DE19534882A1

DE19534882A1 - Well water pump pressure determines pump speed in proportion to depth

Info

Publication number: DE19534882A1
Application number: DE1995134882
Authority: DE
Inventors: Ernst Braun; Ralf Dipl Ing Scheuplein; Manfred Ing Grad Jahn
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-27

Abstract

In a process to decontaminate soil and sub-surface water in soil, water is brought to the surface under controlled conditions by a pump installed in a well shaft penetrating the contaminated zone. The novelty is that: (a) the pressure in the pump (13) liquid column is measured in the well shaft (11); (b) the pump pressure is reduced as necessary when exceeding or falling to a given threshold value; and (c) that the pump is switched off when the water pressure falls below a defined minimum value. Further claimed is that a water pressure sensor is installed above the pump, and that the pumping speed is controlled as a function of the height of the water column.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Grundwasser- und Bodensanierung durch ge steuertes Abpumpen des Grundwassers, mit dem Schadstoffe aus dem Boden heraus befördert werden, in dem wenigstens ein Brunnen im Bereich einer zu sanierenden Fläche eingebracht ist, der eine Förderpumpe für das Grundwasser enthält.The invention relates to a method for groundwater and soil remediation by ge controlled pumping of groundwater, with which pollutants emerge from the ground are transported in at least one well in the area of a to be renovated Surface is introduced, which contains a feed pump for the groundwater.

Gelände von Produktionsstätten können mit bestimmten Schadstoffen verunreinigt sein und es besteht daher die Aufgabe, die Gelände zu sanieren, d. h. die Schadstoffe aus dem Boden heraus zu bekommen und dadurch den Boden und das Grundwasser zu reinigen. Dabei macht man sich zu Nutze, daß die Schadstoffe mit dem Grundwasser verfrachtet werden, so daß sie durch Abpumpen des Grundwassers aus dem Boden entfernt werden können. Insbesondere kann die Sanierung durch geregeltes Abpum pen bei geringmächtigen Grundwasserleitern durchgeführt werden.The site of production facilities can be contaminated with certain pollutants and there is therefore the task of redeveloping the site, i. H. the pollutants to get out of the soil and thereby the soil and the groundwater clean. It takes advantage of the fact that the pollutants with the groundwater are shipped so that they can be pumped out of the groundwater from the ground can be removed. In particular, the remediation can be done through regulated drainage pen can be carried out on shallow aquifers.

Bei Grundwasserverunreinigungen, z. B. durch chlorierte Kohlenwasserstoffe wird die Reinigung des Grundwassers gemäß dem Stand der Technik wie folgt durchgeführt.In the case of groundwater contamination, e.g. B. by chlorinated hydrocarbons Purification of the groundwater according to the state of the art is carried out as follows.

Man baut einen Sanierungsbrunnen bis zum sog. Stauhorizont aus und fördert das Grundwasser unter Verwendung von Unterwasserpumpen aus dem Grundwasserleiter. Die Steuerung der Pumpen erfolgt mittels im Brunnen angeordneter Steuerelektroden, die auf einen definierten Abstand eingestellt werden, der einen minimalen bzw. maxi malen Grundwasserstand bestimmt. Der Abstand muß einerseits so gewählt werden, daß ein Absenktrichter auf möglichst niedrigem Niveau erzeugt wird, so daß das schadstoffbelastete Grundwasser in einem maximal möglichen Wirkungsradius in den Brunnen zur Grundwasserförderung fließen kann. Andererseits muß ein vernünftiges Verhältnis zwischen Lauf- und Stillstandszeit der Pumpe gewählt werden.You build a renovation well up to the so-called congestion horizon and promote it Groundwater using submersible pumps from the aquifer. The pumps are controlled by means of control electrodes arranged in the well, which are set to a defined distance that has a minimum or maxi paint groundwater level determined. On the one hand, the distance must be chosen so that a lowering funnel is generated at the lowest possible level, so that contaminated groundwater in a maximum possible radius of action in the Wells can flow to the groundwater supply. On the other hand, a reasonable one Ratio between running and downtime of the pump can be selected.

