DE4133739A1 - Phasenabscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Phasenabscheider, beispiels­ weise zum Trennen einer Schwimmschicht von einer Wasser­ fläche.

Derartige Phasenabscheider werden dort eingesetzt, wo nicht mischbare Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte zu trennen sind und eine Flüssigkeit auf der anderen eine Phase (Schwimmschicht) bildet. Ein wichtiges Einsatzgebiet ist die Reinigung von Grundwasser von eingesickerten Leicht­ flüssigkeiten. Es sind eine Reihe von Fällen bekannt gewor­ den, bei welchen Leichtflüssigkeiten wie Benzin, Diesel, Heizöl, Petroleum und ähnliches in den Untergrund gelangt sind und auf dem Aquifer eine mehr oder weniger starke Pha­ se ausbilden konnten. Diese Phase steht in Wechselwirkung mit dem Grundwasser und stellt somit eine permanente Quelle für Grundwasser-Verunreinigung dar. Bevor man das Wasser in einem speziellen Verfahren, beispielsweise mit einem Ak­ tivkohle-Adsorber oder ähnlichem, aufbereiten kann, muß die aufschwimmende Leichtphase als Quelle der Verunreinigung entfernt werden.

Man hat versucht, diese Schwimmschicht mit Saugapparaten, Bandskimmern oder mit als Leichtflüssigkeitsammler ausge­ bildeten Schwimmern zu entfernen, wobei man Zugang bei­ spielsweise durch speziell niedergebrachte Brunnen erhält.

Die auf dem Markt erhältlichen Abscheider sind jedoch nicht universell für alle Konstellationen an Schadensfällen ein­ setzbar. Jede dieser bekannten Vorrichtungen weist system­ bedingte Einschränkungen auf, die im Einzelfall den Einsatz ausschließen können. So gibt es Grenzen was die Brunnentie­ fe, den Brunnendurchmesser, Schwankungen des Flüssigkeits­ spiegels und der Schichtstärken angeht. Es sind auch nicht alle Systeme in der Lage, die Phase vollständig zu entfer­ nen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasenabscheider der eingangs genannten Art anzugeben, wel­ cher universell einsetzbar ist und insbesondere auch bei Spiegelschwankungen zuverlässig arbeitet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein erster, die zu trennenden Flüssigkeiten aufnehmender Befüllungsbehälter mit einer Leichtphasen-Überlaufkante sowie mindestens ein mit dem ersten Behälter kommunizierender zweiter Behälter mit einer Schwerphasen-Überlaufkante vorhanden sind, und daß die beiden Überlaufkanten in der Weise mit einer Höhen­ differenz angeordnet sind, die im hydrostatischen Gleich­ gewicht der Höhendifferenz der beiden freien Flüssigkeits­ oberflächen im ersten und zweiten Behälter entspricht.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß aufgrund des hydrostatischen Gleichgewichts, welches sich in den beiden kommunizierenden Behältern ausbildet, der Oberflä­ chenspiegel im Befüllungsbehälter über dem Spiegel des zweiten Behälters liegt. Durch die entsprechende Anordnung der beiden Überlaufkanten ist sichergestellt, daß dieses Gleichgewicht unabhängig vom Zulauf beibehalten wird. Das hat den Vorteil, daß der Abscheider sich selbsttätig regelt und auch bei unterschiedlichen Schichtstärken eine sichere Trennung erfolgt. Der Abscheider arbeitet auch bei Schicht­ stärken bis zu 1 m noch zuverlässig und er ist in der Lage, die Leichtphase vollständig zu entfernen.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Einlauf des Befüllungsbehälters mit einem die Fließgeschwindigkeit herabsetzenden Material, bevorzugt Filterkeramik, versehen ist. Ein langsames Fließen hat den Vorteil, daß sich die beiden Phasen nicht vermischen und eine den Trennvorgang erschwerende Emulsion vermieden wird.

Es ist besonders zweckmäßig, daß der zweite Behälter si­ phonartig mit einem Steigbereich und einem Ablaufbereich ausgebildet und zumindest der Steigbereich und der Einlauf innerhalb des ersten Behälters angeordnet ist. Durch diese Maßnahme erhält man eins raumsparende Anordnung des Ab­ scheiders.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, daß der Ablauf als Rohr ausgebildet ist, welches durch den Boden des ersten Behäl­ ters geführt ist, und daß die Leichtphasenüberlaufkante vom oberen Rand eines durch den Boden des ersten Behälters ge­ führten Ablaufrohres gebildet wird. Auf diese Weise kann der erste Behälter eine einfache und robuste Außenkontur erhalten, die es gestattet, den Behälter ohne Schwierig­ keiten in einem engen Bohrloch abzusenken.

