<Desc/Clms Page number 1>
Inrichting voor het onttrekken van vloeistof, o. m. voor het verlagen van het grondwaterniveau of voor drijflaagverwijdering-
Deze uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het onttrekken van vloeistof, o. m. voor het verlagen van het grondwaterniveau of voor drijflaagverwijdering.
De uitvinding situeert zieh in het domein van de grondwaterbemaling en drijflaagonttrekking zoals deze die bij bodemsanering wordt toegepast.
Bij het uitvoeren van dergelijke werken wordt een keuze gemaakt tussen twee verschillende principes die als volgt kunnen worden omschreven : a) Een pomp wordt in de onttrekkingsput, in de vioeistof, geplaatst zodat de pomp de vloeistof naar de oppervlakte perst. De opvoerhoogte wordt bepaald door de maximale werkdruk van de pomp en het is dan geen probleem het water tientallen meter omhoog te persen ; b) Een pomp wordt aan de oppervlakte, bovengronds, geplaatst en de vioeistof wordt uit één of meer onttrekkingsputten aangezogen. In elke onttrekkingsput wordt een inhanger geplaatst, t. w. een blinde buis die in de filterbuis hangt en waarlangs de vloeistof wordt onttrokken. Bij deze techniek is de diepte waarop kan onttrokken worden evenwel beperkt.
Bij het absolute vacuüm en wanneer ladingsverliezen kunnen verwaarloosd worden, kan de theoretische maximale aanzuigdiepte worden gehaald.
Deze wordt afgeleid van de volgende wetmatigheid hydrostatische druk : Ph = p. g. h. (Pa = N/m2) p : dtchtheid v) oeistof (kg/m ) g : gravitaire versnelling (m/s2) h : hoogte van de vloeistofkolom (m)
Bij aanzuig moet deze hydrostatische druk overwonnen worden om de vloeistof omhoog te brengen. Voor een bepaalde vioeistof (p) is
<Desc/Clms Page number 2>
deze functie van de hoogte van de waterkolom (h).
Bij atmosferische druk (1 atm = 101. 325 Pa) geldt voor water met dichtheid 1000 kg/m) : h = 101325/ (1000x9, 81) = 10, 32 Bij absoluut vacuüm kan theoretisch dus een waterkolom van 10, 32 m hoog opgezogen worden.
De problemen die zich met een vacuümpomp kunnen voordoen, kunnen als volgt worden samengevat :
Bij onttrekking met een vacuümsysteem wordt de aanzuigdiepte uit elke put dus bepaald door de onderdruk die op die respectievelijke put heerst. Deze onderdruk is functie van enerzijds de pompkarakteristieken en anderzijds drukverliezen in het systeem.
In het hiernavolgend wordt de atmosferische druk (1 atm == 1 bar) als referentie genomen. De onderdruk wordt dan uitgedrukt t. o. v. de atmosferische druk. Sterk benaderend betekent dit dat het absolute vacuüm in die optiek overeenkomt met-1, 0 bar. Per 0, 1 bar sterkere onderdruk kan 1 m dieper water opgezogen worden.
Bijvoorbeeld : Bij -0, 2 bar onderdruk wordt 2 m water opgezogen
Bij-0, 9 bar onderdruk wordt 9 m water opgezogen
Daarom wordt verder drukverlies als onderdrukverlies beschouwd.
Er van uitgaande dat de onttrekkingspomp goed gekozen is, herleidt de problematiek zich tot het minimaliseren van onderdrukverliezen in het systeem. Bij onttrekking uit één put worden deze veroorzaakt door : - leidingverliezen - lekken in het systeem Wanneer echter uit meer dan een put onttrokken wordt, waarbij de pomp met een collectorsysteem op de verschillende putten aangesloten is, ontstaat een bijkomend probleem.
Zolang da mond van de inhangers zich in alle putten onder het waterniveau bevindt, zal overal water gezogen worden. Op een bepaald ogenblik, wanneer het onttrekkingsdebiet groter is dan datgene waarmede het water in de putten toestroomt, zal het water zakken tot aan de mond van de inhanger en zal hierlangs lucht in het systeem treden. Dit veroorzaakt een onderdrukverlies (lek) waardoor de onderdruk op het volledige
<Desc/Clms Page number 3>
systeem te klein wordt om via de andere inhangers nog water te onttrekken. Deze toestand zal zich stabiliseren als op die ene put water en lucht "opgeslobberd" wordt terwijl het water in de andere putten nauwelijks nog kan zakken.
Om dit probleem op te heffen, werden tot nog toe verschillende oplossingen bedacht.
In de klassieke bouwputbemaling worden de filters tot een diepte van 9 ä 10m geplaatst waardoor het water nooit onder de inhangers kan zakken (onderdruk is in de praktijk zelden sterker dan-0, 9 bar).
