DE4322420C2 - Combined groundwater purification using the in-situ method - Google Patents

Combined groundwater purification using the in-situ method

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Verockerungen in Brunnen, die zur Wasserentnahme dienen (Grund- und Trinkwasser). Ein Spezialfall stellt ein Stripbrunnen zur in-situ Reinigung von Grundwasser dar, bei dem Wasser entnommen und gleichzeitig gereinigt wird.The invention relates to a method for eliminating Blockages in wells that serve to extract water (basic and drinking water). A special case is a strip fountain for in-situ Purification of groundwater, where water is extracted and is cleaned at the same time.

In bisher gebräuchlichen Verfahren kommt das Strippen von Grundwasser zum Entfernen von leichtflüchtigen Verunreinigungen zum Einsatz. In DE 90 05 565 U1 wird ein Verfahren beschrieben, das das Strippen von Grundwasser innerhalb eines Brunnens in-situ ermöglicht. Dabei werden durch die innige Vermischung des eingebrachten Gases und dem durch Einleiten der Luft geförderten Wasser Verunreinigungen mit großer Henry-Koeffizienten wie z. B. CKW oder BTX aus dem Wasser ausgelöst und abgeführt.In previously used processes, stripping comes from Groundwater to remove volatile contaminants for use. DE 90 05 565 U1 describes a method which stripping groundwater in-situ within a well enables. The intimate mixing of the introduced gas and the extracted by introducing the air Water impurities with large Henry coefficients such as B. CKW or BTX released and discharged from the water.

Mit Schwermetallen verunreinigte Grundwässer können nach DE 40 35 110 A1 reinigt werden, indem man einen Ionentauscher in den Brunnen einbaut und durch Anlegen einer Spannung den Ionen­ transport in Richtung des Ionentauschers bewirkt.Groundwater contaminated with heavy metals can DE 40 35 110 A1 can be cleaned by placing an ion exchanger in the well and by applying a voltage to the ions transport in the direction of the ion exchanger.

Bei allen bisher gebräuchlichen Verfahren kann es beim Strippen mit Luft durch den Luftsauerstoff zu Verockerungen im Brunnenbereich kommen. In all of the previously used methods, stripping can be done with Air through the atmospheric oxygen to blockages in the well area come.  

Da die gesamte Reinigungsleistung eines solchen Systems stark vom Verhältnis Grundwasser zur Menge der eingebrachten Luft abhängt können durch die Oxidation von Fe2+ zu Fe3+, das schwerlöslich ist und als Eisenoxid bzw. Eisenhydroxid ausfällt, erhebliche Durchflußprobleme im Brunnen auftreten. Auch wenn man das Problem durch Strippen mit einem inerten Gas zu umgehen sucht, ist eine Oxidation des Fe2+ durch bestimmte Eisenbakterien (z. B. Galionella spec.) möglich. Durch die eintretenden Verockerungen werden Zu- und Abläufe der Brunnen verstopft, was den Wasserdurchsatz erheblich reduziert und die Reinigungsleistung des Brunnen herabsetzt. Bei gewöhnlichen Entnahmebrunnen wird die Grundwasserentnahme erschwert bzw. unmöglich gemacht (DVGW Regelwerk Merkblatt W131).Since the total cleaning performance of such a system strongly depends on the ratio of groundwater to the amount of air introduced, the oxidation of Fe 2+ to Fe 3+ , which is sparingly soluble and precipitates as iron oxide or iron hydroxide, can cause considerable flow problems in the well. Even if you try to work around the problem by stripping with an inert gas, oxidation of the Fe 2+ by certain iron bacteria (e.g. Galionella spec.) Is possible. Due to the occlusion that occurs, the inlets and outlets of the wells are blocked, which significantly reduces the water throughput and reduces the cleaning performance of the well. With ordinary wells, groundwater extraction is made difficult or impossible (DVGW regulations leaflet W131).

