DE19955973C1 - Filterrohr zum Einbringen in ein Bodenbohrloch sowie Verfahren zur Herstellung des Filterrohrs - Google Patents

Abstract

Filterrohr zum Einbringen in ein Bodenbohrloch zum Filtern einer im Boden gespeicherten Flüssigkeit, umfassend ein Trägerrohr mit Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen und einer außenseitig angeordneten porösen Filterschicht aus einem aufgesinterten Kunststoffmaterial.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterrohr zum Einbringen in ein Bodenbohrloch zum Fil­ tern einer im Boden gespeicherten Flüssigkeit.

Derartige Filterrohre kommen überall dort zum Einsatz, wo eine im Boden gespei­ cherte Flüssigkeit durch Abpumpen entzogen werden soll. Als Beispiele sind Wasserbrunnen zu nennen, die in sehr sandigen Gebieten oder in Wüstengebie­ ten gebohrt werden. Über in das Bodenbohrloch eingebrachte Filterrohre kann das in einer Sandschicht gespeicherte Wasser abgepumpt werden. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Entfernung von Sickerwasser im Bereich unterhalb von Müll­ deponien und dergleichen. Dort wird im Boden gespeichertes bzw. durchsickern­ des Wasser mittels der Filterrohre aufgenommen und abgepumpt. Bekannte Fil­ terrohre bestehen aus einem Trägerrohr, welches entweder selbst mit entspre­ chenden, der eigentlichen Filterung dienenden Schlitzen oder Durchbrechungen versehen ist, oder welches mit einer Filterschicht belegt ist, wobei am Trägerrohr Durchbrechungen vorgesehen sind, die ein Eintreten des die Filterschicht durch­ dringenden Wassers in das Rohrinnere ermöglichen. Bekannt sind in diesem Zu­ sammenhang Kunststoffrohre, die mit einem losen Filtervlies umwickelt sind, oder aber Trägerrohre, auf welche eine Harzschicht aufgegossen ist, in die Sand ein­ gebunden ist. Die Herstellung der bekannten Filterrohre ist entweder sehr auf­ wendig und teuer, oder aber im Falle des mit einem Filtervlies umwickelten Kunst­ stoffrohres sehr umständlich, die Filterwirkung ist häufig unzureichend.

In DE-PS 910 288 ist ein Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper für Filter­ zwecke beschrieben, bei dem das Granulat erwärmt und angeschmolzen wird, so dass sich die Teilchen fest miteinander verbinden. Das Granulat wird zusätzlich verpresst, so dass die Körner bezüglich einander bewegt und kompaktiert werden, so dass sich insgesamt im Querschnitt der Filterschicht ein homogener Poren­ durchmesser ergibt.

Weiterhin ist aus DE-AS 22 31 859 ein Filterrohr zum Einbringen in ein Boden­ bohrloch zum Filtern einer bodengespeicherten Flüssigkeit bekannt, das ein Trä­ gerrohr mit Flüssigkeitsdurchsatzöffnungen und eine außenseitig angeordnete poröse Filterschicht aus einem Kunststoffmaterial aufweist.

Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Filterrohr anzugeben, das auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann und gute Filterei­ genschaften besitzt.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Filterrohr zum Einbringen in ein Bodenbohr­ loch zum Filtern einer im Boden gespeicherten Flüssigkeit vorgesehen, umfas­ send ein Trägerrohr mit Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen und einer außenseitig angeordneten porösen Filterschicht aus einem aufgesinterten Kunststoffmaterial, deren Porendurchmesser an der Außenseite der Filterschicht kleiner als an der an das Trägerrohr angrenzenden Innenseite ist.

