DE3805200C1 - Arrangement for expelling readily volatile impurities from groundwater - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Austreiben
leichtflüchtiger Verunreinigungen aus dem Grundwasser und
dem von ihm durchströmten Erdreich durch Erzeugung von
Unterdruck in einem bis in den Bereich des verunreinigten
Grundwassers getriebenen Brunnenschacht und Zuleitung von
Frischluft unterhalb des Wassespiegels im Brunnenschacht.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist bereits vor
geschlagen worden (DE-OS 36 25 488). Im Gegensatz zu den
herkömmlichen Verfahren, mit erheblichem Energieaufwand
Druckluft in das einen Brunnenschacht umgebende Erdreich
und/oder in das im Brunnenschacht angesammelte Grundwasser
einzupressen, wird bei dieser Anordnung Luft allein unter
der Wirkung des im wasserfreien Bereich des Brunnenschach
tes gebildeten Unterdruckes oder allenfalls mit ganz ge
ringem Überdruck eingeleitet. Dabei hat sich gezeigt, daß
hierbei mit relativ geringem Unterdruck überraschend große
Mengen an leichtflüchtigen Verunreinigungen in gasförmigem
Zustand abgesaugt werden können und ein beachtlich größe
rer Wirkungsgrad erzielt wird, als bei den erwähnten her
kömmlichen Verfahren. Bei den herkömmlichen Verfahren wer
den durch die angewandten hohen Drücke Laminarströmungen
abgerissen und Wirbel gebildet, welche den Wirkungsgrad
der Anlagen erheblich vermindern. Außerdem werden beim
Einpressen von Druckluft in das Erdreich oder beim Abpum
pen von Grundwasser die Verunreinigungen, die sich erfah
rungsgemäß ungleichmäßig im Erdreich verteilen, auch
zwangsläufig in nicht verseuchte Bereiche getrieben oder
gezogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs
genannte, bereits vorgeschlagene Anordnung dahingehend zu
verbessern, daß die Flüssigkeitsströmung in dem kontami
nierten, den getriebenen Brunnenschacht umgebenden Erd
reich im Sinne einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Aus
treibens der Verunreinigungen begünstigt wird.
Die gestellte Aufgabe wird mit einer Anordnung der ein
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Begrenzungswandung des Brunnenschachtes mindestens in
dem zwischen der Lufteingabestelle und dem Wasserspiegel
befindlichen Bereich mit feineren, eine laminare Flüssig
keitsströmung relativ großer Geschwindigkeit begünstigen
den Kapillaröffnungen und einer größeren freien Durchlaß
fläche als die übrige Brunnenschachtwandung ausgebildet
ist.
Mit den vorstehend genannten Merkmalen wird im luftdurch
strömten Flüssigkeitsbereich des Brunnenschachtes er
reicht, daß das dort durch den Luftdurchsatz von den
leichtflüchtigen Verunreinigungen ganz oder weitgehend
befreite und gleichzeitig mit Sauerstoff angereicherte
Grundwasser in erhöhtem Maße durch die feinen Kapillaren
der Brunnenschachtwandung in das umgebende Erdreich aus
strömt. Es hat sich gezeigt, daß sich dieses mit Luft an
gereicherte Grundwasser über einen beachtlichen Umgebungs
radius, der durch die Höhe des im Brunnenschacht erzeugten
Unterdruckes beeinflußt werden kann, in der Nähe des
Grundwasserspiegels im Erdreich vom Brunnenschacht weg
bewegt, ehe es nach unten in tiefere Grundwasserschichten
absinkt und dabei eine sich in der Umgebung des Brunnen
schachtes ausbildende Ringströmung mit verstärktem Grund
wasserzufluß in den Bodenbereich des Brunnenschachtes be
günstig. Das Ausfließen des Grundwassers aus dem wasser
spiegelnahen Reinigungsbereich des Brunnenschachtes wird
noch durch hydraulischen Druck begünstigt, den die zwi
schen der Lufteintrittsstelle und dem Grundwasserspiegel
durch die aufsteigende zugeleitete Frischluft in Schwin
gung versetzte Grundwassersäule verursacht. Durch die
Schwingungen ergeben sich hydraulische Druckimpulse und
ein pulsartiges Ausströmen des gereinigten Grundwassers.
