DE69714101T2

DE69714101T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen

Info

Publication number: DE69714101T2
Application number: DE69714101T
Authority: DE
Inventors: Ronald E. Hess; Michael T. Salotti; Richard A. Williams
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: US6024868A; DE69714101D1; EP0792700A2; EP0792700B1; JPH09225448A; BR9701080A; EP0792700A3; JP3971480B2

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen die Entfernung von Verunreinigungen aus Schmutzwasser.
Der 2-PHASETM (eine Handelsbezeichnung von Xerox Corporation) Extraktionsprozeß stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Chemikalien und anderen unerwünschten Substanzen aus einem verschmutzen Bodenbereich bereit. Allgemein wird ein Extraktionsrohr oder dergleichen innerhalb des verschmutzten Bereichs plaziert und Vakuum angewendet, so daß ein kombinierter Flüssigkeits- und Dampfstrom durch das Rohr hindurch aus dem Boden gezogen wird. Die Flüssigkeit und der Dampf werden dann getrennt und jede Phase behandelt, um die Verschmutzung zu entfernen. Derartige Prozesse sind in US-A 5,464,309, US-A 5,441,365, US-A 5,358,357, US-A 5,197,541, US-A 5,172,764 und US-A 5,050,676, welche alle der Xerox Corporation, Stamford, Connecticut, dem Zessionar dieser vorliegenden Erfindung übertragen sind, offenbart.
Verschmutzungen sind in unterirdischem Erdreich und Grundwasser in der Flüssig- oder Dampfphase vorzufinden. Sie können als diskrete Substanzen vorliegen oder sie können gemischt mit und/oder gelöst in Grundwasser und Bodendämpfen vorhanden sein. Verschiedene Arten von Verschmutzungen sind im Grundwasser und Erdreich finden, einschließlich flüchtiger organischer Verbindung, halb-flüchtiger Materialien, Metallverschmutzungen und dergleichen. Solche Verschmutzungen sind in der Sickerzone (der ungesättigten Schicht, welche zwischen der Erdoberfläche und dem Wasserspiegel liegt), an der Schnittstelle zwischen der Sickerzone und dem Wasserspiegel und in der gesättigten Zone unterhalb des Wasserspiegels vorzufinden.
Eine Vielzahl von Techniken wurde bereits für die Entfernung von Verschmutzungen und zur Behandlung betroffener Medien eingesetzt. Eine Technik beinhaltet den Abtrag und die Behandlung des Bodens an einem anderen Ort. Eine andere Technik beinhaltet die Sättigung des verschmutzten Bodens mit Wasser vor Ort, was eine langsame Auslaugung der Verschmutzung aus dem Erdreich durch das Wasser bewirkt. Das verschmutzte Wasser kann dann entfernt werden.
US-A-3491610 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Öl aus einer Produktionszone, wobei eine künstliche Hebeeinrichtung erforderlich ist, um das Öl an die Oberfläche zu bringen, indem Druckluft zum Hochdrücken des Öls an die Oberfläche verwendet wird.
EP-A-0304712 offenbart ein Verfahren zum Austreiben von Verunreinigungen aus dem Boden, welches einen Luftsteuerungskreislauf in Fluidverbindung mit einem Extraktionsbrunnen zur Aufrechterhaltung eines Vakuums innerhalb eines Vakuumsextraktionsrohres verwendet.
US-A-5,464,309 offenbart bestimmte Aspekte des 2-PHASETM-Extraktionsprozesses zum Entfernen flüchtiger organischer Chemikalien aus einem verschmutzen Bodenbereich. Ein Bohrloch wird in dem verschmutzten Bereich auf eine Tiefe unter Wasserspiegel eingebracht und mehrere konzentrische Rohre in das Bohrloch eingebracht. Gas und ein Vakuum werden gleichzeitig auf das Rohrsystem in der Weise angewendet, daß verschmutzte Dämpfe und Flüssigkeit aus dem Boden in die Rohre gesaugt werden. Die Dämpfe und Flüssigkeiten werden zusammen an die Oberfläche transportiert und in zwei Komponenten zerlegt. Jeder Strom wird zur Entfernungen der Verschmutzungen behandelt. Eine Vorrichtung zur Ausführung des Prozesses ist ebenfalls offenbart.
