Brunnenregenerierung

Wasserfassungsanlagen wie Brunnen, Drainagen u. Quellen sind Investitionsgüter mit hohem Buch- u. Nutzwert.
Die Regenerierung von Brunnen sind Reinigungs- u. Reaktivierungsmaßnahmen welche Leistungsverluste bei der Förderung von Wasser beheben sollen.

Die Gewährleistung einer dauerhaften Wasserförderung ist die Grundvoraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb.

Wie jede andere Fördermaschine auch verschleißen auch Brunnen, die sogenannte Brunnenalterung, welche mit einem manchmal unbemerkten Leistungsrückgang einhergeht. Durch kontinuierliches Brunnenmonitoring &rechtzeitige Instandhaltungsmaßnahmen mittels Brunnenregenerierung sind diese Leistungsverluste zu beheben.

Für die verschiedenen Arten der Brunnenalterung setzen wir verschiedene, auf die Alterungsproblematik abgestimmte hydromechanische und oder chemische Regenerierverfahren ein.

Mit zunehmender Betriebsdauer nimmt die Leistung von Brunnen kontinuierlich ab. Ausgelöst wird dies durch die Untergrundbeschaffenheit im unmittelbaren Nahbereich der Fassung, der Beschaffenheit des Wassers, den technischen Ausbau des Brunnens und dessen Betriebsweise, sowie der daraus folgenden verschiedenen hydrologischen, meteorologischen, chemischen, biologischen und physikalischen Prozesse.

Die Gesamtheit dieser Vorgänge hat einen Leistungsabfall des Brunnens zur Folge, welcher durch das zunehmende Verschließen des Brunnenfilters und des durchflusswirksamen Porenraumes der Kiesschüttung und des unmittelbar angrenzenden Aquifers hervorgerufen wird.

Die Arten der Brunnenalterung lassen sich wie folgt kategorisieren:

  • Inkrustation
  • Versandung
  • Korrosion

Die Bereiche treten in den meisten Fällen zusammen oder aufeinanderfolgend auf und können eine gegenseitige Abhängigkeit aufweisen. Eine Überlagerung verschiedener Alterungen kann sowohl zeitlich als auch teufendiffernziert auftreten.

Unter Inkrustationen werden im Einzelnen die Alterungen folgenden zusammengefasst:

  • Verockerung – Ausfällungen des Eisens und oder Mangan überwiegen
  • Versinterung – Kalkausscheidungen
  • Verschleimung
  • Aluminiumausfällung

Diese sich an den Bauteilen des Brunnens ablagernden Produkte treten oft in Kombination auf und werden umgangssprachlich nicht selten unter dem Begriff Verockerung zusammengefasst.

Grundsätzlich wird bei der Brunnenregenerierung zwischen mechanischen und chemischen Regenerierverfahren unterschieden, welche wir je nach Erfordernis auch in Kombination einsetzten. Nachfolgend sind die von uns, gemäß DVGW Arbeitsblatt W130 eingesetzten Reinigungs- & Regenerierverfahren aufgelistet:

Bürsten

Das mechanische Verfahren „Bürsten“ dient zur Lösung von gering verfestigten Ablagerungen an der Brunneninnenwand und zum Teil in den Filterschlitzen.
Bürsten ist in allen Brunnentpyen und Ausbaumaterialen einsetzbar. Allerdings sollte es nur als eine schonende Vorreinigungsstufe angewendet werden, da die Filterschlitze dabei nicht oder nur unvollständig gereinigt werden. Der Einsatz von speziell geformten Bürsten kann auch zu einem Kolbeffekt bei der Ein- und Ausfahrt des Bürstenkörpers führen, welches Materialbrücken und Verstopfungen im Kiesfilter und den Filterschlitzen löst.
Das Ablösen der Ablagerungen erfolgt durch kontinuierliches Auf- und Abbewegung und/oder Rotieren von Rundbürsten. Borstenart und –material richten sich nach dem Brunnenausbaumaterial.

Die Fahrgeschwindigkeit sollte bei 1 m/min bis maximal 4 m / min liegen um keine zu großen Verdichtungseffekte oder sogar Umlagerungen der Kiesschüttung zu bewirken. Es muss langsam begonnen werden um ggf. vorhandene Kiesnester und Materialbrücken aufzubrechen. Nach der Bürstung muss der Brunnenboden ausgesaugt und der Brunnen klar gepumpt werden.

Wird nur gebürstet ist das Verfahren nur eine Reinigung.

Bei gleichzeitigem Pumpen während des Bürstens, werden die Kriterien des gleichzeitigen Lösens, Mobilisierens & Abförderns des DVGW Arbeitsblattes W130 erfüllt und das Verfahren kann als Regenerierung angesehen werden.

Kolben

Das mechanische Verfahren „Kolben“ dient bis zu einem gewissen Grad zur Lösung von gering verfestigten Ablagerungen an der Brunneninnenwand und zum Teil in den Filterschlitzen. Der Wirkeffekt ist in der Kiesschüttung größer.
Kolben ist in allen Brunnentpyen und Ausbaumaterialen einsetzbar. Allerdings sollte es nur als eine schonende Vorreinigungsstufe angewendet werden, da die Filterschlitze dabei nicht oder nur unvollständig gereinigt werden.

