DE19526792C1 - Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung und ist an­ wendbar insbesondere zum Schutz von Förderbrunnen, Absenkbrunnen, Infiltrationsbrunnen und Wärme­ pumpenbrunnen in der Wasserwirtschaft, Industrie und Landwirtschaft.

Die biologische Verockerung ist die Folge der Tätigkeit von Mikroorganismen, insbesondere Eisen- und Mangan­ verbindungen beeinflussende Bakterien. Diese Bakterien können unter bestimmten Voraussetzungen das im Grund­ wasser gelöst vorhandene zweiwertige Eisen und Mangan aufnehmen und in Form von unlöslichen Eisen- und Man­ ganverbindungen wieder ausscheiden. Diese Vererzung er­ folgt vor allem in den Filterrohrschlitzen, im Lücken­ volumen der Kiesschüttung sowie am Einlaufsieb der För­ derpumpen und in den Förderleitungen. Die Folge ist der immer stärker werdende Rückgang der Förderleistung.

Die Zuverlässigkeit der Wasserfassung wird damit bedeu­ tend herabgesetzt. Sich ständig wiederholende Regenerierungen sowie Ersatzinvestitionen erfordern ho­ he ökonomische Aufwendungen.

Es ist bekannt, der biologischen Verockerung mit mecha­ nischen- hydraulischen, chemischen oder elektrischen Verfahren entgegenzuwirken.

Nachteilig an diesen Lösungen ist ein hoher Arbeits- und Geräteaufwand sowie die diskontinuierliche Wir­ kungsweise.

Weiterhin ist aus der DD 48 766 ein Verfahren zur Ver­ hinderung von Verockerungen in Brunnen bekannt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Brunnenfilter einem ständigen oder periodisch aufeinanderfolgenden Einfluß einer ionisierenden Strahlung unterworfen wird, wodurch die Wirkung der mikrobiologischen Behinderung der Lebensvorgänge der Kleinlebewesen eintritt und der bestrahlte Verockerungsschlamm abbaugemäße kolloidchemische Veränderungen erfährt. Zur Realisie­ rung dieses Verfahrens wird eine radioaktive Strahlen­ quelle wasserdicht gekapselt in ein Schutzrohr aus Kunststoff oder Metall eingelassen, das über die ge­ samte Filterlänge im Inneren des Brunnenfilters ein­ gebaut ist.

Nachteilig an dieser bekannten technischen Lösung ist, daß der Einbau der Strahlenquellen in den Brunnenfilter erfolgt und Maßnahmen zur Gewährleistung der erforder­ lichen Sicherheit den heutigen nationalen und inter­ nationalen Anforderungen nicht entsprechen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung zu schaffen, welche zuverlässig und über einen langen Zeitraum die Brunnenverockerung wirksam verhindert, einen hohen Sicherheitsstandard gewährlei­ stet und einfach und wirtschaftlich hergestellt, in­ stalliert und gewartet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweck­ mäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen enthalten.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einem einmaligen Investitionsaufwand ein Dauer­ schutz von ca. 10 Jahren erreicht wird, wobei der Brun­ nen ständig eine stabile Förderleistung hat, indem die Strahlenquellen in einem Rohrsystem, bestehend aus Schutzrohr, darin befindlichem Sondenrohr und darin be­ findlichem Quellenrohr angeordnet werden, und das Rohr­ system am Brunnenkopf mit einem mindestens ein Sicher­ heitsventil und einen Filter aufweisenden Sondenoberteil abgeschlossen ist.

Nach etwa 10 Jahren ist die Nachladung neuer Strahlen­ quellen in das Quellenrohr erforderlich, um die Schutz­ wirkung weiter aufrecht zu erhalten. Die vorhandenen Strahlenquellen können dabei weiter genutzt werden. Insgesamt ist für die Strahlenquellen eine Nutzungs­ dauer von ca. 20 Jahren im Brunnen vorgesehen, ehe sie einer Entsorgung zugeführt werden. Es ist zweckmäßig, daß biologisch verockerungsgefährdete Brunnen mit Be­ ginn ihrer Nutzung bestrahlt werden, um von vornherein einen Leistungsabfall zu verhindern. In Einsatzfällen mit bereits vorliegender Verockerung, wenn die Ablage­ rungen noch nicht fest verkrustet sind, wird über einen komplizierten Dehydrations- und Mineralisationsprozeß der Verockerungsvorgang nicht nur gestoppt, sondern sogar wieder eine Leistungssteigerung erreicht.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Rohr­ systems mit den Strahlenquellen;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch das Sondenoberteil;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung für die Be­ schickung und die Entnahme der Strahlenquellen.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht die Brunnen­ bestrahlungsanlage aus drei ineinander angeordneten senkrecht stehenden Rohrsäulen, welche das Rohrsystem bilden.