US-A-5,358,357 offenbart weitere Aspekte des 2-PHASETM-Extraktionsprozesses und der Vorrichtung, in welcher eine Vakuumextraktion angewendet wird, um Bodenverschmutzungen sowohl in den Sättigungs- als auch den Sickerzonen zu entfernen. Ein Bohrloch wird in dem verschmutzten Bereich auf eine Tiefe unter den Wasserspiegel eingebracht, ein Vakuumextraktionsrohr innerhalb eines Steigrohrs plaziert und beide Rohre in das Bohrloch auf eine Tiefe bis unter den Wasserspiegel eingebracht. Das Vakuumextraktionsrohr weist wenigsten einen Gaseinlaß auf, welcher unterhalb des Grundwasserpegels angeordnet ist. Ein Gas wird in das Steigrohr eingeführt, während ein Vakuum an das Extraktionsrohr angelegt wird. Gase und Flüssigkeit werden aus dem Boden in das perforierte Steigrohr gesaugt und von dem Steigrohr in das Vakuumextraktionsrohr. Ein Zwei-Phasen-Strom innerhalb des Vakuumextraktionsrohres wird ausgelöst, wenn Gas in das Vakuumextraktionsrohr unterhalb des Grundwasserspiegels eingeführt wird. Sowohl die Dämpfe als auch die Flüssigkeit werden an die Oberfläche als ein gemeinsamer Zwei-Phasen-Strom transportiert. Die Dampf- und Wasserströme werden dann behandelt, um die Verschmutzung zu entfernen.
US-A 5,050,676 und US-A 5,197,541 offenbaren noch weitere Aspekte des 2-PHASETM- Extraktionsprozesses und der zu Extraktion der Verschmutzungen aus dem Boden verwendeten Vorrichtung, einschließlich der Vakuumabsaugung von Flüssig- und Dampfphasen als einem gemeinsamer Strom, der Trennung der Flüssigkeits- und Dampfphasen, und der anschließenden Behandlung der getrennten Flüssigkeiten und Dämpfe, um saubere Ausgangsprodukte zu erzeugen. Die Zwei-Phasenextraktion verwendet nur eine Vakuumerzeugungsvorrichtung, um Verschmutzungen sowohl in dem Flüssigkeitsstrom, als auch in Bodengasen durch nur einen Brunnenring zu entfernen.
Der 2-PHASETM-Extraktionsprozeß ist eine sehr effektive Technik zum Entfernen von flüchtigen oder wasserlöslichen Chemikalien aus einem verschmutzten Bodenbereich, wobei aber jahreszeitliche Veränderungen oder natürliche Ereignisse, welche regelmäßig die Höhe des Wasserspiegels verändern, dessen Betrieb nachteilig beeinträchtigen können. Beispielsweise nimmt während der Frühlingsmonate die Menge des in einem bestimmten Bereichs vorhandenen Grundwasser oft aufgrund der Schneeschmelze oder Niederschlagsabläufen zu. Da ein größeres Volumen von verschmutztem Abwasser aus dem unterirdischen Erdreich entfernt werden muß, muß das Verhältnis der Mitnehmerluft zu dem Grundwasser von Hand eingestellt werden oder die auf den Abwasserstrom ausgeübte Antigravitationskraft ist zu klein, um es aus dem Boden zu heben.
Während des Sommers fallen üblicherweise die Grundwasserpegel, was zu einer Zunahme der Tiefe der Sickerzone führt. Dieses bedeutet, daß die Menge an verschmutzten Grundwasser in dem Bereich abnimmt und die Menge des vorhandenen Bodengases zunimmt. Dieses zusätzliche Bodengas führt zu einem größeren Luftstrom innerhalb des Extraktionsbrunnens. Die Zunahme der Luftströmung bewirkt einen Verlust an Vakuum, was den Brunnenbetrieb ineffizient macht.
In jeder Jahreszeit muß der Boden des Extraktionsbrunnens an oder sehr nahe an der Flüssigkeits/Dampf-Schnittstelle innerhalb des Brunnens gehalten werden, um die Mitnahme suspendierter Flüssigkeit innerhalb des extrahierten Luftstromes aufrecht zu erhalten. Wenn die Flüssigkeits/Dampf-Schnittstelle unter den Boden des Brunnens fällt, muß die Menge der den Brunnen zugeführte Luft wieder angepaßt werden, wenn der Vakuumzustand aufrecht erhalten werden soll. Sobald die Grundwasserpegel steigen, muß die Luftzuführung wieder angepaßt werden, um das Vakuum zu optimieren, oder der Extraktionsbrunnen arbeitet wiederum ineffizient.
Somit muß die Mitnehmerluft an den schwankenden Grundwasserpegel angepaßt werden, wenn eine optimale Vakuumzuführung an die Brunnenformation sichergestellt und ein effizienter Betrieb des Extraktionsbrunnens fortgesetzt werden soll. Das Vakuum innerhalb des Brunnens wird derzeit durch Zuführung atmosphärischer Luft durch einen Einlaß sichergestellt, wenn der Pegel des Grundwassers ansteigt. Wenn der Grundwasserpegel abfällt, wird die Luftzufuhr unterbrochen. Dieses Betriebsverfahren erfordert, daß ein Techniker oder eine andere Wartungsperson sich physisch zu der Brunnenstelle begibt und die Hardware überprüft, um zu sehen, ob der Brunnen korrekt arbeitet. Wenn keine Flüssigkeit mehr mitgenommen wird, muß der Techniker von Hand Druckluft dem Brunnen zuführen, um ihn wieder zu starten. Das Ventil muß dann von Hand eingestellt werden, um den Strom der Umgebungsluft zu variieren, sobald der Brunnen zu arbeiten beginnt. Da ein Ausfall nicht detektiert wird, bis eine physische Überprüfung der Hardware durchgeführt wird, kann der Brunnen über längere Zeiträume nicht arbeiten. Es ist erwünscht, eine Möglichkeit bereit zu stellen, um automatisch die Menge der Luft zu steuern und zu regeln, die den Brunnen und dem Extraktionsrohr zugeführt wird, wenn jahreszeitliche und andere Veränderungen an dem Grundwasserspiegel stattfinden. Die vorliegende Erfindung stellt eine derartige Einrichtung bereit, und eliminiert damit die Notwendigkeit eines menschlichen Eingriffes und der damit verbundenen Kosten und Nachteile.
