DE3033748C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Grundwasser durch Verteilen von sauerstoffhaltigem Anrei­ cherungswasser in wasserführende Bodenschichten, wobei im Anreicherungswasser reiner Sauerstoff oder zumindest ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gasgemisch gelöst wird, 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 Trinkwas­ ser immer mehr aus Grundwasserreserven zu decken. Diese Grundwasservorräte sind jedoch in den meisten Fällen auch mit Stoffen beladen, die, wie beispielsweise über­ schüssige, aggressive Kohlensäure, Schwermetalle, Ammonium und Nitrit eine aufwendige Aufbereitung vor einer Nutzung als Trink- oder Brauchwasser erfordern. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Redoxpotential des Grundwassers durch Einleiten von sauerstoffhaltigem Wasser in die wasserführen­ den 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 För­ derbrunnen während des Einleitens des Anreicherungswassers in den Anreicherungsbrunnen außer Betrieb zu setzen, um zu vermeiden, daß die auf den Förderbrunnen gerichtete Grundwas­ serströmung eine Querausbreitung des Anreicherungswassers verhindert. Darüber hinaus müssen zur Erreichung einer Konzen­ trationsänderung der Grundwasserinhaltsstoffe entsprechend den für Trinkwasser zulässigen Grenzwerten um den Förderbrun­ nen herum in Abhängigkeit der geologischen Verhältnisse meh­ rere Anreicherungsbrunnen angeordnet werden, da erst dann eine genügende Ausbreitung des Anreicherungswassers im Grund­ wasserleiter und damit die Konzentrationsänderungen der Grund­ wasserinhaltsstoffe sichergestellt werden kann.

Aus der DE-PS 25 42 333 ist ein Verfahren zur Reinigung von Mangan und Eisen durch Einleiten eines sauerstoffhaltigen oder sauerstoffabgebenden Mediums in die Grundwasser führende Bodenschicht bekannt. Dabei wird zunächst der Sauerstoff bzw. das sauerstoffabgebende Medium und danach oder räumlich getrennt in Strömungsrichtung des Grundwassers wenigstens eine Manganverbindung in das Grundwasser im Untergrund eingeleitet.

Darüber hinaus ist aus der DE-OS 19 45 605 ein Verfahren zur Reinigung von Wasser aus einem Grund­ wasserbrunnen, insbesondere aus einem Tiefbrunnen, von Eisen durch Einleiten von Sauerstoff oder einer sauerstoffabgebenden Substanz in das Wasser und durch Entfernen des abgeschiedenen Eisenoxyds durch Filtern bekannt. Bei diesem Verfahren wird Speisewasser, das Sauerstoff oder eine sauerstoffabgebende Substanz enthält in die das Grundwasser führende Bodenschicht um den Brunnen herum eingeleitet.

Ferner ist in der DE-PS 1 14 709 ein Verfahren zum Enteisen von Grundwasser im Untergrund beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eisenfreies sauerstoffhaltiges Wasser in die einen Brunnen umgebende Bodenschicht geleitet und dadurch der Eisengehalt des Grundwassers im Boden selbst niedergeschlagen. Da der Boden als Filter das niedergeschlagene Eisen zurückhält, kann eisenfreies Wasser aus dem Brunnen gefördert werden.

Ein gemeinsames Merkmal dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß Speisewasser bzw. ein sauerstoffhaltiges Medium an der Oberfläche hergestellt und danach in den Boden eingeleitet wird. Die Einleitung erfolgt dabei direkt und nicht über ein Begasungssystem.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung 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 das Lösen des Sauerstoffs oder des mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gasgemisches in einem als Schluckbrunnen betriebenen und gegenüber der Atmosphäre gasdicht verschlossenen Brunnen unterhalb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels durchgeführt wird.

Damit kann auf die Förderung des Anreicherungswassers zum Zwecke der Sauer­ stoffanreicherung verzichtet und damit Pumpenergie einge­ spart werden. Außerdem kann die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Anreicherungswasser des Brunnens durch Aus­ nutzung des hydrostatischen Druckes gegenüber der bei At­ mosphärendruck mit reinem Sauerstoff erzielbaren Konzen­ tration noch weiter erhöht werden, so daß der Wirkungsgrad des einzelnen Anreicherungsbrunnens verbessert wird. Die Energie, die beim Lufteintrag für die Zirkulation und für das Mischen des belüfteten mit dem unbelüfteten Wassers zur Verfügung gestellt werden müßte, entfällt damit eben­ so.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt min­ destens einen als Schluckbrunnen ausgebildeten Brunnen zum Verteilen von sauerstoffhaltigem Anreicherungswasser in wasserführenden Bodenschichten. Erfin­ dungsgemäß ist eine solche Vorrichtung durch ein unterhalb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels angeordnetes Begasungssystem sowie durch einen Deckel, der den Brunnen gasdicht gegenüber der Atmosphäre abschließt, gekennzeichnet.

