DE2714261C2 - Verfahren zur Förderung von Wasser mit gleichzeitiger Enteisenung und Entmanganung sowie Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von Wasser mit gleichzeitiger Enteisenung und Entmanganung mittels In das Grundwasser eingeführtem, sauerstoffhaltigern, vom geförderten Wasser abgezweigten Infiltrationswasser unter Verwendung von zwei im Abstand voneinander angeordneten Brunnen, die wechselweise als Förderbrunnen für die gesamte geförderte Wassermenge und als Inflltratlonsbrunnen für das abgezweigte sauerstoffhaltlge Inflltratlonswasser betrieben werden.

Es Ist ein Verfahren zur Enteisenung und Entmanganung bekannt, bei dem bereits vor der Förderung des Grundwassers dessen Behandlung Im Boden erfolgt (Reljonen, V. und Y.: Enteisenung von Grundwasser unter Tage mit der Vyredox-Methode. bbr (1971) H. 3).

Dieses Verfahren beruht auf der Erfahrung, daß durch Oxydationsvorgänge die Löslichkeit der Eisen- und Manganverbindungen herabgesetzt wirf. Hierbei erfolgt die Enteisenung und Entmanganung in mehreren Stufen: Durch die Oxydation der Elsen-II-Verblndungen zu Elsen-III-Verbindungen und der Mangan-II-Verblndungen zu höheren Manganverbindungen erfolgt eine Ausflockung der Eisen- und Manganverbindungen, die ' abgefiltert werfen können. Diese Umwandlung der Eisen-Η- und Mangan-II-Verblndungen in höherwertlge Verbindungen durch Oxydation kann bereits im Erdboden erfolgen, wenn dieser genügend Luftsauerstoff aufweist.

Der Anmeldungsgegenstand geht aus vom Stand der Technik nach der Zeitschrift »bbr«, 1975, Heft 10, S. 3-8, in der ein Verfahren zur Förderung von Grundwasser beschrieben ist. Dort wirf das geförderte Wasser mittels eines sogenannten Oxygenerators mit Luftsauerstoff angereichert und dann zum Entgasen in einen offenen Behälter geleitet. Aus diesem Behälter wirf das Infiltrationswasser unter dem Druck einer Pumpe dem IrifÜiratiorisbruRRen zugeführt. Dabei wird also είπ »offenes« Verfahren benutzt. Das In einem Oxygenerator mit Luftsauerstoff gesättigte Wasser wirf anschließend in einem offenen Entgasungsbehälter entspannt. Durch diese Maßnahme wird sicher auch aufgenommenes Kohlendloxid ausgegast. Es Ist aber auf keinen Fall zu verhindern, daß die Beladung des Wassers mit Luftsauerstoff »bis zur Sättigung« auf die Sättigung zurückgeführt wird, die maximal In einem offenen System bestehen kann, wobei die Konzentration des Sauerstoffs vom Partialdruck des gasförmigen Sauerstoffs über der Lösung bestimmt wird. Wirf dieser Partialdruck gesenkt - beispielsweise durch die vorgenommene , Entspannung - muß notwendigerweise auch die i Konzentration des im Wasser gelösten Sauerstoffs sinken. Da jedoch das Wasser lediglich als Transportmittel für den Sauerstoff verwendet werfen soll, wobei es aus dem einen Brunnen gefördert, mit Sauerstoff angereichert und In den andersn Bahnen eingespeist wirf, liegen die Nachteile des vorstehend beschriebenen Verfahrens auf der Hand: Zum Transport der gewünschten Sauerstoffmenge muß eine der Löslichkeit des Sauerstoffs unter Berücksichtigung der Entspannung entsprechende Wassermenge gefördert werfen. Dies bedeutet, sowohl einen erhöhten Energieaufwand als auch übermäßige Belastung des Förder- und des Infiltrationsbrunnens. Zu beachten ist auch, daß sowohl eine Pumpe erforderlieh ist, um aus dem einen Brunnen das Wasser zu fördern, sowie eine weitere Pumpe, um das mit Sauerstoff angereicherte Wasser aus dem offenen Behälter In den anderen Brunnen einzudrücken.

