Title:
Anlage zur Förderung von Sickerwasser aus Entgasungsbrunnen von Mülldeponien
Kind Code:
C1
Inventors:
HESS THOMAS DR (DE)
SCHALLER REINER (DE)
SPERL JOHANN G DIPL ING (DE)
Application Number:
DE4228363A
Publication Date:
01/20/1994
Filing Date:
08/26/1992
Assignee:
AUGUST & JEAN HILPERT GMBH & CO, 8500 NUERNBERG, DE
International Classes:
Domestic Patent References:
DE3441158A1N/A
DE3705902A1N/A
Claims:
1. Anlage zur Förderung von Sickerwasser aus Entgasungsbrunnen von Mülldepo­nien mit Brunnenkopf, ausgestattet mit einem Entwässerungsanschluß und einem Gasentnahmeanschluß, wobei die Anlage zur Aufnahme einer Entwäs­serungspumpe im inneren des Brunnens ausgestaltet ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung der Merkmale

a) daß ein Entwässerungspumpen-Antriebsaggregat außerhalb des Brunnens, entfernt von den gasführenden Teilen der Anlage, und somit außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen angeordnet ist,

b) daß die Entwässerungspumpe stationär im Brunneninneren angeordnet ist, eine Demontage jedoch jederzeit möglich ist,

c) wobei die Entwässerungspumpe und die Antriebsenergie-Übertragungsein­richtungen zwischen Antriebsaggregat und Entwässerungspumpe in den vom Deponiegas berührten Bereichen frei von funkengenerierenden Teilen sind.

Description:
Die Erfindung betrifft eine kombinierte Entgasungs- und Entwässerungsanlage für Deponiebrunnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine ähnliche Anlage dieser Art, jedoch nur zur Absaugung von Deponiegas, ist in der DE-OS 37 05 902 beschrieben. Die bekannte Anlage hat einen Brunnenkopf zur Müll­deponieentgasung mit Mengenregulierung und Absperrung, einer Wasservorlage mit Anschlußstutzen zur Wasserrückführung sowie mit einem Probenentnahmestutzen, wobei der Brunnenkopf auf ein in der Deponie angeordnetes Sondenrohr aufgesetzt werden kann. Der einzelne Brunnenkopf kann während des Betriebes in bezug auf den Gasdurchfluß reguliert oder abgesperrt werden, ohne die übrige Gasförderung zu stören. Bei erhöhtem Anfall von Sickerwasser in der Deponie soll durch den Brunnen­kopf hindurch eine Tauchpumpe abgesenkt werden, um das Sickerwasser abpumpen zu können, ohne dabei die Gasförderung zu stören. Dabei kann der Brunnenkopf eine Flammensperre vor den Gasentnahmestutzen enthalten. Die Entgasung und Entwässerung von Mülldeponien ist einerseits eine wesentliche Umweltschutznotwendigkeit, wobei jedoch das anfallende Deponiegas auch als Energiequelle nutzbar ist. Demgemäß werden in Mülldeponien Bohrungen, sog. Brunnen, von beispielsweise 25 m Tiefe niedergebracht, wobei gemäß der oben erläuterten bekannten Anlage der Brunnen nicht nur zur Entgasung, sondern auch zum Abpumpen von anfallenden Sickerwasser oder auch Kondenswasser genutzt werden soll. In aller Regel werden aufgrund ihrer Zweckbestimmung sowohl die Gasfassung wie auch für die Sickerwasserhebung ein jeweils eigener Brunnen gebaut. Das bedingt jedoch einen unerwünscht hohen Bau- und Kostenaufwand. Bei der oben erläuterten bekannten Anlage zur Deponieentgasung und -entwässerung mittels eines einzigen Brunnens wiederum wurde die Anordnung einer Flammensperre vor dem Gasentnahmestutzen vorgesehen, die das Eindringen einer Flamme und deren Weiterleitung in anschließende Rohrleitungen und damit einem Gesamtschaden am Rohrsystem bzw. anderen Brunnen vermeiden soll. Die Flammensperre ist dabei auf ein Hauptrohr des Brunnenkopfes aufgesetzt. Abgesehen von den durch eine Flam­mensperre verursacht zusätzlichen Kosten, besteht ein ungewisses Risiko auch in der Beachtung der Montagenotwendigkeit. Das bestehende Risiko ist umso größer, wenn eine möglicherweise funkenerzeugende Tauchpumpe zum Abpumpen von Sicker­wasser in den Brunnen abgesenkt werden soll. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Gasförderung weiterlaufen soll. Zur Vermeidung einer Explosionsgefahr bei mit Gasbrunnen ausgestatteten Mülldepo­nien ist aus der DE-OS 34 41 158 auch die Anwendung einer besonderen Steuerzen­trale vorgesehen worden. Dabei sind in jeder Gasabsaugleitung ein Sensor und ein regelbares Absperrorgan angeordnet. Der Sensor meldet den Gehalt an einem charak­teristischem Bestandteil des Gasstromes in einer Absaugleitung einer Meß- und Regelvorrichtung, die anhand eines Vergleiches mit vorgegebenen Grenzwerten den Gasvolumenstrom überwacht und bei Über- bzw. Unterschreiten der vorgegebenen Grenzwerte das zugeordnete Absperrorgan etwas mehr schließt bzw. etwas mehr öffnet. Das in der DE-OS 34 41 158 beschriebene System ist jedoch ausschließlich für die Entgasung von Deponiebrunnen, also nicht für eine kombinierte und gleichzeitig erfolgende Entwässerung und Entgasung derselben vorgesehen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Entgasungs- und Entwässerungsanlage für Deponiebrunnen der eingangs als bekannt vorausgesetzten Art Vorkehrungen zu treffen, um die Gefahr von Gasexplosionen im Bereich des Deponiebrunnens prinzipiell auch dann zu vermeiden, wenn gleichzeitig entgast und entwässert wird. Dabei soll der Bauaufwand für die Explosionssicherheit niedrig gehalten und auch die Notwendigkeit besonderer Flammensperren erübrigt werden. Ausgehend von einer Entgasungs- und Entwässerungsanlage der eingangs als bekannt vorausgesetzten Gattung ist die Merkmalsvereinigung zur Lösung dieser Aufgabe im Anspruch 1 gekennzeichnet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei ihr auch bei Betreiben der Entwäs­serung in gasführender Umgebung bzw. zusammen mit der Entgasung die Gefahr von Gasexplosionen im Bereich des Brunnens, hervorgerufen durch den Betrieb der Sicker­wasserförderungseinrichtung oder das Vorhandensein von diesbezüglich notwendigen Anlagenteilen selbst, mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen ist, wobei diese Ex­plosionssicherheit wegen des Fehlens von korrosionsgefährdeten Kabeln und derglei­chen, auch bei aggressiver Brunnenatmosphäre immer erhalten bleibt und diesbezügli­che Wartungs- oder Erneuerungsarbeiten entfallen können. Das Fehlen irgendwelcher funkenerzeugender Teile der Entgasungs- und Entwässerungsanlage im Deponiebrun­nen bei Anordnung des möglicherweise funkengefährdeten Antriebsaggregates für die Entwässerungspumpe außerhalb des Brunnens, entfernt von den gasführenden Teilen bzw. außerhalb von als Ex-Zone definierten Bereichen, läßt ohne Sicherheitsrisiko einen gleichzeitigen Betrieb von Entgasung und Entwässerung zu. Gemäß der bevor­zugten Ausführungsform des Anspruches 2 handelt es sich bei der Entwässerungs­pumpe um eine an sich bekannte Strahlpumpe mit Treibstromleitung und Entwässe­rungsstromleitung