DE3805200C1 - Arrangement for expelling readily volatile impurities from groundwater - Google Patents

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.