DE4006435A1 - Verfahren zur grund- und sickerwassersanierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Grund- und Sickerwassersanierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der Grundwassersanierung ist das sogenannte Abpumpverfahren ein traditionelles und daher am weitesten verbreitetes Sanierungsverfahren. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein meist mit PVC oder verzinktem Stahlrohr ausgebauter Brunnen mit einer Nennweite zwischen 120 mm und 250 mm durch den Grundwasserleiter oder den wasserführenden Bodenhorizont hindurch in den Grundwasserstau abgesenkt. Das Grundwasser wird aus diesem Brunnen abgepumpt und über eine Wasseraufbereitungsanlage geleitet. Nach erfolgter Reinigung wird das Grundwasser entweder über einen zusätzlichen Schluckbrunnen in den Grundwasserleiter zurückgeleitet bzw. verrieselt oder in den Kanal geführt. Durch Abpumpen des Brunnens bildet sich ein Abpumptrichter aus.

Dieses Verfahren zur Grundwasserreinigung ist für umfassende Reinigungsaufgaben bei Kontamination mit unter anderem leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW), Kohlenwasserstoffen KW), Emulsionen sowie auch Schwebstoffen geeignet.

Allerdings ist für das Abpumpen und die Wiedereinleitung von Grundwasser ein Genehmigungsverfahren nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und anderen Vorschriften erforderlich und für die Wiedereinleitung von Wasser in den Grundwasserleiter sind regelmäßig die vorgegebenen Grenzwerte, wie z. B. der Trinkwasserverordnung, einzuhalten. Gerade bei Grundwasser, das aufgrund natürlicher Belastungen, wie beispielsweise Härtebildner, Eisen und Mangan aus natürlichen Quellen, wie z. B. moorigen Flußaltarmen, oder aufgrund anthropogener Vorbelastungen bei Eintritt in ein Grundstück belastet ist, stellt diese behördliche Verordnung eine mitunter unbillige Forderung dar.

Die durch den Pumpbrunnen erzeugte Grundwasserabsenkung kann - gerade bei bindigen Böden - nicht erwünschte Veränderungen der Bodenkennwerte bewirken, die unter Umständen eine Gefahr für den Baubestand auslösen, d. h. gegebenenfalls einen im Hinblick auf die Baustatik gefürchteten Grundbruch herbeiführen können.

In Bodenbereichen mit wechselnder Wasserführung, beispielsweise bei jahreszeitlichen Veränderungen der Nachfließmenge, können aufwendige Pumpenregelungen erforderlich werden.

Die Wasseraufbereitung, gerade bei eisen- und schwermetallhaltigem Grundwasser sowie bei Kontaminationen mit Metallkomplexen, Kohlerwasserstoffen usw. ist zum Teil extrem aufwendig. Vor der eigentlichen Wasserreinigung sind meist Abscheidungs-, Ausfällungs-, Ausflockungsstufen oder Emulsionsspaltanlagen usw. erforderlich, die die Wasserreinigung erheblich verteuern.

Außerdem können die Pumpen und das Pumpenzubehör durch gelöste Eisenmineralien verockern (Brauneisen).

Andere bereits vorgeschlagene oder bekannte Verfahren zur Grund- und Sickerwassersanierung (hierzu gehört beispielsweise der Unterdruck - Verdampfungsbrunnen) beruhen auf den Grundverfahren der Zweiphasentrennung.

Diese Verfahren sind relativ neu und haben ihre wissenschaftliche Grundlage in der physikalischen Verfahrenstechnik. Im Unterschied zum on-site reinigenden Abpumpverfahren kann mit den Grundverfahren der Zweiphasentrennung unter gewissen Rahmenbedingungen das Grund- oder Sickerwasser in-situ gereinigt werden. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß mit Luft gearbeitet wird, die unter Umständen mit den auszutragenden Kohlenwasserstoffkontaminationen explosionsfähige Gasgemische bilden kann bzw. daß sich bei einigen Kohlenwasserstoffen Peroxide bilden, die ausfallen und sich somit anreichern und explosiv zerfallen können. Problematisch ist es auch, daß durch dieses Verfahren gemäß dem Henry′schen Gesetz der Partialdruck nur proportional dem angelegten Außendruck abgesenkt wird und so bei dem angelegten Unterdruck nur ein kleiner Prozentsatz der gelösten Schadstoffe ausgetragen wird.

Bei den Verfahren der Zweiphasentrennung kann das Wasser, insbesondere Grundwasser nur von niedersiedenden Stoffen oder Gasen mit relativ hohem Dampfdruck gereinigt werden. In nur begrenztem Umfange können Schadstoffe wie Benzol, Toluol oder Xylol (DTK) oder beispielsweise PER ausgetragen werden.

