DE10022212A1

DE10022212A1 - Removing dissolved iron and manganese from water in unpressurized enrichment container, comprises using co-located infiltration and abstraction wells

Info

Publication number: DE10022212A1
Application number: DE2000122212
Authority: DE
Inventors: Reiner Hartmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-06
Filing date: 2000-05-06
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2020-05-07
Also published as: DE10022212C2

Abstract

Reducing the concentration of dissolved metals e.g. iron and manganese in water comprising accumulating dissolved metals within enrichment container to effect unpressurized de-gasification of the mixture of air and water while accumulating static pressure and triggering the enrichment process, is new. An Independent claim is also included for an assembly in which the treatment unit is positioned within a gravel-filled shaft which functions both as an infiltration well and immediately adjacent abstraction well. The filter length of the infiltration well is identical with that of the abstraction well. The ratio of the filter overall inlet to outlet surfaces between infiltration well and abstraction well is 1 : 3.75. The pipe between the enrichment container and infiltration well is a closed system. The introduction and distribution of the enrichment water into the infiltration well takes place exclusively from the enrichment container. The process is regulated by programmable logic controls. The operational reliability is maximized by the use of preferably two closed-circuit systems. One system consists of the enrichment container and infiltration well. The second system consists of a water pump and an abstraction well.

Description

Die im Grundwasser teilweise in hoher Konzentration vorkommenden gelösten Metalle entsprechen oft nicht den hohen Qualitätsanforderungen der Industrie und Landwirtschaft. Ein klassisches Verfahren zur Entfernung dieser unerwünschten Inhaltsstoffe ist die Enteisenung und Entmanganung in oberirdisch installierten Schnellfiltern.The dissolved metals, some of which are present in high concentrations in the groundwater often do not meet the high quality requirements of industry and agriculture. A classic method of removing these undesirable ingredients is iron removal and manganese in quick filters installed above ground.

Die physikalisch-chemischen und mikrobiologischen Prozesse der unterirdischen Enteisenung und Entmanganung im Grundwasserleiter sind mit denen der klassischen oberirdischen Enteisenung und Entmanganung annähernd vergleichbar. Die bekannten Verfahren der unterirdischen Enteisenung und Entmanganung sind dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum in den Grundwasserleiter verlagert wird und dem Grundwasser ein oberirdisch aufbereitetes Oxidationsmittel, oft mittels Trägermedium, zugeführt wird. Die so aus den gelösten Metallen entstandenen abfiltrierbahren Oxidationsprodukte werden im Grundwasserleiter durch Adsorption zurückgehalten.The physical-chemical and microbiological processes of underground iron removal and manganese in the aquifer are the same as those of the classical above ground Iron removal and manganese roughly comparable. The known methods of underground iron removal and manganese are characterized in that the Reaction space is shifted into the aquifer and the groundwater above ground prepared oxidizing agent, often by means of a carrier medium. The so from the Dissolvable oxidation products that can be filtered are produced in the Aquifer held back by adsorption.

Aus der OS 28 56 843 ist ein Verfahren bekannt, das mit 2 periodisch vertauschbaren Brunnen arbeitet, wobei dem jeweiligen Förderbrunnen ein Teilstrom entnommen wird, mit Luftsauerstoff angereichert wird und dem jeweiligen Brunnen der zur Zeit nicht der Wasserversorgung dient zugeführt wird. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren aus, dass das Anreicherungswasser ohne nennenswerte Druckerhöhung in die jeweiligen Brunnen abläuft. Eine wirksame Verteilung mit der nötigen Fließgeschwindigkeit um auch den unteren Filterbereich zu versorgen findet nur statt, indem übermäßige Mengen Anreicherungswasser eingespeist werden. Das gleiche gilt auch für das in der DE-PS 42 26 871 beschriebene Verfahren. A method is known from OS 28 56 843 which is periodically interchangeable with two Well works, whereby a partial flow is taken from the respective well, is enriched with atmospheric oxygen and the respective well that is not currently Water supply is used. This method has the disadvantage that the enrichment water runs into the respective wells without any appreciable increase in pressure. An effective distribution with the necessary flow rate around the lower one To supply the filter area only takes place by excessive amounts of enrichment water be fed. The same also applies to the method described in DE-PS 42 26 871.

Der DE-PS 35 43 697 ist zu entnehmen das der durch den Injektor geführter Teilstrom in einer offenen Kesselanlage mit Luftsauerstoff angereichert wird und dann direkt in die Saugleitung der Förderpumpe in den Brunnen einfließt. Eine druckbeaufschlagte Einspeisung kann nur mit einer zusätzlich installierten Pumpe erreicht werden. Ansaugprobleme der Förderpumpe durch Absperren, Öffnen sowie ständige Änderung der Fließrichtung in der Ansaugleitung, sind nicht auszuschließen.DE-PS 35 43 697 shows that the partial flow led through the injector in one open boiler system is enriched with atmospheric oxygen and then directly into the suction line the feed pump flows into the well. A pressurized feed can only be used with an additionally installed pump can be reached. Suction problems of the feed pump Shutting off, opening and constantly changing the flow direction in the intake line are not to exclude.

Aus der DE 27 14 261 A1 ist ein Verfahren das ebenfalls mit zwei Brunnen die wechselweise als Förder- bzw. Infiltrationsbrunnen arbeiten bekannt.From DE 27 14 261 A1 is a method that also alternately with two wells Production or infiltration wells are known to work.

Kolbenpumpe bzw. Druckkessel bekommen die Anreicherungsluft über ein Schnüffelventil. Nachteilig ist der Druckkessel steht zur Aufrechterhaltung der Wasserversorgung unter einem ständigen Mindestdruck. Bei der Schwimmer gesteuerten Entlüftungsleitung ist keine notwendige drucklose Entgasung des Anreicherungswassers gegeben.Piston pumps or pressure boilers receive the enrichment air via a snift valve. The disadvantage of the pressure vessel is to maintain the water supply under one constant minimum pressure. There is no vent line in the float controlled necessary pressure-free degassing of the enrichment water is given.

Gegenstand der Erfindung ist die Konstruktion einer Anlage zur Brauch- und Trinkwasser- Aufbereitung aus Grundwasser welche größtmögliche Betriebssicherheit, nur wenige zuverlässige Bauteile aufweist, kostengünstig gefertigt und montiert werden kann. Die größtmöglichste Betriebssicherheit wir durch zwei in sich geschlossene Systeme erreicht. Anreicherungsbehälter und Infiltrationsbrunnen sind ein geschlossenes System. Förderpumpe und Förderbrunnen sind ebenfalls ein in sich geschlossenes System. Mögliche Ansaugprobleme vor allem bei Kreisel- bzw. Kolbenpumpen entfallen.The invention relates to the construction of a system for domestic and drinking water Treatment from groundwater what the greatest possible operational reliability, only a few has reliable components, can be manufactured and assembled inexpensively. The greatest possible operational security is achieved by two self-contained systems. Enrichment tanks and infiltration wells are a closed system. Delivery pump and delivery well are also a self-contained system. Possible suction problems, especially with centrifugal or piston pumps, are eliminated.

Die Paketbauweise von Förder- und Infiltrationsbrunnen ermöglicht es in nur einem Bohrloch beide Anlagenkomponenten einzubauen wobei mit einem Anreicherungsmodul auch mehrere alternierende Brunnenpakete mit Anreicherungswasser beschickt werden können.The package design of production and infiltration wells makes it possible in just one borehole to install both system components, with one enrichment module also several alternating well packages can be filled with enrichment water.

Erfindungsgemäß liegt der Problemlösung die Tatsache zugrunde, dass Förder- und Anreicherungswassermengen unmittelbar im Verhältnis voneinander abhängig sind. Verfahrensgemäß wird diesem Umstand durch Wassermengenerfassung und Verarbeitung der tatsächlichen Förderwassermenge sowie der dadurch ermittelten Anreicherungswassermenge gegenüber zeitabhängigen Verfahren vorteilhaft Vorteilhaft ist das im Anreicherungsbehälter eine überwiegend drucklose Entgasung des Luft-Wassergemisches gegeben ist die erforderliche Anreicherungswassermenge wird gesammelt und durch selbständiges Absperren der Infiltrationsleitung sowie der Entlüftungsleitung anschließend druckbeaufschlagt über den Infiltrationsbrunnen in den Boden abgegeben.According to the problem solving is based on the fact that funding and Enrichment water quantities are directly dependent on each other. According to the process, this fact is determined by recording and processing the amount of water actual amount of pumped water and the amount of enrichment water determined thereby advantageous over time-dependent methods This is advantageous in the enrichment tank, a mostly pressureless degassing of Air-water mixture is given the required amount of enrichment water collected and by independently blocking the infiltration line and the Vent line then pressurized into the ground via the infiltration well submitted.

Die Konstruktion des Anreicherungsbehälters in Verbindung mit der Paketbauweise des Förder - und Infiltrationsbrunnens erfüllt ohne Aufwendige störanfällige Armaturen alle Aufgaben die zu einer unterirdischen Wasseraufbereitungsanlage erstrebenswert sind.The construction of the enrichment container in connection with the package design of the conveyor - and infiltration wells perform all the tasks without complex fittings that are prone to failure an underground water treatment plant are desirable.

Die Anlage arbeitet folgender maßen. Ein Teilstrom des geförderten Wassers der vorgeschalteten Pumpenanlage wird entnommen, über einen Luftreißer oder mit Hilfe eines Kompressors mit Luftsauerstoff angereichert und über eine Verteilerdüse (7) unterhalb des Anreicherungsbehälters eingeleitet. Während der Auffüllphase findet über das Entlüftungsventil (6) eine drucklose Entgasung statt. Hat der Wasserstand im Anreicherungsbehälter das Entlüftungsventil (6) erreicht schließt dieses. Die Auslaufvorrichtung (8) mit aufschwimmfähiger Kugel und das Magnetventil (3) ist offen. Über die Auslaufvorrichtung (8) und der Rohrführung im Anreicherungsbehälter fließt das Anreicherungswasser dem hydrostatischen Druck folgend in den Infiltrationsbrunnen.The system works as follows. A partial flow of the pumped water from the upstream pump system is withdrawn, enriched with atmospheric oxygen via an air breaker or with the aid of a compressor and introduced via a distributor nozzle ( 7 ) below the enrichment tank. During the filling phase, pressure-free degassing takes place via the vent valve ( 6 ). If the water level in the enrichment tank has reached the vent valve ( 6 ), it closes. The outlet device ( 8 ) with a floatable ball and the solenoid valve ( 3 ) is open. Via the outlet device ( 8 ) and the pipe guide in the enrichment tank, the enrichment water flows into the infiltration well following the hydrostatic pressure.

Das Überlaufventil (5) ist offen evtl. auftretende Luftblasen können entweichen. In der nächsten Phase wird Staudruck aufgebaut das Magnetventil (3) schließt. Der Wasserstand und der Druck im Behälter steigt. Nach einer kurzen Verweildauer öffnet das Magnetventil (3), das Magnetventil (11) schließt und der druckbeaufschlagte Einspeisungsprozess wird eingeleitet. Ist der Druckausgleich erreicht erfolgt die Einspeisung übergangslos dem hydrostatischen Druck folgend. Das Überlaufventil (5) schließt, das Entlüftungsventil (6) öffnet, der Aushebervorgang und die Einspeisung setzt sich bis zur vollständigen Entleerung des Anreicherungsbehälters fort. Ist der Anreicherungsbehälter nun leer schließt die Auslaufvorrichtung (8) zu Sicherstellung der Wassersäule in der Infiltrationsleitung.The overflow valve ( 5 ) is open. Any air bubbles can escape. In the next phase, back pressure is built up and the solenoid valve ( 3 ) closes. The water level and the pressure in the tank increase. After a short time, the solenoid valve ( 3 ) opens, the solenoid valve ( 11 ) closes and the pressurized feed process is initiated. If the pressure equalization is reached, the feed takes place seamlessly following the hydrostatic pressure. The overflow valve ( 5 ) closes, the vent valve ( 6 ) opens, the siphoning process and the feed continue until the enrichment container is completely emptied. If the enrichment tank is now empty, the outlet device ( 8 ) closes to ensure the water column in the infiltration line.

