DD224356A1

DD224356A1 - Verfahren und vorrichtung zur gasblasenfreien infiltration von wasser mittels schluckbrunnen

Info

Publication number: DD224356A1
Application number: DD84263899A
Authority: DD
Inventors: Dieter Eichhorn
Original assignee: Wassertech Forschung
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1985-07-03

Abstract

Die Erfindung betrifft die Infiltration von Wasser mittels Schluckbrunnen. Aufgabe ist es, die Infiltration eines gasblasenfreien Wassers zu ermoeglichen. Weiterhin soll fuer die Wasseraufbereitung im Untergrund oder zur Sanierung von Grundwasser das Infiltrat maximal mit Sauerstoff angereichert werden. Erfindungsgemaess wird das Wasser durch ein Fallrohr 17 in ein im Brunnen eingebautes Entgasungsrohr 8 eingeleitet. Dort stroemt es nach unten, waehrend die Luftblasen aufsteigen. Zur Sauerstoffanreicherung ist oberhalb des Fallrohres 17 ein Injektor 17 vorgesehen. Im Falle der Verwendung von technischem Sauerstoff erfolgt die Zugabe unter Druck in die Zubringerleitung 13, wobei der Injektor 17 in den Brunneninnenraum verlegt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Infiltration von Wasser mittels Schluckbrunnen. Schluckbrunnen werden z.B. bei der Wasseraufbereitung im Untergrund, insbesondere die Enteisenung und Entmanganung, und der Grundwassersanierung verwendet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für Schluckbrunnen werden in der Regel weit geringere Belastungen gewählt als bei Entnahmebrunnen. Es hat sich herausgestellt, daß die geringere hydraulische Leistung bei sonst gleichen hydrogeologischen Bedingungen auf die Einlagerung von Luftblasen in die Infiltrationszone zurückzuführen ist. Entgasungsanlagen sind in vielfältigen Varianten bekannt. Da diese nur oberirdisch eingesetzt werden können, läßt sich nicht vermeiden, daß sich durch den Unterdruck im Fallschenkel der Zuführungsleitung erneut Luftblasen bilden, die sich im Brunneninnenraum nur unvollständig im Wasser lösen und so in den Untergrund gelangen. Im Fall der unterirdischen Wasseraufbereitung, die zumeist unter Zusatz von gasförmigen Sauerstoffquellen erfolgt, ist die Gefahr des Eindringens von Luftblasen in die Infiltrationszone besonders groß. Diese Verfahren weisen weiterhin den Nachteil auf, daß das Wasser nur unvollständig mit Sauerstoff gesättigt wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, die Belastung der Schluckbrunnen im langzeitigen Betrieb wesentlich zu erhöhen, ohne daß dafür ein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich ist. Weiterhin soll bei der Wasserbehandlung im Untergrund der Lösungsprozeß des Sauerstoffs bzw. der Luft verbessert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Infiltration das Eindringen von Luftblasen in die Filterzone zu vermeiden sowie bei der unterirdischen Wasseraufbereitung die Lösungsgeschwindigkeit und den Lösungsgrad des Sauerstoffs bzw. der Luft im zugeführten Wasser zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wasser über ein Fallrohr in ein im Schluckbrunnen eingebautes oben offenes Entgasungsrohr verdüst wird, es im Entgasungsrohr mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Steiggeschwindigkeit von Gasblasen, nach unten strömt und von unten in die Infiltrationszone eingeleitet wird.

Im Fallrohr wird ein Teil des eingetragenen Gases gelöst. Im oberen Abschnitt des Entgasungsrohres erfolgt die Ableitung des ersten Teils des Gasüberschusses in den oberen Brunnenabschnitt. Im Entgasungsrohr entsteht durch die Einleitung des gashaltigen Infiltrates ein Anstieg des Brunnenausgangswasserspiegels. Die entstehende Aufhöhung darf dabei die Unterkante des Fallrohres nicht erreichen (Abstand ca. 1 m). In der oberen Zone.des Entgasungsrohres kommt es zu einer erneuten Lösung

des gasförmigen Mediums. In der darunter liegenden Zone erfolgt eine Entmischung und das überschüssige Gas steigt in die obere Zone auf und wandert in den oberen Brunnenbereich ab, während das gasblasenfreie Infiltrat nach unten strömt. Die Ableitung des Infiltrates hat mit einer solchen Geschwindigkeit zu erfolgen, daß die Mitwanderung feinster Gasblasen ausgeschlossen wird (ca. 20cm/s). Im unteren Abschnitt ist das Entgasungsrohr mit einer Perforation versehen, über die das Infiltrat gasblasenfrei von unten in den Vertikalfilterbrunnen austreten kann (bevorzugter Bereich sind der Sandfang bzw. das Sumpfrohr des Brunnens). Das Infiltrat steigt nunmehr infolge des hydrostatischen Druckes vertikal nach oben und infiltriert über das Brunnenfilterrohr in den Grundwasserleiter.