Der hohe Unterdruck bewirkt die Ansaugung großer Mengen von Fehlluft aus den umgebenden Bodenhorizonten und von der Erdoberfläche. Es sind zum Teil aufwendige flächendeckende Abdichtungsmaßnahmen, beispielsweise Versiegelung der Erdoberfläche mit Asphalt, Verlegen und Bewässern von Bentonit-Dichtmatten, zur Erzielung des spezifizierten Reinigungserfolges erforderlich.

Durch den Unterdruck zur Phasentrennung wird der Pegel des Wasserspiegels angehoben. Es bildet sich ein äußerer Kreislauf aus, wobei oben das Wasser aus dem Brunnen horizontal - radial abfließt, dann in einer gewissen Entfernung absinkt und unten im Brunnen wieder angesaugt wird. Bei einem oft standardmäßig angelegten Unterdruck von 5000 Pa kommt es zu einer Überhöhung im Pegel von etwa 50 cm. Die Überhöhung beträgt teilweise noch in 50 m Entfernung vom Brunnen über 10 cm. Da das Grundwasser meist nicht steht, sondern fließt, ist damit zu rechnen, daß der nicht abgetrennte Schadstoffanteil zentrisch in dem Brunnen verteilt wird und abfließt und den Schadensherd so vergrößert, insbesondere dann, wenn der Brunnen nicht im Zentrum des Schadensherdes plaziert wurde.

Die Durchführung des Verfahrens setzt vom chemisch-physikalischen Aufwand her gesehen eine komplexe und aufwendige Meß- und Einregelungstechnik voraus.

Durch die Ausbildung des oben erwähnten äußeren Kreislaufes von oben nach unten muß mit der Möglichkeit einer Tiefen-Mobilisierung der Schadstoffe gerechnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem Grund- und Sickerwasser in-situ außer von gelösten Stoffen auch von Emulsionen sowie Schwebstoffen gereinigt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können vorteilhafterweise zwei miteinander kombinierbare Wirkungen erzielt werden. Die eine Wirkung basiert auf dem aus der chemischen Verfahrenstechnik bekannten Prinzip der Desorption, nach welcher das für die Gasperlen verwendete Gas im Wasser physikalisch sehr gut löslich ist und sich im Wasser bis zur Sättigungsgrenze löst und die im Wasser gelösten Stoffe austauscht, so daß diese Stoffe ausgetrieben werden.

Demgemäß ist es vorteilhaft, ein in Wasser lösliches Gas im Überschuß für die Gasperlen zu verwenden.

Dabei besteht der Vorteil, daß die gelösten Schadstoffe nahezu vollständig und nicht nur teilweise abgetrennt werden. Diese Schadstoffe diffundieren in die überschüssigen Gasperlen und werden mit diesen zum Wasserspiegel transportiert, so daß die Gasperlen vorteilhafterweise gleichzeitig als Austragungsmedium dienen. Die ausgetragenen Schadstoffe können abgesaugt werden.

Wie später gezeigt wird, ist es auch vorteilhaft, wenn das in Wasser gelöste Gas eine Säure bildet (Anspruch 2).

Die Diffusion wird wesentlich von drei Faktoren bestimmt:

• a) der Art des Gases oder Desorptionsmittels,
• b) der Verweildauer des Desorptionsmittels im Wasser, und
• c) der Oberfläche des Desorptionsmittels.

Im Hinblick auf a) sollte, wie schon erwähnt, das Gas gut in Wasser löslich sein.

Die Verweildauer sollte möglichst lang sein, was bedeutet, daß die Steiggeschwindigkeit der Gasperlen im Wasser möglichst klein sein sollte. Bevorzugterweise wird ein Gas verwendet, dessen Gasperlen bezogen auf gleiche Temperatur im Wasser eine geringere Steiggeschwindigkeit als Luftperlen aufweisen (Anspruch 3), vorzugsweise bezogen auf 20°C weniger als 0,5 m/sec. (Anspruch 4).

Im Hinblick auf c) sind möglichst kleine Gasperlen in großer Zahl vorteilhaft. Bevorzugterweise wird ein Gas verwendet, dessen Gasperlen bezogen auf die gleiche Temperatur und den gleichen Druck eine Perlengröße oder einen Perlendurchmesser aufweisen, die oder der kleiner als eine bei dieser Temperatur und diesem Druck erreichbare kleinste Perlengröße von Luftperlen ist (Anspruch 5). Vorzugsweise ist bezogen auf 20°C und den auf dem Wasser lastenden Atmosphärendruck die Perlengröße kleiner als ein Mikrometer (Anspruch 6).

Ein hervorragend geeignetes und allen vorstehend genannten Forderungen genügendes Gas ist CO₂ (Anspruch 7), da es in der chemischen Verfahrenstechnik und Trinkwasseraufbereitung ein sehr bekanntes, weit verbreitetes und preiswertes Gas ist, das vorteilhafterweise bei der Abwasserreinigung und Grundwassersanierung gefahrlos als Desorptionsmittel einsetzbar ist.

