DE2542333A1

DE2542333A1 - Verfahren zur reinigung von grundwasser von mangan oder anderen loeslichen substanzen im untergrund

Info

Publication number: DE2542333A1
Application number: DE19752542333
Authority: DE
Inventors: Carl Franz Prof Dr In Seyfried
Original assignee: Seyfried carl Franz profdr-Ing
Current assignee: Seyfried carl Franz profdr-Ing
Priority date: 1975-09-23
Filing date: 1975-09-23
Publication date: 1977-03-24
Also published as: NL7610447A; GB1553620A; BE846420A; DE2542333C2; FR2325606A1; FR2325606B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Grundwasser von Mangan oder anderen löslichen Substanzen im Untergrund durch Einleiten eines sauerstoffhaltigen oder Sauerstoff abgebenden Mediums in die Grundwasser führende Bodenschicht.

Zx Deckung des Wasserbedarfs, sowohl für die Bevöllerung als auch für die Industrie, ist es in zunehmendem Maße mehr und mehr notwendig, Wässer heranzuziehen, die an sich für die direkte Benutzung nicht brauchbar sind, sondern vorher durch eine besondere Aufbereitung in ihrer chemischen Zusammensetzung verändert werden müssen.

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Dabei werden in zunehmendem Maße Wasser zur Versorgung herangezogen, die Eisen und insbesondere Mangan und sonstige oxidierbare Stoffe gelöst enthalten und die man von diesen gelösten Verbindungen, insbesondere des Mangans, aber auch anderer Substanzen, befreien muß.

Diesem Aufbereitungsverfahren liegt die Regel zugrunde, daß die Löslichkeit der festen Stoffe in Wasser mit zunehmendem Oxidationsgrad abnimmt, d. h. die Stoffe werden dirch Oxidationsvorgänge unlöslich und fallen als feste Verbindungen (Oxide) aus. Aus diesem Grund ist es seit langem bekannt, dem Grundwasser in möglichst großer Menge und gut assimilierbarer Form Sauerstoff zuzuführen.

So ist es beispielsweise bekannt, Grundwasser von Eisen dadurch zu befreien, daß man in die das Grundwasser führende Bodenschicht um den Brunnen herum Speisewasser einleitet, das Sauerstoff oder eine Sauerstoff abgebende Substanz enthält. Die Zuführung dieses Sauerstoff enthaltenden oder eine Sauerstoff abgebende Substanz enthaltenden Speisewassers wird über den Brunnen in die das Grundwasser führende Bodenschicht eingeleitet (DT-PS 114 709) oder über Rohre, die um den Grundwasserbrunnen herum in diese Bodenschicht eingebracht sind (DT-OS 1 945 605).

Ferner ist im Aufsatz "Die Bedeutung des Sauerstoffes im Grundwasser" von Ing. Anton Liebscher (Schriftenreihe des österreichischen Wasserwirtschaftsverbandes, Heft 45, Seiten 57 ff.) vorgeschlagen worden, Mangan durch Einleitung von Luft und sauerstoffgesättigtem Wasser in das Grundwasser auszufällen.

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Bei diesen Verfahren gelingt zwar die Abscheidung des Eisens, jedoch ist die Wirkung auf die Abscheidung des im Grundwasser enthaltenen Mangans in Form von Braunstein (MnC^) recht gering. Außerdem ist das Verfahren relativ aufwendig, wenn man nur das suaerstoffhaltige oder Sauerstoff abgebende Medium einleitet, da die Durehmischung des Sauerstoffs mit dem Grundwasser selbst in vielen Fällen äußerst unvollkommen vor sich geht und weil die sich im Untergrund abspielenden Reaktionen mit dem Sauerstoff bzw. der Sauerstoff abgebenden Substanz sich außerordentlich langsam vollziehen.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß der Sauerstoff, der in den Untergrund eingeleitet ist, viele andere Möglichkeiten des Reagierens mit anderen ebenfalls im Grundwasser bzw. im Untergrund enthaltenen Stoffen besitzt, so daß eine spezifische Steuerung der Richtung der Reaktion, in die die Reaktion verlaufen soll, praktisch ausgeschlossen ist.

Hierbei spielt beispielsweise auch eine Rolle die Sättigung des Grundwassers durch Sauerstoff, die temperaturabhängig ist als auch von der Tiefe des Grundwassers bzw. der Grundwasser führenden Schichten.

