DE60131029T2

DE60131029T2 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von mindestens einer reaktionszone in einer wasserführenden schicht

Info

Publication number: DE60131029T2
Application number: DE60131029T
Authority: DE
Inventors: Dan Tannenberg
Original assignee: Swiss Investment and Trust Corp; Swiss Investment and Trust Corp Road Town
Current assignee: Swiss Investment and Trust Corp; Swiss Investment and Trust Corp Road Town
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: SE525025C2; US6984316B2; ATE376102T1; ES2295108T3; SE0004676D0; AU2002222862A1; EP1436469A1; DK1436469T3; WO2002048469A1; EP1436469B1; US20040108279A1; PT1436469E; SE0004676L; DE60131029D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Reaktionszone in einer wasserführenden Schicht, um Grund- und Rohwasser zirkulieren zu lassen und zu reinigen, insbesondere für eine Leitungswassernutzung, wobei die wasserführende Schicht Satellitenbohrlöcher und wenigstens ein Entnahmebohrloch enthält.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Reaktionszone in einer wasserführenden Schicht zu erhalten, um die Kapazität der wasserführenden Schicht zum Reinigen von Grund- und Rohwasser zu erhöhen, wobei das Wasser geeignet als Leitungswasser verwendet werden soll.
In der vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck "Satellitenbohrlöcher" verwendet, um einerseits gemeinsam verwendete Einleitungsbohrlöcher, andererseits aber auch Bohrlöcher, die als Einleitungsbohrlöcher und als Entnahmebohrlöcher dienen können, zu definieren.
Hintergrund der Erfindung
Grundwasser und Rohwasser, die für die Leitungswasserproduktion verwendet werden, enthalten oftmals große Mengen an Eisen und an Mangan, was für die Gesundheit relevant ist, wobei diese Mengen aus Gründen der Gesundheit und des Geschmacks verringert werden müssen, bevor das Wasser als Leitungswasser verwendet werden kann. EP-A-0 160 774 beschreibt die Verwendung einer Zone für die Oxidation und die Ausfällung von Eisen und von Mangan, wobei Wasser, das Sauerstoff oder sauerstofferzeugende Verbindungen enthält, über Satellitenbohrlöcher, die um Entnahmebohrlöcher angeordnet sind, der Zone intermittierend hinzugefügt wird. Hierbei wird Wasser nur zu einigen wenigen Satellitenbohrlöchern geliefert, wobei gleichzeitig Wasser aus benachbart angeordneten Satellitenbohrlöchern entnommen wird. Der hinzugefügte Sauerstoff erzeugt eine geeignete Wachstumsumgebung für Mikroorganismen, die im Boden vorhanden sind, wobei die Mikroorganismen zusammen mit chemischen und/oder biochemischen Prozessen eine Ausfällung von Eisen und Mangan in der Zone/Bodenschicht, die auch als Filter dient, schaffen.
EP-A-0 154 105 beschreibt die Verringerung von Nitrat im Grundwasser mittels einer Denitrierung in einer Reduktionszone, die zwischen Einleitungsbohrlöchern erzeugt wird, die ebenfalls um ein oder mehrere Entnahmebohrlöcher angeordnet sind.
SE-C-434 388 offenbart ein Verfahren zum Verringern der Mengen an Mangan und Eisen im Grundwasser, in künstlichem Grundwasser oder in Oberflächenwasser, wobei Wasser, das Sauerstoff oder sauerstoffabgebende Mittel enthält, zu einer Anzahl von Einleitungsbohrlöchern oder Einleitungsrohren, die um ein oder mehrere Entnahmebohrlöcher angeordnet sind, intermittierend hinzugefügt wird, wobei das hinzugefügte Wasser aufgeteilt und nur zu einigen der Bohrlöcher geführt wird und wobei gleichzeitig hierzu Wasser aus den Entnahmebohrlöchern entnommen wird, um eine Zone für die Oxidation und die Ausfällung von Eisen und Mangan in einem Abstand von dem Entnahmebohrloch zu erzeugen.
US-A-5.322.128 bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden von Bohrlochbereichen, um den Bohrlochwirkungsgrad durch Bilden eines ersten Bohrlochs in einem Bodenbereich, der verhältnismäßig gute Flüssigkeitsführungseigenschaften hat, durch Bilden wenigstens eines zweiten Bohrlochs in der Nähe des ersten Bohrlochs zu demselben Bodenbereich, durch Lockern und wenigstens teilweises Waschen von Komponenten von Bodenmaterial, das die Bohrlöcher in dem Bodenbereich umgibt, indem Flüssigkeit in wenigstens eines der Bohrlöcher gepumpt oder aus wenigstens einem der Bohrlöcher gesaugt wird, und durch Einführen eines Bohrlochrohrs in wenigstens eines der Bohrlöcher nach dem Entfernen eines Bohrlochrohrs, so dass sich permeable Bohrlochrohrbereiche auf Höhe des die Bohrlöcher umgebenden gewaschenen Bodenbereichs befinden, zu verbessern. Hierbei werden hohle Kammern gebildet, in die keramisches Filtermaterial gefüllt wird, durch das Wasser von Einleitungsbohrlöchern zu Entnahmebohrlöchern eindringt.
