DE3603605A1 - Verfahren zur behandlung von wasser im aquifer zur verringerung des nitrat-gehaltes - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der unterirdischen Auf­ bereitung von Wasser, und sie betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Wasser im Aquifer zur Verringerung des Ni­ trat-Gehaltes unter Anwendung eines Brunnes als Entnahme- und Injektionsbrunnens wechselweise, zweier Brunnen, wobei bei­ de Brunnen wechselweise als Injektions- bzw. Entnahmebrunnen be­ nutzt werden oder eines Entnahmebrunnens und einer Anzahl die­ sem in Fließrichtung des Wassers im Aquifer vorgeschalteten In­ jektionsbrunnen.

Wasserbehandlungen im Aquifer werden durchgeführt um im aus dem Grundwasser entnommenen Wasser enthaltene gelöste Stoffe zu verringern. So ist es bekannt, Grundwasser im Aquifer durch Ein­ trag von Sauerstoff einer Enteisenung bzw. einer Entmanganung zu unterziehen. Zum Behandeln des Grundwassers im Aquifer wird bei Verwendung eines Brunnens als Entnahmebrunnen dieser von Zeit zu Zeit zur Injektion des Behandlungsmittels in das Aqui­ fer benutzt. Auch ist die Verwendung zweier Brunnen bekannt; hierbei wird einer der Brunnen als Entnahmebrunnen, der andere als Injektionsbrunnen und zwar abwechselnd benutzt. Schließlich werden auch unter Be­ achtung der Fließrichtung des Grundwassers im Aquifer einem Ent­ nahmebrunnen Satelittenbrunnen zur Injektion des Behandlungsmit­ tels vorgeschaltet. Dabei versteht es sich von selbst, daß die Satelittenbrunnen auch den Entnahmebrunnen umgeben können, ins­ besondere dann, wenn bei geringer Fließgeschwindigkeit des Grund­ wassers im Aquifer die Fließrichtung bei Entnahme von allen Sei­ ten auf den Entnahmebrunnen gerichtet ist. Diese Technik wird u.a. bei folgenden Verfahren angewandt:

Aus der DE-PS 19 45 605 ist ein Verfahren zur Enteisenung von Wasser aus einem Grundwasserbrunnen bekannt, wobei man in die das Grundwasser führende Bodenschicht um den Brunnen herum Was­ ser injiziert, das Sauerstoff oder eine Sauerstoff abgebende Substanz enthält. Dazu wird das zu injizierende Wasser durch um den Brunnen im Abstand herum angeordnete, bis in die Grund­ wasser führende Bodenschicht reichende Rohre in das Grundwasser injiziert.

Weiterhin ist aus der DE-OS 25 42 333 ein Verfahren zur Reini­ gung von Grundwasser von Mangan oder anderen löslichen Substan­ zen im Aquifer durch Einleiten eines sauerstoffhaltigen oder eine Sauerstoff abgebende Substanz enthaltenden Mediums in die das Grundwasser führende Bodenschicht bekannt, bei der man zeit­ lich und/oder räumlich getrennt zunächst Sauerstoff oder eine Sauerstoff abgebende Substanz und eine Mangan-Verbindung und/oder eine andere Metall-Verbindung in das Grundwasser im Untergrund einleitet.

