendet werden. Durch die Bläschen wird die Strömung behindert.

Ferner führt das Freisetzen von unkontrollierbaren Mengen an C0₂ dazu, daß eine genauere Dosierung des CO₂-Anteils in dem Wasser, das den Pflanzen oder dem Boden zugeführt wird, unmöglich wird. Das, was für CO₂-Gas gesagt ist, gilt entsprechend auch für H₂C0₃, da zwischen dem im Wasser physikalisch gelösten Anteil an C0₂ und dem als Kohlensäure im Wasser chemisch gebundenen Anteil ein durch Naturgesetz festgegebenes Verhältnis von etwa 1000 : besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs angegebene Verfahren und die zum Ausführen des Verfahrens dienende Anordnung so weiterzubilden, daß auf wesentlich vereinfachte Weise eine wesentlich genauere Dosierung der mit dem Wasser den Pflanzen und dem Boden zugeführten Mengen an C0₂-Gas und H₂C0₃ möglich ist und die Flüssigkeit mit C0₂ so feinimprägniert wird, daß Störungen durch größere Bläschen in der Flüssigkeit nicht zu befürchten sind und C0₂-Verluste beim Ausbringen des Gießwassers weitgehend vermieden werden, so daß die Behandlung von Kulturen mit C0₂- imprägnierter Flüssigkeit auch im großen Maßstabe, z. B. Gärtnereien oder landwirtschaftlichen Betrieben in wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der zum Ausführen des Verfahrens dienenden Anordnung durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Bei Betrieb wird der gerade Strömungskanalabschnitt von der Flüssigkeit unter vollständiger Ausfüllung durchströmt. Die ringförmigen Schultern an den Querschnittserweiterungsstellen erstrecken sich radial und sind im Vergleich zum Strömungsquerschnitt sehr schmal. Das gleiche gilt für die Bohrungen, die jeweils kranzförmig unmittelbar hinter jeder Schulter in der Wandung des Strömungskanals angeordnet sind. Diese Bohrungen stellen freie Strömungsverbindungen zwischen dem Strömungskanal und einer den Kanal umgebenden äußeren Gasverteilungskammer dar, in der das CO₂-Gas unter einem vorbestimmten Druck gehalten ist. Dieser Druck ist gleich oder kleiner als der mittlere statische Druck in der Wasserströmung des Strömungskanals. Aus praktischen Gründen kann es zweckmäßig sein, den C0₂-Gasdruck gleich dem Förderdruck in dem zur Verteilung des imprägnierten Gießwassers dienenden Verteilungssystem einzustellen.

In der Ebene jeder Erweiterungsschulter wird der Gesamtströmungsquerschnitt größer und damit die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung in dem Strömungskanal kleiner. Die der Innenwandung des Strömungskanals nahen Strömungsschichten werden jedoch im Bereich der Ebene der Querschnittserweiterung gezwungen, einen größeren Weg als die übrigen Flüssigkeitsschichten zurückzulegen, da sie über die Schulter strömen müssen. Die Geschwindigkeit dieser außenliegenden Flüssigkeitsschichten wird daher beim Überströmen einer solchen Ringschulter momentan größer, so daß sich im Bereich unmittelbar unter den Schultern auch der Druck momentan erniedrigt. Diese Druckabsenkung ist eng begrenzt auf die Bereiche unterhalb der Schultern. Dieser momentane Druckabfall wirkt im Bereich der unmittelbar hinter der Schulter angeordneten Bohrungen so, daß durch die Bohrungen CO₂-Gas in den Strömungskanal zwangsweise überführt wird und sich dort zunächst vornehmlich mit den außenliegenden Flüssigkeitsschichten vermischt. Durch die unmittelbar anschließenden und mit zunehmendem Abstand von der Schulterebene fortschreitenden Ausgleichsvorgänge in der Gesamtströmung bezüglich Geschwindigkeit und Druck erfolgt in der Gesamtströmung eine rasche Homogenisierung des C0₂-Gehaltes.