Es ist bereits bekannt, Reaktionszonen in wasserführenden Schichten zu erzeugen, um eine Oxidations- und Ausfällungszone oder eine Reduktionszone zwischen einer Anzahl von um ein oder mehr Entnahmebohrlöcher angeordneten Einleitungsbohrlöchern in solchen Reaktionszonen zu erhalten, wobei die gewünschte Zone intermittierend oder ununterbrochen zwischen jedem Paar benachbart angeordneter Einleitungsbohrlöcher erzeugt wird, indem Sauerstoff, sauerstoffhaltiges Gas oder Sauerstoff abgebende Verbindungen im Wasser der beiden Bohrlöcher eingeleitet wird, wenn eine Oxidations- und Ausfällungszone erzeugt wird, oder indem eine Sauerstoff verbrauchende Verbindung in die beiden Bohrlöcher eingeleitet wird, um eine Reduktionszone zu erhalten, und wobei das Wasser eines der Bohrlöcher von unten nach oben und im anderen Bohrloch von oben nach unten gepumpt wird, so dass ein Zirkulationskreis in der wasserführenden Schicht zwischen den zwei Bohrlöchern erzeugt wird.
Hierbei bestehen die Einleitungsbohrlöcher aus einem Außenrohr, das perforiert und wenigstens in dem das Grundwasser enthaltenden Teil des Rohrs für Wasser permeabel ist. In SE-C-466 851 gibt es eine Lösung, bei der ein Einleitungsbohrlochrohr eine Abdichtung um einen Zwischenrohrabschnitt aufweist, der in das äußere Rohr eingeführt ist, und bei der durch Anordnen verschiedener Luftzufuhrrohre eine gewünschte Strömungsrichtung in den jeweiligen Einleitungsbohrlöchern erhalten wird, um eine Strömung von oben nach unten bzw. von unten nach oben zu erhalten. Wenn die Luft als Transportmittel verwendet wird, ist es jedoch schwierig, eine Reduktion in der wasserführenden Schicht zu erreichen, ohne überschüssiges Reduktionsmittel hinzuzufügen, da die Luft etwa 21 Sauerstoff enthält.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Gedankens ist ein erstes Rohr, das von einem Zirkulationsgefäß abgeht, im oberen Teil des Einleitungsbohrlochrohrs angeordnet, wobei das erste Rohr im oberen Teil der wasserführenden Schicht endet und wobei das Bohrlochrohr an seiner Mündung mit einem ersten Druckeinlassmittel versehen ist, um eine obere Einleitungsvorrichtung zu bilden, wobei ein zweites Rohr, das vom oberen Abschnitt abgeht, mittels eines ballonförmigen Körpers eng abgedichtet ist, wobei das zweite Rohr ein zweites Druckeinlassmittel aufnimmt, das über den Dichtungsmitteln angeordnet ist, um eine zweite Einleitungsvorrichtung zu bilden, so dass dann, wenn das erste Druckeinlassmittel aktiviert ist, Wasser in den oberen Abschnitt des Einleitungsbohrlochrohrs gesaugt und im ersten Rohr nach oben und im zweiten Rohr nach unten gepresst wird, um in die wasserführende Schicht hinausgedrängt zu werden, während dann, wenn das zweite Druckeinlassmittel aktiviert ist, Wasser vom unteren Abschnitt des Einleitungsbohrlochrohrs angesaugt und im zweiten Rohr nach oben und im ersten Rohr nach unten gepresst und von dort in die wasserführende Schicht hinausgedrängt wird.
Das Problem dieser Ausführungsformen besteht darin, dass keine korrekte Steuerung der Strömungen zwischen verschiedenen Einleitungsbohrlöchern erhalten wird, da die hydraulische Situation von einem Bohrloch unter Verwendung einer Dichtung auf zwei Schichten aufgeteilt wird, was zum Teil ein Ausfällungsproblem und zum Teil eine schlechte Zirkulation bedeutet.
Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Es hat sich nun überraschend herausgestellt, dass es möglich ist, dieses Problem zu lösen und die wasserführende Schicht auf einfache Weise mittels der vorliegenden Erfindung zu nutzen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jedes Satellitenbohrloch wenigstens zwei Rohre umfasst, die voneinander in einer im Wesentlichen vertikalen Längsrichtung getrennt sind, wobei jedes Rohr aus einem im Wesentlichen vertikalen Wasserleitungsabschnitt und aus einer geohydrologischen Zone besteht, wobei die Zonen so angeordnet sind, dass sie abwechselnd Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgeben oder Wasser, das von der die wasserführende Schicht umgebenden äußeren Umgebung kommt, aufnehmen, wobei sich das erste der wenigstens zwei Rohre, die sich in ein und demselben Satellitenbohrloch befinden, so entworfen ist, dass es Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgibt, und das zweite der wenigstens zwei Rohre so entworfen ist, dass es Wasser entzieht, wobei die geohydrologischen Zonen der wenigstens zwei Rohre in ein und demselben Satellitenbohrloch sich auf unterschiedlichen Tiefen befinden, wobei benachbarte Satellitenbohrlöcher für entgegengesetzte Vorgänge ausgelegt sind: ein erstes Rohr eines ersten Satellitenbohrlochs ist so beschaffen, dass es Wasser auf einer ersten Tiefe an die wasserführende Schicht abgibt, wobei das Wasser durch ein erstes Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs auf der gleichen ersten Tiefe entnommen wird, während ein zweites Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs so beschaffen ist, dass es Wasser auf einer zweiten Tiefe an die Wasserleitungsschicht abgibt, wobei dieses Wasser durch ein zweites Rohr des ersten Satellitenbohrlochs auf der gleichen zweiten Tiefe entnommen wird, so dass im Wesentlichen horizontale Strömungen in einer Wasserleitungsschicht zwischen benachbarten Satellitenbohrlöchern erhalten werden, wobei in der Schicht die Bohrlöcher angeordnet worden sind und wobei das Wasser wenigstens eines Wasserleitungsabschnitts so beschaffen ist, dass es in einer Richtung von unten nach oben bzw. in wenigstens einem vertikalen Abschnitt von oben nach unten gepumpt wird und durch wenigstens einen zweiten Abschnitt abgeführt wird, wobei die Strömung durch eine Hebevorrichtung erhalten wird, die im unteren Teil des jeweiligen Abschnitts angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes Satellitenbohrloch ein Doppelbohrloch, das wenigstens zwei im Wesentlichen vertikale, voneinander getrennte Wasserleitungsabschnitte umfasst, wobei ein Abschnitt des Doppelbohrlochs mit einer oberen geohydrologischen Zone versehen ist und der andere Abschnitt des Doppelbohrlochs mit einer unteren geohydrologischen Zone versehen ist, wobei die Zonen so ausgelegt sind, dass sie abwechselnd Wasser an die Umgebung abgeben oder Wasser, das von außen kommt, aufnehmen, und wobei jeder im Wesentlichen vertikale Abschnitt die Hebevorrichtung umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes Satellitenbohrloch ein Dreifachbohrloch, das drei im Wesentlichen vertikale, auf dichte Weise voneinander getrennte Wasserleitungsabschnitte umfasst, wobei ein Abschnitt des Dreifachbohrlochs mit einer oberen geohydrologischen Zone versehen ist, ein zweiter Abschnitt des Dreifachbohrlochs mit einer mittleren geohydrologischen Zone versehen ist und ein dritter Abschnitt des Dreifachbohrlochs mit einer unteren geohydrologischen Zone versehen ist, wobei die Zonen so ausgelegt sind, dass sie abwechselnd Wasser an die Umgebung abgeben oder Wasser, das von außen kommt, aufnehmen, und wobei jeder im Wesentlichen vertikale Abschnitt die Hebevorrichtung umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Bohrlochabschnitte Steigrohre, die in einem Abzugbehälter enden, wobei die Steigrohre im unteren Abschnitt Ausstoßeinrichtungen aufweisen, die mit Luft arbeiten, die über eine Luftleitung zugeführt wird, die in dem Bohrlochrohr angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Vorrichtungen zum Hinzufügen von Additiven vorgesehen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schaffen wenigstens einer Reaktionszone zum Reinigen von Grund- und Rohwasser in einer wasserführenden Schicht mittels einer Anzahl von Satellitenbohrlöchern und wenigstens eines Entnahmebohrlochs, wobei das Wasser in jedes Satellitenbohrloch eingeleitet wird, das wenigstens zwei Rohre umfasst, die voneinander in einer im Wesentlichen vertikalen Längsrichtung getrennt sind, wobei jedes Rohr aus einem im Wesentlichen vertikalen Wasserleitungsabschnitt und aus einer geohydrologischen Zone besteht, wobei die Zonen so beschaffen sind, dass sie abwechselnd Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgeben oder Wasser von der die wasserführende Schicht umgebenden äußeren Umgebung aufnehmen, wobei das erste der wenigstens zwei Rohre, die sich in ein und demselben Satellitenbohrloch befinden, so entworfen ist, dass es Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgibt, und das zweite der wenigstens zwei Rohre so entworfen ist, dass es Wasser entnimmt, wobei sich die geohydrologischen Zonen der wenigstens zwei Rohre in ein und demselben Satellitenbohrloch auf unterschiedlichen Tiefen befinden, wobei benachbarte Satellitenbohrlöcher für entgegengesetzte Vorgänge ausgelegt sind: ein erstes Rohr eines ersten Satellitenbohrlochs ist so beschaffen, dass es Wasser bei einer ersten Tiefe an die wasserführende Schicht abgibt, wobei das Wasser durch ein erstes Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs auf derselben ersten Tiefe entnommen wird, während ein zweites Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs so beschaffen ist, dass es Wasser bei einer zweiten Tiefe an die wasserführende Schicht abgibt, wobei das Wasser durch ein zweites Rohr des ersten Satellitenbohrlochs auf derselben zweiten Tiefe entnommen wird, so dass im Wesentlichen horizontale Strömungen in der Wasserleitungsschicht zwischen benachbarten Satellitenbohrlöchern, in denen die Bohrlöcher angeordnet sind, erhalten werden, und wobei das Wasser in wenigstens einem vertikalen Abschnitt so beschaffen ist, dass es in einer Richtung von unten nach oben und in wenigstens einem vertikalen Abschnitt von oben nach unten und durch wenigstens einen zweiten Abschnitt nach außen gepumpt wird, wobei die Strömung durch eine Hebevorrichtung erhalten wird, die im unteren Teil des entsprechenden Abschnitts angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in die Reaktionszonen und/oder in das Wasser Hydrocalcit, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Chlorwasserstoffsäure, Oxalsäure, Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft und Gase eingeleitet, was dem Wachstum von Bakterien, von Bakterienkulturen, von sauerstofffreiem Gas, von Denitrierungs-Mikroorganismen oder von Nährstoffen hierfür dient.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Reaktionszone eine Oxidations- und Ausfällungszone.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Satellitenbohrlöcher in der Weise angeordnet, dass wenigstens eine Oxidationszone und wenigstens eine Reduktionszone geschaffen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Satellitenbohrlöcher in einer natürlich vorkommenden wasserführenden Schicht angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Satellitenbohrlöcher in einer natürlichen wasserführenden Schicht angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst jedes Bohrloch ein Doppelbohrloch, das zwei im Wesentlichen vertikale wasserleitende Abschnitte aufweist, die voneinander getrennt sind, wobei ein Teil des Doppelbohrlochs mit einer oberen geohydrologischen Zone versehen ist und der andere Teil des Doppelbohrlochs mit einer unteren geohydrologischen Zone versehen ist, wobei die Zonen so beschaffen sind, dass sie abwechselnd Wasser an die Umgebung abgeben bzw. von außen kommendes Wasser aufnehmen, wobei jeder im Wesentlichen vertikale Abschnitt eine Hebevorrichtung umfasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst jedes Bohrloch ein Dreifachbohrloch, das drei im Wesentlichen vertikale, auf dichte Weise voneinander getrennte Wasserleitungsabschnitte umfasst, wobei ein Abschnitt des Dreifachbohrlochs mit einer oberen geohydrologischen Zone versehen ist, ein zweiter Abschnitt des Dreifachbohrlochs mit einer mittleren geohydrologischen Zone versehen ist und ein dritter Abschnitt des Dreifachbohrlochs mit einer unteren geohydrologischen Zone versehen ist, wobei die Zonen so ausgelegt sind, dass sie abwechselnd Wasser an die Umgebung abgeben oder Wasser, das von außen kommt, aufnehmen, und wobei jeder im Wesentlichen vertikale Abschnitt die Hebevorrichtung umfasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Bohrlochrohre Steigrohre, die in einem Abzugbehälter enden, wobei die Steigrohre im unteren Abschnitt Ausstoßeinrichtungen aufweisen, die mit Luft arbeiten, die über eine Luftleitung zugeführt wird, die in dem Bohrlochrohr angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung werden in die Reaktionszone und/oder in das Wasser Hydrocalcit, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Chlorwasserstoffsäure, Oxalsäure, Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft und Gase eingeleitet, die dem Wachstum von Bakterien, von Bakterienkulturen, von sauerstofffreiem Gas, von Denitrierungs-Mikroorganismen oder von Nährstoffen hierfür dienen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Reaktionszone eine Reduktionszone.
Durch die vorliegende Erfindung wird erreicht, dass wenigstens ein Bohrloch in einer Kombination von Bohrlöchern zu einem Zeitpunkt über einen Abschnitt nur Wasser mittels Überdruck an die Umgebung ausstößt und Wasser in einen zweiten Abschnitt aufnimmt/ansaugt, wodurch benachbarte Satellitenbohrlöcher so gesteuert werden können, dass der Ausstoß, z. B. in einem unteren Abschnitt eines ersten Bohrlochs, einem Unterdruck/Saugen in einem unteren Abschnitt des zweiten Bohrlochs entspricht. Dies bedeutet, dass die Bodenschichten, in denen das Wasser vorhanden ist, in denen eine Reaktion erreicht wird und die eine Reaktionszone bilden, horizontal günstiger verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann geeignet in natürlichen und in künstlichen wasserführenden Schichten unter Verwendung von natürlichem Grundwasser oder von eingeleitetem Rohwasser verwendet werden, wobei sie insbesondere für die Produktion von Leitungswasser entworfen ist.
Es können zu dem Wasser verschiedene Additive hinzugefügt werden, um eine Reaktion in der Reaktionszone auszuführen, wobei solche Additive unter anderem Hydrocalcit, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Chlorwasserstoffsäure, Oxalsäure, Sauerstoffgas für eine schnelle Oxidation, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Gase wie etwa Methan sind, beispielsweise für das Wachstum von Bakterien, die auf im Wasser vorhandenen Verbindungen wachsen, von Bakterienkulturen, die davon abhängen, was aus dem Wasser entfernt werden soll, von sauerstofffreiem Gas wie etwa Stickstoff, von Denitrierungs-Mikroorganismen oder von Nährstoffen hierfür wie etwa Zucker oder Melasse, Methanol, Ethanol oder Acetat wie etwa Natriumacetat oder Calciumacetat. Ein Eisen-II-Salz kann jedoch ebenfalls hinzugefügt werden, um eine Reduktion und eine Komplexbildung in der Reaktionszone zu erhalten.
