DE29904812U1 - Kompakte Erfindung zum kontinuierlichen Entfernen flüssiger Leichtphasen vom Grundwasser - Google Patents

Description

K.-L. Adam : Kompakte Vorrichtung zum kontinuierlichen Entfernen flüssiger Le?.rb.tphasen yom Grundwasser* _t °

Beschreibung :

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Methode zum Entfernen von flüssigen Leichtphasen, vor allem Mineralölen, die bei vielen Grundwasserverunreinigungen anzutreffen sind, und aufgrund der Phasentrennung dem Grundwasserleiter aufschwimmen.

Der nachfolgend beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer einfachen, kompakten und zuverlässigen Technik eine kontinuierliche Entfernung von flüssigen Leichtphasen, die sich bei Grundwasserverunreinigungen in Brunnen ansammeln, von der Wasseroberfläche zu erreichen.

Als Stand der Technik sind verschiedenen Verfahren bekannt. Bei dem Mopwringer (DE-OS 2227536) wird eine Mopkordel im Brunnen über Umlenkrollen durch die aufschwimmende Leichtphase geführt. Die an der Mopkordel anhaftende Öl/Wassermischung wird nach oben aus dem Brunnen geführt dort durch eine Abstreifvorrichtung von der Mopkordel getrennt. Hierbei werden immer erhebliche Wassermengen mit gefördert und zudem sind große Brunnendurchmesser für den Einbau dieser Technik notwendig.

Eine gängige Methode ist die gleichzeitige Förderung eines Öl/Wassergemisches mit einer Pumpe aus dem Brunnen heraus, wodurch eine Öl/Wasseremulsion entsteht, die oberirdisch durch entsprechend groß dimensionierte Flüssigkeitsabscheider aufbereitet werden müssen. Leichtflüssigkeitsabscheider sind der EP 0026122 und EP 0013499 zu entnehmen, oberirdische Abscheideanlagen mit nachgeschalteter Koaliszereinheit aus oleophilem Lamellenpaketen werden in DE 4103349 beschrieben. Gemeinsam ist allen diesen Verfahren die nachträgliche Aufbereitung der Öl/Wasseremulsion außerhalb des Brunnen, da die Abscheider von der Größe her nicht in Brunnen eingebaut werden können.

Bei einem weiteren Verfahren wird ein Ölsammelbehälter über einen Stellmotor mit einer sehr umfangreichen Steuertechnik so in den Brunnen abgesenkt, das sich die Einlaufkante im Bereich der Leichtphase befindet (DE 3909372). Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und garantiert keine phasengenaue Abschöpfung der Leichtphase, so daß die Förderung eine Öl/Wasseremulsion nicht ausgeschlossen werden kann.

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Ein weiteres sehr aufwendiges Verfahren ist durch die Scavengerpumpe gegeben, die in den Brunnen eingebaut wird und durch ein bewegliches Filterelement nur die oleophile Leichtphase eintreten kann und nach unten zu einem Produktreservoir gelangt, das fest mit einer darunter angebrachten Zahnradpumpe verbunden ist. Die Pumpe wird über Leitfähigkeits- und Füllstandssensoren (Reedkontakte) gesteuert, die gesamte Pumpen- und Filteranordnung wird über ein Seil mit einem Stellmotor der Lage im Brunnen angepaßt. Für die Regelung der komplexen Filter- und Ölsammeleinheit mit der unten eingebauten Pumpe, ist eine sehr aufwendige und häufig störanfällige Steuerungstechnik notwendig. Der Filter neigt in regelmäßigen Abständen zum Verstopfen und kann nicht einfach ausgetauscht werden, da er fest mit anderen Baueinheiten verbunden ist, sondern kann nur mit dem Schwimmer zusammen unter erheblichem Aufwand ausgebaut und gereinigt werden.

Bei dem Verfahren nach DE 4421026 wird ein Schwimmer mir einer daran befestigten Absaugvorrichtung in den Brunnen abgesenkt und über eine flexible Förderleitung mit einer Pumpe verbunden. Über eine Regelleitung kann der Auftrieb des Schwimmers verändert werden und die Absaugleistung wird über Sonden (Leitfähigkeitsonden, Kaltleitsonden oder kapazitive Sonden) , die die Phase auf dem Grundwasser erfassen, eingestellt. Für die Steuerung dieses Verfahrens ist wieder eine aufwendige und störanfällige Regelungstechnik notwendig. Bei geringen Phasenständen wird zudem ein Öl/Wassergemisch gefördert, was wiederum durch zusätzliche Leichtflüssigkeitsabscheider aufbereitet werden muß. Für stark schwankende Grundwasserspiegel wird eine Modifizierung nach ( DE 4433448) beschrieben, bei der die Pumpe direkt auf dem Schwimmer mit Absaugleitung sitzt und über eine aufwendige Steuertechnik geregelt wird. Bei geringen Phasenstärken kann Wasser mit gefördert werden, was in einem zusätzlichen Leichtflüssigkeitsabscheider abgetrennt werden muß.

In dem Deutschen Gebrauchsmuster 29603328.6 wird eine einfache Kombination aus Schwimmer und Filter zum Absaugen von aufschwimmenden Ölphasen beschrieben, bei der die Leichtphasen nur diskontinuierlich bei Pumpbetrieb nach oben abgeführt werden können, da kein Ölreservoir zur kontinuierlichen Aufnahme der Ölphasen vorgesehen ist. Da der Pumpbetrieb aufgrund der fehlenden Regelungstechnik zur Erfassung vorliegenden

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Leichtphasen nicht an die tatsächlichen Ölnachflußraten angepaßt werden kann, wird mit diesem Verfahren keine automatisierte kontinuierliche Entfernung der Leichtphasen erreicht. Zudem neigt der beschriebene Schwimmer zum Verkannten in engen Brunnen oder bei Vorliegen weiterer Steigleitungen (z.B. bei gleichzeitiger Grundwasserförderung).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine technische einfache und kompakte Lösung zur kontinuierlichen und automatisierten Entfernung selbst geringmächtiger Leichtphasen ohne Wasseranteil vom Grundwasser dar, die auch in kleindimensionierten Brunnen ab 4" Durchmesser eingebaut werden kann und ohne aufwendige und damit stör- und wartungsanfällige Regelungstechnik auskommt.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine kompakte Ölsammelvorrichtung bestehend aus einem Schwimmer mit hydrophoben Filter und darunterliegendem Ölreservoir gelöst. Die Ölsammelvorrichtung ist in ein geschlitztes 3"-Führungsrohr eingebaut, in dem ein Verkanten des Schwimmers verhindert wird und zusätzlich Schutz vor Steigleitungen und Einbauten im Brunnen bietet. Das Führungsrohr ist nach oben offen, so daß der Filter leicht gewechselt werden kann. Die gesamte Ölsammelvorrichtung im Schutzrohr kann in Brunnen ab 4" Durchmesser eingebaut werden. Der Schwimmer wird mit Ausgleichsgewichten den unterschiedlichen Dichten der Leichtphasen angepaßt, so daß er sich immer genau an der Öl/Wasser Phasengrenze positioniert. Der Filter verhindert durch seine hydrophoben Eigenschaften den Eintritt von Wasser und saugt durch seine gleichzeitig oleophile Eigenschaften Leichtphasen wie Mineralöle in den Filter hinein, wodurch auch die Entfernung von geringmächtigen Leichtphasen und Ölschlieren möglich ist.. Durch den Filter kann die Leichtphase nach unten über eine Spiralleitung zu einem Ölreservoir abgeführt werden, wodurch ein kontinuierliches Abfließen der sich im Brunnen ansammelnden Ölphasen garantiert wird. Durch die flexible Spiralleitung kann sich der Schwimmer mit dem Filter frei im Führungsrohr bewegen und Grundwasserstandsschwankungen bis 2 m ausgleichen. Aus dem Ölreservoir werden die Leichtphasen mit einer Ölabsaugpumpe entfernt, die oberhalb des Ölsammelvorrichtung angebracht ist oder sich bei geringen Grundwasserflurabständen auch außerhalb des Brunnens befinden. In Abhängigkeit des Füllstandes im Ölreservoir wird der -4-

Betrieb der Ölabsaugpumpe über einen Staudruckschalter geregelt. Durch diese einfache Regelung kann der Pumpenbetrieb ohne unnötige Pumpenlaufzeiten genau auf die erforderlichen Ölnachflußraten angepaßt werden.

