Beratung für Brunnenregenerierungen und Brunnensanierung

Als Fördermaschinen betrachtet sind Brunnen, Drainagen, Quellfassungen und Grundwassermessstellen Bauwerke, die in regelmäßigen Abständen auf ihre Funktionalität und ihren spezifischen Zustand hin überprüft werden sollten. Aufgrund der langen Betriebszeiten von 40 bis 50 Jahren ist ein kontinuierliches Brunnenmonitoring mit regelmäßigen Wartungs- und Regenerierintervallen erforderlich. Da die Wasserfassungen in den langen Betriebsjahren unaufhaltsam „altern", also Verschleißen und dadurch ihre Förderleistung abnimmt ist der wirtschaftliche Betrieb dieser Anlagen ab einen gewissen Punkt gefährdet und bei zu weit fortgeschrittener Alterung ist der Brunnen irreversibel geschädigt und kann nicht mehr gerettet werden. Die Brunnenalterung kann sich z.B. in geringeren förderbaren Wassermengen, tieferen Betriebswasserspiegeln oder einer Veränderung des Rohwasserchemismus zeigen. Zum Schutz und Werterhalt des Investitionsgutes Brunnen muss deshalb frühzeitig gehandelt werden um bei negativer Entwicklung der Fördermenge und Qualität des Wassers die Leistungsabnahme zu beheben. Nach 10% Leistungsverlust sollte ein Brunnen dringend regeneriert werden, weil zu diesem Zeitpunkt schon ein erheblicher Teil der nutzbaren Porenräume im Filterkies verstopft ist. Zu stak inkrustierte Ablagerungen wie z.B. Eisen- & Manganoxid vererzen und sind dann ggf. nicht mehr zu beseitigen, dies gilt auch für Verkalkungen und Versinterungen. Kolmationsbedingte Verstopfungen der Filterkiese durch Versandung sind ebenfalls rechtzeitig zu beseitigen. 

Zur Werterhaltung und Sicherstellung eines langfristigen sowie dauerhaften Betriebes ihrer Wasserfassungsanlagen beraten und unterstützen wir Sie bei Fragestellungen wie z.B.:

  •  Wie kann die Alterung von Brunnen und Grundwassermessstellen minimiert werden?
  • Wie kann die Förderfähigkeit wieder herstellt werden?
  • Wie kann die Wasserfassungsanlage wirtschaftlich betrieben werden?
  • Wie muss die Betriebsdatenerfassung (Brunnenmonitoring) erfolgen?

Wir bieten Ihnen die Bestandsaufnahme Ihrer Brunnen und Grundwassermessstellen an. Nach Betrachtung, Auswertung und Interpretation der Historie erarbeiten wir Konzepte zu notwendigen Regenerierungsmaßnahmen des Bauwerks.
Anhand der jeweiligen Ursache der Alterung des Brunnenbauwerkes (Kolmation, Verockerung, etc.) wird die fallspezifisch optimale Regenerierungsvariante erarbeitet.
Wichtig ist zunächst das Lösen der Ablagerungen von Filterkiesschüttung / Rohrtour, und im optimalen Fall der gleichzeitige Austrag des gelösten Materials.
In Frage kommen verschiede Möglichkeiten der Regenerierung. Grundsätzlich sind 2 Regenerierverfahren zu nennen, die hydromechanische und chemische Regenerierung. Diese Verfahren können auch kombiniert eingesetzt werden. Nach dem Minimierungsgebot des entsprechenden DVGW-Regelwerkes sollte vor jeder chemischen Regenerierung zuerst eine (hydro-)mechanische Regenerierung erfolgen, um den Eintrag an chemischen Stoffen ins Grundwasser zu minimieren.

Grundsätzlich kommen folgende Maßnahmen in Betracht:

  • mechanisches Lösen und Austragen der Kolmation über Manschettenkolben mit Pumpen, Hochdruckreinigungsverfahren, Impulsverfahren, bewegte Kammer, usw.
  • chemische Verfahren: Lösen der Kolmation über das Einbringen von säurehaltigen Lösungen oder pH-neutralen Stoffen zur Lösung der entsprechenden Ablagerungen.

 Da jeder Brunnen individuell zu betrachten ist, gibt es kein Patentrezept zur Brunnenregenerierung.
Das Erstellen der Ausschreibungsunterlagen sowie der Unterlagen für das wasserrechtliche Genehmigungsverfahren, die vor Ort Betreuung der ausführenden Firma und die Auswertung und damit Bewertung des Erfolgs nach der Regeneriermaßnahmen bieten wir Ihnen gerne als unabhängige und sachkundige Partner an.

Serviceplanung

Planung von Servicemaßnahmen an Wasserfassungsanlagen.

Die Instandhaltung von Brunnen ist eine unserer Kernkompetenzen.