Die Einbringung von Sauerstoff bzw. einer Sauerstoff abgebenden Verbindung in den Untergrund unterliegt daher gewissen Grenzen, die beispielsweise schon durch die Tiefe des Grundwassers oder der Grundwasser führenden Schichten gegeben sind.

So hat man beispielsweise festgestellt, daß der Mangangehalt bei einer Tiefe von 14 m etwa das Neunfache von dem bei

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einer Tiefe von 8 m erreicht. Die Sauerstoffgehalte nehmen jedoch in etwa entsprechender Relation ab.

Daraus ergibt sich, daß das Verfahren der Einleitung von Sauerstoff in die Grundwasser führenden Schichten oder einer Sauerstoff abgebenden Substanz in diese Schichten zur wirksamen Entmanganung des Grundwassers nicht geeignet ist.

Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile in einfacher und wirtschaftlicher Weise überwinden kann,venn man zeitlich und/oder räumlich getrennt zunächst Sauerstoff oder eine Sauerstoff abgebende Substanz, insbesondere zur Abscheidung des Eisens, und eine Manganverbindung und/oder eine andere Metallverbindung in das Grundwasser im Untergrund einleitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine zeitliche und/ oder räumliche Trennung der Einführung von Sauerstoff und der Manganverbindung vor, und zwar deshalb, weil zunächst im Untergrund Eisen und daran anschließend Mangan abgeschieden werden muß. Erfolgt die Eisenabscheidung nicht vor der Manganabscheidung, dann v/erden die autokatalytisch wirkenden Braunsteinteilchen, die durch die Oxidations/Reduktionsvorgänge im Untergrund entstehen, durch ausgefälltes Eisen-III-Oxid maskiert, so daß sie nicht mehr autokatalytisch wirken können.

Als Manganverbindung kommt in erster Linie Kaliumpermanganat (KMnO₄) in Frage, das gelöst in das Grundwasser eingeleitet wird. Besonders vorteilhaft ist es, Kalxumpermanganat in Verbindung mit Manganchlorid (MnCl₂) einzusetzen, indem man zunächst eine Dosis Manganchlorid in alkalischer Lösung und dann anschließend Kalxumpermanganat einleitet. Dadurch wird der autokatalytische Vorgang bescheinigt, wobei sowohl aus dem Manganchlorid als auch aus dem Permanganat Braunstein gebildet, wird.

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Us ist auch Koglich, i'an/mrichlorid in alkalischer Lesung einzuleiten und anschließend Sauerstoff einzupumpen oder sauerstoffgesättigtes Wasser zuzuführen, so daß eine Oxidation des Manganchlorids zu Braunstein erfolgt. Hierbei ist jedoch zu dachten, daß diese Reaktion nur iin alkalischen üäreich verläuft.

Das Manganchlorid in alkalischer Lösung kann auch mit einem ReaktionsiPittel koiubiniert sein, z. i-. mit Natriumhypochlorld.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, Sauerstoff und Metallverbindungen über räumlich getrennte Linleitungstrunnen oder Bohrungen in das Grundwasser einzuführen.

In allen Fällen wird ir Untergrund ein besonders strukturierter Braunsteinniederschlag erzeugt, wodurch eine autokatalytischfc Wirkung im Untergrund ausgelöst,wird, so daß der Entmanxjanungsvorgancr des CrundwassexB besondars- schnell und wirkungsvoll fortschreitet.

Die sich durch die Autokatalyse iei fjoden vollziehende Bildung von Braunstein in Verbindung n;it den Oxidations/Reduktionsvorgängen ergibt eine gute Filtrierbarkeit der Braunateinausscheidung. Die Verwendung von Kaliumpc-rmanganat erfolgt gelöst und in einer Menge, die der Pächtigkeit des Aquifers entspricht. Die Zuführung der Mangan verbindung ip.uß in alkalischen Hilieu geschehen if.it einem pH-Wert etwa um 1O.

Kaliumpermanganatlösungen reagieren alkalisch. Sauer oder neutral reagierende Lösungen müssen irdt einer Base auf einen pH-Wert von 10 eingestellt werden. Die Manganverbindun-

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gen, die einzusetzen sind, betragen bei einen, kleinen brunnen bis et^f/a 10 ,rag/1.

