Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung

Abstract

 Die Erfindung beschreibt eine Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung mit parallel zum Brunnenrohr angeordneten Strahlenquellen und ist anwendbar insbesondere zum Schutz von Förderbrunnen für Betriebswasser in der Wasserwirtschaft, Industrie und in der Landwirtschaft.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß mit einem einmaligen Investitionsaufwand ein langjähriger Dauerschutz erreicht wird, wobei die Brunnen ständig eine stabile Förderleistung aufweisen.
Die Brunnenbestrahlungsanlage zeichnet sich dadurch aus, daß die Strahlenquellen in einem Rohrsystem, bestehend aus Schutzrohr (2), darin befindlichem Sondenrohr (3) und darin befindlichem Quellenrohr (4) angeordnet sind und das Rohrsystem am Brunnenkopf mit einem ein Sicherheitsventil 7, einen Filter 6 und ein Manometer 10 aufweisenden Sondenoberteil 5 abgeschlossen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung und ist anwendbar insbesondere zum Schutz von Förderbrunnen, Absenkbrunnen, Infiltrationsbrunnen und Wärmepumpenbrunnen in der Wasserwirtschaft, Industrie und Landwirtschaft.

[0002] Die biologische Verockerung ist die Folge der Tätigkeit von Mikroorganismen, insbesondere Eisen- und Manganverbindungen beeinflussende Bakterien. Diese Bakterien können unter bestimmten Voraussetzungen das im Grundwasser gelöst vorhandene zweiwertige Eisen und Mangan aufnehmen und in Form von unlöslichen Eisen- und Manganverbindungen wieder ausscheiden. Diese Vererzung erfolgt vor allem in den Filterrohrschlitzen, im Lückenvolumen der Kiesschüttung sowie am Einlaufsieb der Förderpumpen und in den Förderleitungen. Die Folge ist der immer stärker werdende Rückgang der Förderleistung.
Die Zuverlässigkeit der Wasserfassung wird damit bedeutend herabgesetzt. Sich ständig wiederholende Regenerierungen sowie Ersatzinvestitionen erfordern hohe ökonomische Aufwendungen.

[0003] Es ist bekannt, der biologischen Verockerung mit mechanischen- hydraulischen, chemischen oder elektrischen Verfahren entgegenzuwirken.
Nachteilig an diesen Lösungen ist ein hoher Arbeits- und Geräteaufwand sowie die diskontinuierliche Wirkungsweise.

[0004] Weiterhin ist aus der DD 48 766 ein Verfahren zur Verhinderung von Verockerungen in Brunnen bekannt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Brunnenfilter einem ständigen oder periodisch aufeinanderfolgenden Einfluß einer ionisierenden Strahlung unterworfen wird, wodurch die Wirkung der mikrobiologischen Behinderung der Lebensvorgänge der Kleinlebewesen eintritt und der bestrahlte Verockerungsschlamm abbaugemäße kolloidchemische Veränderungen erfährt. Zur Realisierung dieses Verfahrens wird eine radioaktive Strahlenquelle wasserdicht gekapselt in ein Schutzrohr aus Kunststoff oder Metall eingelassen, das über die gesamte Filterlänge im Inneren des Brunnenfilters eingebaut ist.

[0005] Nachteilig an dieser bekannten technischen Lösung ist, daß der Einbau der Strahlenquellen in den Brunnenfilter erfolgt und Maßnahmen zur Gewährleistung der erforderlichen Sicherheit den heutigen nationalen und internationalen Anforderungen nicht entsprechen.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung zu schaffen, welche zuverlässig und über einen langen Zeitraum die Brunnenverockerung wirksam verhindert, einen hohen Sicherheitsstandard gewährleistet und einfach und wirtschaftlich hergestellt, installiert und gewartet werden kann.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