Die Steiggeschwindigkeit von CO₂ beträgt in reinem Wasser bei 20°C etwa 0,415 m/sec. CO₂ kann zudem in Mikroperlen von etwa 0,05 Mikrometer Durchmesser ausgedüst werden und bietet somit im Vergleich zu Luft eine stark vergrößerte als Kontaktfläche dienende Oberfläche. Beide Faktoren stellen ein maximales Lösungsverhalten von CO₂ in Wasser sicher.

Das im Wasser gelöste CO₂ gast im weiteren Verlauf des Grundwasserstromes wieder aus und diffundiert in den Boden, wo es unter anderem von der Vegetation wieder aufgenommen wird. Nach neuesten Untersuchungen wurde festgestellt, daß bei ausreichender Dotierung von CO₂ im "Pflanzenverfügbaren Wasser" der in der Landwirtschaft erforderliche Fungizideinsatz sich halbiert und dort eine höhere landwirtschaftliche Nutzung gegeben ist (VDI-Nachricht, Nr. 39 vom 29.9.1989, Seite 38). Ein geringer Teil CO₂, der jedoch in der Mineraliengesamtbilanz des Grundwassers eine vernachlässigbare Größe bildet, geht mit dem Wasserstoff eine Ionenreaktion ein (Hydratisierung des CO₂) und bildet Hydrogen-Carbonat (HCO₃), das ein in jedem Grundwasser vorkommender Härtebildner ist.

Die zweite Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in einer Gas-Flotation. Unter Flotation wird dabei verstanden, daß im Wasser ungelöste Stoffe, wie z. B. Mineralöle, Emulsionen usw. durch Gasperlen und den dabei entstehenden Auftrieb zum Wasserspiegel transportiert werden. Die flotierten Schadstoffe schäumen aus dem Wasser aus und können beispielsweise mit einer Pumpe abgezogen werden. Die Flotationswirkung kann auch mit einem in Wasser schlecht löslichen Gas erzielt werden. Ist das Gas jedoch gut wasserlöslich, können die Desorptionswirkung und die Flotationswirkung kombiniert erhalten werden, so daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Reinigung des Wassers sowohl von gelösten als auch von ungelösten Stoffen in-situ und in einem einzigen Verfahrensschritt erreicht werden kann. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Um mit einem wasserlöslichen Gas die Flotationswirkung zu erhalten, ist es lediglich notwendig, mit einem ausreichenden Gasüberschuß zu arbeiten. CO₂ eignet sich in nahezu idealer Weise als Flotationsmittel.

Die Gasperlen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise durch Einleiten des betreffenden Gases in einen im Wasser angeordneten Düsenkörper eingebracht werden (Anspruch 10), der beispielsweise eine Filterkerze oder eine Düsenplatte (Fritte) sein kann.

Bevorzugterweise werden die Gasperlen in einem von oben nach unten im Grund- oder Sickerwasser sich erstreckenden Rohr eingebracht, das in einem oberen Rohrabschnitt und in einem im Abstand davon angeordneten unteren Rohrabschnitt jeweils zumindest eine Öffnung, vorzugsweise jedoch eine größere Anzahl von Öffnungen, aufweist, mittels welchen Wasser durch das Rohr und im Bereich außerhalb des Rohres umwälzbar ist (Anspruch 11).

Das im Grundwasser sich erstreckende Rohr ist vorzugsweise bis zu einer vorgebbaren Tiefe in einen Grundwasserstauer hinein abgesenkt (Anspruch 12), während das in einem offenen Gewässer sich erstreckende Rohr in einer vorgebbaren Höhe über einem Untergrund endet (Anspruch 13).

Vorteilhaft ist es, wenn im Rohr ein Unterdruck über dem Wasserspiegel erzeugt wird (Anspruch 14). Das Einbringen, insbesondere Eindüsen von Gas, beispielsweise CO₂, bei Unterdruck bewirkt, daß sich das Gas im Unterdruck ausdehnt und abkühlt. Kaltes Gas nimmt beim Durchperlen des Wassers keine zusätzliche Flüssigkeit mehr auf. Das aus dem Wasser austretende Gas ist relativ trocken. Der Trocknungsgrad ist von der Temperatur und demnach vom jeweils angelegten Unterdruck abhängig. Der Austritt von trockenem Gas hat den Vorteil, daß in einer nachfolgenden Gasaufbereitung, beispielsweise durch Aktivkohlefilter, weniger Kondenswasser anfällt. Das überschüssige Gas kann nach erfolgter Reinigung wieder im Kreislauf in das Rohr zurückgeleitet werden.