Die besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in der Haltekonstruktion des hydrophoben Filters. Der Filter und der Schwimmer bilden keine bauliche Einheit, sondern der Filter ist als Austauschkartusche mit dem Gehäusedeckel am Schwimmer fixiert und kann bei Verstopfen ohne größeren Wartungsaufwand gewechselt werden kann.

Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung besteht darüber hinaus in der flexiblen Verbindung des Filters mit dem darunter liegenden Ölreservoir. Über die Spiralleitung ist ein gravitativ bedingter, kontinuierlicher Abfluß der dem Brunnen zufließenden Leichtphasen möglich, auch wenn die Ölabsaugpumpe nicht in Betrieb ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht in der konstruktiven Trennung von Absaugpumpe und Ölsammelvorrichtung, wodurch mehrere Ölsammelvorrichtungen aus verschiedenen Brunnen an eine Ölabsaugpumpe angeschlossen werden können, was sich sehr kostensenkend auswirkt.

Die Pumpensteuerung über den Staudruckschalter stellt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dar; es kann eine einfache, kontinuierliche und wenig störanfällige automatisierte Entfernung der sich im Brunnen ansammelnden Ölphasen erreicht werden.

Der besondere Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß eine Separation der Öl- und Wasserphase im Brunnen erreicht wird und dadurch die aufwendige, oberirdische Aufarbeitung eines Öl-Wassergemisches entfällt.

Der Phasenzufluß zum Brunnen kann durch den gleichzeitigen Betrieb einer Grundwasserabsenkung erheblich gesteigert werden.

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Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau der Vorrichtung. Durch eine Grundwasserpumpe (12) unterhalb der Ölsammelvorrichtung (3) wird Grundwasser (16) abgesenkt, wodurch vermehrt aufschwimmende Leichtphasen (17) dem Brunnen (13) zufließen können. An einem Halteseil (2) wird die Ölsammelvorrichtung (3) im Brunnen in Höhe der Öl/Wassergrenze eingehängt. Die Ölsammelvorrichtung ist in ein geschlitztes 3"-Führungsrohr (15) eingebaut, welches für den einfachen Filterwechsel nach oben geöffnet ist und in dem der Schwimmer (7) mit dem Filter (5) ohne zu verkannten frei beweglich sind. Über die flexible Spiralleitung (9) ist ein Verbindung mit dem unten liegenden Ölreservoir (10) hergestellt. Der Schwimmer wird durch Ausgleichsgewichte (4) so austariert, das er schwerer als die abzusaugenden Leichtphase und leichter als Wasser ist, wodurch er immer an der Grenzfläche Öl/Wasser positioniert sein wird. Durch die flexible Spiralleitung (9) ist die freie Beweglichkeit des Schwimmers zum Ausgleich von Grundwasserstandsschwankungen garantiert, so daß sich der hydrophobe Filter (5) immer an der Öl/Wassergrenzfläche befindet. Die hydrophoben Eigenschaften des Filters (5) verhindern das Eindringen von Wasser und ziehen oleophile Leichtphasen wie Mineralöle in den Filter hinein, so das eine schlierenfreie Entfernung selbst kleiner Phasenmächtigkeiten erreicht werden kann. Da eine emulsionsfreie Förderung von Leichtphasen ohne Wasseranteile realisiert werden kann, entfällt eine aufwendige Abscheidetechnik, die üblicherweise bei der gleichzeitigen Förderung von Öl/Wassergemischen oberirdisch nachgeschaltet werden muß. Da sich das Filtermaterial mit der Zeit zusetzt und verstopft, ist der hydrophobe Filter als leicht zu wechselnder Austauschfilter (5) konstruiert. Er wird nur durch den Andruck des Gehäusedeckels (4) in dem geschlitzten Filtergehäuse (6) gehalten und kann von oben durch das nach oben offene Führungsrohr (15) nach Entfernen des Gehäusedeckels (4) leicht erreicht und ausgewechselt werden.

