DE10224677B4 - Verfahren zur kombinierten mechanisch/chemischen Brunnenregenerierung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur kombinierten mechanisch/chemischen Brunnenregenerierung, bei dem durch Prozesssteuerung in das Brunnenwasser in einem Arbeitsabschnitt im Brunnenfilterrohr ein Regenerat eingebracht und aus dem Brunnenfilterrohr in angrenzende Kiesschichten zirkulierend gedrückt und das mit abgelösten Ablagerungen von der Brunnenfilterrohrwand und den Kiesschichten und eventuell angrenzenden Gebirge- oder Bodenschichten kontaminierte Brunnenwasser periodisch jeweils nach einem Reinigungszyklus abgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Prozesssteuerung in Abhängigkeit von einer zyklischen oder azyklischen Messung der festgestellten Anteile an festen, ungelösten und gelösten Stoffe in dem kontaminierten Brunnenwasser erfolgt, wobei
die festen Stoffe mittels eines Absetzbehälters aus einer definierten Probemenge ermittelt und als erste Parameter für die Prozesssteuerung herangezogen werden und die über der Absetzschicht vorhandene mit ungelösten und gelösten Stoffen kontaminierte Flüssigkeit der Probe mit einer geeigneten Lauge gemischt wird, die eine Ausfällung der gelösten Bestandteile bewirkt, wodurch eine homogene trübe Flüssigkeit gegeben ist, deren Trübungsgrad als zweiter Parameter für die Prozesssteuerung ausgewertet...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten mechanisch/chemischen Brunnenregenerierung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
• Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art unter Verwendung eines Brunnenreinigungsgerätes mit einer in einem Brunnenschacht aus Filterwänden bewegbaren Etagenanordnung ist aus der DE 41 33 531 C1 bekannt. Die Etagenanordnung besteht aus quer zur Schachtlängsachse verlaufenden Trennelementen mit Abdichteinrichtungen zur Bildung von einer oder mehreren aneinandergereihten Kammern, welche z.B. Abdichtungseinrichtungen aus einer oder mehreren, auf der Umfangsmantelfläche von Zylindern aufgebrachten Manschetten, Hohlreifen oder Schläuchen aus elastischem Material bestehen und die mit einem Druckmedium aufblasbar oder auffüllbar sind und dabei abdichtend gegen die Innenwände der Filterwand drücken. Mindestens eine Kammer bildet einen Arbeitsabschnitt, in den ein Regenerat eingebracht wird. Mindestens eine weitere Kammer oder der Bereich ober- oder unterhalb des Arbeitsabschnittes ist als Saugabschnitt vorgesehen, aus dem das Brunnenwasser mit dem Regenerat und gelösten sowie abgetragenen kristallinen Ablagerungsteilen angereichert absaugbar ist.
• Beim Reinigungsprozess wird in den Arbeitsabschnitt eine Säure oder ein Säuregemisch als Regenerat mit einem be stimmten ph-Wert in einer solchen Menge gepumpt, dass das Gemisch aus Brunnenwasser und Regenerat einen annähernd bestimmten gewünschten ph-Wert annimmt. Zur Prozesssteuerung werden in dem Saugabschnitt oder in einer weiteren Kammer der ph-Wert oder andere elektrische und chemische Größen des Brunnenwassergemisches permanent gemessen. Die Zuführung und Dosierung des Regenerats werden in Abhängigkeit von den Messwerten gesteuert und die Zufuhr in Abhängigkeit vom Unterschreiten eines vorgegebenen Soll-Wertes des Filterdurchlasswiderstandes unterbrochen.
• Aus der DE-Z „bbr", 11/97, 48. Jahrgang, Seiten 18–25, gehen technische Lösungsmöglichkeiten bei der Durchführung und Auswertung von Pumpversuchen unter Einsatz von elektronisch gesteuerten und Computer überwachten Messerfassungsanlagen hervor. Im Detail werden einzelne Messgeräte vorgestellt, Messverfahren beschrieben und Einbauhinweise gegeben. Unter anderem werden auch die üblichen Messverfahren beschrieben, wie Fördermengenmessung, Wasserstandsmessung, Messung der chemisch-physikalischen Parameter, Leitfähigkeitsmessung ph- und Temperaturmessung, Trübungsmessung, Messung des Sauerstoffgehaltes, Messungen des Redoxpotentials und des Sandgehaltes. Ferner ist angegeben, dass beim Pumpversuch bestimmte Prozessabläufe beeinflusst und überwacht werden müssen. Eine Prozesssteuerung eines Verfahrens zur kombinierten mechanischchemischen Brunnenregenerierung in Abhängigkeit von einzelnen oder kombinierten Messergebnissen ist in dieser Schrift nicht angesprochen und auch nicht angeregt.
