Schweizerischer Brunnenmeisterverband Weiterbildungskurse 2010

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1 Schweizerischer Brunnenmeisterverband Weiterbildungskurse 2010 Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach dem System Vyredox Philipp Mengis dipl. Ing. ETH Gebr. Mengis AG, Luzern Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 1

2 AGENDA Kurze Vorstellung Referent + Firma Das Verfahren Vyredox im Überblick Das Verfahren Vyredox: technischer Verfahrensbeschrieb chemische Vorgänge im Aquifer mikrobiologische Vorgänge im Aquifer Auslegung einer Vyredox-Anlage Dimensionierung Problematik: Verstopfung des Untergrunds Referenzliste von Anlagen in der Schweiz Foto Galerie Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 2

3 Kurze Vorstellung: Gebr. Mengis AG, Angebotspallete Grundwasserfassungen Für gut funktionierende Filterbrunnen benötigt man Spezialisten. Dank unseren ausgebildeten Brunnenbauern mit grossem Erfahrungsschatz erstellen wir Filterbrunnen, die auch über Jahre und Jahrzehnte perfekt funktionieren und gleich bleibend viel Wasser liefern. Der Bau einer Grundwasserfassung ist eine Investition in die Zukunft, bei welcher keine Kompromisse gemacht werden sollten. Seit 1937 erstellen wir Filterbrunnen in der ganzen Schweiz. Ein Grossteil der öffentlichen Trinkwasserfassungen in der Deutschschweiz, im Wallis und auch im Tessin wurde durch unsere Firma erstellt. Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 3

4 Kurze Vorstellung: Gebr. Mengis AG, Angebotspallete Grundwasserhaltung Grundwasserabsenkungen müssen auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Wir bieten Ihnen unser Wissen und unsere Erfahrung von zahlreichen Grundwasserabsenkungen in der ganzen Schweiz, insbesondere auch in den hydrogeologisch heiklen Bedingungen der Stadt Luzern. Dank unserem Know-how können wir zusammen mit unseren Kunden für jedes Objekt eine optimale und kostengünstige Lösung erarbeiten. Für die effiziente und zuverlässige Ausführung steht eine breite Palette von unterschiedlichen Bohrgeräten, leistungsstarken Pumpen und sämtlichem nötigen Zubehör zur Verfügung. Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 4

5 Kurze Vorstellung: Gebr. Mengis AG, Angebotspallete Geotechnische Untersuchungen Sondierbohrungen werden unter anderem ausgeführt für: geotechnische Untersuchungen Wasserprospektion Rohstoffprospektion Altlastuntersuchungen Wir verfügen über einen modernen und breiten Bohrgerätepark. Dank der Vielseitigkeit unserer Maschinen können Bohrungen in verschiedensten Bedingungen mit dem jeweils optimalen Gerät vorgenommen werden. Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 5

6 Kurze Vorstellung: Gebr. Mengis AG, Angebotspallete GW-Wärmepumpen mit Filterbrunnen Grundwasser Wärmepumpen Abhängig vom Standort lässt sich Grundwasser über Kleinfilterbrunnen entnehmen und direkt dem Wärmepumpenverdampfer zuleiten. Das Wasser muss wieder in den Untergrund eingeleitet werden, so dass neben Entnahmebrunnen (rot gezeichnet) auch Schluckbrunnen (blau) einzurichten sind. Grundwasserwärmepumpen können relativ hohe Wärmequellentemperaturen nutzen und vermeiden Wärmetauschverluste im Untergrund. Das wirkt sich günstig auf die Jahresarbeitszahlen aus. Bei grösseren Anlagen sind diese Systeme daher Erdwärmesonden wirtschaftlich überlegen. Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 6

7 Kurze Vorstellung: Gebr. Mengis AG, Angebotspallete Erdwärmesonden Erdwärmesonden Mit Erdwärmesonden erschliessen wir Erdwärme für den Betrieb einer Sole/Wasser Wärmepumpe - und leisten damit einen wesentlichen Beitrag, unsere Umwelt von CO2 und NOx zu entlasten. Im Lockermaterial können Erdwärmesonden in Tiefen bis 110 m, im Fels bis 250 m gebohrt werden. In die fertig erstellte Bohrung werden zwei U-förmige HDPE-Kunststoffrohre eingebracht. Diese werden anschliessend mit einer speziellen quellfähigen dauerhaften Mörtelmischung aus Zement-Bentonit hinterfüllt und abgedichtet. Zur Qualitätssicherung werden die Sonden abschliessend auf Durchfluss und Dichtigkeit geprüft. Die HDPE Kunststoffrohre dienen nun als Wärmetauscher über die Wärme dem Untergrund entnommen wird. Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 7

8 Wozu brauchen wir Vyredox? Vermeiden von Problemen mit eisenhaltigem Wasser Folgen von Eisen- und Mangan im Grundwasser: Ablagerungen in der Infrastruktur Prozesstechnische Probleme beim Kunden: technischen Maschinen + Geräten Geschmackliche und ästhetische Beeinträchtigung (toxikologisch unbedenklich) Grenzwerte: Fe: 0.5 mg/l, Mn: 0.02 mg/l Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 8

9 Wozu brauchen wir Vyredox? Vermeiden von Problemen mit eisenhaltigem Wasser beim Kunden Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 9

10 Was macht Vyredox? Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser Entfernt im Grundwasser gelöstes Eisen und Mangan Reichert gleichzeitig das Grundwasser mit Sauerstoff an Verhindert Ablagerungen an: der Grundwasserfassung (Filterbrunnen) Unterwasser-Pumpen Leitungsinfrastruktur Reservoir Patentiertes, in Skandinavien entwickeltes Verfahren Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 10

11 Wie funktioniert Vyredox? In-Situ Aufbereitung im natürlichen Untergrund Entfernung der im Wasser gelösten Metalle durch Sauerstoffanreicherung (Oxidation und Fällung) Erfolgt im natürlichen Untergrund Rein natürliches Verfahren ohne Zusatz von Chemie Vollständig automatisiert Einfach und kostengünstig im Unterhalt Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 11

12 Wie funktioniert Vyredox? In-Situ Aufbereitung im natürlichen Untergrund Das System ist der Natur abgeschaut Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 12

13 Wie funktioniert Vyredox? In-Situ Aufbereitung im natürlichen Untergrund Künstliche Oxidationszone: Zentrisch um Entnahmebrunnen angeordnete Oxidationszone Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 13

14 Wie funktioniert Vyredox? In-Situ Aufbereitung im natürlichen Untergrund Produktions-Filterbrunnen Pumphaus Oxigenator (O - Anreicherung) 2 Entlüftungstank Satellitenbrunnen (Entnahme) Netz Satellitenbrunnen (Rückgabe) O-gesättigt 2 Eisen und Mangan haltiges Wasser Pumpe Eisen und Mangan haltiges Wasser Fe M fr i + n e S1 FB1 S2 Oxidationszone (Zone mit ausgefälltem Eisen und Mangan) Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 14

15 Wie funktioniert Vyredox? In-Situ Aufbereitung im natürlichen Untergrund Adsorptionsphase, Oxidationsphase, Dauer: z.b. 414 Tage Tage Oxigenator Entgasungsbecken Trinkwasser-Netz Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 15

16 Das Verfahren Vyredox: Chemische Vorgänge im Aquifer 1/2 Förderphase Oxidationsphase WASSERPHASE Strömungsrichtung O -armes reduziertes Grundwasser 2 WASSERPHASE Strömungsrichtung O -reiches Einleitungswasser 2 2+ Mn -Ionen adsorbiert an Bodenkorn bzw. an Eisenhydroxiden Bodenkorn Bodenkorn Sauerstoff O 2 2+ Fe(II) (Fe -Ionen) gelöst in Wasserphase 2+ Fe -Ionen adsorbiert an Bodenkorn bzw. an Eisenhydroxiden 2+ Mn(II) (Mn -Ionen) gelöst in Wasserphase Mn(II) oxidiert zu Mn(III) z.b. zu MnO 2 Fe(II) oxidiert zu Fe(III) z.b. zu Fe(OH) an Bodenkorn 2 bzw. Eisenhydroxid Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 16

17 Das Verfahren Vyredox: Chemische Vorgänge im Aquifer 2/2 Eisen Oxidation und Entfernung basiert auf der Umwandlung von löslichen Eisens (Fe2+) in unlösliches Eisen (Fe3+): Oxidation durch Einleitung von Sauerstoff angereichertem Wasser: gelöstes Fe(II) oxidiert zu schwer löslichem Fe(III) Adsorption in der Grundwasser Förderphase: Anlagerung des gelösten an den Bodenkornoberflächen und am Eisenhydroxidhydrat 4Fe 2+ + O 2 + 2H 2 O 4Fe OH Fe OH - + 8H 2 O 4Fe(OH) H Fe 2+ + O H 2 O 4Fe(OH) H Gleichung 1.1 zeigt, dass etwa 0.14 mg Sauerstoff benötigt wird für die Oxidation von 1mg Eisen(II). Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 17

18 Das Verfahren Vyredox: Mikrobiologische Vorgänge im Aquifer 1/2 Leptothrix ochracea Gallionella ferruginea Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 18

19 Das Verfahren Vyredox: Mikrobiologische Vorgänge im Aquifer 2/2 Spezialisierte Mikroorganismen wirken bei der Oxidation mit Können die Oxidationsrate um fünf Grössenordungen steigern Bakterien leben als Biofilm, angeheftet an Bodenmatrix In Wasserphasen nicht nachweisbar Regelmässige Sauerstoffzufuhr nötig Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 19

20 Das Verfahren Vyredox: Dimensionierung Richtige Dimensionierung der Vyredoxanlage ist entscheidend: Korrekte Funktion (Eisen- und Manganfreiheit des geförderten Wassers) Lebensdauer / Nachhaltigkeit (Verstopfung des Untergrundes) Wichtige Parameter für Dimensionierung: Anzahl, Anordnung und Ausgestaltung der Satellitenbrunnen Anreicherungsregime Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 20

21 Auslegung einer Vyredox-Anlage Dimensionierung Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 21

22 Auslegung einer Vyredox-Anlage Dimensionierung Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 22

23 Das Verfahren Vyredox im Überblick: Vorteile und Zusammenfassung Vyredox ist ein effizientes + in der Praxis erprobtes Verfahren zur Entfernung von Eisen und Mangan aus dem Grundwasser Vyredox funktioniert zu 100% auf natürlicher Basis Umweltfreundlich: Keine Verwendung von Chemie, keine Abfälle, keine Gefahr im Betrieb Wartungsfrei und kostengünstig im Betrieb Sicher und nachhaltig: Keine Ablagerung oder Verstopfungsgefahr im Brunnen, Leitungsinfrastruktur Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 23

24 Foto Gallery Bohrungen für Satellitenbrunnen Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 24

25 Foto Gallery Bohrungen für Satellitenbrunnen Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 25

26 Foto Gallery Entnahmebrunnen und Oxigenatoren Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 26

27 Foto Gallery Oxigenatoren Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 27

28 Foto Gallery Oxigenatoren Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 28

29 Foto Gallery Oxigenator und Entgasungstank Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 29

30 Foto Gallery Entgasungstank Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 30

31 Foto Gallery Oxidationsleitung Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 31

32 Foto Gallery Oxidationsleitung Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 32

33 Foto Gallery Satellitenbrunnen Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 33

34 Foto Gallery Steuerung Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 34

35 Vyredox Schlusswort und weitere Informationen: Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit und Ihr Interesse an Vyredox. Weitere Informationen: Gebr. Mengis AG, Philipp Mengis T: En Guete! Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 35

