DE19530060A1 - Wassergewinnungs-Anlage für enge Bohrlöcher mit Durchmessern ab 22 mm und für Tiefen auch größer als 10 m - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wassergewinnungs-Anlage für größere Tiefen, die weit über die für Unterdruckpumpen zwischen 9 und 10 m liegende natürliche Grenze hin­ ausgehen. Und dies auch in Erdbohrungen mit kleinen Durchmessern (z. B. 22 mm ⌀).

Die Erfindung nutzt im Handel erhältliche Schläuche, Rückschlagventile und Pumpen zur Erzeugung von Unterdruck bzw. Überdruck, Manometer und Elektrosonden, die in Verbindung mit einem Ohmmeter den Pumpvorgang steuern lassen.

Die Erfindung soll es ermöglichen, Wasser auch aus größerer Tiefe in engen Bohrlö­ chern mit Durchmessern ab 22 mm zu fördern, wobei dessen Gasinhalt nicht signifikant (d. h. höchstens innerhalb der zulässigen Meßtoleranzen) verändert wird. Dadurch ste­ hen Wasserproben zur Verfügung, die für die Untersuchung im Labor auch bezüglich der wassergebundenen Gase geeignet sind. Die Aufgabe der nicht-entgasenden För­ derung von Wasser aus größerer Tiefe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wasser hochgedrückt und nicht hochgesaugt wird. Dazu wirken zwei Schläuche zusammen, von denen jeder am Fuß ein Rückschlagventil hat. Der äußere Schlauch (im folgenden Wechseldruck-Schlauch genannt, vgl. Zeichnung: 1) ist am Kopf mit der Außenwand des inneren Schlauches luftdicht verbunden. Der innere Schlauch hingegen ist nach oben hin offen, damit das in ihm hochgedrückte, hochsteigende Wasser auslau­ fen kann. Er wird im folgenden Wassersteig-Schlauch (vgl. Zeichnung: 2) genannt. Der Wechseldruck-Schlauch hat zwei Funktionen: die erste Funktion ist das Ansaugen von Wasser um 1 m mit Hilfe eines schwachen Unterdruckes von 0,1 bar (d. h. bei einem ab­ soluten Druck von 0,9 bar) und die zweite Funktion ist das Wegdrücken des zuvor an­ gesaugten Wassers in den Wassersteig-Schlauch hinein. Für das Wegdrücken bzw. für das Hochdrücken im Wassersteig-Schlauch wird ein Druck benötigt, der dem Gewicht der dort befindlichen Wassersäule entspricht. Die wechselnden Druckverhältnisse wer­ den über einen Einlaß am Kopfende des Wechseldruck-Schlauches mit Hilfe einer Überdruck bzw. Unterdruckpumpe erzeugt. Der Wechseldruck-Schlauch stellt im Prinzip eine Kolbenpumpe dar, in der das Medium Luft als Kolben fungiert. Im Wechseldruck- Schlauch sind zwei Elektrosonden installiert. Sie signalisieren nach dem Prinzip der Widerstandsmessung, ob einerseits der Wasserstand unter eine kritische Distanz zur Mündung des Wassersteig-Schlauches gedrückt wird, oder andererseits die angesaug­ ten Wassersäule eine Länge erreicht, die auf einen zu hohen, weil die Entgasung des Wassers provozierenden Unterdruck, beruht. Die Erreichung eines zu hohen Unterdruckes wird außerdem durch ein Manometer festgestellt.