Wenn durch die durch den Unterdruck bewirkte Erhöhung des Wasserspiegels im Rohr beispielsweise die Auslaugung von Schadstoffen im Bereich oberhalb des Grundwasserspiegels zu befürchten ist, ist es zweckmäßig, wenn das Rohr oberhalb des Grund- oder Sickerwasserspiegels gegenüber dem umgebenden gewachsenen Boden abgedichtet ist (Anspruch 16).

Zum Entfernen flotierter Schadstoffe auf dem Wasserspiegel ist vorzugsweise eine Pumpe zum Abziehen dieser Schadstoffe vorgesehen.(Anspruch 19).

Bei einer extrem hohen Belastung des Grundwassers mit halogenierten Kohlenwasserstoffen, beispielsweise LCKW, (leichtflüchtige Chlor-Kohlenwasserstoffe, meist Aliphate) aber auch mit Pentachlorphenol (PCP), polychlorierten Biphenylen (PCB), usw. ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren durch elektrochemische Vorgänge zu unterstützen. Dazu wird zweckmäßigerweise zumindest eine Anode und Kathode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Wasser vorgesehen (Anspruch 18). An diese Elektroden wird ein schwacher Gleichstrom mit je nach Aufgabenstellung unterschiedlich hoher Stromstärke geleitet, der ein elektrisches Feld im Wasser aufbaut. Durch diese Maßnahme können vier Faktoren bei der Reinigung des Wassers zusammenwirken:

• - pH-Wert-Absenkung des Wasser bei Verwendung eines Gases gemäß Anspruch 2,
• - die vom Gas ausgehende Desorption und Flotation,
• - die Abgabe bzw. Aufnahme von Elektronen (soge­ nannte Redoxreaktionen),
• - die Hydrolyse, d. h. die Spaltung von Wasser in H₂ und O₂.

Das Zusammenwirken dieser Faktoren bewirkt:

• - Die kathodische Reaktion und Dehalogenierung der Halogen-organischen Verbindungen zu nicht mehr chlorierten Produkten, wie z. B. das Pentachlor­ phenol über Tetra-, Tri-, Di- und Monochlorphenol zu Phenol
• - Metallionen, wie z. B. Kupfer-, Blei-, Zinn-, Queck­ silber-, oder Cadmium-Ionen werden kathodisch aus den Lösungen abgeschieden. Diese Ionen haften ent­ weder an der Kathode oder sinken als Schlamm ab und können im Brunnensumpf aufgefangen werden.
• - Durch anodische Oxydation werden diverse Be­ lastungsstoffe wie Cyanide, Nitrite (wie H₄Y), Chloride, usw. oxidiert und ausgeflockt, so daß sie nunmehr vom Gas, vorzugsweise CO₂, flotiert werden.
• - Durch elektrochemische Redox-Vorgänge kann die Wertigkeit von Metallen geändert werden, z. B. von Chrom-VI zu Chrom-III und damit die Aus­ tragung dieser Stoffe aus dem Wasser beschleu­ nigt werden.
• - Schwermetallkomplexe werden im sauren Milieu, wie es sich durch CO₂-Zugabe ausbildet, in Hydroxide übergeführt, die ausfallen.

Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Wasser mit Ultraschall behandelt. Dadurch können die Schadstoffe wie Mineralölemulsionen fein dispergiert werden, um sie für die Flotation aufzubereiten. Außerdem können Emulsionen verflockt und ebenfalls für die Flotation aufbereitet werden (Anspruch 20).

Das erfindungsgemäße Verfahren hat generell folgende Vorteile:

• - Es sind keine wasserrechtlichen Genehmigungsver­ fahren für die Entnahme und Wiedereinleitung von Grundwasser erforderlich.
• - Es werden mit dem hydraulischen Verfahren ver­ gleichbare Reinigungsleistungen zu einem Bruch­ teil der Kosten für die Wasserreinigung erzielt.
• - Es besteht eine anwendungsbezogene Flexibilität mit einer gezielten Austragung spezifischer Schadstoffe.
• - Die Betriebskosten werden optimiert.
• - Der Grundwasserspiegel wird nicht oder nur gering­ fügig erhöht.
• - Der Abgasstrom kann im Kreislauf geführt werden. Damit können immissionsrechtliche Auflagen ver­ mieden werden.
• - Der Abgasstrom hat eine geringe Restfeuchtigkeit. Daher ist eine aufwendige Vorbehandlung des Gases vor Eintritt in eine Abgasreinigungsanlage nicht erforderlich.
• - Der Platzbedarf ist gering. Die Abgasbehandlung und die Auffrischung des Gases kann räumlich von einem Brunnen getrennt aufgestellt werden. Ein zur Durchführung des Verfahrens verwendeter Brunnen kann zusammen mit der Brunnenausrüstung als Unterfluranlage eingebaut werden und behin­ dert weder die laufende Produktion noch den Werk­ verkehr.
• - Es können umfassende Reinigungsaufgaben bei Kon­ taminationen mit unter anderem chlorierten Koh­ lenwasserstoffen (CKW) fluorierten Kohlenwasser­ stoffen (FKW, FCKW), Kohlenwasserstoffen (KW), Emulsionen und Schwebstoffen gelöst werden.
• - Es ist eine große Reinigungszone und damit ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht.
• - Die Reinigung erfolgt mit großer Leistung und die Gefahr einer Verunreinigung des Wassers in der Umgebung der Reinigungszone besteht nicht oder ist unbedeutend, weil in der Reinigungs­ zone 100% oder nahezu 100% der Schadstoffe aus dem Wasser ausgetragen werden.
• - Durch CO₂-Zugabe zum Grundwasser ergibt sich der bereits genannte Vorteil für die Landwirt­ schaft und die Umwelt, der in einem dann gerin­ geren Fungizideinsatz und einer auf die Fläche berechneten höheren Produktionsrate zu sehen ist.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung beispielhaft näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Anordnung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 in der gleichen Darstellung eine mo­ difizierte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Anordnung nach den Fig. 1 und 2 dienen zur Reinigung von Grundwasser und sind in den Erdboden eingebaut. Es bedeuten GOK die Geländeoberkante, TB einen unmittelbar unter der Geländeroberkante GOK liegenden ungesättigten, d. h. im wesentlichen trockenen Bodenbereich, NB den unter dem ungesättigten Bereich TB angeordneten Grundwasserleiter, der mit Wasser gesättigt ist, GSp den Grundwasserspiegel und GSt den unter den Grundwasserleiter NB befindlichen Grundwasserstauer.

Von der Geländeroberkante GOK her ist ein Brunnen B durch den Bereich TB und den Grundwasserleiter NB bis zu einer Tiefe T von beispielsweise einen Meter in den Grundwasserstauer GSt hinein abgetäuft.

Der Brunnenbereich BS im Grundwasserstauer GSt bildet einen Brunnensumpf.

Im Brunnen B ist ein Brunnenrohr BR angeordnet, das bis zum Boden des Brunnens B reicht. Der Zwischenraum zwischen der Umfangswand BW des Brunnens und dem Brunnenrohr BR ist mit wasserdurchlässigem Material, beispielsweise Kies Ki ausgefüllt.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 beträgt die Nennweite NW des Brunnenrohres BR beispielsweise 150-200 mm oder mehr. Das Brunnenrohr BR weist in einem oberen Rohrabschnitt RA 1 eine oder meist mehrere Perforationen mit Öffnungen Of und in einem im Abstand RZ davon angeordneten unteren Rohrabschnitt RA 2 eine oder meist mehrere Perforation mit Öffnungen Of in der Rohrwand auf.

Durch diese Perforationen ist Wasser durch das Brunnenrohr BR von unten nach oben umwälzbar.

Der Abstand RZ definiert im wesentlichen eine Raktionszone im Brunnenrohr BR, das z. B. aus Kunststoff oder Metall oder aus einer Kombination aus beiden bestehen kann.

Möglichst tief im Brunnen und möglichst auch unterhalb der Reaktionszone ist ein Düsenkörper DüK im wassergefüllten Brunnenrohr BR angeordnet, zu dem von oben her ein Rohr R führt, durch welches das die in das Wasser einzubringenden Gasperlen Prl erzeugendes Gas dem Düsenkörper DüK zuführbar ist. Auch eine andere Feinverteilung des Gases ist möglich.

Die am Düsenkörper DüK austretenden Gasperlen steigen im Rohr nach oben, wobei sie zum Teil physikalisch im Wasser bis zur Sättigung gelöst werden, zum Teil als Gasperlen durchströmenden und die im Wasser enthaltenen und ausgetriebenen Schadstoffe aufnehmen und zum Wasserspiegel transportieren, wobei je nach verwendetem Gas die Desportion und/oder Flotation wirksam wird.

Bei beiden Anordnungen ist das Brunnenrohr BR im Brunnenkopf durch eine Dichtung Di pneumatisch abgedichtet, durch die das Rohr R zum Düsenkörper DüK geführt ist und aus der ein Absaugrohr AR zu einer Saugeinrichtung SE führt.

Die Saugeinrichtung SE erzeugt im Gasraum GR über dem Grundwasserspiegel GSp im Brunnenrohr BR einen Unterdruck P1 gegenüber dem äußeren Umgebungsluftdruck Po. Die Saugeinrichtung SE kann ein Sauggebläse oder eine andere, einen Unterdruck erzeugende Einrichtung, beispielsweise eine Wasser- oder Dampfstrahlpumpe sein.

Von der Druckseite der Saugeinrichtung SE führt eine Leitung L2 zu einer Gasreinigungsanlage GRei, von der eine Leitung L1 zum oberen Ende des Rohres R zurückführt. In die Leitung L1 können auch ein Pufferbehälter Puf zur Vorratshaltung des Gases und andere Konditioniereinrichtungen, beispielsweise eine Druckerhöhungseinrichtung eingebaut werden.