Das erfindungsgemäße Filterrohr besitzt eine poröse Filterschicht, die aus einem Kunststoffmaterial besteht, welches in einem einfachen Sinterprozess aufgesintert wurde. Im Rahmen des Sinterns wird das Kunststoffmaterial bis über die Schmelztemperatur erwärmt, so dass sich ein Schmelz- oder Sinterverbund ergibt, welcher zu einer fest haftenden und stabilen Filterschicht führt, die dennoch porös ist. Bevorzugt wird Kunststoffmaterial in granularer oder pulverförmiger Form ver­ wendet. Neben der äußerst einfachen Herstellung ist mit besonderem Vorteil auch die Porengröße auf einfache Weise durch Wahl der Größe des granularen oder pulverförmigen Kunststoffmaterials möglich, zum anderen durch die Dauer der Temperaturbehandlung und die Erwärmungstemperatur selbst, da hierdurch der Vernetzungs- bzw. der Verbundgrad variiert werden kann. Damit können auf ein­ fache Weise Filterrohre verschiedener Porigkeit hergestellt werden, die jeweils für unterschiedliche Einsatzzwecke bzw. -orte und Bodenverhältnisse geeignet sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass zur Herstellung der Filterschicht keinerlei zusätzliches Hilfsmittel wie Harze, Kleber oder dergleichen erforderlich sind. Die Temperatur­ behandlung wird derart durchgeführt, dass der Porendurchmesser an der Außen­ seite der Filterschicht kleiner als an der an das Trägerrohr angrenzenden Innen­ seite ist. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung ist also im Inneren der Filter­ schicht ein größerer Porendurchmesser gegeben, der einen schnelleren Durchtritt des Wassers durch die Filterschicht hin zum Trägerrohr ermöglicht.

Um zu vermeiden, dass das Kunststoffmaterial zu sehr zusammenschmilzt, so dass die Porenbildung minderwertig ist, sollte das Kunststoffmaterial bevorzugt ein hoch- oder ultrahochmolekulares Material sein. Bevorzugt wird hier Polyethy­ len (mit hoher Molmasse (ca. 200.000-5 Mio. g/mol), Kurzbezeichnung: HD- HMW-PE, oder ultrahoher Molmasse (3 Mio.-6 Mio. g/mol), Kurzbezeichnung: UHMW-HD-PE) oder aber Polypropylen verwendet. Mitunter ist auch Polyethylen mittlerer Dichte verwendbar, sofern die Temperaturbehandlung zur Vermeidung eines vollständigen Aufschmelzens vorsichtig durchgeführt wird. Bevorzugt jedoch werden die höhermolekularen Materialien verwendet, die lediglich außen auf­ schmelzen, jedoch nicht vollkommen durchschmelzen.

Die mittlere Korngröße des Granulats oder Pulvers sollte im Bereich zwischen 1 µm und 5 mm liegen. Der mittlere Porendurchmesser liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 µm und 4 mm, insbesondere zwischen 1 µm und 3 mm. Die Dicke der Filterschicht selbst sollte zwischen 5 mm und 20 mm liegen. Es sollte sicherge­ stellt sein, dass sie wenigstens dem Doppelten, bevorzugt wenigstens dem Drei­ fachen des Granulat- oder Pulverdurchmessers entspricht.

Das in das Bohrloch eingebrachte Filterrohr - normalerweise werden eine Vielzahl von einzelnen Filterrohren hintereinander geschaltet, diese können entweder zu­ sammengesteckt oder aber zusammengeschraubt werden - steht aufgrund des radial dagegendrückenden umgebenden Bodenmaterials unter hohem Druck. Um diesem Stand zu halten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Trägerrohr aufgrund des Schrumpfverhaltens der Filterschicht beim Abkühlen unter einer Vorspannung steht. Diese Vorspannung dient zur Stabilisierung des Filterrohrs und dazu, dem beachtlichen Außendruck Stand zu halten. Wie beschrieben wer­ den mehrere Rohre hintereinander geschaltet. Hierzu sind an den einzelnen Filter­ rohren, die bevorzugt eine Länge zwischen 0,5 m und 4 m, insbesondere von 2 m aufweisen, entweder nach Fertigstellung an den Enden Außen- bzw. Innengewin­ deabschnitte in einem Schweißvorgang angebracht, oder aber bereits am Träger­ rohr ausgebildet. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, die einzelnen Ge­ winderohre direkt miteinander zu verschweißen. Das Trägerrohr selbst kann aus Kunststoff, insbesondere PVC oder PE oder einem Metall, insbesondere Edelstahl bestehen.