Satellitenbohrlöcher und Entnahmebohrlöcher sind in einem geohydrologischen Gebiet angeordnet. Dies kann bedeuten, dass unter Gebäuden abwärts gebohrt wird, wobei Satellitenbohrlöcher und Entnahmebohrlöcher im Boden schräg in Bezug auf die vertikale Ebene angeordnet sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung gezeigt sind, worin:
1 ein bevorzugtes Bohrloch gemäß der Erfindung in einer Doppelrohrausführungsform zeigt;
2 einen Querschnitt des Bohrlochs von 1 längs der Linie II-II von 1 zeigt;
3 eine Einzelheit des oberen Abschnitts des Bohrlochs von 1 zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht des Einrichtens von Satellitenbohrlöchern in einer Dreifachrohrausführungsform, die ein mittig angeordnetes Entnahmebohrloch besitzt;
5 eine Ausführungsform von 4 in einem Querschnitt längs der Linie V-V in 4 zeigt;
6 die Ausführungsform von 4 in einem Querschnitt längs der Linie VI-VI in 4 zeigt;
7 eine Prinzipskizze einer Dreifachgruppen-Ausführungsform zeigt, die drei Satellitenbohrlöcher verwendet, um einen Strömungsaufbau zu veranschaulichen;
8 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einem Längsschnitt zeigt;
9 einen Querschnitt einer künstlichen wasserführenden Schicht zeigt; und
10 die Anordnung von 9 bei Betrachtung von oben zeigt.
1 bezeichnet ein Futterrohr eines Satellitenbohrlochs, wobei das Futterrohr 1 nach unten zu einem Bereich knapp oberhalb eines Grundwasserpegels 2 in einer wasserführenden Schicht 3 führt. Zwei Bohrlochrohre 5, 6 werden nach unten in diese wasserführende Schicht 3 geschoben, wobei ein Rohr 5 in einem oberen geohydrologischen Abschnitt mit Schlitzen 20 versehen ist und das andere Rohr 6 in einem unteren geohydrologischen Abschnitt mit Schlitzen versehen ist. Die Bohrlochrohre 5, 6 bilden vertikal getrennte Abschnitte, damit das gebohrte Loch in zwei vertikale Hälften unterteilt wird. In jedem Bohrlochrohr 5, 6 ist ein Steigrohr 8, 9 sowie eine Luftleitung 10, 11 vorhanden, die nach unten führen und an Ausstoßvorrichtungen 12, 13 angeordnet sind, die im unteren Abschnitt des jeweiligen Steigrohrs 8, 9 angeordnet sind. Die Ausstoßvorrichtungen 12, 13 besitzen den gleichen Aufbau und die gleichen Strömungseigenschaften.
Wie aus 8 klar hervorgeht, ist das Futterrohr 1 auf Bodenhöhe angeordnet und enden die Steigrohre 8, 9 in einen Abzugbehälter 17, der mit dem Futterrohr 1 durch eine Flanschverbindung 18 verbunden ist. Der Abzugbehälter 17 enthält außerdem eine Dosierungsöffnung 19 für die Dosierung optionaler Chemikalien oder anderer Additive. Die Hinzufügung von Luft ist so ausgelegt, dass sie durch Luftleitungen 10, 11 erfolgen kann, die durch Unterstützungsrohre 21 des Abzugbehälters 17 verlaufen. Die Luftleitungen 10, 11 sind an Ausstoßvorrichtungen 12, 13 angeordnet, die ihrerseits am Boden der jeweiligen Steigrohre 8, 9 angeordnet sind.
Wie aus 3 klar hervorgeht, ist über den Bohrlochrohren 5, 6 und insbesondere über den Steigrohren 8, 9 ein Edelstahlrohr 14 vorhanden, das mit einem Deckel 15 versehen ist. Das Edelstahlrohr 14 ist so ausgelegt, dass es in den Steigrohren 8, 9 abwechselnd hoch gepumptes Wasser ausstößt, bevor dieses abwechselnd in das Steigrohr 9 bzw. 8 nach unten strömt. Der Deckel 15 ist mit einem Auslass 16 für jegliches Gas versehen, das von dem Wasser und dem Gas/Luft-Gemisch, das für den Betrieb der Ausstoßvorrichtungen 12, 13 verwendet worden ist, freigesetzt wird. Außerdem kann in dem Deckel 15 eine Dosierungsöffnung 19 vorhanden sein.
In den hier gezeigten Ausführungsformen sind die Bohrlochrohre der Satellitenbohrlöcher als zylindrische Rohre gezeigt worden, die in die gebohrten Löcher hinabgeführt werden, woraufhin Füllmaterial wie etwa Sand und Kies in die gebohrten Löcher als Verpackung um die Rohre hinabgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Bohrlochrohre als halbkreisförmige Einheiten vorzubereiten, die mit einander zugewandten ebenen Oberflächen hinabgeführt werden, wodurch ein Befüllen der gebohrten Löcher erhalten wird.
Wie aus 4 klar hervorgeht, sind zahlreiche Bohrlochrohre 31, 32, 33 in Gruppen aus drei Rohren angeordnet, wobei die drei Rohre in einem wasserführenden Gebiet in den jeweiligen Bohrlöchern als Satellitenbohrlöcher 101–110 angeordnet sind. Im Zentrum der Anordnung befindet sich ein Entnahme- oder Hauptbohrloch 16, durch das Wasser, das in dem Gebiet behandelt worden ist, für eine weitere Behandlung und/oder Verteilung entnommen wird.