Das erfindungsgemäße Verfahren löst das schwerlösliche, dreiwertige Eisen durch eine elektrochemische Umwandlung in zweiwertiges Eisen. Voraussetzung für das Verfahren ist, daß der Grundwasserbrunnen oder in-Situ-Strip-Brunnen im betroffenen und zu behandelnden Filterbereich aus einem leitenden Material besteht. Durch das Anlegen einer Spannung von etwa 2 bis 5 V läßt sich die Verockerung lösen, indem die jeweilige Filterstrecke als Kathode fungiert (Kathodische Reduktion) und z. B., im Fall der Verockerung im oberen Bereich des Förderrohrs, die Injektionslanze als Anode dient. Tritt im Bereich des Zulaufs eine Verockerung durch mikrobakteriellen Einfluß auf, kann man durch einen kurzzeitigen Wechsel in der Polarität (Filterstrecke als Anode) in bestimmten Zeitintervallen im Wasser einem Milieuwechsel von anaerob zu aerob erreichen, da Sauerstoff elektrochemisch erzeugt wird. Die kurzfristige Anwesenheit von Sauerstoff bringt die Eisenbakterien zum Absterben. Möchte man das Umpolen vermeiden, kann man auch andere Verfahren zur Entkeimung einsetzen, um die mikrobiologische Verockerung zu verhindern, z. B. Brunnenregenerierung auf mechanischem oder chemischem Weg.The method according to the invention solves the poorly soluble, trivalent Iron through an electrochemical conversion to divalent Iron. The prerequisite for the procedure is that the Groundwater wells or in-situ strip wells in the affected and closed treating filter area consists of a conductive material. By applying a voltage of about 2 to 5 V, the Loosen clogging by using the respective filter section as the cathode acts (cathodic reduction) and z. B., in the case of stiffening in the upper area of the delivery pipe, the injection lance as an anode serves. If there is an obstruction in the area of the inlet Microbacterial influence can be caused by a short-term Change in polarity (filter section as anode) in certain Time intervals in the water a change of environment from anaerobic to aerobic achieve because oxygen is generated electrochemically. The short term The presence of oxygen kills the iron bacteria. If you want to avoid reverse polarity, you can also do other things Sterilization procedures to use the microbiological To prevent stiffening, e.g. B. Well regeneration mechanical or chemical way.

Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen Ausführungsformen für die elektrochemische Auflösung von Verockerungen. Fig. 1 through Fig. 3 show embodiments for the electrochemical dissolution of ocherings.

In Fig. 1 wird ein Brunnen, geeignet für das in-situ-Strippen schematisch dargestellt. Der Brunnen besteht aus dem Förderrohr 1, das in den mit Schadstoffen belasteten Grundwasserbereich hereinragt. Das Förderrohr wird im oberen Drittel seiner Länge vom Mantelrohr 4 konzentrisch umhüllt. Eine Injektorlanze 5, zentrisch in der Mitte des Förderrohres 1 angeordnet, endet mit ihrer Begasungsöffnung unterhalb des Grundwasserspiegels. Über die Öffnungen 6 der Lanze wird z. B. Außenluft über die Zuluft 7 in den nach außen abgeschlossenen Brunnen eingebracht. Nach dem Prinzip der Mammutpumpe wird dadurch der Wasserspiegel im Brunnen angehoben, das heißt, daß verunreinigtes Wasser aus dem Zulaufbereich 3 in den Brunnen fließt. Das Wasser wird angehoben und mit dem eingepreßten Gas vermischt. Im eigentlichen Strippbereich 9 zwischen Förderrohr 1 und Injektorlanze werden die gaslöslichen Verunreinigungen vom Wasser in die Gasphase transferiert. Das aufschäumende, zur Reinigung gebrachte Wasser fällt über die Abrißkante 8 des Förderrohrs in das äußere Mantelrohr. Über den Ablauf 10 kann das Wasser anschließend versickern.In Fig. 1 a well suitable for in-situ stripping is shown schematically. The well consists of the delivery pipe 1 , which protrudes into the groundwater area contaminated with pollutants. The conveyor tube is enveloped concentrically by the casing tube 4 in the upper third of its length. An injector lance 5 , arranged centrally in the middle of the delivery pipe 1 , ends with its gassing opening below the groundwater level. About the openings 6 of the lance z. B. Outside air introduced through the supply air 7 in the well closed to the outside. According to the principle of the mammoth pump, the water level in the well is thereby raised, that is to say that contaminated water flows from the inlet area 3 into the well. The water is raised and mixed with the injected gas. In the actual stripping area 9 between the delivery pipe 1 and the injector lance, the gas-soluble impurities are transferred from the water into the gas phase. The foaming water brought for cleaning falls over the tear-off edge 8 of the delivery pipe into the outer casing pipe. The water can then seep away through the outlet 10 .