Ein neuer Anreicherungszyklus kann beginnen. A new enrichment cycle can begin.

Die Funktionsweise des Anreicherungsbehälters erlaubt eine kleine platzsparende Bauweise. Durch die Rohrführung und die Platzierung des Überlaufs mittig vom Anreicherungsbehälter ist ständig eine großzügige Kontaktfläche für die Herstellung von Anreicherungswasser gegeben.The operation of the enrichment tank allows a small, space-saving design. Due to the pipe routing and the placement of the overflow in the middle of the enrichment tank given a generous contact area for the production of enrichment water.

Die Anlage wird in Zyklen gefahren die auf unterschiedlichen Durchlässigkeitswerten der anstehenden Böden abgestimmt ist, vermehrt druckbeaufschlagt oder drucklos mit nur wenigen Druckspitzen. Selbst bei feinkörnigen Böden mit kleinem Porenvolumen werden optimale Fließgeschwindigkeiten und ein gleichförmiger Reaktionsraum um den Förderbrunnen erreicht. Einmal aktiviert setzt sich die Einspeisung ohne weiteren Energieeinsatz fort.The system is run in cycles with different permeability values existing floors is coordinated, increasingly pressurized or depressurized with just a few Pressure peaks. Even with fine-grained soils with a small pore volume, optimal ones Flow velocities and a uniform reaction space around the production well are achieved. Once activated, the feed continues without further energy consumption.

Durch Wassermengenerfassung wird über einer SPS-Steuerung bei hohem Wasserverbrauch häufiger und verstärkt druckbeaufschlagt Eingespeist. In Zeiten geringen Wasserverbrauchs wird vorrangig drucklos oder mit nur wenigen Druckspitzen eingespeist. Die Aufrechterhaltung des erforderlichen Reaktionsraumes um den Förderbrunnen ist stets gegeben. Für den zeitweiligen Mengenanspruch an Anreicherungswasser genügt die vollständige Entleerung des Anreicherungsbehälters.The water volume is recorded using a PLC control with high water consumption Feeded in more frequently and with increased pressure. In times of low water consumption primarily pressureless or fed in with only a few pressure peaks. Maintaining the required reaction space around the well is always available. For the temporary The quantity of enrichment water required is complete emptying of the Enrichment tank.

Die Anlage ist übertragbar auf den Betrieb von mehreren Brunnen bzw. Filterpaketen und den Einsatz von Unterwassermotorpumpen.The system can be transferred to the operation of several wells or filter packages and the Use of submersible motor pumps.

Ausführungsbeispiel (Fig. 1) zeigt den einfachsten und kleinstmöglichen Betrieb dieser Anlage z. b. Hauswasserversorgungsanlage.Exemplary embodiment ( FIG. 1) shows the simplest and smallest possible operation of this system, for example a domestic water supply system.

Das Ausführungsbeispiel (Fig. 2) zeigt die Phaseneinleitung von Regeneration und Betrieb einer mit drei Filterpaketen und drei Unterwassermotorpumpen betriebenen Anlage gemäß Ausführungsbeispiel (Fig. 1) Anreicherung, Füllvorgang und Infiltration bilden einen geschlossenen Zyklus, der sooft wiederholt wird bis die durch SPS-Steuerung ermittelte Anreicherungswassermenge abgearbeitet ist. Die Zyklen sind für alle drei Brunnensysteme mit den entsprechenden Armaturstellungen gleich. The embodiment ( Fig. 2) shows the phase initiation of regeneration and operation of a system operated with three filter packs and three submersible pumps according to the embodiment ( Fig. 1). Enrichment, filling and infiltration form a closed cycle that is repeated until the PLC control determined amount of enrichment water is processed. The cycles are the same for all three well systems with the corresponding valve positions.

(Fig. 3)
Es werden nur die Förderbrunnen der drei Filterpakete dargestellt. Einfahr- und Reaktionsraumerhaltungsbetrieb sind nicht berücksichtigt. SPS-intern werden je nach Betriebsbedingungen Regenerationen verzögert oder Reaktionsraumerhaltungsprogramme aktiviert.( Fig. 3)
Only the wells of the three filter packs are shown. Run-in and reaction space maintenance operations are not taken into account. Depending on the operating conditions, regeneration is delayed within the PLC or reaction space maintenance programs are activated.