Durch die Anordnung des Begasungssystems im Brunnen unter­ halb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels kann der hydrostatische Druck zur Erhöhung der Sauerstoff­ löslichkeit ausgenutzt werden. Durch die Maßnahme, daß der Brunnen gegenüber der Atmosphäre abge­ schlossen ist; kann zusätzlich noch der Sauerstoffeintrag bei erhöhtem Druck durchgeführt und damit die Sauerstofflöslich­ keit im Wasser noch weiter erhöht werden.

Darüber hinaus ist es zweckmäßig, das Begasungssystem als Einrichtung auszubilden, die den Druck der Sauerstoff­ quelle als Antriebsenergie nutzt. Als solche Begasungs­ systeme kommen beispielsweise Injektoren in Frage, die eine äußerst feine Zerteilung der Gasblasen und damit aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen Wasser und Gas eine weit­ gehend vollständige Auflösung des Gases im Wasser ermöglichen. Wird eine weitgehend vollständige Auflösung des Sauerstoffs oder des sauerstoffhaltigen Gasgemisches erreicht, kann der Anreicherungsbrunnen dann zeitweise direkt auch als Ent­ nahmebrunnen 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 Grundwasser­ spiegel 2 niedergebrachter, als Schluckbrunnen betriebener Brunnen bezeichnet. Am unteren Ende des Brunnens 1 ist ein Begasungssystem 3 angeordnet, das über eine Verbindungslei­ tung 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 Sauer­ stoffs als Energiequelle für das Begasungssystem 3 genutzt werden kann. Neben der Verbindungsleitung 4 ist eine Zulei­ tung 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 abge­ schlossen, damit der Sauerstoffeintrag zur Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit bei erhöhtem Druck durchgeführt werden kann. Das aufbereitete Grundwasser wird über einen entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des vorhandenen Grundwasserlei­ ters und des Wirkungsgrades des Schluckbrunnens 1 mit Abstand von dem Schluckbrunnen 1 angeordneten Förder­ brunnen 9 mit einer Förderleitung 10 zum Verbraucher geleitet.

Ist das Begasungssystem 3 beispielsweise in einer Tiefe von 20 m unter der Erdoberfläche in dem Schluckbrunnen 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 O₂/l Wasser. Dies bedeutet, daß gegenüber einem Anreicherungsbrunnen, der mit Luftsättigung des Wassers unter Atmosphärendruck von 10 mg O₂/l Wasser betrieben wird, ohne Berücksichtigung möglicher Störfaktoren ein 16,5facher Radius des Anreicherungsbrunnens erreicht werden kann. Damit kann der Abstand zwischen dem als Schluckbrunnen betriebenen Anreicherungsbrunnen 1 und einen der Entnahme von aufbereite­ tem Grundwasser dienenden Förderbrunnen 9 entsprechend groß gewählt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Grundwasser durch Verteilen von sauerstoffhaltigem Anreicherungswasser in wasserführende Bodenschichten, wobei im Anreicherungswasser reiner Sauerstoff oder zumindest ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gasgemisch gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösen des Sauerstoffs oder des mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gasgemisches in einem als Schluckbrunnen betriebenen und gegenüber der Atmosphäre gasdicht verschlossenen Brunnen unterhalb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels durchgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einem als Schluckbrunnen ausgebildeten Brunnen zum Verteilen von sauerstoffhaltigem Anreicherungswasser in wasserführende Bodenschichten, gekennzeichnet durch ein unterhalb des im Brunnen vorhandenen Wasserspiegels angeordnetes Begasungssystem sowie durch einen Deckel, der den Brunnen gasdicht gegenüber der Atmosphäre abschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungssystem als Einrichtung ausgebildet ist, die den Druck der Sauerstoff- bzw. Gasgemischquelle als Antriebsenergie nutzt.