Demzufolge verbleibt, obwohl bekannte Vorrichtungen und Prozesse für die gewünschten Zwecke geeignet sind, ein Bedarf nach Prozessen und Vorrichtungen zur Entfernung verschmutzter Flüssigkeiten und Gasen aus dem Boden mit einem verbesserten Wirkungsgrad. Ferner gibt es einen Bedarf nach Vorrichtungen und Verfahren für die automatische Anpassung der Luftmenge, die dem Vakuumextraktionsbrunnen zugeführt wird, um so die geeigneten Vakuumbedingungen während dessen Betrieb aufrecht zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung reduziert diese Probleme mit Luftstromsteuerungstechniken, welche dazu genutzt werden können, das Vakuum zum Extrahieren verschmutzter Flüssigkeiten und Dämpfe aufrecht zu erhalten.
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Entfernung von Verschmutzungen aus einem Grundwasserstrom bereitgestellt, welche umfaßt: ein Vakuumextraktionsrohr zur Einbringung in einen Extraktionsbrunnen, welcher verschmutztes Grundwasser enthält, wobei das Vakuumextraktionsrohr einen Einlaß für eine Plazierung in dem Grundwasser enthält, einen Auslaß und eine Vielzahl von Anschlüssen; ein Steigrohr, um das Vakuumextraktionsrohr herum; eine Vakuum-Erzeugungsvorrichtung in Fluidverbindung mit dem Vakuumextraktionsrohr an dem Auslaß, zum Hochsaugen des Grundwassers durch das Vakuumextraktionsrohr; eine Verschmutzungsentfernungseinrichtung, die mit der Vakuumserzeugungseinrichtung und mit dem Vakuumextraktionsrohr in Verbindung steht, um das durch das Vakuumextraktionsrohr hochgezogene Grundwasser aufzunehmen und die Vermutzungen aus dem Grundwasser zu entfernen, gekennzeichnet durch:
einen Luftstromsteuerkreis in Fluidverbindung mit dem Extraktionsbrunnen über einen Einlaß in dem Steigrohr und in Fluidverbindung mit dem Vakuumextraktionsrohr an der Vielzahl der Anschlüsse, wobei der Luftstromsteuerkreis umfaßt:
eine Leitung mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei jedes Ende eine Öffnung definiert, durch welche Luft passieren kann, wobei das erste Ende der Leitung innerhalb einer Innenwand des Steigrohres und außerhalb der Außenwand des Vakuumextraktionsrohres so angeordnet ist, daß sich Luft von der Leitung durch den Anschluß in das Vakuumextraktionsrohr bewegen kann; und das zweite Ende des Leitungsrohres mit dem Steigrohr über den Einlaß verbunden ist;
einen Lufteinlaß und ein dem Lufteinlaß zugeordnetes Ventil, um den Luftstrom in die Leitung zu steuern; und
eine Rückschlagventilanordnung, welche in der Leitung zwischen dem Einlaß des Steigrohrs und dem Anschluß des Vakuumextraktionsrohres angeordnet ist, welches ein Gehäuse mit einer ersten Innenwand und einer zweiten Innenwand; einen Anschlag, der an der zweiten Innenwand befestigt ist und eine Klappe umfaßt, welche schwenkbar an der ersten Innenwand befestigt ist und gegen den Anschlag anstoßen kann.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von Verschmutzungen aus Grundwasser bereitgestellt, welches umfaßt:
(a) Anwenden eines Vakuums, um Grundwasser aus einem Extraktionsbrunnen durch ein Vakuumextraktionsrohr mit einem in dem Grundwasser plazierten Einlaß zu nach oben ziehen, wobei das Extraktionsrohr ein Steigrohr um das Vakuumextraktionsrohr herum enthält;
(b) Zuführen von Luft zu dem Extraktionsbrunnen, um die Aufwärtsbewegung des Grundwasser zu verbessern;
(c) automatisches Variieren der Luftzufuhr, wenn der Grundwasserpegel in dem Extraktionsbrunnen variiert; und
(d) Entfernen von Verschmutzungen aus dem von dem Extraktionsbrunnen hochgesaugten Grundwassers;
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der automatischen Variierung der Luftzufuhr umfaßt:
Ansaugen von Luft durch einen Einlaß in eine Leitung, welche sowohl mit dem Vakuumextraktionsrohr als auch dem Steigrohr verbunden ist;