In diesen Dreifachgruppen von Bohrlochrohren 31, 32, 33 sind Steigrohre, Luftleitungen und Ausstoßvorrichtungen wie in den früher erwähnten Ausführungsformen angeordnet. Im Unterschied zu den früheren Ausführungsformen sind die Bohrlochrohre 31, 32, 33 gemeinsam in drei verschiedenen Abschnitten geschlitzt, wobei in dem gegebenen Beispiel das Bohrlochrohr 31 in einem oberen Abschnitt geschlitzt ist, das Bohrlochrohr 32 in einem mittleren Abschnitt geschlitzt ist und das Bohrlochrohr 33 in einem unteren Abschnitt geschlitzt ist. Das bedeutet, dass drei verschiedene Pegel des wasserführenden Gebiets genutzt werden können, um Reaktionszonen zu erhalten. Selbst bei diesem Ausführungstyp erfolgt der Ausstoß in die geohydrologische Zone mittels eines Überdrucks, während die Aufnahme von Wasser von der geohydrologischen Zone mittels eines durch die Hebevorrichtungen erzeugten Unterdrucks erzielt wird.
Neben Doppelbohrlöchern und Dreifachbohrlöchern ist es in einigen Fällen möglich, Mehrfachbohrlöcher als Satellitenbohrlöcher zu verwenden. Dadurch kann eine große Anzahl von geologischen Schichten in einem wasserführenden Gebiet berücksichtigt werden.
In 7 ist der Strömungsaufbau zwischen zwei Gruppen von jeweils drei Bohrlochrohren 31, 32, 33 gezeigt, wobei die Bohrlochrohre 31 und 33 der linke Gruppe aktiviert worden sind, d. h. die Ausstoßvorrichtungen der Steigrohre dieser Bohrlochrohre arbeiten durch Lufthinzufügung, während in der rechten Gruppe das Bohrlochrohr 32 aktiviert worden ist. Wenn ein Rohr aktiviert wird, bedeutet dies, dass es Wasser auf Grund der durch die Ausstoßvorrichtungen erzeugten Pumpkraft in sich hineinsaugt, während dann, wenn die Rohre nicht aktiviert sind, d. h. dann, wenn die Ausstoßvorrichtungen nicht arbeiten, jedoch Wasser in die jeweiligen Abzugbehälter zurückkehrt, das Wasser aus dem jeweiligen Bohrlochrohr hinausgepresst wird, wie in 7 gezeigt ist.
In den 9 und 10 ist eine künstliche wasserführende Schicht gezeigt, die in einem geologischen Boden erhalten worden ist und an sich nicht als eine wasserführende Schicht geeignet ist, in der jedoch durch Ausheben eines Hohlraums, der mit einem inerten, dichten Tuch 41 abgedeckt und dann mit einem inerten wasserführenden Material in Form von Kies mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 2 bis 16 mm, von Naturkies oder von zerkleinertem Material Bedingungen geschaffen worden sind, wobei in dem Material eine Anzahl von Bohrlöchern 110–113 ebenso wie ein Rückzugbohrloch 114 angeordnet worden sind. Rohwasser wird mittels einer perforierten Leitung 42 in die wasserführende Schicht eingeleitet. Bei diesem Typ einer wasserführenden Schicht können Drainagerohre 43 zwischen den Bohrlöchern 110–113 und dem Rückzugbohrloch 114 angeordnet sein. Das Abdichtungstuch 41 ist in einem Abstand unter dem Bodenpegel angeordnet, derart, dass überschüssiges Rohwasser in der wasserführenden Schicht in die Umgebungen überläuft. Auf diese Weise wird ein positiver Strom gebildet, der jegliche Strömung von nicht kontrolliertem Wasser verhindert.
Ein großer Vorteil bei Verwendung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik ist die Tatsache, dass die Ausstoßvorrichtungen auf derselben Tiefe und mit im Wesentlichen derselben Strömung arbeiten, was sehr gute Bedingungen für gleichmäßige Bodenströmungen erzeugt und daher eine wesentlich verbesserte Reaktionszone im Boden ergibt. Die Gefahr eines Verstopfens wird ebenfalls verringert, indem im Wesentlichen in allen Rohren eine Strömung aufrechterhalten wird.
Die Bohrlöcher können erheblich tiefer gemacht werden, als dies für die geologischen Zonen notwendig ist, weil die Pumpströmung in den jeweiligen einzelnen Steigrohren erhöht ist.
Die Konfiguration von Satellitenbohrlöchern kann sehr unterschiedlich sein, z. B. elliptisch, parabelförmig, kreisförmig, bogenförmig, kreisabschnittförmig, geradlinig und dergleichen, die sämtlich die vorhandenen geologischen Bedingungen und Volumenanforderungen berücksichtigen. Die Konfiguration kann auch einen oder mehrere konzentrische oder exzentrische Kreise umfassen, wobei in einem Bereich eine Oxidationszone aufrechterhalten wird und in einem weiteren Bereich eine Reaktionszone aufrechterhalten wird.
Die Konfiguration kann je nach den geohydrologischen Bedingungen auch Kombinationen von Doppelbohrlöchern, Dreifachbohrlöchern oder Mehrfachbohrlöchern umfassen.