Die Vorteile der Erfindung liegen in der tiefenmäßig nahezu völligen Unbegrenztheit der Wassergewinnung und in der quasi nicht-entgasenden Wasserförderungsmethode sowie in der Möglichkeit, auch in kleineren Bohrlöchern zu arbeiten., gleich ob es sich um eine einmalige Aktion der Wassergewinnung handelt oder um Wiederholungen über einen längeren Zeitraum. Die Wasserentnahme-Anlage läßt sich als Dauereinrich­ tung verwenden, um anhand der aus ihr gewonnenen Wasserproben und deren Un­ tersuchung im Labor kritische Areale (z. B. Altlasten-Gebiete) zu kontrollieren. Sie kann auch zum Brunnenbetrieb eingesetzt werden. Die Wasserentnahme-Anlage eig­ net sich insbesondere für unwegsames Gelände, weil sie ein geringes Eigengewicht hat und an Ort und Stelle zusammengebaut wird.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung darge­ stellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Als Wechseldruck-Schlauch (vgl. Zeichnung: 1) dient ein geeigneter wasserdichter und für einen Druck von größer als 3 bar ausreichend fester Schlauch mit z. B. 18 mm Au­ ßen- und 13 mm Innendurchmesser. Er wird an seinem unteren Teil etwa 10 cm über seinem Ende durch ein Rückschlagventil (vgl. Zeichnung: 3b) verschlossen, das zwar Wasser eintreten aber nicht auslaufen läßt. Damit an das Rückschlagventil nur Wasser ohne störende Schmutzpartikelchen gelangt, können unterhalb von ihm - also in den letzten, bis zum Schlauchende verbleibenden 10 cm - Filterstoffe (Filterstrecke, vgl. Zeichnung) eingebracht werden. Diese bestehen z. B. aus Glaswolle und/oder aus zweckmäßig gestuften Kies und Sand. Die Filterstoffe dürfen keine Adsorber oder Ab­ sorber oder gar chemisch mit Wasser reagierende Materialien sein. Die Struktur der Filterstoffe und ihre Anordnung sind so beschaffen, daß sie bei geeigneter Versperrung des Schlauchausganges auch unter Wasser nicht entweichen können. Der in dieser Weise hergerichtete Wechseldruck-Schlauch wird dann im Bohrloch plaziert. In ihn hinein wird ein kleinerer, vergleichbar druckfester Innenschlauch als Wassersteig- Schlauch (vgl. Zeichnung: 2) gesteckt. Dessen Außendurchmesser (z. B. 9 mm) kann z. B. so dimensioniert sein, daß zwischen den beiden ineinander gesteckten Schläu­ chen ein Volumen bleibt, das mehr als doppelt so groß ist als das Volumen des Was­ sersteig-Schlauches (trifft z. B. bei einem Innendurchmesser von 6 mm zu). Beide Schläuche sind außerhalb des Bohrloches gasdicht miteinander verbunden. Der Was­ sersteig-Schlauch besitzt in gleicher Weise am unteren Ende ein Rückschlagventil (vgl. Zeichnung: 3a) mit Filterschutz wie der Wechseldruck-Schlauch. Nach oben hin ist er offen, um Wasser z. B. in einen Probehälter laufen lassen zu können.

Im Kopfbereich des Wechseldruck-Schlauches befindet sich unterhalb des mit dem Wassersteig-Schlauch gasdichten Verschlusses ein Einlaß, über den die mit Hilfe einer externen Pumpe erzeugten Überdrücke bzw. Unterdrücke eingeleitet werden. Die dem Druckwechsel unterliegende Luft hebt und preßt das zu fördernde Wasser gleichsam wie der Kolben einer Pumpe; d. h., im Prinzip stellt der Wechseldruck-Schlauch eine Kolbenpumpe dar, in welcher der Kolbenhub vom einstellbaren Unter- und Überdruck abhängt. Der Unter- und Überdruck müssen aus zweierlei Gründen gut dimensioniert werden:

• - erstens, damit nicht bei zu starkem Druck anstelle von Wasser etwa Luft in den Wassersteig-Schlauch gerät, was einen unkontrollierten Druckverlust bedeuten wür­ de, - mit der Nebenfolge, daß die Gasverhältnisse einer definierten Wasserprobe mit Luft von oben verfälscht würden.
• - zweitens, damit nicht durch einen zu starken Unterdruck Gas aus einer Wasser­ probe entbunden wird.