Die Saugeinrichtung SE saugt die in den Gasraum GR ausgetragenen und die Schadstoffe enthaltenden Gase ab und führt sie der Gasreinigungsanlage GRei zu, aus der das gereinigte Gas über die Leitung L1 und das Rohr R wieder dem Düsenkörper DüK zugeführt wird.

Nach der Gasreinigungsanlage GRei und vor dem Rohr R kann auch ein Stutzen S angebracht werden, durch den "Frischgas" bei Bedarf dem System zugeführt wird.

Als Gas wird bei beiden Anordnungen vorzugsweise CO₂ verwendet, das die eingangs beschriebenen Vorteile aufweist. Bei dem Frischgas handelt es sich also vorzugsweise um nachzuschiebendes CO₂.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das ohne Pumpe arbeitet (Fig. 1), erforderliche Unterdruck im Gasraum GR kann vorteilhafterweise relativ klein sein und beträgt je nach hydrologischen und geologischen Verhältnissen 500-5000 Pa. Beim Verfahren der Fig. 2 ist im Gasraum GR kein Unterdruck erforderlich. Das Gas kann im Falle eines Unterdruckes im Gasraum GR in der Nähe von Null Pa durch eine Druckerhöhungseinrichtung (beispielsweise ein Gebläse, druckseitig) in das Rohr R und weiter über den Düsenkörper DüK in das Wasser hineingedrückt werden.

Bei Verwendung von gut in Wasser löslichen Gasen zur Erzeugung der Gasperlen Prl ist die Menge des einzusetzenden Gases größer zu wählen als die Menge des Gases, die im Wasser in Lösung geht. Beispielsweise wird die Menge des einzusetzenden Gases doppelt so groß wie die Gasmenge gewählt, die in Lösung geht. Die in Lösung gehende Gasmenge geht verloren und muß ständig nachdosiert werden. Die nicht in Lösung gehende Gasmenge wird im Kreislauf geführt.

Die im Rohr aufsteigenden Gasperlen Prl bewirken und/oder verstärken die turbulente Durchmischung und Umwälzung des Wassers im Brunnenrohr BR, wobei das schadstoffbelastete Wasser in den Öffnungen Of des unteren Rohrabschnittes RA2 in das Innere des Brunnenrohres BR eintritt und aus den Öffnungen Of des obere Rohrabschnittes RA1 nahezu zu 100% gereinigt austritt.

Bei Rohren mit einer Nennweite NW von mehr als 250 mm, wie sie beispielsweise bei pumpenunterstützter Wasserumwälzung verwendet werden, kann der Düsenkörper DüK aus einer Düsenplatte bestehen. Ansonsten wird bei kleineren Rohrweiten eine Düsenkerze oder dergleichen eingesetzt.

Durch Erhöhung des Gasüberschusses auf das mehrfache der in Lösung gehenden Gasmenge können beide Anordnungen zur Flotationansordnung erweitert werden. Der dadurch auf dem Wasserspiegel GSp im Brunnenrohr BR entstehende Schaum (siehe Fig. 2) wird vorteilhafterweise durch eine selbstsaugende Pumpe Pu, beispielsweise eine Seitenkanalkreiselpumpe abgesaugt. Andere Pumpen, wie beispielsweise eine Strahlpumpe oder dergleichen können ebenfalls verwendet werden. Der abgesaugte Schaum wird in getrennte Auffangbehälter geleitet und weiter aufbereitet, beispielsweise in einer Ölabscheidung, Emulsionsspaltanlage usw.

Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 in dreierlei Hinsicht. Zum einen ist im unteren Teil des Brunnens B eine Tauchpumpe TPu unterhalb des Düsenkörpers DüK angeordnet, die eine größere Umwälzung des Wassers durch das Brunnenrohr BR und damit eine größere Nennweite NW dieses Rohres ermöglicht, so daß der Düsenkörper DüK aus einer Düsenplatte bestehen kann. Das von der Tauchpumpe TPu durch die Öffnungen Of im unteren Rohrabschnitt RA2 angesaugte Wasser wird der Reaktionszone durch eine Öffnung in einer pneumatischen Abdichtung PnD zugeführt, die zwischen der Tauchpumpe TPu und dem Düsenkörper DüK angeordnet ist.

Mit Hilfe dieser Tauchpumpe TPu kann die Reinigungswirkung optimiert werden. Die Pumpe TPu kann durch einen am Wasserspiegel WSp im Brunnenrohr BR angeordneten Schwimmschalter SchS gesteuert, insbesondere ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch kann die Anströmung des Wassers in das Brunnenrohr BR optimiert werden.