Zur kathodischen Reduktion im Bereich der Abrißkante 8 wird das Förderrohr 1 zumindest im Bereich der Verfilterung mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle verbunden. Als Anode dient die Injektorlanze als Ganzes oder aber ein im fraglichen Bereich aufgebrachtes Elektrodenmaterial. Die Injektorlanze muß dann über Isolationsmaterial 14 elektrisch isoliert werden. Sie wird mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 12 verbunden. Der Anschluß des Förderrohrs erfolgt an den negativen Pol 13. Besteht der Brunnen nur im Bereich der Verfilterung muß der elektrische Anschluß über eine elektrische Leitung und einen Kontakt 15 erfolgen.For cathodic reduction in the area of the tear-off edge 8 , the delivery pipe 1 is connected to the negative pole of a voltage source at least in the area of the filtering. The injector lance serves as the anode as a whole or else an electrode material applied in the area in question. The injector lance must then be electrically isolated via insulation material 14 . It is connected to the positive pole of the voltage source 12 . The delivery pipe is connected to the negative pole 13 . If the well exists only in the area of the filtering, the electrical connection must be made via an electrical line and a contact 15 .

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die der Auflösung von Verockerungen im Wasserablaufbereich dient. Hierzu muß das Förderrohr zumindest im zu behandelnden Bereich über einen Kontakt 16 mit dem positiven Pol 12 einer Spannungsquelle verbunden werden. Der Gegenpol 13 liegt am Kontakt 15 am Mantelrohr im Verfilterungsbereich an. Auch bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, daß die einzelnen elektrisch leitenden Brunnenbereiche voneinander isoliert werden 14. Fig. 2 shows an embodiment that serves to dissolve blockages in the water drainage area. For this purpose, the delivery pipe must be connected at least in the area to be treated via a contact 16 to the positive pole 12 of a voltage source. The opposite pole 13 bears against the contact 15 on the jacket tube in the filtering area. In this embodiment too, it is important that the individual electrically conductive well regions are insulated from one another 14 .

