Hydromechanische Brunnenregenerierung

Niederdruckspülung

Die Niederdruckwasserspülung ein schonendes Regenerierverfahren für empfindliche Ausbaumaterialien wie z.B. beschichtete Stahlfilterrohre, Steinzeug und OBO – Pressholzfilter zur effektiven Reinigung von Brunnen.

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 Hochdrucksystem, bestehend aus Hochdruckpumpe und Rotationsdüse, 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. Die Rotationsdüsen dürfen bei der Strahlarbeiten nicht stehen bleiben weil sonst Löcher in den Brunnenausbau gedüst werden können.

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 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.

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 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 Doppelkolben Kammer, 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 Doppelkolben Kammer ist ein Werkzeug zur Intensiventnahme für den Einsatz in Filterrohren von vertikalen und horizontalen Brunnen. Aufgabe der Doppelkolben Kammer 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 Doppelkolben Kammer und Booster-Pumpe, oder einer Kombination aus Doppelkolben Kammer 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.

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.

Dabei werden etwa 80 % der Anströmung durch die Filterkiesschüttung im Bereich der Packerkörper erzielt. Bis zu 20 % Anströmung können aus dem Aquifär gewonnen werden und dabei wird die Bohraureole durchströmt und von verstopfenden Partikeln befreit.

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 Doppelkolben Kammer 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 Doppelkolben Kammer 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.