[0008] Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einem einmaligen Investitionsaufwand ein Dauerschutz von ca. 10 Jahren erreicht wird, wobei der Brunnen ständig eine stabile Förderleistung hat, indem die Strahlenquellen in einem Rohrsystem, bestehend aus Schutzrohr, darin befindlichem Sondenrohr und darin befindlichem Quellenrohr angeordnet werden, und das Rohrsystem am Brunnenkopf mit einem mindestens ein Sicherheitsventil und einen Filter aufweisenden Sondenoberteil abgeschlossen ist.
Nach etwa 10 Jahren ist die Nachladung neuer Strahlenquellen in das Quellenrohr erforderlich, um die Schutzwirkung weiter aufrecht zu erhalten. Die vorhandenen Strahlenquellen können dabei weiter genutzt werden. Insgesamt ist für die Strahlenquellen eine Nutzungsdauer von ca. 20 Jahren im Brunnen vorgesehen, ehe sie einer Entsorgung zugeführt werden. Es ist zweckmäßig, daß biologisch verockerungsgefährdete Brunnen mit Beginn ihrer Nutzung bestrahlt werden, um von vornherein einen Leistungsabfall zu verhindern. In Einsatzfällen mit bereits vorliegender Verockerung, wenn die Ablagerungen noch nicht fest verkrustet sind, wird über einen komplizierten Dehydrations- und Mineralisationsprozeß der Verockerungsvorgang nicht nur gestoppt, sondern sogar wieder eine Leistungssteigerung erreicht.

[0009] Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

[0010] Es zeigen:

Fig. 1

eine Prinzipdarstellung des Rohrsystems mit den Strahlenquellen;

Fig. 2

eine Schnittdarstellung durch das Sondenoberteil;

Fig. 3

eine Prizipdarstellung für die Beschickung und die Entnahme der Strahlenquellen.

[0011] Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht die Brunnenbestrahlungsanlage aus drei ineinander angeordneten senkrecht stehenden Rohrsäulen, welche das Rohrsystem bilden.
Das äußere Rohr, das Schutzrohr 2, ist in einem definierten Abstand zum Brunnenausbaurohr in der Kiesschüttung des Brunnens niedergebracht. Der gleichmäßige Abstand zum Brunnenrohr wird mittels Abstandhaltern gewährleistet. Das Schutzrohr 2 steht lotrecht auf einer Abstützung am Brunnengrund. Die Anzahl der Rohrsysteme für einen Brunnen ist von den hydrologischen Bedingungen abhängig.
Das Rohrsystem ist parallel zum Brunnenrohr im Filterkies eingebaut und besteht aus Schutzrohr 2, Sondenrohr 3, Quellenrohr 4 und den darin angeordneten Strahlenquellen 1. Die Erzeugung des Strahlenfeldes erfolgt durch Strahlenquellen 1 mit dem Isotop Co-60 in doppelt gekapselter hermetisch verschlossener Form. Durch die dreifach gestaffelte Schutzbarriere des Rohrsystems und Quellenkapsel sowie einem Kontrollsystem wird eine radioaktive Kontamination mit Sicherheit verhindert. Die Verwendung des Isotops Co-60 schließt eine Aktivierung des Wassers und der Ausbaustoffe aufgrund seiner Gammaquantenenergie prinzipiell aus. Innerhalb der Grenzen der Bemessungsrichtwerte ist gewährleistet, daß Veränderungen des Wassers und der gelösten Inhaltstoffe im Bereich einer vernachlässigbaren Nebenwirkung bleiben.
Der Austritt von Strahlung in den Zugangsbereich des Brunnens wird durch die Abschirmwirkung des Erdbereiches und einen genügend hohen Betriebswasserspiegel sicher ausgeschlossen.
Die senkrecht ineinanderstehenden Sonden- und Quellenrohre sind durch spezielle Zentrierelemente mit einem definierten Abstand zueinander positioniert.
Das Schutzrohr 2 füllt sich durch eingefügte Filterteile bis zur Höhe des Grundwasserleiters mit Grundwasser.
Das im Schutzrohr 2 angeordnete Sondenrohr 3 ist als wasserdichtes Rohr ausgebildet, da es neben dem kompletten Quellenrohr 4 die Lagerflüssigkeit aufnimmt. Die Lagerflüssigkeit kommt nicht mit dem Brunnenwasser in Berührung. Die Lagerflüssigkeit ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bidestilliertes Wasser und umschließt die Strahlenquellen 1. Die Lagerflüssigkeit reicht bis zum Sondenoberteil 5. Durch die konstruktive Gestaltung des Quellenrohres 4 und des Sondenrohres 3 wird eine Zirkulation der Lagerflüssigkeit gewährleistet. Durch diese Zirkulation erfolgt einmal eine Kühlung der Strahlenquellen 1 und zum anderen ergibt sich die Möglichkeit zur Kontrolle der Dichtheit der Strahlenquellen 1.
Das Quellenrohr 4 enthält und führt die Strahlenquellen 1. Die Anzahl der Strahlenquellen 1 wird entsprechend der Brunnengeometrie und der hydrologischen Bedingungen festgelegt. Die Lage der Strahlenquellen 1 ist durch die Unterkante des Quellenrohres 4 und die Länge der Distanzrohre 12 festgelegt. Durch Schlitze im Bodenbereich und durch Bohrungen im oberen Rohrbereich sowie im Kopfbereich des Quellenrohres 4 ist dieses für austretende Gasblasen und für die Zirkulation der Lagerflüssigkeit durchlässig.

