DE3720917A1 - Vorrichtung zum entgiften grosser wassermengen mit hilfe von aktivkohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ent­ giften großer Wassermengen mit Hilfe von Aktiv­ kohle mit einem Behälter für die Aktivkohle, ei­ nen Einlauf für das verunreinigte Wasser und ei­ nem Auslauf für das gereinigte Wasser.

Häufig müssen große Wassermengen mit Hilfe von Aktiv­ kohle von Verunreinigungen befreit werden, wobei die Verunreinigungen an der Oberfläche der Aktivkohle ad­ sorbiert werden. Auf diese Weise lassen sich insbe­ sondere Verunreinigungen durch Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasser­ stoffe und polyzyklisch-aromatische Kohlenwasserstoffe.

Ein wichtiger Anwendungsfall ist die Reinigung von kontaminiertem Grundwasser. Insbesondere im Einzugbereich von Industriebetrieben, die nach heute im allgemeinen nicht mehr zulässigen Verfah­ ren gearbeitet haben, kommen gefährliche Verschmut­ zungen des Grundwassers vor. Diese können beispiels­ weise im Zuge der Beseitigung sogenannter Altlasten entfernt werden.

Besonders häufig ist die Reinigung großer Grundwasser­ mengen im Zusammenhang mit Tiefbaumaßnahmen erforder­ lich. Wenn nämlich eine Baugrube so tief ausgehoben werden muß, daß ihre Sohle unterhalb des Grundwasser­ spiegels liegt, ist es erforderlich, um die Baugrube herum mehrere Brunnen zu bohren und aus diesen lau­ fend das Grundwasser abzupumpen. Dadurch wird der Grundwasserspiegel im Bereich der Baugrube unter deren Sohle abgesenkt. Aufgrund staatlicher Auflagen ist es dabei nicht zulässig, das verunreinigte Grundwasser un­ verändert wieder in das Erdreich eindringen zu lassen. Vielmehr wird gefordert, daß die großen anfallenden Grundwassermengen in einem vorgeschriebenen Ausmaß entgiftet werden. Hierzu wird häufig die Filterung mit Aktivkohle eingesetzt.

Bei bekannten Vorrichtungen der eingangs bezeichneten Art besteht der Behälter üblicherweise aus einem Stahl­ zylinder, in dem sich eine auf den maximalen Wasser­ durchsatz und die geforderte Entgiftung abgestimmte Menge Aktivkohle befindet. Die Zufuhr des verunrei­ nigten Wassers kann dabei von oben erfolgen, wo­ bei eine Berieselungseinrichtung verwendet werden kann, um das Wasser gleichmäßig auf der Aktivkohleoberfläche zu verteilen. Bei einem anderen bekannten Verfahren be­ findet sich der Einlauf im unteren Teil des Behälters und das Wasser steigt von unten nach oben auf, wobei es oberhalb der Aktivkohleoberfläche abgezogen wird.

Die Stahlbehälter der bekannten Vorrichtungen sind transportabel, so daß sie prinzipiell an mehreren Bau­ stellen nacheinander eingesetzt werden können. Dennoch ist die Entgiftung mit Hilfe der bekannten Verfahren in der Praxis außerordentlich aufwendig.

Hiervon ausgehend befaßt sich die Erfindung mit dem Problem, eine Vorrichtung zur Entgiftung großer Wasser­ mengen zur Verfügung zu stellen, die vergleichsweise kostengünstig herzustellen und zu betreiben ist. Da­ bei soll die Effektivität der Entgiftung vergleichbar oder besser sein als bei den bekannten Verfahren.

Zur Lösung dieses Problems wird bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, daß der Behälter wannenartig geformt und im Erdreich eingelas­ sen ist, und daß der Behälterinnenraum mit Hilfe von eingebauten Trennwänden in eine Mehrzahl von aufeinan­ derfolgenden mit Aktivkohle gefüllten Segmenten unter­ teilt ist, wobei der Einlauf, die Trennwände und der Auslauf so angeordnet sind, daß das verunreinigte Wasser von dem Einlauf zwangsgeführt nacheinander durch die Segmente bis zu dem Auslauf strömt.

Obwohl eine derartige Vorrichtung nicht transportabel ist und jeweils am Verwendungsort erstellt werden muß, erweist sie sich als kostengünstiger im Vergleich zu den bekannten Ausführungsformen. Dabei spielt eine wichtige Rolle, daß die Wände des Behälters durch das Erdreich gestützt werden und deswegen verhält­ nismäßig dünnwandig ausgeführt sein können. Bevor­ zugt bestehen die Wände aus stahlarmiertem Spritzbeton. Der Behälter läßt sich auch verhältnismäßig einfach ent­ fernen, wenn er nicht mehr gebraucht wird.

Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß die erheblichen Transportprobleme mit den vorbekannten Stahlbehältern entfallen. Bei großen Stahlbehältern waren vielfach sogar Baumaßnahmen, insbesondere die Entfernung von Oberleitungen erforderlich, um sie an die Baustelle transportieren zu können.

Neben diesen Vorzügen bezüglich der Herstellung er­ weist sich die erfindungsgemäße Vorstellung auch im Betrieb als überlegen. Durch die Zwangsführung mit Hilfe der Trennwände läßt sich erreichen, daß trotz der flachen Bauweise des Behälters die gesamte Aktiv­ kohlefüllung von dem Wasser durchströmt wird, ohne daß dabei in praktisch störendem Umfang das Wasser durch einzelne Bereiche mit geringerem Strömungswider­ stand (Spalte, Risse oder Kanäle) im Nebenstrom fließt und dadurch die Effektivität beeinträchtigt wird.

Dies gilt in besonderem Maße, wenn gemäß einer be­ vorzugten Ausführungsform die Trennwände zum Teil als Tauchwände und zum anderen Teil als Überfallschwellen ausgebildet sind, wobei sich die Überfallschwellen und die Tauchwände in der Strömungsrichtung des Wassers abwechseln, so daß das Wasser in aufeinanderfolgenden Segmenten abwechselnd abwärts und aufwärts strömt. Eine derartige Anordnung, die weiter unten noch näher erläutert wird, hat einen besonders guten Wirkungsgrad. Außerdem bilden die Überfallschwellen, welche vom Be­ hälterboden aufragen und so dimensioniert sind, daß sie den Behälterquerschnitt bis zur Oberkante der Ak­ tivkohlefüllung absperren, gegeneinander praktisch vollständig abgeschlossene Kammern für die Aktivkohle. Dadurch ist es möglich, die in den einzelnen Kammern befindliche Aktivkohle jeweils separat auszuwechseln, wenn ihre Aktivität erschöpft ist, ohne daß zugleich die übrige Aktivkohlefüllung des Behälters in irgend einer Weise berücksichtigt werden muß.

In diesem Zusammenhang ist es besonders zweckmäßig, wenn die Überfallschwellen über die Oberfläche der Aktivkohlefüllung geringfügig hinausragen. Dadurch wird erreicht, daß im Betrieb jeweils eine dem Über­ stand der Schwellen entsprechende Wasserschicht über der Aktivkohle vorhanden ist. Durch diese Maßnahme wird die Verschleppung von Aktivkohle von einer Kam­ mer in die nächste Kammer erheblich reduziert und eine einfache Entnahme von Wasserproben aus dem überstehenden Wasser zwischen den einzelnen Überfallschwellen ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise im Verbund mit einem vorgeschalteten Absetzbecken eingesetzt, in welchem sich in bekannter Art und Weise im Wasser enthaltene Schwebstoffe absetzen. Dadurch wird eine Verstopfung der Aktivkohleschicht vermieden. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen parallelzuein­ ander an einer Baustelle einzusetzen, damit insbeson­ dere bei unerwarteten Überlasten an verschmutztem Was­ ser oder während des Auswechselns der Aktivkohle ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Entgiftungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie III-III.

Die Entgiftungsvorrichtung 1 weist einen wannenartig geformten im Erdreich 2 eingelassenen Behälter 3 auf.

Der Behälter 3 ist mit Aktivkohle 4 gefüllt. Der Bo­ den 5 des Behälters 3 ist im Bereich der Aktivkohle­ füllung leicht geneigt (Neigung bevorzugt weniger als 5%, besonders bevorzugt etwa 2%).

Der Behälter 3 ist langgestreckt. Die einlaufseitige Stirnwand 6, die auslaufseitige Stirnwand 7 und die Seitenwände 8 und 9 sind bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform schräg zum Behälter­ inneren hin geneigt. Besonders die Neigung der Sei­ tenwände ist vorteilhaft für die Effektivität der Vorrichtung. Bevorzugt liegt der Neigungswinkel Alpha zur Bodenfläche zwischen 30° und 60°.

Der Behälter wird vorzugsweise in der Weise herge­ stellt, daß in eine entsprechend ausgehobenen Grube eine Dichtungsfolie 10 eingelegt wird, die in der Zeichnung lediglich als verstärkter Strich zu er­ kennen ist. Auf diese Folie werden Baustahlmatten aufge­ bracht. Danach wird Spritzbeton aufgespritzt oder Stampf­ beton aufgetragen. Die Stärke der Betonschicht ist verhältnismäßig gering und liegt üblicherweise unter 10 cm. Dieses Herstellungsverfahren ist in der Wasserbautechnik für andere Anwendungszwecke bekannt und muß hier nicht näher erläutert werden.