Es erweist sich dabei auch als zweckmäßig, daß unterhalb des ersten Behälters ein Leichtphasen- und ein Schwerpha­ sen-Sammelbehälter angeordnet sind, in welche die Ausgangs­ rohre münden, und daß diese mit Entleerungsleitungen ver­ bunden sind. Der erste Behälter und die darunter liegenden beiden Sammelbehälter sind bevorzugt zu einer leicht hand­ habbaren und betriebssicheren Einheit verbunden.

Insgesamt ist der Phasenabscheider sehr gut für den Einsatz in Tiefen von mehr als 10 m unter der Erdoberfläche geeig­ net. Er kann auch sehr leicht bei kleinen Brunnen mit Durchmessern von weniger als 100 mm verwendet werden. Somit ermöglicht die Erfindung nicht nur Sanierungsmaßnahmen, sondern auch Pumpversuche, die zur Erkundung und Ermittlung des Ausmaßes von Schadensfällen aufgeführt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen Vertikalquer­ schnitt durch ein Bohrloch und einen darin angeordneten Phasenabscheider.

In der Figur ist mit 20 ein Bohrloch im Erdboden bezeich­ net, welches von der Erdoberfläche 21 bis unter den Grund­ wasserspiegel 2 abgeteuft ist. Auf dem Grundwasser befindet sich eine Schwimmschicht einer Leichtflüssigkeit, bei­ spielsweise Benzin, welches von der Erdoberfläche bis auf den Grundwasserspiegel 22 gesickert ist. Diese Schwimm­ schicht geringerer Dichte als Wasser wird nachfolgend all­ gemein als Leichtphase 1 bezeichnet, während das Wasser zur Unterscheidung als Schwerphase 2 bezeichnet wird. Im Bohr­ loch 20 befindet sich ein Phasenabscheider 3, in welchem die Leichtphase 1 und die Schwerphase 2 voneinander ge­ trennt und gesondert über Förderleitungen 23, 24 an die Erd­ oberfläche gepumpt werden.

Der Phasenabscheider 3 weist einen Befüllungsbehälter (er­ ster Behälter 5) auf, der in dem dargestellten Beispiel aus einem zylindrischen, oben offenen Topf besteht, welcher im wesentlichen den Bohrloch-Querschnitt einnimmt. Der erste Behälter 5 befindet sich unterhalb des Grundwasserspiegels 22 und der Leichtphase 1, so daß die Leichtphase 1 und die Schwerphase 2 hineinfließen können. Um die Fließgeschwin­ digkeit zur Vermeidung von Emulsionsbildung möglichst zu verlangsamen, befindet sich im Bereich zwischen dem oberen Rand des ersten Behälters 5 und der darüber liegenden Leichtphasen- und Schwerphasen-Schichten ein Rohr 4 aus ei­ nem Keramikfiltermaterial, welches ebenfalls den Quer­ schnitt des Bohrlochs 20 im wesentlichen einnimmt. Entspre­ chend der Schichtstärken und der zu erwartenden Spiegel­ schwankungen ist die Rohrlänge so gewählt, daß während des Betriebs ein Teil des Rohres 4 oberhalb des Flüssigkeits­ spiegels der Leichtphase 1 liegt und der untere Teil be­ reits in die Schwerphase 2 eintaucht.

Aufgrund der Porosität des Rohres 4 dringen sowohl Leicht­ phase 1 als auch Schwerphase 2 durch dieses hindurch und fließen in Form eines Rieselfilms 25 an der Rohrinnenseite in den ersten Behälter 5. Dort sammeln sich die beiden Flüssigkeiten. Wegen des Dichteunterschieds findet dort ei­ ne Trennung statt, so daß die Leichtphase 1′ auf der Schwerphase 2′ unter Bildung einer Trennlinie 22′ auf­ schwimmt.

Der erste Behälter 5 ist in vorgegebener Füllhöhe mit einer Leichtphasen-Überlaufkante 7 versehen, die hier vom oberen Rand eines vertikal gerichteten Leichtphasen-Ablaufrohres 28 gebildet wird.

Der erste Behälter 5 ist mit einem zweiten Behälter 6 in der Art einer kommunizierenden Röhre verbunden, so daß sich in beiden Behältern ein hydrostatisches Gleichgewicht aus­ bildet. In dem dargestellten Beispiel ist der zweite Be­ hälter 6 als Steigrohr einer siphonartigen Anordnung 26 ausgebildet, wobei das Steigrohr unter Bildung einer Schwerphase-Überlaufkante 27 in ein Schwerphase-Ablaufrohr 28 übergeht und im entsprechenden Rohrbogen ein oben offe­ nes Druckausgleichsrohr 10 über die Flüssigkeitsoberfläche hinaus geführt ist.

Das Leichtphase-Ablaufrohr 29 und das Schwerphase-Ablauf­ rohr 28 sind nach unten durch den Boden des ersten Behäl­ ters 5 hindurchgeführt und münden dort in einen Leichtpha­ se-Sammelbehälter 8 bzw. einen Schwerphase-Sammelbehäl­ ter 9. Die Figur veranschaulicht ein Beispiel, bei welchem der Leichtphase-Sammelbehälter 8 über dem Schwerphase- Sammelbehälter 9 angeordnet und das Schwerphase-Ablauf­ rohr 28 durch den Leichtphase-Sammelbehälter 8 hindurch­ geführt ist.

