Hydraulische Optimierung des Reaktionsraumes um einen Infiltrationsbrunnen zur unterirdischen Enteisenung

Zusammenfassung

Bei der unterirdischen Enteisenung (UE) wird sauerstoffhaltiges Wasser (Infiltrat) in den Untergrund geleitet, um einen Reaktionsraum zu erzeugen, in dem das gelöste Eisen adsorbiert, oxidiert und zurückgehalten wird. In Teil 1 wurde für einen Versuchsbrunnen mit vertikal stark differenzierter Eisenkonzentration im Grundwasserzufluss eine Verdopplung der Verfahrensergiebigkeit durch die Inaktivierung eines Filterabschnitts (Infiltrationssteuerung) im Vergleich zur konventionellen Infiltration simuliert. In Teil 2 wurde die Vorzugsvariante konzeptionell in einem halbtechnischen UE-Feldversuch realisiert. Zur Infiltrationssteuerung wurde ein Packer eingesetzt, der zur Förderung evakuiert im Filterrohr verblieb. Zunächst wurde der Eisendurchbruch im Förderwasser in Zyklen mit konventioneller Infiltration aufgezeichnet. Durch den darauffolgenden Einsatz des Packers wurden der Eisenrückhalt um 25 % und der Ergiebigkeitskoeffizient bezogen auf einen Eisenvergleichswert von 5 mg/l um 50 % erhöht. Aufgrund des unzureichenden Puffervermögens des Grundwassers (pH-Wert-Absenkung bis 4,2 im zurückgeförderten Infiltrat (Reinfiltrat)), ist der Versuchsstandort ohne eine Aufhärtung des Infiltrats nicht geeignet für die UE. Dieser Umstand wurde in den Simulationen nicht berücksichtigt, und die Eisenkonzentrationen im Förderwasser lagen deutlich über den in der Praxis üblichen Grenzwerten. Der Nutzen einer Infiltrationssteuerung konnte dennoch aufgezeigt werden.

Abstract

In subsurface iron removal (SIR), oxygen-enriched water is injected into an aquifer to create a reaction zone. Ahrns et al. (2017) simulated a doubling of the efficiency coefficient by the inactivation of well screen sections during injection for a vertical SIR pilot well penetrating an aquifer with varying dissolved iron concentrations. The optimized injection regime was adopted conceptually in a pilot SIR test. An inflatable packer was used to manipulate the outflow distribution. The packer was inflated before the injection phase then evacuated with a vacuum pump before pumping while remaining inside the casing. Cycles with conventional injection were performed first and iron breakthrough was monitored in the pumped water. Subsequently when the packer was used, iron removal increased by 25% and the efficiency coefficient by 50% for an adopted reference value of 5.0 mg/l. Although the study site was unfavorable for SIR because of the unfavorable low alkalinity (pH in the re- and infiltrate decreased down to 4.2), the injectant could have been pretreated by the addition of alkalis prior to injection. This was not considered in the simulation and iron concentrations were above the limits commonly used in practice. However, the overall use of an optimized injection will still be presented.