Dur Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art auf einfache Welse Inflltratloruiwasser mit möglichst hohem Sauerstoffgehalt einzuführen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem Verfahren nach der Erfindung das Inflltratlonswasser unter dem Druck der Förderpumpe stehend mit dem Sauerstoff angereichert In einem Druckkessel unter Druck entgast und vom geforderten Wasser abgezweigt und Ir geschlossenem Kreislauf dem Inflltratlonsbrunnen untei diesem Druck zugeführt. Vorteilhaft wird die Beschikkung mit Sauerstoff angereichertem Wasser in den Zeiten des geringsten Wasserbedarfs durchgeführt.

Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß eine zusätzliche Pumpe für das Inflltratlonswasser nicht nötig Ist und daß infolge des hohen

Sauerstoffgehaltes die einzuführende Anreicherungswassermenge gering gehalten werden kann. Der Partialdruck des gasförmigen Sauerstoffs über dem Wasser in dem Druckkessel entspricht dabei dem Partialdruck im Infiltrationsbrunnen, das heißt also an der Stelle, an der das mit Sauerstoff angereicherte Wasser dem Grundwasser unter der Erde zugeführt wird. Das Inflltratlonswasser hat also den höchstmöglichen bzw. optimalen Sauerstoffgehalt - oder auch mit anderen Worten ausgedrückt: Nach der Erfindung wird erreicht, daß das Infiltrationswasser als Fördermittel soviel Sauerstoff wie nur irgendmöglich In das Grundwasser einbringt.

Eine Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zwei im Abstand voneinander angeordneten Brunnen einerseits über ein Doppelventil und eine erste Druckleitung mit dem das geförderte Wasser speichernden Druckkessel und andererseits über je ein Brunnenventil mit einer gemeinsamen Saugle^ng über die Förderpumpe und eine zweite Druckleitung mit dem Druckkessel verbunden sind, wobei entweder ein in die Förderpumpe oder ein in die zweiie Druckleitung eingebautes Schnüffelventil über ein Friscb.'uftveiitil mit der Außenluft verbunden ist. Der Druckkessel ist vorteilhaft mit einer schwimmergesteuerten Entlüftungselnrlchtung versehen. Die Ventile können über eine Zeitschaltung automatisch steuerbar sein. Zweckmäßig sind die steuerbaren Ventile mit der Zeitschaltung zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Der Vorteil dieser Wasserversorgungsanlage nach der Erfindung besteht darin, daß die Anlage ein geschlossenes System darstellt, das unter einem den Anforderungen der angeschlossenen Verbraucher angepaßten Druck steht. Und daß diese Anlage gegenüber vergleichbaren Anlagen lediglich nur eine einzige Pumpe enthält. Die Anlage Ist also wesentlich einfacher und damit kostengünstiger, sowie auch übersichtlicher und weniger störanfällig als vergleichbare Anlagen.

Zweckmäßigerwelse kann das Verfahren nach der Erfindung derart durchgeführt werden, daß die Beschlkkung mit iauerstoffangerelchertem Wasser in den Zelten des geringsten Wasserbedarfs durchgeführt wird. Dabei kann etwa 10% der Menge des Wasserverbrauchs mit Luftsauerstoff angereichert in den jeweiligen Infil trationsbrunnen zurückgefördert werden. Danach wird eine Stillstandsphase vorgesehen, während aus dem zuvor mit Luftsauersioff angerelcherisn Förderbrunnen kein Wasser gefördert wird.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anlage und F1 g. 2 ein Schaltbild für die elektrische Steuerung.