Kolben ohne gleichzeitiges Pumpen
Reines Kolben mit einem Scheibenpacker mit Ventil erzeugt bei der Auf und Niederfahrt Druckschwankungen welche für Saugeffekte im Brunnen sorgen und so mobilisierbares Material aus der Kiesschüttung herausarbeitet. Die gelösten Partikel sinken dann zum Brunnenboden. Die Fahrgeschwindigkeit sollte bei 1 m/min bis maximal 4 m / min liegen um keine zu großen Verdichtungseffekte oder sogar Umlagerungen der Kiesschüttung zu bewirken. Es muss langsam begonnen werden um ggf. vorhandene  Kiesnester und Materialbrücken aufzubrechen. Nach der Kolbung muss der Brunnenboden ausgesaugt und der Brunnen klar gepumpt werden.

Kolben mit gleichzeitigem Abpumpen
Kolben und Intensiventnahme (partielles Entsanden) ist eine gute und schonende Regeneriermethode, aber nur bei weichen Ablagerungen. Allerdings ist der Reinigungseffekt an den Brunnenrohren und den Filterschlitzen sehr begrenzt. Die Wirktiefe reicht bis weit in die Kiesschüttung, oft sogar bis zur Bohrlochwand und ins Gebirge.

Brunnenboden Aussaugen

Zur Beseitigung der im Brunnensumpfrohr und am Brunnenboden sedimentierten Ablagerungen wird der Brunnenboden ausgesaugt bis zur möglichst vollständigen Entfernung aller Partikel und ggf. Fremdkörpern. Erst dann wird ein Blick auf den Brunnenboden gelingen um zu überprüfen, ob ein Brunnenboden vorhanden ist, oder noch vorhanden ist und ober der Brunnenboden noch hydraulisch dicht gegen Sandeintrag ist.

Dazu werden mittels Saugpumpen, Mammutpumpen, Düsenstrahlpumpen oder einer Kombination davon, alle Abgelagerten Substanzen entfernt.

Teilweise werden dabei auch verlandete Filterstreckenbereiche freigelegt, welche dann erst regeneriert werden können.

Niederdruckspülung

Die Niederdruckwasserspülung wird als schonendes Verfahren für empfindliche Ausbaumaterialien wie z.B. Steinzeug und OBO – Pressholzfilter zur effektiven Regenerierung von Brunnen eingesetzt.

Dieses Verfahren wird aber auch bei anderen Ausbaumaterialen zum Einsatz gebracht, denn diese Technologie leistet gute Arbeit bei der Freispülung der wirksamen Porenräume im Brunnenringraum. Die Entfernung der gelösten, leistungsmindernden Ablagerungen aus dem Filterraum und das Abfördern durch eine UW-Pumpe aus dem Brunnen wird z.B. nach dem Einsatz des Fluidpulsers eingesetzt.

Massive Wasserstrahlen, mit mittlerer kinetischer Energie, werden durch einen Spülkopf mit hoher Geschwindigkeit auf das Filterrohr gerichtet und im Filterkies umgelenkt. Dabei werden die Ablagerungen gelöst und abgefördert.

Hochdruckinnenspülung

Mit dem Hochdruckverfahren werden hydromechanisch weiche, geringe bis mittel verfestige Ablagerungen von der Brunnenrohrwand und den Filterschlitzen gelöst. Das Hochdruck System, bestehend aus Hochdruckpumpe und Rotationskopf, kann auf alle Ausbaumaterialien und Brunnenzustände durch Veränderung von Düsenköpfen, Düsenstocklängen, Einspritzdruck und -menge angepasst werden und kann so erfolgreich in allen Vertikal- und Horizontalfilterbrunnen eingesetzt werden. Es muss allerdings darauf geachtet werden, dass beschichtete Rohre oder Steinzeugrohre nicht an der Oberfläche beschädigt werden.

Das Hochdruck Regeneriersystem besteht aus einem rotierenden Düsenkopf. Aus den Düsen wird bei gleichzeitiger Ein- und Ausfahrt ein Wasserstrahl auf die Rohrinnenwand gerichtet. Der Wasserdruck, die Düsendgeometrie, die Strahlrichtung und der Vortrieb sind frei einstellbar. Das Hochdruckregime richtet sich vor allem nach dem Ausbaumaterial der Brunnen. Durch die angepasste Fahrgeschwindigkeit des Hochdruckgerätes kann eine lückenlose Reinigung des Brunnens gewährleistet werden.

Wir halten verschiedene Rotationsdüsentypen für die Hochdruckreinigung vor. Je nach Anforderung des zu reinigenden Brunnens werden einfache Rotationsdüsen, Düsenstockrotationsdüsen, Doppelrotationsdüsen, Doppeldüsenstockrotationsdüsen oder Vibrationsdüsen eingesetzt. Bei Wurzeleinwuchs werden auch schneidende Rotationsdüsen verwendet.