Neben dem Filterrohr selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Her­ stellung eines Filterrohrs, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine das Trä­ gerrohr umgebende lose Schüttung eines sinterbaren granulat- oder pulverförmi­ gen Kunststoffmaterials zur Bildung einer auf das Trägerrohr aufgesinterten Filter­ schicht in einer Heizvorrichtung durch Temperaturzufuhr angeschmolzen und nach Erreichen eines porösen Schmelz- oder Sinterverbunds abkühlt, wobei am Ende der Temperaturbehandlung eine kurzzeitige Temperaturerhöhung zur ge­ zielten Erwärmung der äußeren Oberflächenschicht des Kunststoffmaterials er­ folgt. Das Trägerrohr wird bevorzugt vertikal stehend in die Heizvorrichtung, die zylinderförmig ausgebildet ist, eingestellt, der zwischen dem Trägerrohr und den Heizwänden der Heizvorrichtung verbleibende Ringraum wird mit dem granulat- oder pulverförmigen Kunststoffmaterial gefüllt. Das Kunststoffmaterial wird hier also bezogen auf das innenliegende Trägerrohr von außen erwärmt. Die Tempe­ raturzufuhr erfolgt solange, bis sich der gewünschte Vernetzungs- oder Verbund­ grad mit der gewünschten Porosität einstellt. Erfindungsgemäß kann als Kunst­ stoffmaterial ein hoch- oder ultrahochmolekulares Kunststoffmaterial verwendet werden, bevorzugt Polyethylen oder Polypropylen mit einer mittleren Korngröße von 1 µm bis 5 mm. Die Erwärmung sollte solange erfolgen, bis der sich einstel­ lende Schmelz- oder Sinterverbund einen mittleren Porendurchmesser im Bereich zwischen 0,5 µm und 4 mm, insbesondere zwischen 1 µm und 3 mm aufweist. Die Sintertemperatur liegt im Bereich zwischen 150°C und 220°C, je nachdem, wel­ ches Material verwendet wird, und welcher Verbund- bzw. Sintergrad bzw. welche Porosität erzielt werden soll. Hier spielt auch die Dauer der Temperaturbehand­ lung eine Rolle, die bevorzugt im Bereich zwischen 15 Minuten bis 120 Minuten, insbesondere 30 Minuten bis 75 Minuten liegt, ebenfalls jeweils abhängig vom verwendeten Material bzw. dem gewünschten, einzustellenden Porositätsgrad. Die Länge der Temperaturbehandlung muss natürlich solange sein, dass eine vollständige Durchwärmung und Aufschmelzung der Oberflächen der Körner des Kunststoffgranulats oder -pulvers bis hin zu den am Trägerrohr anliegenden Kunststoffkörnern gewährleistet ist. Durch die kurzzeitige Temperaturerhöhung wird die Außenschicht des Kunststoffmaterials kurzzeitig stärker erwärmt, so dass das Kunststoffmaterial dort etwas stärker auf- und zusammenschmilzt und sich dort ein kleinerer Porendurchmesser ergibt. Da die äußere Schicht maßgeblich für die Zurückhaltung des umgebenden Erdreichs, also beispielsweise des Sandes ist, kann hierdurch die Rückhalteeigenschaft nochmals eingestellt werden. Zum anderen ist der Porendurchmesser im Inneren der Filterschicht deutlich größer, so dass die Durchtrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch das Filtermaterial relativ groß ist.

Aus Stabilitätsgründen und zur Vermeidung einer Verformung hat es sich als vor­ teilhaft erwiesen, wenn während der Temperaturbehandlung das oder beide freien, nicht mit Kunststoffmaterial umgebenen Enden des Trägerrohrs gekühlt wer­ den. Im Bereich dieser Enden werden hintereinander zu schaltende Filterrohre verbunden. Diese müssen also frei bleiben. Um zu vermeiden, dass diese wäh­ rend der Temperaturbehandlung sich verformen oder zusammenfallen (im Falle eines aus Kunststoff bestehenden Trägerrohrs) werden diese Abschnitte bei­ spielsweise mittels Kühlwassers gekühlt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass vor oder nach Beendigung der Temperaturbehandlung das Trägerrohr innenseitig gekühlt wird. Das Trägerrohr, das während der Temperaturbehandlung ebenfalls etwas erwärmt wird, wird hierdurch quasi abgeschreckt, um zu vermeiden, dass es aufgrund des einsetzenden Schrumpfens des Kunststoffmaterials beim Abküh­ len zusammengedrückt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze des Einsatzes eines erfindungsgemäßen Filter­ rohrs in einem Bohrloch,

Fig. 2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterrohrs im Schnitt, und

Fig. 3 eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Filterrohrs.

Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze den Einsatz eines erfindungsgemäßen Filterrohrs 1. Das erfindungsgemäße Filterrohr bzw. mehrere, hintereinander ge­ schaltete derartige Rohre sind in einem Bohrloch 2 eingesetzt. Das Bohrloch 2 wurde im gezeigten Beispiel in einem Wüstenboden eingebracht. Dieser besteht aus einer oberen Schicht 3 aus Sand, einer im Wesentlichen wasserdichten Schicht 4 aus Lehm, einer Schicht 5 aus Sand, in dem Wasser gespeichert ist, und einer unteren Schicht 6 aus Lehm. Mittels des Filterrohrs 1 soll das in der Schicht 5 gespeicherte Wasser gefiltert und abgezogen werden. Das oder die Fil­ terrohre sind lediglich im unteren Bereich des Bohrlochs 2 angeordnet, also im Bereich der wasserführenden Schicht. Oberseitig ist ein dichtes Kunststoffrohr 7 aufgesetzt, welches das Trägerrohr nach oben verlängert und durch welches das Wasser nach oben abgeführt wird. Der zwischen dem Stützrohr 7 und der Bohr­ lochwand 8 gegebene Ringraum ist mit einer Kiesschüttung, die ihrerseits bereits eine Filterwirkung besitzt, ausgefüllt. Das Filterrohr 1 besteht aus einem Träger­ rohr 10, auf welches eine Filterschicht 11 aufgesintert ist. Das die Kiesschicht durchdringende Wasser gelangt zur Filterschicht 11. Dort wird das Wasser hin­ durchgelassen, mitgeführtes Erdreich bzw. mitgeführter Sand wird zurückgehal­ ten. Das Wasser tritt in das Trägerrohr 10 über entsprechende Durchbrechungen 12 ein und wird mittels einer Pumpe 13 abgepumpt, siehe Pfeil A. Aufgrund der Filtereigenschaft der Filterschicht 11 ist das abgepumpte Wasser sehr rein und nicht mit Sand beladen.

Fig. 2 zeigt in Form einer Schnittansicht das erfindungsgemäße Filterrohr 1 in ver­ größerter Darstellung. Die Filterschicht 11 besteht aus aufgesintertem Kunststoff­ material, bevorzugt hochmolekulares oder ultrahochmolekulares Polyethylen. Die­ ses liegt in Form einzelner Kunststoffgranulatkörner 14 vor. Diese Granulatkörner 14 wurden durch Temperaturbehandlung außenseitig aufgeschmolzen und konn­ ten sich verbinden. Auf diese Weise wurden die Granulatkörner zusammengesin­ tert, so dass sich eine feste Filterschicht ausbildet. Da das Kunststoffmaterial nicht vollständig aufschmilzt, sondern lediglich außenseitig, ist gewährleistet, dass die Filterschicht 11 hinreichend porös ist. Die Korngröße der verwendeten Kunststoff­ granulatkörner kann im Bereich zwischen 1 µm und 5 mm liegen. Abhängig von der gewählten Größe der Granulatkörner kann die Porosität eingestellt werden. Je größer die Körner sind, desto größer ist der Porendurchmesser der Filterschicht und umgekehrt. Die Sintertemperatur liegt im Bereich zwischen 150°C und 220°C, die Dauer bevorzugt im Bereich zwischen 30 Minuten bis 75 Minuten. Je feinkör­ niger das Material ist, desto kürzer ist die Sinterzeit, da das vollständige Durch­ wärmen und randseitige Aufschmelzen aufgrund des besseren Wärmetransports schneller erfolgt. Die konkrete Heiztemperaturenzeit wird abhängig vom Material, der radialen Dicke der Filterschicht sowie der Granulatgröße und dem gewünsch­ ten Porendurchmesser gewählt. Ersichtlich sind die Poren 15 im Randbereich der Filterschicht 11 etwas kleiner als im inneren Bereich, was daraus resultiert, dass die Außenschicht etwas länger der hohen Temperatur ausgesetzt ist. Auch kann hierfür eine gezielte kurzzeitige Temperaturerhöhung am Ende der Erwärmungs­ dauer bei der Rohrherstellung erfolgen. Die randseitigen Körner schmelzen etwas stärker auf und verbinden sich großflächiger. Das hindurchtretende Wasser ge­ langt über Durchbrechungen 12 in das Innere des Trägerrohrs 10.