Zum Zweck der Untergrundbehandlung ist es notwendig, das Infiltrat möglichst maximal mit Sauerstoff bzw. Luft zu sättigen. In diesem Fall wird dem Infiltrat durch einen Injektor, der vorzugsweise im Fallschenkel der Zuführungsleitung installiert ist, das gasförmige Medium zugeführt und das Wasser/Gasgemisch im anschließenden Fallrohr verdüst, wobei das mitgerissene Gas zum Teil gelöst wird. Die zweite Phase des Gassättigungsprozesses erfolgt im oberen Bereich des Entgasungsrohres. Bei der Verwendung von gasförmigen Medien, die als Druckgas zum Einsatz gelangen, wird zur Erlangung eines hohen Sättigungswertes und eines optimalen Ausnutzungsgrades die Anzahl der Anreicherungsphasen erhöht, indem als erste Phase in der Infiltrationszubringerleitung eine Druckbegasung, z. B. mittels eines perforierten Rohres mit nachgeschaltetem energielos arbeitenden Diffuser eingeordnet wird. Nach dieser Druckbegasungseinheit besteht das Fluid aus einem Infiltrat-Gasblasen-Gemisch, wobei das Lösungsverhalten des Gases durch den Betriebsdruck im Zubringersystem vorteilhaft beeinflußt wird.

Im Falle einer Druckbegasung wird der in der ersten Variante beschriebene Injektor in den oberen Abschnitt des Brunnens verlegt und der Brunnenkopf hermetisch abgedichtet. Der Injektor saugt nunmehr das aus dem Entgasungsrohr entweichende und sich im Brunnenkopf sammelnde Überschußgas an, so daß das in der ersten Phase verangereicherte Fluid bei der Verdüsung im Fallrohr weiter angereichert werden kann. Die Restanreicherung bis zur Sättigung und die folgenden Transportprozesse erfolgen im Entgasungsrohr wie bei der ersten Variante.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält als Besonderheit gegenüber den üblichen Vertikalfilterbrunnen ein mindestens 4m langes, gasdichtes Aufsatzrohr, das durch das Hülsrohr sowohl gegen den Untergrund als auch gegen den Brunnenschacht abgedichtet ist. Weiterhin ist im Brunnen das oben offene Entgasungsrohr zentrisch eingebaut, das im unteren Bereich Öffnungen zum Austritt des Infiltrats aufweist. Es besitzt vorzugsweise im oberen Abschnitt einen größeren Durchmesser als im unteren. In das Entgasungsrohr mündet das Fallrohr, das durch den geschlossenen Brunnenkopf geführt ist, frei aus. Im Anwendungsfall der Wasseraufbereitung im Untergrund enthält die Vorrichtung noch Einrichtungen zur Gaszufuhr, die in der beschriebenen Weise arbeiten.

Voraussetzung für eine hohe Effektivität bei der Ausnutzung des Gases und für die Minimierung des Infiltrates bei der Wasseraufbereitung ist der hermetische Abschluß des Brunnenhülsrohres und die Installation eines regelbaren Überdruckventils, das zur Steuerung des Betriebsdruckes im Brunneninneren notwendig ist. Der Überdruck im Brunnen selbst ermöglicht die Sättigungsgrenze, die unter Normaldruck bei der Infiltration im Untergrund anzustreben ist, schnell zu erreichen, da die Lösungsgeschwindigkeit des Gases unter diesen Bedingungen begünstigt ist.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend in 2 Varianten an Hand der Figuren 1 und 2 erläutert werden.

Figur 1: Vorrichtung zur Anreicherung von Sauerstoff im Wasser unter Verwendung von Luft als Sauerstoffspender und

anschließender Infiltration (Beispiel 1) Figur 2: Vorrichtung zur Anreicherung von Sauerstoff im Wasser unter Verwendung von technischem Sauerstoffgas und

anschließender Infiltration (Beispiel 2) Beispiel 1:

Anreicherung von Sauerstoff im Wasser unter Verwendung von Luftsauerstoff:

In den Schluckbrunnen wird ein korrosionsgeschütztes, z. B. aus PVC bestehendes, Entgasungsrohr 8 über Zentrierbügel 11 zentrisch in den Brunnen eingebaut. Das Entgasungsrohr ist im oberen Abschnitt 8/1 durch einen erweiterten Durchmesser und im unteren Abschnitt durch den reduzierten Durchmesser 8/2 und eine Perforation 9 im Abschnitt 8/3 gekennzeichnet Die Zuführung des Infiltrationswassers 12 erfolgt über eine Zubringerleitung 13, die im Brunnenschacht über einen Krümmer 14 vertikal abfällt. ÜbereinenJnjektor 15 wird das Infiltratwasser mit Luft übersättigt und im Fallrohr 17 verdüst. Nach der Phasentrennung im Bereich 8/1 des Entgasungsrohres sinkt das sauerstoffangreicherte Wasser 18 im Bereich 8/2 des Entgasungsrohres ab, wobei die Restentgasung vonstatten geht. Über die Perforation 9 tritt das entgaste Infiltrat 19 in den Brunneninnenraum 20, steigt dort auf und tritt über das Filterrohr 4, die Kiesschüttung 5 in den Grundwasserleiter 1 aus. Die Entgasung des Brunneninnenraumes erfolgt über ein Entlüftungsventil 21

