DE3333842A1

DE3333842A1 - Enteisungs- und entmanganungsanlage fuer brunnensysteme

Info

Publication number: DE3333842A1
Application number: DE19833333842
Authority: DE
Inventors: Werner 4790 Paderborn Kürlemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-09-20
Filing date: 1983-09-20
Publication date: 1985-04-04

Description

Werner Kürlemann ' Paderborn, 19·9«19ο3

Eiser Bruch 17
4790 Paderborn

Enteisenungs - und Entmanganungsanlage für Brunnensysteme.

Die Erfindung betrifft eine vYasseraufbereitungsanlage für den Betrieb von Grundwasservvärmepumpen·und Hauswasserversorgungsanlagen. .

Bei Grundwasserwärmepumpenanlagen, wie sie z.B. als energiesparende Heizungssysteme in Wohnhäusern verwendet werden, besteht vielerorts das Problem der Verstopfung der Brunnenanlage durch Ablagerung von Eisen - und Manganverbindungen in ' dem Speisebrunnen, dem Schluckbrunnen, der Brunnenpumpe und dem Brunnenrohrleitungssystem.Das gleiche Problem tritt auch bei Hauswasserversorgungsanlagen mit eigener Brunnenanlage auf. Diese sog. "Verockerung" reduziert die Leistungsfähigkeit und damit die Lebensdauer von Brunnenanlagen erheblich.

Zweck der Erfindung ist es, ein an sich bekanntes G-rundwasseraufbereitungsv.erfahren zur Vermeidung von Brunnenverockerung durch eine neuartige Anlagentechnik so zu gestalten, daß der technische Aufwand auf ein Minimum.reduziert wird und die Wirtschaftlichkeit einer G-rundwasserwärmepumpenanlage oder einer Hauswasserversorgungsanlage noch gewährleistet ist.

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.if. .

Ein schon lange bekanntes Verfahren zur Vermeidung einer Verockerung ist die unterirdische Enteisenung und Entmanganung durch. Einleitung von säuerst off hai tigern -,Vasser in die G-rundwasserleiter. Dabei werden mindestens zwei Brunnen·benötigt, wovon abwechselnd ein Brunnen als Förderbrunnen und der zweite Brunnen als Schlucker arbeitet und letzterer mit sauerstoffangereichertem »Yasser beschickt wird. Diese Funktion wird in ■ rgrößeren Zeitabständen, z.B. 1 mal pro Tag, getauscht. Das is sauerstoffangereicherte Wasser wird hierzu in einem besonderen Behälter gewonnen, z.B. in einem ausreichend großen sog. "Oxydationskessel", dessen Inhalt mit luft durchsetzt und dabei mit Sauerstoff angereichert wird. Bei einer Wärmepumpenanlage ist dieser Oxydationskessel in die Brunnenrücklaufleitung geschaltet, wärend bei einer Hausv/asserversorgungsanlage der Oxydationskessel ständig mit einem Bruchteil des von der Fördermenge abgezweigten Wassers versorgt und das angereicherte Wasser in einen zweiten Brunnen geleitet wird. Das in den jeweiligen Schluckbrunnen eingeleitete sauerstoffangereicherte V/asser wird zwangsläufig von den wasserführenden Bodenschichten aufgenommen,· die auch bei der Funktion als Förderbrunnen beteiligt sind. Bei genügend großem Durchmesser· der mit Anreicherungswasser beschickten Bodenschichten wird eine großflächige', unterirdische Ox,ydation der Eisen- und Manganverbindungen und damit eine Ausflockung erreicht. Durch den stark reduzierten Eisen- und Mangangehalt des Wassers wird im unmittelbaren Brunnenbereich eine Verockerung vermieden. Maßgeblich 'wurde dieses Verfahren von der Universität Hannover entwickelt.