Zum anderen ist am Brunnenkopf des Brunnens B eine Dichtung Di vorgesehen, die bewirkt, daß der durch Unterdruck im Inneren des Brunnenrohres BR um die Höhe h gegenüber der Umgebung erhöhte Grundwasserspiegel GSp in radialer Richtung nach außen allmählich abfällt, wenn eine Abströmung des austretenden Wassers gewährleistet ist. Ansonsten steigt der Grundwasserspiegel Gsp in der Nähe des Brunnen an, so wie es in der Fig. 1 angedeutet ist. Die damit erzielbaren Vorteile sind eingangs erwähnt. Überdies ist die Überhöhung h bei dem erfindungsgemäßen Verfahren relativ gering, weil ein relativ geringer Unterdruck umgesetzt wird und die Leistung der Pumpe TPu durch den Schwimmschalter SchS gesteuert wird.

Zum dritten kann die Anordnung nach Fig. 2 als Unterfluranlage ausgebildet werden. Dazu ist der obere Teil des Brunnenkopfes erweitert und in diesem erweiterten Raum ist die Brunnenausrüstung mit der Saugeinrichtung SE, der Gasreinigung GRei den Leitungen L2 und L1 und der Pumpe Pu angeordnet, wobei noch weitere Einrichtungen in diesem Raum vorgesehen werden können. Der erweiterte Raum ist mit einem Deckel Dkl abgedeckt. Die Anordnung nach Fig. 2 behindert weder die laufende Produktion noch den Werkverkehr.

Die vorliegende Anordnung kann unter Flur eingebaut werden. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. Die Funktion der Reinigungsanlage wird dadurch nicht berührt.

Durch Einbau einer oder mehrerer nicht dargestellter Anoden und Kathoden in einem zu definierenden Tiefenbereich im Brunnen B, beispielsweise im Inneren des Brunnenrohres BR kann die Anordnung nach Fig. 1 oder Fig. 2 zur Elektroflotationsanlage erweitert werden. Hierzu werden als Elektrodenmaterialien Graphit, Eisen oder Aluminium eingesetzt, wobei die Materialauswahl von der Aufgabe der Elektroden abhängt (Reduktion oder Oxydation, Elektronenspender oder Elektronenempfänger). Die an die Elektroden anzulegende Gleichspannung richtet sich nach den jeweiligen Erfordernissen. Da zur kathodischen Reduktion von Kohlenwasserstoffen etwa 2 kW/h benötigt werden, wird ein sehr hoher Strom von etwa 1000-2000 Amper fließen. Da im Wasser meist Kurzschlußbedingungen herrschen, wird regelmäßig ein Vorwiderstand eingebaut. Zur Reduktion/Oxydation ist zu bemerken, daß insbesondere das elektrolytisch gebildete O₂ die Zerlegung der Schadstoffe ermöglicht und beschleunigt. Durch Ansäuerung des Wassers mittels CO₂ erfolgt eine PH-Wert-Senkung die die Hydrolisierung von Metall-, insbesondere Schwermetallkomplexen zur Folge hat. Die Metalle bilden Hydroxide, die im Wasser ausgefällt werden und sich als Schlamm im Brunnensumpf BS absetzen. Sie können dort mittels einer Tauchpumpe, beispielsweise einer Exzenterschneckenpumpe aus diesem Sumpf BS bzw. aus einem dort installierten Auffangbehälter abgepumpt werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 werden die Metallhydroxide vom Wasserstrom mitgerissen und durch die Gasperlen zur Oberfläche flotiert.

Das im Brunnenrohr BR befindliche Wasser kann bei beiden Anordnungen nach Fig. 1 und Fig. 2 mit Ultraschall behandelt werden, um Schadstoffe zu dispergieren oder um Flockenbildung anzuregen, um sie für die Flotation aufzubereiten. Durch die Ultraschallbehandlung können auch Schwermetallkomplexe bei sauren Umgebungsbedingungen, wie sie bei Verwendung von CO₂ bestehen, in Metallhydroxide übergeführt werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß das vorzugsweise verwendete CO₂-Gas eine Schutzgasfunktion erfüllt. Die beim Stand der Technik verwendete Luft kann dagegen mit verschiedenen Chemikalien explosiv reagieren, wobei gefährliche Reaktionsprodukte entstehen können. So bildet beispielsweise das Lösungsmittel Tetrahydrofuran Tetromethylenoxid) an der Luft bzw. bei Zutritt von Luft explosionsfähige Peroxide, die als Feststoffe ausfallen und sich absetzen. Dabei verstopfen sie unter Umständen die Abgasreinigungsanlage. Diese Peroxide können bei Druckeinwirkung (z. B. Stößen, Wellen usw.) explodieren. Kohlenwasserstoffdämpfe und Luft können beispielsweise auch ein explosionsfähiges Gas-Luftgemisch bilden.

