DE3033748A1

DE3033748A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von grundwasser

Info

Publication number: DE3033748A1
Application number: DE19803033748
Authority: DE
Inventors: Wenzel Dipl.-Ing. 8022 Grünwald Brenik
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE3033748C2; AT379571B; ATA535380A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung
von Grundwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Grundwasser durch Verteilen von sauerstoffhaltigem Anreicherungswasser in wasserführende Bodenschichten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Mit der steigenden Belastung der Oberflächengewässer durch schwer abbaubare, resistente oder toxische Stoffe ist es notwendig, den wachsenden Bedarf an einwandfreiem Trinkwasser immer mehr aus Grundwasserreserven zu decken.
Diese Grundwasservorräte sind jedoch in den meisten Fällen auch mit Stoffen beladen, die, wie beispielsweise überschüssige, aggressive Kohlensäure, Schwermetalle, Ammonium und Nitrit eine aufwendige Aufbereitung vor einer Nutzung als Trink- oder Brauchw#sscr erfordern. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Redoxpotential des Grundwassers durch Einleiten von sauerstoffhaltigem Wasser in die wasserführenden Bodenschichten zu beeinflussen. Dazu wird Grundwasser aus einem Förderbrunnen zur Erdoberfläche gefördert, durch Versprühen mit Luftsauerstoff gesättigt und anschließend in einen gesonderten Anreicherungsbrunnen eingeleitet.
Um dabei eine gezielte Ausbreitung des Anreicherungswassers im Grundwasserleiter zu erreichen ist es notwendig, den Förderbrunnen während des Einleitens des Anreicherungswassers in den Anreicherungsbrunnen außer Betrieb zu setzen, um zu vermeiden, daß die auf den Förderbrunnen gerichtete Grundwasserströmung eine Querausbreitung des Anreicherungswassers verhindert. Darüber hinaus müssen zur Erreichung einer Konzentrationsänderung der Grundwasserinhaltsstoffe entsprechend den für Trinkwasser zulässigen Grenzwerten um den Förderbrunnen herum in Abhängigkeit der geologischen Verhältnisse mehrere Anreicherungsbrunnen angeordnet werden, da erst dann eine genügende Ausbreitung des Anreicherungswassers im Grundwasserleiter und damit die Konzentrationsänderungen der Grundwasserinhaltsstoffe sichergestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, daß auf möglichst einfache und wirtschaftliche Weise eine große Ausbreitung des Anreicherungswassers im Grundwasserleiter möglich wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Anreicherungswasser reiner Sauerstoff oder zumindest ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gasgemisch gelöst wird.
Mit Hilfe dieser Maßnahme gelingt es auf einfache Weise, den Wirkungsradius eines Anreicherungsbrunnens bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit des Grundwasserleiters im Vergleich zu bisherigen Anreicherungsbrunnen erheblich zu vergrößern, so daß insgesamt weniger Anreicherungsbrunnen als bei dem herkömmlichen Verfahren notwendig sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß unter Verwendung von reinem Sauerstoff oder einem mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gasgemisch im Anreicherungswasser im Vergleich zum Lufteintrag eine wesentlich höhere Sauerstoffkonzentration erzielbar ist Als Anreicherungswasser, das mit reinem Sauerstoff oder mit einem mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gasgemisch begast worden ist, kann dabei grundsätzlich Wasser aus Oberflächengewässern oder einem vorhandenen Rohrleitungsnetz entnommen werden. Vorteilhaft ist es jedoch, das Vera fahren so durchzuführen, daß als Anreicherungswasser das in einem Brunnen vorhandene Wasser verwendet wird. Der Brunnen kann dabei nacheinander als Förder- und als Schluckbrunnen betrieben werden, so daß besondere Anreicherungsbrunnen entfallen können. Auch ist es möglich, einen Teil des geförderten Wassers kontinuierlich zum Verbrauch abzugeben und den verbleibenden Teil des geförderten Wassers nach der Sauerstoffanreicherung als Anreicherungswasser in den dann als Schluckbrunnen betriebenen Brunnen zurückzuleiten.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn das Lösen des Sauerstoffs oder des mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gasgemisches in einem als Schluckbrunnen betriebenen Brunnen unterhalb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels durchgeführt wird. Damit kann auf die Förderung des Anreicherungswassers zum Zwecke der Sauerstoffanreicherung verzichtet und damit Pumpenergie eingespart werden. Außerdem kann die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Anreicherungswasser des Brunnens durch Ausnutzung des hydrostatischen Druckes gegenüber der bei Atmosphärendruck mit reinem Sauerstoff erzrelbaren Konzentration noch weiter erhöht werden, so daß der Wirkungsgrad des einzelnen Anreicherungsbrunnens verbessert wird. Die Energie, die beim Lufteintrag für die Zirkulqtion und für das Mischen des belüfteten mit dem unbelüfteten Wassers zur Verfügung gestellt werden müßte, entfällt damit eben- Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt mindestens einen Brunnen zum Verteilen von sauerstoffhaltigem Anreicherungswasser in wasserführenden Bodenschichten.Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung durch mindestens ein im Anreicherungswasser angeordnetes Begasungssystem gekennzeichnet, daß über eine Verbindungsleitung an eine Quelle für reinen Sauerstoff oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gasgemisch angeschlossen ist.