Nachteilig an dieser Verfahrenstechnik ist der relativ hohe technische Aufwand für einen Oxydationskessel und dem zugehörigen Steuerungs-, Regelungs- und Installationsumfang. Insbesondere bei' kleineren tfärmepumpen- und Hauswasserversorgungsanlagen, z.B. für Ein- und Zweifamilienhäuser, ist bei Notwendigkeit einer Wasserenteisenung und -entmanganung der Aufwand der beschriebenen Anlage nicht mehr wirtschaftlich.

Ein anderes Verfahren verwendet große'PiIteranlagen bzw. -kessel zur Enteisenung und Entmanganung für Brauchwasseranlagen. Dab ei wird, mit Hilfe eines Injektors oder Kompressors ein Oxjrdations-.prozess innerhalb eines oder mehrerer Kessel vorgenommen, die Eisen - und Manganverbindungen ausgeflockt und aus dem durch das Filter fließende Wasser-herausgefiltert. Bei Erschöpfung des Filters muß .dieses durch Rückspülen wieder regeneriert, werden*

Nachteilig bei diesem Verfahren·ist, daß die Brunnenanlage bis zum Filterkessel nicht vor Verockerung geschützt ist und der Anlagenauf wand, der Raumbedarf und der Wartungsaufwand groß sind.

Andere in der Fachliteratur beschriebene Verfahren zielen darauf ab, lediglich durch Verockerung verstopfte oder leistungsgeschwächte Brunnen wieder zu regenerieren und unter umständen , zusätzlich mit keimabtötende Mittel zur Verzögerung einer Verockerung zu präparieren (Bieske, Erich "Bohrbrunnen" 1973, Seite 328, Oldenburg Verlag und Bieske Erich "Handbuch des Brunnenbaus", Bd H, Seite 842 - 872, Erich - Schmidt Verlag).

Diese Verfahren sind aber insbesondere^ für Klein - Brunnenanlagen unwirtschaftlich und ungeeignet, da jedesmal Spezialfirmen herangezogen und Chemikalien eingesetzt werden müssen. Eine ausreichend konstante Leistungsfähigkeit der Brunnen kann dabei nicht sichergestellt werden. Außerdem ist der Einsatz von Chemikalien wegen einer Umweltverschmutzung generell fragwürdig.

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Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine neuartige Anlagengestaltung den technischen Aufwand für-eine Enteisenungs - und Entmanganungsanlage zur Vermeidung einer Brurunenverockerung auf ein Minimum zu reduzieren, sodaß eine ausreichende Wirtschaftlichkeit von G-rundwasserwärmepumpenanlagen und Hauswasserversorgungsanlagen noch erhalten "bleibt.

Die Lösung der Aufgabe wurde dadurch erreicht, daß für eine an ' 'sich bekannte unterirdische Enteisenung und Entmanganung über zwei von einer Steuervorrichtung in der Punktion umschaltbare Förder - und Schluckbrunnen in den jeweils als Schlucker arbeitenden Brunnen mittels eia.es Kleinkompressors erzeugte Druckluft über zwei von der gleichen Steuervorrichtung alternierend geschalteten Magnetventilen und über luftschläuche und luftverteiler am Brunnengrund eingeleitet wird und daß eine Brückenschaltung mit vier Rückflußverhinderern vorgesehen ist, deren Wechselein - und -ausgänge über Rohrleitungen an die Brunnenpumpen angeschlossen sind und deren Brückenzweige über Vor- und Rücklauf bildenden leitungen mit dem Verdampfer einer Wärmepumpe verbunden sind.

Die Steuervorrichtung ist einerseits mit Relais versehen, die eine erste Brunnenpumpe des Förderbrunnens, den Luftkompressor, das dem Schluckbrunnen zugeordnete Magnetventil und eine zu betreibende .yärmepumpe einschalten, und andererseits mit einer Zeituhr ausgestattet, die in einstellbaren Zeitabständen auf eine ; zweite Brunnenpumpe und ein zweites Magnetventil umschaltet und gleichzeitig eine einstellbare kurzzeitige Betriebsunterbrechung, der .Värmepumpe bewirkt. Als Brunnenpumpen werden Vorzugs v/eise Unterwasserpumpen ohne üblicherweise integrierte Rückflußverhinderer vorgesehen.

An den Verbindungsstellen der Magnetventile mit den zu den Brunnen fahrenden luftschläuchen und an den Verbindungsstellen der Brückenzweige der Rückflußverhindererkombination mit den zu einer »v'ärmepumpe führenden Vor - und Rücklaufleitung ist jeweils ein Manometer angeordnet.

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Zur weiteren Ausgestaltung bei Verwendung der Erfindung in Verbindung mit einer Hauswasserversorgungsanlage wird die Vorlaufleitung vom Brückenzweig der Rückflußverhinderer zum einen über einen Wasserzähler und einem weiteren Rückflußverhinderer zu einem DrucMcesselspeiclier einer Hauswasserversorgungsanlage geführt, und zum anderen über ein einstellbares Druckminderventil und einem zweiten Wasserzähler zu der zum Brückenzweig der Rückflußverhinderer führenden Rücklaufleitung abgezweigt.

Bei der Ausgestaltung der JSrfindung für den Betrieb einer 7/ärmepumpenanlage sind vorzugsweise die Rückflußverhindererkombination mit Manometern, der Luftkompressor,die Magnetventile mit Manometern und die -Steuervorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

Bei· der Ausgestaltung der Erfindung für die Verwendung mit einer Hauswasserversorgungsanlage sind vorzugsweise zusätzlich die beiden Wasserzähler, ein weiterer Rückflußverhinderer und das Druckminderventil in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

Ein Ausfühnmgsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die beiden Brunnen 1 und -Z sind sit je einer Förderpumpe 3 und 4 ausgestattet, 'deren Fürderv/asserleitungen 5 und 6 mit einer in Brückenschaltung angeordneten Rückflußverhindererkombination 7 verbunden sind. Die. Leitung 8 am Brückenzweig der Kombination 7 bildet die Vorlaufleitung und die Leitung 9 bildet die Rücklaufleitung far den Brunnenanschluß einer 7/ärmepumpe 10.

Die für eine unterirdische :Oxydation zur Enteisenung und Entmanganung notwendige Sauerstoffanreicherung der für die Brunnen genutzten Grundwasserschichten wird dadurch erreicht, daß von einem Luftkompressor 11 über eine sich aufzweigende Luftleitung und nachgeschalteten Magnetventilen 13 und 14 Pressluft über die Luftleitungen 15 und 16 und den Luftverteilern 17 und Id an den Brunnenböden der Brunnen 1 und 2 eingeleitet wird.

Die Brunnenpumpen 3 und 4 sind über Stromanschlußleitunken 19 und 20, der Luftkompressor 11 über die Stromanschlußleitung 21, die Hagnetventile 13 und 14 über die Steuerleitungen 22 imu '-Lj ,uiic. dio 7/ärmepumpe 10 über die Steuerleitung 24 mit einer gemeinsamen Steuervorrichtung 25 verbunden, die seinerseits über die Versorgungsleitung 26 mit dem Stromnetz verbunden ist. Die Steuervorrichtung 25 ist mit einer Schaltuhr 27 und mit einer Relaiskombination 28 ausgestattet. >

Erfolgt nun bei einer für Heiazwecke installierten ',"/armepumpe IC bei .Varmebedarf von einem Heizungsregler oder -fühler 2 9 über die Leitung 30 eine Steuerspannung zur Steuervorrichtung; 25, so wird die Steuerspannung auf die Steuerleitung 24 durchgeschaltet und das //ärmepumpensystem 10 in Betrieb gesetzt. Gleichzeitig wird durch die Steuervorrichtung 25 mittels Relaisschaltor 23 der Luftkompressor 11 und in Abhängigkeit der Schaltuhr 27 entweder die-. Brunnenpumpe 3 parallel mit dem Magnetventil 14, oder die Brunnenpumpe 4 parallel mit dem Magnetventil 13 eingeschaltet. 1st z.B. die Brunnenpumpe 3 mit dem i/Iagnctventil 14 in 3etrisb,