ohne bewegte metallische Teile. Abgesehen von der vollständigen Explosionssicherheit zeichnet sich eine derartige Pumpe auch durch besondere Langlebigkeit unter korrossionsgefährdeten Bedingun­gen aus. Dennoch erfordert die Verbindung der Strahlpumpe mit ihrem entfernt von den gasführenden Teilen der Anlage angeordneten Antriebsaggregat nur die Anordnung der Treibstromleitung und der Entwässerungsstromleitung, die auch ohne funkengene­rierende Teile auskommen. Anspruch 3 kennzeichnet die vorteilhafte Anordnung der Strahlpumpe im Fußbereich des Brunnens mittels starrem Leitungsrohr hängend. Die Strahlpumpe läßt sich auf einfache Weise in dem Deponiebrunnen montieren und sie kann bei Bedarf auch ohne die Notwendigkeit eines Wassersumpfes, wie er für Tauchpumpen erforderlich ist, betrieben werden. Somit kann auch ohne die bei Tauchpumpen üblichen notwendigen Wasservorlagen ein Abpumpen sichergestellt und ein zündfunkengenerierender Pumpentrockenlauf vermieden werden. Ansprüche 4 und 5 kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen, wobei insbeson­dere der erwähnte Anlaufspeicher ermöglicht, jederzeit wirksam den Entwässerungs­vorgang zu beginnen. Gemäß Anspruch 6 sind das Entwässerungspumpenantriebsaggregat und die Sicker­wasseraustragsvorrichtung als verfahrbare Einheit ausgeführt. Diese Einheit kann jeweils in sicherem Abstand von gasführenden Teilen der Anlage aufgestellt und nach Wunsch auch verschiedenen Deponie-Brunnen zugeordnet werden. Ansprüche 7 und 8 kennzeichnen eine Steuerungseinrichtung für gleichzeitigen Betrieb von Entwässerungspumpe und Gasabsaugeinrichtung und steuerungstechni­sche Verknüpfung, mittels deren ein für mehrere Brunnen gemeinsam angeordnetes stationäres Entwässerungspumpenantriebsaggregat selektiv, in Abhängigkeit von konzentrations-, dichte- bzw. strömungsabhängigen Parametern, an einen oder mehrere Brunnen anschaltbar ist. Anspruch 9 kennzeichnet eine im Bereich des Entwässerungspumpenantriebsaggrega­tes vorgesehene Gaswarneinrichtung. Diese kann wirksam werden, wenn das abge­pumpte Sickerwasser einen zu hohen Gasanteil aufweisen sollte. Die erwähnte Explosionssicherheit im Bereich des Brunnens selbst ist aber aufgrund der im An­spruch 1 gekennzeichneten Merkmalsvereinigung auch unabhängig von einer solchen Gaswarneinrichtung im Bereich des Pumpenantriebsaggregates gegeben. Dabei ist zum Stande der Technik auf die DE-OS 34 41 158 zu verweisen, die bereits einen Sensor und ein regelbares Absperrorgan in einer Gasabsaugleitung vorsieht. Anspruch 10 kennzeichnet eine sich in zentraler Lage befindliche Vorrichtung, die auf­grund einer Volumenstromdifferenzmessung von Förderstrom und Treibstrom die Not­wendigkeit einer Sickerwasserförderung, bzw. in Abhängigkeit von der Lage der Saugdüse, die Wasserspiegelhöhe im Einzugsbereich des Brunnens angibt. Solange der Massenstrom in der Entwässerungsstromleitung größer dem Massenstrom in der Treibstromleitung ist, ergibt sich eine Notwendigkeit zur Förderung des Deponie­wassers. Für den Fall eines gleichgroßen Massenstromdurchsatzes von Entwässe­rungsstrom und Treibstrom (= Leerlauf der Pumpenanlage) ist ein Bertrieb der Pumpenanlage nicht notwendigerweise gegeben. Anspruch 11 kennzeichnet eine sich in zentraler Lage befindliche Vorrichtung, die auf­grund einer