DE10033422A1

DE10033422A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Behandlung eisen- und manganhaltigen Grundwassers mit Grundwasserzirkulationsbrunnen

Info

Publication number: DE10033422A1
Application number: DE2000133422
Authority: DE
Inventors: Peter Hoegg; Hans-Georg Edel
Original assignee: Ed Zueblin AG
Current assignee: Ed Zueblin AG
Priority date: 2000-07-08
Filing date: 2000-07-08
Publication date: 2002-01-17

Abstract

Eisen- und manganhaltige Ausfällungen enthaltendes Wasser wird aus dem Mantelrohr des Grundwasserzirkulationsbrunnens gefördert, der Schlamm abgetrennt und das vom Schlamm gereinigte Wasser in den Boden re-infiltiert. Verstopfungen des Mantelrohres werden so verhindert.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft die Reinigung von Grundwasser mit Hilfe von Grundwas serzirkulationsbrunnen (GZB).

Stand der Technik

Zur Grundwassersanierung werden vor allem die pump-and-treat-Methode mit on-site-Aufbereitungstechnik sowie Grundwasserzirkulationsbrunnen (GZB) mit in-situ-Strippung eingesetzt.

Die verfahrenstechnischen Vorteile des GZB liegen unter anderem in seiner hydraulischen Wirkungsweise. Durch die erzeugte Grundwasserzirkulations walze wird der Untergrund vertikal, d. h. in der gleichen Richtung durchströmt, in der die Schadstoffe migrieren. Dieser Effekt kommt vor allem bei leicht ge schichteten und weniger gut durchlässigen Aquiferen zum Tragen. Beim pump-and-treat-Verfahren bildet sich dagegen eine horizontale Strömung aus, die diese dichteren Schichten, in denen sich die Schadstoffe anreichern, nicht erfassen. Weitere Vorteile des GZB liegen darin, daß nahezu keine Grund wasserabsenkung entsteht. Dadurch kann es auch an setzungsempfindlichen Standorten eingesetzt werden. Darüber hinaus erfaßt es den besonders schadstoffhaltigen Kapillarsaum, der bei der pump-and-treat-Methode troc kengelegt wird.

Die Nachteile des GZB gegenüber dem pump-and-treat-Verfahren mit on-site- Anlagentechnik liegen vor allem in seiner geringeren Reinigungsleistung und seiner stark eingeschränkten Anwendbarkeit bei erhöhten Eisengehalten, ho hen Schadstoffkonzentrationen und komplexer Schadstoffzusammensetzung. Bei der ZÜBLIN-Umwelttechnik GmbH sind GZB (die patentierten HydroAirlift- bzw. BioAirlift-Brunnen: DE 90 05 565 U1, DE 44 40 586 C2, DE 40 40 820 C2, EP 0 457 261 B1, DE 41 29 511 C2, DE 41 42 353 C2, DE 42 02 814 A1, EP 0 531 855 B1, DE 42 42 629 C2) Stand der Technik, die aus einem kombi nierten Entnahme- und Versickerungsbrunnen bestehen und vor allem zur Entfernung leichtflüchtiger bzw. biologisch abbaubarer Schadstoffe (LHKW, BTEX, Aliphaten u. a.) aus dem Grundwasser geeignet sind.

Bei diesen Verfahren wird das belastete Grundwasser intensiv belüftet, so daß die leichtflüchtigen Schadstoffe ausgestrippt und über eine geeignete Abluf treinigung entfernt werden. Das gereinigte Grundwasser wird über eine Verfil terung im Versickerungsbrunnen des GZB wieder in den Aquifer infiltriert. Durch die Betriebsweise Entnahme und Wiederversickerung von Grundwasser entsteht eine Grundwasserzirkulationswalze, die den Untergrund durchspült und reinigt.

Problematisch bei der Durchführung dieser Verfahren gemäß Stand der Tech nik ist, daß das Grundwasser neben den eigentlichen Schadstoffen häufig Ei sen(II)- und Mangan(II)-Verbindungen enthält, die durch die Belüftung oxidiert werden. Dabei fallen die schlecht wasserlöslichen Eisen(III)- bzw. Mangan(IV)- Verbindungen als Hydroxide/Oxide aus und setzen die Verfilterung nach und nach zu, so daß das gereinigte Wasser schließlich nicht mehr versickert wer den kann. Um den Brunnen wieder mit einer ausreichenden Durchsatzleistung fahren zu können, müssen dann die Eisen-/Manganausfällungen aus dem Mantelrohr entfernt und die Verfilterung gereinigt werden. Der Zeit- und Ko stenaufwand für diese Reinigungsarbeiten ist beträchtlich und führt zu häufi gen Betriebsunterbrechungen, die einer effizienten Sanierung entgegenste hen.

Bei dichten Böden wird das Problem der Wiederversickerung noch verstärkt, da dort nur geringe Wiederversickerungsraten möglich sind. Das gleiche trifft auf geschichtete Aquifere zu, wenn die Schicht, aus der das Grundwasser ent nommen wird, eine höher Durchlässigkeit besitzt als die Schicht, in der es wieder versickert wird.

