DD224356A1

DD224356A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE BUBBLE-FREE INFILTRATION OF WATER BY MEANS OF FOUNTAINS

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.The invention relates to the infiltration of water by means of swallow wells. The task is to allow the infiltration of a gas bubble-free water. Furthermore, the infiltrate should be maximally enriched with oxygen for the treatment of water in the ground or for the rehabilitation of groundwater. According to the invention, the water is introduced through a downpipe 17 into a degassing pipe 8 installed in the well. It flows down there, while the air bubbles rise. For oxygen enrichment, an injector 17 is provided above the downpipe 17. In the case of the use of technical oxygen, the addition is carried out under pressure in the feeder line 13, wherein the injector 17 is laid in the fountain interior.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to the infiltration of water by means of swallow wells. Swallow wells are e.g. used in underground water treatment, in particular de-ironing and demanganisation, and groundwater remediation.

Characteristic of the known technical solutions

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.For swallow wells far lower loads are usually selected than at sampling wells. It has been found that the lower hydraulic power is due to the inclusion of air bubbles in the infiltration zone under otherwise identical hydrogeological conditions. Degassing plants are known in many variants. Since these can only be used above ground, it can not be avoided that the negative pressure in the leg of the supply line again form air bubbles that dissolve in the well interior only incomplete in the water and so get into the ground. In the case of underground water treatment, which usually takes place with the addition of gaseous oxygen sources, the risk of air bubbles entering the infiltration zone is particularly great. These methods also have the disadvantage that the water is only partially saturated with oxygen.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to increase the burden of the swallow wells in long-term operation significantly, without requiring an additional energy input is required. Furthermore, the solution process of the oxygen or the air should be improved in the treatment of water in the ground.

Explanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to prevent the infiltration of the penetration of air bubbles in the filter zone and to increase the dissolution rate and the degree of dissolution of the oxygen or the air in the water supplied in the subterranean water treatment.

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.The object is achieved in that the water is atomized via a downpipe into a built-in Schluckbrunnen open-top degassing tube, it flows down the degassing tube at a rate that is less than the rate of rise of gas bubbles and introduced from below into the infiltration zone becomes.

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 LösungIn the downpipe part of the gas is dissolved. In the upper section of the degassing tube, the discharge of the first part of the gas excess takes place in the upper well section. In the degassing tube, an increase in the water outlet water level is created by the introduction of the gas-containing infiltrate. The resulting elevation must not reach the lower edge of the downpipe (distance approx. 1 m). In the upper Zone.des degassing tube, it comes to a new solution

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.of the gaseous medium. In the subjacent zone segregation occurs and the excess gas rises to the upper zone and migrates to the upper well area while the gas-bubble-free infiltrate flows down. The derivative of the infiltrate has to take place at such a speed that the migration of the finest gas bubbles is excluded (about 20 cm / s). In the lower section of the degassing tube is provided with a perforation over which the infiltrate gas bubbles can escape from below into the vertical filter wells (preferred area are the sand trap or the marsh tube of the well). The infiltrate now rises vertically due to the hydrostatic pressure and infiltrates through the well filter tube into the aquifer.

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.For the purpose of background treatment, it is necessary to saturate the infiltrate as much as possible with oxygen or air. In this case, the infiltrate is supplied through an injector, which is preferably installed in the leg of the feeder line, the gaseous medium and atomized the water / gas mixture in the subsequent downcomer, the entrained gas is partially dissolved. The second phase of the gas saturation process takes place in the upper region of the degassing tube. When using gaseous media which are used as compressed gas, the number of enrichment phases is increased to obtain a high saturation value and an optimal utilization rate by using as the first phase in the Infiltrationszubringerleitung a pressurized gassing, z. B. is classified by means of a perforated tube with downstream energy-dissipating diffuser. After this Druckbegasungseinheit the fluid consists of an infiltrate gas bubbles mixture, the solution behavior of the gas is favorably influenced by the operating pressure in the feeder system.

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.In the case of pressurized gas, the injector described in the first variant is moved into the upper section of the well and the well head is hermetically sealed. The injector now sucks the excess gas escaping from the degassing tube and collecting in the well head, so that the fluid enriched in the first phase can be further enriched in the atomization in the downpipe. The residual enrichment to saturation and the following transport processes take place in the degassing tube as in the first variant.

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.The inventive device contains as a special feature over the usual vertical filter wells at least 4m long, gas-tight attachment tube, which is sealed by the sleeve tube both against the ground and against the well shaft. Furthermore, in the well, the open-top degassing tube is installed centrally, which has openings for exiting the infiltrate in the lower area. It preferably has a larger diameter in the upper section than in the lower section. In the degassing tube, the downpipe, which is guided by the closed wellhead, opens freely. In the application of water treatment in the underground, the device also contains facilities for gas supply, working in the manner described.

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.A prerequisite for a high efficiency in the utilization of the gas and for minimizing the infiltrate in the treatment of water is the hermetic completion of Brunnenhülsrohres and the installation of a controllable pressure relief valve, which is necessary to control the operating pressure in the well interior. The overpressure in the well itself allows the saturation limit, which is to be striven for under normal pressure in the infiltration in the ground, to achieve fast, since the dissolution rate of the gas is favored under these conditions.

embodiments

Die Erfindung soll nachstehend in 2 Varianten an Hand der Figuren 1 und 2 erläutert werden.The invention will be explained below in 2 variants with reference to Figures 1 and 2.