Beide Verfahren eignen sich zur Verringerung des Gehaltes an Kationen wie Eisen oder Man­ gan; eine Verringerung von Anionen, wie beispielsweise Nitrat, wird bei der Anwendung dieser Verfahren nicht beobachtet. In den letzten jahren ist festgestellt worden, daß Grundwasser ei­ nen Nitratgehalt hat, der stellenweise unerträglich hoch ist und das Wasser für die Verwendung durch Menschen und teilweise für die Benutzung in der Industrie ungeeignet, ja sogar gefähr­ lich macht. Darüber hinaus ist festzustellen, daß der Nitrat­ gehalt des Grundwassers zunimmt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren an­ zugeben, mit dessen Hilfe der Gehalt des Grundwassers an Nitrat und/oder anderen unerwünschten Stickstoff-Verbindungen vermin­ dert oder vollständig beseitigt werden soll und zwar im Aquifer, d.h. unterirdisch, bevor Wasser aus dem Grundwasser gefördert wird, so daß das geförderte Wasser mit entscheidend verringer­ tem Nitratgehalt oder vollständig frei von Nitrat bzw. anderen Stickstoff-Verbindungen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest zeitweise Sauerstoff abgebendes Wasser in das Aquifer injiziert wird und daß von Zeit zu Zeit ein das Verhält­ nis von Gesamthärte zu Karbonathärte des Wassers beeinflussendes Mittel gelöst in Wasser zusätzlich injiziert wird. Durch dieses Vorgehen wird erreicht, daß der relative Abstand zwischen Ge­ samthärte und Karbonathärte verkleinert wird, wodurch Vorgänge im Aquifer ausgelöst werden, die nach den vorliegenden Erkennt­ nissen im Sinne eines adsorptiven Ionenaustausches ablaufen. Dabei werden überraschenderweise die Nitrationen dann zurückge­ halten, wenn das Verhältnis Gesamthärte zu Karbonathärte kleine, gegen eins gehende Werte annimmt. Das Injizieren von Wasser mit den das Härteverhältnis beeinflussenden Mitteln erfolgt unter Zugabe von Sauerstoff oder von Sauerstoff abgebenden Mitteln zeitlich und/oder räumlich getrennt von der Entnahne des zu behandelnden Grund­ wassers, dessen Nitratgehalt zu verringern ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur Behand­ lung eines Wassers mit einer Karbonathärte kleiner als etwa 4° dH wird als das Verhältnis von Gesamthärte zu Karbonathärte beeinflussende Mittel Kohlendioxid oder ein Karbonat oder Bi­ karbonat eingesetzt. Eine andere Weiterbildung des Verfahrens zur Behandlung eines Wassers mit einer Karbonathärte größer als etwa 4° dH ist dadurch gegeben, daß als das Verhältnis von Ge­ samthärte und Karbonathärte beeinflussende Mittel ein alkali­ sierendes Mittel eingesetzt wird. Durch die Anwendung von Kohlendioxid, Karbonaten oder Bikarbonaten bei einem Wasser geringer Karbonathärte wird die Karbonathärte angehoben. Da­ durch nähert sich die Karbonathärte der auch steigenden Gesamt­ härte zumindest relativ, so daß das Verhältnis Gesamthärte zu Karbonathärte insgesamt abnimmt. Umgekehrt wird bei einem Was­ ser großer Karbonathärte durch die Verschiebung des p_H-Wertes durch alkalisierende Zugaben eine Absenkung der Gesamthärte bei annähernd gleichbleibender Karbonathärte erreicht; auch hier verringert sich das Verhältnis von Gesamthärte zu Karbonathärte, um im Grenzfall gegen eins zu gehen.

Bevorzugt werden dabei als alkalisierende Mittel Alkalihydroxide, vorzugsweise Natriumhydroxid, in Wasser gelöst, zugegeben. Die Alkalihydroxide, insbesondere das Natriumhydroxid ist in der Zudosierung unproblematisch. Seine Wirkung im Boden ist über­ schaubar und die geringfügige Verschiebung des p_H-Wertes zu größeren Werten hin, bringt den gewünschten Effekt der Ver­ ringerung der Nitrat-Ionen-Konzentration, der höchstwahrschein­ lich auf adsorptivem Ionentausch beruht.

In der Praxis wird vorgeschlagen, daß die Injektion des alkali­ sierenden Mittels in Intervallen erfolgt, wobei zwischen den Injektionsintervallen die Veränderung der Wasserstoff-Ionen-Kon­ zentration in gefördertem Wasser verfolgt wird und wobei die Injektion bei Erhöhung des die Wasserstoff-Ionen-Konzentration angebenden p_H-Wertes um 0,2 bis 0,3 beendet wird. Durch dieses Vorgehen wird ein Zusetzen des Brunnen durch unerwünschte Fallungsvorgänge ver­ mieden. Wenn im Laufe der Zeit das im Aquifer vorhandene Grundwasser erneut hinsichtlich des Verhältnisses Gesamthärte zu Karbonathärte beeinflußt werden. In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß die Überwachung des p_H-Wertes in einfacher Weise als Indikator für die Abnahme der Wirkung genommen werden kann. Danach wird, wie vorgeschlagen, beim Absinken des p_H-Wertes um etwa 0,2 bis 0,3 erneut das Ver­ hältnis von Gesamthärte zu Karbonathärte beeinflussende Mittel zu injizieren sein.

