DE19953807A1

DE19953807A1 - Verfahren zum Entfernen von reduktionsfähigen Ablagerungen in Brunnen, Wassergewinnungs-, Wasseraufbereitungsanlagen, Rohrleitungen und dgl.

Info

Publication number: DE19953807A1
Application number: DE1999153807
Authority: DE
Inventors: Georg Houben; Geb Muellers Merten
Original assignee: PURONPAEAE SCHAEFER PAEIVI; TRESKATIS CHRISTOPH
Current assignee: PURONPAEAE SCHAEFER PAEIVI; TRESKATIS CHRISTOPH
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2001-05-17
Also published as: WO2001034525A1; AU1028201A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von reduktionsfähigen Ablagerungen, insbesondere eisen- und manganhaltigen Phasen, in denen Eisen in der Oxidationsstufe III und Mangan in der Oxidationsstufe IV vorliegt, wie insbesondere Oxide, Oxihydroxide und Hydroxide, in Brunnen, Wassergewinnungs-, Wasseraufbereitungsanlagen, Rohrleitungen und dgl. mittels eines zumindest ein Reduktionsmittel beinhaltenden chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels. Um ein solches Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß diese Ablagerungen schnell und nachhaltig beseitigt werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Reduktionsmittel Dithionite verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von reduktionsfähigen Ablage rungen, insbesondere eisen- und manganhaltigen Phasen, in denen Eisen in der Oxidationsstufe III und Mangan in der Oxidationsstufe IV vorliegt, wie insbesondere Oxide, Oxihydroxide und Hydroxide, in Brunnen, Wassergewinnungs-, Wasser aufbereitungsanlagen, Rohrleitungen und dgl. mittels eines zumindest ein Reduk tionsmittel beinhaltenden chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels.

In Abhängigkeit von der Wasserqualität bzw. der Zusammensetzung der Was serinhaltsstoffe, der Materialbeschaffenheit der Anlagenteile und insbesondere bei Brunnen auch in Abhängigkeit von der mineralischen Bodenzusammensetzung altern die Anlagen, d. h., daß deren Leistungsfähigkeit mit zunehmender Betriebs zeit aufgrund von Korrosion und der Bildung von Inkrustationen abnimmt. Bei Brunnen stellt die Bildung von Inkrustationen quantitativ die bedeutendste Art der Alterung dar, wobei wiederum die sogenannte Verockerung, d. h. die Bildung von Eisen- und Manganoxiden und -hydroxiden in der Regel den Hauptbestandteil der Inkrustationen bildet.

Aus der Praxis sind verschiedene Verfahren bekannt, die sich damit befassen, diese Ablagerungen zu entfernen. Bei diesen Reinigungsverfahren ist prinzipiell zwischen der mechanischen und der chemischen Regenerierung zu unterschei den. Bei der mechanischen Reinigung werden die Rohrinnenwand bzw. die In nenwand des Brunnenrohres beispielsweise mittels Bürsten gereinigt, die die Ab lagerungen von den Innenwänden entfernen sollen. Bei der Regenerierung von Brunnen weisen die mechanischen Verfahren den Nachteil auf, daß die Filterrohre beschädigt werden können. Darüber hinaus wirken die meisten mechanischen Reinigungsverfahren nur auf der Innenseite des Filterrohres, weshalb Inkrustatio nen auf der Außenseite des Filterrohres und/oder im Filterkies durch diese Verfah ren nicht oder aber nur unzureichend beseitigt werden.

Bei den Verfahren zur chemischen Entfernung von Eisen- und Manganoxiden und -hydroxiden unterscheidet man drei verschiedene Arten, nämlich die protonenge stützte, die ligandengestützte und die reduktive Auflösung, wobei bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bei der protonengestützten Auflösung meistens Salzsäure, bei der ligandengestützten Auflösung Oxalate und Citrate und bei der reduktiven Auflösung Salze der Ascorbinsäure oder Zitronensäure als chemische Reinigungs-/Regenerierungsmittel verwendet werden.

Diese bekannten chemischen Reinigungs-/Regenerierverfahren haben den Nachteil, daß sich die Auflösung der Oxide und Hydroxide nur sehr langsam voll zieht und /oder bei den eingesetzten chemischen Substanzen die Gefahr von Ver unreinigungen des Wassers oder des Erdreiches besteht und/oder die Leistungs fähigkeit der solchermaßen regenerierten Anlagen schon kurze Zeit nach der Be handlung wieder einbricht, so daß eine erneute Reinigung/Regenerierung erfolgen muß.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Entfernung von redukti onsfähigen Ablagerungen bereitzustellen, das eine schnelle und nachhaltige Ent fernung der Ablagerungen gewährleistet und dabei keine Wassergefährdung dar stellt.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß dadurch gekenn zeichnet, daß als Reduktionsmittel Dithionite verwendet werden.