Man geht bei der Sanierung von solchen Grundwasserschäden von der Voraussetzung aus, daß das Grundwasser durch die Pumpe kontinuierlich gefördert werden soll, wo durch sich der maximal mögliche Absenktrichter bildet, was auch einen optimalen Zu fluß des verunreinigten Grundwassers und dadurch den bestmöglichen Sanierungsver lauf ermöglicht. Aufgrund der unterschiedlichen Grundwassermengen, die während eines Jahresverlaufes im Grundwasserleiter angeboten werden, und aufgrund der konstruktiven Ausführung der zur Verfügung stehenden Unterwasserpumpen, mit de nen die Fördermenge konstant gehalten werden soll und die durch Steuerelektroden gesteuert sind, ist es nicht möglich, einen kontinuierlichen Pumpbetrieb mit einem da durch erzeugten maximalen Absenktrichter durchzuführen. Die Elektrodensteuerung verlangt einen oberen und unteren Schaltpunkt, so daß ein diskontinuierlicher Pump vorgang stattfindet, der zu einem ständigen Wechsel des Wasserstandes im Brunnen führt. Durch die diskontinuierliche Förderung des Grundwassers, d. h. durch perma nentes Aus- und Einschalten der Pumpe, ist die Ausbildung eines maximalen Entnah metrichters und die dadurch erzeugte optimale Sanierung eines Grundwasserschadens nicht gegeben. Einerseits verzögert sich die Sanierung um Jahre, da nicht die maximal mögliche Wassermenge gefördert wird; andererseits müssen, um einen bestimmten Bereich abzudecken, mit erheblichem Kostenaufwand relativ mehr Brunnen wegen deren kleinerer Einzugsgebiete gebohrt und ausgerüstet werden.One assumes the prerequisite for the remediation of such groundwater damage from that the groundwater should be continuously pumped where through it the maximum possible lowering funnel forms, which is also an optimal addition flow of contaminated groundwater and thereby the best possible remediation run enabled. Due to the different amounts of groundwater that flow during of a year in the aquifer, and due to the constructive design of the available submersible pumps, with de NEN the flow rate should be kept constant and that by control electrodes are controlled, it is not possible to have a continuous pumping operation with one by performing maximum descending funnels. The electrode control requires an upper and lower switching point, so that a discontinuous pump process takes place, which leads to a constant change in the water level in the well leads. The discontinuous extraction of groundwater, d. H. by perma nent switching off and on of the pump is the formation of a maximum draw metrichters and the resulting optimal remediation of groundwater damage not given. On the one hand, the renovation is delayed by years, since not the maximum possible amount of water is promoted; on the other hand, in order to get a certain To cover the area, with considerable costs, relatively more wells because whose smaller catchment areas are drilled and equipped.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein optimales kontinuierliches Abpumpen des Grundwassers und damit ein möglichst optimaler Grundwasserentnahmetrichter bewirkt wird.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned in the introduction, with which an optimal continuous pumping of the groundwater and thus a optimally possible groundwater extraction funnel is effected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck der Wassersäule oberhalb der Pumpe im Brunnenschacht gemessen und die Förderleistung der Pumpe bei Erreichen oder Unterschreiten wenigstens eines bestimmten Druckwertes stufen weise entsprechend reduziert und bei Erreichen eines bestimmten Minimalwertes des Druckes der Wassersäule die Pumpe abgeschaltet wird.This object is achieved in that the pressure of the water column measured above the pump in the well shaft and the delivery rate of the pump step when reaching or falling below at least a certain pressure value accordingly reduced and when a certain minimum value of the Pressure of the water column the pump is switched off.

Erfindungsgemäß also wird ein Drucksensor in den Brunnen oberhalb der Pumpe ein gesetzt, mit dem die Höhe der Wassersäule im Sanierungsbrunnen als Druckwert ge messen wird. Die Pumpe wird - abhängig vom Druckmeßsignal - elektronisch geregelt, so daß die Förderleistung, d. h. die Drehzahl der Pumpe dem Angebot des Grundwas sers angepaßt wird, wodurch es möglich ist, auf einem eingestellten Niveau, Wasser standschwankungen ± 1 cm die Grundwasserförderung zu betreiben.According to the invention, a pressure sensor is placed in the well above the pump with which the height of the water column in the renovation well as ge pressure value will measure. The pump is controlled electronically depending on the pressure measurement signal. so that the delivery rate, d. H. the speed of the pump to the supply of ground water sers is adjusted, which makes it possible to water at a set level level fluctuations ± 1 cm to operate the groundwater supply.