Das zum verstärkten Ausströmen im grundwasserspiegelnahen
Bereich gezwungene gereinigte Grundwasser übt durch seine
natürliche Schwerkraft einen Vertikaldruck auf die dar
unterliegenden Grundwasserschichten aus und regt dadurch
die vorstehend erwähnte kreisförmige Grundwasserbewegung
um den Brunnenschacht herum unter Verstärkung des Grund
wasserzuflusses in den bodennahen Bereich des Brunnen
schachtes an. Gleichzeitig wird dadurch auch die erwünsch
te Vertikalströmung des Grundwassers aus dem unteren Be
reich des Brunnenschachtes in dessen oberen Reinigungs
bereich unterstützt. Die Bewegung des aus dem grundwasser
spiegelnahen Brunnenbereich zunächst horizontal ausströ
menden, gereinigten und mit Sauerstoff angereicherten
Grundwassers nach unten zum Durchspülen der Bodenschich
ten, die eine unterschiedliche Dichte aufweisen können,
wird besonders begünstigt, wenn auch im Bodenbereich des
Brunnenschachtes die Wandung filterartig wie oben ausge
bildet und der übrige Wandungsbereich wasserundurchlässig
gehalten wird. Der ganze Vorgang erfolgt ohne großes
Druckgefälle und damit ohne Störung eines Laminarflusses
des Grundwassers. Praktische Versuche haben ergeben, daß
eine Reinigung des verunreinigten Grundwasserbereiches mit
dem der Anordnung gemäß der Erfindung zugrundeliegenden
Reinigungsverfahren in kurzer Zeit erfolgt. Die erwähnte
vorteilhafte Wirkung konnte durch Druck- und Strömungs
messungen im Brunnenschacht und dem ihn weitreichend um
gebenden Erdreich bestätigt werden.
Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß mit
diesem Verfahren die Verunreinigungen nur in denjenigen
grundwasserversetzten Erdreichbereichen transportiert wer
den, in denen sie sich ohnehin angereichert oder verteilt
hätten, und nicht in benachbarte, nicht verunreinigte Erd
reichbereiche getrieben werden. Bei den vorhandenen Nie
derdruckverhältnissen wird verhindert, daß ein größerer
Anteil des von der eingeführten Luft durchzogenen Grund
wassers in Wassernebel oder Wasserdampf verwandelt und
durch den Unterdruckerzeuger abgezogen wird und den Wir
kungsgrad einer nachgeschalteten Filtervorrichtung ver
mindert.
Die Anordnung gemäß der Erfindung und das ihr zugrunde
liegende Verfahren begünstigt auch eine biologische Reini
gung des kontaminierten Erdreichs. Mit der Frischluft kön
nen aerobe Mikroben eingegeben werden, die mit dem durch
die Kapillaren ausströmenden Grundwasser ins Erdreich aus
getragen werden und dort das Cracken von Kohlenwasserstoff
molekülen begünstigen.
Vorteilhafterweise kann die Wandungsbewehrung des Brunnen
schachtes in dem luftdurchströmten Grundwasserbereich
zwischen Lufteingabestelle und Wasserspiegel aus zwei kon
zentrisch und mit Abstand voneinander angeordneten Sieb
wandungen bestehen, die durch Stützstege oder Siebwan
dungsteile gegeneinander abgestützt sind und deren Zwi
schenraum mit einem feine Kapillardurchgänge ergebenden
Granulat ausgefüllt ist. Die Wandungsbewehrung der anderen
Brunnenschachtbereiche kann aus bekannten Brunnenrohren
mit Schlitzbrückenlochung bestehen.