Andere Manganverbindungen, z. B. FrKK, können auch als £uöpi?n'.'iori, Dispersion usw. eingesetzt werden,

Eur _L>raktii5cli*-ⁱn VorwirV lichung des Verfahrens bringt inan in Abstanden von «^tva 20 Ms 40 in oborhal'. eines <"rundv.-aGsex'brunnens in 3trömung»richtun.g des Grundwasser3 gesehen Rohre oder Pilf^brunre-n ir= 3.^r. Untergrund nieder,, wobei vorteilhafterweise die üblichen gprsch-litzten rruunenrohre verwandt v.'firderi können, in die ε-ar. 'io .-'ofcal!Verbindungen nineinleitet.

.. ■ .: ■.. ■;· ;»r-"ier erfordorlicl:_r ;-:ioli ciurch 3-i-o},-el.-o!ü-urigen aber die ."runiwasserfteGC-i-uff^n^iiit, über dio litrör.ungsrichtungen und KtrSt; ung.-itiefc-n un*"¹ Grundw"as;->eri:;enycii /.,-UfT-CIiIi;? zu. verschaffen, '--.'as beispielsweise ir< sehr einfaclisr *ViJ.?:e durch die ohnenin niedexxuJ ringenden Finlf-itungabohrungcn erfolgen kann. Die Dosieruiio duz richtigen vu-jjge urn; df.-r riciitig^ri Konzentrationen an Manganverbindungen ·.(-·isf-ielsveise kann, in -inirer Vox-varsucaen rait aur.reichender iir»nauigkeit leicht feptger-tellt werden, so daß dann mit eier unterirdischen Lntaianganung gep;^B der vorliegenden Erfindung begonnen ./erden kann.

Die Erfindung wird nun anhand eines Auofuhruncjit.-^i^piels das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Das Bezugazeichen 11 bezeichnet einen Brunnen, der mit seinem Filterrohr 12 in deir Aquifer 13 liegt. Das Grundwasser des Aquifers strömt von rechts nach links. Stromoberhalb in

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einem Abstand von 20 bis 40 m ist ein Hilfs- oder Satellitenbrunnen 16 niedergebracht, dessen Brunnenrohr erheblich kleineren Durchmesser haben kann, das aber an seinem unteren Ende ebenfalls mit einem perforierten Brunnenrohr 17 versehen ist. Auch dieser Satellitenbrunnen erfaßt die gesamte Grundwasser führende Schicht. Der Pfeil 19 soll symbolisch die Zugabe der die äutokatalytische Wirkung im Untergrund auslösenden Metallverbindung, vorzugsweise Manganverbindung, darstellen, während der Pfeil 18 am Grundwasserbrunnen 11 die Entnahme des behandelten Grundwassers veranschaulicht. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet die Erdoberfläche.

Zwischen den beiden Brunnen, dem Grundwasserbrunnen 11 und dem Satellitenbrünnen 10, sind zwei Bereiche schematisch durch senkrechte Striche abgeteilt und mit den Bezugszeichen, von rechts nach links gelesen, 15 und 14 bezeichnet.

Erfindungsgemäß wird räumlich oder zeitlich getrennt zunächst Sauerstoff oder eine Sauerstoff abgebende Substanz eingeleitet und dann eine Manganverbindung oder eine andere Metallverbindung. Durch die auf das dargestellte Ausführungsbeispiel bezogene zeitlich frühere Einleitung des Sauerstoffes erfolgt in dem Bereich 15 die Abscheidung des_tim Grundwasser gelöst enthaltenen Eisens in Form von Eisen-III-Oxid. Das Grundwasser, das dann aus dem Bereich 15 in den Bereich 14 hineinströmt, ist eisenfrei, und hier erfolgt dann durch die zeitlich spätere Zugabe der Manganverbindung die Abscheidung des Mangans, die meistens eine etwas größere Strecke be-

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nötigt, was auch durch den größeren Bereich 14 in Strömungsrichtung gesehen rein schematisch angedeutet werden soll. Durch diese Ausscheidung des Eisens im Bereich 15 werden die autokatalytisch wirkenden Abscheidungen des Brau.nsteins nicht durch Eisenoxid abgedeckt und können daher über einen beträchtlichen Zeitraum bis zu einer erneuten Aktivierung autokatalytisch Mangan aus dem Grundwasser abscheiden.