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Ein grundsätzliches Problem bei der Entfernung von Leichtphasen stellt die Anpassung der Betriebzeiten der Ölabsaugpumpe (1) an die Ölnachflußraten durch eine meist sehr anfällige Regelungstechnik dar, die Öl- und Wasserstände mittels Reedkontakte, Kaltleitsonden, kapazitiven Sonden oder Leitfähigkeitssonden erfaßt und die Pumpe entsprechend steuert. Bei einer einfachen Zeitsteuerung der Pumpe werden hingegen die tatsächlichen Ölnachflußraten nicht berücksichtigt, so daß es zu unvollständigem Abpumpen oder unnötigen Pumpbetrieb kommt.

Eine einfache, störunanfällige und doch sehr genaue Regelungstechnik ist in der Erfindung durch den Staudruckschalter (11) im Ölreservoir (10) gegeben, in das die Leichtphasen kontinuierlich auch bei Stillstand der Ölabsaugpumpe (1) abfließen können. Durch den Staudruckschalter (11) können die Füllstände im Reservoir genau und zuverlässig erfaßt werden und die Ölabsaugpumpe (1) wird bei maximalem Füllstandes eingeschaltet und über die Ölsaugleitung (14) die vorhandenen Leichtphasen abpumpen. Bei minimalem Füllstand im Reservoir fällt der Staudruck in der Regelleitung (11) ab und der Staudruckschalter bewirkt ein Ausschalten der Pumpe, unnötige Pumpenlaufzeiten werden dadurch vermieden. Eine weitere Regelungstechnik z.B. zur Erfassung von Wasseranteilen im Fördermedium oder zur Positionierung der Absaugvorrichtung bei Grundwasserschwankungen ist aufgrund der aufschwimmenden und hydrophoben Ausgestaltung der Ölsammelvorrichtung nicht notwendig.

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1. Ölabsaugpumpe

2. Halteseil für Ölsammelvorrichtung

3. Ölsammelvorrichtung (bestehend aus: äußeres Führungsrohr, Schwimmer, Filter und Reservoir).

4. Gehäusedeckel mit Ausgleichsgewichten

5. Hydrophober Austauschfilter

6. Geschlitztes Filtergehäuse

7. Schwimmkörper

8. Ölableitung

9. Flexible Spiralleitung

10. Ölreservoir

11. Regelleitung für Staudruckschalter

12. Grundwasserpumpe

13. Brunnen

14. Ölsaugleitung

15. Geschlitztes 3"-Führungsrohr

16. Grundwasseroberfläche

17. Leichtphase (Mineralöle)

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Entfernen einer dem Grundwasser aufschwimmenden. Leichtphase aus einem Brunnen dadurch gekennzeichnet, das ein hydrophober Austauschfilter (5) keine feste bauliche Verbindung zum Schwimmer (7) hat sondern im Filtergehäuse (6) nur durch den festen. Sitz des Gehäusedeckels (4) fixiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydrophober Filter (5) eingesetzt wird, der nicht für Wasser durchlässig ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (5) oleophile Eigenschaften aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (15) der Ölsammelvorrichtung (3) nach oben offen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölsammelvorrichtung (3) konstruktiv von der selbstansaugenden Ölabsaugpumpe (1) getrennt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Auftrieb des Schwimmers (7) je nach Dichte der Leichtphase mit Ausgleichsgewichten im Gehäusedeckel (4) eingestellt werden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter eine unterseitige Ablaufleitung (8) durch den Schwimmkörper (7) hindurch aufweist, die über eine flexiblen Spiralleitung (9) mit dem Ölreservoir (10) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpensteuerung über einen Staudruckschalter an der Regelleitung (11) in Abhängigkeit des Füllstandes im Ölreservoir (10) erfolgt.