Phase 1

Brunnen B und C sind in Betrieb, Brunnen A wird regeneriert oder steht regeneriert zur Verfügung. Brunnen B hat 50% Kapazität, Brunnen C 100% Kapazität.Wells B and C are in operation, well A is being regenerated or is being regenerated Available. Well B has 50% capacity, well C 100% capacity.

Brunnen B und C bleiben solange in Betrieb, bis Brunnen B 0% und C 50% Kapazität hat.Wells B and C remain in operation until well B has 0% and C 50% capacity.

Switching phase

Brunnen B ist erschöpft und wird abgeschaltet.Well B is exhausted and will be switched off.

Brunnen A wird zugeschaltet.Well A is switched on.

Phase 2

Brunnen A und C sind in Betrieb, Brunnen B wird regeneriert oder steht regeneriert zur Verfügung. Brunnen A hat 100% Kapazität, Brunnen C 50% Kapazität.Wells A and C are in operation, well B is being regenerated or is available for regeneration Available. Well A has 100% capacity, well C has 50% capacity.

Brunnen A und C bleiben solange in Betrieb, bis Brunnen A 50% und C 0% Kapazität hat.Wells A and C remain in operation until wells A have 50% and C 0% capacity Has.

Switching phase

Brunnen C ist erschöpft und wird abgeschaltet.Well C is exhausted and will be switched off.

Brunnen B wird zugeschaltet.Well B is switched on.

Phase 3

Brunnen A und B sind in Betrieb, Brunnen C wird regeneriert oder steht regeneriert zur Verfügung. Brunnen A hat 50% Kapazität, Brunnen B 100% Kapazität.Wells A and B are in operation, well C is being regenerated or is available for regeneration Available. Well A has 50% capacity, well B 100% capacity.

Brunnen A und B bleiben solange in Betrieb, bis Brunnen A 0% und Brunnen B 50% Kapazität hat.Wells A and B remain in operation until well A 0% and well B 50% Has capacity.

Nach entsprechender Umschaltung beginnt Phase 1 erneut. After the appropriate switchover, phase 1 starts again.

Summary of the functional units shown in FIG. 1 and FIG. 2

Fig.Fig.

11

. (. (

1-221-22

)
)

11

Infiltrationsbrunnen
Infiltration well

22

Förderbrunnen
Production well

33rd

Magnetventil
magnetic valve

44

Anreicherungsbehälter
Enrichment tank

55

Überlaufventil
Overflow valve

66

Entlüftungsventil
Vent valve

77

Verteilerdüse
Distributor nozzle

88th

Auslassvorrichtung
Exhaust device

99

Rückschlagventil
check valve

1010th

Statischen Luft-Wassermischer
Static air-water mixer

1111

Magnetventil
magnetic valve

1212th

Schutzfilter
Protective filter

1313

Förderpumpe
Feed pump

1414

Druckschalter
Pressure switch

1515

Druckkessel
Pressure vessel

1616

Rückschlagventil
check valve

1717th

Rückschlagventil
check valve

1818th

Einspeisöffnung
Feed opening

1919th

Brunnenleitung
Well pipe

2020th

Reinwasserleitung
Pure water pipe

2121

Teilstrom
Partial flow

2222

Zulaufleitung
Inlet pipe

Fig.Fig.

22

. (. (

1-331-33

)
)

2323

Wasserzähler
water meter

2424th

Wasserzähler
water meter

2525th

Magnetventil
magnetic valve

2626

Magnetventil
magnetic valve

2727

Drosselventil
Throttle valve

2828

Drosselventil
Throttle valve

2929

Drosselventil
Throttle valve

3030th

Infiltrationsleitung
Infiltration management

3131

Infiltrationsleitung
Infiltration management

3232

Infiltrationsleitung
Infiltration management

3333

SPS-Steuerung
PLC control

Claims

1.System and enrichment tank as well as the package design of the infiltration and production well in connection with the known processes for removing dissolved metals, primarily iron and manganese from the groundwater, characterized in that the enrichment water to be produced is generated in an enrichment tank which, on the one hand, is sufficiently pressureless Degassing of the water-air mixture is guaranteed, on the other hand builds up back pressure, initiates the enrichment process, seamlessly follows the hydrostatic pressure and ultimately has a feed in the infiltration well characterized by siphoning, which is placed as a package with the production well in a well.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the funding and Infiltration wells in a well and a gravel fill side by side without are spaced from each other.

3. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that the filter length of the Infiltration fountain is congruent with that of the well.

4. Plant according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the ratio of Total water inlet and outlet area of the filter between the infiltration well and Production well is 1: 3.75.

5. Plant according to claim 1, 2, 3, or 4, characterized in that the Connection pipeline between the enrichment tank and infiltration well closed system forms.

6. Plant according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, characterized in that the initiation and an effective distribution of the enrichment water in the infiltration well only from the enrichment tank.

7. Plant according to claim 6, characterized in that the enrichment tank by the unpressurized degassing or feed and the subsequent build-up of dynamic pressure combined functional unit forms.

8. Plant according to claim 6, or 7, characterized in that the vent valve ( 6 ) located inside the cover of the enrichment container with a buoyant ball in the open position ensures pressure-free degassing of the air / water mixture.

9. Plant according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the vent valve ( 6 ) in the enrichment container is provided with a buoyant ball which closes at a defined fill level in the enrichment container and thus allows the build-up of dynamic pressure.

10. Plant according to claim 6, 7, 8, or 9, characterized in that the Enrichment tank has a fixed, self-regulating dynamic pressure volume.

11. Plant according to claim 6-10, characterized in that the pipe guide and the overflow valve ( 5 ) placed on it in the enrichment container in the closed state has a complete emptying of the container by lifting.

12. System according to claim 6-11, characterized in that the placement of the overflow valve ( 5 ) provided with a buoyant ball above the pipe guide in the enrichment tank during pressureless feed phases includes a bubble-free introduction into the infiltration well.

13. Plant according to claim 6-12, characterized in that the overflow valve ( 5 ) placed on the feed line is arranged at the same height as the vent valve ( 6 ) in the enrichment container.

14. Plant according to claim 6-13, characterized in that the construction of the Pipe routing in the enrichment tank to extract the enrichment water following static pressure.

15. Plant according to claim 6-14, characterized in that the pipe guide in Enrichment container has an inlet opening on the bottom of the container only enrichment water with the longest residence time in the tank depressurized degassing.

16. Plant according to claim 6-15, characterized in that the upright elongated construction of the outlet device ( 8 ) with a buoyant ball and horizontal feed opening ( 18 ) prevents premature closing by suction.

17. Plant according to claim 6-16, characterized in that by automatically closing the feed opening ( 18 ), the complete emptying of the enrichment container and the siphoning process is completed.

18. Plant according to claim 6-17, characterized in that by closing the feed opening ( 18 ) and the overflow valve (S) has the securing of the water column in the infiltration line.

19. Plant according to claim 6-18, characterized in that the enrichment container has a mode of operation 1. enrichment 2. depressurized degassing 3 . Build up dynamic pressure 4.pressurized feed 5 . has an infeed following the hydrostatic pressure and 6. lifting and inflowing into the infiltration well.

20. Plant according to claim 6-19, characterized in that the pipe guide or Overflow is placed in the middle of the enrichment tank and thus a desired generous Contact area for the production of the enrichment water is given.

21. Plant according to claim 6-20, characterized in that the enrichment container has a distributor nozzle ( 7 ) for the air-water mixture, which is placed above the feed opening ( 18 ).

22. Plant according to claim 1-21, characterized in that increased in phases Water requirements, to maintain the infiltration zone around the well, the Enrichment water is increasingly fed in under pressurized cycles.

23. Plant according to claim 1-22, characterized in that. With none or less Water withdrawal the feed to maintain the infiltration zone steadily reduced in quantity and primarily done without pressure.

24. Plant according to claim 1-23, characterized in that the flow direction in the enrichment line to the infiltration well is not changed.

25. Plant according to claim 1-24, characterized in that by the special operating and functioning of the enrichment tank several well packages can be filled with enrichment water.