DE4433448A1 - Verfahren zur Entfernung von Leichtflüssigkeitsphasen bei stark schwankenden Grundwasserspiegeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen einer auf einer Wasserfläche schwimmenden, flüssigen Phase, bei stark schwan­ kenden Grundwasserspiegeln.

Dabei entsteht im allgemeinen die Aufgabe, die leichte Phase von der Was­ seroberfläche zu entfernen und zu entsorgen. Dabei sind unterschiedliche Verfahren zur Behandlung dieser Problematik bekannt. Ein sehr aufwendiges Verfahren verwendet eine Scavengerpumpe, die ein Filterelement aufweist, das nur für die leichte Phase durchlässig ist. Die leichte Phase gelangt über das Filter in einen Sammelbehälter. Von dort muß die zu entsorgende Flüs­ sigkeit über eine Förderpumpe in der Regel eine Zahnradpumpe abgepumpt werden. Das Filterelement neigt dazu, zu verstopfen, und bedingt dadurch ei­ nen hohen Wartungsaufwand. Die Pumpen- und Filteranordnung hängt an ei­ nem Seil oder einer Kette im Brunnen selbst und läßt sich nur sehr aufwendig, z. B. mit einem elektrischen Stellmotor, der über eine SPS die kontinuierlichen Durchflußraten der Absenkpumpe und Druckverhältnisse im Bereich der Ab­ senkpumpe erhält, an schwankende Grundwasserpegel anpassen. Die im Brunnen integrierte Zahnradpumpe ist anfällig für Störungen. Diese Sanie­ rungsmethode ist sehr effektiv, da ausschließlich leichte Phase abgepumpt wird, aber sehr aufwendig und damit kostenintensiv und reparaturanfällig.

Eine weitere Methode verwendet eine Mopkordel, die über Umlenkrollen von der Oberfläche des Sanierungsbrunnen ins Grundwasser geführt wird. Die Kordel wird von einem Getriebemotor angetrieben und nimmt an der Grenz­ fläche zwischen Wasser und leichter Phase Leichtphase auf. Die an der Kor­ del haftende Öl/Wassermischung wird von der bewegten Kordel aus dem Brunnen ausgetragen. Außerhalb des Brunnens ist ein abstreifendes Element installiert, an dem die Mischung von der Kordel abgestreift wird. Beim Abstrei­ fen neigt die Mischung zu unkontrolliertem Spritzen. Dieses Verfahren fördert nur kleine Mengen Öl und ist auch wegen des Abstreifeffekts nicht effektiv einsetzbar. Es wird immer ein erheblicher Wasseranteil mitgefördert. Zudem sind die Brunnendurchmesser, die für den Einsatz des Verfahrens erforderlich sind, sehr groß.

Ein weiteres Verfahren, bekannt aus der DE 39 09 372, verwendet ein Ölab­ schöpfsystem mit einem Sammelbehälter, der in den Brunnen abgesenkt wird. Dieser Sammelbehälter muß mit seiner Einlaufkante stets so eingestellt werden, daß die Kante in der leichten Phase liegt. Dazu dient ein sehr auf­ wendiger Regel- und Steuermechanismus, der verhindert, daß Wasser in gro­ ßen Mengen gefördert wird. Der Behälter wird über einen Stellmotor den Grundwasserschwankungen nachgeführt und mit einer Tauchpumpe entleert. Dieses Verfahren hat seine Schwächen in der aufwendigen Regeltechnik, die hohe Kosten und gegebenenfalls Fehlfunktionen verursacht. Zudem ist das Verfahren nicht bei geringer Dicke der leichten Phase anzuwenden. Durch die Förderung des Öl/Wassergemisches aus dem Behälter durch eine Tauch­ pumpe (Kreiselpumpe) wird eine Öl/Wasser-Emulsion hergestellt, die später wieder getrennt werden muß.