Der Behälter 3 läßt sich in seiner Längsrichtung in einen Aktivkohlebereich 11 und in einen Filter­ bereich 12 unterteilen. In dem Aktivkohlebereich sind abwechselnd Überlaufschwellen 13 und Tauchwände 14 vorgesehen.

Die Überlaufschwellen 13 ragen vom Boden 5 auf und sind so gestaltet, daß sie den Behälterquerschnitt praktisch vollständig absperren. Bevorzugt sind sie kostengünstig aus entsprechend zugeschnittenen in nicht dargestellten U-förmigen Rahmen liegenden übereinander angeordneten Kanthölzern hergestellt. Die Rahmen werden vorteilhaft vor dem Einbringen des Spritzbetons an den Baustahlmatten festgeschweißt.

Die Tauchwände lassen sich kostengünstig aus in ei­ nem Metallrahmen zusammengefaßten Holzbohlen herstel­ len. Sie tauchen von oben in den Behälter 3 ein und sind so dimensioniert, daß sie den Behälterquerschnitt bis auf einen Durchlaß 15 im Bereich des Behälter­ bodens absperren.

Die Überlaufschwellen 13 und die Tauchwände 14 bil­ den Trennwände, die eine Mehrzahl aufeinanderfolgender mit Aktivkohle gefüllter Segmente 17 des Behälters 3 abteilen. Durch die Anordnung und Dimensionierung die­ ser Trennwände wird sichergestellt, daß die durch das Einlaufrohr 18 zugeführte und nach Filterung in dem Fil­ terbereich 12 durch das Auslaufrohr 19 abgeführte Wasser­ strömung zwangsgeführt nacheinander durch die Segmente 17 geführt wird. Dabei ist dem ersten Segment 17 a ein Beruhigungssegment 20 vorgelagert, in dem sich keine Füllung befindet und das den Zweck hat, das zuströmende Wasser zu beruhigen, so daß es glattflächig über die erste Überfallschwelle 13 a fließt. Es sickert dann in die dort befindliche Aktivkohle 4 ein und strömt nach unten. Im Bereich unterhalb der Tauchwand 14 a wird es umgelenkt, um dann in dem Segment 17 b nach oben zu strömen. Sobald genügend Wasser zugeführt ist, steigt die Wasseroberfläche über die Oberkante der zweiten Überlaufschwelle 13 b. Danach setzt sich der gleiche Vorgang in den folgenden Segmenten fort, bis die Flüssigkeit schließlich über die auslaufsei­ tige letzte Überlaufschwelle 13 c übertritt und in den Filterbereich 12 gelangt.

Für eine möglichst gute Funktion der Vorrichtung ist die Dimensionierung der Elemente wichtig.

Wie erwähnt, sollte die Oberkante der Überlaufschwellen 13 geringfügig über die Oberfläche 21 der Aktivkohle­ füllung 4 erhaben sein, so daß eine in Fig. 3 über­ trieben dargestellte aktivkohlefreie Wasserschicht 22 über der Aktivkohle steht.

Der horizontale Querschnitt der Segmente (welcher sich bei der dargestellten Ausführungsform von oben nach unten verjüngt) sollte etwa so dimensioniert sein, daß er dem für den maximalen Wasserdurchsatz im Hinblick auf die Versickerung notwendigen Aktivkohle­ querschnitt näherungsweise entspricht. Im Einzelfall läßt sich dieser Wert experimentell oder rechnerisch ermitteln. Für eine beispielhafte Vorrichtung mit einem Durchsatz von etwa 25 l/sec., welche (wie in den Figuren dargestellt) sechs Segmente aufweist und in etwa einer halben Stunde bei maximalem Durch­ satz von einer Wasserfront durchquert wird, beträgt der Abstand zwischen Tauchwand und Überfallschwelle je­ weils ein Meter. Die Breite der Segmente verjüngt sich von etwa 3,5 m auf etwa 2,6 m.

Statt der dargestellten Tauchwände und Überfallschwellen können grundsätzlich auch andere Formen von Trennwänden verwendet werden, welche beispielsweise von der Seite in den Behälter hineinragen, so daß die meanderförmige Be­ wegung des Wassers nicht aufwärts und abwärts, sondern von rechts nach links und von links nach rechts führt. Ein besonderer Vorteil der dargestellten Ausführungsform ist jedoch die Bildung geschlossener Kammern 23 zwischen den Überfallschwellen 13 (eine Kammer 23 besteht jeweils aus zwei Segmenten 17, die Kammer 23 a z.B. aus den Segmen­ ten 17 a und 17 b).