Zwei Brunnen 1 und 2 (Fig. 1) sind über die Brunnenleitungen 3 und 4 je mit einem Brunnenventil 5 und 6 und einem Doppelventil 7, die servogesteuert sind, verbunden. Die beiden Brunnenventile 5 und 6 verbinden die Brunnenleitungen 3 und 4 wahlweise über die Pumpensaugleitung 8, die Pumpe 9 und die Pumpendruikleltung 10 mit dem Druckkessel 11. Das Doppelventil 7 gestattet die Herstellung einer Verbindung der Brunnenleitung 3 über das Ventil Ta oder der Brunnenleitung 4 über das Ventil Ib mit der Druckleitung 12 für Anreicherungswasser, die vom Druckkessel 11 kommt. In dieser Druckleitung 12 ist Im Doppelventil 7 ein spezielles Filier '3 und Im Zuge der Leitung ein von Hand zu betätigender Absperrschieber 14 vorgesehen. Falls ein automat!.*.hes Doslergerät 15 z. B. für den Zusatz von Chlor oder ähnliches benötigt wird, sollte es zwischen dem Absperrschieber 14 und dem Druckkessel 11 angeordnet werden. Ein ebenfalls an die Druckleitung 12 angeschlossener Druckregler 16 steuer. die Ein- und Ausschaltung des Antriebsmotors 17 für die Pumpe 9. Ein In der Pumpe eingesetztes Schnüffelventil 18 ist über eine Luftleitung 20 mit einem Magnetventil 21 verbunden. Der Druckkessel 11 besitzt einen durch einen Schwimmer 22 gesteuerten Entlüfter 23, der eine trockene Entlüftung des Druckkessels 11 einleitet, sobald der Wasserstand im Druckkessel 11 eine festgelegte Mindesthöhe erreicht hat.

Die Wasserversorgungsanlage wird durch eine Schaltuhr 24 in einem sich regelmäßig wiederholenden Rhythmus gesteuert. Diese Schaltuhr 24 mitsamt den Magnetventilen, Schieber, Relais und Schaltern ist in einem Steuerschrank 25 untergebracht, der zugleich den Vorteil bietet, daß für die Montage der Wasserversorgungsanlage der vorgefertigte Steuerschrank 25 nur noch mit wenigen Rohrleitungen und den Stromversorgungskabelrr zu verbinden ist, wenn eine vorhandene Wasserversorgungsanlage auf das <-.;er beschriebene Verfahren umgestellt werden soll, vorausgesetzt, daß ein zweiter Brunnen vorhanden oder gebaut worden ist.

Die elektrische Anlage (Fig. 2) ist einfach zu bedienen. Durch Betätigung des Tastschließers Π wird das Schütz c erregt, das mit seinen Kontakten el bis ei die Anlage einschaltet, was durch die Signallampen LX bis Li angezeigt wird. Das Relais C hält sich selbst durch seinen Kontakt c4. Die Anlage wird abgeschaltet durch Betätigung des Tastöffners 72, wodurch der Haltestromkreis für das Schütz C unterbrochen wird, so daß es abfällt und durch Öffnen der Kontakte el bis ei die Stromversorgung unterbricht.

in der Stromzuführung zum Antriebsmotor 17 der Pumpe 9 sind die Kontakte p\ bis pi des Druckreglers 16 angeordnet. Leitung 27 Ist bei erregtem Schütz C an die Phase T des Drehstromnetzes angeschlossen und versorgt den Motor 28 der Schaltuhr sowie sämtliche Relais und Magnetventile. Die Schaltuhr der Zeitschaltung 24 besitzt zwei einstellbare Zeltschalter si und s4. Schdter s4 Hegt im Stromkreis des Umschalt-Relais 26, dessen Kontakt ArI mit dem Relais Ri und dessen Kontakt Ar2 mit dem Relais Rl verbunden ist. In Reihe mit dem Schalter s4 Hegt weiter der Schalter il, dessen anderer Kontakt an das Magnetventil 21 für die Luftleitung 20 (Flg. 1) des Schnüffelventils 18 der Pumpe 9 angeschlossen 1st. In Reihe mit dem Schalter 51 liegen weiter parallel zueinander die Reihenschaltungen des Kontaktes r\l des Relais Rl mit dem zweiten Ventil Tb und des Kontaktes r22 mit dem ersten Ventil Ta des Doppelventils 7. Das 1. Brunnenventil 5 Ist über den Kontakt rll des Relais 1 und das 2. Brunnenventil 6 l&t Ober den Kontakt r21 des Relais 2 an Spannungsleitung 2V angeschlossen.