Claims (26)

1. Verfahren zur Grund- und Sickerwassersanierung, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wasser im Wasser lösliche Gasperlen (Prl) eingebracht werden, die nach oben steigen und im Wasser enthaltenene Schadstoffe austreiben und zum Wasserspiegel (GSp) transportieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Wasser gelöste Gas eine pH-Wert-Verschiebung in den sauren Bereich bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gasperlen (Prl) eingebracht werden, die bezogen auf die gleiche Temperatur im Wasser eine geringere Steiggeschwindigkeit als Luftperlen aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gasperlen (Prl) eingebracht werden, die bezogen auf 20°C im Wasser eine Steiggeschwindigkeit weniger als 0,5 m/s aufweisen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gasperlen (Prl) eingebracht werden, die bezogen auf gleiche Temperatur und gleichen Druck mit einer durchschnittlichen Perlengröße erzeugbar sind, die kleiner als eine bei dieser Temperatur und diesem Druck erreichbare kleinste durchschnittliche Perlengröße von Luftperlen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gasperlen eingebracht werden, die bezogen auf 20°C und den auf dem Wasser lastenden Atmosphärendruck im Wasser mit einer durchschnittlichen Perlengröße von weniger als einem Mikrometer erzeugbar sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas CO₂ ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas eine Mischung von einem oder mehreren anderen Gasen mit CO₂ in einem beliebigen Verhältnis ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als anderes Gas Stickstoff vorgesehen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasperlen (Prl) durch Einleiten eines Gases in einen im Wasser angeordneten Düsenkörper (DüK) eingebracht oder anderweitig fein dispergiert werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasperlen (Prl) in ein von oben nach unten im Wasser sich erstreckendes Rohr (BR) eingebracht werden, das in einem oberen Rohrabschnitt (RA1) und in einem im Abstand (RZ) davon angeordneten unteren Rohrabschnitt (RA2) jeweils zumindest einen Perforationsbereich (Of) aufweist, durch die Wasser durch das Rohr (BR) und den entsprechenden Rohraußenbereich umwälzbar ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das in Grundwasser sich erstreckende Rohr (BR) bis zu einer vorgebbaren Tiefe (T) in einen Grundwasserstauer (GSt) hinein abgesenkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem geschlossenen Behälter sich erstreckende Rohr (BR) in einer vorgebaren Höhe über dem Boden des Behälters endet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (BR) ein Unterdruck (P1) über dem Wasserspiegel (GSp) erzeugt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (BR) eine Pumpe (TPu) zum Umwälzen des Wassers durch das Rohr (BR) angeordnet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (BR) oberhalb der Höhe des Wasserspiegels (GSp) gegenüber dem angrenzenden Boden (TB) mit einem Dichtungsring (WDi) abgedichtet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (BR) unterhalb der oberen Öffnung oder Öffnungen (Of) gegenüber dem umgebenden Boden mit einem Dichtring (WDi) abgedichtet wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Anode und Kathode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Wasser vorgesehen werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit Ultraschall behandelt wird.

20. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in einem im zu sanierenden Wasser angeordneten Rohr (BR), das in einem oberen Rohrabschnitt (RA1) und in einem davon beabstandeten unteren Rohrabschnitt (RA2) jeweils zumindest einen Perforationsbereich (Of) aufweist, ein Düsenkörper (DüK) angeordnet ist, durch den Gasperlen (Prl) in das Rohr (BR) einbringbar sind und daß oberhalb des Wasserspiegels (WSp) im Rohr (BR) in einem Gasraum (GR) eine Saugeinrichtung (SE) angeordnet ist, die mit dem Eingang einer Gasreinigungsanlage (GRei) verbunden ist, deren Ausgang mit einer Leitung (21) zum Düsenkörper verbunden ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (BR) eine Wasser durch den Perforationsbereich (Of) des unteren Rohrabschnittes (RA2) einsaugende Tauchpumpe (TPk) angeordnet ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (DüK) die Form einer in der Nähe des unteren Rohrabschnittes (RA2) befindlichen Filterkerze aufweist.

23 Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (DuK) die Form einer in der Nähe des unteren Rohrabschnittes (RA2) befindlichen Düsenplatte aufweist, der Wasser vom Ausgang der Tauchpumpe (TPk) zugeführt wird.

24. Einrichtung nach Anspruch 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasreinigungsanlage (GRei) und die Absaugeinrichtung (SE) in einem an das obere Ende des Rohres (BR) angrenzenden Raum (StR) angeordnet sind, der sich unter Flur befindet und durch einen Deckel (Dkl) abgedeckt ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (Pu) vorgesehen ist, die den auf dem Wasserspiegel (WSp) im Rohr (BR) sich ansammelnden Schaum absaugt und einem Behälter zuführt.

26. Einrichtung nach Anspruch 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß am Wasserspiegel (WSp) im Rohr (BR) ein die Tauschpumpe (TPk) steuernder Pegelsensor (SchS) vorgesehen ist.