Zur effektiven Entfernung der gelösten Ablagerungen wird gleichzeitig eine UW-Pumpe eingesetzt, um die während der Reinigung abgelösten Ablagerungen kontinuierlich abzufördern. Gemäß DVGW Arbeitsblatt W 130 wird dabei der Feststoffgehalt kontrolliert. So sind der Reinigungsfortschritt zu erkennen und das Beendigungskriterium zu bestimmen.

Da die alleinige Hochruckreinigung nur eine begrenzte Eindringtiefe im Filterkies hat und bei Fehlanwendung zu unerwünschten Umlagerungen in der Kiesschüttung führen oder zu Beschädigung der Rohrwand führen kann, ist der kombinierte Einsatz von Zusatzgeräten sinnvoll. Mit unseren kombinierbaren Regenerierverfahren können die Hochdruckdüsen mit Bürstensystemen, Well Burst Generator Systemen und Entnahmekammern kombiniert werden, um eine optimale Eindringtiefe im Filterkies und in dem anstehenden Locker- oder Festgesteinsgebirge zu gewährleisten. So sind eine erfolgreiche Lösung der Ablagerungen am Brunnenausbaumaterial, am Filterkies oder den Glaskugeln und ggf. am anstehenden Locker- oder Festgesteinsgebirge sowie der optimale Austrag der gelösten Stoffe aus dem Brunnen zu erreichen, wodurch das Ziel der Reinigung des wirksamen Porenraums erreicht wird.

Hochdruckinnenspülung mit induziertem Druckwellenimpuls (Informationen folgen)

Intensiventnahme mit statisch oder bewegtem Scheibenseiher mit und ohne induziertem Druckwellenimpuls

Bei den sog. Intensiventsandungsmaßnahmen nach dem DVGW W 117 heute W 119 kommt in der Regel ein Entsandungsseiher in Verbindung mit Luftförderung zum Einsatz.

Der Entsandungsseiher besteht aus einem gelochten Entnahmerohr mit zwei Packerscheiben aus Gummi oder Schaumstoff sowie einem Einblasstück über der oberen Manschette. Diese quasi verschleißfreie Pumpe ohne bewegte Teile wird mittels Druckluft betrieben. Tief liegende Wasserspiegel. bzw. große Absenkungen setzen ihm evtl. Grenzen. Dabei ist zu beachten das eine 2/3 Wassersäule über dem auszupumpenden Abschnitt ansteht. Bei geringeren Wasserspiegeln muß ggf. mit einer Düsenstrahlpumpe ergänzend unterstützt werden.  Der Vorteil liegt in der Tatsache, daß nur Luft zur Förderung eingesetzt wird und kein sandhaltiges Wasser in die Filterstrecke gepumpt wird. Außerdem lässt sich der Seiher auch in engen Brunnen einsetzen. Der Erfolg beim Abpumpen kann durch das sogenannte “Schocken” gesteigert werden. Hierunter versteht man das abwechselnde Ein- und Ausschalten der Fördereinrichtung welche Druckimpulse erzeugt. Nach dem Ausschalten strömt das in der Steigeleitung befindliche Wasser in den Brunnen zurück und zerstört die aufgebauten Kornbrücken. Beim erneuten Anschalten kommt es zu einem Anreißen des Wassers mit entsprechend besserer Entsandungswirkung. Die Intervalle beim Ein- und Ausschalten sollten so gewählt werden, daß der maximal mögliche abgesenkte Wasserspiegel (Beharrungszustand) beim Abpumpen annähernd erreicht wird. Die Fördereinrichtung sollte so lange ausgeschaltet bleiben, bis beim Zurückströmen der Ruhewasserspiegel fast erreicht ist. Druckwellenimpulse können auch durch einen Fluidpulser erzeugt werden welche an dem Seiher überhalb der Manschettenkammer befestigt wird. Der Entsandungsseiher kann statisch oder bewegt gefahren werden, wobei die bewegte Fahrweise ebenfalls für Druckschwankungen sorgt.

Intensiventnahme mit statisch oder bewegter Manschettenpumpe mit und ohne induziertem Druckwellenimpuls

Einsetzbar bei der Entwicklung von Neubaubrunnen und der Regenerierung von Brunnen im Bestand.

Die klassische Entwicklung eines Brunnens erfolgt durch Intensiventsandung.

Die Verwendung einer Unterwasserpumpe mit Packerscheiben, bei ggf. gleichzeitigem Eintrag von Druckstößen durch das Impulsverfahren oder durch Druckschwankungen durch bewegte Fahrweise und / oder intermittierendem Pumpen macht es möglich, eine leistungsgesteigerte Intensiventsandung mit extremen Feststoffaustragsraten durchführen zu können. Das gilt sowohl für Vertikal- wie auch für Horizontalfilterbrunnen.