Bewegen der Luft aus dem Lufteinlaß von dem Vakuumextraktionsrohr in das Steigrohr; und automatisches Steuern des Luftstroms zu dem Vakuumextraktionsrohr und dem Steigrohr durch die Verwendung eines Klappenventils, welches in einem Verzweigungsrohr zu dem Vakuumextraktionsrohr angeordnet ist, wobei das Klappenventil auf den Druck in dem Steigrohr und dem Vakuumextraktionsrohr so reagiert, daß der Luftstrom zu dem Vakuumextraktionsrohr zunimmt, wenn der Grundwasserpegel ansteigt und abnimmt, wenn der Grundwasserpegel absinkt.
Die Erfindung wird nun im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist, bzw. stellt dar:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer typischen Vakuumextraktionsvorrichtung zum Entfernen von Verschmutzungen aus dem Boden;
Fig. 2 eine Aufrißansicht eines typischen 2-PHASETM-Extraktionsbrunnen;
Fig. 3 eine Aufrißansicht, welche den Ansauglufteinlaß ohne die vorliegende Erfindung, wie sie derzeit an dem Extraktionsbrunnen angebracht wird, darstellt;
Fig. 4 eine detaillierte Ansicht eines Luftstromsteuerkreises der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 eine Aufrißansicht der vorliegenden Erfindung angebracht an einen Extraktionsbrunnen.
Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit dem 2-PHASETM-Saugprozeß und Verfahren zur Entfernung von Verschmutzungen und/oder Verschmutzungen enthaltenden Dämpfen und Flüssigkeiten aus dem Boden verwendet werden. Die Erfindung kann auch für andere Prozesse verwendet werden, und ist daher nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
In einem typischen verschmutzten Bereich erzeugt eine Quelle flüchtiger Verschmutzungen eine Wolke von absorbierten, gelösten oder suspendierten Freiphasen- oder Gasphasen-Verschmutzungen in dem Erdreich der (ungesättigten) Sickerzone. Die die Wolke bildenden Verschmutzungen haben die Tendenz zu dem natürlichen Grundwasserspiegel zu tropfen oder zu sickern. Komponenten leichter als Wasser und welche nicht gelöst sind, haben die Tendenz auf der Oberfläche des Wasserspiegels zu schwimmen. Gelöste Verschmutzungen haben die Tendenz in einer Wolke unter den Wasserspiegel abzusinken, und Freiphasen-Komponenten schwerer als Wasser haben die Tendenz nach unten in die Grundwasserhemmschicht zu wandern.
Der 2-PHASETM-Extraktionsprozeß beinhaltet im allgemeinen die Entfernung von Flüssigkeiten und Dämpfen aus dem Boden als ein gemeinsamer Strom, die Abtrennung der Dämpfe in den Strom von den Flüssigkeiten und die Behandlung jeder Komponente, um die Verschmutzung zu entfernen. Ein Vakuum liefert die Antigravitationskraft, welche zum Absaugen des Verschmutzungsgemisches aus dem Boden verwendet wird.
In den Zeichnungen, in welchen die Darstellungen nur dem Zwecke der Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung und nicht zur Einschränkung derselben dienen, stellt Fig. 1 schematisch ein System dar, welches insgesamt mit den Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Eine Vakuumerzeugungsvorrichtung 102 steht über ein Rohr 106, einen Dampf/Flüssigkeits-Phasentrennvorrichtung 108, wie z. B. einen Abscheidebehälter und ein Rohr 110 mit dem Rohranschlußstück 112 zu einem oder mehreren Extraktionsbrunnen 114 in einer Fluidverbindung. Der Luftstromsteuerkreis 400 ist an dem Extraktionsbrunnen 114 wie dargestellt angebracht.
Die Vakuumerzeugungsvorrichtung 102 bewirkt, daß ein gemischter Flüssigkeits/Dampf- Strom 104 (dargestellt in Fig. 3 und 4) aus dem Boden durch den Extraktionsbrunnen 114 entfernt wird. Dieser gemischte Flüssigkeits-Dampf-Strom (welcher auch als Zwei- Phasen-Verschmutzungsstrom 104 bezeichnet wird) wird aus dem Boden durch das Rohr 110 hoch- und in den Abscheidebehälter 108 gesaugt. Das Gemisch tritt in den Abscheidebehälter 108 ein, wo es in eine Flüssigkomponente und eine Dampfkomponente getrennt wird. Der Abscheidebehälter wird dann geleert und eine oder beide Komponenten können einer weiteren Behandlung für die Entfernung zusätzlicher Verschmutzungen unterworfen werden. Fig. 1 stellt beispielsweise die Leitung 116 dar, durch welche die Flüssigkomponente aus dem Abscheidebehälter 108 durch den Betrieb der Pumpe 118 entfernt werden kann, welche die Flüssigkomponente einer Behandlung zur Entfernung der Verschmutzungen zuführt.