Bevor die Wssserversorgungsanlage jisen- und manganfreies Wasser liefern kann, müssen die Bodenbereiche der beiden Brunnen aufbereitet werden, d. h. mit sauerstoffhaltlgem Wasser beschickt werden. Dies geschieht In der V.'else, daß zunächst Wasser aus dem 1. Brunnen gefördert und über das Schnüffelventil 18 mit Luft In Berührung gebracht wird. Das Wasser nimmt bis etwa 8% Sauerstoff aus der Luft in Abhängigkeit vom In der Anlage herrschenden Druck auf, da die Anlage als geschlossenes System betrieben wird. Der Druck In der Ablage r'chtet sich nach den Erfordernissen für den Verbrauch. Z. B. bei Einfamilienhäusern in Bungalowbauwelse reicht ein niederer Druck aus

als bei Wohnhäusern mit mehreren Etagen. Mittlere Werte für den Druck liegen zwischen 2 und 6 Bar. Das mit Luftsauerstoff angereicherte Wasser wird sogleich dem 2. Brunnen zugeführt. Die Menge der jeweils anzureichernden Wassermenge richtet sich nach der Größe der Anlage und den Bodenverhältnissen. Nach einer Ruhepause von wenigen Stunden wird umgekehrt aus dem 2. Brunnen Wasser gefördert und mit Luftsauerstoff angereichert dem !. Brunnen wieder zugeführt. Dieser Vorgang wird zur Aufbereitung der Anlage mehrfach wiederholt, bis das geförderte Wasser die gewünschte Elsen- und Manganfreiheit aufweist. Sodann kann auf die normale Betriebswelse umgeschaltet werden, die wie folgt abläuft:

Die sogenannte Anreicherungsphase wird In eine Zeit des Tagesablaufs gelegt, in der im allgemeinen die geringste Wassermenge entnommen wird, normalerweise wird dies die Nachtzeit sein. Im vorliegenden Fall wird die Zelt von 0.00 bis 1.00 Uhr (nachts) gewählt. An die Anreicherungsphase muß sich eine Stillstandsphase anschließen, d. h. dem Brunnen, dem gerade mit Sauerstoff angereichertes Wasser zugeführt wurde, wird für eine bestimmte Zelt, z. B. 3 Stunden, kein Wasser entnommen: Im vorliegenden Fall wird hierfür die Zelt von 1.00 bis 4.00 Uhr gewählt. Die gewählten Zeltspannen von 1 Stunde bzw. 3 Stunden richten sich nach der Menge des täglich zu fördernden Wassers und den Bodenverhältnissen. Es ergibt sich mit den gewählten Zeiten ein sich regelmäßig wiederholender Zweitagesrhythmus:

1. Tag 0.00 bis 1.00 Förderung aus 1. Brunnen,

Beschickung des 2. Brunnens mit

sauersloffhaltigem Wasser 1.00 bis 4.00 Stillstandsphase für 2. Brunnen,

Förderung des Brauchwassers aus

1. Brunnen
4.00 bis 24.00 Förderung des Brauchwassers aus

1. und 2. Brunnen;

2. Tag 0.00 bis 1.00 Förderung aus 2. Brunnen,

Beschickung des 1. Brunnens mit sauerstoffhaltigem Wasser

1.00 bis 4.00 Stilistandsphase für 1. Brunnen, Förderung des Brauchwassers aus

2. Brunnen

4.00 bis 24.00 Förderung des Brauchwassers aus 2. und 1. Brunnen;