Schließlich zeigt Fig. 3 eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Filterrohrs 1. Mehrere Filterrohre sind hier in ein im Wesentlichen horizontal ge­ führtes Bohrloch eingesetzt. Das Bohrloch verläuft beispielsweise unterhalb einer Mülldeponie. Über die Filterrohre kann etwaiges Sickerwasser aus der Deponie aufgenommen und mittels der Pumpen 16 abgepumpt werden.

Claims (20)

1. Filterrohr zum Einbringen in ein Bodenbohrloch zum Filtern einer im Boden gespeicherten Flüssigkeit, umfassend ein Trägerrohr (10) mit Flüssigkeits­ durchtrittsöffnungen (12) und einer außenseitig angeordneten porösen Fil­ terschicht (11) aus einem aufgesinterten Kunststoffmaterial, deren Poren­ durchmesser an der Außenseite der Filterschicht (11) kleiner als an der an das Trägerrohr (10) angrenzenden Innenseite ist.

2. Filterrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff­ material ein hoch- oder ultrahochmolekulares Kunststoffmaterial ist.

3. Filterrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polyethylen oder Polypropylen ist.

4. Filterrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das die Filterschicht (11) aus einem Kunststoffgranulat (14) oder -pulver gebildet ist.

5. Filterrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße des Granulats (14) oder Pulvers im Bereich zwischen 1 µm und 5 mm liegt.

6. Filterrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der mittlere Porendurchmesser zwischen 0,5 µm und 4 mm, insbesondere zwischen 1 µm und 3 mm liegt.

7. Filterrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Dicke der Filterschicht (11) zwischen 5 mm und 20 mm liegt.

8. Filterrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Trägerrohr (10) aufgrund des Schrumpfverhaltens der Filterschicht (11) beim Abkühlen unter einer Vorspannung steht.

9. Filterrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es eine Länge zwischen 0,5 m und 4 m, insbesondere von 2 m aufweist.

10. Filterrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Trägerrohr (10) aus Kunststoff, insbesondere PVC oder PE oder einem Metall, insbesondere Edelstahl besteht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Filterrohrs nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Trägerrohr umgebende lose Schüttung eines sinterbaren granulat- oder pulverförmigen Kunststoffmate­ rials zur Bildung einer auf das Trägerrohr aufgesinterten Filterschicht in ei­ ner Heizvorrichtung durch Temperaturzufuhr angeschmolzen wird und nach Erreichen eines porösen Schmelz- oder Sinterverbunds abkühlt, wobei am Ende der Temperaturbehandlung eine kurzzeitige Temperaturerhöhung zur gezielten Erwärmung der äußeren Oberflächenschicht des Kunststoffmate­ rials erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunst­ stoffmaterial bezogen auf das innenliegende Trägerrohr von außen erwärmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial ein hoch- oder ultrahochmolekulares Kunststoffmaterial verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial Polyethylen oder Polypropylen verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffmaterial mit einer mittleren Korngröße von 1 µm und 5 mm verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial solange erwärmt wird, bis der sich einstellende Schmelz- oder Sinterverbund einen mittleren Porendurchmesser im Bereich zwischen zwischen 0,5 µm und 4 mm, insbesondere zwischen 1 µm und 3 mm aufweist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sintertemperatur im Bereich zwischen 150°C und 220°C liegt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Temperaturbehandlung 15 min bis 120 min. insbeson­ dere 30 min bis 75 min beträgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass während der Temperaturbehandlung das oder beide freien, nicht mit Kunststoffmaterial umgebenen Enden des Trägerrohrs gekühlt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach Beendigung der Temperaturbehandlung das Trägerrohr innenseitig gekühlt wird.