Beispiel 2:

Anreicherung von Sauerstoff im Wasser unter Verwendung von technischem Sauerstoffgas: In den Satellitenbrunnen wird ein Entgasungsrohr 8 wie bei Beispiel 1 beschrieben eingebaut. Die Zuführung des Infiltrationswassers 12 erfolgt über die Zubringerleitung 13. In der Leitung 13 ist ein Gasanreicherer 22, dem eine gesteuerte Sauerstoffgasmenge aus der Sauerstoffgasgeneratorstation 23 (z. B. Sauerstoffkaltverdampferanlage) zufließt, eingebaut, wodurch das Infiltrat 12 einer Druckbegasung ausgesetzt ist. Im Diffuser 24 wird die Gasblasenoberfläche auf ein technisch maximal realisierbares Maß erhöht. Im Brunnenschacht sinkt die Zuführungsleitung analog der Variante 1 vertikal nach unten ab, tritt, hermetisch gegen das Brunnenhülsrohr 7 abgedichtet, in den Brunneninnenraum ein und mündet im Injektor 15, welcher unmittelbar unter dem Hülsrohrabdeckflansch installiert ist. Der Injektor erfaßt beim Durchfluß des teilgesättigten Infiltrat-Gasgemisches das bei der 2. und 3.Gassättigungsphase unverbrauchte, nach oben abgeströmte Sauerstoffgas und mischt dies dem Fluid für die 2. Sättigungsphase zu. Alle weiteren Ausrüstungen und Prozesse sind analog dem Beispiel 1.

Claims

-1- 263 899 4

Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur gasblasenfreien Infiltration von Wasser mittels Schluckbrunnen, wobei das Wasser auf einen vorbestimmten gelösten Gasgehalt eingestellt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser durch ein Fallrohr (17) in ein im Schluckbrunnen eingebautes oben offenes Entgasungsrohr (8) verdüst wird, es im Entgasungsrohr mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Steiggeschwindigkeit von Luftblasen, nach unten strömt und gasblasenfrei von unten in die Infiltrationszone (4), (5) eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß dem Wasser vor oder während des Durchströmens des Fallrohres (17) ein Gas zugeführt wird.
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Begasung unter Druck (22) und/oder nach dem Injektorprinzip (15) und/oder als Fallrohrverdüsung erfolgt.
4. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gas im Fallrohr (17) im Wasser gelöst wird.
5. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gas im oberen Bereich des Entgasungsrohres (8/1) im Wasser gelöst wird.
6. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gas vor dem Fallrohr (17) im Wasser gelöst wird.
7. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das im Entgasungsrohr (8) freigesetzte Gas erneut dem zufließenden Wasser zugeführt wird.
8. Verfahren nach den Punkten 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Lösen des Gases stufenweise vor dem Fallrohr (17), im Fallrohr (17) und im Entgasungsrohr (8) erfolgt.
9. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß dem zufließenden Wasser Lösungen oder andere flüssige Medien über die Begasungseinrichtungen (15, 22) zugemischt und im Entgasungsrohr (8) verteilt oder gelöst werden.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schluckbrunnen ein verlängertes oberes Aufsatzrohr (6) besitzt, das durch ein Hülsrohr (7) sowohl gegen den Untergrund (1) als auch gegen den Brunnenschacht (2) abgedichtet ist, im Brunnen ein oben offenes Entgasungsrohr von geringerem Durchmesser zentrisch eingebaut ist, das im unteren Bereich Öffnungen (9) aufweist, und in das Entgasungsrohr (8) ein Fallrohr (17) von kleinerem Durchmesser, das durch den geschlossenen Brunnenkopf geführt ist, frei oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mündet.
11. Vorrichtung nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß das Entgasungsrohr (8) im oberen Abschnitt (8/1) einen erweiterten Durchmesser und im unteren Abschnitt (8/2) einen reduzierten Durchmesser aufweist.
12. Vorrichtung nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß im Fallrohr (17) oberhalb des Brunnens ein Injektor (15) oder eine Fallrohrverdüsung angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß im Fallrohr (17) innerhalb des abgeschlossenen Brunnenraumes (10) ein Injektor (15) oder eine Fallrohrverdüsung angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß vor dem Fallrohr (17) in der Zubringerleitung für das Infiltrationswasser (12) ein Druckgasanreicherer (22) mit nachgeschaltetem Diffuser (24) angeordnet ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen