DE4006435C2 - Verfahren und Einrichtung zur in-situ Grund- und/oder Sickerwassersanierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ Grund- und/oder Sickerwassersanierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.

In der Grundwassersanierung ist das sogenannte Abpumpverfahren ein traditionelles und daher am weitesten verbreitetes Sanierungsverfahren. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein meist mit PVC oder verzinktem Stahlrohr ausgebauter Brunnen mit einer Nennweite zwischen 120 mm und 250 mm durch den Grundwasserleiter oder den wasserführenden Bodenhorizont hindurch in den Grundwasserstau abgesenkt. Das Grundwasser wird aus diesem Brunnen abgepumpt und über eine Wasseraufbereitungsanlage geleitet. Nach erfolgter Reinigung wird das Grundwasser entweder über einen zusätzlichen Schluckbrunnen in den Grundwasserleiter zurückgeleitet bzw. verrieselt oder in den Kanal geführt. Durch Abpumpen des Brunnens bildet sich ein Abpumptrichter aus.

Dieses Verfahren zur Grundwasserreinigung ist für umfassende Reinigungsaufgaben bei Kontamination mit unter anderem leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW), Kohlenwasserstoffen (KW), Emulsionen sowie auch Schwebstoffen geeignet.

Allerdings ist für das Abpumpen und die Wiedereinleitung von Grundwasser ein Genehmigungsverfahren nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und anderen Vorschriften erforderlich und für die Wiedereinleitung von Wasser in den Grundwasserleiter sind regelmäßig die vorgegebenen Grenzwerte, wie z. B. der Trinkwasserverordnung, einzuhalten. Gerade bei Grundwasser, das aufgrund natürlicher Belastungen, wie beispielsweise Härtebildner, Eisen und Mangan aus natürlichen Quellen, wie z. B. moorigen Flußaltarmen, oder aufgrund anthropogener Vorbelastungen bei Eintritt in ein Grundstück belastet ist, stellt diese behördliche Verordnung eine mitunter unbillige Forderung dar.

Die durch den Pumpbrunnen erzeugte Grundwasserabsenkung kann - gerade bei bindigen Böden - nicht erwünschte Veränderungen der Bodenkennwerte bewirken, die unter Umständen eine Gefahr für den Baubestand auslösen, d. h. gegebenenfalls einen im Hinblick auf die Baustatik gefürchteten Grundbruch herbeiführen können.

In Bodenbereichen mit wechselnder Wasserführung, beispielsweise bei jahreszeitlichen Veränderungen der Nachfließmenge, können aufwendige Pumpenregelungen erforderlich werden.

Die Wasseraufbereitung, gerade bei eisen- und schwermetallhaltigem Grundwasser sowie bei Kontaminationen mit Metallkomplexen, Kohlenwasserstoffen usw. ist zum Teil extrem aufwendig. Vor der eigentlichen Wasserreinigung sind meist Abscheidungs-, Ausfällungs-, Ausflockungsstufen oder Emulsionsspaltanlagen usw. erforderlich, die die Wasserreinigung erheblich verteuern.

Außerdem können die Pumpen und das Pumpenzubehör durch gelöste Eisenmineralien verockern (Brauneisen).

Andere bereits vorgeschlagene oder bekannte Verfahren zur Grund- und Sickerwassersanierung (hierzu gehört beispielsweise der Unterdruck - Verdampfungsbrunnen) beruhen auf den Grundverfahren der Zweiphasentrennung. Diese Verfahren sind relativ neu und haben ihre wissenschaftliche Grundlage in der physikalischen Verfahrenstechnik. Im Unterschied zum on-site reinigenden Abpumpverfahren kann mit den Grundverfahren der Zweiphasentrennung unter gewissen Rahmenbedingungen das Grund- oder Sickerwasser in-situ gereinigt werden. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß mit Luft gearbeitet wird, die unter Umständen mit den auszutragenden Kohlenwasserstoffkontaminationen explosionsfähige Gasgemische bilden kann bzw. daß sich bei einigen Kohlenwasserstoffen Peroxide bilden, die ausfallen und sich somit anreichern und explosiv zerfallen können. Problematisch ist es auch, daß durch dieses Verfahren gemäß dem Henry′schen Gesetz der Partialdruck nur proportional dem angelegten Außendruck abgesenkt wird und so bei dem angelegten Unterdruck nur ein kleiner Prozentsatz der gelösten Schadstoffe ausgetragen wird.