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so arbeitet der Brunnen 1 als Fordorbunnen und der Brunnen 2 als Schluckbrunnen, wobei gleichzeitig über-die von dem geschalteten-Magnetventil 14 durch die Luftleitung 16 und dem luftverteiler 18 Luft am brunnenboden eingeleitet wird. Das von der Brunneηpumpe 3 geförderte //asser gelangt über die Wasserleitung 5, der Rückflußverhindererkombination 7 und der Vorlaufleitung 3 zur wärmepumpe und von dort zurück über die Rücklaufleitung 9, Rückflußverhindererkombination 7, der Wasserleitung 6 und rückwärts durch die stillstehende Brunnenpumpe 4 in den Schluckbrunnen 2. Die freie v/assermenge des Schluckbrunnen 2 wird gleichzeitig, kontinuierlich mit der am Brunnenboden eingeleiteten Luft durchsetzt und dabei mit Luftsauerstoff angereichert. Die in unzähligen blasen aufsteigende Luft bewirkt gleichzeitig eine intensive Vermischung des durch die Brunnenpumpe 4 einlaufenden sauerstoffarmeren V/assers mit dem sauerstoffangereicherten 7/asser des Schluckbrunnan 2, sodaß das in die Bodenschichten eindringende ,vassergemisch -ausreichend stark mit Sauerstoff für den gewünschten unterirdischen Ox.ydationsprozess angereichert ist. Außerdem wird ein geringer Teil der im Schluckbrunnen 2" aufsteigenden Luftbläschen durch das Brunnenfilterrohr von dem in die Bodenschichten eindringenden .Vasser mitgenommen, sodaß eine zusätzliche Sausrstoffanreicherung der noch nicht gesättigten ",Vasserschichten im Brunnenbereich stattfindet.Der Aktionsradius des unterirdischen Oxydationsprozesses wird hierdurch noch vergrößert. Die Schaltuhr 27 der Steuervorrichtung 25 schaltet in einstellbaren,- ausreichend großen Zeitabständen die Punktion der Brunnen 1 und 2 derart um, daß nunmehr die Brunnenpumpe 4 zusammen mit dem Magnetventil 13 in Betrieb und Brunnenpumpe 3 mit Magnetventil 14 ausgeschaltet·sind und damit Brunnen 2 als Förderbrunnen und Brunnen 1 als Schluckbrunnen mit Sauerstoffanreicherung arbeitet. Bei der nächsten Schaltphase der Schaltuhr 27 erfolgt dann wieder eine j'unkliionsumkehrung der Brunnen, usw."

unmittelbar bei einem Umschaltvorgang durch die Schaltuhr ?.7 wird zur Vermeidung einer thermischen Unterkühlung des wärmepumpen-

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Verdampfers (Gefahr der Vereisung) der J)urc>i£;ang; vor·. Steuerleitung 30 zu Steuerleitung 24 für eine ausreichend kurze Zeit gesperrt und somit nur der Betrieb der wärmepumpe'kurzzeitig unterbrochen. Die Erückensehaltung der Rückflußverhinderer-Ifombination 7 bewirkt bei dem ständigen Funktionsv/echsel der Erunnenpumpen 3 und 4, und damit bei' der sich gleichfalls stundig umkehrenden Flußrichtung in den Wasserleitungen 5 und 6, daß die· " Flußrichtung in den Leitungen 8 und 9, und damit durch den Verdampfer der Wärmepumpe 10 immer gleich bleibt.

