DE10023454C2 - Verfahren zur Vermeidung von Inkrustationen bei Brunnen zur Wasserförderung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von In­ krustationen bei Brunnen, und außerdem befaßt sich die Erfin­ dung mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Brunnen unterliegen erfahrungsgemäß einem Alterungsprozeß, der sich dadurch bemerkbar macht, daß die Förderleistung des Brunnens geringer wird, dem Brunnen also weniger Wasser ent­ nommen werden kann. Diese geringere Förderleistung wird meis­ tens durch die Abscheidung von Belägen und Inkrustationen im und am Brunnenaufsatzrohr, im eigentlichen Filterrohr sowie in den angrenzenden geologischen Bereichen in der Erde, in welchen sich der Brunnen befindet, hervorge­ rufen.

Wenn bei bekannten Brunnen wegen des Alterungsprozesses ein Nachlassen der Förderleistung festgestellt wurde, hat man bisher versucht, solche Brunnen zur Vermeidung hoher Investi­ tionen für den Bau neuer Brunnen zu regenerieren, um die För­ derleistung wieder zu erhöhen. Die zu diesem Zweck eingesetz­ ten Verfahren bedienen sich entweder chemischer oder mechani­ scher Methoden.

Zur Entfernung von Inkrustationen auf chemischem Wege können Säuren, Reduktionsmittel und Komplexbildner verwendet werden. Damit diese Methode zum Erfolg führt, ist allerdings eine Kenntnis der Natur der Abscheidungen erforderlich, um eine Auswahl treffen zu können, ob Säuren, Reduktionsmittel oder Komplexbildner zur Anwendung kommen. Deshalb sind zunächst Untersuchungen der Abscheidungen nötig. Außerdem ist die Dau­ er der hierbei benötigten Reaktionszeiten häufig zu lang und somit unbefriedigend. Die Reaktionszeiten können mehrere Ta­ ge, aber auch Monate betragen.

Bei Anwendung der mechanischen Methoden zur Regenerierung von Brunnen erfolgt eine einfache mechanische Reinigung. Diese führt jedoch lediglich zur Säuberung der Innenwandungen des Brunnenaufsatzrohres und des Filterrohres und eventuell zur Säuberung der Filterschlitze im Filterrohr. Außerhalb des Filterrohres in der umgebenden Erde läßt sich mit einer me­ chanischen Reinigung keinerlei Wirkung erzielen. Da jedoch in der das Filterrohr umgebenden Erde ebenfalls Inkrustationen auftreten, muß die mechanische Reinigung als unbefriedigend angesehen werden.

In der Zeitschrift "bbr Wasser und Rohrbau", Sonderdruck aus Ausgabe 2/1999, Beitrag mit dem Titel "Entwicklung des Sprengschockens bei Vertikal- und Horizontalfilterbrunnen", Seiten 2-7, ist ein Sprengschockverfahren bekannt, mit wel­ chem bei der Regenerierung von Brunnen bessere Ergebnisse er­ zielt werden können. Bei diesem Verfahren werden durch die Zündung kleinerer Sprengstoffmengen unter Wasser Druckwellen und Schwingungen erzeugt, wodurch Ablagerungen gelöst werden können. Filterschlitze und auch die Tiefschüttung sowie die umgebende Erde werden wieder durchlässig. Im Ergebnis führt dieses Verfahren dazu, daß sich die zuvor geringe Förderlei­ stung des Brunnens wieder erhöhen läßt.

Dieses Ergebnis läßt sich auch mit pneumatischen Impulsen im Filterrohr des Brunnens erreichen. Dabei wird das Brunnenwas­ ser mit Impulsen eingeleiteter Druckluft unter einem Druck von z. B. 50 bar in Serien von Impulsen beaufschlagt. Dieser Vorgang wird so lange fortgeführt, bis das abgepumpte Wasser keine Trübung mehr durch gelöste Abscheidungen aufweist.