Fig. 2 stellt eine detaillierte Darstellung eines typischen Extraktionsbrunnens 114 dar. Der dargestellte Extraktionsbrunnen 114 weist ein langgestrecktes Bohrloch 202 mit einem darin angeordneten Steigrohr 104 auf. Das Steigrohr 204 enthält Perforationen, welche entweder vollständig unterhalb des Wasserspiegels, vollständig oberhalb des Wasserspiegels, oder sowohl oberhalb als auch unterhalb des Wasserspiegels liegen. Obwohl die Darstellung das Vakuumextraktionsrohr 206 innerhalb des Steigrohrs 204 und in einer angenähert konzentrischen Anordnung der zwei Rohre darstellt, ist es möglich, daß das Extraktionsrohr 204 innerhalb oder neben dem Vakuumextraktionsrohr 206 liegt. Diese und weitere Konfigurationen sollen mit eingeschlossen sein.
Fig. 3 stellt eine detaillierte Darstellung des Extraktionsbrunnens 114 und insbesondere des Ansauglufteinlasses 302 dar, wie er momentan existiert. Gemäß Darstellung enthält der Lufteinlaß 302 ein Ventil 304, welches den Strom von atmosphärischer Luft in den Extraktionsbrunnen 114 steuert. Damit eine effiziente Mitnahme stattfindet, muß das Ventil 304 von Hand geöffnet und geschlossen werden, wenn es erforderlich wird, die Menge der atmosphärischen Luft, welche in den Extraktionsbrunnen 114 eintritt, zu erhöhen oder zu verringern.
Bei dem derzeitigen Verfahren für den Betrieb des 2-PHASETM-Extraktionsprozesses wird ein Vakuum an die Oberseite des Vakuumextraktionsrohres 206 in der Weise aufgebracht, daß der Verschmutzungsstrom 104 aus dem Boden gesaugt wird. Gleichzeitig wird Druckluft (durch eine nicht dargestellte Vorrichtung) auf den Boden des Extraktionsbrunnens 114 eingebracht, um verschmutztes Grundwasser und Bodengas mitzunehmen. Wenn der Extraktionsbrunnen 114 weiter arbeitet, entwickeln sich maximale Vakuumbedingungen und der Zustrom von Druckluft in dem Boden des Brunnens kann auf Null reduziert werden.
Wenn sich das Volumen des in dem Bereich um den Brunnen herum befindlichen Grundwassers verändert, muß Luft dem Brunnen zugeführt oder daraus entfernt werden, um das Vakuum aufrecht zu erhalten. Ein derzeitiges Betriebsverfahren erfordert die nochmalige Initialisierung eines Druckluftstroms in den Extraktionsbrunnen 114, um das zusätzliche Grundwasser mitzunehmen. Das Ventil 304 wird dann von Hand eingestellt, um atmosphärische Luft in den Extraktionsbrunnen 114 einzusaugen. Dieses ermöglicht es, daß die Umgebungsluft den Verschmutzungsstrom mitnimmt und den Brunnen weiter zu betreiben. Die Einstellungen der Menge der atmosphärischen Luft, die in den Extraktionsbrunnen 114 eintritt, können durch den Luftstromkreis 400 der vorliegenden Erfindung automatisch durchgeführt werden.
Fig. 4 ist eine detaillierte Darstellung des Luftstromsteuerkreises 400. Der Luftstromsteuerkreis 400 steuert und regelt automatisch die Menge der atmosphärischen Luft, welche in das Steigrohr 204 und das Vakuumextraktionsrohr 206 eintritt, so daß der Brunnenbetrieb über die verschiedenen jahreszeitlichen Veränderungen, welche stattfinden können, beibehalten werden kann. Der Luftstromsteuerkreis 400 enthält eine Leitung 402, das in einer Luftstrombeziehung mit einer ersten Seite 408 der Rückschlagventilanordnung 406 verbunden ist. Die Rückschlagventilanordnung 406 umfaßt ein Gehäuse 416 mit einer Klappe 414, welche schwenkbar mit einer Innenwand 418 verbunden ist. Das Gehäuse 416 enthält auch einen Anschlag 412, welcher an einer anderen Innenwand 420 so befestigt ist, daß die Klappe 414 entweder auf dem Anschlag 412 in einer geschlossenen Position aufliegen kann oder sich von dem Anschlag 412 weg in eine offene Position bewegen kann. Eine erste Öffnung der Leitung 402 ist innerhalb des Steigrohres 204 angeordnet, so daß sie an das Vakuumextraktionsrohr 206 über Anschlüsse 208 an verschiedenen Stellen angeschlossen werden kann. Dieses ermöglicht es, dem Vakuum Luft aus dem Luftstromsteuerkreis 400 in das Vakuumextraktionsrohr 206 zu saugen.
Ein Leitung 404 verbindet die zweite Seite 410 der Rückschlagventilanordnung 406 mit dem Extraktionsbrunnen 114 an dem Punkt 306. Der Punkt 306 dient als ein Eintritt in das Steigrohr 204. Der Lufteinlaß 302 und das Ventil 304 sind mit der Leitung 404 zwischen der Rückschlagventilanordnung 406 und dem Punkt 306 verbunden, so daß atmosphärische Luft die Rückschlagventilanordnung 406, und/oder in das Steigrohr 204 geleitet werden kann.
