Das Herauspumpen von Wasser aus wasserhaltigen Erdschichten erfolgt durch Brunnen oder Quellen. Mit der Zeit nimmt der Wasserertrag von Wasserbrunnen immer ab, weil die Zufuhr zum Brunnen allmählich verschlammt.

Die Ursache für die Verschlammung eines Brunnens oder einer Quelle kann mechanischer, biologischer oder chemischer Art oder eine Kombination von diesen sein.

So kann die Verschlammung zum Beispiel durch mit dem Wasser mitgeführten Teilchen, durch den Zuwachs von Bakterien oder durch Absetzung von zum Beispiel Kalk, Eisen oder anderen chemischen Stoffen oder Verbindungen oder eine Kombination von diesen Faktoren verursacht worden sein.

Bis heute wird versucht, den Zufluß von Wasser zum Brunnen zu verbessern, indem der Schlamm in einer Quelle oder Wassergewinnungsbrunnen mit chemischen Mitteln entfernt wird ; dazu werden zum Beispiel Salz- säure oder eine andere anorganische oder organische Säure, die ein in Wasser lösliches Salz bildet, in den Brunnen gepumpt. Auch werden oxydierende Stoffe wie Peroxyd, Sauerstoff oder organische Lösemittel wie Alkohol verwendet. Eine Schwierigkeit dabei ist, daß sich diese Stoffe im Wasser der wasserhaltigen Erdschicht verbreiten und das Grundwasser mit diesen Stoffen verschmutzt wird und daß dadurch, während längerer Zeit nachdem der Brunnen auf eine solche Art bearbeitet wurde, das heraufgepumpte Wasser mit dem im Brunnen verwendeten chemischen Mittel verschmutzt ist und dadurch keine Trinkwasserqualität hat. Dadurch können Brunnen, die Wasser mit einer Trinkwasserquali- tat liefern sollen, z. B. für die Bierindustrie, nach der Reinigung des Brunnens über längere Zeit nicht verwendet werden. Auch ist die Verwendung von solchen chemischen Stoffen eine schwere Belastung für die Umwelt, da das verschmutzte Wasser abgeführt und gerei- nigt werden muß und somit eine Uerschwendung von Grund- wasser und Energie auftritt. Die Alternative zur Reini- gung des Wassergewinnungsbrunnens ist es, den Brunnen tiefer zu bohren oder einen neuen Brunnen oder Wasser- gewinnungsbrunnen anzubringen. Dies bringt jedoch hohe Kosten mit sich.

Ein anderes Verfahren zur Verbesserung des Wasserzu- flusses zu Brunnen besteht darin, daß in der Nahe der Unterseite des Brunnenrohrs neue Öffnungen forciert werden, indem, in der Hoffnung, daß die Leistung des Brunnens zunimmt, mit Dynamit neue Risse in die Erdschicht gebracht werden. Diese Methode wird bei ausgetrockneten Brunnen, die sich in einem felsigen Boden befinden und die ausgetrocknet sind, angewendet.

Oft hat die Verwendung von Dynamit zur Folge, daß der Brunnen derart beschädigt wird, daß dieser nicht mehr gut verwendbar ist. Auf jeden Fall ist eine solche Methode bei einer großen Zahl von Brunnen wie Wasserge- winnungsbrunnen nicht anwendbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfah- ren, mit dem es möglich ist, den Ertrag eines bestehen- den Brunnens, dessen Ertrag im Laufe der Zeit abgenom- men hat, z. B. halbiert wurde, wieder zu vergrößern und insbesondere ein Verfahren zur Optimierung des Wasser- zuflusses aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einem Brunnen, oder von Grundwasser zu einem Wassergewin- nungsbrunnen, bei dem sich die Qualität des herausge- pumpten Wassers nach der Reinigung des Brunnens nicht verschlechtert hat.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem am Anfang beschriebenen Verfahren erreicht, indem zuerst die Absperrmittel in den Brunnen gebracht werden, so daß das Zufuhrrohr so tief im Brunnen steckt, daß dieses in einer Tiefe des Brunnens mündet, die in der wasserhal- tigen Erdschicht liegt, -indem anschließend die Absperrvorrichtung luftdicht in oder auf dem Brunnen befestigt wird, -indem anschließend gasförmiges Kohlendioxyd durch das Zuflußrohr in den unteren Teil des Brunnens, unter einem bestimmten Druck, der über dem Druck des hydrostatischen Drucks, der an der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs herrscht, liegt, eingebracht wird bis der Brunnen bis unterhalb der Ausströmöffnung des ZufluRrohrs mit Gas gefüllt ist, -indem danach während eines bestimmten Zeitraums durch das Zuflußrohr unter demselben vorher genann- ten bestimmten Druck Kohlendioxyd zugefügt wird, wodurch unter dem nahe dem Ende des Rohrs herrschen- den Druck und der herrschenden Temperatur, das sich nahe dem Ende des Rohrs befindliche Wasser und die Erdschicht allmählich über einen bestimmten Abstand ab der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs in die feste Phase übergehen, also frieren, -indem anschließend der Druck vom Brunnen genommen wird und -indem anschließend, nachdem der Brunnen aufgetaut ist, während eines bestimmten Zeitraums der Brunnen mit Abpumpmitteln abgepumpt wird, um die sich gelösten feinen Teilchen und Stoffe mit dem Pumpwas- ser zu entfernen.