Das äußere Rohr, das Schutzrohr 2, ist in einem definierten Abstand zum Brunnenausbaurohr in der Kiesschüttung des Brunnens niedergebracht. Der gleichmäßige Abstand zum Brunnenrohr wird mittels Abstandhaltern gewährleistet. Das Schutzrohr 2 steht lotrecht auf einer Abstützung am Brunnengrund. Die Anzahl der Rohrsysteme für einen Brunnen ist von den hydrologischen Bedingungen abhängig.

Das Rohrsystem ist parallel zum Brunnenrohr im Filter­ kies eingebaut und besteht aus Schutzrohr 2, Sondenrohr 3, Quellenrohr 4 und den darin angeordneten Strahlen­ quellen 1. Die Erzeugung des Strahlenfeldes erfolgt durch Strahlenquellen 1 mit dem Isotop Co-60 in doppelt gekapselter hermetisch verschlossener Form. Durch die dreifach gestaffelte Schutzbarriere des Rohrsystems und Quellenkapsel sowie einem Kontrollsystem wird eine radioaktive Kontamination mit Sicherheit verhindert. Die Verwendung des Isotops Co-60 schließt eine Aktivierung des Wassers und der Ausbaustoffe aufgrund seiner Gammaquantenenergie prinzipiell aus. Innerhalb der Grenzen der Bemessungsrichtwerte ist gewährleistet, daß Veränderungen des Wassers und der gelösten Inhaltstoffe im Bereich einer vernachlässigbaren Nebenwirkung bleiben.

Der Austritt von Strahlung in den Zugangsbereich des Brunnens wird durch die Abschirmwirkung des Erd­ bereiches und einen genügend hohen Betriebswasser­ spiegel sicher ausgeschlossen.

Die senkrecht ineinanderstehenden Sonden- und Quellenrohre sind durch spezielle Zentrierelemente mit einem definierten Abstand zueinander positioniert.

Das Schutzrohr 2 füllt sich durch eingefügte Filterteile bis zur Höhe des Grundwasserleiters mit Grundwasser.

Das im Schutzrohr 2 angeordnete Sondenrohr 3 ist als wasserdichtes Rohr ausgebildet, da es neben dem kom­ pletten Quellenrohr 4 die Lagerflüssigkeit aufnimmt. Die Lagerflüssigkeit kommt nicht mit dem Brunnenwasser in Berührung. Die Lagerflüssigkeit ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bidestilliertes Wasser und umschließt die Strahlenquellen 1. Die Lagerflüssigkeit reicht bis zum Sondenoberteil 5. Durch die konstruktive Gestaltung des Quellenrohres 4 und des Sondenrohres 3 wird eine Zirkulation der Lagerflüssigkeit gewährleistet. Durch diese Zirkulation erfolgt einmal eine Kühlung der Strahlenquellen 1 und zum anderen ergibt sich die Möglichkeit zur Kontrolle der Dichtheit der Strahlenquellen 1.

Das Quellenrohr 4 enthält und führt die Strahlenquellen 1. Die Anzahl der Strahlenquellen 1 wird entsprechend der Brunnengeometrie und der hydrologischen Bedingungen festgelegt. Die Lage der Strahlenquellen 1 ist durch die Unterkante des Quellenrohres 4 und die Länge der Distanzrohre 12 festgelegt. Durch Schlitze im Boden­ bereich und durch Bohrungen im oberen Rohrbereich sowie im Kopfbereich des Quellenrohres 4 ist dieses für aus­ tretende Gasblasen und für die Zirkulation der Lager­ flüssigkeit durchlässig.

Oberhalb des Rohrsystems ist das Sondenoberteil 5 ange­ ordnet. Das Sondenoberteil 5 ist in der Brunnenstube zugänglich. Es schließt das Rohrsystem nach oben ab und nimmt erforderliche Bauelemente zur Gewährleistung der Funktion und der Anlagensicherheit auf.

In der in Fig. 2 dargestellten Grundausführung bildet das Sondenrohr 3 und das Sondenoberteil 5 ein druck­ dichtes System. In diesem System baut sich durch Radiolyse verursachte Ausgasung der Lagerflüssigkeit ein Betriebsdruck auf. Dieser Druck wird an dem Manome­ ter 10 angezeigt und durch das Sicherheitsventil 7 be­ grenzt. Durch die Kontrolle des Manometerdruckes ist die Beurteilung der Dichtheit des Systems möglich.

Durch einen integrierten Aerosol-Filter 6 werden Feuchtigkeitsanteile des Radiolyse-Gases zurück­ gehalten. Der das Schutzrohr 2 abschließende Anschluß­ flansch 8a und die Haube 8 mit integrierten Mitteln 9 zu Be- und Entlüftung bilden einen Schutz vor mecha­ nischer Beanspruchung. Die Haube 8 ist mit einer Schraubverbindung auf dem Anschlußflansch 8a befestigt.

Neben einer mechanischen Sicherung kann eine Ver­ plombung der Haube vor einem unberechtigten Zugriff schützen. Durch die Mittel 9 zur Be- und Entlüftung wird die Luft innerhalb der Haube vor einer Kontrolle oder vor Öffnung aus anderen Gründen durchgespült, um möglicherweise vorhandenes Knallgas zu entfernen.