Um die Druckverhältnisse sicher zu steuern, werden zwei Elektrosonden (vgl. Zeich­ nung: 6a und 6b) im Wechseldruck-Schlauch positioniert. Sie bestehen jeweils aus zwei unten frei endenden Adern, welche oben mit einem Ohmmeter verbunden sind. Solange sich die beiden frei endenden Adern im Wasser befinden, fließt Strom zwi­ schen ihnen. Sobald sie aus dem Wasser geraten, wird dieser Stromfluß unterbro­ chen. Diese Stromunterbrechung wird mit dem Ohmmeter registriert und läßt sich zur Automatisierung der Wassergewinnung nutzen, indem sie über eine Relaissteuerung z. B. eine Schlauchquetschpumpe von Unterdruck- auf Überdruckerzeugung - bzw. umgekehrt - umschaltet.

Eine Tiefststand-Elektrosonde (vgl. Zeichnung: 6b) reagiert, wenn bei zu starkem Druck der Wasserspiegel unter eine vorgegebene Sicherheitsdistanz (z. B. 10 cm) zur Mün­ dung des Wassersteig-Schlauches hin gepreßt ist. In Kombination dazu reagiert eine etwa einen Meter höher endende Höchststand-Elektrosonde (vgl. Zeichnung: 6a), wenn bei noch zulässigem Unterdruck das Wasser bis dorthin angesaugt worden ist. Zur Steuerung der Druckverhältnisse wird im Falle von Probengewinnung zusätzlich zu den Elektrosonden ein Manometer eingesetzt. Es soll anzeigen, ob ein im Sinne der Was­ ser-Entgasunggefahr unzulässiger Unterdruck erreicht ist, noch bevor die Höchststand- Elektrosonde anspricht. Die Manometer-Anzeige wird dazu verwendet, die Pumpe von Unter- auf Überdruck umzuschalten.

Claims (5)

1. Wassergewinnungs-Anlage für enge Bohrlöcher mit Durchmessern ab 22 mm und für Tiefen auch größer als 10 m - arbeitend nach den Prinzip einer Kolbenpumpe, als deren Kolben das unter Wechseldruck stehende Medium Luft fungiert. Geeignet für längere Standzeiten im Erdreich und zur wiederholten oder kontinuierlichen Wasserentnahme - also geeignet als Kontrollsystem von Grundwasser-Verhält­ nissen oder auch zum Brunnenbetrieb.
Bestehend aus: druckfestem äußeren Schlauch (Wechseldruck-Schlauch, vgl. Zeichnung :1), druckfestem inneren Schlauch (Wassersteig-Schlauch, vgl. Zeichnung : 2), zwei Rückschlagventilen, (vgl. Zeich­ nung: 3a und 3b), Pumpe für Über- und Unterdruck (z. B. Schlauchquetsch-Pumpe, vgl. Zeichnung: 4), Manometer(vgl. Zeichnung: 5), zwei Elektrosonden mit Ohmme­ ter (vgl. Zeichnung: 6a und 6b) ferner Filter-Material z. B. Feinkies, Sand, Glaswol­ le, elektrische Steuerungselemente (Steuerung der Pumpe über die Elektrosonden und das Manometer), weitere Kleinteile.

2. Wassergewinnungs-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassersteig-Schlauch und der Wechseldruck-Schlauch jeweils etwa 10 cm vor dem unteren Ende ein Rückschlagventil haben.

3. Wassergewinnungs-Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassersteig-Schlauch und der Wechseldruck-Schlauch im oberen Teil der Wassergewinnungs-Anlage (z. B. außerhalb des Bohrloches) gasdicht miteinander verbunden sind, so daß sie nur noch über das Rückschlagventil des Wassersteig- Schlauches Verbindung haben, wenn dort Wasser oder Luft infolge eines Über­ druckes im Wechseldruck-Schlauch eingepreßt wird.

4. Wassergewinnungs-Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle und Steuerung des Wechseldruckes zwei Elektrosonden mit einem Ohmmeter im Wechseldruck-Schlauch installiert sind. Durch ihre unterschiedlich tief angebrachten Kontakte begrenzen sie die Wasseransaug- bzw. Abdrückstrecke auf das gewünschte Maß.

5. Wassergewinnungs-Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines für die Wasserentgasung kritischen Unterdruckes ein Mano­ meter als Kontroll- und Steuerungselement eingesetzt wird.