Fig. 5 ist eine detaillierte Darstellung, welche den Luftstromsteuerkreis 400 an den Extraktionsbrunnen angeschlossen darstellt. Ein Ende der Leitung 402 ist innerhalb des Steigrohrs 204 zwischen der Innenwand des Steigrohrs und der Außenwand des Vakuumextraktionsrohrs 206 angeordnet.
Gemäß nochmaligem Bezug auf Fig. 4 liegt vor dem Start des Vakuumextraktionsprozesses die Klappe 414 auf dem Anschlag 412 in der geschlossenen Position auf. Ein Vakuum wird an die Oberseite des Vakuumextraktionsrohrs 206 angelegt und das Ventil 304 geöffnet, um einen Eintritt von atmosphärischer Luft aus dem Einlaß 302 in den Extraktionsbrunnen 314 bei dem Punkt 306 zu ermöglichen. Das Vakuum innerhalb des Extraktionsbrunnens 114, und insbesondere die sich ergebende Horizontalkraft bei dem Punkt 304 schiebt die Klappe 414 zu dem Brunnen, was bewirkt, daß sie geschlossen bleibt. Somit verhindert, so lange ausreichend Vakuum vorliegt, die Rüekschlagventilanordnung 406, daß Luft die Klappe 414 passiert, und beendet damit den Eintritt von Umgebungsluft in das Vakuumextraktionsrohr 206 durch die Leitung 402. Ansaugluft kann immer noch in den Extraktionsbrunnen 114 durch den Lufteinlaß 302 an dem Punkt 306 gesaugt werden.
Wenn die Menge des den Extraktionsbrunnen 114 umgebenden Grundwasser zunimmt, muß mehr Luft in den Extraktionsbrunnen 114 eingeführt werden, oder das Vakuum ist nicht stark genug, um die Entfernung des Verschmutzungsstroms auf dem Boden fortzusetzen. Die vorliegende Erfindung stellt eine Einrichtung zur automatischen Zuführung, Steuerung und Regelung des Stromes von Umgebungsluft in dem Extraktionsbrunnen bereit, und erübrigt damit die Notwendigkeit einer manuellen Einstellung, um den Brunnenbetrieb aufrecht zu erhalten, obwohl das Ventil 304 immer noch von Hand eingestellt werden könnte. Das den Brunnen umgebende überschüssige Grundwasser bewirkt, daß das Vakuum innerhalb des Extraktionsbrunnens 114 reduziert wird. Dieses reduzierte Vakuum führt zu einer Abnahme, der an dem Punkt 306 wirkenden horizontalen Kraft. Die abgeschwächte horizontale Kraft bewirkt, daß sich die Klappe 414 öffnet und einen Strom von Umgebungsluft in das Vakuumextraktionsrohr 206 durch die Leitung 402 nach Bedarf ermöglicht.
Während sich das Vakuum an dem Punkt 306 verringert hat, nimmt das auf die Oberseite des Vakuumextraktionsrohrs 206 ausgeübte Vakuum zu. Die sich ergebende Druckdifferenz zwischen der Luft innerhalb des Vakuumextraktionsrohres 206 und der innerhalb des umgebenden Steigrohrs 204 bewirkt, daß Umgebungsluft weiter hinter die Klappe 414 durch die Leitung 402 und in die Anschlüsse 208 und das Vakuumextraktionsrohr 206 gesaugt wird. Gemäß Darstellung in Fig. 5 können eine Vielzahl von Anschlüssen 208 zwischen dem Rohr 402 und dem Rohr 206 vorgesehen sein, und die Leitung 402 kann sich bis zu dem unteren Ende des Rohres 206 erstrecken, wo ein zusätzlicher Anschluß vorgesehen sein könnte.
Der Zustrom von Umgebungsluft in das Vakuumextraktionsrohr 206 setzt sich fort, bis das Volumen an Luft innerhalb der des Rohres ausreicht, um die Säule der Verschmutzung auf einen Pegel zu heben, an welchem ihn das Vakuum nach oben saugen und eine vertikale Kraft auf den Verschmutzungsstrom aufbringen kann, welcher ausreicht, um den Verschmutzungsstrom mitzunehmen und ihn aus dem Boden zu heben.
Andererseits bewirkt eine Verringerung der Grundwassermenge in dem Bereich eine Zunahme des Bodengases, welches innerhalb des Extraktionsbrunnens 114 vorhanden ist. Dieses zusätzliche Gas innerhalb des Brunnens bewirkt einen "Kurzschluß" in diesem und läßt den Boden des Vakuumextraktionsrohrs 206 nicht erreichen. Die Ansaugluft sollte aus dem Brunnen entfernt werden, wenn der Verschmutzungsenffernungsprozeß effektiv bleiben soll.
Unter diesen Umständen schließt, wenn der Luftstromsteuerkreis 400 maximales Vakuum erreicht, die Klappe 414. Dieses wiederum verhindert die Zuführung von atmosphärischer Luft in dem Brunnen durch die Leitung 402 und die Anschlüsse 208. Die Elimination Stroms von Atmosphärenluft in der Leitung 402 ermöglicht es der Luft, die innerhalb des Brunnens vorhanden ist, zum Anheben des Verschmutzungsstroms von unterhalb der Bodenoberfläche genutzt zu werden. Dieses ermöglicht es dem Brunnen kontinuierlich in effizienter Weise zu arbeiten.