Die Erfindung geht von der in langer Praxis gewonnenen Erkennt­ nis aus, daß in Gebieten, in denen die Karbonathärte des ge­ förderten Grundwassers gleich oder annähernd gleich der Gesamt­ härte des Wassers ist, der Nitratgehalt verschwindend gering ist oder bei Null liegt. Darüber hinaus ist erkannt worden, daß die Karbonathärte des geförderten Grundwassers offensichtlich in Abhängigkeit steht zu dem Nitratgehalt des Wassers, denn es wur­ de gefunden, daß mit einer Zunahme der Karbonathärte des Grund­ wassers immer eine Abnahme des Nitratgehaltes verbunden ist. In Versuchen wurden daraufhin bei Entnahmebrunnen,die im ent­ nommenen Wasser einen hohen Gehalt an Nitraten aufwiesen, in das Aquifer des Grundwassers Injektionen mit das Verhältnis von Ge­ samthärte zu Karbonathärte beeinflussenden Mitteln ausgeführt. Es stellte sich dabei heraus, daß mit der Veränderung die­ ses Verhältnisses durch Steigerung der Karbonathärte bei Kohlen­ dioxid-, Karbonat- und/oder Bikarbonat-Eintrag bzw. durch Ab­ nahme der Gesamthärte beim Eintrag alkalisierender Mittel der Nitratgehalt spon­ tan abnahm. Es war dabei nicht erforderlich, die "Behandlungs­ mittel" für das Grundwasser ständig in das Aquifer einzuleiten, sondern es ist lediglich erforderlich, eine einmalige Injektion durchzuführen, die ggf. einmal oder in gewissen Abständen mehrmals zu wiederholen ist, um den Gehalt des geförderten Wassers an Nitraten auf einen Minimalwert zu bringen und zu halten. Die Menge des injizierten Wassers, das das "Behandlungsmittel" enthält, beträgt dabei einen geringen Bruchteil der Menge des aus dem Entnahmebrunnen geförderten Wassers. Bei der Injektion von Was­ ser das Mittel zur Beeinflussung des Verhältnisses von Gesamt­ härte zu Karbonathärte enthält, wird regelmäßig das Injektions­ wasser mit Sauerstoff oder mit Sauerstoff abgebenden Mitteln versetzt. Die Injektion von mit Sauerstoff oder mit Sauerstoff abgebenden Mitteln angereichertem Wasser kann dabei auch häufi­ ger erfolgen und unabhängig von der Injektion eines Wasser, das auch Mittel zur Beeinflussung des Verhältnisses von Gesamthärte zu Karbonat­ härte enthält.

Claims (7)

1. Verfahren zur Behandlung von Wasser im Aquifer zur Verringerung des Nitrat-Gehaltes unter Anwendung eines Brunnens als Entnahme- und Injektionsbrunnens wechselweise, zweier Brunnen, wobei bei­ de Brunnen wechselweise als Injektions- bzw. Entnahmebrunnen benutzt werden oder eines Entnahmebrunnens und einer Anzahl die­ sen in Fließrichtung des Wassers im Aquifer vorgeschalteten In­ jektionsbrunnen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zeitwei­ se Sauerstoff abgebendes Wasser in das Aquifer injiziert wird, und daß von Zeit zu Zeit ein das Verhältnis von Gesamthärte zu Karbonathärte des Wassers beeinflussendes Mittel gelöst in Wasser zusätzlich injiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Behandlung eines Wassers mit einer Karbonathärte kleiner als etwa 4° dH, dadurch gekennzeichnet, daß als das Verhältnis von Gesamthärte zu Karbonathärte beein­ flussende Mittel Kohlendioxid oder ein Karbonat oder Bikarbonat eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Behandlung eines Wassers mit einer Karbonathärte größer als etwa 4° dH, dadurch gekennzeichnet, daß als das Verhältnis von Gesamthärte zu Karbonathärte beeinflus­ sende Mittel ein alkalisierendes Mittel eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das al­ kalisierende Mittel Alkalihydroxid, vorzugsweise Natriumhydroxid, in Wasser gelöst, zugegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektion des alkalisierenden Mittels in Intervallen erfolgt, wobei zwischen den Injektionsintervallen die Veränderung der Wasserstoffionen-Konzentration im geförderten Wasser verfolgt wird und wobei die Injektion bei Erhöhung des die Wasserstoff­ ionen-Konzentration angebenden p_H-Wertes um 0,2 bis 0,3 beendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ jektion wiederholt wird, bis die angestrebte Verringerung des Nitratgehaltes erreicht ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennnzeich­ net, daß der p_H-Wert des geförderten Wassers überwacht wird und daß beim Absinken um etwa 0,2 bis 0,3 erneut das das Ver­ hältnis von Gesamthärte zu Karbonathärte beeinflussende Mittel injiziert wird.