Dafür ist eine kontinuierliche Überwachung der relevanten Betriebsparameter der Wasserfassungsanlage erforderlich. Anahnd der gewonnenen Daten und der Analyse der Veränderungen der Betriebsparameter wird die Veränderung der Ergibigkeit der Brunnenanlage ermittelt. Nach erreicher des 10% Leistungsverlust Kriteriums werden von uns Wartungs- und ggf. erforderliche Regenerierungs- & Sanierungsmaßnahmen für den Kunden gpant.

So kann eine kontinierliche Betriebsweise und dauerhafte Wasserförderung gewährleistet werden.

Betriebsüberwachung durch Brunnenmonitoring

Brunnen unterliegen mit zunehmendem Betriebsalter Leistungsminderungen.

Eine Leistungsminderung sollte frühzeitig erkannt werden, wenn die Ablagerungen im Porenraum oder den Filterschlitzen und den Leitungen noch leicht entfernt werden können. Durch regelmäßige Kontrollen der Ruhe- und Betriebswasserspiegel kann eine sukzessive Verschlechterung der hydraulischen Anbindung an den Grundwasserleiter erkannt werden.

Zweck der Betriebsüberwachung

Die Überwachung soll es ermöglichen, frühzeitig Veränderungen bei den Brunnen und den Förderpumpen zu erkennen um zeitnah auf solche Veränderungen reagieren zu können. Nach einem Leistungsverlust von 10 % sollten Brunnen regeneriert werden um Vererzungen der Verockerungen zu vermeiden. Bei rechtzeitig durchgeführten Reinigungs- und Regenerierarbeiten an den Brunnen und evtl. Reparaturarbeiten an den Brunnenpumpen, können der zu betreibende Aufwand noch relativ klein und die dafür entstehenden Kosten niedrig gehalten werden. Dafür ist die kontinuierliche Aufzeichnung der Brunnenbetriebsparameter wie Ruhewasserspiegel, Betriebswasserspiegel, Fördermenge pro Stunde, Stromaufnahme der Pumpe, Aufzeichnung der Steuerfrequenz bei Frequenzsteuerung, Motortemperatur, Wasserstand im Peilfilter sowie ggf. naher Grundwassermessstellen erforderlich. Ergänzend wären Leitfähigkeit, Temperatur, Trübung, Sauerstoff und Redox zu erfassen um auch schnell Veränderungen der Wasserqualität registrieren zu können. Auch die Analyse des Rohwassers auf z.B. Eisen- oder Mangangehalt sowie eine biologische Analyse der Reduzierenden Bakterienstämme können wertvolle Hinweise auf Alterungserscheinungen im Brunnen geben.

Für die Überwachung der Brunnen sind der Förderstrom und das Verhalten des Wasserspiegels die wichtigsten Kriterien. Um frühzeitig Aufschlüsse über mögliche Alterungserscheinungen und dadurch entstehende Leistungsminderungen zu erhalten, ist es von besonderer Bedeutung den Grundwasserspiegel im inneren der Brunnenfilter- und Vollrohre sowie am äußeren Rand der Kiesschüttung (im Peilfilter = Widerstandsfilter) zu erfassen. Aus der Differenz der beiden Wasserspiegel können Rückschlüsse über den

Eintrittswiderstand der Brunnen gezogen und Alterungserscheinungen rechtzeitig erkannt werden. Zudem sollten die Wasserspiegel in benachbarten Grundwassermessstellen erfasst werden.

Überwachung der Brunnenpumpen und Wasserzähler:

Die Kontrolle der Stromaufnahme der Brunnenpumpen ermöglicht das rechtzeitige Erkennen von Störungen. Die Brunnenwasserzähler sollten regelmäßig auf einen einwandfreien

Betriebszustand kontrolliert werden. Es sollte besonders darauf geachtet werden, dass sich keine, die Messungen beeinflussenden Inkrustationen gebildet haben.

Messvorrichtungen an Brunnen

Messvorrichtungen an Brunnen dienen der Erfassung von Wasserspiegellagen und der Erfassung der geförderten Wassermengen. Messungen der Wasserstände an Brunnen dienen der Feststellung der Ruhewasserstände und der Absenkung des Wasserspiegels bei der

Entnahme. Für die Messungen stehen heute zahlreiche Geräte zur Verfügung. Das Spektrum reicht von einfachen Kabellichtloten, die von Hand in den Brunnen abgelassen werden, bis zu Datenloggern mit digitaler Aufzeichnung.

Brunnenpfeife

Der Klassiker der Wasserstandsmesser. Eine Pfeife aus Messing wird mit einem Messband verbunden und in den Brunnen eingefahren. Bei Auftreffen der Pfeife auf dem Wasser wird die Luft im Pfeifenkörper komprimiert und aus dem Blasloch herausgedrückt. Dabei ertönt der Pfeifton. Dieses Batterie unabhängige Gerät funktioniert immer und sollte immer dabei sein. Die Genauigkeit liegt bei etwa 2-3 cm.

Kabellichtlot

Bei Kabellichtloten beinhaltet der am Ende des Kabels befindliche Lotkörper eine Tauchelektrode. Wenn die Tauchelektrode den Wasserspiegel erreicht leuchtet eine Signallampe an der Kabeltrommel auf. Manche Ausführungen geben zusätzlich noch einen Signalton ab.