Volumenstromdifferenz- bzw. Druckdifferenzmessung zwischen Förder­wasserstrom und Treibwasserstrom, eine Überwachung von Wasserverlusten entlang der Wasserförderleitungen ermöglicht. Für den Fall eines ermittelten Massendurch­satzes des Entwässerungsstromes ist eine entwässerungsstromseitige Leckage vorhanden. Für den Fall eines ermittelten Massendurchsatzes des Treibstroms größer Null bei gleichzeitigem entwässerungsseitigen Nulldurchsatzes ist eine treibstromseiti­ge Leckage vorhanden. Anspruch 12 kennzeichnet eine sich in zentraler Lage befindliche Vorrichtung, die mittels eines variablen Druckes des Treibwasserstromes eine variable Förderleistung von Deponiewasser ermöglicht. Diese druckabhängige Fördermengenregelung wird durch handelsübliche Überströmregler oder durch druckzahlabhängigen Betrieb der Treibstrompumpe bewerkstelligt. Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand von Zeichnungen: Fig. 1 zeigt schematisch eine Entgasungs- und Entwässerungsanlage für Deponie­brunnen mit einem entfernt von dem Deponiebrunnen angeordneten Entwäs­serungspumpenantriebsaggregat Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Deponiebrunnen mit dem schematisch ange­deuteten Brunnenkopf und dem Anordnungsbereich der Entwässerungspumpe Fig. 3 zeigt den Brunnenkopf schematisch in Seitenansicht Fig. 4 zeigt den Brunnenkopf schematisch in Draufsicht Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der an einer Treibstromleitung und Entwässerungs­leitung in dem Brunnen hängenden Entwässerungsstrahlpumpe Fig. 6 zeigt schematisch das Innere einer Entwässerungsstrahlpumpe Fig. 7 zeigt schematisch ein vereinfachtes Verfahrensfließbild für den Entgasungs- und Entwässerungsbetrieb mehrerer Deponiebrunnen mittels einer einzigen und zentral angeordneten stationären Einheit aus Entwässerungspumpen­antriebsaggregat und Sickerwasseraustragvorrichtung.Erläuterungen zu Fig. 1 Hier sieht man schematisch die Bohrung 1 eines Deponiebrunnens mit einer Deponie­abdeckung 19, einem Brunnenfilterrohr 2, einer Brunnenabdichtung 4, einer in dem Brunnen angeordneten Entwässerungspumpe, die als Strahlpumpe 5, ausgeführt ist und dazu dient, in den Deponiebrunnen anfallendes Deponiesickerwasser oder auch Kondenswasser nach oben aus dem Deponiebrunnen herauszuführen. Das geschieht mittels einer Entwässerungsstromleitung 7, durch einen Brunnenkopf 8 mit Brunnen­kopfdeckel 10 hindurch zu einer entfernt von dem Deponiebrunnen 1 angeordneten verfahrbaren Einheit 13 mit einem Speicherbehälter 11 und einer Sickerwasseraus­tragleitung 15. Man sieht hier schematisch auch den Wasserspiegel 16 und eine Treibstromleitung 6 zum Antrieb für die Strahlpumpe 5 sowie die Treibstrompumpe 14. Vor dem Spei­cherbehälter 11 sind ein Filter 12 für das auszutragende Deponiewasser und eine Warneinrichtung 17 angeordnet. Der ebenfalls hier dargestellte Stutzen 20 stellt schematisch die Vorrichtung zur Entnahme des Deponiegases dar, der mittels Absperreinheit 21 geschlossen werden kann. Oberhalb des gasdicht auf den Brunnenkopf 8 aufgesetzten Brunnenkopfdeckels 10 sind gasdichte Absperreinheiten 22 und 23 für die Treibstromleitung 6 und die Ent­wässerungsleitung 7 der Strahlpumpe 5 vorgesehen. Die als Entwässerungspumpe für den Deponiebrunnen dienende Strahlpumpe 5 erhält ihre Antriebsenergie