Bei den Verfahren der Zweiphasentrennung kann das Wasser, insbesondere Grundwasser nur von niedersiedenden Stoffen oder Gasen mit relativ hohem Dampfdruck gereinigt werden. In nur begrenztem Umfange können Schadstoffe wie Benzol, Toluol oder Xylol (BTX) oder beispielsweise PER ausgetragen werden.

Der hohe Unterdruck bewirkt die Ansaugung großer Mengen von Fehlluft aus den umgebenden Bodenhorizonten und von der Erdoberfläche. Es sind zum Teil aufwendige flächendeckende Abdichtungsmaßnahmen, beispielsweise Versiegelung der Erdoberfläche mit Asphalt, Verlegen und Bewässern von Bentonit-Dichtmatten, zur Erzielung des spezifizierten Reinigungserfolges erforderlich.

Durch den Unterdruck zur Phasentrennung wird der Pegel des Wasserspiegels angehoben. Es bildet sich ein äußerer Kreislauf aus, wobei oben das Wasser aus dem Brunnen horizontal-radial abfließt, dann in einer gewissen Entfernung absinkt und unten im Brunnen wieder angesaugt wird. Bei einem oft standardmäßig angelegten Unterdruck von 5000 Pa kommt es zu einer Überhöhung im Pegel von etwa 50 cm. Die Überhöhung beträgt teilweise noch in 50 m Entfernung vom Brunnen über 10 cm. Da das Grundwasser meist nicht steht, sondern fließt, ist damit zu rechnen, daß der nicht abgetrennte Schadstoffanteil zentrisch in dem Brunnen verteilt wird und abfließt und den Schadensherd so vergrößert, insbesondere dann, wenn der Brunnen nicht im Zentrum des Schadensherdes plaziert wurde.

Die Durchführung des Verfahrens setzt vom chemisch-physikalischen Aufwand her gesehen eine komplexe und aufwendige Meß- und Einregelungstechnik voraus.

Durch die Ausbildung des oben erwähnten äußeren Kreislaufes von oben nach unten muß mit der Möglichkeit einer Tiefen-Mobilisierung der Schadstoffe gerechnet werden.

Aus den Druckschriften DE 37 33 583 A1, P. Iohn, "Zum Entwicklungsstand der rührerlosen Flotation", Aufbereitungs- Technik 3/1973, S. 156-161, B. Dobiás "Mikroflotation - ein modernes Verfahren zur Abwasserreinigung", Münchner Beiträge zur Abwasser-, Fischerei- und Flußbiologie, Bd. 29, R. Oldenbourg Verlag, München 1978, S. 161-171, Marko Zlokarnik, "Neue Wege bei der flotativen Aufbereitung und Abwasserreinigung in der chemischen Industrie", Chem.-Ing.-Tech. 53 (1981), Nr. 8, S. 600-606, R. A. Conway et al, "High-solubility gas flotation", Journal WPCF 53 (1981) 7, S. 1198-1205, DE 36 25 488 A1 und DE 38 05 200 C1 sind Flotationsverfahren bekannt, bei denen zur Beseitigung von kleinen, feindispergierten Teilchen aus Wasser Gasperlen im Wasser verteilt werden, wobei die Gasperlen beispielsweise durch Durchblasen durch ein feinporöses Material erzeugt werden. Dabei liegt die Größe der Gasperlen bei etwa 50 bis 100 µm (R. A. Conway et al), etwa 40 bis 60 µm (Marko Zlokarnik), etwa 50 µm (DE 37 33 583) und etwa 100 µm (P. Iohn). In der älteren DE 40 01 012 C1 ist ebenfalls das Einbringen von Luft- oder Gasblasen in das Grundwasser beschrieben. Dabei werden die Blasen in das untere Ende einer Bohrung in vom Grundwasser durchströmten Erdreich durch einen Verteilerkopf eingebracht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art, mit dem Grund- und Sickerwasser in-situ mit einer guten Extraktionsleistung gereinigt werden kann, und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Einrichtung gelöst, die die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 8 aufweist.

Durch die Erfindung können vorteilhafterweise zwei miteinander kombinierbare Wirkungen erzielt werden. Die eine Wirkung basiert auf dem aus der chemischen Verfahrenstechnik bekannten Prinzip der Desorption, nach welcher das für die Gasperlen verwendete Kohlendioxid im Wasser physikalisch sehr gut löslich ist, sich im Wasser bis zur Sättigungsgrenze löst und die im Wasser gelösten Stoffe austauscht, so daß diese Stoffe ausgetrieben werden. Die Kohlendioxid-Gasperlen oder Gasperlen aus einer Mischung aus Kohlendioxid mit wenigstens einem anderen Gas werden in einer sehr kleinen Perlengröße von weniger als einem Mikrometer eingebracht. Dies führt vorteilhafterweise zu einer besonders guten Extraktionsleistung und zu einer Steiggeschwindigkeit, die kleiner als 0,5 m pro Sekunde ist. Die Verweildauer des Extraktionsmittels im Wasser wird dadurch ebenfalls erhöht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher überraschend gute Reinigungserfolge erzielt werden. Vorteilhafterweise ist der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Platzbedarf relativ gering. Es ist ein Arbeiten mit optimierten Betriebskosten möglich. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch unterhalb von Gebäuden saniert werden, da der Grundwasserspiegel nicht oder nur geringfügig erhöht wird. Dies ist von erheblicher Bedeutung für Sanierungen in bebauten Gebieten.

Es besteht der Vorteil, daß die gelösten Schadstoffe nahezu vollständig und nicht nur teilweise abgetrennt werden. Diese Schadstoffe diffundieren in die überschüssigen Gasperlen und werden mit diesen zum Wasserspiegel transportiert, so daß die Gasperlen vorteilhafterweise gleichzeitig als Austragungsmedium dienen. Die ausgetragenen Schadstoffe können abgesaugt werden.

Die Diffusion wird wesentlich von drei Faktoren bestimmt:

• a) der Art des Gases oder Desorptionsmittels,
• b) der Verweildauer des Desorptionsmittels im Wasser, und
• c) der Oberfläche des Desorptionsmittels.

Im Hinblick auf a) sollte, wie schon erwähnt, Kohlendioxid bzw. eine Mischung aus Kohlendioxid mit wenigstens einem anderen Gas in Wasser sehr gut löslich.

Im Hinblick auf b) ist die Verweildauer der verwendeten Gasperlen groß, was bedeutet, daß die Steiggeschwindigkeit der Gasperlen im Wasser klein ist. Dies ist auf die durchschnittliche Perlengröße von weniger als einem Mikrometer, bezogen auf eine Temperatur von 20°C des Grund- und/oder Sickerwassers und dem auf diesem lastenden Atmosphärendruck zurückzuführen.

Im Hinblick auf c) sind die genannten kleinen Gasperlen in großer Zahl vorteilhaft.

Das verwendte Kohlendioxid-Gas ist in der chemischen Verfahrenstechnik und Trinkwasseraufbereitung ein sehr bekanntes, weit verbreitetes und preiswertes Gas, das vorteilhafterweise bei der Abwasserreinigung und Grundwassersanierung gefahrlos als Desorptionsmittel einsetzbar ist.

Die Steiggeschwindigkeit von CO₂ beträgt in reinem Wasser bei 20°C etwa 0,415 m/sec. CO₂ kann zudem in Mikroperlen von etwa 0,05 Mikrometer Durchmesser ausgedüst werden und bietet somit im Vergleich zu Luft eine stark vergrößerte als Kontaktfläche dienende Oberfläche. Beide Faktoren stellen ein maximales Lösungsverhalten von CO₂ in Wasser sicher.

Das im Wasser gelöste CO₂ gast im weiteren Verlauf des Grundwasserstromes wieder aus und diffundiert in den Boden, wo es unter anderem von der Vegetation wieder aufgenommen wird. Nach neuesten Untersuchungen wurde festgestellt, daß bei ausreichender Dotierung von CO₂ im "pflanzenverfügbaren Wasser" der in der Landwirtschaft erforderliche Fungizideinsatz sich halbiert und dort eine höhere landwirtschaftliche Nutzung gegeben ist (VDI-Nachricht, Nr. 39 vom 29.9.1989, Seite 38). Ein geringer Teil CO₂, der jedoch in der Mineraliengesamtbilanz des Grundwassers eine vernachlässigbare Größe bildet, geht mit dem Wasserstoff eine Ionenreaktion ein (Hydratisierung des CO₂) und bildet Hydrogen-Carbonat (HCO₃), das ein in jedem Grundwasser vorkommender Härtebildner ist.

Die zweite Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in einer Gas-Flotation. Unter Flotation wird dabei verstanden, daß im Wasser ungelöste Stoffe, wie z. B. Mineralöle, Emulsionen usw. durch Gasperlen und den dabei entstehenden Auftrieb zum Wasserspiegel transportiert werden. Die flotierten Schadstoffe schäumen aus dem Wasser aus und können beispielsweise mit einer Pumpe abgezogen werden. Die Flotationswirkung kann auch mit einem in Wasser schlecht löslichen Gas erzielt werden. Ist das Gas jedoch gut wasserlöslich, können die Desorptionswirkung und die Flotationswirkung kombiniert erhalten werden, so daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Reinigung des Wassers sowohl von gelösten als auch von ungelösten Stoffen in-situ und in einem einzigen Verfahrensschritt erreicht werden kann. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Um mit einem wasserlöslichen Gas die Flotationswirkung zu erhalten, ist es lediglich notwendig, mit einem ausreichenden Gasüberschuß zu arbeiten. CO₂ eignet sich in nahezu idealer Weise als Flotationsmittel.