Der jeweilige Betrieb der Brunnen mit der Wärmepumpe 10 hält solange an, bis der Heizungsregler 29 die Steuerspannung an der leitung 30 unterbricht. Für eine ständige Leistungskontrolle der Brunnenanlage sind an der Vorlaufleitung 8 und an der Rücklaufleitung 9 je ein Manometer 31 und 32, sowie an den Luftleitungen 15 und Io je ein Manometer 33 und 34 vorgesehen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ergänzend in Pi?;; 2 dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Bei der Verwendung der Snteisenungs- und Üntmanganungsanlage nach der Erfindung in Verbindung mit einer Hauswasserversorgungsa:ilage ist die Vorlaufleitung 8 nach Fig. 1· nunmehr in Fig. 2 einmal über einen Wasserzähler 35 und einem weitern Rückflußverhinderer 36 mit einem Druckkesselspeicher 37 der Häuswasserversorguagsanlage verbunden und andererseits über ein Druckminderventil 38 und einem, zweiten 7/asser.zähler 39 an die Rücklauf leitung 9 abgezweigt. Die v/eiteren .Vege der Leitungen 8 und 9 sind identisch mit Fig. 1 wie bereits beschrieben.

Bei jedem liachfüllbedarf des DruckkesselspeichGrs 37 wird z.B. von einem iY'asserntandsmelder 40 eine Steuerspannung über dio Leitung 3C an die Stcuervorrichtting 25 (Fig· 1) geschaltet und din Brunnenfunktion, wie nach Fig. 1 beschrieben, in Betrieb gesetzt. Dor größte Teil des geförderten Wassers v/ird von der Leitung 8 in den Druckkesselspeicher 37 geleitet und ein abgezweigter kleinerer Teil des .Yassers gelangt über das Druckminderventil }Ö und dem zweiten

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r 39 zur Rücklauf leitung 9, damit in den jeweiligen Schluckbrunnen 1 oder 2 (Fig. 1) genügend· »Vasser zurückfließt, welches j wie beschiriöben, mit Sc'iiorstoff angereichert, in die genutzten Grundwasserschichten eindringt. Der Rückflußverhinderer 36 vermeidet bei Pumpenstillstand ein Rückfließen des unter Druck stehenden -V'assers vom Druckkesselspeichers 37 in die beiden Brunnen 1 und 2 (Fig. 1). Mit Hilfe der beiden iVass erzähl er 35 und 39 und dem einstellbaren Druckminderventil 38 kann das Verhältnis von Nutζ-und Rückflußwässer den örtlichen Erfordernissen angepaßt und überwacht werden.

Der Vorteil bei Anwendung der Erfindung nach den beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt- im geringen Umfang des technischen Aui-.vand.es, des geringen Platzbedarfes, des sehr.· geringen Wartungsauf v/andes und der leichten·· N achrüst.barke it in bereits vorhandene V/ärznepumpen - und Hauswasserversorgungsanlagen. Es sind keine Oxydations - oder Filterkessel mit zugehörigen Nebenaggregaten erforderlich. Die Brückenschaltung der Rückflußverhindererkombination 7 ersetzt die sonst üblichen, erheblich teureren, Wassermagnetventilo mit dem zusätzlichen Steuerungsaufwand.Bei den beiden Brunnen entfallen die sonst üblichen, aufwendigen, luftdichtverschließenden Brunnenabschlußköpfe.Bei den beiden Unterwascorbrunncnpumpen, oder b.ei überirdischen Brunnenpumpen entfallen an den Brunnensaugrohren, die üblichen Rückflußverhinderer. Die in einem relativ kleinen Gehäuse untergebrachten' Systeirkomponenten der nach der Erfindung beschriebenen Anlage erfordern einen so geringen Platzbedarf, daß bei der Integration in eine '^armepumpenanlage, als auch in eine Hauswasserversorgungsanlage, kein größerer Raun;, erforderlich wird.