mittels einer an der Einheit 13 vorgesehenen Treibstrompumpe 14 mit regulierbarer Förderleistung, wobei in dem Speicherbehälter 11 immer ein bestimmtes Anlaufvolumen bevorratet bleibt. Von dem Speicherbehälter 11 gelangt das Wasser durch die Treibstromleitung 6 zur Strahlpumpe 5, von welcher der Strom mit dem angesaugten Deponiesickerwasserstrom zum Speicherbehälter 11 zurück­fließt. Der Speicherbehälter kann als Mehrkammerbecken zur Abtrennung von Feststoffen aus dem Deponiesickerwasser ausgeführt sein, so daß das über 15 zu entsorgende Sickerwasser vorgereinigt werden kann. Die Anlage ist zur Förderung des Deponiesickerwassers und ggf. Kondenswassers bei möglicher ununterbrochener Gasentnahme aus dem Deponiebrunnen ausgelegt. Die in dem gasdicht verschlossenen Deponiebrunnen bzw. Deponieschacht installierte Strahlpumpe 5 und ihre als Antriebsenergieübertragungseinrichtung dienende Treib­stromleitung 6 sind frei von funkengenerierenden Teilen, so daß das in dem Brunnen anfallende Gas nicht durch Funken zu Explosionen führen kann. Somit können wei­tergehende Explosionsschutzmaßnahmen, wie z. B. zusätzliche konstruktive Schutz­maßnahmen (druckstoßfeste Ausführung der gasführenden Rohrteile, Flammensperren bzw. Explosionssicherungen), außer Betracht gelassen werden. Die zum Antrieb der Strahlpumpe 5 notwendige Treibstrompumpe 14 mit ihrem mögli­cherweise funkenerzeugenden Antriebsmotor befindet sich in der in sicherer Entfer­nung getrennt angeordneten verfahrbaren Einheit 13. Dazu ist zu bemerken, daß aufgrund der beschriebenen Anordnung in dem Brunnen nicht nur auf jegliche Elek­troinstallation verzichtet werden kann, sondern daß in dem Deponiebrunnen auch keinerlei bewegte metallische Teile vorhanden sind, die durch Beschädigung, Ver­schleiß oder mechanischen Kontakt zu einer explosions- oder brandverursachenden Funkenentwicklung führen könnte. Die beschriebene Anlage läßt sich in vielfältiger Weise entsprechend den jeweiligen lokalen Bedürfnissen ausgestalten.Erläuterungen zu Fig. 2 Sie zeigt schematisch den Aufbau des Deponiebrunnens 1 mit dem oberhalb der Deponieabdeckung 19 angeordneten Brunnenkopf 8 mit Gasentnahmestutzen 20. Die Position der Stahlpumpe 5 oberhalb der Brunnensohle 25 ist durch den gestrichel­ten Kreis "X" angedeutet (s. hierzu Fig. 5). In diesem Bereich befindet sich ein geschlitztes Brunnenrohr 26, welches von einer Schotterschicht 27 umgeben ist. Durch diese Schotterschicht 27 und das Schlitzrohr 26 kann sowohl das in dem umgebenden Müll anfallende Sickerwasser wie auch Deponiegas in die ungeschlitzten Brunnenrohre des Deponiebrunnens gelangen, so daß das Gas durch den Gasentnah­mestutzen 20 abgeführt und das Sickerwasser ggf. zusammen mit anfallendem Kondenswasser durch die Strahlpumpe 5 heraus»g05507DEC104228363 DE931207 gepumpt werden kann.Erläuterungen zu Fig. 3 Sie zeigt in vergrößertem Maßstab den Brunnenkopf 8 und den Brunnenkopfdeckel 10 mit dem zur Seite herausgeführten Gasentnahmestutzen 20 und den auf dem Brun­nenkopfdeckel 10 angeordneten Anschlußstutzen 28 und 29 für die Treibstromleitung 6 und die Entwässerungsstromleitung 7 der Strahlpumpe 5.Erläuterungen zu Fig. 4 Sie zeigt die Ansicht A entsprechend der Fig. 3.Erläuterungen zu Fig. 5 Sie zeigt ebenfalls die als Entwässerungspumpe dienende Strahlpumpe 