Mit diesen Maßnahmen gemäß dem vorliegenden Verfahren wird erreicht, daß Stoffe, die sich auf und um den Brunnen herum, sowie auf den sich um den Brunnen befindlichen Gesteinen oder Filtermaterialien wie Filterkies niedergeschlagen und abgesetzt haben, losge- froren werden. Da das Wasser, welches den Brunnen umgibt, allmählich abkühlt, werden keine großen Kräfte auf den Brunnen und auf die den Brunnen umgebenden Teile ausgeübt, um so mehr, da das Wasser, welches sich um den Brunnen befindet, mit Kohlendioxyd gesättigt ist und bei Abkühlung teilweise aus dem Wasser entweicht, wodurch das Wasser in den Löchern und Öffnungen nahe dem Brunnen Wasser mit kleinen Gasbläschen aus Kohlen- dioxyd enthält. Ein zusätzlicher Vorteil der Anwendung von Kohlendioxyd vor z. B. Stickstoff ist, daß das gelöste Kohlendioxyd mit dem Wasser eine schwache Säure bildet, wodurch sich auch die chemischen Bedingungen ändern und z. B. Bakterien getötet werden. Da Kohlen- dioxyd und Stickstoff von Natur aus in der Luft vorkom- men, werden diese Stoffe keine zusätzliche Belastung für die Umwelt bedeuten und die Verwendung von Kohlen- dioxyd vor der Anwendung von z. B. Stickstoff hat den Vorteil, daß Kohlendioxyd in Wasser gut lösbar ist und dadurch gebildete Gasblasen aus Kohlendioxyd wieder schnell vom Wasser aufgenommen werden und also nicht, wie es bei Stickstoff der Fall ist, die Poren mit Gasblasen verstopfen, welche Gasblasen bei einer Druck- herabsetzung von oder Abkühlung des Wassers, welches das Gas enthält (Caissonkrankheit), entstehen.

An sich ist aus dem amerikanischen Patent US 4.534.413 ein Verfahren zur Verbesserung des Zuflusses von Wasser aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einem Brunnen bekannt, welches Verfahren darin besteht, daß der Brunnen an der Oberseite mit einem Absperrmittel wie im amerikanischen Patent US 4.580.629 beschrieben, verschlossen wird, daß anschließend über dieses Absperrmittel ein Gas oder ein flüssiges Gas und vorzugsweise erst flüssiges Stickstoffgas und danach Kohlendioxyd unter einem bestimmten Druck, in den Brunnen eingebracht wird, um das Wasser im Brunnen und die den Brunnen umgebende Erdschicht einzufrieren, um anschließend das in den Brunnen eingebrachte Gas oder Flüssiggas während eines bestimmten Zeitraums unter einem gewünschten Druck zu halten und dann den Druck auf den Brunnen schnell herabzusetzen, wodurch das eingebrachte Gas adiabatisch stark abkühlt, das Wasser,. welches sich im Brunnen und in der den Brunnen umgeben- den Erdschicht befindet, weiter stark unter dem Gefrierpunkt abkühlt, so daß ein möglichst großer Teil des im Brunnen und um den Brunnen herum vorhandenen Wassers friert.