Obwohl diese als Hydropuls-Verfahren bezeichnete Methode und auch das Sprengschockverfahren bessere Ergebnisse als die Reinigung auf chemischem oder mechanischem Wege erbringen, hat die Praxis gezeigt, daß die Förderleistung auch nach Be­ handlung mit einer der geschilderten Methoden immer noch un­ befriedigend bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches bei Brunnen auch über eine lange Zeitdauer hinweg eine optimale Förderleistung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt als ein wesentlicher Gesichtspunkt der Gedanke zugrunde, bei einem neu errichteten Brunnen von An­ fang an das Entstehen von Inkrustationen und Abscheidungen in Zukunft zu verhindern. Die Erfindung befaßt sich also im Ge­ gensatz zum Stand der Technik nicht damit, nach Auftreten von Abscheidungen und Inkrustationen den Brunnen zu regenerieren. Vielmehr geht es um ein Verfahren, um Inkrustationen zu ver­ meiden, so daß die Förderleistung des Brunnens stets erhalten bleibt. Dabei bedient sich die Erfindung in an sich bekannter Weise pneumatischer Druckwellen.

Erfindungsgemäß wird im Bereich der das Filterrohr umgebenden Kiesschicht ein Zuführungsrohr mit Austrittsdüsen eingebaut, über die während des Betriebes des Brunnens in wählbaren oder vorgegebenen Zeitintervallen pneumatische Druckwellen außer­ halb des Filterrohres in die Kiesschicht eingeleitet werden, wobei zur Erzeugung der pneumatischen Druckwellen Kohlendi­ oxid verwendet wird.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die üblichen Brunneninkrus­ tationen im wesentlichen aus Eisenoxidhydroxiden, Manganoxid­ hydroxid, Calcit/Aragonit, Dolomit und Siderit bestehen. Sie werden in ihrer Gesamtheit erst im Filterbereich aus den im Grundwasser vorhandenen löslichen Verbindungen gebildet. Das Entstehen der eisen- und manganhaltigen Abscheidungen erfolgt durch Oxidationsreaktionen, und das Entstehen der schwer lös­ lichen Karbonate entsteht durch Verlust von Kohlendioxid, was die ursprünglich löslichen Hydrogencarbonate zur Ausfällung in Form der neutralen Carbonate bringt. Diese beiden Vorgänge können in ihrem Ausmaß beträchtlich vermindert werden, wenn der Sauerstoffgehalt im Gasraum des Brunnenrohres bedeutend gesenkt und wenn darüber hinaus der Verlust an Kohlendioxid ausgeglichen wird.

Beide geschilderten Voraussetzungen lassen sich in vorteil­ hafter Weise erfüllen, wenn gemäß der Erfindung Kohlendioxid zur Erzeugung der Druckwellen verwendet wird. Mit solchen Druckstößen wird in der äußeren Umgebung des Filterrohres um den Kiesfilter bzw. um die Kiesschicht dem Wasser das benö­ tigte Kohlendioxid zugeführt. Dieses wirkt somit in doppeltem Sinne, nämlich einmal auf hydraulischem und andererseits auf chemischem Wege.

Während sowohl bei dem Sprengschockverfahren als auch bei dem Hydropuls-Verfahren der Kraftvektor vom Zentrum, also vom In­ neren des Filterrohres, nach außen weg weist, erlaubt es die Erfindung in überraschender Weise, daß die Wirkrichtung der Stoßwellen von außen nach innen und somit gleichgerichtet mit der Strömung des zu fördernden Wassers ist. Dies liegt daran, daß die pneumatischen Druckwellen außerhalb des Filterrohres in der umgebenden Kiesschicht austreten.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die pneumatischen Druckwellen sowohl zum Filterrohr hin als auch vom Filterrohr weg in die umgebende Kiesschicht gerichtet sind.

Durch diese Maßnahme läßt sich in vorteilhafter Weise errei­ chen, daß auch weiter außerhalb des Filterrohres Inkrustatio­ nen vermieden bzw. beseitigt werden können. Die pneumatischen Druckwellen gelangen wesentlich weiter in äußere Bereiche der das Filterrohr umgebenden Kiesschicht als beim Stand der Technik, bei welchem der Kraftvektor vom Zentrum des Filter­ rohres nach außen hin gerichtet ist und die Stoßwellen nur geringfügig in das äußere Erdreich bzw. in die Kiesschicht eindringen können.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zu schaffen, mit welcher sich Inkrustationen bei Brunnen zur Wasserförderung vermeiden lassen, um auch über eine lange Betriebsdauer des Brunnens immer eine hohe Förder­ leistung zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt mindestens einen Druckbehälter für ein gasförmiges Medium, der über mindestens ein steuerbares Ventil mit einem außerhalb des Filterrohres in die Kiesschicht eingebrachten Zuführungsrohr verbunden ist, welches mit Austrittsdüsen in Verbindung steht, durch welche die pneumatischen Druckwellen austreten. Der Druckbe­ hälter ist mit Kohlendioxid gefüllt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht die Vermeidung einer vorzeitigen Alterung des Brunnens im Vordergrund, die durch chemische und biologische Prozesse ausgelöst wird. Die Erfindung will also von Anfang an Inkrustationen vermeiden, während sich der Stand der Technik im Gegensatz dazu damit beschäftigt, verstopfte Brunnen zu regenerieren. Deshalb wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem neu zu errichten­ den Brunnen gleich von Anfang an vorgesehen.