Claims

1. Vorrichtung zur Entfernung von Verschmutzungen aus einem Grundwasserstrom, welche umfaßt:

ein Vakuumextraktionsrohr (206) zur Einbringung in einen Extraktionsbrunnen (114), welcher verschmutztes Grundwasser enthält, wobei das Vakuumextraktionsrohr einen Einlaß für eine Plazierung in dem Grundwasser, einen Auslaß und eine Vielzahl von Anschlüssen (208) enthält;

ein Steigrohr (204) um das Vakuumextraktionsrohr herum;

eine Vakuum-Erzeugungsvorrichtung (102) in Fluidverbindung mit dem Vakuumextraktionsrohr an dem Auslaß, zum Hochsaugen des Grundwassers durch das Vakuumextraktionsrohr;

eine Verschmutzungsentfernungseinrichtung (108), die mit der Vakuumserzeugungseinrichtung und mit dem Vakuumextraktionsrohr in Verbindung steht, um das durch das Vakuumextraktionsrohr hochgezogene Grundwasser aufzunehmen und die Vermutzungen aus dem Grundwasser zu entfernen;

gekennzeichnet durch:

einen Luftstromsteuerkreis (400) in Fluidverbindung mit dem Extraktionsbrunnen über einen Einlaß (306) in dem Steigrohr und in Fluidverbindung mit dem Vakuumextraktionsrohr an der Vielzahl der Anschlüsse, wobei der Luftstromsteuerkreis (400) umfaßt:

eine Leitung (402, 404) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei jedes Ende eine Öffnung definiert, durch welche Luft passieren kann, wobei das erste Ende der Leitung innerhalb einer Innenwand des Steigrohres und außerhalb der Außenwand des Vakuumextraktionsrohres so angeordnet ist, daß sich Luft von der Leitung durch den Anschluß in das Vakuumextraktionsrohr bewegen kann, und das zweite Ende des Leitungsrohres mit dem Steigrohr über den Einlaß (306) verbunden ist;