Das Verfahren nach P 44 21 026.4 bietet die Möglichkeit, eine leichte Phase schon in kleinen Behältern oder Brunnen bei geringen Phasenstärken sehr kostengünstig und ohne großen Aufwand an Regeltechnik mit einer einfachen und effektiven Steuerung zu entsorgen. Dazu wird eine Absaugvorrichtung, die an einem Schwimmer befestigt ist, z. B. in den zu sanierenden Brunnen abgesenkt. Die Ausbildung der Schwimmer wird der jeweiligen Problematik und Größe des Brunnens oder Behälters angepaßt. Die leichte Phase wird über eine flexible Schlauchleitung, die Schwankungen des Grundwasserspie­ gels ausgleichen kann, abgesaugt. Die Absaugpumpe wird wartungsfreund­ lich am oberen Brunnenrand, eventuell über ein Seil abgesenkt oder aber bei geringem Flurabstand außerhalb des Brunnen installiert. Um den Auftrieb des Schwimmers an die physikalischen Eigenschaften der leichten Phase anzu­ passen, kann er über einen Ausgleichsleitung von außen an die unterschiedli­ chen Dichten und Phasenstärken angepaßt werden.

Bei einem Absaugsystem nach der DE 44 21 026.4 besteht allerdings das Problem, daß sie für sehr stark schwankende Grundwasserspiegel nur be­ dingt einsetzbar sind, da man eine Saugleitung vom Schwimmer mit Absaug­ öffnung zur Pumpe nicht beliebig lang ausbilden kann. In unserer Zusatzan­ meldung gehen wir daher den Schritt, die Saugleitung radikal zu verkürzen und nur die Druckleitung beliebig lang auszubilden. Dieser Lösungsweg für Absaugung von Leichtphase mit sehr stark schwankenden Grundwasserspie­ geln wird durch den Einsatz einer Pumpe kleiner Baugröße direkt auf dem Schwimmer erreicht.

Das System läßt sich vorteilhaft auch in Brunnen, Tanks und Behältern mit geringen Querschnitten einsetzen. Um die aufschwimmenden Flüssigkeiten zu entfernen, wird das System über eine Zeitregelung und/oder über eine Re­ gelung über Sonden, z. B. Leitfähigkeitssonden gesteuert. Bereits geringe Phasenstärken werden effektiv entfernt.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Verfahrens. Die Grundwasser­ pumpe (1) wird tief im Brunnen (3) installiert und so gesteuert, daß die Grundwasserabsenkung über die Leitung (5) im Brunnen bis in eine Größen­ ordnung von ± 0.5 m konstant gehalten wird. Der Schwimmer (6), auf dem die starre Saugleitung (8) sitzt, taucht in die leichte Phase oder, je nach Ausbildung des Schwimmers, ins Grundwasser (7) ein. Er wird so eingestellt, daß die Öffnung der Saugleitung (8) gerade in die Leichtphase eintaucht. Schwankungen des Grundwassers folgt der Schwimmer, da er nur über die flexible Druckleitung mit dem Leichtflüssigkeitsabscheider (10) verbunden ist. Eine Feinjustage des Schwimmers ist über die Ausgleichsleitung (12) möglich. Diese Einstellmöglichkeit ist notwendig, wenn bei der Inbetriebnahme zu­ nächst nur Luft oder nur Wasser gefördert werden sollte, somit der Schwimmer nicht tief genug oder zu tief eintaucht.