• Aus der EP 0 282 231 B1 ist ein Verfahren zum Prüfen einer Bohrspülung bekannt, das eine periodische Entnahme von Proben von zirkulierenden Bohrspülungen und deren Analyse durch Ionenchromatographie umfasst. Dem wässrigen Filtrat der Spülung werden Proben zum Messen der Anionen, monovalenten Kationen- und bivalenten Kationenkonzentrationen entnommen, um so eine Serie von Daten bezüg lich der Konzentrationsänderung der genannten Ionen relativ zu der Zeit zu erhalten.
• Weiterhin ist aus der EP 0 376 422 B1 ein Verfahren zur Reinigung von Brunnenschächten bekannt, bei dem eine Waschflüssigkeit, bestehend aus dem Grundwasser mit geeigneten Zusätzen, aus dem Brunnenfilterrohr in die an die Filterrohrwandung angrenzenden Kiesschichten gedrückt und wieder zurückgesaugt wird, wobei zu beseitigende leistungsmindernde Ablagerungen gelöst werden. Während des Reinigungsvorgangs wird die Ionenkonzentration verschiedener aus den Ablagerungen gelöster Ionen in der Waschflüssigkeit gemessen. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Messung wird die Konzentration für den weiteren Reinigungsverlauf geeignet verringert. Die Dauer des Reinigungsvorgangs wird darüber hinaus in Abhängigkeit vom Ergebnis der Messung gesteuert, derart, dass der Reinigungsvorgang beendet wird, wenn kein nennenswerter Anstieg der gemessenen Ionenkonzentration mehr festgestellt wird, obwohl die Waschflüssigkeit zur Aufnahme entspre chender Ionen noch fähig ist. Es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren unvollkommen, stark von einer subjektiven Beurteilung abhängig ist und für eine Prozesssteuerung sich nicht eignet. Darüber hinaus ist der Messaufwand für die Ermittlung der Ionenkonzentration sehr hoch. Das Verfahren lässt ferner keine Schlüsse über die Absprengung der Ablagerungen in den Schlitzen der Brunnenrohrwände und über die Festbestandteile (Sand, Schluff) zu.
• Ausgehend vom bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren anzugeben, das eine optimale Prozesssteuerung und die Verwendung kostengünstigerer Messverfahren ermöglicht.
• Die Aufgabe löst die Erfindung durch das in den Ansprüchen 1 und 8 angegebene Verfahren.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im einzelnen angegeben.
• Durch die Prozesssteuerung in Abhängigkeit von einer zyklisch oder azyklisch gemessenen Trübung des kontaminierten Brunnenwassers, bei der sowohl, die Anteile der festen als auch der ungelösten und der gelösten Stoffe festgestellt werden, werden alle Formen leistungsmindernder Ablagerungen des Brunnens, also auch die Festbestandteile, die angelösten und gelösten Bestandteile, bei der Analyse erfasst. Die notwendigen Feststoff- und Trübungsmessungen sind einfach auf jeder Baustelle und von normal geschultem Regenerierungspersonal durchzuführen. Es sind keine speziellen Laborkenntnisse und Ausrüstungen notwendig. Während eine Messung der Trübung des kontaminierten Brunnenwassers pro Messung nur ca. 2,- EUR kostet, betragen die Kosten beispielsweise bei der Eisen-Ionenkonzentrationsmessung ca. das Zehnfache. Es ist ersichtlich, dass hier ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil gegeben ist, zudem aber auch ein zeitlicher Vorteil. Als weiterer Prozesssteuerparameter kann auch der Filterwiderstand zusätzlich mit berücksichtigt und insbesondere die mechanische Reinigungszeit davon abhängig gesteuert werden. Ein geringer Filterwiderstand, der durch die Stromaufnahme der Kieswäscher-Pumpe oder durch Druckmessung im Arbeitsabschnitt leicht ermittelt werden kann, mittels derer das Regenerat zusammen mit Brunnenwasser durch die Filterschlitze in der Wandung des Filterrohres in die dahinter befindlichen Kiesschichten gedrückt wird, gestattet eine unmittelbare