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Claims

Patentansprüche:

1. iinteisenungs - und Entmanganungsanlage für Brunnensysteme mit unterirdischer Enteisenung und Entmanganung über zwei von einer Steuervorrichtung (25) in der Funktion alternierend umschaltbaren Förder -und Schluckbrunnen (1,2) dadurch gekennzeichnet, daß..· in den jeweils als Schlucker arbeitenden Brunnen (l oder 2) mittels eines Kleinkompressors (11) erzeugte Druckluft über zwei von der gleichen Steuervorrichtung (25) alternierend geschalteten Magnetventilen (13, 14) und über luftschläuche (15,16) und Luftverteiler (17,18) am Brunnengrund eingeleitet wird und.daß eine Brückenschaltung mit vier Rückflußverhinaerern (7) vorgesehen ist, deren vVechselein - und-ausgänge über Rohrleitungen (5,6) an die Brunnenpumpen (3,4) angeschlossen·sind und deren Brückenzweige über Vor -und Rücklauf bildenden Leitungen (8,9) niit dem Verdampfer einer Wärmepumpe (10) verbunden sind.

2. Enteisenungs- und Sntmanganungsanlage für Brunnensysteme nach Anspruch 1 - dadurch g e k e n. η z. e i c h η e :t, daß die Steuervorrichtung (25) einerseits Relais (28) aufweist, die eine erste Brunnenpumpe (3 oder 4) des Förderbrunnens (1 oder 2) den Luftkompressor (11) , das dem Schluckbrunnen zugeordnete Magnetventil (14 oder 13) "und eine zu betreibende Wärmepumpe (10 einschalten, und andererseits mit einer Zeituhr (27) ausgestattet 'ist, die in einstellbaren Zeitabständen auf ein© zweite Brunnenpumpe (4 oder 3) und ein zweites Magnetventil (13 oder 14) umschaltet und gleichzeitig eine einstellbare kurzzeitige Betriebsunterbrechung der Wärmepumpe (10) bewirkt.

3. Snteisenungs - und Entmanganungsanlage für Brunnensysteme nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Brunnenpumpen (3,4) vorzugsweise Unterwasserpumpen ohne üblicherweise integrierte Rückflußverhinderer vorgesehen sind.

4. Enteisenungs - und Entmanganungsanlage für Brunnensysteme nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an

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den Verbindungsstellen der Magnetventile- (13,14) mit den zu den Brunnen (1,2) führenden Luftschläuchen (15,16) und an den Verbindungsstellen, der B'rückenzweige der Rückflußverhinde.rerkombination (7) mit den zu einer Wärmepumpe (10) führenden Vor - und Rücklaufleitungen (8,9) jeweils ein Manometer (31, 32,33,34) angeordnet ist.

5. Enteisenungs - und! Entmanganungsanlage für Brunnensysteme nach Anspruch. 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung! (8) vom Brückenzweig der Rückflußverhinderer (7) zuiji einen über einen Wasserzähler (35) und einsm weiteren Rückflußverhinderer (36) zu einem Druckkessel-.speicher (37) einer Hauswasserversorgungsanlage geführt wird, und zum·'anderen über ein einstellbares Druckminderventil (38) und einem zweiten Wasserzähler (39) zu der zum Brückenzweig der Rückflußverhinderer (7) führenden Rücklaufleitung (9) abgezweigt wird.

6. Enteisenungs - und Entmanganungsanlage für Brunnensysteme nach. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Rückflußverhindererkombination (7) mit Manometern (31,31), der Luftkompressor (11), die Magnetventile (13,14) mit Manometern (33,34) und die Steuervorrichtung (25) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind..

7'. Enteisenungs - und Entinanganungsanlage für Brunnen sy sterne nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet-, daß vorzugsweise zusätzlich die beiden Wasserzähler (35,39), ein weiterer Rückflussverhinderer (36) und das Druckminderventil (38) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.."

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