Vorzugsweise ist dabei das Begasungssystem im Brunnen unterhalb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels angeordnet, so daß der hydrostatische Druck zur Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit ausgenutzt werden kann.
Wird der Brunnen gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Vorrichtung gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen,kann zusätzlich noch der Sauerstoffeintrag bei erhöhtem Druck durchgeführt und damit die Sauerstofflöslichkeit im Wasser noch weiter erhöht werden.
Darüber hinaus ist es zweckmäßig, das Begasungssystem als Einrichtung auszubilden, die den Druck der Sauerstoffquelle als Antriebsenergie nutzt. Als solche Begasungssysteme kommen beispielsweise Injektoren in Frage, die eine äußerst feine Zerteilung der Gasblasen und damit aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen Wasser und Gas eine weitgehend vollständige Auflösung des Gases im Wasser ermöglichen.
Wird eLne weitgehend vollständige Auflösung des Sauerstoffs oder des sauerstoffhaltigen Gasgemisches erreicht, kann der Anreichungsbrunnen dann zeitweise direkt auch als Entnahmebrunnen für aufbereitetes Trinkwasser gefahren werden.
Selbstverständlich ist es, neben dem reinen Sauerstoff oder dem mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gasgemisch gleichzeitig auch solche Chemikalien in das Anreicherungs- wasser einzuleiten, die die Aufbereitung des Grundwassers unterstützen.
In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt, das nachstehend näher erläutert wird.
In der Figur ist mit 1 ein bis unter einen Grundwasserspiegel 2 niedergebrachter, als Schluckbrunnen betriebener Brunnen bezeichnet. Am unteren Ende des Brunnens 1 ist ein Begasungssystem 3 angeordnet, das über eine Verbindungsleitung 4 an eine Quelle 5 für reinen Sauerstoff oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gasgemisch angeschlossen ist. Diese Quelle kann beispielsweise ein handelsüblicher Tank für flüssigen Sauerstoff mit nachgeschaltetem Verdampfer sein. Das Begasungssystem 3 ist vorzugsweise als Injektor ausgebildet, so daß der Dampfdruck des gespeicherten Sauerstoffs als Energiequelle für das Begasungssystem 3 genutzt werden kann. Neben der Verbindungsleitung 4 ist eine Zuleitung 6 für die Reinigungsleistung unterstützende Chemikalien im Brunnen 1 nach unten geführt, die über der Erdoberfläche an einen entsprechenden Vorratstank 7 angeschlossen ist.
Der Brunnen 1 selbst ist mit einem Deckel 8, der entsprechende Durchtrittsöffnungen für die Verbindungsleitung 4 und die Zuleitung 6 aufweist, gasdicht gegen die Atmosphäre abgeschlossen, damit der Sauerstoffeintrag zur Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit bei erhöhtem Druck durchgeführt werden kann. Das aufbereitete Grundwasser wird ?:ber einen entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des vorhandenen Grundwasserleiters und des Wirkungsgrades des Anreicherungsbrunnens 1 mit Abstand von dem Anreicherungsbrunnen 1 angeoçdneten Förderbrunnen 9 mit einer Förderleitung 10 zum Verbraucher geleitet.
Ist das Begasungssystem 3 beispielsweise in einer Tiefe von 20 m unter der Erdoberfläche in dem Anreicherungsbrunnen 1 angeordnet, beträgt allein unter Berücksichtigung des an dieser Stelle wirkenden hydrostatischen Druckes von 3 bar die erzielbare Sauerstoffkonzentration im Wasser des Brunnens theoretisch 165 mg 02/1 Wasser. Dies bedeutet, daß gegenüber einem Anreicherungsbrunnen, der mit Luftsättigung des Wassers unter Atmosphärendruck von 10 mg 02/1 Wasser betrieben wird, ohne Berücksichtigung möglicher Störfaktoren ein 16,5-facher Radius des Anreicherungsbrunnens erreicht werden kann. Damit kann der Abstand zwischen dem als Schluckbrunnen betriebenen Anreicherungsbrunnen 1 und einen der Entnahme von aufbereitetem Grundwasser dienenden Förderbrunnen 9 entsprechend groß gewählt werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Aufbereitung von Grundwasser durch Verteilen von sauerstoffhaltigem Anreicherungswasser in wasserführende Bodenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß im Anreicherungswasser reiner Sauerstoff oder zumindest ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gasgemisch gelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anreicherungswasser das in einem Brunnen vorhandene Wasser verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder# 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösen des Sauerstoffs oder des mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gasgemisches in einem als Schluckbrunnen betriebenen Brunnen unterhalb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels durchgeführt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit mindestens einem Brunnen zum Verteilen von sauerstoffhaltigem Anreicherungswasser in wasserführende Bodenschichten, gekennzeichnet durch mindestens ein im Anreicherungswasser angeordnetes Begasungssystem (3), das über eine Verbindungsleitung (4) an eine Quelle (5) für reinen Sauerstoff oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gasgemisch angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungssystem (3) im Brunnen (1) unterhalb des im Brunnen (1) vorhandenen Wasserspiegels angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brunnen (1) gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungssystem (3) als Einrichtung ausgebildet ist, die den Druck der Sauerstoffquelle als Antriebsenergie nutzt.