Datenlogger (Drucksonde)

Drucksonden arbeiten nach dem Prinzip der Umwandlung eines hydrostatischen Drucks in Strom. Der elektrische Ausgang der Sonde erlaubt den Anschluss von Anzeige- und Schreibgeräten sowie Reglern und Grenzwertschaltern. Bei Unterschreiten eines festgelegten tiefsten Wasserspiegels erfolgt die Abschaltung der Brunnenpumpe und die Ausgabe eines Alarms. Die Sonden können auch für die Messung zusätzlicher Parameter wie etwa Temperatur, Leitfähigkeit ausgestattet werden.

Wasserstandsschreiber

Der Wasserstandsschreiber ist ein analoger Stiftschreiber welcher die Messwerte auf eine kontinuierlich drehende Papiertrommel aufmalt. Der Wasserstand wird von einem Schwimmer über ein Seil an den Schreiber übertragen.

 

Trockenlaufschutz

Ein Trockenlaufschutz hat die Aufgabe die Brunnenpumpe beim Absinken des Wasserspiegels über ein vorgegebenes Maß abzuschalten, um ein Trockenlaufen und damit Überhitzen des Motors zu verhindern. Bei den beiden Förderbrunnen sind die entsprechenden Sonden vorhanden, jedoch nicht eingebaut.

Empfehlung: um eine kontinuierliche Überwachung der Brunnen- und Pumpenanlagen zu gewährleisten, sollte ein Mitarbeiter sowie ein Stellvertreter für diese Aufgaben benannt werden. Der Aufgabenbereich sollte die Durchführung der Messungen, die Erfassung und Aufzeichnung der gewonnenen Daten, sowie die Kontrolle der Pumpen, Wasserzähler und sonstiger elektrischer Einrichtungen umfassen.

Die gewonnenen Daten können in einem „Brunnenbuch“ tabellarisch erfasst werden. Um den Personaleinsatz möglichst gering zu halten und eine kontinuierliche Erfassung der Messwerte zu erhalten, ist der Einbau von Datenloggern sowohl in die Förder- als auch in die Sickerbrunnen zu empfehlen.

Bei einem Einsatz von Datenloggern kann die Erfassung bzw. Übertragung der Messwerte auf unterschiedliche Weise erfolgen.

So gibt es einmal die Möglichkeit die Sonden vor Ort mit Handgeräten oder Computer (Notebook; Laptop) auszulesen. Hierzu muss allerdings ein Mitarbeiter jedes Mal in die Brunnenstuben einsteigen und die Sonden mit dem Auslesegerät verbinden. Derartige Sonden sind mit einer Batterie und einem internen Speicher ausgestattet. Die Batterien haben eine Lebensdauer von mehreren Jahren. Die Speicherkapazität ist naturgemäß begrenzt und liegt bei ca. 17000 Messungen.

Eine andere Möglichkeit der Datenübertragung bieten Sonden, die ein elektrisches Signal aussenden (i.d.R. 5 bis 20 mA). Bei Verwendung solcher Sonden muss vorab geklärt werden, wie die Stromversorgung der Sonden (i.d.R. = 6 bis 36 V) hergestellt werden kann und wo die Daten erfasst und angezeigt werden sollen (Messwarte; Leittechnik). Für den Betrieb müssen entsprechend geeignete Kabel zu den einzelnen Brunnen verlegt werden.

Eine dritte Möglichkeit bieten Sonden mit einer Funkübertragung der Daten. Bei der Wahl solcher Sonden sollte mit dem Hersteller vorab geklärt werden, ob der Funkverkehr tatsächlich störungsfrei möglich ist.

Die Anzeigeeinrichtung sollte auf jeden Fall mit einer Alarmfunktion ausgestattet werden, die beim Überschreiten einer zuvor festgelegten Absenkung des Betriebswasserspiegels die Pumpe automatisch abschaltet.

Die vierte Möglichkeit ist die direkte Datenübertragung z.B. per LAN in die Leitwarte.

 

Betrieb eines Brunnens

Die Betriebsweise eines Brunnens hat auch Auswirkungen auf die Lebensdauer. Überbeanspruchung durch zu hohe Förderraten, intermittierender Betrieb, Nichtbeachtung von Leistungsrückgängen sowie vernachlässigte Wartung sind neben anderen Faktoren eine häufige Ursache von Brunnenalterungen.

Idealerweise sollte ein Brunnen bei etwa 75 % seiner maximalen Leistungsfähigkeit betrieben werden. Eine möglichst konstante Förderung mit geringen Veränderungen des Absenkspiegels helfen Verockerungserscheinungen zu vermeiden. Um Alterungserscheinungen frühzeitig zu erkennen sollten neben regelmäßigen Kamerabefahrungen und Auswertungen der Förderdaten, regelmäße Leistungspumpversuche, am besten jährlich, durchgeführt werden. Dadurch können Leistungsabnahmen rechtzeitig erkannt und Regeneriermaßnahmen eingeleitet werden.