Überraschender Weise hat sich herausgestellt, daß die Dithionite, die Salze der Dithionigen Säure, die als Hypodisulfite und Hydrosulfite vorkommen, insbesonde re Eisen- und Manganoxide, -oxihydroxide und -hydroxide sehr schnell und voll ständig auflösen, wobei als Reaktionsprodukt beispielsweise leicht wasserlösli ches Eisen(II) entsteht. Die Dithionite werden bei der Reinigung/Regenerierung in der Regel als Lösung, insbesondere wäßrige Lösung verwendet. Die Auflösung der reduktionsfähigen Ablagerungen mittels Dithioniten erfolgt dabei für die Eisen phase Lepidokrokit oder Goethit nach der allgemeinen Gleichung:

2 FeOOH + S₂O₄ ^2- + 4 H⁺ → 2 Fe²⁺ _(aq) + 2 HSO₃ ^- + 2 H₂O.

Um die Gefahr zu bannen, daß z. B. Eisenoxide oder Eisenhydroxide während der Regenerierung wieder ausfallen, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, daß dem chemischen Reinigungs-/Regene rierungsmittel zusätzlich mindestens ein Komplexbildner zugesetzt wird, der das ausgelöste Eisen in eine Komplexbindung einbindet, die wiederum beim Abpum pen und Spülen der Anlage mit ausgespült wird.

Als besonders geeignete Komplexbildner wird erfindungsgemäß die Verwendung von Salzen organischer Säuren, insbesondere der Zitronensäure und der Essig säure, und/oder wäßriger Lösungen dieser Salze vorgeschlagen. Bei der Verwen dung von Salzen der Zitronensäure (Citraten) läuft die Auflösung nach folgender allgemeiner Gleichung ab:

Fe₂O₃ + S₂O₄ ^2- + 2 (citrat)^3- + 2 H⁺ → 2 SO₃ ^2- + 2 [Fe(II)-citrat]^- + H₂O.

Da die Dithionite vor der gewünschten Reaktion in Produkte mit höheren und gleichzeitig niedrigeren Oxidationszahlen im Vergleich zum Edukt zerfallen kön nen, wird gemäß einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß zur Vermeidung der bei fallendem pH-Wert an wachsenden Disproportionierung zur Pufferung des pH-Wertes dem chemischen reinigungs-/Regenerierungsmittel wenigstens eine Puffersubstanz, insbesondere Hydrogenkarbonatsalze und/oder deren wäßrige Lösungen, zugefügt werden.

Das voranstehend beschriebene Verfahren zum Entfernen von reduktionsfähigen Ablagerungen, insbesondere eisen- und manganhaltigen Phasen, in denen Eisen in der Oxidationsstufe III und Mangan in der Oxidationsstufe IV vorliegt, wie insbe sondere Oxide, Oxihydroxide und Hydroxide, in Brunnen, Wasseraufbereitungs-, Wasseraufbereitungsanlagen, Rohrleitungen und dgl. Mittels zumindest ein Re duktionsmittel beinhaltenden chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) Einleiten des chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels in einen in axialer Richtung der zu reinigenden Anlage abgegrenzten Teilabschnitt;
b) Abpumpen des verbliebenen chemischen Reinigungs-/Regenerierungs mittels sowie der Reaktionsprodukte;
c) Spülen des gereinigten Teilabschnitts der Anlage und
d) Wiederholen der Verfahrensschritte a) bis c) in den übrigen Teilabschnitten der Anlage.

Durch das Einteilen der zu reinigenden Anlage in einzelne separat zu reinigende Teilabschnitte ist es möglich, die Menge des zu verwendenden chemischen Reini gungs-/Regenerierungsmittels möglichst gering zu halten und eine abschnittswei se Überprüfung des Reinigungsergebnisses vorzunehmen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die gesamte Anlage ohne die Unterteilung in Teilabschnitte in einem Arbeitsgang zu behandeln.

Zur Überprüfung des Reinigungsergebnisses und/oder der verbliebenen Wirk samkeit des chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels wird erfindungsge mäß weiterhin vorgeschlagen, daß vor und/oder nach dem Verfahrensschritt b) die spezifische elektrische Leitfähigkeit und/oder das Redoxpotential und/oder die Sulfitkonzentration und/oder die Konzentration der reduktionsfähigen bzw. bereits reduzierten Substanzen im in der Anlage befindlichen Wasser gemessen wird.