Für eine gute Zwangsführung ist es vorteilhaft, wenn die Tauchwände 14 tief in den Behälter 3 hineinragen, so daß die Durchlässe 15 verhältnismäßig klein sind. Besonders bevorzugt beträgt der Querschnitt höchstens etwa 30% des Gesamtquerschnitts der Aktivkohle an der Stelle, an der die betreffende Tauchwand 14 angeordnet ist.

Innerhalb des Behälters 3 ist im Anschluß an die mit Aktivkohle 4 gefüllten Segmente 17 (Aktivkohlebereich 11) ein Filterbereich 12 vorgesehen. Im Filterbereich 12 ist der Boden 5 a gegenüber dem Aktivkohlebereich abgesenkt. Der Filterbereich 12 ist mit einem geeigneten Filterma­ terial 24, beispielsweise Kies oder auch Weichfaser- Filtermatten gefüllt. In dem Filtermaterial befindet sich ein bis auf den Boden 5 a reichendes Filterrohr 25, welches beispielsweise aus PVC bestehen kann und Löcher aufweist, durch die das gefilterte Wasser ins Innere des Filterrohrs 25 dringt.

An das Filterrohr 25 ist der Auslauf 19 angeschlossen, durch den das gereinigte und gefilterte Wasser abgezo­ gen wird. Außerdem kann eine Tauchpumpe in das Filter­ rohr 25 eingelassen werden, um das Wasser zu entleeren der gesamten Vorrichtung vollständig abzupumpen.

Die Filterung in dem Filterbereich 12 dient in erster Linie dazu, im Wasser schwebende Aktivkohleteilchen, welche durch die Überfallschwellen 13 nicht zurückge­ halten werden, auszufiltern. Das gereinigte Wasser im Auslauf 19 ist weitgehend klar.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Entgiften großer Wassermengen mit Hilfe von Aktivkohle mit einem Behälter (3) für die Aktivkohle (4), einem Einlauf (18) für das verunreinigte Wasser und einem Auslauf (19) für das gereinigte Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) wannenartig geformt und im Erdreich (2) ein­ gelassen ist, und daß der Behälterinnenraum mit Hilfe von eingebauten Trennwänden (13, 14) in ei­ ne Mehrzahl von aufeinanderfolgenden mit Aktiv­ kohle (4) gefüllten Segmenten (17) unterteilt ist, wobei der Einlauf (18), die Trennwände (13, 14) und der Auslauf (19) so angeordnet sind, daß das verunreinigte Wasser von dem Einlauf (18) zwangsgeführt nacheinander durch die Segmente (17) bis zu dem Auslauf (19) strömt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennwände teil­ weise als Überfallschwellen (13) und teilweise als Tauchwände (14) ausgebildet sind, wobei die Überfallschwellen (13) vom Behälter­ boden (5) aufragen und so dimensioniert sind, daß sie den Behälterquerschnitt bis zur Oberkante der Aktivkohlefüllung (4) absperren, wobei die Tauchwände (14) von oben in den wannen­ artigen Behälter (3) eintauchen und so dimensioniert sind, daß sie den Behälterquerschnitt bis auf einen Durchlaß (15) im Bereich des Behälterbodens (5) absperren, und wobei Überfallschwellen (13) und Tauchwände (14) sich in Strömungsrichtung des Wassers ab­ wechseln, so daß das Wasser in aufeinanderfolgen­ den Segmenten (17) abwechselnd abwärts und auf­ wärts strömt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überfall­ schwellen (13) über die Oberfläche (21) der Aktiv­ kohlefüllung (4) geringfügig hinausragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Querschnitt der Segmente (17) dem für die Ver­ sickerung des maximalen Wasserdurchsatzes der Vorrichtung notwendigen Aktivkohlequerschnitt näherungsweise entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Durchlasses (15) der Tauchwände (14) im Bereich des Behälterbodens (5) so bemessen ist, daß der Durchlaßquerschnitt höchstens etwa 30% des Gesamtquerschnitts der Aktivkohlefüllung (4) im Bereich der jeweiligen Tauchwand beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter­ boden (5) in Strömungsrichtung leicht geneigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wannenartige Behälter (3) schräg zum Behälterinneren hin ab­ fallende Seitenwände (8, 9) hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (3) in Strömungsrichtung hinter den mit Aktiv­ kohle (4) gefüllten Segmenten (17) ein Filterbe­ reich (12) vorgesehen ist, an dem der Auslauf (19) angeordnet ist, und aus dem das gereinigte und ge­ filterte Wasser abgepumpt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) am Anwendungsort aus stahlarmiertem Spritzbeton hergestellt ist.