Die Scheibenpumpe ist ein Werkzeug zur Intensiventnahme für den Einsatz in Filterrohren von vertikalen und horizontalen Brunnen. Aufgabe des Entnahmeseiher ist die Porenreinigung des Filterkorns im Ringraum zwischen Filterrohr, dem natürlichen Gebirge, sowie der angrenzenden Bohraureole.

Die Abmessungen des Entnahmeseiher werden dem zu bearbeitenden Brunnenausbau angepasst. Die Verbindung der spezifisch Förderrate und dem Anwendungsverfahren, gewährleistet, dass an allen zu reinigenden Orten in der äußeren Umgebung des Brunnenfilterrohres ausreichend hohe Transportgeschwindigkeiten (Schleppkräfte) des Grundwassers für eine optimale Porenreinigung erzeugt werden.

Der Entnahmeseiher ist für die abschnittsweise Förderung in einem Brunnenfilter geeignet. Er kann stationär oder bewegt eingesetzt werden.

Im DVGW Merkblatt W 130 „Brunnenregenerierung“ wird auf die entscheidende Bedeutung der gleichzeitigen Trennung des Verbundes zwischen Ablagerungen und Filterkorn und Austrag der abgelösten Partikel hingewiesen.

Somit ist es möglich, alle lös- und austragbaren Feststoffe wie Schluff- und Feinsandkorn sowie Ocker- und Manganpartikel, mit ausreichender Strömungsgeschwindigkeit, also Schleppkraft, durch die nutzbaren Porenkanäle durch den Brunnenfilter in den Brunnen zu transportieren und abzufördern. Der gleichzeitige kontinuierliche Impulseintrag durch bewegte Fahrweise oder intermittierender Impulseintrag durch Schockpumpen oder Pulsen sorgt für die permanente Lockerung des Korngefüges und bricht die sich ständig bildenden Materialbrücken (Verstopfungen) auf. Dies ermöglicht die andauernde Mobilisierung des anstehenden transportfähigen Materials.

Allerdings ist bei der Verwendung von Druckstoßwellen zu beachten, dass die Filterschüttung verdichtet werden kann. Vor allem bei Brunnen mit nicht ausreichend konsolidierter Filterschüttung kann es zu Setzungen kommen. Hier ist eine geophysikalische Voruntersuchung des Kiesfilters und der Tonsperre erforderlich.

Die kontinuierliche Lösung und Mobilisierung des Unterkorns bei gleichzeitigem, intensivem Abfördern, erfüllt die Anforderung an Brunnenregenerierungen gemäß DVGW W130 „parallele Aufhebung des Verbundes bei gleichzeitiger Entfernung der gelösten Ablagerungen“ und ist somit Garant für eine qualitativ hochwertige Entsandung und Entwicklung des Brunnenbauwerkes. Nur so lässt sich die volle Leistungsfähigkeit herstellen.

Die Erfolgskontrolle erfolgt durch kontinuierlich Austragskontrolle aus dem Voll- oder Teilstrom und durch die Ermittlung der spezifischen Ergiebigkeit. Die Brunnenentwicklung ist dann abgeschlossen, wenn im Anschluss an eine der beschriebenen Methoden keine Änderung der spezifischen Ergiebigkeit mehr erfolgt und die für den späteren Betrieb geforderte Sandfreiheit ( < 1 g Sand pro m3 Wasser) gewährleistet ist.

Als Filterkornmaterial können Kies, Sand oder Glaskugeln im Brunnen eingebaut sein. Die für jeden Filtertyp und Durchmesser angepassten und speziell konfektionierten Dichtungselemente der Doppelkolbenkammer, garantieren die Vermeidung von Strömungsverlusten zwischen Kammerkolben und Filterrohr.

Die Scheibenpumpe kann in Filterrohren mit Durchmesser 100 mm bis 1500 mm aller handelsüblichen Bauarten mit Filterkorn im Ringraum mit einfacher und zweifacher Ringraumschüttung verwendet werden. Auch in Einschubverrohrungen bis zum Brunnenkopf oder verlorene Filterrohreinschübe (Inliner) wie z.B. eingestelltem Stahl-Wickeldrahtfilter mit zusätzlichem Stützkornmaterial im Ringraum zwischen den eingeschobenen Filterrohren und dem Brunnenrohr können erfolgreich mit dem Verfahren Hochleistungsentsandung bearbeitet werden.

Hochleistungsentsandung mit symmetrischer, statisch oder bewegter Doppelkolben Kammer SDKK ® mit und ohne induziertem Druckwellenimpuls

Hochleistungsentsandung mit symmetrischer Doppelkolben Kammer Einsetzbar bei der Entwicklung von Neubaubrunnen und der Regenerierung von Brunnen im Bestand.

Eine Weiterentwicklung der klassischen Intensiventsandung ist die Hochleistungsentsandung.