Anstelle diese beiden Vorgänge über den einen Satellitenbrunnen 16 vorzunehmen, könnte auch noch ein weiterer Satellitenbrunnen von der Erdoberfläche 10 aus in den Grenzbereich der Bereiche 15 und 14 hineinführen, wodurch eine räumliche Trennung erfolgt. Sodann könnten gleichzeitig der Sauerstoff oder die Sauerstoff abgebende Substanz in den Brunnen 16 eingeleitet und die Manganverbindung in den zweiten Satellitenbrunnen eingeleitet werden, dessen Lage durch die gestrichelte Linie 20 veranschaulicht ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch andere im Grundwasser gelöste Metalle ausgeschieden werden, beispielsweise Zink, wenn man entsprechende Zinksalze erfindungsgemäß einsetzt. Die Ausscheidung von Zinksalzen ist besonders dort zweckmäßig und oft erwünscht, wo das Grundwasser in den Bereich von Thermal- oder anderen Heilquellen gelangt.

Das erfLndungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Ausscheidung des Mangans bereits vor der Förderung im Grundwasserleiter, so daß normalerweise oberirdisch vorhandene und

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erforderliche Aufbereitungsanlagen entfallen können. Da die Oxidationsgeschwindigkeit des Mangans und anderer oxidierbarer Stoffe u. a. vom pH-Wert des Grundwassers abhängt und normalerweise zu gering ist, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die katalytische Wirkung von bestimmten Oxiden benutzt, um die Oxidationsgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Die Zugabe des katalytisch wirkenden Stoffes in seiner Ausgangsform, beispielsweise als Kaliumpermanganat, erfolgt nur während einer Einarbeitungsphase und in gewissen zeitlichen Abständen, das bedeutet, daß nicht fortwährend Manganverbindungen beispielsweise zugegeben werden müssen. Die katalytisch wirksamen Oxide werden im Boden zurückgehalten oder setzen sich auf Gesteinsteilchen ab und stehen so in einer sich bildenden Oxidationszone dem Aufbereitungsvorgang zur Verfügung. Nach Zugabe von Sauerstoff und Katalysator kann über längere Zeit Wasser entnommen werden, das von Mangan und anderen Stoffen befreit ist. Die Aufbereitungswirkung läßt sich dann durch erneute Anreicherung wieder regenerieren, wobei die Aufbereitungswirkung durch die autokatalytische Wirkung der ausgefällten Oxide mit jeder Anreicherung weiter verbessert wird.

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Claims

Patentansprüche

(i). Verfahren zur Reinigung von Grundwasser von Mangan oder anderen löslichen Substanzen im Untergrund durch Einleiten eines sauerstoffhaltigen oder Sauerstoff abgebenden Mediums in die Grundwasser führende Bodenschicht, dadurch gekennzeichnet/ daß man zeitlich und/oder räumlich getrennt zunächst Sauerstoff oder eine Sauerstoff abgebende Substanz und eine Manganverbindung und/oder eine andere Metallverbindung in das Grundwasser im Untergrund einleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß zeitlich vor der jeweiligen Einleitung des sauerstoffhaltigen oder sauerstoffabgebenden Mediums die Manganverbindungen und/ oder die anderen Metallverbindungen in die Grundwasser führende Bodenschicht eingeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Manganverbindungen und/oder andere Metallverbindungen getrennt und im Abstand von der Einleitungsstelle des sauerstoffhaltigen oder sauerstoffabgebenden Mediums über eigene Einleitungsbrunnen in die Grundwasser führende Schicht eingeleitet werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manganverbindungen und eine andere MetallverUhdung zeitlich oder/und räumlich getrennt voneinander in die Grundwasser führende Schicht eingeleitet werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Reinigung von Grundwasser von Mangan oder anderen löslichen Substanzen im Untergrund nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und im Abstand zum Grundwasserbrunnen (11) , in Strömungsrichtung des Grundwassers gesehen, zwei Satellitenbrunnen (16 und 20) im Abstand zueinander niedergebracht sind, wobei über den am weitesten von dem Grundwasserbrunnen (11) entfernten Satellitenbrunnen (16) die Eisenabscheidung erfolgt und über den dem Grundwasser nähergelegenen Satellitenbrunnen (20) die Mangan- oder andere Metallabscheidung.

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