Jegliche Änderung zwischen Satellitenbohrlöchern in Bezug auf die Strömungsrichtung mittels der vorliegenden Erfindung kann auf sehr einfache Weise erfolgen und wird einfach durch das automatische Betriebssystem, das mit dem System verbunden ist, gesteuert.
Die Anordnung von Doppel- oder Dreifachbohrlöchern bedeutet auch, dass diese bei einer großen Tiefe als tiefe Bohrlöcher, die ein Entgasungsgefäß unter dem Bodenpegel besitzen, angeordnet werden können. 1 zeigt eine Anwendung als tiefes Bohrloch eines Doppelbohrlochs 5, 6, wobei das Futterrohr sich über eine erhebliche Tiefe nach unten in den Boden erstreckt und wobei ein Entgasungsgefäß vorhanden ist. Die Hinzufügung von Luft erfolgt prinzipiell auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform von 8.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind Luftausstoßvorrichtungen als Transportmittel für Wasser in den Steigrohren verwendet worden. Selbstverständlich können andere üblicherweise verwendete Transportmittel verwendet werden, etwa elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Pumpen unterschiedlichen Typs.

1: Futterrohr
2: Wasserpegel
3: wasserführende Schicht
4: Bohrloch
5: Bohrlochrohr
6: Bohrlochrohr
8: Steigrohr
9: Steigrohr
10: Luftleitung
11: Luftleitung
12: Ausstoßvorrichtung
13: Ausstoßvorrichtung
14: Rohr
15: Deckel
16: Auslass
17: Abzugsbehälter
18: Flanschverbindung
19: Dosierungsöffnung
20: Schlitze
21: Unterstützungsrohr
31: Bohrlochrohr
32: Bohrlochrohr
33: Bohrlochrohr
41: Abdichtungstuch
42: perforierte Leitung
43: Drainagerohr
101–110: Satellitenbohrlöcher

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen einer Reaktionszone in einer wasserführenden Schicht, um Grund- und Rohwasser zirkulieren zu lassen und zu reinigen, insbesondere für eine Leitungswassernutzung, wobei die Vorrichtung aus einer Anzahl von Satellitenbohrlöchern (101–110) und aus wenigstens einem Entnahmebohrloch (16) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Satellitenbohrloch (101–110) wenigstens zwei Rohre umfasst, die voneinander in einer im Wesentlichen vertikalen Längsrichtung getrennt sind, wobei jedes Rohr aus einem im Wesentlichen vertikalen Wasserleitungsabschnitt (5, 6; 31, 32, 33) und aus einer geohydrologischen Zone (20) besteht, wobei die Zonen so angeordnet sind, dass sie abwechselnd Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgeben oder Wasser, das von der die wasserführende Schicht umgebenden äußeren Umgebung kommt, aufnehmen, wobei das erste der wenigstens zwei Rohre, die sich in ein und demselben Satellitenbohrloch befinden, so entworfen ist, dass es Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgibt, und das zweite der wenigstens zwei Rohre so entworfen ist, dass es Wasser entzieht, wobei die geohydrologischen Zonen der wenigstens zwei Rohre in ein und demselben Satellitenbohrloch sich auf unterschiedlichen Tiefen befinden, wobei benachbarte Satellitenbohrlöcher für entgegengesetzte Vorgänge ausgelegt sind: ein erstes Rohr eines ersten Satellitenbohrlochs ist so beschaffen, dass es Wasser auf einer ersten Tiefe an die wasserführende Schicht abgibt, wobei das Wasser durch ein erstes Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs auf der gleichen ersten Tiefe entnommen wird, während ein zweites Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs so beschaffen ist, dass es Wasser auf einer zweiten Tiefe an die Wasserleitungsschicht abgibt, wobei dieses Wasser durch ein zweites Rohr des ersten Satellitenbohrlochs auf der gleichen zweiten Tiefe entnommen wird, so dass im Wesentlichen horizontale Strömungen in einer Wasserleitungsschicht zwischen benachbarten Satellitenbohrlöchern erhalten werden, wobei in der Schicht die Bohrlöcher angeordnet worden sind und wobei das Wasser wenigstens eines Wasserleitungsabschnitts (5, 6; 31, 32, 33) so beschaffen ist, dass es in einer Richtung von unten nach oben bzw. in wenigstens einem vertikalen Abschnitt von oben nach unten gepumpt wird und durch wenigstens einen zweiten Abschnitt abgeführt wird, wobei die Strömung durch eine Hebevorrichtung (12, 13) erhalten wird, die im unteren Teil des jeweiligen Abschnitts angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Satellitenbohrloch ein Doppelbohrloch ist, das wenigstens zwei im Wesentlichen vertikale, voneinander getrennte Wasserleitungsabschnitte (5, 6) umfasst, wobei ein Abschnitt (6) des Doppelbohrlochs mit einer oberen geohydrologischen Zone (20) versehen ist und der andere Abschnitt (5) des Doppelbohrlochs mit einer unteren geohydrologischen Zone (20) versehen ist, wobei die Zonen so ausgelegt sind, dass sie abwechselnd Wasser an die Umgebung abgeben oder Wasser, das von außen kommt, aufnehmen, und wobei jeder im Wesentlichen vertikale Abschnitt (5, 6) die Hebevorrichtung (12, 13) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Satellitenbohrloch ein Dreifachbohrloch ist, das drei im Wesentlichen vertikale, auf dichte Weise voneinander getrennte Wasserleitungsabschnitte (31, 32, 33) umfasst, wobei ein Abschnitt (31) des Dreifachbohrlochs mit einer oberen geohydrologischen Zone versehen ist, ein zweiter Abschnitt (32) des Dreifachbohrlochs mit einer mittleren geohydrologischen Zone versehen ist und ein dritter Abschnitt (33) des Dreifachbohrlochs mit einer unteren geohydrologischen Zone versehen ist, wobei die Zonen so ausgelegt sind, dass sie abwechselnd Wasser an die Umgebung abgeben oder Wasser, das von außen kommt, aufnehmen, und wobei jeder im Wesentlichen vertikale Abschnitt die Hebevorrichtung (12, 13) umfasst.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Wasserleitungsabschnitte (5, 6; 31, 32, 33) Steigrohre (8, 9) umfassen, die in einem Abzugbehälter (17) enden, wobei die Steigrohre (8, 9) im unteren Abschnitt Ausstoßeinrichtungen (12, 13) aufweisen, die mit Luft arbeiten, die über eine Luftleitung (10, 11) zugeführt wird, die in den vertikalen Wasserleitungsabschnitten (5, 6; 31, 32, 33) angeordnet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen (19) zum Hinzufügen von Additiven vorgesehen sind.