Die Verwendung einer symmetrischen Doppelkolben Kammer SDKK®, statt des klassischen Entsandungsseihers, oder der Scheibenpumpe bei gleichzeitigem Eintrag von Druckstößen oder Druckwellenimpulsen durch, macht es möglich, eine leistungsgesteigerte Intensiventsandung mit extremen Feststoffaustragsraten durchführen zu können. Das gilt sowohl für Vertikal- wie auch für Horizontalfilterbrunnen.

Die symmetrische Doppelkolben Kammer SDKK® ist ein Werkzeug zur Intensiventnahme für den Einsatz in Filterrohren von vertikalen und horizontalen Brunnen. Aufgabe der SDKK® ist die Porenreinigung des Filterkorns im Ringraum zwischen Filterrohr, dem natürlichen Gebirge, sowie der angrenzenden Bohraureole.

Die Abmessungen der Doppelkolben Kammern werden dem zu bearbeitenden Brunnenausbau angepasst. Die Verbindung der spezifisch berechneten Kammerförderrate und dem Anwendungsverfahren, gewährleistet, dass an allen zu reinigenden Orten in der äußeren Umgebung des Brunnenfilterrohres ausreichend hohe Transportgeschwindigkeiten (Schleppkräfte) des Grundwassers für eine optimale Porenreinigung erzeugt werden.

Der Aufbau des Systems kann variieren, je nach Anforderungsprofil besteht die Funktionsstrecke aus SDKK® und gemantelter Pumpe, oder einer Kombination aus SDKK® mit integrierter Pumpe und Strömungsbypass mit Fluidpulser.

Vor Durchführung einer Hochleistungsentsandung werden nach der klassischen Zustandsanalyse des Brunnenbauwerkes wie TV-Inspektion, Geophysik und Pumpversuch, die geologischen, hydrologischen und hydraulischen Verhältnisse untersucht und bewertet. Anhand numerischer Simulationen der Strömungsverhältnisse an der Doppelkolbenkammer im Wirkungsbereich Filterrohrwand, Filterschüttung, Bohraureole und Gebirge können die Konfiguration der Entnahmekammer sowie der Kammerförderraten ermittelt werden. Die daraus abgeleitete Ausführungsplanung wird durch Berechnungen mittels der spezifischen Brunnendaten unterstützt.

Eine Entwicklung oder Regenerierung des Brunnens wird dadurch planbar.

Die symmetrische Doppelkolbenkammer ist für die abschnittsweise Förderung in einem Brunnenfilter geeignet. Diese Technologie bringt, im Vergleich mit anderen Techniken der Entnahme, nachgewiesener maßen bedeutend höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Grundwassers im zu entsandenden bzw. zu reinigenden Abschnitt. Die Kammer kann statisch und oder bewegt gefahren werden. Bei der bewegten Arbeitsweise werden kontinuierliche Druckschwankungen und Strömungsänderungen erzeugt welche die schonende Variante der Druckimpulserzeugung darstellt. Dies kann durch intermittierendes Schockpumpen unterstützt werden. Bei Brunnen mit konsolidierter Filterschüttung, welche mit einen stabiler Filterschüttung konzipiert und ausgeführt sind, kann der Fluidpulser zum Einsatzgebracht werden.

„Die ohne Überlappung aneinandergrenzenden Arbeitsabschnitte bei statischer Arbeitsweise haben die Länge der Kammeröffnung bzw. eines Begrenzungskolbens von jeweils 0,5 bis 0,8 Metern je nach Brunnendurchmesser. Die Wirkungsweise der symmetrischen Doppelkolbenkammer beruht auf der optimalen Ausnutzung der sich in der Umgebung einer Entnahmekammer einstellenden Brunnenanströmung. Dabei wird die größte Strömungsgeschwindigkeit bzw. Porenreinigung im Filterkorn gegenüber den Begrenzungskolben erzeugt. Die intensivste Reinigung der Bohraureole bis in den angrenzenden Grundwasserleiter wird allerdings gegenüber der zentralen Kammeröffnung erzielt.

Im DVGW Merkblatt W 130 „Brunnenregenerierung“ wird auf die entscheidende Bedeutung der gleichzeitigen Trennung des Verbundes zwischen Ablagerungen und Filterkorn und Austrag der abgelösten Partikel hingewiesen. Präzisierend ist hierzu festzustellen, dass die zur Trennung empfohlenen Verfahren des Eintrags von Erschütterungen bzw. Impulsen in das Filterkorngefüge außerdem einen wesentlichen Beitrag zur Bewerkstelligung eines optimalen Austrages leisten, indem sie die hydraulisch wirksamen Porenkanaldurchmesser vergrößern.

Die fiktive Aufweitung der Porenkanäle in Form der Vergrößerung des hydraulisch wirksamen Porenkanaldurchmessers und damit der Austragsmöglichkeit von Partikeln wird durch Vergrößerung des Durchgangsfaktors erzielt. Praktisch werden die den Partikelstrom durch die Porenkanäle behindernden Kräfte durch Eintrag von Erschütterungen bzw. Impulsen kurzzeitig reduziert.