Handelsübliche Unterwasserpumpen sind auf die normale Drehzahl der Motoren bei einer Nennfrequenz von 50 Hz optimiert. Versuche mit einer bestimmten Pumpe haben gezeigt daß der Förderstrom bei 25 Hz abreißt. Damit liegt der Regelbereich dieser Pumpe zwischen 25 Hz und 50 Hz, wodurch eine Verringerung der maximalen Förder leistung um ca. 60% erreicht wird. Wenn demgemäß der Wasserstand oder die Was sersäule oberhalb der Pumpe einen maximalen Wert hat, dann steuert der Drucksen sor den Motor mit der Nennfrequenz von 50 Hz, also zu maximaler Förderleistung an. Sobald sich die Druckwassersäule reduziert, steuert der Drucksensor die Frequenz des Motors stufenweise, vorzugsweise in fünf Stufen, herunter, bis bei einer minimalen Wassersäule der Drucksensor eine Frequenz von 25 Hz bewirkt. Der unterste Schalt punkt des Drucksensors ist daher so eingestellt, daß bei zu geringem Wasserangebot, d. h. bei Unterschreiten des entsprechenden Druckes der Wassersäule, der Motor ab geschaltet wird, damit der Motor und die Pumpe, die nur unter Wasser betrieben wer den können, nicht beschädigt wird (Trockenlaufschutz). Anstatt einer stufenweisen Re gelung der Motorleistung, d. h. der Drehzahl der Pumpe, könnte auch eine kontinuier liche Steuerung vorgenommen werden, was aber einen hohen elektronischen Aufwand erfordert.Commercial submersible pumps are based on the normal speed of the motors a nominal frequency of 50 Hz optimized. Have experiments with a particular pump shown that the flow rate breaks at 25 Hz. This is the control range of this Pump between 25 Hz and 50 Hz, reducing the maximum delivery performance is achieved by approx. 60%. Accordingly, if the water level or what column above the pump has a maximum value, then the pressure control sor the motor with the nominal frequency of 50 Hz, i.e. at maximum delivery rate. As soon as the pressure water column is reduced, the pressure sensor controls the frequency of the Motors in stages, preferably in five stages, down to a minimum Water column the pressure sensor causes a frequency of 25 Hz. The bottom switch point of the pressure sensor is therefore set so that if the water supply is too low, d. H. if the pressure in the water column falls below, the engine stops is switched so that the motor and the pump, which are only operated under water that can not be damaged (dry run protection). Instead of a gradual re engine performance, d. H. the speed of the pump, could also be a continuous one Liche control can be made, but what a high level of electronic effort required.

Bei maximalem Wasserstand oberhalb des obersten Schaltpunktes der Drucksonde läuft der Motor bei der maximalen Frequenz mit maximaler Förderleistung und bei Ab sinken des Wasserstandes und damit bei Erreichen tieferliegender Schaltpunkte wird die Frequenz abgesenkt und nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes schwankt der Wasserstand ca. 2 cm.At maximum water level above the top switching point of the pressure probe the engine runs at the maximum frequency with maximum delivery rate and at Ab decrease in the water level and thus when lower switching points are reached the frequency is lowered and fluctuates after reaching an equilibrium state the water level approx. 2 cm.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiten Ansprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention are the broad claims remove.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Using the drawing, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and further advantageous refinements and improvements of the Invention will be explained and described in more detail.

Es zeigt die einzige Fig. eine schematische Schnittansicht durch einen Brunnen.It shows the only Fig. A schematic sectional view through a fountain.

In einen Bodenbereich 10, der beispielsweise durch chlorierte Kohlenwasserstoffe ver unreinigt ist, ist ein Rohr 11 eingebracht, das im Bereich des Grundwasserleiters ein Filter 12 aufweist, durch welches ins Innere des Rohres 11 das verunreinigte Grund wasser einströmen kann. Die Ausführung des Brunnenrohres 11 mit dem Filter 12 ist handelsüblicher Stand der Technik. In das Brunnenrohr 11 deutlich unterhalb des Wasserspiegels N ist eine Förderpumpe 13 eingebracht, die eine Pumpe 14 und einen Elektromotor 15 enthält. Eine solche Förderpumpe 13 ist ebenfalls Stand der Technik.In a bottom region 10 , which is contaminated, for example, by chlorinated hydrocarbons, a tube 11 is introduced which has a filter 12 in the region of the aquifer, through which the contaminated groundwater can flow into the interior of the tube 11 . The design of the well pipe 11 with the filter 12 is commercially available. A feed pump 13 , which contains a pump 14 and an electric motor 15 , is introduced into the well pipe 11 clearly below the water level N. Such a feed pump 13 is also state of the art.

Oberhalb der Förderpumpe 13 befindet sich ein Drucksensor 16, der den Druck der oberhalb des Drucksensors 16 befindlichen Wassersäule S mißt. Die von dem Druck sensor 16 ermittelten Meßsignale werden über eine Leitung 17 einer Auswerte- und Steuereinrichtung 18 zugeführt, mit der über eine weitere Leitung 19 der Motor 15 der Pumpe 13 angesteuert wird.Above the feed pump 13 is a pressure sensor 16 which measures the pressure of the water column S located above the pressure sensor sixteenth The measurement signals determined by the pressure sensor 16 are fed via a line 17 to an evaluation and control device 18 with which the motor 15 of the pump 13 is controlled via a further line 19 .

Die Förderpumpe 13 fördert über eine Rohrleitung 20, in der ein Absperrventil 21 ein gesetzt ist, das verunreinigte Grundwasser in eine Reinigungseinrichtung 22, in der das Wasser gereinigt werden kann.The feed pump 13 promotes a pipeline 20 in which a shut-off valve 21 is set, the contaminated groundwater in a cleaning device 22 in which the water can be cleaned.

Mit dem Drucksensor werden insgesamt fünf Druckmeßwerte ermittelt, die unterschied lichem Wasserniveau entsprechen. Entsprechend diesen fünf Druckwerten wird die Förderleistung der Förderpumpe gesteuert: wenn die Wassersäule bei N steht, ist die Förderleistung maximal, wenn die Wassersäule bei N₄ steht, also knapp oberhalb des Drucksensors 16, wird die Förderpumpe 13 abgeschaltet, damit die Pumpe 13 nicht beschädigt wird.The pressure sensor is used to determine a total of five pressure measurements that correspond to different water levels. The delivery rate of the feed pump is controlled according to these five pressure values: if the water column is at N, the delivery rate is maximum, if the water column is at N₄, i.e. just above the pressure sensor 16 , the delivery pump 13 is switched off so that the pump 13 is not damaged .

Handelsübliche Unterwasserpumpen sind auf die normale Drehzahl der Motoren bei einer Nennfrequenz von 50 Hz optimiert. Es hat sich herausgestellt, daß der Förder strom des Grundwassers bei 25 Hz abreißt, so daß ein Regelbereich zwischen 25 Hz und 50 Hz liegt. Erfindungsgemaß wird eine Verringerung der Förderleistung vorge nommen, wenn die Wasserstände und damit der Druck niedriger werden, und wenn beispielsweise der Grundwasserzufluß und der Förderstrom der Pumpe sich bei einem Niveau N₃ im Gleichgewicht befinden, dann kann dadurch ein kontinuierlicher Förder strom erreicht werden. Dadurch, daß die Förderleistung dem Grundwasserzufluß zu dem Brunnen angepaßt wird, wird eine kontinuierliche Förderung des Wassers erzielt, damit der maximal mögliche Absenktrichter des Grundwassers erreicht und ein dau erndes Ein- und Ausschalten des Motors 15 vermieden.Commercial submersible pumps are optimized for the normal speed of the motors at a nominal frequency of 50 Hz. It has been found that the flow of groundwater breaks off at 25 Hz, so that a control range is between 25 Hz and 50 Hz. According to the invention, a reduction in the delivery rate is made if the water levels and thus the pressure become lower, and if, for example, the groundwater inflow and the flow rate of the pump are in equilibrium at a level N 3, then a continuous flow can be achieved. The fact that the flow rate is adjusted to the groundwater inflow to the well, a continuous promotion of the water is achieved so that the maximum possible funnel of the groundwater is reached and a lasting switching on and off of the motor 15 avoided.

Claims

1. A method for groundwater and soil remediation by controlled pumping out of the groundwater, with which pollutants are conveyed out of the ground, in which at least one well is introduced in the area of a surface to be rehabilitated, which contains a feed pump for the groundwater, characterized in that the pressure of the liquid column of the pump ( 13 ) in the well shaft ( 11 ) is measured and the delivery capacity of the pump is reduced accordingly when it reaches or falls below at least a certain pressure value and the pump is switched off when a certain minimum value of the pressure of the water column is reached.

2. The method according to claim 1, characterized in that above the För derpump a pressure sensor is provided for determining the pressure of the water column is.

3. The method according to claim 1 or 2, with a commercially available underwater pump, characterized in that the motor frequency and thus the delivery rate the pump is changed depending on the height of the water column.