Da hierbei die Imprägnierung des Wassers mit C0₂ im Gegensatz zu den bekannten Verfahren durch eine momentane Erzeugung eines Unterdruckes in partiellen Bereichen der Wasserströmung erfolgt ergibt sich eine sehr feine, d.h. von größeren Bläschen freie Imprägnierung der Flüssigkeit. Bei dieser ist das C0₂-Gas in der Flüssigkeit in so kleinen Teilchen und so feinstverteilt, daß die bei der Entspannung der Flüssigkeit während des Ausbringens, z. B. beim Versprühen oder Verregnen, auftretenden Gasverluste sehr gering sind. Damit läßt sich die mit C0₂-Gas imprägnierte Flüssigkeit auch in großen Mengen, z. B. in Gartenbaubetrieben oder in der Landwirtschaft wirtschaftlich einsetzen. Auch läßt sich der den Pflanzen oder dem Boden zugeführte Anteil an CO₂-Gas und H₂C0₃ wesentlich genauer vorherbestimmen, da Beeinträchtigungen durch unkontrollierbare Gasverluste während des Ausbringens nicht im nennenswerten Maße zu befürchten sind.

Die auf diese Weise imprägnierte Flüssigkeit ist weitgehend frei von störenden Bläschen, so daß sie auch durch kapillare Ausbringungssysteme zuverlässig und störungsfrei ausgebracht werden kann.

Auch wenn mehrere, in Strömungsrichtung hintereinanderliegende schulterartige Erweiterungen vorgesehen sind, ist somit die Gesamterweiterung des Querschnittes in der Imprägnierungszone klein, so daß sich die Geschwindigkeit und der Druck in der Strömung vor der Imprägnierungszone und hinter der Imprägnierungszone nur relativ geringfügig unterscheiden.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des neuen Verfahrens und der neuen Anordnung wieder.

Unter "Gießwasser" wird hier normales Wasser oder mit Düngesalzen oder dgl., z. B. Pestiziden, angereichertes Wasser verstanden. Unter "normalem" CO₂-Aufnahmevermögen wird das Aufnahmevermögen von normalem, also nicht chemisch reinem Wasser verstanden.

Während das neue Verfahren und die neue Anordnung in erster Linie im Zusammenhang mit der Aufbereitung von Gießflüssigkeit beschrieben sind, ist dem Fachmann ersichtlich, daß sie sich mit besonderem Vorteil auch bei der Behandlung anderer Flüssigkeiten mit anderen Gasen zu anderen Zwecken einsetzen lassen.

Das neue Verfahren ermöglicht eine Aufbereitung von Gießwasser in einer Weise, die den Verhältnissen nahekommt, wie sie in besonders optimaler Form in der Natur in den wurzelnahen Bereichen des Erdbodens auftreten. Dort in der Natur wird der erforderliche Unterdruck durch das Wurzelwerk als solchem erzeugt und das C0₂ teilweise vom Wurzelwerk selbst abgegeben bzw. als bodenbürtiges C0₂ zur Verfügung gestellt, wobei das C0₂ in Gasform bei etwa Atmosphärendruck und atmosphärer Temperatur vorliegt.

Bei großen Strömungsquerschnitten kann es sinnvoll sein, die Flüssigkeitsströmung als Ringströmung durch die Imprägnierungszone zu leiten, um so eine bessere Durchmischung der Flüssigkeit mit den aufgenommenen C0₂-Gasmengen zu gewährleisten.

Eine weitere, die Feinstimprägnierung wesentlich unterstützende und die homogene Durchmischung der Flüssigkeit fördernde Maßnahme besteht darin, daß den Gasimprägnierungszonen weitere Strömungskanalabschnitte mit schulterartigen Erweiterungen und darunterliegenden Bohrungen nachgeschaltet sind, die zur Rückmischung von bereits vollständig imprägnierter Flüssigkeit mit der den Strömungskanal durchströmenden Flüssigkeit dienen.

Die neue Anordnung kann verwendet werden um die imprägnierte Flüssigkeit direkt einer Entnahmestelle oder Verbraucherstelle zuzuführen, so daß eine direkte Abgabe der imprägnierten Flüssigkeit erfolgen kann. Bei Verbraucherstellen mit unterschiedlichen Abnahmemengen ist es jedoch vorteilhaft, wenn man die neue Anordnung kombiniert mit einem Vorrats-Druckbehälter, in dem ein Vorrat an feinstimprägnierter Flüssigkeit bereitgehalten wird, wobei der Zulauf der Flüssigkeit durch die Anordnung gemäß der Erfindung erfolgt und der Ablauf aus dem Flüssigkeitsvorrat demgegenüber abgeschirmt oder versetzt so erfolgt, daß etwaig vorhandene relativ größere Bläschen ausreichend Zeit haben, in dem Flüssigkeitsvorrat nach oben in den Gasraum aufzusteigen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der einzigen Figur ist ein Druckbehälter mit der Anordnung gemäß der Erfindung im senkrechten Schnitt dargestellt.