Grundsätzlich ist es auch möglich, beide Sammelbehälter 8, 9 nebeneinander anzuordnen. Über niveaugesteuerte Pumpen (nicht dargestellt) wird der Inhalt der beiden Sammelbehäl­ ter 8, 9 über die Förderleitungen 23, 24 entleert.

Die beiden Überlaufkanten 7, 27 befinden sich auf gleicher Höhe mit den freien Oberflächen der Flüssigkeit im ersten bzw. zweiten Behälter 5, 6, wenn hydrostatisches Gleichge­ wicht vorhanden ist. In diesem Zustand enthält der erste Behälter 5 vollständig die Leichtphase 1′ und der zweite Behälter 6 ausschließlich Schwerphase 2′. Die Behälterhöhe ist dabei ausreichend hoch bemessen, um eine zuverlässige Trennung von Leichtphase 1′ und Schwerphase 2′ im ersten Behälter 5 sicherzustellen.

Da der erste Behälter 5 unterhalb des Grundwasserspie­ gels 22 und damit der Trennlinie von Leichtphase 1 und Schwerphase 2 im Erdreich liegt, wird eine Senke für die Leichtphase 1 erzeugt und es laufen sowohl die Leichtphase 1 als auch die Schwerphase 2 im Inneren des porösen Roh­ res 4 zusammen und von dort in den ersten Behälter 5. Auf diese Weise ist es möglich, die Leichtphase 1 praktisch vollständig von der Schwerphase 2 zu entfernen.

Die beiden Flüssigkeiten fließen so langsam durch das porö­ se Medium hindurch, daß es zu keinen nennenswerten Vermi­ schungen beider Phasen kommt. Es bilden sich keine Emulsio­ nen aus, die sich nicht innerhalb kürzester Zeit aufgrund der Dichtedifferenz der beiden Stoffe von selbst trennen würden. In den Leichtphase-Sammelbehälter 8 gelangt somit reine Leichtphase 1, 2′. Eine Emulsionsspaltung im Anschluß an die Leichtphasenförderung kann damit entfallen. Ebenso enthält der Leichtphase-Sammelbehälter 9 reine Schwerpha­ se 2, 2′.

Als Material für das poröse Rohr 4 kommen verschiedene Arten von Filterkeramiken in Frage. Die Auswahl des Materials hinsichtlich seiner Porosität erfolgt unabhängig von der Zähigkeit der Flüssigkeiten.

Claims (9)

1. Phasenabscheider, beispielsweise zum Trennen einer Schwimmschicht von einer Wasserfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster, die zu trennenden Flüssigkeiten aufnehmender Behälter (5) mit einer Leichtphase-Über­ laufkante (27) sowie mindestens ein mit dem ersten Be­ hälter (5) kommunizierender zweiter Behälter (6) mit einer Schwerphase-Überlaufkante (27) vorhanden sind, und daß die beiden Überlaufkanten (7, 27) in der Weise mit einer Höhendifferenz angeordnet sind, die im hydro­ statischem Gleichgewicht der Höhendifferenz der beiden freien Flüssigkeitsoberflächen (30, 31) im ersten und zweiten Behälter (5, 6) entspricht.

2. Phasenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf des ersten Behälters (5) mit einem die Fließgeschwindigkeit herabsetzenden Material versehen ist.

3. Phasenabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Fließgeschwindigkeit herabsetzende Material Filterkeramik ist.

4. Phasenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter (6) aus einer siphonartigen An­ ordnung (26) mit einem Steigbereich und einem Ablaufbe­ reich besteht.

5. Phasenabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Steigbereich und der Einlauf der siphonartigen Anordnung (26) innerhalb des ersten Be­ hälters (5) angeordnet ist.

6. Phasenabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf der siphonartigen Anordnung (26) als Rohr ausgebildet ist, welches durch den Boden des er­ sten Behälters (5) geführt ist, und daß die Leicht­ phasen-Überlaufkante (7) vom oberen Rand eines durch den Boden des ersten Behälters (5) geführten vertika­ len Ablaufrohres (28) gebildet wird.

7. Phasenabscheider nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des ersten Behälters (5) ein Leicht­ phasen- und ein Schwerphasen-Sammelbehälter (8, 9) angeordnet sind.

8. Phasenabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter (6) am ersten Behälter (5) angeordnet ist, und daß die darunter liegenden Sam­ melbehälter (8, 9) zu einer Einheit verbunden sind.

9. Phasenabscheider nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelbehälter (8, 9) zur Entleerung mit För­ derleitungen (23, 24) versehen sind, und daß niveau­ gesteuerte Pumpen vorhanden sind.