[0012] Oberhalb des Rohrsystems ist das Sondenoberteil 5 angeordnet. Das Sondenoberteil 5 ist in der Brunnenstube zugänglich. Es schließt das Rohrsystem nach oben ab und nimmt erforderliche Bauelemente zur Gewährleistung der Funktion und der Anlagensicherheit auf.

[0013] In der in Fig. 2 dargestellten Grundausführung bildet das Sondenrohr 3 und das Sondenoberteil 5 ein druckdichtes System. In diesem System baut sich durch Radiolyse verursachte Ausgasung der Lagerflüssigkeit ein Betriebsdruck auf. Dieser Druck wird an dem Manometer 10 angezeigt und durch das Sicherheitsventil 7 begrenzt. Durch die Kontrolle des Manometerdruckes ist die Beurteilung der Dichtheit des Systems möglich. Durch einen integrierten Aerosol-Filter 6 werden Feuchtigkeitsanteile des Radiolyse-Gases zurückgehalten. Der das Schutzrohr 2 abschließende Anschlußflansch 8a und die Haube 8 mit integrierten Mitteln 9 zu Be- und Entlüftung bilden einen Schutz vor mechanischer Beanspruchung. Die Haube 8 ist mit einer Schraubverbindung auf dem Anschlußflansch 8a befestigt.

[0014] Neben einer mechanischen Sicherung kann eine Verplombung der Haube vor einem unberechtigten Zugriff schützen. Durch die Mittel 9 zur Be- und Entlüftung wird die Luft innerhalb der Haube vor einer Kontrolle oder vor Öffnung aus anderen Gründen durchgespült, um möglicherweise vorhandenes Knallgas zu entfernen.

[0015] Für die Beschickung und Entnahme der Strahlenquellen 1 ist die Brunnenbestrahlungsanlage entsprechend vorzubereiten. Es wird die Haube 8 und der innere Teil des Sondenoberteiles 5 demontiert bzw. bei Erstbeschickung wird die Montage nur bis zum beschriebenen Zustand ausgeführt. Während der Entnahme der Strahlenquellen wird die Lagerflüssigkeit abgepumpt. Vor der Beschickung wird die Lageflüssigkeit aufgefüllt.