Die Gasperlen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise durch Einleiten des betreffenden Gases in einen im Wasser angeordneten Düsenkörper eingebracht werden (Anspruch 4), der beispielsweise eine Filterkerze (Anspruch 10) sein kann.

Bevorzugterweise werden die Gasperlen in ein Rohr eingebracht, das sich von oben nach unten im Grund- oder Sickerwasser erstreckt (Anspruch 5).

Vorteilhaft ist es, wenn im Rohr ein Unterdruck über dem Wasserspiegel erzeugt wird (Anspruch 6). Das Einbringen, insbesondere Eindüsen, des Gases bei Unterdruck bewirkt, daß sich das Gas im Unterdruck ausdehnt und abkühlt. Kaltes Gas nimmt beim Durchperlen des Wassers keine zusätzliche Flüssigkeit mehr auf. Das aus dem Wasser austretende Gas ist relativ trocken. Der Trocknungsgrad ist von der Temperatur und demnach vom jeweils angelegten Unterdruck abhängig. Der Austritt von trockenem Gas hat den Vorteil, daß in einer nachfolgenden Gasaufbereitung, beispielsweise durch Aktivkohlefilter, weniger Kondenswasser anfällt. Das überschüssige Gas kann nach erfolgter Reinigung wieder im Kreislauf in das Rohr zurückgeleitet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Anspruch 8 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Rohr oberhalb des Grund- oder Sickerwasserspiegels gegenüber dem umgebenden gewachsenen Boden abgedichtet. Dadurch kann bei einer durch einen Unterdruck im Rohr bewirkten Erhöhung des Wasserspiegels eine Auslaugung von Schadstoffen im Bereich oberhalb des Grundwasserspiegels vermieden werden.

Zum Entfernen flotierter Schadstoffe auf dem Wasserspiegel ist vorzugsweise eine Pumpe zum Abziehen dieser Schadstoffe vorgesehen (Anspruch 12). Diese Pumpe kann gemäß Anspruch 13 durch einen am Wasserspiegel im Rohr vorgesehenen Pegelsensor gesteuert werden. Die Gasreinigungsanlage und die Absaugeinrichtung können bevorzugt in einem an das obere Ende des Rohres angrenzenden Raum unter Flur angeordnet werden (Anspruch 11).

Bei einer extrem hohen Belastung des Grundwassers mit halogenierten Kohlenwasserstoffen, beispielsweise LCKW (leichtflüchtige Chlor-Kohlenwasserstoffe, meist Aliphate) aber auch mit Pentachlorphenol (PCP), polychlorierten Biphenylen (PCB), usw. ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren durch elektrochemische Vorgänge zu unterstützen. Dazu wird zweckmäßigerweise eine Einrichtung mit zumindest einer Anode und einer Kathode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Wasser vorgesehen (Anspruch 14). An diese Elektroden wird ein schwacher Gleichstrom mit je nach Aufgabenstellung unterschiedlich hoher Stromstärke angelegt, der ein elektrisches Feld im Wasser aufbaut. Durch diese Maßnahme können vier Faktoren bei der Reinigung des Wassers zusammenwirken:

• - pH-Wert-Absenkung des Wassers bei Verwendung eines Gases gemäß Anspruch 2,
• - die vom Gas ausgehende Desorption und Flotation,
• - die Abgabe bzw. Aufnahme von Elektronen (soge­ nannte Redoxreaktionen),
• - die Hydrolyse, d. h. die Spaltung von Wasser in H₂ und O₂.