Somit ist es möglich, alle lös- und austragbaren Feststoffe wie Schluff- und Feinsandkorn sowie Ocker- und Manganpartikel, mit ausreichender Strömungsgeschwindigkeit, also Schleppkraft, durch die nutzbaren Porenkanäle durch den Brunnenfilter in den Brunnen zu transportieren und abzufördern. Der gleichzeitige radiale kontinuierliche Impulseintrag durch das Well Burst Verfahren sorgt für die permanente Lockerung des Korngefüges und bricht die sich ständig bildenden Materialbrücken (Verstopfungen) auf. Dies ermöglicht die andauernde Mobilisierung des anstehenden transportfähigen Materials. Die beeindruckende Wirkung der Verfahren von hoch beschleunigt gefördertem Wasser durch die symmetrische Doppelkolbenkammer und kontinuierlicher Druckimpulse oder intermittierender Druckstoßwellen in simultanem Einsat,z beruht auf den vergleichbaren räumlichen Reichweiten beider Verfahren, die sich im Zusammenspiel effizient  ergänzen.

Im anstehenden Gebirge des zu entsandenden Brunnen werden ebenfalls feststellbare Wirkungen erzielt. Die Vergrößerung der Filtergeschwindigkeit im hochleistungsentsandeten Brunnen ist nicht nur in der Filterschüttung sondern auch im Übergangsbereich Gebirge / Filterschüttung erreichbar. Mit den bisher verwendeten Manschettenkammern (Seihern) sind vergleichbare Einwirkungen und Sandaustragsmengen nicht zu erzielen.

Allerdings ist bei der Verwendung von Druckstoßwellen zu beachten, dass die Filterschüttung verdichtet werden kann. Vor allem bei Brunnen mit nicht ausreichend konsolidierter Filterschüttung kann es zu Setzungen kommen. Hier ist eine geophysikalische Voruntersuchung des Kiesfilters und der Tonsperre erforderlich.

Die kontinuierliche Lösung und Mobilisierung des Unterkorns bei gleichzeitigem, intensivem Abfördern, erfüllt die Anforderung an Brunnenregenerierungen gemäß DVGW W130 „parallele Aufhebung des Verbundes bei gleichzeitiger Entfernung der gelösten Ablagerungen“ und ist somit Garant für eine qualitativ hochwertige Entsandung und Entwicklung des Brunnenbauwerkes. Nur so lässt sich die volle Leistungsfähigkeit herstellen.

Die Erfolgskontrolle erfolgt durch kontinuierlich Austragskontrolle aus dem Voll- oder Teilstrom und durch die Ermittlung der spezifischen Ergiebigkeit. Die Brunnenentwicklung ist dann abgeschlossen, wenn im Anschluss an eine der beschriebenen Methoden keine Änderung der spezifischen Ergiebigkeit mehr erfolgt und die für den späteren Betrieb geforderte Sandfreiheit ( < 1 g Sand pro m3 Wasser) gewährleistet ist.

Als Filterkornmaterial können Kies, Sand oder Glaskugeln im Brunnen eingebaut sein. Die für jeden Filtertyp und Durchmesser angepassten und speziell konfektionierten Dichtungselemente der Doppelkolbenkammer, garantieren die Vermeidung von Strömungsverlusten zwischen Kammerkolben und Filterrohr.

Die SDKK®  kann in Filterrohren mit Durchmesser 100 mm bis 1500 mm aller handelsüblichen Bauarten mit Filterkorn im Ringraum mit einfacher und zweifacher Ringraumschüttung verwendet werden. Auch in Einschubverrohrungen bis zum Brunnenkopf oder verlorene Filterrohreinschübe (Inliner) wie z.B. eingestelltem Stahl-Wickeldrahtfilter mit zusätzlichem Stützkornmaterial im Ringraum zwischen den eingeschobenen Filterrohren und dem Brunnenrohr können erfolgreich mit dem Verfahren Hochleistungsentsandung bearbeitet werden.

Die Konstruktion der SDKK®  erlaubt eine leichtgängige Arbeitsbewegung in Richtung der Rohrachse und verhindert die Akkumulation von auszutragenden Feststoffen auf ihren Oberflächen, wodurch ein Verklemmen des Werkzeuges unmöglich wird und Beschädigungen von Filter- und Rohrinnenflächen vermieden werden. Werkzeug und Dichtungselemente können für den Einsatz in Trinkwasserbrunnen vor der Anwendung desinfiziert werden.

Hochleistungsentsandung mit asymmetrischer, statisch oder bewegter Dreikolben Kammer TriKK ® mit und ohne induziertem Druckwellenimpuls (Informationen folgen)

Pumpen mit Pulsgenerator (Informationen folgen)

Brunnenregenerierung mit hochenergetischem Ultraschall

Mit dem Ultraschall-Verfahren auf der Basis hochenergetischen Ultraschalls wird der Filterkies, mechanisch, von leistungsmindernden Ablagerungen hochwirksam befreit, denn Ultraschall dringt nahezu ungehindert in diesen Bereich vor. Die Wirkung erstreckt sich deshalb auch auf verstopfte Porenkanäle und Porenräume bis weit in die Filterkiespackung hinein. Das Filtermaterial hat keinen Einfluss auf die Wirkung.