einen Lufteinlaß (302)und ein dem Lufteinlaß zugeordnetes Ventil (304), um den Luftstrom in die Leitung (402, 404) zu steuern; und

eine Rückschlagventilanordnung (406), welche in der Leitung zwischen dem Einlaß des Steigrohrs und dem Anschluß des Vakuumextraktionsrohres angeordnet ist, welches ein Gehäuse (416) mit einer ersten Innenwand (418) und einer zweiten Innenwand (420); einen Anschlag (412), der an der zweiten Innenwand befestigt ist und eine Klappe (414) umfaßt, welche schwenkbar an der ersten Innenwand befestigt ist und gegen den Anschlag anstoßen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Verschmutzungsentfernungseinrichtung umfaßt:

eine Dampf/Flüssigkeits-Trenneinrichtung (108), um das Grundwasser in eine flüssige Komponente und eine Dampfkomponente zu trennen, und um die Dampfkomponente an einem ersten Auslaß davon und die flüssige Komponente an einem zweiten Auslaß davon zu erzeugen;

ein Dampfverschmutzungs-Entfemungssystem, welches die Dampfkomponente des Grundwasser aus dem Dampf/Flüssigkeits-Trenneinrichtung aufnimmt und einen Verschmutzungspegel innerhalb der Dampfkomponente verringert; und

ein Flüssigkeitsverschmutzungs-Entfernungssystem, welches die flüssige Komponente des Grundwasserstroms aus der Dampf/Flüssigkeits-Trenneinrichtung aufnimmt und einen Verschmutzungspegel innerhalb der flüssigen Komponente verringert.

3. Verfahren zur Entfernung von Verschmutzungen aus Grundwasser bereitgestellt, welches umfaßt:

(a) Anwenden eines Vakuums, um Grundwasser aus einem Extraktionsbrunnen (114) durch ein Vakuumextraktionsrohr (206) mit einem in dem Grundwasser plazierten Einlaß (208) zu nach oben ziehen, wobei das Extraktionsrohr (114) ein Steigrohr (204) um das Vakuumextraktionsrohr (206) herum enthält;

(b) Zuführen von Luft zu dem Extraktionsbrunnen (114), um die Aufwärtsbewegung des Grundwasser zu verbessern;

(c) automatisches Variieren der Luftzufuhr, wenn der Grundwasserpegel in dem Extraktionsbrunnen (114) variiert; und

(d) Entfernen von Verschmutzungen aus dem von dem Extraktionsbrunnen (114) hochgesaugten Grundwassers;

dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der automatischen Variierung der Luftzufuhr umfaßt:

Ansaugen von Luft durch einen Einlaß (302) in eine Leitung, welche sowohl mit dem Vakuumextraktionsrohr (206) als auch dem Steigrohr (204) verbunden ist;

Bewegen der Luft von dem Lufteinlaß (302) in das Vakuumextraktionsrohr (20) und das Steigrohr (204); und

automatisches Steuern des Luftstroms zu dem Vakuumextraktionsrohr (206) und dem Steigrohr (204) durch die Verwendung eines Klappenventils (414), welches in einem Verzweigungsrohr (402) zu dem Vakuumextraktionsrohr (206) angeordnet ist, wobei das Klappenventil auf den Druck in dem Steigrohr und dem Vakuumextraktionsrohr so reagiert, daß der Luftstrom zu dem Vakuumextraktionsrohr (206) zunimmt, wenn der Grundwasserpegel ansteigt und abnimmt, wenn der Grundwasserpegel absinkt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in welchem der Vorgang der Entfernung von Verschmutzungen umfaßt:

Sammeln des Grundwassers in einer Dampf/Flüssigkeits-Trenneinrichtung (108), nachdem das Grundwasser aus dem Extraktionsbrunnen (114) nach oben gesaugt wurde;

Trennen des Grundwassers in eine flüssige Komponente und in eine Dampfkomponente;

Entfernen der Dampfkomponente des Grundwassers aus einem ersten Auslaß der Dampf/Flüssigkeits-Trenneinrichtung und Behandeln der Dampfkomponente des Grundwassers, um die Verschmutzungen zu entfernen; und

Entfernen der flüssigen Komponente des Grundwassers aus einem zweiten Auslaß der Dampf/Flüssigkeits-Trenneinrichtung und Behandeln der flüssigen Komponente des Grundwassers, um die Verschmutzungen zu entfernen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei durch den Einlaß eingesaugte Luft Umgebungsluft ist.