Da die Auflösungsrate sowie die Auflösungsgeschwindigkeit stark von der angreif baren Größe der Oberfläche der aufzulösenden Partikel abhängt, wird mit der Er findung weiterhin vorgeschlagen, daß vor dem Verfahrensschritt a), dem Einleiten des chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels die Anlage mechanisch ge reinigt wird. Durch die vorgeschaltete mechanische Reinigung werden beispiels weise die Verockerungen von den Rohrinnenwänden abgelöst, so daß diese eine größere Angriffsfläche für die als Reduktionsmittel verwendeten Dithionite bereit stellen.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß sich bei der Regenerierung von Brunnen an das Abpumpen des chemischen Reinigungs-/Regenerie rungsmittels der Verfahrensschritt des Einleitens einer Salzlösung, insbesondere einer NaCl- oder MgCl₂-Lösung, zum Regenerieren in der Anlage und im Umge bungsgestein befindlicher natürlicher Ionentauscher anschließt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden nur beispielhaften Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der schematisch der Aufbau eines Brunnens dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Brunnen und

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Details II gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Brunnens, wie dieser beispielsweise zur Trinkwassergewinnung eingesetzt wird. Ausgehend von einem Brunnenvor schacht 1 erstreckt sich das eigentliche Bohrloch 2 in das Erdreich 3. Bei dem dargestellten Ausführungbeispiel sind in das Bohrloch 2 zwei koaxial ineinander gesteckte Rohre eingesetzt, nämlich ein äußeres Sperrohr 4 zur Stabilisierung des Bohrlochs 2 und ein inneres Rohr 5, dessen oberer Teil als Vollwandrohr 5a und dessen unterer Teil als mit Wasserdurchtrittsöffnungen 5b versehenes Filterrohr 5c ausgebildet ist, wobei der Bereich des Filterrohres 5c des inneren Rohres 5 aus dem unteren Ende des Sperrohrs 4 herausragt.

Während der Zwischenraum zwischen dem Bohrloch 2 und dem Sperrohr 4 mit einer Tonabdichtung 6a und mit Füllkies 6b verfüllt ist, steckt das Filterrohr 5c in einer Filterschüttung 7, so daß das durch die in der Mantelfläche des Filterrohrs 5c ausgebildeten Wasserdurchtrittsöffnungen 5b in das Innere des Filterrohres 5c eindringende Wasser zunächst als Filterschicht die Filterschüttung 7 durchströ men muß. Das in das Innere des Filterrohrs 5c eingetretene Wasser wird dann über eine in dem inneren Rohr 5 angeordnete Pumpe 8 angesaugt und mittels ei ner Steigleitung 9 aus dem Brunnen herausgefördert.

Mit laufender Betriebszeit kommt es nun vor, daß sich die Wasserdurchtrittsöff nungen 5b des Filterrohrs 5c durch Inkrustationen und hierbei insbesondere durch sogenannte Verockerungen, d. h. die Bildung von eisen- und manganhaltigen Oxid- und Hydroxidablagerungen zusetzen, was wiederum zur Folge hat, daß we niger Wasser gefördert werden kann und/oder die Pumpleistung drastisch erhöht werden muß, um eine ausreichende Wasserförderung sicherzustellen. Neben dem Zusetzen der Wasserdurchtrittsöffnungen 5b können sich diese Inkrustationen auch im Bereich der Filterschüttung 7 ausbilden, woraus deutlich wird, daß mit einer ausschließlich mechanischen Reinigung der Innenseite des Filterrohrs 5c die Verminderung der Wasserförderung nicht behoben werden kann. Auch besteht die Gefahr, daß bei der mechanischen Reinigung durch die abgelösten Inkrustati onspartikel die feinen Wasserdurchtrittsöffnungen 5b sowie in der Filterschüttung 7 verstopft werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der reduktiven chemischen Reini gung/Regenerierung mittels Dithioniten wird das innere Rohr 5 in axialer Richtung hinab bis zum Ende des Filterrohrs 5c durch geeignete Sperrelemente in separate Teilabschnitte unterteilt, die jeder für sich nacheinander mit dem dithionithaltigen chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittel behandelt werden. Zur Dokumen tation der Reinigung und zur Überprüfung des Reinigungs-/Regenerierungsgrades ist es vorteilhaft kontinuierlich oder diskontinuierlich die spezifische elektrische Leitfähigkeit und/oder das Redoxpotential und/oder die Sulfitkonzentration und/oder die Konzentration der reduktionsfähigen bzw. bereits reduzierten Ablage rungen im Wasser des gerade behandelten Teilabschnitts zu messen.