Wirkungsmechanismen des Ultraschalls bei der Brunnenregenerierung

Vorbemerkung:
Es gibt eine nahezu unübersehbare Palette von Anwendungen des Ultraschalls in technischen, wissenschaftlichen, medizinischen und industriellen Be- reichen. Ebenso vielseitig ist die technische Ausgestaltung der Geräte, je nachdem welche physikalischen, chemischen, thermischen oder mechanischen Effekte des Ultraschalls genutzt werden sollen.

Es gibt zahlreiche Anwendungen von hochenergetischem Ultraschall in der Geologie, so zum Beispiel:

  • In der Erdbodenanalyse hat man festgestellt, dass mit Ultraschall im Boden enthaltene Kolloide innerhalb weniger Minuten zu Flüssigkeiten dispergieren. Wurden die gleichen Kolloide durch Schütteln und Schleudern behandelt, so hatte man nicht annähernd den Effekt wie bei der Ultraschallbehandlung.
  • Beim Aufschließen von Erz wurde festgestellt, dass Rohgut, welches von Eisenmanganerz eingeschlossen war, durch eine 5-minütige Ultraschallbe handlung sofort aufgeschlossen werden konnte, während andere Mittel versagten.
  • Tonhaltige Gesteine wurden beschallt, um den Ton zu extrahieren. Ultraschall brachte hier eine 100 bis 1000-fach größere Ausbeute als mechanische Verfahren.

Zur Physik des Schalls
Physikalisch gesehen gibt es keinen Unterschied zwischen hörbarem Schall und Ultraschall. Daher kann in diesem Zusammenhang einfach von Schall gesprochen werden. Schall stellt eine ständige Abfolge von Über- und Unterdruck in einem Medium dar. Die Stellen der Kompression (Überdruck) und die Stellen der Dekompression (Unterdruck) sind aber nicht stationär. Sie bewegen sich gleichmäßig radial von der Schallquelle weg. Durch Dämpfungseffekte werden die Über- bzw. Unterdrücke mit wachsendem Abstand von der Schallquelle geringer. Die Schallquelle stellt eine Energiequelle dar
Schall braucht zu seiner Ausbreitung ein Medium, im Vakuum ist keine Schallausbreitung möglich. Es gibt Stoffe, die den Schall sehr gut leiten und es gibt Stoffe, die den Schall adsorbieren und damit dämpfen.

Die obige Abbildung zeigt, dass beim Schall-Transport kein Material transportiert wird. Es wechseln sich lediglich in schneller Abfolge (die Abfolge entspricht der Frequenz, in unserem Fall also 20.000 mal je Sekunde) Zonen erhöhten und Zonen niedrigen Druckes ab. Bewegungen spielen sich vielmehr im Mikrobereich ab: In der Phase erhöhten Druckes werden die Kristallgitter „gestaucht“, in der Phase niedrigen Druckes werden die Kristallgitter „gedehnt“. Diese Stauchungen und Dehnungen finden an allen Stellen des vom Schall erfassten Körpers statt und führen dazu, dass alle Moleküle innerhalb des Kristallgitters mit der Frequenz des zu transportierenden Schalls um eine Ruhelage schwingen. Dies gilt auch für Moleküle, die sich am äußersten Rand eines Körpers befinden, z.B. an der Oberfläche eines Filterkieses. Auf diese Weise wird der Kies zu einer Vibration angeregt.

Die Situation im Brunnen

Im Fall der Brunnenregegenerierung haben wir es mit folgenden schallleitenden Medien zu tun:

Stahl, PVC, Holz oder Steinzeug und auch Wasser sind sehr gute bis gute Schall-Leiter. Luft ist ein eher schlechter Schall-Leiter.

Auch Quarz ist ein hervorragender Schall-Leiter. Schallfeldmessungen haben ergeben, dass offensichtlich die Kette der Schall-Leiter, nämlich Wasser – Filtermaterial – Quarzkies für Schall sehr gut durchlässig ist.

Im Brunnen durchläuft der Schall zunächst das Wasser innerhalb des Brunnenschachtes, trifft dann auf den Filter und erreicht dann den Filterkies.
Die gute Durchdringung des Filterkieses mit Schallenergie wurde durch Schallfeldmessungen nachgewiesen.

Brunnenregenerierung mit hochenergetischem Ultraschall

Im Laufe der Betriebszeit von Förderbrunnen füllen sich in den Porenräumen der Kiespackung zunächst die Zwickelräume zwischen den Kieskörnern mit Ablagerungen aus, ohne dass damit zunächst eine merkliche Minderung der Ergiebigkeit verbunden ist.

Jetzt wäre der richtige Zeitpunkt für eine Regenerierung – im Sinne der Brunnenpflege – die oft mit geringem Aufwand und meist kostengünstig durchzuführen ist.