Aussage über die Verockerungen in den Filterschlitzen und in den Kiesschichten. Bei entsprechender Fortschrittskontrolle des Reinigungserfolges nimmt dieser Filterwiderstand merklich ab. Stimmen darüber hinaus auch die Trübungsmesswerte und der ph-Wert, so kann der Reinigungsvorgang abgeschlossen und das kontaminierte Brunnenwasser abgepumpt werden. Die Maßnahmen der Reinigung dienen dazu, sowohl die Filterschlitze in der Rohrwandung als auch die Ablagerungen in den Kiesschichten abzusprengen und aufzulösen, um den ungehinderten Zufluss des Brunnenwassers aus dem Umgebungsgebirge in dem Brunnen zu ermöglichen, um so die ursprüngliche Ergiebigkeit des Brunnens wieder herzustellen. Die mechanische Reinigungswirkung wird dabei abhängig von der Pumpenleistung und von der Art des Spülverfahrens vom Pumpensystem erbracht. Dies kann beispielsweise eine rotierende Hochdruckdüsenanordnung, ein Druckwellenreinigungssystem oder aber auch eine Unterwasserpumpe sein, die aus dem Arbeitsabschnitt das Wasser in die Kiesschichten verdrängt und durch Wechselsteuerung den Rückfluss wieder ermöglicht. Die Probenentnahme während des Reinigungsprozesses innerhalb eines Reinigungszyklus erfolgt dabei durch ein gesondertes Abpumpen der Proben entweder aus dem Arbeitsabschnitt oder aus benachbarten Abschnitten.
• Die Messung des Feststoffgehaltes erfolgt beispielsweise mittels eines Spitzglases (Imhoff-Trichter), in welchem sich die Feststoffe absetzen. Die überstehende Menge der Flüssigkeit der Probe wird sodann mit einer geeigneten Lauge, z. B. NaOH oder einer anderen geeigneten Lauge, gemischt, die den ph-Wert auf ca. ph 10 anhebt und eine Ausfällung der gelösten Bestandteile in kolloidialer Suspension bewirkt. Durch geeignetes Mischen entsteht eine homogene, getrübte Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit lässt sich durch einen Trübungsmesser erfassen und bewerten. Trübungsmesser sind als solche bekannt, sie arbeiten nach einem rein optischen Messverfahren, wobei ungefiltertes Licht in der Regel verwendet wird.
• Durch dieses Verfahren werden sowohl die Feststoffgehalte als auch die Anteile ungelöster und gelöster Bestandteile der leistungsmindernden Ablagerungen erfasst, wobei sämtliche ausgefällten Bestandteile als Hydroxyde mit berücksichtigt werden. In Abhängigkeit davon erfolgt die Prozesssteuerung. Beispielsweise werden die Bestandteile Fe(OH)x, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Mn(OH)2 etc. mit berücksichtigt. Die Trübungsmessung erfolgt durch Trübungsmesser bekannter Art, die relativ kostengünstig erworben werden können. Der Material- und Zeitaufwand je Messung sind äußerst niedrig im Vergleich zu Ionenmessungen.
• Die praktischen Versuche mit der neuen Prozesssteuerung haben darüber hinaus ergeben, dass der Reinigungsvorgang entscheidend verkürzt werden kann und Regeneriermittel sparsamer eingebracht werden können, wodurch auch das Brunnenausbaumaterial geschont wird und niedrigere Kosten erzielt werden können. Dieses Verfahren lässt sich darüber hinaus auch mit den bekannten Brunnenreinigungsverfahren gemäß DE 41 33 531 C1 , DE 42 43 303 C1 , DE 199 32 593 C2 und DE 198 23 401 C1 kombinieren.
• Für die Prozesssteuerung werden die festgestellten und gespeicherten Werte einer Messreihe der festen, der ungelösten und der gelösten Stoffanteile bewertet, was zweckmäßigerweise durch einen Computer nach einem Programm erfolgt, der auf die oder den Speicher Zugriff hat, in dem die Messwerte der Messreihen abgespeichert sind. Der Com puter steuert ferner nach einem vorgegebenen Programm den Reinigungsprozess. Der Einsatz des Verfahrens ist besonders effizient in Vebindung mit einem Reinigungsgerät, wie es im Anspruch 6 angegeben ist, einsetzbar.
• Durch die gesonderte Feststellung der festen Stoffanteile und der ungelösten und gelösten Stoffanteile können die Parameter auch unterschiedlicher Bewertung unterzogen werden. Als weiterer Prozesssteuerparameter kann der Filterwiderstand im Arbeitsabschnitt ermittelt werden. Dieser kann entweder für die Endabpumpung oder für das Zwischenabpumpen des kontaminierten Brunnenwassers mit Regenerat und abgelösten Ablagerungen herangezogen werden. Selbstverständlich können auch weitere physikalische oder chemische Parameter für die Prozesssteuerung mit herangezogen werden, wie die ph-Wert-Messung des mit Regenerat versehenen Brunnenwassers im Arbeitsabschnitt.
• Die Probenentnahme erfolgt zyklisch oder azyklisch durch eine Probenpumpung, wobei es zweckmäßig ist, eine gesonderte Messpumpenstrecke vorzusehen, so dass über ein Rohr oder einen Schlauch geringen Durchmessers bestimmte Mengen aus dem Arbeitsabschnitt oder dem Saugabschnitt im Reinigungsabschnittsbereich entnommen werden können. Die Probenentnahmen können auch bei einem Zwischenabpumpen erfolgen, indem die Proben der abgepumpten Flüssigkeit entnommen werden.
• Ein Verfahren unter Verwendung einer bewegbaren Etagenanordnung in einem Brunnenschachtrohr ist im Anspruch 8 angegeben. Die Erweiterung dieses Verfahrens durch Parameter der festgestellten Filterwiderstandswerte ist im Anspruch 9 angegeben.
• Die Prozesssteuerung veranschaulicht das nachfolgende Flussdiagramm:

  

Claims (9)

1. Verfahren zur kombinierten mechanisch/chemischen Brunnenregenerierung, bei dem durch Prozesssteuerung in das Brunnenwasser in einem Arbeitsabschnitt im Brunnenfilterrohr ein Regenerat eingebracht und aus dem Brunnenfilterrohr in angrenzende Kiesschichten zirkulierend gedrückt und das mit abgelösten Ablagerungen von der Brunnenfilterrohrwand und den Kiesschichten und eventuell angrenzenden Gebirge- oder Bodenschichten kontaminierte Brunnenwasser periodisch jeweils nach einem Reinigungszyklus abgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuerung in Abhängigkeit von einer zyklischen oder azyklischen Messung der festgestellten Anteile an festen, ungelösten und gelösten Stoffe in dem kontaminierten Brunnenwasser erfolgt, wobei die festen Stoffe mittels eines Absetzbehälters aus einer definierten Probemenge ermittelt und als erste Parameter für die Prozesssteuerung herangezogen werden und die über der Absetzschicht vorhandene mit ungelösten und gelösten Stoffen kontaminierte Flüssigkeit der Probe mit einer geeigneten Lauge gemischt wird, die eine Ausfällung der gelösten Bestandteile bewirkt, wodurch eine homogene trübe Flüssigkeit gegeben ist, deren Trübungsgrad als zweiter Parameter für die Prozesssteuerung ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte einer jeden Messreihe innerhalb eines Arbeitsabschnittes in einem Speicher abgespeichert werden und dass die Veränderung der Ist-Werte der festgestellten Parameter der festen, ungelösten und gelösten Stoffe für die Prozesssteuerung ausgewertet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuerung mittels Mikrocomputer erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als dritter Prozesssteuerparameter der Filterwiderstand im Arbeitsabschnitt ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere physikalische und/oder chemische Parameter für die Prozesssteuerung, wie ph-Wert-Messung, des mit Regenerat versetzten Brunnenwassers im Arbeitsabschnitt ermittelt und ausgewertet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Arbeitsabschnitt innerhalb des Brunnenschachtrohres durch eine bewegbare Etagenanordnung aus quer zur Schachtlängsachse verlaufenden Trennelementen mit Abdichtungseinrichtungen zur Bildung von einer oder mehreren aneinandergereihten Kammern definiert wird, – welche Abdichteinrichtungen aus einer oder mehreren auf der Umfangsmantelfläche von Zylindern aufgebrachten Manschetten, Hohlreifen oder Schläuchen aus plastischem Material bestehen, die mit einem Druckmedium derart beaufschlagbar sind, dass sie abdichtend an der Innenfläche der Filterwand anliegen, – dass in den Arbeitsabschnitt ein Regenerat einbebracht wird, – dass aus dem Arbeitsabschnitt oder mindestens aus einer weiteren Kammer oder einem Bereich ober- oder unterhalb des Arbeitsabschnitts das mit Regenerat und gelösten so wie abgetragenen, mit kristallinen Ablagerungsteilen angereicherte kontaminierte Brunnenwasser abgepumpt wird, wobei in den Arbeitsabschnitt zu Beginn eines Reinigungszyklus ein Regenerat, insbesondere eine Säure oder ein Säuregemisch mit einem bestimmten ph-Wert, in einer solchen Menge zugeführt wird, dass das Gemisch aus Brunnenwasser und Regenerat einen annähernd bestimmten gewünschten ph-Wert annimmt und die Zuführung und Dosierung des Regenerats über eine gesonderte Zuleitung erfolgen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenentnahme aus dem Reinigungsabschnitt, der der Arbeitsabschnitt und/oder ein benachbarter Abschnitt sein kann, zyklisch oder individuell gesteuert durch Absaugung über eine Messpumpenstrecke und/oder durch Probenentnahme beim Zwischenabpumpen erfolgt.