Ein solches Verfahren zur Verbesserung des Zuflusses von Wasser aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einem Brunnen ist aus dem amerikanischen Patent US 5.394.942 bekannt, welches Verfahren auf das vorher genannte amerikanische Patent 4.534.413 gründet und wobei eben- falls zuerst der Brunnen verschlossen wird, wonach anschließend flüssiges Kohlendioxyd in den verschlosse- nen Brunnen unter einem solchen Druck eingebracht wird, daß unter dem nahe der Unterseite des Brunnen herrschenden Druck das flüssige Kohlendioxyd in festes Kohlendioxyd übergeht mit der Absicht, den Brunnen weit unter dem Gefrierpunkt abkühlen zu können. Nachdem der Brunnen bis zu einer gewünschten Höhe mit festem Kohlendioxyd gefüllt ist, wird der Brunnen einige Zeit in Ruhe gelassen bis das feste Kohlendioxyd sublimiert ist, so daß durch die niedrige Temperatur des festen Kohlendioxyds das Wasser, welches sich im Brunnen und im angrenzenden Teil der den Brunnen umgebenden Erdschicht befindet über einen möglichst großen Abstand ab dem Brunnen in der Erdschicht gefroren ist.

Beide Verfahren beabsichtigen das Wasser, welches sich im Brunnenrohr und in dem das Brunnenrohr umgebenden Boden befindet, über einen möglichst großen Abstand vom Brunnen in der wasserhaltigen Erdschicht einzufrieren, damit neue Öffnungen und Risse in der Erdschicht entstehen, wodurch dann das Wasser aus der Erdschicht wieder zum Brunnen strömen kann. Wasser, welches friert, dehnt sich aus. Also, nachdem das Wasser im Brunnen gefroren ist, wird durch weitere Abkühlung der Umgebung immer tiefer in der umgebenden Erdschicht das dort vorhandene Wasser frieren. Sobald dann eine Menge Wasser eingeschlossen wird und anschließend friert, werden durch Frieren dieser Menge von Wasser enorme Kräfte auf die umgebende Erdschicht ausgeübt, wodurch bestehende Öffnungen vergrößert werden, sowie umgebende Teile der Erdschicht versetzt werden. Dazu sollte das Wasser möglichst wenig Gas enthalten, damit die Gasbla- sen im Wasser die auftretenden Kräfte nicht verringern.

Nachdem der Brunnen wieder aufgetaut ist, werden sich um den Brunnen herum bestimmte Risse vergrößert haben und eventuell neue Öffnungen entstanden sein, wodurch die Zufuhr des Wassers aus der wasserhaltigen Schicht zum Brunnen zugenommen haben wird.

Nach dem Verfahren des amerikanischen Patents US 5.394.942 liegt die Temperatur, die im Brunnen während einer bestimmten Zeit während des Sublimierens des Kohlendioxyds im Brunnen beibehalten werden kann mindestens unter dem Tripelpunkt von Kohlendioxyd, nämlich bei-60° Celsius.

Nach dem Verfahren des amerikanischen Patents US 4.534.413 liegt die Temperatur, die durch die plötzliche Herabsetzung des Drucks im Brunnen bei Verwendung von Stickstoff erreicht werden kann, noch tiefer.

Beide Verfahren beabsichtigen also, große Kräfte auf die Bodenformationen nahe der Unterseite des Brunnens auszuüben und entsprechen dem Verfahren, bei dem im Brunnen Dynamit verwendet wird. Dadurch sind diese bekannten Verfahren auch nur geeignet, um bei trockenen oder fast ausgetrockneten Brunnen in Felsformationen verwendet zu werden, wobei im Brunnen keine verletzba- ren Teile vorhanden sind.

Da das erfindungsgemäße Verfahren in verschiedenen Tiefen in einem Brunnen durchgeführt werden kann und zwar stufenweise von der größten Tiefe nach oben hin, eignet sich dieses Verfahren daher besonders für eine Anwendung in Quellen und Wassergewinnungsbrunnen, deren Wasserertrag zurückgegangen ist, zum Beispiel halbiert wurde, und bei dem das Grundwasser über etliche Dutzen- de Meter Tiefenunterschied aus einer wasserhaltigen Erdschicht angesaugt wird.