Das Zusammenwirken dieser Faktoren bewirkt:

• - Die kathodische Reaktion und Dehalogenierung der Halogen-organischen Verbindungen zu nicht mehr chlorierten Produkten, wie z. B. das Pentachlor­ phenol über Tetra-, Tri-, Di- und Monochlorphenol zu Phenol
• - Metallionen, wie z. B. Kupfer-, Blei-, Zinn-, Queck­ silber-, oder Cadmium-Ionen werden kathodisch aus den Lösungen abgeschieden. Diese Ionen haften ent­ weder an der Kathode oder sinken als Schlamm ab und können im Brunnensumpf aufgefangen werden.
• - Durch anodische Oxydation werden diverse Be­ lastungsstoffe wie Cyanide, Nitrite, Chloride, usw. oxidiert und ausgeflockt, so daß sie nunmehr vom Gas, vorzugsweise CO₂, flotiert werden.
• - Durch elektrochemische Redox-Vorgänge kann die Wertigkeit von Metallen geändert werden, z. B. von Chrom-VI zu Chrom-III und damit die Aus­ tragung dieser Stoffe aus dem Wasser beschleu­ nigt werden.
• - Bestimmte Schwermetallkomplexe werden im sauren Milieu, wie es sich durch CO₂-Zugabe ausbildet, ausgefällt.

Zusammengefaßt werden durch die Erfindung generell die folgenden Vorteile erreicht:

• - Es sind keine wasserrechtlichen Genehmigungsver­ fahren für die Entnahme und Wiedereinleitung von Grundwasser erforderlich.
• - Es werden mit dem hydraulischen Verfahren ver­ gleichbare Reinigungsleistungen zu einem Bruch­ teil der Kosten für die Wasserreinigung erzielt.
• - Es besteht eine anwendungsbezogene Flexibilität mit einer gezielten Austragung spezifischer Schadstoffe.
• - Die Betriebskosten werden optimiert.
• - Der Grundwasserspiegel wird nicht oder nur gering­ fügig erhöht.
• - Der Abgasstrom kann im Kreislauf geführt werden. Damit können immissionsrechtliche Auflagen ver­ mieden werden.
• - Der Abgasstrom hat eine geringe Restfeuchtigkeit. Daher ist eine aufwendige Vorbehandlung des Gases vor Eintritt in eine Abgasreinigungsanlage nicht erforderlich.
• - Der Platzbedarf ist gering. Die Abgasbehandlung und die Auffrischung des Gases kann räumlich von einem Brunnen getrennt aufgestellt werden. Ein zur Durchführung des Verfahrens verwendeter Brunnen kann zusammen mit der Brunnenausrüstung als Unterfluranlage eingebaut werden und behin­ dert weder die laufende Produktion noch den Werk­ verkehr.
• - Es können umfassende Reinigungsaufgaben bei Kon­ taminationen mit unter anderem chlorierten Koh­ lenwasserstoffen (CKW), fluorierten Kohlenwasser­ stoffen (FKW, FCKW), Kohlenwasserstoffen (KW), Emulsionen und Schwebstoffen gelöst werden.
• - Es ist eine große Reinigungszone und damit ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht.
• - Die Reinigung erfolgt mit großer Leistung und die Gefahr einer Verunreinigung des Wassers in der Umgebung der Reinigungszone besteht nicht oder ist unbedeutend, weil in der Reinigungs­ zone 100% oder nahezu 100% der Schadstoffe aus dem Wasser ausgetragen werden.
• - Durch CO₂-Zugabe zum Grundwasser ergibt sich der bereits genannte Vorteil für die Landwirt­ schaft und die Umwelt, der in einem dann gerin­ geren Fungizideinsatz und einer auf die Fläche berechneten höheren Produktionsrate zu sehen ist.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung beispielhaft näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 in der gleichen Darstellung eine mo­ difizierte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Einrichtungen nach den Fig. 1 und 2 dienen zur Reinigung von Grundwasser und sind in den Erdboden eingebaut. Es bedeuten GOK die Geländeoberkante, TB einen unmittelbar unter der Geländeroberkante GOK liegenden ungesättigten, d. h. im wesentlichen trockenen Bodenbereich, NB den unter dem ungesättigten Bereich TB angeordneten Grundwasserleiter, der mit Wasser gesättigt ist, GSp den Grundwasserspiegel und GSt den unter den Grundwasserleiter NB befindlichen Grundwasserstauer.

Von der Geländeroberkante GOK her ist ein Brunnen B durch den Bereich TB und den Grundwasserleiter NB bis zu einer Tiefe T von beispielsweise einen Meter in den Grundwasserstauer GSt hinein abgetäuft.

Der Brunnenbereich BS im Grundwasserstauer GSt bildet einen Brunnensumpf.

Im Brunnen B ist ein Rohr BR angeordnet, das bis zum Boden des Brunnens B reicht. Der Zwischenraum zwischen der Umfangswand BW des Brunnens und dem Rohr BR ist mit wasserdurchlässigem Material, beispielsweise Kies Ki ausgefüllt.

Bei der Einrichtung nach Fig. 1 beträgt die Nennweite NW des Rohrs BR beispielsweise 150-200 mm oder mehr. Das Rohr BR weist in einem oberen Rohrabschnitt RA1 eine oder meist mehrere Perforationen mit Öffnungen Of und in einem im Abstand RZ davon angeordneten unteren Rohrabschnitt RA2 eine oder meist mehrere Perforationen mit Öffnungen Of in der Rohrwand auf. Durch diese Perforationen ist Wasser durch das Rohr BR von unten nach oben umwälzbar.

Der Abstand RZ definiert im wesentlichen eine Raktionszone im Rohr BR, das z. B. aus Kunststoff oder Metall oder aus einer Kombination aus beiden bestehen kann.

Möglichst tief im Brunnen B und möglichst auch unterhalb der Reaktionszone ist ein Düsenkörper DüK im wassergefüllten Rohr BR angeordnet, zu dem von oben her eine Rohrleitung R führt, durch die das die in das Wasser einzubringenden Gasperlen Prl erzeugendes Gas dem Düsenkörper DüK zuführbar ist. Auch eine andere Feinverteilung des Gases ist möglich.

Die am Düsenkörper DüK austretenden Gasperlen Prl steigen im Rohr BR nach oben, wobei sie zum Teil physikalisch im Wasser bis zur Sättigung gelöst werden, zum Teil als Gasperlen Prl durchströmenden und die im Wasser enthaltenen und ausgetriebenen Schadstoffe aufnehmen und zum Wasserspiegel Wsp transportieren, wobei je nach verwendetem Gas die Desportion und/oder Flotation wirksam wird.

Bei beiden Einrichtungen ist das Rohr BR im Brunnenkopf durch eine Dichtung Di pneumatisch abgedichtet, durch die die Rohrleitung R zum Düsenkörper DüK geführt ist und aus der ein Absaugrohr AR zu einer Saugeinrichtung SE führt.

Die Saugeinrichtung SE erzeugt im Gasraum GR über dem Grundwasserspiegel GSp im Rohr BR einen Unterdruck P1 gegenüber dem äußeren Umgebungsluftdruck Po. Die Saugeinrichtung SE kann ein Sauggebläse oder eine andere, einen Unterdruck erzeugende Einrichtung, beispielsweise eine Wasser- oder Dampfstrahlpumpe sein.

Von der Druckseite der Saugeinrichtung SE führt eine Leitung L2 zu einer Gasreinigungsanlage GRei, von der eine Leitung L1 zum oberen Ende der Rohrleitung R zurückführt. In die Leitung L1 können auch ein Pufferbehälter Puf zur Vorratshaltung des Gases und andere Konditioniereinrichtungen, beispielsweise eine Druckerhöhungseinrichtung eingebaut werden.

Die Saugeinrichtung SE saugt die in den Gasraum GR ausgetragenen und die Schadstoffe enthaltenden Gase ab und führt sie der Gasreinigungsanlage GRei zu, aus der das gereinigte Gas über die Leitung L1 und die Rohrleitung R wieder dem Düsenkörper DüK zugeführt wird.

Nach der Gasreinigungsanlage GRei und vor der Rohrleitung R kann auch ein Stutzen S angebracht werden, durch den "Frischgas" bei Bedarf dem System zugeführt wird.

Als Gas wird bei beiden Einrichtungen CO₂ verwendet, das die eingangs beschriebenen Vorteile aufweist. Bei dem Frischgas handelt es sich also vorzugsweise um nachzuschiebendes CO₂.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das ohne Pumpe arbeitet (Fig. 1), erforderliche Unterdruck im Gasraum GR kann vorteilhafterweise relativ klein sein und beträgt je nach hydrologischen und geologischen Verhältnissen 500-5000 Pa. Beim Verfahren der Fig. 2 ist im Gasraum GR kein Unterdruck erforderlich. Das Gas kann im Falle eines Unterdruckes im Gasraum GR in der Nähe von Null Pa durch eine Druckerhöhungseinrichtung (beispielsweise ein Gebläse, druckseitig) in die Rohrleitung R und weiter über den Düsenkörper DüK in das Wasser hineingedrückt werden.

Die Menge des einzusetzenden Gases ist größer zu wählen als die Menge des Gases, die im Wasser in Lösung geht. Beispielsweise wird die Menge des einzusetzenden Gases doppelt so groß wie die Gasmenge gewählt, die in Lösung geht. Die in Lösung gehende Gasmenge geht verloren und muß ständig nachdosiert werden. Die nicht in Lösung gehende Gasmenge wird im Kreislauf geführt.

Die im Rohr BR aufsteigenden Gasperlen Prl bewirken und/oder verstärken die turbulente Durchmischung und Umwälzung des Wassers im Rohr BR, wobei das schadstoffbelastete Wasser in den Öffnungen Of des unteren Rohrabschnittes RA2 in das Innere des Rohres BR eintritt und aus den Öffnungen Of des oberen Rohrabschnittes RA1 nahezu zu 100% gereinigt austritt.

Als Düsenkörper DüK wird vorzugsweise eine Filterkerze oder dergleichen eingesetzt.

Durch Erhöhung des Gasüberschusses auf das Mehrfache der in Lösung gehenden Gasmenge können beide Einrichtungen zur Flotationsanordnung erweitert werden. Der dadurch auf dem Wasserspiegel GSp im Rohr BR entstehende Schaum (siehe Fig. 2) wird vorteilhafterweise durch eine selbstsaugende Pumpe Pu, beispielsweise eine Seitenkanalkreiselpumpe abgesaugt. Andere Pumpen, wie beispielsweise eine Strahlpumpe oder dergleichen können ebenfalls verwendet werden. Der abgesaugte Schaum wird in getrennte Auffangbehälter geleitet und weiter aufbereitet, beispielsweise in einer Ölabscheidung, Emulsionsspaltanlage usw.

Die Einrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Einrichtung nach Fig. 1 in dreierlei Hinsicht. Zum einen ist im unteren Teil des Brunnens B eine Tauchpumpe TPu unterhalb des Düsenkörpers DüK angeordnet, die eine größere Umwälzung des Wassers durch das Rohr BR und damit eine größere Nennweite NW dieses Rohres ermöglicht, so daß der Düsenkörper DüK auch aus einer Düsenplatte bestehen kann. Das von der Tauchpumpe TPu durch die Öffnungen Of im unteren Rohrabschnitt RA2 angesaugte Wasser wird der Reaktionszone durch eine Öffnung in einer pneumatischen Abdichtung PnD zugeführt, die zwischen der Tauchpumpe TPu und dem Düsenkörper DüK angeordnet ist.

Mit Hilfe dieser Tauchpumpe TPu kann die Reinigungswirkung optimiert werden. Die Pumpe TPu kann durch einen am Wasserspiegel WSp im Rohr BR angeordneten Schwimmschalter SchS gesteuert, insbesondere ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch kann die Anströmung des Wassers in das Rohr BR optimiert werden.

Zum anderen ist am Brunnenkopf des Brunnens B eine Dichtung Di vorgesehen, die bewirkt, daß der durch Unterdruck im Inneren des Rohres BR um die Höhe h gegenüber der Umgebung erhöhte Grundwasserspiegel GSp in radialer Richtung nach außen allmählich abfällt, wenn eine Abströmung des austretenden Wassers gewährleistet ist. Ansonsten steigt der Grundwasserspiegel Gsp in der Nähe des Brunnen an, so wie es in der Fig. 1 angedeutet ist. Die damit erzielbaren Vorteile sind eingangs erwähnt. Überdies ist die Überhöhung h bei dem erfindungsgemäßen Verfahren relativ gering, weil ein relativ geringer Unterdruck umgesetzt wird und die Leistung der Pumpe TPu durch den Schwimmschalter SchS gesteuert wird.

Zum dritten kann die Einrichtung nach Fig. 2 als Unterfluranlage ausgebildet werden. Dazu ist der obere Teil des Brunnenkopfes erweitert und in diesem erweiterten Raum ist die Brunnenausrüstung mit der Saugeinrichtung SE, der Gasreinigung GRei, den Leitungen L2 und L1 und der Pumpe Pu angeordnet, wobei noch weitere Einrichtungen in diesem Raum vorgesehen werden können. Der erweiterte Raum ist mit einem Deckel Dkl abgedeckt. Die Einrichtung nach Fig. 2 behindert weder die laufende Produktion noch den Werkverkehr.

Die vorliegende Einrichtung kann unter Flur eingebaut werden. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. Die Funktion der Reinigungsanlage wird dadurch nicht berührt.