Fig. 3 zeigt eine Brunnenausführung, die eine Verockerung im Zulauf durch das Auftreten von Eisenbakterien bekämpfen kann. Auch beim Strippen mit inerten Gasen findet im Zulaufbereich durch diese Bakterien ein Verstopfen der Filter durch ausfallendes Eisen statt. Um diese Verstopfung aufzulösen, muß die Injektorlanze um die Elektrode 16, an der zunächst eine positive Spannung anliegt, in den Zulaufbereich verlängert werden. Über den Kontakt 15 wird der Zulauffilter unter Spannung gesetzt. Um nach gelungener Auflösung der Verstopfung eine erneute mikrobakterielle Besiedlung zu unterdrücken bzw. zu unterbinden, werden die Elektroden umgepolt. Der durch die Elektrolyse von Wasser entstehende Sauerstoff läßt die vorhandenen Eisenbakterien absterben. Fig. 3 shows a well design, which can fight a blockage in the inlet by the appearance of iron bacteria. Even when stripping with inert gases, these bacteria in the inlet area cause the filters to become clogged with precipitated iron. In order to resolve this blockage, the injector lance around the electrode 16 , to which a positive voltage is initially applied, must be extended into the inlet area. The inlet filter is energized via contact 15 . In order to suppress or prevent renewed microbial colonization after the constipation has been successfully resolved, the electrodes are reversed. The oxygen generated by the electrolysis of water kills the existing iron bacteria.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben eines Entnahmebrunnens, bestehend aus einem Brunnenrohr mit einem unterhalb des Grundes liegenden, als Filter ausgelegten Wasserzulaufs, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung zur Reduktion von Eisen-III-Ionen zu Eisen-II-Ionen am Filterbereich angelegt wird und die Spannung kurzzeitig umgepolt wird, um Eisen-III-Ionen bildende Mikroorganismen durch den elektrolytisch entstehenden Sauerstoff abzutöten.1. A method for operating a sampling well, consisting of a well pipe with a water inlet located below the bottom, designed as a filter, characterized in that a voltage for reducing iron III ions to iron II ions is applied to the filter area and the The voltage is reversed for a short time in order to kill iron-III-ion-forming microorganisms by the electrolytically generated oxygen. 2. Verfahren zum Betreiben eines Brunnens, bestehend aus einem Förderrohr, das in den schadstoffbelasteten Grundwasserbereich hineinragt, einem als Filter ausgelegten Zulaufbereich im Förderrohr unterhalb des Grundwasserspiegels, einem Mantelrohr, das das Förderrohr im oberen Drittel seiner Länge konzentrisch umhüllt, einer Gasinjektionslanze, die zentrisch in der Mitte des Förderrohres angeordnet ist und Begasungsöffnungen unterhalb des Grundwasserspiegels aufweist, einer Abrißkante des Förderrohrs oberhalb des Grundwasserspiegels, einem als Filter ausgelegten Ablauf im Mantelrohr unterhalb der Abrißkante, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung zur Reduktion von Eisen-III-Ionen zu Eisen-II-Ionen an einen oder beide Filterbereiche angelegt wird und die Spannung kurzzeitig umgepolt wird, um Eisen-III-Ionen bildende Mikroorganismen durch den elektrolytisch entstehenden Sauerstoff abzutöten.2. Method for operating a well consisting of a Production pipe that goes into the polluted groundwater area protrudes into an inlet area designed as a filter in the conveyor pipe below the water table, a casing pipe that the Conveyor tube concentrically encased in the upper third of its length, a gas injection lance that is arranged centrally in the middle of the conveyor tube and Fumigation openings below the water table has a tear-off edge of the conveyor pipe above the Groundwater level, a drain designed as a filter in the Jacket tube below the tear-off edge, characterized in that a voltage for the reduction of iron III ions to iron II ions is applied to one or both filter areas and the voltage briefly is reversed by micro-organisms forming iron III ions to kill the electrolytically generated oxygen. 3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen hohen Gaseintrag, der zu einer Reinigung durch Strippen führt.3. The method according to claim 2, characterized by a high Gas entry, which leads to cleaning by stripping. 4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen geringen Lufteintrag ohne Stripwirkung nur zur Förderung von Wasser. 4. The method according to claim 2, characterized by a low Air entry without stripping effect only to convey water.   5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen Förderrohr und Injektorrohr im Bereich der Abrißkante des Wassers.5. The method according to claim 2, 3 and 4, characterized by the Applying a voltage between the delivery pipe and the injector pipe in the Area of the trailing edge of the water. 6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen Förder- und Mantelrohr im Bereich des Ablaufs.6. The method according to claim 2, 3 and 4, characterized by the Applying a voltage between the delivery and casing pipes in the Area of expiry. 7. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen Injektorelektrode und Förderrohr im Zulaufbereich.7. The method according to claim 2, 3 and 4, characterized by the Applying a voltage between the injector electrode and the delivery pipe in the inlet area. 8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen einer im Innern des Brunnens vorgesehenen Elektrode und dem Brunnenrohr.8. The method according to claim 1, characterized by the application a tension between one inside the fountain provided electrode and the well pipe. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Spannung, die zwischen 3 und 5 V liegt.9. The method according to claim 1 to 8, characterized by a Voltage that is between 3 and 5 V.
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