GZB können deshalb bisher nur dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn gerin ge Eisen- und Mangangehalte im Grundwasser vorliegen und der Aquifer weitgehend homogen aufgebaut ist.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Einschränkung der Anwendung von Grundwasserzirkulationsbrunnen (GZB) auf Grundwasser mit niedrigen Eisen- u. Mangangehalten zu beseitigen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zur Vermeidung bzw. Verminderung eines reduzierten Brunnendurchsatzes in Folge von Eisen- bzw. Manganausfällungen oder aufgrund heterogenem Auf bau des Aquifers sind erfindungsgemäß folgende Maßnahmen (vgl. Fig. 1 und Fig. 2) vorgesehen:

1. Innerhalb des Mantelrohrs wird eine das Förderrohr umlaufende (z. B. im wesentlichen kegelförmige) Auffangrinne mit Überlaufkante eingebaut. Die Festpartikel (darunter unlösliche Eisen- und Manganverbindungen) setzen sich ab, das überstehende Wasser tritt über eine freie Überlaufkante oder über einen Filter in den unteren Teil des Mantelrohrs und wird in den Aquifer reinfil triert. Die abgesetzten Eisen-/Manganausfällungen werden bei Bedarf über einen Stutzen abgesaugt.
2. Liegen sehr hohe Eisen- und Mangankonzentrationen oder Kontaminatio nen vor, die nicht mit einem GZB gemäß Punkt 1 entfernt werden können, so wird das Grundwasser von unterhalb des Grundwasserspiegels aus dem Mantelrohr des Brunnens über ein oder mehrere Rohre gefördert, anschlie ßend in einer on-site-Anlage gereinigt und schließlich wieder re-infiltriert. Die on-site-Anlage entspricht einer Grundwasserreinigungsanlage, die zur pump-and-treat-Methode eingesetzt wird.
Auf diese Weise lassen sich die Vorteile der GZB im Hinblick auf die Durch strömung des Untergrunds und die der pump-and-treat-Methode bei der Grundwasserreinigung miteinander kombinieren.
Der GZB kann zusätzlich den unter Punkt 1 beschriebenen, das Förderrohr umlaufenden Becher aufweisen.
3. Bei einem Einsatz der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Brunnen in Böden, für die die Filterfläche im Mantelrohr für eine ausreichende Versicke rung zu gering ist, sieht die Erfindung vor, Drainagerohre oder Sickerschächte an den Brunnen anzuschließen, so daß die Filterfläche vergrößert wird. Die Beschickung der Drainagerohre oder Sickerschächte kann entweder durch ei ne Aufstauung im Mantelrohr oder mit Hilfe einer Pumpe erfolgen.

Die Figuren stellen schematisch erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Grund wasserbehandlung dar:

Fig. 1 zeigt im Schnitt von der Seite einen Grundwasserzirkulationsbrunnen, der eine das Mantelrohr umlaufende Auffangrinne aufweist, in der sich der ei sen- u. manganhaltige Schlamm sammelt, und aus der er dann durch Absaug rohre entfernt wird.

Der Brunnen weist zusätzlich Rieseldrainagen oberhalb des Grundwasserspiegels auf, durch die ein Teil des gereinigten Grundwassers wieder dem Bo den zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt im Schnitt von der Seite einen Grundwasserzirkulationsbrunnen, bei dem aus dem Inneren des Mantelrohres ein großer Teil des Grundwassers zu einer on-site-Wasserreinigungsanlage befördert, dort gereinigt und das ge reinigte Wasser anschließend den das Mantelrohr umgebenden Rieseldraina gen zugeführt und dort im Boden versickert wird.

Legende

1

Mantelrohr

2

Förderrohr

3

Injektorlanze

4

Strippstrecke

5

Grundwasserzirkulation

6

Grundwasserspiegel

7

Geländeoberkante

8

Schlammentnahme

9

Zuluft

10

Auffangrinne

11

Absaugrohr

12

on-site-Anlage (z. B. Sandfilter)

13

Rieseldrainage

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser unter Verwendung von Grundwasserzirkulationsbrunnen, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesetzten Eisen-/Manganausfällungen und anderen mitabgeschiedenen Festpartikel aus dem Mantelrohr des Grundwasserzirkulationsbrunnens abgesaugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur die abgesetzten Festpartikel, son dern auch der überwiegende Anteil des geförderten Grundwassers aus dem Mantelrohr abgesaugt, oberirdisch in einer on-site-Reinigungs anlage gereinigt und anschließend wieder versickert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesetzten Festpartikel aus einer das Förderrohr oberhalb des Grundwasserspiegels umlaufenden, die Festpar tikel sammelnden Rinne abgesaugt werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Wasser über Drainagerohre oder Sickerschächte, die ausgehend vom Mantelrohr und außerhalb von diesem oberhalb des Grundwasserspiegels angeordnet sind in den umge benden Boden re-infiltriert wird.

5. Grundwasserzirkulationsbrunnen zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er eine das Mantelrohr oberhalb des Grund wasserspiegels umlaufende Auffangrinne aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand vom Förderrohr zum äußeren Umfang der Auffangrinne mindestens halb so groß ist, wie der Abstand des Förderrohres zum Umfang des Mantelrohres in Höhe der Überlaufkante der Auffangrinne.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr in Höhe der Überlaufkante der Auffangrinne eine umlaufende Ausbauchung aufweist und der äußerste Durchmesser der Auffangrinne mindestens etwa dem Durchmesser des Mantelrohres oberhalb der Ausbauchung entspricht.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich ausgehend vom Umfang der Auffangrin ne ein wasserdurchlässiges Filter bis zum Mantelrohr erstreckt, welches die Festpartikel daran hindert, in den Bereich unterhalb der Auffangrinne zu gelangen.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Grundwasserzirkulationsbrun nen und einer on-site-Wasserreinigungsanlage besteht, und daß der Grundwasserzirkulationsbrunnen mindestens ein Absaugrohr aufweist, welches sich innerhalb des Mantelrohres von unterhalb des Grundwasser spiegels bis zu der oberirdischen on-site-Wasserreinigungsanlage erstreckt.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwasserzirkulationsbrunnen im Bo denbereich oberhalb des Grundwasserspiegels um das Mantelrohr herum Drainagerohre oder Sickerschächte als Rieseldrainagen aufweist, durch die das gereinigte Wasser wieder dem Boden zugeführt wird.