3. Tag wie 1. Tag

4. Tag wie 2. Tag usw.

Die Umschaltung vom 1. Tag auf den 2. Tag usw. erfolgt über den Schalter S4 der Schaltuhr (4 Std.) (Fig. 2), der das Umschalt-Relais 26 betätigt, deren Umschaltekontakte entweder das Relais Rl oder das Relais Rl erregt. Der Ruhekontakt rll des Relais Rl steuert das 1. Brunnenventil 5 (Fig. 1), und der Ruhekontakt rll des Relais Rl steuert das 2. Brunnenventil 6, d.h. im Ruhezustand der Relais Rl und Rl sind beide Brunnenventile 5 und 6 erregt bzw. offen. Durch diese Schaltung wird erreicht, daß während der Schließzeit von Schalter 54 (4 Std.) entweder das Relais Al oder das Relais Rl je nach Stellung des Umschaltkontaktes e des Umschalt-Relais 26 erregt und damit entweder das 2. Brunnenventil 6 erregt (offen) oder das I. Brunnenventil 5 erregt (offen) ist. Weiter ist damit sichergestellt, daß während der übrigen Zeit - wenn Schalter sA offen ist - die Relais Rl und Rl nicht erregt, die Ruhekontakte rll und rll geschlossen und damit die Brunnenventile 5 und 6 erregt, d. h. offen sind. In den Zelten außerhalb der Anreicherungsphase (Schalter s4 und si sind geschlossen) und der StIlI-Standsphase (Schalter si geschlossen. Schalter si offen) wird also Wasser aus beiden Brunnen gefördert.

Mit der Annahme, daß um 0.00 Uhr durch den Schalter s4 das Umschalt-Relais 26 mittels seines Umschaltkontaktes e das Relais Λ2 (1., 3. usw. Tag) erregt wird, wird über den Ruhekontakt rll das 2. Brunnenventil 6 stromlos und damit geschlossen, während das 1. Brunnenventil 5 über den geschlossenen Ruhekontakt rll des Relais Rl erregt und damit offen ist. Gleichzeitig mit Schalter 54 ist auch Schalter si is geschlossen und über den geschlossenen Kontakt rll des Relais Rl das 2. Ventil 76 des Doppelventils 7 geöffnet. Mit dem im Druckkessel 11 vorhandenen Druck wird Wasser aus dem Druckkessel 11 (Flg. 1) über die Druckleitung 12, das Ventil Tb und die 2.

Brunnenleitung 4 in den 2. Brunnen 2 geliefert. Der Druckregler 16 wird gleich danach ansprechen und die Pumpe 9 anschalten, die aus dem 1. Brunnen 1 Ober die 1. Brunnenleitung 3, das 1. Brunnenventil 5, die Pumpensaugleltung 8 und die Pumpendruckleitung 10 Wasser In den Druckkessel 11 liefert. Zugleich war mit dem Schließen der Schalter 54 und si das Magnetventil 21 für die Luftleitung 20 geöffnet worden, so daß Außenluft, über das Schnüffelventil 18 In das von der Pumpe 9 geförderte Wasser gesaugt wird. Hierbei reichert sich das Wasser mit Sauerstoff an, das auf dem oben beschriebenen Wege In den 2. Brunnen gefördert wird.