Durch die Unterdruckbildung im grundwasserfreien oberen
Bereich des Brunnenschachtes werden natürlich auch Gase
aus dem grundwasserfreien Erdreich in den Brunnenschacht
eingezogen. Bei stark porösen Böden kann dieser Anteil so
hoch werden, daß er die Unterdruckwirkung auf den Grund
wasserspiegel zu stark beeinträchtigt. Für diesen Fall
kann die Anordnung zweckmäßig eine schlauchbalgförmige
Folienwandung aufweisen, welche im grundwasserfreien
Brunnenschachtbereich das Ansaugen von Gasen verhindert,
wobei die Folienwandung mit ihrem inneren Ende an einem
Schwimmer verankert sein kann, der auch als Träger für
eine mit Abstand vom Wasserspiegel angeordnete und zur
Verteilung der zugeleiteten Frischluft im Grundwasser des
Brunnenschachtes dienende Siebwandung vorgesehen ist.
Nachfolgend werden Anordnungen gemäß der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert.
Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung
einer Anordnung;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1
bezeichneten Bereiches II des Brunnen
schachtes mit der dortigen Begrenzungs
wandung;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III
in Fig. 2;
Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung
mit näheren Einzelheiten;
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung
einer abgewandelten Anordnung.
Die schematische Fig. 1 zeigt einen Brunnenschacht 10, der
in ein durch Chlorkohlenwasserstoffe verseuchtes Erdreich
11 bis in den Grundwasserbereich 12 getrieben ist.
Der Grundwasserspiegel ist durch eine Linie 13 angedeutet.
Die Wandung des Brunnenschachtes ist mit bekannten durch
brochenen Brunnenrohren 14 armiert. Das obere Ende des
Brunnenschachtes ist durch einen Deckel 15 luftdicht ver
schlossen, auf welchen zur Unterdruckerzeugung im Brunnen
schacht ein Ventilator 16 aufgesetzt ist. Die vom Ventila
tor 16 aus dem Brunnenschacht 10 abgesaugte Luft wird über
ein Filter 17 ins Freie geleitet. Durch die Unterdruckbil
dung im Brunnenschacht 10 wird im Brunnenschacht und dem
anschließenden Erdreichbereich der Grundwasserspiegel ent
sprechend dem Linienbereich 13 a angehoben. Der Grundwas
serspiegel im Brunnenschacht 10 ist mit 13′ bezeichnet.
Im Innern des Brunnenschachtes 10 ist im Grundwasser 12′
mit Abstand unterhalb des Grundwasserspiegels 13′ eine
glockenförmige Siebplatte 18 angeordnet. In den Innenraum
19 dieser Glocke führt durch den Brunnenschacht 10 hin
durch eine Luftleitung 20, durch welche von außen Frisch
luft nachgezogen wird, die durch die Sieböffnungen der
Siebglocke 18 in einzelnen Luftbläschen zum Flüssigkeits
spiegel 13′ aufsteigt und in diesem Reinigungsbereich 21
des Brunnenschachtes die im Grundwasser 12′ enthaltenen
leichtflüchtigen Stoffe aufnimmt und mit austrägt.