Die Erfindung betrifft weiter Abpumpmittel zur Entfer- nung aus einem Wasserbrunnen von z. B. im Wasser in Suspension gegangene lose Teilchen oder von im Wasser aufgelöste Produkte, aus sowohl der um den Wasserbrun- nen vorhandenen wasserhaltigen Erdschicht als auch aus den nahe der wasserhaltigen Erdschicht im Brunnen vorhandenen Filtermitteln, welche Abpumpmittel aus einem Absaugrohr bestehen, an dem nahe dem unteren Ende zwei parallel zu einander und auf einem gegenseitigen Abstand zu einander senkrecht auf dem Absaugrohr befestigte, flache plattenförmige Vorrichtungen, deren Außendurchmesser ungefähr dem Innendurchmesser des Steigrohrs entspricht, so daß ein geschlossener Raum gebildet wird, der seitlich von der Wand des Steigrohrs und sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite von den beiden plattenförmigen Vorrichtungen begrenzt wird, welches Absaugrohr eine oder mehrere Einströmöff- nungen hat, die sich in jenem Teil des Absaugrohrs befinden, welches sich im geschlossenen Raum zwischen den beiden plattenförmigen Vorrichtungen befindet und welche Vorrichtung Pumpmittel enthält, die das Wasser über das Absaugrohr aus dem Brunnen abführen können.

Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß alle Teilchen, die sich gelöst haben in Ruhe abgesaugt werden können, ohne daß die Teilchen in den Poren durch eine zu hohe Saugkraft festgesogen werden und dadurch wieder Verstopfungen verursachen würden.

Dadurch, daß die Abpumpmittel im Absaugrohr nahe dem geschlossenen Raum, aber oberhalb der Einströmöffnungen des Absaugrohrs eine Zufuhr für Gas enthalten, oder weil im Absaugrohr ein Zuflußrohr für Gas angeordnet ist, welches in das Absaugrohr mündet, nahe, aber oberhalb der Einströmöffnungen des Absaugrohrs, wird erreicht, daR durch den Luftblasenfluß das Wasser mit den Teilchen sehr ruhig nach oben abgeführt wird und außerdem die in Suspension befindlichen Teilchen in Suspension bleiben. Eventuell kann noch eine Pumpe hinzugefügt werden.

Anhand der Abbildung wird die Erfindung näher erläu- tert. In der Abbildung zeigt : Fig. 1 zeigt einen Wassergewinnungsbrunnen im Querschnitt ; Fig. 2 bis 6 zeigen eine Reihe von Phasen des Verfahrens zur Verbesserung des Zuflusses des Wassers zum Brunnen ; Fig. 7 zeigt den Brunnen aus Fig. 1 in dem erfin- dungsgemäße Abpumpmittel dargestellt sind.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Quelle oder eines Wassergewinnungsbrunnens 1. Dieser Brunnen 1 besteht aus einem Bohrloch 2 mit einem Durchmesser von 600 mm der bis gut 80 Meter Tiefe unter die Erdoberfläche 3 reicht. Auf dem Boden 4 des Bohrlochs 2 ist eine 4 Meter dicke Schicht 5 Lehm angebracht und darauf ein Steigrohr 6 aus PVC mit einem Durchmesser von 250 mm.

Der Fuß des Steigrohrs besteht aus einem Sandfang 7, welcher nach unten hin verschlossen ist und dessen stehende Wand 8 ungefähr 1 Meter beträgt. Ab 75 Meter bis 40 Meter Tiefe ist der Teil 9 der Wand 8 des Steig- rohrs versehen mit Filterschlitzen oder Perforationen 10 mit einem Durchmesser von 0,75 mm als Filter oder Sieb, durch das das Wasser in das Steigrohr 6 strömen kann, während der restliche obere Teil 11 des Steig- rohrs 6 aus einer für Wasser undurchdringbaren Wand 12 besteht. Zwischen der Bohrwand 13 des Bohrlochs 2 und dem Filterteil 9 des Steigrohrs 6, welches Perforatio- nen enthält, also von ungefähr 76 Metern bis 38 Meter Tiefe, ist das Bohrloch mit speziellem Filterkies mit Filterqualität gefüllt, dessen Durchmesser zwischen 1,0 mm und 1,6 mm beträgt, welches gemeinsam mit dem Filterteil 9 des Steigrohrs 6 den Filter 14 für das zufließende Wasser bildet. Von ungefähr 38 Metern bis 25 Meter Tiefe ist das Steigrohr von einer bestimmten Sorte Lehm 15 umgeben, welcher dadurch eine für Wasser undurchdringbare Schicht bildet und in der Verlängerung der undurchdringbaren Bodenschicht 16, welche die Oberseite der wasserhaltigen Erdschicht 17 begrenzt. Ab 38 Meter bis ungefähr 6 Meter unter der Oberfläche ist das Bohrloch mit Kies 18 mit einem Durchmesser, der zwischen 2,0 und 5,0 mm beträgt, aufgefüllt.