Die dithionithaltige Reinigungs-/Regenerierlösung tritt bei der Behandlung des Filterrohrs 5c durch die Wasserdurchtrittsöffnungen 5b aus dem Filterrohr 5c aus und ermöglicht auf diese Weise auch die Reinigung bzw. Regenerierung der Fil terschüttung 7.

Die Verwendung der Dithionite als Reduktionsmittel zeichnet sich dadurch aus, daß diese die Eisen- und Manganoxide -oxihydroxide und -hydroxide schnell und nachhaltig auflösen und dabei eine nur geringe Wassergefährdung darstellen.

Neben der dargestellten Reinigung/Regenerierung von Brunnen ist die Verwen dung der Dithionite als Reduktionsmittel auch zum Entfernen reduktionsfähiger Ablagerungen in Wassergewinnungs-, Wasseraufbereitungsanlagen, Rohrleitun gen und dgl. geeignet.

Bezugszeichenliste

1

Brunnenvorschacht

2

Bohrloch

3

Erdreich

4

Sperrohr

5

inneres Rohr

5

a Vollwandrohr

5

b Wasserdurchtrittsöffnung

5

c Filterrohr

6

a Tonabdichtung

6

b Filterkies

7

Filterschüttung

8

Pumpe

9

Steigleitung

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von reduktionsfähigen Ablagerungen, insbesonde re eisen- und manganhaltigen Phasen, in denen Eisen in der Oxidationsstufe III und Mangan in der Oxidationsstufe IV vorliegt, wie insbesondere Oxide Oxihydroxide und Hydroxide, in Brunnen, Wassergewinnungs-, Wasserauf bereitungsanlagen, Rohrleitungen und dgl. mittels eines zumindest ein Re duktionsmittel beinhaltenden chemischen Reinigungs-/Regenerierungs mittels, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Dithionite verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem chemischen Reinigungs-IRegenerierungsmittel zusätzlich mindestens ein Komplexbildner zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Komplexbild ner Salze organischer Säuren, insbesondere der Zitronensäure und der Es sigsäure, und/oder wäßrige Lösungen dieser Salze verwendet werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Pufferung des pH-Wertes dem chemischen Reinigungs- /Regenerierungsmittel zusätzlich wenigstens eine Puffersubstanz, insbeson dere Hydrogenkarbonatsalze oder deren wäßrige Lösungen, zugefügt wer den.

5. Verfahren zum Entfernen von reduktionsfähigen Ablagerungen, insbesonde re eisen- und manganhaltigen Oxiden und Hydroxiden, in Brunnen, Wasser gewinnungs-, Wasseraufbereitungsanlagen, Rohrleitungen und dgl. mittels zumindest ein Reduktionsmittel beinhaltenden chemischen Reiniguns- /Regenerierungsmittels, insbesondere nach mindestens einem der Ansprü che 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) Einleiten des chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels in einen in axialer Richtung der zu reinigenden Anlage abgegrenzten Teilabschnitt;
b) Abpumpen des verbliebenen chemischen Reinigungs-/Regeneriermittels sowie der Reaktionsprodukte;
c) Spülen des gereinigten Teilabschnitts und
d) Wiederholen der Verfahrensschritte a) bis c) in den übrigen Teilabschnit ten der Anlage.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach dem Verfahrensschritt b) die spezifische elektrische Leitfähigkeit und/oder das Redoxpotential und/oder die Sulfitkonzentration und/oder die Konzentra tion der reduktionsfähigen bzw. bereits reduzierten Substanzen im in der Anlage befindlichen Wasser gemessen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch den dem Verfah rensschritt vorgeschalteten Verfahrensschritt der mechanischen Reinigung der Anlage.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch den sich beim Reinigen/Regenerieren von Brunnen an das Abpumpen des chemischen Reinigungs-/Regenerierungsmittels anschließenden Verfah rensschritt:
Einleiten einer Salzlösung, insbesondere einer NaCl- oder MgCl₂-Lösung, zur Regenerierung in der Anlage und im Umgebungsgestein befindlicher natürlicher Ionentauscher.

9. Verwendung von Dithioniten als Reduktionsmittel zum Entfernen von redukti onsfähigen Ablagerungen, insbesondere eisen- und manganhaltigen Pha sen, in denen Eisen in der Oxidationsstufe III und Mangan in der Oxidations stufe IV vorliegt, wie insbesondere Oxide Oxihydroxide und Hydroxide, in Brunnen, Wassergewinnungs-, Wasseraufbereitungsanlagen, Rohrleitungen und dgl., insbesondere nach dem Verfahren nach mindestens einem der An sprüche 1 bis 8.