36 Grenzwerte Trinkwasser: Trinkwassernormen im Vergleich Mikrobiologische Parameter WHO Guidelines for Drinking-water Quality 2006 EU Trinkwasserrichtlinie 98/83/EG 1998 Escheria coli 0 0 Deutschland Trinkwasserverordnung 2001 Enterokokken 0 0 Coliforme Bakterien 0 als Indikatorparameter, aber Abweichungen erlaubt, keine Ausnahmegenehmigung 0 Chemische Parameter [mg/l] [mg/l] [mg/l] Acrylamid 0,0005 0,0001 0,0001 Benzol 0,01 0,001 0,0001 Bor 0,5 1 1 Bromat 0,01 0,01 (Übergangswert bis : 0,025) 0,01 (Übergangswert bis : 0,025) Chrom 0,05 0,05 0,05 Cyanid 0,07 0,05 0,05 Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 36

37 Grenzwerte Trinkwasser: Trinkwassernormen im Vergleich 1,2 Dichlorethan 0,003 0,003 Fluorid 1,5 1,5 1,5 Nitrat Pflanzenschutzmittel und Biozidprodukte (Einzelwert) Pflanzenschutzmittel und Biozidprodukte insgesamt 0,0001 0,0001 0,0005 0,0005 Quecksilber 0,006 0,001 0,001 Selen 0,01 0,01 0,01 Tetra- und Trichlorethen 0,04 und 0,02 0,01 als Summe 0,01 als Summe Antimon 0,02 0,005 0,005 Arsen 0,01 0,01 0,01 Benzo-(a)-pyren 0,0007 0, ,00001 Blei 0,01 0,01 (Übergangswert bis : 0,025) 0,01 (Übergangswert bis : 0,025) Cadmium 0,003 0,005 0,005 Epichlorhydrin 0,0004 0,0001 0,0001 Kupfer (Verschärfung: Prüfung der öffentlichen Gebäude bei ph < 7,4) Nickel 0,07 0,02 0,02 Nitrit 0,2 0,5 0,5 Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 37

38 Grenzwerte Trinkwasser: Trinkwassernormen im Vergleich PAK 0,0001 0,0001 Trihalogenmethane 0,10 (Übergangswert bis : 0,15) 0,05 Verteilungsnetz 0,01 Ausgang Wasserwerk Vinylchlorid 0,0003 0,0005 0,0005 Indikatorparameter [soweit nicht anders angegeben in mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] Aluminium 0,2 bzw. 0,1 0,2 0,2 Ammonium 0,5 0,5 Chlorid Clostridium perfringens [Anzahl in 100 ml inkl. Sporen] 0 0 Eisen 0,2 0,2 Färbung [M -1 ] Geruch Geschmack Annehmbar, ohne auffallende Färbung Annehmbar, ohne auffallende Veränderung Annehmbar, ohne auffallende Veränderung 0,5 2 (bei 12 o C) 3 (bei 25 o C) Annehmbar, ohne auffallende Veränderung Koloniezahl bei 22 o C Ohne anormale Veränderung Ohne anormale Veränderung 100/ml am Zapfhahn, 20/ml ab Wasserwerk Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 38

39 Grenzwerte Trinkwasser: Trinkwassernormen im Vergleich Koloniezahl bei 36 o C Ohne anormale Veränderung Ohne anormale Veränderung 100/ml Elektrische Leitfähigkeit [μs cm -1 bei 20 o C] Mangan 0,05 0,05 Natrium TOC Ohne auffallende Veränderung Ohne auffallende Veränderung Oxidierbarkeit [mg/l O 2 ] 5 5 Sulfat Trübung [NTU] Annehmbar, ohne auffallende Veränderung 1,0 Wasserstoffionenkonzentration > 6,5 n. < 9,5 kein Grenzwert, Schwankungen erlaubt, ohne Ausnahmegenehmigung, Wasser sollte nicht korrosiv wirken > 6,5 n. < 9,5 Werksausgang 5 mg/l Calcitlösekapazität, Mischung Verteilungsnetz 10 mg/l Calcitlösekapazität Tritium 100 Bq/l 100 Bq/l Gesamtrichtdosis 0,1 msv/a 0,1 msv/a Schweizerischer Brunnenmeister-Verband: Weiterbildungskurse Aufbereitung von eisen- und manganhaltigem Grundwasser nach System Vyredox 39