In dem in Fig. 1 mit II bezeichneten Bereich ist die
Wandung des Brunnenschachtes 10 abweichend gestaltet und
nicht mit den üblichen geschlitzten Brunnenrohren ver
sehen. Die Fig. 2 und 3 zeigen diesen Wandungsbereich,
in welchem zwischen die bekannten und mit einer Schlitz
brückenlochung 22 versehenen Brunnenrohre ein Filterrohr
23 eingefügt ist. Das Filterrohr 23 weist eine innere
Siebwandung 24 und eine äußere Siebwandung 25 auf, die
konzentrisch zueinander mit Abstand angeordnet sind, aus
Metall oder Kunststoff bestehen können und einen größeren
Durchlaßquerschnitt als die angrenzenden Brunnenrohre 14
erbringen. Der zwischen den beiden Siebwandungen 24 und 25
bestehende Zwischenraum ist mit einem Granulat 26 ausge
füllt. Gemäß der Querschnittsdarstellung der Fig. 3 sind
die beiden Siebwandungen 24 und 25 durch radial gerichtete
Stege 27 und durch eine mäanderförmig verlaufende innere
Siebwandung 28 gegeneinander abgestützt und sowohl an
ihrem oberen als auch an ihrem unteren Ende durch Begren
zungsringe 29 versteift. Das Granulat ergibt eine Vielzahl
von feinen Kapillardurchgängen, durch welche das Grundwas
ser in einer Laminarströmung mit relativ großer Strömungs
geschwindigkeit fließen kann.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Anord
nung, bei welcher die glockenförmige Siebplatte 18 mit
Ketten 30 an einem Schwimmerring 31 hängt. Die Luftleitung
20′ besteht aus einem flexiblen Schlauch. Zwischen dem
den Brunnenschacht 10 verschließenden Deckel 15 und dem
Schwimmerring 31 ist eine schlauchbalgförmige Folienwan
dung 32 befestigt, die das Eindringen von Gasen aus dem
oberhalb des Grundwasserspiegels 13 befindlichen Erdreich
11 in den Brunnenschacht 10 verhindert. In dem Reinigungs
bereich 21 zwischen der Siebplatte 18 und dem Flüssig
keitsspiegel 13′ des Brunnenschachtes 10 sind die aufstei
genden Frischluftbläschen als Perlenketten angedeutet.
Durch diese aufsteigenden Luftbläschen wird das im Reini
gungsbereich 21 befindliche Grundwasser in Schwingungen
versetzt, nach oben mitbewegt und dann entlang der Wandung
nach unten zurückbewegt, wobei ein großer Teil durch die
Siebwandungen 24, 25 nach außen strömt. Die Schwingungen
begünstigen den seitlichen Austritt des Grundwassers durch
die Kapillaröffnungen der Siebwandungen 24 und 25. Es bil
det sich in der Umgebung des Brunnenschachtes 10 eine auch
in Fig. 1 durch Pfeile 33 angezeigte Ringströmung des
Grundwassers aus. Die Ausweitung dieser Ringströmung in
der Umgebung des Brunnenschachtes 10 läßt sich durch die
Stärke des im grundwasserfreien Brunnenschacht ausgebil
deten Unterdruckes beeinflussen. Im oberen Drittel des
Grundwasser 12′ führenden Brunnenschachtbereiches 10′
überwiegt das Ausströmen von Grundwasser, das im Bereich
der Siebwandungen 24, 25 besonders stark ist. In der unte
ren Hälfte des Grundwasser 12′ führenden Brunnenschacht
bereiches 10′ überwiegt dagegen der Zufluß von Grundwasser
in den Brunnenschacht. Dies ist in Fig. 4 durch eine
strichpunktiert eingetragene Druckverteilungskurve 34 auf
gezeigt. Aufgrund dieser Ringströmungsbildung wird auch im
Innern des Brunnenschachtes 10 ein Hochströmen des Grund
wassers 12′ aus dem unteren Brunnenschachtbereich ausge
löst.
Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Anord
nung, bei welcher der Brunnenschacht 10 bis auf einen
Siebwandungsbereich 35, der dem Siebwandungsbereich 24/25
der vorher beschriebenen Ausführungsform entspricht,
und auf einen unteren Siebwandungsbereich 36 mit wasser
undurchlässigen Rohren 37 ausgekleidet ist. Im grundwas
serfreien Bereich bis zum oberen Siebwandungsbereich 35
sind es doppelwandige wasserundurchlässige Rohre 38. Bei
dieser Anordnung kann ein Einlauf und Rücklauf von Grund
wasser nur durch den unteren Siebwandungsbereich 36 er
folgen, wodurch der Grundwasserkreislauf in der Umgebung
des Brunnenschachtes 10 noch verstärkt wird. Die Anordnung
ist zur Anordnung einer biologischen Reinigung des konta
minierten Erdreichs ausgebildet, wobei in den Ringraum 39
der doppelwandigen Rohre 38 über einen oberen Einlaß 40
mit Mikroben versetzte wäßrige Nährlösung eingegeben wer
den kann, die bis in den Siebwandungsbereich 35 abfließt
und dort von dem durch den Siebwandungsbereich 35 nach
außen tretenden gereinigten und mit Sauerstoff angerei
cherten Grundwasser in das umgebende Erdreich mitgenommen
wird. Um den biologischen Reinigungseffekt zu erhöhen, ist
bei der Anordnung nach Fig. 5 die Innenseite der wasser
undurchlässigen Wandungsrohre 37 mit einem elektrischen
Heizkörperbelag 41 zum Aufheizen des im Brunnenschacht 10
befindlichen Grundwassers auf eine für das Wachstum der
Mikroben günstige Temperatur versehen.
Claims (8)
1. Anordnung zum Austreiben leichtflüchtiger Verunreini
gungen aus dem Grundwasser und dem von ihm durchström
ten Erdreich durch Erzeugung von Unterdruck in einem
bis in den Bereich des verunreinigten Grundwassers ge
triebenen Brunnenschacht und Zuleitung von Frischluft
unterhalb des Wasserspiegels in den Brunnenschacht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswandung des
Brunnenschachtes (10) mindestens in dem zwischen der
Lufteingabestelle (19) und dem Wasserspiegel (13′)
befindlichen Reinigungsbereich (21) des Brunnenschach
tes mit feineren, eine laminare Flüssigkeitsströmung
relativ großer Geschwindigkeit begünstigenden Kapillar
öffnungen und einer größeren freien Durchlaßfläche als
die übrige Brunnenschachtwandung (14) ausgebildet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wandungsbewehrung des Brunnenschachtes (10) in dem
luftdurchströmten Reinigungsbereich (21) zwischen Luft
eingabestelle (19) und Wasserspiegel (13′) aus zwei
konzentrisch und mit Abstand voneinander angeordneten
Siebwandungen (24, 25) besteht, die durch Stützstege
(27) und/oder Siebwandungsteile (28) gegeneinander ab
gestützt sind und deren Zwischenraum mit einem feine
Kapillardurchgänge ergebenden Granulat (26) ausgefüllt
ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Wandungsbewehrung der anderen Brunnen
schachtbereiche aus bekannten Brunnenrohren (14) mit
Schlitzbrückenlochung (22) besteht.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Verteilung der zugeleiteten
Frischluft im Grundwasser (12′) des Brunnenschachtes
(10) eine Siebwandung (18) mit Abstand vom Wasser
spiegel (13′) angeordnet ist, die an einem Schwimmer
verankert ist, an welchem außerdem das Ende einer
schlauchbalgförmigen Folienwandung (32) befestigt ist,
die bis zur Brunnenschachtöffnung (Deckel 15) reicht
und ein Einsaugen von Gas aus dem den Brunnenschacht
(10) umgebenden grundwasserfreien Bodenbereich (11)
verhindert.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Begrenzungswandung des Brunnen
schachtes (10) auch im Bodenbereich (Siebwandungs
bereich 36) des Brunnenschachtes mit feineren, eine
laminare Flüssigkeitsströmung relativ großer Geschwin
digkeit begünstigenden Kapillaröffnungen und einer
größeren freien Durchlaßfläche als die übrige Brunnen
schachtwandung ausgebildet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die übrige Brunnenschachtwandung (Rohre 37, 38) wasser
undurchlässig gehalten ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brunnenschachtwandung in ihrem
unterhalb des Grundwasserspiegels (13) liegenden Be
reich mit Heizkörpern (41) oder -flächen versehen ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Brunnenschacht (10) im grund
wasserfreien Bereich mit doppelwandigen wasserundurch
lässigen Rohren (38) ausgekleidet ist.
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