Für die Beschickung und Entnahme der Strahlenquellen l ist die Brunnenbestrahlungsanlage entsprechend vorzu­ bereiten. Es wird die Haube 8 und der innere Teil des Sondenoberteiles 5 demontiert bzw. bei Erstbeschickung wird die Montage nur bis zum beschriebenen Zustand aus­ geführt. Während der Entnahme der Strahlenquellen wird die Lagerflüssigkeit abgepumpt. Vor der Beschickung wird die Lageflüssigkeit aufgefüllt.

Zum eigentlichen Beschickungs- bzw. Entnahmevorgang wird, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, mit einer speziellen Be- und Entladetechnik mit dem Verbindungs­ rohr 13 eine Verbindung zwischen dem Quellenrohr 4 und dem in Anlagenachse ausgerichteten Manipulations­ container 11 herstellt. Die Entnahme der Strahlen­ quellen 1 und der Distanzrohre 12 erfolgt mit speziellen Greifvorrichtungen. Dabei werden die Strahlenquellen 1 und Distanzrohre 12 aus dem Quellenrohr 4 herausgezogen. Die Strahlenquellen 1 verbleiben im Manipulationscontainer 11, die Distanzrohre 12 werden durch den Manipulationscontainer 11 hindurch entnommen.

Beim Beschickungsvorgang werden die Strahlenquellen 1 und Distanzrohre 12 in der erforderlichen Länge, Anzahl und Reihenfolge in die Brunnenbestrahlungsanlage einge­ bracht. Nach dem Entfernen des Manipulationscontainers 11 und der Be- und Entladetechnik wird die Lager­ flüssigkeit auf den erforderlichen Füllstand gebracht und das Sondenoberteil 5 entsprechend der vorgesehenen Ausführung komplettiert.

Im Sondenoberteil 5 sind in der Fig. 2 nicht darge­ stellte Sensoren angeordnet, welche zur Erfassung der verschiedensten Parameter dienen und mit einer Prozeß­ datenverarbeitungsanlage verbunden sind. Die zu erfas­ senden bzw. zu überwachenden Parameter können Druck, radioaktive Strahlung und gegebenenfalls Temperatur sein. Die von den Sensoren erfaßten Daten werden über Datenfernübertragung drahtgebunden oder drahtlos zu der Prozeßdatenverarbeitungsanlage übertragen.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Aus­ führungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination der genannten Merkmale weitere Aus­ führungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

1. Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologi­ scher Verockerung mit parallel zum Brunnenfilterrohr angeordneten Strahlenquellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquellen (1) in einem Rohrsystem, bestehend aus Schutzrohr (2), darin befindlichem Sondenrohr (3) und darin befindlichem Quellenrohr (4) angeordnet sind und das Rohrsystem am Brunnen­ kopf mit einem mindestens ein Sicherheitsventil (7) und einen Filter (6) aufweisenden Sondenoberteil (5) abgeschlossen ist.

2. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenoberteil (5) mit einer Haube (8) ver­ schlossen ist, welche Mittel (9) zur Be- und Ent­ lüftung aufweist.

3. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Sondenoberteil (5) ein Manometer (10) angeordnet ist.

4. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (6) Aerosol-Filter sind.

5. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Brunnenrohr und dem Schutzrohr (2) Abstandhalter angeordnet sind.

6. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (2) im Grundwasserleiterbereich Filterteile zum Grundwassereintritt aufweist.

7. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) wasserdicht ausgebildet und mit einer Lagerflüssigkeit gefüllt ist, welche die Strahlenquellen (1) im Quellenrohr (4) umschließt.

8. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflüssigkeit bidestilliertes Wasser ist.

9. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellenrohr (4) im unteren Bereich Schlitze und im oberen Bereich Bohrungen aufweist.

10. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Quellenrohr (4) zwischen den Strahlenquellen (1) Distanzrohre (12) angeordnet sind.

11. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellenrohr (4) im Sondenrohr (3) mit Zentrierelementen zentriert ist.

12. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sondenoberteil (5) Sensoren zur Erfassung veschiedenster Parameter angeordnet und mit einer Prozeßdatenverarbeitung verbunden sind.

13. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter Druck und/oder Temperatur und/oder radioaktive Strahlung sind.

14. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung und Entnahme der Strahlen­ quellen (1) bei entferntem Sondenoberteil (5) über einen Manipulationscontainer (11), welcher über ein Verbindungsrohr (13) mit dem Quellenrohr (4) gekoppelt ist, erfolgt.

15. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme der Strahlenquellen (1) und der Distanzrohre (12) mit speziellen Greifvorrichtungen erfolgt und die Strahlenquellen (1) im Manipulationscontainer (11) verbleiben und die Distanzrohre (12) durch den Manipulationscontainer (11) hindurch entnommen werden.