Erst wenn sich auch die Porenkanäle zusetzen wächst der hydraulische Widerstand der Kiesschüttung stark an, mit der Folge, dass die Ergiebigkeit des Brunnens spürbar abnimmt.

Bereits bei einem Leistungsrückgang von 10 bis 20% ist ein gesteigertes Alterungsstadium des Brunnens er- reicht und die Regenerierung erfordert einen höheren technischen Aufwand. Je früher eine Regenerierung durch- geführt wird, desto größer ist ihr Erfolg.

Die Leistungsminderung eines Brunnens kann durch Aufwüchse und Ablagerungen in den Filterschlitzen und in den Porenräumen der Kiesschüttung verursacht werden. Das alleinige Entfernen der Ablagerungen an der Innenrohrwandung und in den Filterschlitzen führt jedoch in den seltensten Fällen zum gewünschten Erfolg. Insbesondere die Ablagerungen in den Porenräumen der Filterkiesschüttung führen zu einer deutlichen Minderung der Ergiebigkeit, doch hier fehlt – vor allem mit zunehmendem Abstand vom Filterrohr – die mechanische Zugangsmöglichkeit.

Mit dem Ultraschall-Verfahren auf der Basis hochenergetischen Ultraschalls wird der Filterkies von leistungsmindernden Ablagerungen hochwirksam befreit, denn Ultraschall dringt nahezu ungehindert in diesen Bereich vor. Die Wirkung erstreckt sich deshalb auch auf verstopfte Porenkanäle und Porenräume bis weit in die Filterkiespackung hinein. Das Filtermaterial hat keinen Einfluss auf die Wirkung.

Die Ultraschall-Methode bedeutet:

  • einen hohen Reinigungseffekt im Kiesmantel
  • eine absolut umweltschonende Regenerierung – ohne chemische Zusätze
  • keine Einholung einer wasserrechtlichen Genehmigung
  • keinerlei mechanische Belastung für das Brunnenbauwerk
  • Nachhaltigkeit – die Intervalle zwischen den Regenerierungen werden länger
  • kurze Regenerierungszeit – der Brunnen kann wieder schnell an das Netz und den Förderbetrieb wieder aufnehmen.

Anwendbarkeit bei allen Filtertypen und Filtermaterialien bzw. einsetzbar bei Rohrdurchmesser ab DN 150 bis zu einer Teufe von 250 Meter.

Seit Jahrzehnten wird Ultraschall sehr erfolgreich als Alternative zu chemischen Reinigungsbädern in Industrie, Handwerk, Medizin und Wissenschaft eingesetzt. Insbesondere wenn es darauf ankommt, an schwer zugänglichen Stellen zu reinigen oder wenn es sich um besonders empfindliche Teile handelt.

Die hervorragende Wirksamkeit und Nachhaltigkeit des Verfahrens wurde in vielen Jahren der Praxis sowie in einer umfangreichen unabhängigen wissenschaftlichen Forschungsarbeit (finanziert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt) eindeutig nachgewiesen. Zwischenzeitlich ist das System auch weltweit im Einsatz.

Die Reinigungswirkung des Ultraschalls beruht auf der hohen abgegebenen Schallenergie, die unmittelbar an den Filterkies im Ringraum abgegeben wird. Dies führt zu einer Mikro-Vibration der Kieskörner (vergleichbar mit dem Klirren von Glasscheiben) und damit zu einem Abrieb der anhaftenden Beläge. Durch Materialspannungen zwischen Kieskorn und Belag werden harte Beläge „abgesprengt“ (vergleichbar mit dem Abplatzen von Putz von der Decke).

Gel-artige Ablagerungen, hervorgerufen durch bakterielle Aktivitäten, die ebenfalls zu Leistungsminderungen führen, werden durch Ultraschall verflüssigt und können damit ausgespült bzw. abgepumpt werden

Die Wirkung des Schalls ist nicht an freie Kanäle gebunden. Wasser, Filtermaterial und Kies leiten den Schall. Bei Tests wurde verschmutzter Filterkies in geschlossenen Probengläsern beschallt, mit hervorragender Wirkung. Damit unterscheidet sich das Ultraschallverfahren wesentlich von allen anderen Verfahren

Mit unserm Kieswäscher wird ein Regeneriermittel in die Filterstrecke eingebracht. Die Dosierung des Regeneriermittels wird den Ablagerungen und hydrogeologischen Verhältnissen entsprechend angepasst und in Lösungsversuchen ermittelt.

Durch den Kieswäscher wird das Regeneriermittel zirkulierend über ein Mehrkammersystem im Filterkies bewegt. Der Regenerierungsprozess wird bei unserem Verfahren über Tage kontinuierlich überwacht und gesteuert. Hierbei werden alle relevanten Prozessdaten protokolliert und die Regenerierung mittels Nachdosieren von Regeneriermittel oder Zwischenabpumpen geregelt. Die Anforderungen des DVGW-Arbeitsblattes W 130 werden in allen Punkten erfüllt.

Kieswäscher Kombicleaner 2.0