Durch Einbau einer oder mehrerer nicht dargestellter Anoden und Kathoden in einem zu definierenden Tiefenbereich im Brunnen B, beispielsweise im Inneren des Brunnenrohres BR, kann die Einrichtung nach Fig. 1 oder Fig. 2 zur Elektroflotationsanlage erweitert werden. Hierzu werden als Elektrodenmaterialien Graphit, Eisen oder Aluminium eingesetzt, wobei die Materialauswahl von der Aufgabe der Elektroden abhängt (Reduktion oder Oxydation, Elektronenspender oder Elektronenempfänger). Die an die Elektroden anzulegende geringe Gleichspannung richtet sich nach den jeweiligen Erfordernissen. Da im Wasser meist Kurzschlußbedingungen herrschen, wird regelmäßig ein Vorwiderstand eingebaut. Zur Reduktion/Oxydation ist zu bemerken, daß insbesondere das elektrolytisch gebildete O₂ die Zerlegung der Schadstoffe ermöglicht und beschleunigt.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 2 werden die Metallhydroxide vom Wasserstrom mitgerissen und durch die Gasperlen zur Oberfläche flotiert.

Es wird darauf hingewiesen, daß das vorzugsweise verwendete CO₂-Gas eine Schutzgasfunktion erfüllt. Die beim Stand der Technik verwendete Luft kann dagegen mit verschiedenen Chemikalien explosiv reagieren, wobei gefährliche Reaktionsprodukte entstehen können. So bildet beispielsweise das Lösungsmittel Tetrahydrofuran an der Luft bzw. bei Zutritt von Luft explosionsfähige Peroxide, die als Feststoffe ausfallen und sich absetzen. Dabei verstopfen sie unter Umständen die Abgasreinigungsanlage. Diese Peroxide können bei Druckeinwirkung (z. B. Stößen, Wellen usw.) explodieren. Kohlenwasserstoffdämpfe und Luft können beispielsweise auch ein explosionsfähiges Gas-Luftgemisch bilden.

Claims (14)

1. Verfahren zur in-situ Grund- und Sickerwasserreinigung, bei dem ein Extraktionsmittel in der Form von Gasperlen in das Grund- oder Sickerwasser eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel Kohlendioxid (CO₂) oder eine Mischung aus Kohlendioxid (CO₂) mit wenigstens einem anderen Gas in einen im Grund- oder Sickerwasser angeordneten Brunnen (B) dispergiert wird, und daß die dispergierten Gasperlen (Prl) bezogen auf eine Temperatur von 20°C des Grund- und/oder Sickerwassers und den auf diesem lastenden Atmosphärendruck eine durchschnittliche Perlengröße von weniger als einem Mikrometer Durchmesser aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anderes Gas Stickstoff vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasperlen (Prl) im Wasser fein dispergiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasperlen (Prl) durch einen Düsenkörper (Dük) eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasperlen (Prl) in ein von oben nach unten im Wasser sich erstreckendes Rohr (BR) eingebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (BR) ein Unterdruck (P1) über dem Wasserspiegel (GSp) erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (BR) eine Tauchpumpe (TPu) zum Umwälzen des Wassers durch das Rohr (BR) angeordnet wird.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem im zu sanierenden Wasser angeordneten Rohr (BR), das in einem oberen Rohrabschnitt (RA1) und einem davon beabstandeten unteren Rohrabschnitt (RA2) jeweils zumindest einen Perforationsbereich (Of) aufweist, ein Düsenkörper (DüK) angeordnet ist, durch den Gasperlen (Prl) in das Rohr (BR) einbringbar sind und daß oberhalb des Wasserspiegels (WSp) im Rohr (BR) in einem Gasraum (GR) eine Saugeinrichtung (SE) angeordnet ist, die mit dem Eingang einer Gasreinigungsanlage (GRei) verbunden ist, deren Ausgang mit einer Leitung (L1) zum Düsenkörper verbunden ist, und daß das Rohr (BR) unterhalb seiner oberen Öffnung oder Öffnungen gegenüber dem umgebenden Boden (TB) mit einem Dichtring (WDi) abgedichtet ist, der bis zum Grundwasserspiegel (GSp) reicht.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (BR) eine Wasser durch den Perforationsbereich (Of) des unteren Rohrabschnittes (RA2) einsaugende Tauchpumpe (TPu) angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (DüK) eine in der Nähe des unteren Rohrabschnittes (RA2) befindliche Filterkerze ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasreinigungsanlage (GRei) und die Absaugeinrichtung (SE) in einem an das obere Ende des Rohres (BR) angrenzenden Raum (StR) angeordnet sind, der sich unter Flur befindet und durch einen Deckel (Dkl) abgedeckt ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (Pu) vorgesehen ist, die den auf dem Wasserspiegel (WSp) im Rohr (BR) sich ansammelnden Schaum absaugt und einem Behälter zuführt.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Wasserspiegel (WSp) im Rohr (BR) ein die Tauchpumpe (TPu) steuernder Pegelsensor (SchS) vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (BR) zumindest eine Anode und eine Kathode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes durch Anlegen eines schwachen Gleichstromes aufweist.