In de bodemsanering is het meestal niet nodig/wenselijk het water zo diep te verlagen.
Vacuümbemaling wordt toegepast wanneer het water niet zo laag kan/mag zakken. Hierbij wordt de luchtinslag in de filter gecompenseerd door samen met het water een groot luchtdebiet te onttrekken. Dit debiet moet het onderdrukverlies door luchtinslag compenseren. Bovendien is ze gevoelig voor gslechtew filters of andere heterogeniteiten die het vacuüm kunnen breken.
In de sanering worden daarnaast systemen gebruikt met meerdere of gecompliceerde pompen die op elke put een onafhankelijk vacuüm aanleggen. Dit is echter een dure oplossing.
Bij saneringen is er veelal vereist dat het waterniveau in de putten constant op een gewenste diepte blijft. Hiervoor moet in vele gevallen een aparte niveausturing op elke put voorzien worden. Deze sturing impliceert hogere kosten en een gevoelig systeem. De werkomstandigheden bij saneringen worden immers bemoeilijkt door allerlei vuil : zand en slib, olieproducten, agressieve chemicaliën, enz.
Om het hier gesteide probleem conform de uitvinding op te lossen, rekening houdend met de zopas uiteengezette toestanden, bestaat de inrichting volgens de uitvinding uit onttrekkingsmiddeten bestaande uit een pomp waarop een collector met vertakkingen is aangesloten, die elk van een inhanger is voorzien die in de vloeistof hangt, en aan zijn uiteinde uitgerust is met middelen die op het sifonprincipe berusten, één en ander zodanig dat de vioeistofkolom in elke sifon het mogelijk maakt op de collector een onderdruk te onderhouden die onafhankelijk is van de
EMI3.1
luchtinslag op één of meer inhangers zodat het vioeistofniveau op elk onttrekkingspunt onafhankelijk gepositioneerd is.
Andere details en voordelen van de uitvinding zullen
<Desc/Clms Page number 4>
blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een inrichting voor het verlagen van het grondwaterniveau of voor drijflaagverwijdering, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 vertoont schematisch een collector van het bekende type in het stadium "geen afpomping'",
Figuur 2 vertoont dezelfde toestand als in figuur 1 in een collector uitgerust met inhanger volgens de uitvinding.
Figuur 3 vertoont de collector volgens figuur 1 in het Stadium waarin het water tot de minst diepe mond is gezakt.
Figuur 4 vertoont dezelfde toestand als in figuur 3 in een collector uitgerust met inhanger volgens de uitvinding.
Figuur 5 vertoont dezelfde toestand als in figuur 3.
Figuur 6 vertoont een specifieke toestand in een collector uitgerust met inhangers volgens de uitvinding.
In de verschillende figuren wordt het maaiveld met de verwijzing 1 en het grondwaterpeil met de verwijzing 2 voorgesteld.
De inrichting volgens de uitvinding bestaat uit boorputten 3 waarin inhangers 4 zijn geplaatst die deel uitmaken van een collector 5 aangesloten op een in de figuren niet voorgestelde pomp.
In de hiernavolgende beschrijving zal de toestand die heerst in boorputten uitgerust met klassieke, of tot de stand van de techniek behorende, inhangers vergeleken worden met de toestand die heerst in boorputten uitgerust met inhanger volgens de uitvinding.
De figuren 1,3 en 5 illustreren de toestand die in verschillende omstandigheden heerst in boorputten met klassieke inhangers. Figuur 1 geeft de toestand weer in de grondmassa en in de boorputten uitgerust met klassieke inhangers, in het stadium"geen bemaling".
Figuur 2 reproduceert dezelfde situatie in boorputten 3 waarvan de inhangers 4 onderaan voorzien zijn van sifons 6 en 6'die op verschillende niveau's uitmonden.
Figuur 3 geeft de toestand weer in dezelfde boorputten met klassieke inhangers. Door bemaling is het grondwater- of vioeistofniveau gedaald tot op de hoogte van de hoogste mond van één der inhangers. Bij een dergelijke situatie ontstaat vacuümverlies op de ganse collector. In figuur 4 staat het waterniveau op dezelfde hoogte maar niettegenstaande luchtinslag in
<Desc/Clms Page number 5>
sifon 6 is de onderdruk op de collector voldoende om verder door de inhanger 4 met sifon 6'water of vloeistof te onttrekken.
In figuur 5 wordt een toestand voorgesteld die identisch is met deze die door figuur 3 is afgebeeld. Door de sifon met de hoogste mond wordt door de collector water en lucht'opgeslobberd". Deze situatie resulteert uit het gebruik van klassieke inhangers.