Die geförderte Leichtphase gelangt direkt über die flexible, druckseitige Lei­ tung (9) in einen Sammeltank (10) mit Überfüllsicherung (11) oder über einen Leichtflüssigkeitsabscheider von eventuell mitgeförderten Wasser getrennt werden. Die Absaugpumpe (4), die direkt auf dem Schwimmer sitzt, läßt sich über die Überfüllsicherung, die am Leichtphasensammler installiert ist, ab­ schalten. Die Absenkpumpe läuft dagegen durch, damit sich im Brunnen wie­ der Leichtphase sammeln kann. Die Steuerung der Absaugpumpe kann über eine Takt-Pausen-Steuerung erfolgen, wobei zunächst Leichtphase abgesaugt wird, anschließend geht die Einrichtung in Warteposition. Nach einer einge­ stellten Zeit wird wieder abgesaugt. Diese Art der Steuerung ist bei schlecht durchlässigen Böden von Vorteil und wenn nur geringe Grundwasserabsen­ kungen erreicht werden können. Bei gut durchlässigen Böden und starken Absenktrichtern kann ein Detektionssystem für Leichtphasen zur Steuerung der Absaugpumpe zum Einsatz kommen. Über Kaltleitsonden, kapazitive Sonden oder Leitfähigkeitssonden wird die auf dem Grundwasser auf­ schwimmende Phase detektiert. Es kommen zwei baugleiche Sonden jeweils um Einschalten und Ausschalten des Absaugvorgangs zum Einsatz.

Fig. 2 zeigt einen Schwimmer für den Einsatz in großen Brunnen. Der ring­ förmige Schwimmer trägt radial angeordnete Abstandshalter oder Stützfüße (13). Durch diese Abstandshalter wird der Schwimmer so im Brunnenrohr (14) positioniert, daß die Steigleitung (5) und die Stromversorgung der tiefer liegenden Absenkpumpe (1) noch genügend Raum haben. Die Saugleitung (8) wird am äußeren Radius des Schwimmkörpers fixiert. Die Ausgleichsleitung (12) endet in der oberen Schwimmerabdeckung. Die Pumpe (4) sitzt direkt auf dem Schwimmer und wird über eine Versorgungsleitung (2) elektrisch versorgt. Die abgepumpte Leichtphase wird über die druckseitige Leitung (9) gefördert.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmen­ den, flüssigen Phase in einem Behälter,Tank oder einem Brunnen, wobei in einem Brunnenschacht der Flüssigkeitsspiegel des Grundwassers mit Hilfe einer Pumpe abgesenkt wird und sich somit die leichte Phase im Brunnen sammelt, gekennzeichnet durch das Einbringen einer an einem Schwimmer befestigten Absaugvorrichtung, die in die abzusaugende leichte, flüssige Phase ragt, und einer direkt auf dem Schwimmer instal­ lierten Pumpe, die über eine flexible Druckleitung betrieben wird und die leichte Phase über die Absaugvorrichtung fördert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schwimmer über mindestens eine Re­ gelleitung verfügt, über die der Auftrieb eingestellt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß die Rege­ lung der Absaugpumpe (9) und damit der Absaugleistung über eine Zeittaktung erfolgt und daß während der Aus-Phase der Absaugpumpe die Absenkpumpe (1) weiterläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß die Rege­ lung der Absaugpumpe und damit der Absaugleistung über mindestens eine Sonde geregelt wird, die am Schwimmer in der Höhe der Absaugöffnungen befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß die Rege­ lung sowohl über eine Zeitsteuerung als auch über mindestens eine Sonde erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5 gekennzeichnet dadurch, daß als Sonden Leitfähigkeitssonden, kapazitive Sonden oder Kaltleitersonden eingesetzt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6 gekennzeichnet dadurch, daß als Absaugpumpe eine Verdrängerpumpe eingesetzt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 7 mit einem Schwimmer, der im Brun­ nen fixiert werden kann und so ein Kippen nicht mehr erlaubt, gekennzeichnet dadurch, daß der Schwimmer zylinderförmig ausgebildet ist und sternförmig angeordnete Abstandshalter aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 7 mit einem Schwimmer für einen Brunnen mit geringen Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer aus mindestens einem langgestreckten Körper besteht, der zusammen mit der Steigleitung den Brunnendurchmesser nahezu aus­ füllt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 9 gekennzeichnet dadurch, daß die gesamte Absaugvorrichtung und Regelung explosionssicher ausgeführt ist.