DE4322420C2 - Kombinierte Grundwasserreinigung im in-situ-Verfahren - Google Patents

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.

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.

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.

Bei allen bisher gebräuchlichen Verfahren kann es beim Strippen mit Luft durch den Luftsauerstoff zu Verockerungen im Brunnenbereich kommen.

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).

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.

Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen Ausführungsformen für die elektrochemische Auflösung von Verockerungen.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen hohen Gaseintrag, der zu einer Reinigung durch Strippen führt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen geringen Lufteintrag ohne Stripwirkung nur zur Förderung von Wasser.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen Förderrohr und Injektorrohr im Bereich der Abrißkante des Wassers.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen Förder- und Mantelrohr im Bereich des Ablaufs.

7. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen Injektorelektrode und Förderrohr im Zulaufbereich.

8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung zwischen einer im Innern des Brunnens vorgesehenen Elektrode und dem Brunnenrohr.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Spannung, die zwischen 3 und 5 V liegt.