Figur 1: Vorrichtung zur Anreicherung von Sauerstoff im Wasser unter Verwendung von Luft als Sauerstoffspender undFigure 1: device for the enrichment of oxygen in the water using air as an oxygen donor and

anschließender Infiltration (Beispiel 1) Figur 2: Vorrichtung zur Anreicherung von Sauerstoff im Wasser unter Verwendung von technischem Sauerstoffgas undsubsequent infiltration (Example 1) Figure 2: Apparatus for the enrichment of oxygen in water using technical oxygen gas and

anschließender Infiltration (Beispiel 2) Beispiel 1:subsequent infiltration (Example 2) Example 1

Anreicherung von Sauerstoff im Wasser unter Verwendung von Luftsauerstoff:Enrichment of oxygen in water using atmospheric oxygen:

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 21In the well a corrosion protected, z. B. made of PVC, degassing tube 8 centrally mounted on centering 11 in the well. The degassing tube is characterized in the upper section 8/1 by an enlarged diameter and in the lower section by the reduced diameter 8/2 and a perforation 9 in section 8/3. The infiltration water 12 is supplied via a feeder line 13, which in the well shaft via a Manifold 14 drops vertically. By means of injector 15, the infiltrate water is supersaturated with air and atomized in the downpipe 17. After the phase separation in the region 8/1 of the degassing tube, the oxygen-enriched water 18 drops in the region 8/2 of the degassing tube, the residual degassing taking place. Via the perforation 9, the degassed infiltrate 19 enters the fountain interior 20, rises there and exits via the filter tube 4, the gravel bed 5 in the aquifer 1 from. The degassing of the well interior via a vent valve 21st

Beispiel 2: Example 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.Enrichment of oxygen in the water using technical oxygen gas: In the satellite well, a degassing tube 8 is installed as described in Example 1. The feed of the infiltration water 12 takes place via the feed line 13. A gas enricher 22, to which a controlled amount of oxygen gas flows from the oxygen gas generator station 23 (eg, oxygen cold evaporator system), is installed in the line 13, whereby the infiltrate 12 is exposed to a pressurized gas. In the diffuser 24, the gas bubble surface is increased to a technically maximum feasible level. In the well shaft, the supply line drops analogously to variant 1 vertically downwards, hermetically sealed against the Wellhülsrohr 7, enters the well interior and opens into the injector 15, which is installed directly under the Hülsrohrabdeckflansch. During the passage of the partially saturated infiltrate gas mixture, the injector detects the oxygen gas which has been discharged at the second and third gas saturation phases and flows upwards, and mixes this with the fluid for the second saturation phase. All other equipment and processes are analogous to Example 1.

Claims

-1- 263 899 4

Invention claims:

1. A method for gas bubble-free infiltration of water by means of a sump well, wherein the water is adjusted to a predetermined dissolved gas content, characterized in that the water is atomized through a downpipe (17) in a built-in swirling faucet open top degassing pipe (8), it in Degassing tube at a speed which is less than the rate of rise of air bubbles, flows down and gas bubble free from below into the infiltration zone (4), (5) is introduced.

2. The method according to item!, Characterized in that the water before or during the passage of the downpipe (17), a gas is supplied.

3. The method according to item 2, characterized in that the gassing takes place under pressure (22) and / or according to the injector principle (15) and / or as a downpipe atomization.

4. The method according to item 2, characterized in that the gas in the downpipe (17) is dissolved in the water.

5. The method according to item 2, characterized in that the gas in the upper region of the degassing tube (8/1) is dissolved in the water.

6. The method according to item 2, characterized in that the gas in front of the downpipe (17) is dissolved in the water.

7. The method according to item 2, characterized in that the gas released in the degassing (8) gas is supplied to the incoming water again.

8. The method according to points 4 to 6, characterized in that the release of the gas in stages in front of the downpipe (17), in the downpipe (17) and in the degassing tube (8).

9. The method according to points 1 to 3, characterized in that the inflowing water solutions or other liquid media via the gassing (15, 22) mixed and distributed in the degassing pipe (8) or dissolved.

10. Apparatus for carrying out the method according to item 1, characterized in that the swirl well has an elongated upper attachment tube (6) which is sealed by a sleeve tube (7) both against the substrate (1) and against the well shaft (2) , In the well an open-top degassing tube of smaller diameter is installed centrally, which has openings (9) in the lower region, and in the degassing tube (8) a downpipe (17) of smaller diameter, which is guided by the closed wellhead, freely above the liquid level opens.

11. The device according to item 10, characterized in that the degassing tube (8) in the upper portion (8/1) has an enlarged diameter and in the lower portion (8/2) has a reduced diameter.

12. The device according to item 10, characterized in that in the downpipe (17) above the well an injector (15) or a downpipe atomization is arranged.

13. The device according to item 10, characterized in that in the downpipe (17) within the closed well chamber (10) an injector (15) or a downpipe atomization is arranged.

14. The device according to item 10, characterized in that in front of the downpipe (17) in the feed line for the infiltration water (12) a Druckgasanreicherer (22) with downstream diffuser (24) is arranged.

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