Im gezeigten Beispiel besteht der Druckbehälter 1 aus einem Druckmantel 2 und Deckel 3 und Boden 4. Durch die dargestellten Fühler wird in dem Druckbehälter eine Flüssigkeitsmenge 8 zwischen dem minimalen Flüssigkeitsstand 26 und dem maximalen Flüssigkeitsstand 27 aufrecht erhalten. Über der Flüssigkeit verbleibt in jedem Fall ein Kopfraum 7, der durch Leitung 5 mit dem Kohlendioxydgas, unter einem vorbestimmten Druck von z. B. bis zu 6 bar gefüllt gehalten wird. Die Zufuhr des Gases erfolgt z. B. über einen Druckfühler resp. einen Druckminderer. Im Boden des Behälters 4 ist ein Ablauf 6 für die imprägnierte Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvorrat 8 vorgesehen. In horizontaler Richtung versetzt gegenüber dem Ablauf 6 ist ein Imprägnierungssystem 9 angeordnet, das in den Deckel 3 eingebaut ist. Das System 9 weist einen zentralen Durchströmkanal auf, der eingangsseitig über einen Stutzen 10 mit einer Druckwasserquelle verbunden ist. Das System 9 kann z. B. mittels Flansch 11 abgedichtet in den Deckel 3 eingebaut sein. Das Imprägnierungssystem 9 weist im dargestellten Beispiel 3 in Strömungsrichtung hintereinander liegende Imprägnierungszonen 12a, 12b, 12c auf. Vor jeder Imprägnierungszone ist die lichte Weite des Flüssigkeitströmungskanals stufenartig erweitert, wie bei 13a, 13b, 13c gezeigt ist. Dadurch ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit unmittelbar bei Eintritt in eine Imprägnierungszone schlagartig. Unmittelbar hinter der Durchmessererweiterung liegen brausartig verteilte Bohrungen 14a, 14b, 14c, die in den Gaskopfraum 7 münden. Bei Betrieb wird somit das Gas aus dem Gaskopfraum 7 über die Bohrungen 14 angesaugt, so daß sich Gas und Flüssigkeit mischen. Da das eintretende Gas vornehmlich im Bereich der außen liegenden Flüssigkeitsschichten verbleibt, sorgt die abrupte Durchmessererweiterung und die dadurch bedingten abrupten Änderungen der Strömungsverhältnisse bei Eintritt der Flüssigkeit in die nächste lmprägnierungszone für eine innige Homogenisierung aller Schichten der Flüssigkeitsströmung, wodurch sich auch eine Verbesserung der erneuten Gasaufnahme oder Nachimprägnierung in der nachfolgenden Stufe ergibt. Es sind mindestens zwei solche Imprägnierungszonen 12a, 12b notwendig, um die erforderliche Feinstimprägnierung zu erhalten.

Um weiterhin die Ausschaltung von relativ größeren Gasbläschen in der Flüssigkeit zu fördern, ist dem Imprägnierungssystem 9 ein weiteres Kanalabschnitt 15 achsial nachgeschaltet. Im dargestellten Beispiel weist dieser zwei Rückmischungszonen 16a, 16b auf. Auch hier wird zur Förderung der Durchmischung die lichte Weite des Flüssigkeitsströmungskanals vor Eintritt in einer Rückmischungsbereich abrupt verändert. Diese Rückmischungsbereiche 16a, 16b dienen zur Förderung der Durchmischung und Homogenisierung und zur Verringerung des Anteiles größerer Bläschen. Zu diesem Zweck weist das System 15 einen äußeren, zum Gasraum 7 abgeschlossenen Mantel 18 auf, dessen unterer offener Rand unterhalb des tiefstliegenden Flüssigkeitsspiegels 26 in der Flüssigkeitsmenge 8 endet. Durch das offene Ende 21 des Mantels und durch eine stromabwärts liegende Austrittsöffnung 20 des Flüssigkeitsströmungskanals kann unter der Saugwirkung der Bereiche 16a, 16b bereits fertig imprägnierte Flüssigkeit angesaugt und der Flüssigkeitsströmung in dem System 15 zugemischt werden. Der Austritt 25 des Systems liegt ebenfalls unterhalb des tiefsten Flüssigkeitsspiegels 26, so daß die austretende Flüssigkeit keinerlei Gas in größeren Blasen aus dem Kopfraum 7 mitreißen kann.