Verfahren zum Schaffen wenigstens einer Reaktionszone zum Reinigen von Grund- und Rohwasser in einer wasserführenden Schicht mittels einer Anzahl von Satellitenbohrlöchern (101–110) und wenigstens eines Entnahmebohrlochs (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser in jedes Satellitenbohrloch eingeleitet wird, das wenigstens zwei Rohre umfasst, die voneinander in einer im Wesentlichen vertikalen Längsrichtung getrennt sind, wobei jedes Rohr aus einem im Wesentlichen vertikalen Wasserleitungsabschnitt (5, 6; 31, 32, 33) und aus einer geohydrologischen Zone (20) besteht, wobei die Zonen so beschaffen sind, dass sie abwechselnd Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgeben oder Wasser von der die wasserführende Schicht umgebenden äußeren Umgebung aufnehmen, wobei das erste der wenigstens zwei Rohre, die sich in ein und demselben Satellitenbohrloch befinden, so entworfen ist, dass es Wasser an die umgebende wasserführende Schicht abgibt, und das zweite der wenigstens zwei Rohre so entworfen ist, dass es Wasser entnimmt, wobei sich die geohydrologischen Zonen der wenigstens zwei Rohre in ein und demselben Satellitenbohrloch auf unterschiedlichen Tiefen befinden, wobei benachbarte Satellitenbohrlöcher für entgegengesetzte Vorgänge ausgelegt sind: ein erstes Rohr eines ersten Satellitenbohrlochs ist so beschaffen, dass es Wasser bei einer ersten Tiefe an die wasserführende Schicht abgibt, wobei das Wasser durch ein erstes Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs auf derselben ersten Tiefe entnommen wird, während ein zweites Rohr eines zweiten Satellitenbohrlochs so beschaffen ist, dass es Wasser bei einer zweiten Tiefe an die wasserführende Schicht abgibt, wobei das Wasser durch ein zweites Rohr des ersten Satellitenbohrlochs auf derselben zweiten Tiefe entnommen wird, so dass im Wesentlichen horizontale Strömungen in der Wasserleitungsschicht zwischen benachbarten Satellitenbohrlöchern, in denen die Bohrlöcher (101–110) angeordnet sind, erhalten werden, und wobei das Wasser in wenigstens einem vertikalen Abschnitt so beschaffen ist, dass es in einer Richtung von unten nach oben und in wenigstens einem vertikalen Abschnitt von oben nach unten und durch wenigstens einen zweiten Abschnitt nach außen gepumpt wird, wobei die Strömung durch eine Hebevorrichtung (12, 13) erhalten wird, die im unteren Teil des entsprechenden Abschnitts angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Reaktionszone und/oder in das Wasser Hydrocalcit, Natrium, Hydroxid, Natriumcarbonat, Chlorwasserstoffsäure, Oxalsäure, Sauerstoff, Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Gase, sauerstofffreie Gase oder Nährstoffe für Mikroorganismen oder Acetat wie etwa Natriumacetat oder Calciumacetat oder Eisen-II-Salz eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone eine Oxidationszone bildet, in der Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingeleitet worden sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone eine Reduktions- oder Ausfällungszone bildet, in die ein Acetat wie etwa Natriumacetat oder Calciumacetat oder ein Eisen-II-Salz eingeleitet worden sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Satellitenbohrlöcher (101–110) in der Weise angeordnet sind, dass wenigstens eine Oxidationszone und wenigstens eine Reduktions- oder Ausfällungszone geschaffen werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 6–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Satellitenbohrlöcher (101–110) in einer natürlich vorkommenden wasserführenden Schicht angeordnet sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 6–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Satellitenbohrlöcher (101–110) in einer natürlichen wasserführenden Schicht angeordnet sind.