8. Verfahren zur kombinierten mechanisch/chemischen Brunnenregenerierung unter Verwendung eines Brunnenreinigungsgerätes mit einer in einem Brunnenschacht aus Filterwänden bewegbaren Etagenanordnung aus quer zur Schachtlängsachse verlaufenden Trennelementen mit Abdichteinrichtungen zur Bildung von einer oder mehreren aneinandergereihten Kammern, welche Abdichtungseinrichtungen aus einer oder mehreren, auf der Umfangsmantelfläche von Zylindern aufgebrachten Manschetten, Hohlreifen oder Schläuchen, aus elastischem Material bestehend, die mit einem Druckmedium aufblasbar oder auffüllbar sind und dabei abdichtend gegen die Innenwände der Filterwand drücken, wobei mindestens eine Kammer einen Arbeitsabschnitt bildet, in den ein Regenerat einbringbar ist, und mindestens die Kammer im Arbeitsabschnitt oder eine weitere Kammer oder der Bereich ober- oder unterhalb des Arbeitsabschnittes als Saugabschnitt vorgesehen ist, aus dem das Brunnenwasser mit Regenerat und gelösten sowie abgetragenen kristallinen Ablagerungsteilen angereichert, absaug bar ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Einbringen einer Säure oder eines Säuregemisches als Regenerat mit einem bestimmten ph-Wert in den Arbeitsabschnitt in einer solchen Menge, dass das Gemisch aus Brunnenwasser und Regenerat einen annähernd bestimmten gewünschten ph-Wert annimmt, b) Beaufschlagung des Gemisches aus Brunnenwasser und Regenerat im Arbeitsabschnitt mit einem Druckmittel, wie Spülwasser oder Pressluft, wobei der Druck des Druckmittels in Abhängigkeit von dem während der Druckbeaufschlagung ermittelten Filterdurchlasswiderstandes und/oder von dem nach Verfahrensschritt c) ermittelten Werten gesteuert wird, wobei das Regenerat unter Tiefenwirkung in die Kiesschichten und eventuell diese umgebenden Gebirge- oder Bodenschichten periodisch gepresst wird, c) zyklische oder azyklische Probeentnahmen aus dem Arbeitsabschnitt und/oder dem Saugabschnitt über eine Messpumpenstrecke und Messung der Anteile an festen, unlösbaren und gelösten Stoffen im kontaminierten Brunnenwasser, d) bei Überschreiten von vorgegebenen Grenzwerten der festgestellten Anteile nach Verfahrensschritt c) Zwischenabpumpen des kontaminierten Regeneriermittel/Brunnenwassergemisches oder gesteuerte Zuführung und Dosierung des Regenerats in Abhängigkeit von den Messwerten nach Verfahrensschritt c), e) Beendigung der Prozesssteuerung im Falle eines Analyseergebnisses der Werte nach Verfahrensschritt c) unterhalb vorgegebener Werte und Abpumpen des Regeneriermittel/Brunnenwassergemisches kontaminiert mit Feststoffen angelösten und gelösten Ablagerungen bis zur Ermittlung von Werten, die den Mindestanforderungen an die Brunnenwasserqualität entsprechen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Prozesssteuerparameter der Filterwiderstand ermittelt und in Abhängigkeit davon zumindest der Endabpumpprozess gesteuert wird.