Nach Ablauf einer Stunde öffnet der Schalter si, und das 2. Ventil Tb wie auch das Magnetventil 21 für die Luftleitung schließen. Die Pumpe 9 wird bald ebenfalls durch den Druckregler 16 abgeschaltet, wenn der Kesseldruck einen vorgeschriebenen Wert erreicht hat. Das Magnetventil 21 in der Luftleitung zum Schnüffelventil 18 sperrt die Luftzufuhr, und 2. Ventil To sperrt die weitere Zufuhr von Wasser in den 2. Brunnen 2. Nach Ablauf weiterer drei Stunden (Stillstandsphase für den 2. Brunnen) öffnet der Schalter 54 und macht das Relais Λ2 stromlos, wodurch der Ruhekontakt rll schließt und das 1. Brunnenventil erregt und geöffnet wird. Damit sind während der übrigen Zeit des Tages beide Brunnenventile 5 und 6 geöffnet und zur Wasserabgabe bereit. Um 0.00 Uhr des nächsten Tages, wenn sich die Schalter 54 und si wieder schließen, schaltet das Umschalt-Relais 26 seinen Umschaltkontakt e um und erregt das Relais Λ1. Der Ruhekontakt rll des Relais Rl öffnet und läßt das 1. Brunnenventil 5 stromlos werden und damit schließen, während das 2. Br. ,1-nenventll 6 über den geschlossenen Ruhekontakt rll erregt und damit offen Ist. Es wird jetzt also aus dem 2.

Brunnen Wasser gefördert, mit Luftsauerstoff angereichert und dem 1. Brunnen wieder zugeführt. Um 1.00 Uhr 1st die Anreicheningsphase beendet und die Stillstandsphase wird durch Öffnen des Schalters 5I eingeleitet. Nach weiteren drei Stunden öffnet auch der Schalter s4 und die Wasserentnahme kann wieder aus beiden Brunnen erfolgen. Der beschriebene Rhythmus wiederholt sich alle zwei Tage. Es wird betont, daß der beschriebene Rhythmus und die gewählten Zeitspannen (2 Tage, 1 und 4 Stunden) nur ein Beispiel sind. Der Rhythmus und die zu wählenden Zeitspannen richten sich nach den örtlichen Bodenverhältnissen und den zu fördernden Wassermengen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Förderung von Wasser mit gleichzeitiger Enteisenung und Entmanganung mittels in das Grundwasser eingefülmem, sauerstoffhaltigem, vom geförderten Wasser abgezweigten Infiltrations-Wasser unter Verwendung von zwei im Abstand voneinander angeordneten Brunnen, die wechselweise als Förderbrunnen für die gesamte geförderte Wassermenge und als Infiltrationsbrunnen für das abgezweigte sauerstoffhaltlge Infiltrationswasser betrieben werfen, dadurch gekennzeichnet, daß das Infiltrationswasser unter dem Druck der Förderpumpe stehend mit dem Sauerstoff angereichert in einem Druckkessel unter Druck entgast und vom geförderten Wasser abgezweigt und in geschlossenem Kreislauf dem Infiltrationsbrunnen unter diesem Druck zugeführt wirf.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß *üe Beschickung mit sauerstoffangerei-

Wasserbedarfs durchgeführt wirf.

3. Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei im Abstand voneinander angeordneten Brunnen (1, 2) einerseits über ein Doppelventil (7) und eine erste Druckleitung (12) mit dem das geförderte Wasser speichernden Druckkessel (11) und andererseits über je ein Brunnenven- til (5, 6) mit einer gemeinsamen Saugleitung (8) über die Förderpumpe {9) und eine zweite Druckleitung (10) mit dem Druckkessel (U) verbunden sind, wobei entweder ein in die Förderpumpe (9) oder ein in die zweite Druckleitung (IC) eingebautes Schnüffelventil (18) über ein Frischluftvtatil (21) mit der Außenluft verbunden ist.

4. Wasserversorgungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkessel (11) mit einer schwimmergesteuerten Entlüftungselnrlchtung (23) versehen Ist.

5. Wasserversorgungsanlage nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (5, 6, 7 und 21) über eine Zeitschaltung (24) automatisch steuerbar sind.

6. Wasserversorgungsanlage nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Ventile (5, 6, 7 und 21) mit der Zeltschaltung (24) zu einer Baueinheit (25) zusammengefaßt sind.

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