In figuur 6 tenslotte is het grondwater- of vloeistofniveau in de boorput met de laagste sifonmond gedaald. Op dit ogenblik ontstaat een dynamisch systeem waarbij de sifon 6 met de laagste mond zich achtereenvolgens met water vult en laat leegzuigen. Ondertussen blijft de inhanger met de hoogste sifonmond 6'"opslobberen". De niveaus in de beide putten blijven constant ter hoogte van de twee monden.
Bij een bepaalde positionering van de inhangers vereist de inrichting een éénmalige instelling door bijvoorbeeld gebruik te maken van een kraan 7 die bovenaan elke inhanger is gemonteerd. Hiermede wordt een extra drukval veroorzaakt die belet dat de betreffende sifon niet in één ruk wordt leeggezogen. In de sifons moet inderdaad water blijven staan, hetgeen de dynamische drukval vormt die de inrichting in evenwicht houdt.
Een collector kan uit meerdere putten bestaan en het is dan ook duidelijk dat o. m. plaatselijke omstandigheden zullen bepalen hoeveel boorputten met hun inhangers deel zullen uitmaken van een collector. Factoren die het aantal boorputten zullen bepalen zijn : - capaciteit van de pomp - diepteverschil tussen de verschillende monden van de inhangers - verschil in toestromingssnelheid tussen de verschillende boorputten - uitvoering van de sifons
Een inrichting zoals hierboven beschreven kan toepassing vinden in omstandigheden waar het grondwater tot een welbepaald niveau moet zakken. Dit niveau moet niet dezelfde in alle boorputten zijn. In functie van plaatselijke omstandigheden kunnen de niveaus in de verschillende putten onder elkaar afwijken. Bovendien is geen enkele niveausturing vereist.
De inrichting volgens de uitvinding is dan ook uitstekend geschikt voor het verwijderen van een drijflaag in de grond en de
<Desc/Clms Page number 6>
diepte waarop de drijflaag moet worden gepompt kan in elke boorpunt zeer nauwkeurig worden gepositioneerd.
<Desc / Clms Page number 1>
Device for extracting liquid, including for lowering the groundwater level or for removing floating layer
This invention relates to a device for extracting liquid, for instance for lowering the groundwater level or for floating layer removal.
The invention is situated in the field of groundwater drainage and floating layer extraction as it is used in soil remediation.
When performing such works, a choice is made between two different principles which can be described as follows: a) A pump is placed in the extraction well, in the liquid, so that the pump presses the liquid to the surface. The head is determined by the maximum working pressure of the pump and it is no problem to push the water up tens of meters; b) A pump is placed on the surface above ground and the liquid is drawn in from one or more extraction wells. A hanger is placed in each extraction well, t. w. a blind tube that hangs in the filter tube and through which the liquid is extracted. In this technique, however, the depth at which extraction can be made is limited.
The theoretical maximum suction depth can be achieved at the absolute vacuum and when load losses can be neglected.
This is derived from the following hydrostatic pressure law: Ph = p. g. h. (Pa = N / m2) p: density v) liquid (kg / m) g: gravity acceleration (m / s2) h: height of the liquid column (m)
When aspirated, this hydrostatic pressure must be overcome to raise the fluid. For a given liquid (p) is
<Desc / Clms Page number 2>
this function of the height of the water column (h).
At atmospheric pressure (1 atm = 101.325 Pa) applies for water with density 1000 kg / m): h = 101325 / (1000x9, 81) = 10, 32 In theory, a water column of 10, 32 m high can theoretically be used be sucked up.
The problems that can arise with a vacuum pump can be summarized as follows:
Thus, when extracted with a vacuum system, the suction depth from each well is determined by the negative pressure prevailing on that respective well. This negative pressure is a function of the pump characteristics on the one hand and pressure losses in the system on the other.
In the following, the atmospheric pressure (1 atm == 1 bar) is taken as a reference. The negative pressure is then expressed t. o. v. atmospheric pressure. Strongly approximate, this means that the absolute vacuum in that view corresponds to -1.0 bar. Per 0.1 bar stronger negative pressure, 1 m deeper water can be sucked up.
For example: At -0.2 bar negative pressure, 2 m of water is sucked up
At -0.9 bar underpressure, 9 m of water is sucked up
Therefore, further pressure drop is considered underpressure loss.
Assuming that the extraction pump is properly selected, the problem can be traced back to minimizing negative pressure losses in the system. With extraction from one well these are caused by: - pipe losses - leaks in the system However, if extraction is made from more than one well, with the pump connected to the different wells with a collector system, an additional problem arises.
As long as the mouth of the hangers is below the water level in all wells, water will be sucked everywhere. At some point, when the extraction flow rate is greater than that with which the water flows into the wells, the water will drop to the mouth of the hanger and air will enter the system along it. This causes an underpressure loss (leak) which results in the underpressure at full
<Desc / Clms Page number 3>
system becomes too small to draw water via the other attachments. This situation will stabilize if water and air are "slurried" on one well, while the water in the other wells can hardly sink.