Nach Inbetriebnahme des Brunnens wird in ausgewählten be­ stimmten Zeitabständen jeweils für kurze Zeit eine pneumati­ sche Druckwelle mit Hilfe der Austrittsdüsen und des Druckbe­ hälters erzeugt, um Inkrustationen entgegenzutreten. Dadurch ist eine kontinuierliche Reinigung sowohl des Filterrohres als auch der umgebenden Erde durch die pneumatischen Druck­ wellen möglich. Die anfangs noch losen und lockeren geringen Abscheidungen sowie feinsandige Bestandteile werden durch die pneumatischen Druckwellen mobilisiert, in dem abgepumpten Wasser suspendiert und den üblichen Reinigungsstufen zuge­ führt. Die im Filtersystem bzw. Filterrohr entstehenden Aus­ fällungen werden somit in vorteilhafter Weise vor der Kris­ tallisation in thermisch stabilere Modifikationen weggeführt.

Diese Vorteile der Erfindung werden dadurch erzielt, daß sich die Austrittsdüsen außerhalb des Filterrohres in der umgeben­ den Kiesschicht befinden, und daß die Wirkrichtung der Druck­ welle somit gleichgerichtet mit der Strömung des zu fördern­ den Wassers ist. Die Reinigung erfolgt daher entgegen dem Stand der Technik nicht von innen nach außen, sondern von au­ ßen nach innen.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Austrittsdüsen für die pneumatischen Druckimpulse ringförmig im Abstand um das Filterrohr herum angeordnet. Dadurch läßt sich eine gleichmäßige Einleitung der pneumatischen Druckwel­ len in die Erde erreichen.

In einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Austrittsdüsen durch Öffnungen gebildet, welche in einem ringförmigen Rohr eingebracht sind, das sich im Abstand um das Filterrohr herum erstreckt. Mit diesem ringförmigen Rohr lassen sich die Austrittsdüsen in einfacher Weise reali­ sieren.

Ferner ist es zweckmäßig, daß das Ventil mit einer Steuerein­ heit verbunden ist, welche das Ventil in vorgegebenen Zeitin­ tervallen abwechselnd schnell öffnet und schließt. Dadurch besteht die Möglichkeit, in vorgegebenen und wählbaren Ab­ ständen jeweils eine pneumatische Druckwelle in die Erde ein­ zuleiten.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert, wobei die Zeichnung in schematischer Darstellung einen in die Erde eingebrachten Brunnen zur Wasserförderung zeigt.

Der als ganzes mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Brunnen umfaßt ein oberes Brunnenaufsatzrohr 14 und ein sich daran anschließendes Filterrohr 16 mit einem unteren Sumpfrohr 18. Der komplette Brunnen 10 ist in senkrechter Lage in die Erde 12 eingebracht, wobei sich in der Erde 12 unten Grundwasser 20 in einer Kiesschicht 38 befindet. Am oberen Ende des Brun­ nenaufsatzrohres 14 ist eine Abdichtung 22 als Brunnenab­ schlußbauwerk vorgesehen, z. B. in Form einer Tonabdichtung.

Wenn der Brunnen neu gebohrt bzw. eingebaut wird, wird gleichzeitig parallel und im Abstand vom Brunnenaufsatzrohr 14 und vom Filterrohr 16 ein Zuführungsrohr 28 vorgesehen, welches sich bis in den unteren Bereich des Filterrohres 16 erstreckt. Oberhalb der Erde 12 bzw. oberhalb der Abdichtung 22 befindet sich ein mit Kohlendioxid gefüllter Druckbehälter 24, welcher über einen Druckregler 36 mit einem steuerbaren Ventil 26 verbunden ist, welches schnell öffnet und schnell schließt, und über welches Kohlendioxid in kurzen Zeitinter­ vallen in das Zuführungsrohr 28 geleitet werden kann. Das steuerbare Ventil 26 wird über eine Steuereinheit 34 ange­ steuert, um das Ventil 26 in bestimmten Zeitabständen kurz­ fristig schnell zu öffnen und zu schließen.