Durch die seitliche Versetzung des Austritts 25 des Systems 15 gegenüber dem Auslaß 6 des Flüssigkeitsvorrates wird gewährleistet, daß etwaige größere Bläschen in der Flüssigkeit Zeit genug haben, durch den Flüssigkeitsvorrat 8 in den Kopfraum 7 aufzusteigen, so daß sie nicht durch die Flüssigkeitsentnahme und damit durch die Leitung 6 mitgerissen werden können.

Wird Flüssigkeit durch den Einlaß 10 eingeführt, nimmt die Flüssigkeit in der beschriebenen Weise Gas aus dem Kopfraum 7 auf. Der Flüssigkeitsspiegel 26 steigt durch die zugeführte Flüssigkeit an. Der Kopfraum 7 verkleinert sich volumenmäßig. Ist diese Volumenverkleinerung größer als die Gasaufnahme der Flüssigkeit, steigt gleichzeitig der Druck im Kopfraum 7 an, so daß die Gaszufuhr über die Zufuhrleitung 5 abgeschaltet wird. Ist die Gasaufnahme durch die Flüssigkeit größer, so wird während der lmprägnierung weiterhin Gas in den Kopfraum 7 nachgeführt, so daß in diesem Raum der Druck aufrechterhalten bleibt. Der Druck im Gasraum kann beispielsweise auf dem Leitungsdruck des Gießwassernetzes, z. B. auf einem Druck bis zu 6 bar oder auch darüber gehalten werden.

Werden die Systeme 9 und 15 zur Einzelabgabe oder direkten Abgabe von imprägnierter Flüssigkeit eingesetzt, entfällt der Druckbehälter 1. Das Imprägnierungssystem 9 wird von einem Mantel umgeben, dessen Ringraum mit der Druckgasquelle in Verbindung steht, während der Mantel 18 des Rückmischungssystems 15 am unteren Ende, wie bei 22 angedeutet ist, geschlossen bleibt. In diesem Fall setzt sich der Durchströmkanal für die Flüssigkeit, wie bei 6a angedeutet ist, fort, und zwar bis zur Entnahmestelle.

Die Differenz zwischen kleinstem und größtem Flüssigkeitsstand 26 bzw. 27 wird so bemessen, daß bei Einzelentnahme aus dem Druckbehälter 1 die Nachfuhr von Flüssigkeit durch die Systeme 9 und 15 nicht zu häufig erfolgt, so daß eine die Flüssigkeit dem Zulauf 10 zuführende Pumpe nicht ständig ein- und ausgeschaltet zu werden braucht.

Bei Versorgung von großen Entnahmestellen wird der Durchströmquerschnitt für die Systeme 9 und 15 wesentlich vergrößert. Um dennoch eine innige homogene Durchmischung über die Querschnittsfläche der Flüssigkeitsströmung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, in die Systeme 9 und 15 einen Verdrängungskörper 30 einzusetzen, der die Flüssigkeit in Ringströmung durch das System führt. Wie dargestellt, könnte der Verdrängungskörper 30 allmählich oder stufenweise im Durchmesser vergrößert oder aber auch als in Strömungsrichtung glatter Zylinderkörper ausgebildet sein.

Die Querschnittsform und Querschnittsänderung des Körpers 30 richtet sich nach der durchzusetzenden Volumenmenge und muß sicherstellen, daß die gewünschte abrupte Geschwindigkeitsänderung der Flüssigkeit von Imprägnierungszone zu Imprägnierungszone erreicht wird.

Die beschriebene Anordnung arbeitet zuverlässig sowohl für die Direktabgabe als auch für die dargestellte indirekte Abgabe von imprägnierter Flüssigkeit und zwar in einem Druckbereich von etwa 1 bar aufwärts. Die Anordnung ist daher besonders geeignet für den Einsatz in Gartenbaubetrieben, der Landwirtschaft und Forstwirtschaft da sie für alle dort auftretenden Druckverhältnisse infrage kommt, da wegen des erniedrigten Imprägnierungsdruckes jede in der Praxis nachteilige Kompression des Gases im Wasser vermieden wird. Im gewerblichen Bereich ist der C0₂-Gasdruck gleich dem Leistungs-Förderdruck.