5 mit ihrer Treibstromleitung 6 und ihrer Entwässerungsstromleitung 7 sowie ihrer Flüssigkeits­strahlpumpe 5 mit Ansaugventil 30.Erläuterungen zu Fig. 6 Sie zeigt schematisch eine Innenansicht einer bei der vorliegenden Erfindung anwend­baren Strahlpumpe 5 mit einem Anschlußstutzen 31 für eine Treibstromleitung, einem Anschlußstutzen 32 für die Entwässerungsstromleitung und einem Anschlußstutzen 33 für das Ansaugventil 30 für das Deponiewasser. Die Strahlpumpe arbeitet ohne jegliche bewegte Teile. Derartige Strahlpumpen sind als solche in verschiedenen Ausgestaltungen handelsüblich erhältlich.Erläuterungen zu Fig. 7 Sie zeigt ein vereinfachtes Verfahrensschema für eine zentrale stationäre Sickerwas­serhebeanlage gemäß vorgenannten Ansprüchen, die ein zyklisches oder auch frei wählbares Abpumpen mehrerer Brunnen, die je für sich mit einer eigenen Strahlpumpe der beschriebenen Art ausgestattet sind (entspr. Fig. 6), mit einer einzigen Treib­strompumpe 47 (entspr. der Treibstrompumpe 14 aus Fig. 1), die nach Wunsch zyklisch oder selektiv mittels manueller oder automatischer Ansteuerung an die verschiedenen Deponiebrunnen anschaltbar ist. Auch hier wird in gleicher Weise, wie zuvor beschrieben, eine Anordnung der mögli­cherweise funkengenerierenden Treibstrompumpe in sicherer Entfernung getrennt von den einzelnen Deponiebrunnen vorgesehen. Hier ist die Treibstrompumpe 47 zweck­mäßigerweise in einem stationären Bauwerk untergebracht. Der Gasentnahmestutzen 20 des Gasbrunnens ist in einer hier nicht näher zu be­schreibenden Weise an eine Einrichtung zur Abführung des in dem Deponiebrunnen anfallenden Deponiegases angeschlossen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Gasabsaug- und Verdichterstation handeln, die das anfallende Deponiegas einer wirtschaftlichen Verwertung oder einer Abfackelungsanlage zuführt.Bezugszeichenliste÷1÷Bohrung÷2÷Brunnenfilterrohre÷3÷Filterschüttung÷4÷Brunnendichtung÷5÷Flüssigkeitsstrahlpumpe÷6÷Treibstromleitung÷ 7÷Entwässerungsstromleitung÷8÷Brunnenkopf÷9÷Entgasungsabgang10÷Brunnenkopfdeckel11÷Speicherbehälter/-becken12÷Filter13÷verfahrbare Einheit14÷Treibstrompumpe15÷Sickerwasseraustrageleitung16÷Wasserpegel17÷Warneinrichtung18÷Müll19÷Deponieabdeckung20÷Gasentnahmestutzen21÷Abs perreinheit für Gasentnahmeleitung22÷Absperreinheit für Treibstromleitung23÷Absperreinheit für Entwässerungsstromleitung24÷Brunnensumpf25÷Brunnensohle26÷Brunnenfilterrohr geschlitzt27÷Schotterschicht28÷Anschlußstutzen für Treibstromleitung29÷Anschlußstutzen für Entwässerungsstromleitung30÷Ansaugventil31÷Anschlußstutzen für Treibstromleitung32÷Anschlußstutzen für Entwässerungsstromleitung33÷Anschlußstutzen für Deponiewasser-Ansaugventil41÷Deponiebrunnen42÷Deponiebrunnen43÷Deponiebrunnen44÷Deponiebrunnen45÷Schmutzfilter46÷Sickerwasser-Pufferbehälter 47÷Treibstrompumpe48÷Automatische Absperreinheiten49÷Automatische Absperreinheiten50÷Automatische Absperreinheiten51÷Automatische Absperreinheiten52÷Sickerwassersammelbehälter53÷Mengenmessung54÷Mengenmessung mit Differenzauswertung55÷Druckmessung56÷Druckmessung mit Differenzauswertung57÷Gaswarneinrichtung58÷Flammenrückschlagsicherung59÷Gasabsaugleitung zur Gasabsaugstation60÷Gasabsaugleitung zur Gasabsaugstation61÷Gasabsaugleitung zur Gasabsaugstation62÷Gasabsaugleitung zur Gasabsaugstation