Anschließend ist noch eine Lehmschicht 19 von 3 Metern angebracht und das Bohrloch bis oben weiter mit Kies 20 gefüllt.

Die Figuren 2 bis 6 zeigen eine Reihe von Phasen des Verfahrens zur Verbesserung des Zuflusses des Wassers zum Brunnen. Figur 2 zeigt schematisch denselben Wassergewinnungsbrunnen aus Figur 1, wobei das Steig- rohr durch eine Absperrvorrichtung 21, auch bekannt unter dem Namen"Packer", durch die das Zufuhrrohr 22 ragt, verschlossen ist, während sowohl über als unter dem Absperrvorrichtung Wasser im Steigrohr 6 steht. Das Zufuhrrohr 22 für das Kohlendioxyd steckt so tief im Wassergewinnungsbrunnen oder Brunnen 1, daß die Ausströmöffnung 23 des Zufuhrrohrs 22 sich in der gewünschten Tiefe im Wassergewinnungsbrunnen 1 befin- det. Figur 3 zeigt schematisch denselben Wassergewin- nungsbrunnen 1 während des Zuführens von Kohlendioxyd in den Brunnen, wobei die Temperatur des Kohlendioxyd- gases nicht so wichtig ist, da das Wasser im Brunnen eine große Wärmeleistung hat und erst frieren wird, nachdem das Wasser im Brunnen durch gasförmiges Kohlen- dioxyd ersetzt wurde. Figur 4 zeigt schematisch densel- ben Wassergewinnungsbrunnen, nachdem das Wasser bis unter die Ausströmöffnung 23 gedrückt wurde und bevor der Brunnen eingefroren wird. Schematisch ist mit einer gezogenen Linie 24 ungefähr dargestellt, welcher Teil des Brunnens und des umringenden Filters 14 sich mit dem Gas gefüllt hat. Figur 5 zeigt denselben Wasserge- winnungsbrunnen, nachdem im unteren verschlossenen Teil des Wassergewinnungsbrunnens während längerer Zeit Kohlendioxyd eingebracht wurde, dessen Temperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegt und bevor der Brunnen aufgetaut wird, wobei schematisch mit einer gestrichel- ten Linie 25 der Teil des Brunnens, der umgebende Filter 14 und die umringende wasserhaltige Erdschicht 17 dargestellt ist, die sich unter dem Gefrierpunkt des Wassers befindet, bevor der Brunnen aufgetaut wird.

Figur 6 zeigt schematisch denselben Wassergewinnungs- brunnen, wobei das Verfahren auf einer anderen Tiefe im Brunnen angewendet wird und derselbe Zustand darge- stellt wird wie in Figur 5.

Figur 7 zeigt denselben Brunnen wie in Figur 1 dargestellt, wobei im Brunnen 1 Abpumpmittel 26 einge- bracht sind, zum stufenweisen, allmählichen Abpumpen des Wassers mit den darin gelösten Stoffen und den sich in Suspension befindlichen Teilchen aus dem den Brunnen umgebenden Filter 14 und der wasserhaltigen Erdschicht 17. Die Abpumpmittel bestehen aus einem Absaugrohr 27, an dem nahe dem unteren Ende zwei parallel zu einander und auf einem gegenseitigen Abstand zu einander senkrecht auf dem Abzugrohr befestigte, flache platten- förmige Vorrichtungen 28 und 29, deren Außendurchmesser ungefähr dem Innendurchmesser des Steigrohrs 6 entspricht, so daß damit ein geschlossener Raum gebil- det wird, der seitlich von der Wand des Steigrohrs 6 und an der Oberseite von der einen plattenförmigen Vorrichtung, und an der Unterseite von der anderen plattenförmigen Vorrichtung begrenzt wird. Das Absaug- rohr 27 hat eine Reihe von Einströmöffnungen 30. Im Absaugrohr über den plattenförmigen Vorrichtungen ist eine Zufuhr 31 für Gas angebracht, womit es möglich ist, sehr allmählich Wasser mit in Suspension gebrach- ten Teilchen abzuführen. Der Teil des Brunnens 1 über der plattenförmigen Vorrichtung 28 und dem Teil des Brunnens 1 unter der plattenförmigen Vorrichtung 29 sind unter einander durch ein Röhrchen 32 verbunden, damit die Abpumpmittel 26 leicht im Steigrohr des Brunnens versetzt werden können.