Das Zuführungsrohr 28 ist an seinem unteren Ende mit einem ringförmigen Rohr 32 versehen, welches sich um das Filterrohr 16 herum im Abstand erstreckt. Das ringförmige Rohr 32 be­ sitzt Austrittsdüsen 30, und zwar sowohl auf der dem Filter­ rohr 16 zugewandten Seite als auch auf der entgegengesetzten Seite. Wenn durch die Steuereinheit 34 das Ventil 26 kurzfri­ stig geöffnet wird, treten daher durch die Austrittsdüsen 30 kurzzeitig pneumatische Druckwellen aus, die sowohl auf das Filterrohr 16 hin, also gleichgerichtet mit der Strömung des zu fördernden Wassers, als auch vom Filterrohr 16 weg gerich­ tet sind, also in Richtung der das Filterrohr 16 umgebenden Kiesschicht 38 mit dem Grundwasser 20.

Wenn das steuerbare Ventil 26 in vorgegebenen Zeitintervallen kurzfristig über die Steuereinheit 34 geöffnet wird, läuft eine pneumatische Druckwelle über das Zuführungsrohr 28 bis in den unteren Bereich des Filterrohres 16, wobei sich die Steilheit der pneumatischen Druckwelle während der Ausbrei­ tung des Druckstoßes in dem Zuführungsrohr noch verstärkt. Am unteren Ende des Zuführungsrohres 28 wird die Stoßwelle dann auf das ringförmige Rohr 32 mit den Austrittsdüsen 30 ge­ lenkt, so daß das Kohlendioxidgas explosionsartig an den Austrittsdüsen 30 austritt und eine hydraulische Stoßwelle in der das Grundwasser 20 enthaltenden Kiesschicht ringförmig um das Filterrohr 16 erzeugt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Vermeidung von Inkrustationen bei Brunnen (10) mit Filterrohr (16) und Kiesschicht (38) zur Wasserför­ derung, bei dem im Bereich der das Filterrohr (16) umgebenden Kiesschicht (38) ein Zuführungsrohr (28) mit Austrittsdüsen (30) eingebaut wird, über die während des Betriebes des Brun­ nens (10) in wählbaren oder vorgegebenen Zeitintervallen pneumatische Druckwellen außerhalb des Filterrohres (16) in die Kiesschicht (38) eingeleitet werden, wobei zur Erzeugung der pneumatischen Druckwellen Kohlendioxid verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Druckwellen von außerhalb des Filterrohres (16) zum Filterrohr (16) hin gerichtet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Druckwellen sowohl zum Filterrohr (16) hin als auch vom Filterrohr (16) weg in die umgebende Kiesschicht (38) gerichtet sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung einen Druckbehälter (24) für ein gasförmiges Medium um­ faßt, daß der Druckbehälter (24) über ein steuerbares Ventil (26) mit einem außerhalb des Filterrohres (16) in die Erde (12) eingebrachtem Zuführungsrohr (28) verbunden ist und daß das Zuführungsrohr (28) mit Austrittsdüsen (30) in Verbindung steht, die außerhalb des Filterrohres (16) angeordnet sind, und durch welche die pneumatischen Druckwellen austreten, und daß der Druckbehälter (24) mit Kohlendioxid gefüllt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Austrittsdüsen (30) ringförmig im Abstand um das Filterrohr (16) herum angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Austrittsdüsen (30) durch Öffnungen gebil­ det sind, welche in einem ringförmigen Rohr (32) eingebracht sind, das sich im Abstand um das Filterrohr (16) herum er­ streckt.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (26) mit einer Steuer­ einheit (34) verbunden ist, welche das Ventil (26) in vorge­ gebenen Zeitintervallen abwechselnd schnell öffnet und schließt.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckbehälter (24) und dem Ventil (26) ein Druckregler (36) vorgesehen ist.