[0016] Zum eigentlichen Beschickungs- bzw. Entnahmevorgang wird, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, mit einer speziellen Be - und Entladetechnik mit dem Verbindungsrohr 13 eine Verbindung zwischen dem Quellenrohr 4 und dem in Anlagenachse ausgerichteten Manipulations-container 11 herstellt. Die Entnahme der Strahlenquellen 1 und der Distanzrohre 12 erfolgt mit speziellen Greifvorrichtungen. Dabei werden die Strahlenquellen 1 und Distanzrohre 12 aus dem Quellenrohr 4 herausgezogen. Die Strahlenquellen 1 verbleiben im Manipulationscontainer 11, die Distanzrohre 12 werden durch den Manipulationscontainer 11 hindurch entnommen.
Beim Beschickungsvorgang werden die Strahlenquellen 1 und Distanzrohre 12 in der erforderlichen Länge, Anzahl und Reihenfolge in die Brunnenbestrahlungsanlage eingebracht. Nach dem Entfernen des Manipulationscontainers 11 und der Be- und Entladetechnik wird die Lagerflüssigkeit auf den erforderlichen Füllstand gebracht und das Sondenoberteil 5 entsprechend der vorgesehenen Ausführung komplettiert.

[0017] Im Sondenoberteil 5 sind in der Fig. 2 nicht dargestellte Sensoren angeordnet, welche zur Erfassung der verschiedensten Parameter dienen und mit einer Prozeßdatenverarbeitungsanlage verbunden sind. Die zu erfassenden bzw. zu überwachenden Parameter können Druck, radioaktive Strahlung und gegebenenfalls Temperatur sein. Die von den Sensoren erfaßten Daten werden über Datenfernübertragung drahtgebunden oder drahtlos zu der Prozeßdatenverarbeitungsanlage übertragen.

[0018] Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination der genannten Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Brunnenbestrahlungsanlage zur Verhinderung biologischer Verockerung mit parallel zum Brunnenfilterrohr angeordneten Strahlenquellen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlenquellen (1) in einem Rohrsystem, bestehend aus Schutzrohr (2), darin befindlichem Sondenrohr (3) und darin befindlichem Quellenrohr (4) angeordnet sind und das Rohrsystem am Brunnenkopf mit einem mindestens ein Sicherheitsventil (7) und einen Filter (6) aufweisenden Sondenoberteil (5) abgeschlossen ist.

2. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sondenoberteil (5) mit einer Haube (8) verschlossen ist, welche Mittel (9) zur Be- und Entlüftung aufweist und am Sondenoberteil (5) ein Manometer (10) angeordnet ist.

3. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Filter (6) Aerosol-Filter sind.

4. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Brunnenrohr und dem Schutzrohr (2) Abstandhalter angeordnet sind und das Schutzrohr (2) im Grundwasserleiterbereich Filterteile zum Grundwassereintritt aufweist.

5. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sondenrohr (3) wasserdicht ausgebildet und mit einer Lagerflüssigkeit gefüllt ist, welche die Strahlenquellen (1) im Quellenrohr (4) umschließt und die Lagerflüssigkeit bidestilliertes Wasser ist.

6. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Quellenrohr (4) im unteren Bereich Schlitze und im oberen Bereich Bohrungen aufweist und im Quellenrohr (4) zwischen den Strahlenquellen (1) Distanzrohre (12) angeordnet sind und das Quellenrohr (4) im Sondenrohr (3) mit Zentrierelementen zentriert ist.

7. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Sondenoberteil (5) Sensoren zur Erfassung veschiedenster Parameter angeordnet und mit einer Prozeßdatenverarbeitung verbunden sind.

8. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Parameter Druck und/oder Temperatur und/oder radioaktive Strahlung sind.

9. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschickung und Entnahme der Strahlenquellen (1) bei entferntem Sondenoberteil (5) über einen Manipulationscontainer (11), welcher über ein Verbindungsrohr (13) mit dem Quellenrohr (4) gekoppelt ist, erfolgt.

10. Brunnenbestrahlungsanlage nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Entnahme der Strahlenquellen (1) und der Distanzrohre (12) mit speziellen Greifvorrichtungen erfolgt und die Strahlenquellen (1) im Manipulationscontainer (11) verbleiben und die Distanzrohre (12) durch den Manipulationscontainer (11) hindurch entnommen werden.

Zeichnung