Various solutions have hitherto been devised to overcome this problem.
In the classic construction pit dewatering, the filters are placed to a depth of 9 to 10m, so that the water can never sink under the hangers (in practice, the negative pressure is rarely stronger than -0.9 bar).
In soil remediation it is usually not necessary / desirable to lower the water so deeply.
Vacuum dewatering is used when the water cannot / should not fall as low. The air impact in the filter is compensated for by extracting a large air flow rate together with the water. This flow must compensate for the negative pressure loss due to air impact. In addition, it is sensitive to poor filters or other heterogeneities that can break the vacuum.
The remediation also uses systems with multiple or complicated pumps that apply an independent vacuum to each well. However, this is an expensive solution.
In remediation, it is often required that the water level in the wells remains constant at a desired depth. In many cases this requires a separate level control on each well. This control implies higher costs and a sensitive system. After all, the working conditions during remediation are made more difficult by all kinds of dirt: sand and sludge, oil products, aggressive chemicals, etc.
In order to solve the problem according to the invention here, taking into account the conditions just explained, the device according to the invention consists of extraction means consisting of a pump to which a branched collector is connected, each of which is provided with a hanger which is fitted in the liquid, and equipped at its end with means based on the siphon principle, such that the liquid column in each siphon makes it possible to maintain a negative pressure on the collector that is independent of the
EMI3.1
air impact on one or more hangers so that the liquid level at each extraction point is independently positioned.
Other details and advantages of the invention will
<Desc / Clms Page number 4>
are apparent from the following description of a device for lowering the groundwater level or for floating layer removal, according to the invention. This description is given by way of example only and does not limit the invention. The reference numbers refer to the attached figures.
Fig. 1 schematically shows a collector of the known type in the stage "no pump-off",
Figure 2 shows the same situation as in Figure 1 in a collector equipped with hanger according to the invention.
Figure 3 shows the collector according to figure 1 in the Stage in which the water has fallen to the least deep mouth.
Figure 4 shows the same situation as in Figure 3 in a collector equipped with hanger according to the invention.
Figure 5 shows the same state as in Figure 3.
Figure 6 shows a specific condition in a collector equipped with hangers according to the invention.
In the different figures, the ground level is indicated with the reference 1 and the groundwater level with the reference 2.
The device according to the invention consists of wells 3 in which hangers 4 are placed, which form part of a collector 5 connected to a pump not shown in the figures.
In the following description, the condition prevailing in wells equipped with classic, or prior art, attachments will be compared with the condition prevailing in wells equipped with hanger according to the invention.
Figures 1, 3 and 5 illustrate the condition prevailing in different conditions in wells with classic hangers. Figure 1 shows the situation in the ground mass and in the wells equipped with classic hangers, at the stage "no dewatering".
Figure 2 reproduces the same situation in wells 3 of which the hangers 4 at the bottom are provided with siphons 6 and 6 which open at different levels.
Figure 3 shows the condition in the same wells with classic hangers. As a result of dewatering, the groundwater or liquid level has fallen to the height of the highest mouth of one of the hangers. In such a situation vacuum loss occurs on the entire collector. In figure 4 the water level is at the same height but notwithstanding air impact
<Desc / Clms Page number 5>
siphon 6, the negative pressure on the collector is sufficient to further extract through the hanger 4 with siphon 6'water or liquid.
Figure 5 represents a state identical to that depicted in Figure 3. Due to the siphon with the highest mouth, water and air are 'slurried up' by the collector. This situation results from the use of classic inserts.
Finally, in Figure 6, the groundwater or liquid level in the wellbore with the lowest siphon nozzle has decreased. At this moment a dynamic system is created in which the siphon 6 with the lowest mouth is successively filled with water and allowed to be drained. Meanwhile, the hanger with the highest siphon mouth continues to "gobble up" 6. The levels in both wells remain constant at the level of the two mouths.
With a certain positioning of the hangers, the device requires a one-off adjustment, for example by using a crane 7 mounted at the top of each hanger. This creates an additional pressure drop that prevents the relevant siphon from being drawn out in one go. Water must indeed remain in the siphons, which forms the dynamic pressure drop which balances the device.
A collector can consist of several wells and it is therefore clear that local conditions will determine how many wells with their inserts will be part of a collector. Factors that will determine the number of wells are: - capacity of the pump - difference in depth between the different mouths of the hangers - difference in flow rate between the different wells - design of the siphons
An installation as described above can find application in circumstances where the groundwater has to drop to a specific level. This level should not be the same in all wells. Depending on local conditions, the levels in the different wells may differ from one another. In addition, no level control is required.
The device according to the invention is therefore excellently suitable for removing a floating layer in the ground and the
<Desc / Clms Page number 6>
depth at which the floating layer has to be pumped can be positioned very precisely in any drill point.