DE2933928B2

DE2933928B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Probenahme von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2933928B2
Application number: DE19792933928
Authority: DE
Inventors: Hildebrand Dipl.-Ing. 7800 Freiburg Dahlke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE2933928A1; DE2933928C3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben, insbesondere Wasserproben, aus Bohrlöchern, Pegelrohren o. dgl. gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Für zahlreiche Zwecke müssen von Flüssigkeiten Proben genommen werden, z. B. in der Hydrologie von Grundwasser. Schöpfgefäße, Stechheber und Tauchflaschen lassen sich insbesondere dort verwenden, wo die Flüssigkeit in einem mäßig hohen Behälter steht. Proben aus Bohrlöchern werden zweckmäßig mit einer Pumpe entnommen, doch kann diese — wenn sie an der Erdoberfläche steht — grundsätzlich höchstens soviel saugen, wie dem äußeren Luftdruck entspricht. In der technischen Praxis ist die Förderhöhe daher auf etwa 7 bis 9 m begrenzt.

Bei der F'örderung aus tieferen Stellen muß die Pumpe dem Wasser nähergebracht oder untergetaucht werden. Derartige Tiefpuinpen erfordern jedoch eine verhältnismäßig große lichte Weile von Bohrloch, Beobachtungsrohr o. dgl., üblicherweise etwa 10 bis 15 cm. Hierfür benötigt man ein Dreibockgestell, Notstromgerät, Kabel und Rohre, d. h. praktisch einen Lastkraftwagen und mehrere Stunden Vorbereitungsund Montagezeit für zwei Arbeiter, da einer allein diesen Aufbau nicht bewältigen kann.

Pegelrohre und Versuchsbrunnen werden aus technischen Gründen aber auch zur Verringerung des Aufwands oft nur mit Rohren von IVi" oder 2" lichter Weite ausgeführt. Dadurch ist die Entnahme von frischen Wasserproben erschwert, sofern der Wasserspiegel mehr als etwa 8 m unter der Erdoberfläche liegt. Am zu geringen Druckmesser des Rohres, häufig aber auch am Fehlen einer Stromversorgung scheitert die Verwendung von Unterwasserkreiielpumpen.

Für engere Pcgelrohre mit einem Innendurchmesser von mindestens 50 mm ist in gwf-Wasser/Abwasser 119 (1978) H. 2, S. 81 eine Kleinstpumpe mit elek'romagnetischem Schwingankerkolben vorgeschlagen worden, die an langem Kabel auch in recht tiefe Bohrlöcher von z. B. 60 m abgesenkt werden kann. Für den Antrieb ist ein 220-V-Wechselstrommotor vorgesehen, so daß ein Anschluß an Netzspannung oder ein besonderer Generator und im Falle der Batteriespeisung ein zusätzlicher Wandler unerläßlich ist. Der Einsatz im freien Gelände ist dadurch stark behindert. Außerdem ist es nicht einfach, die elektrische Sicherheil zu gewährleisten. Überdies hat die Pumpe, deren Betrieb schon durch feine Feststoff-Teilchen empfindlich gestört werden kann, sehr geringe Förderleistungen von maximal 0,4 l/min.

Eine andere absenkbare Pumpe benötigt einen Dtuckliil'tanscliliili /u einem Kkistikbalg, der im Inneren eines gelochten Rohres sit/t und aufblasbar ist, wodurch Wasser, das durch die l.öihcr neben dem Elastikbalg in das Rohr eintreten kanu, über ein I )ruckventil stoliweisc in einen Wasserschlauch nach oben gefördert wird. Der Ben leb dieser Pumpe erfordert eine bewegliche

Druckluftquelle, d. h. im allgemeinen eine Preßluftflasche, deren Inhalt sich rasch verbraucht. Geschieht die Umsteuerung der Druckluft-Beschickung und -Entlastung von Hand, so ist dies umständlich und zeitraubend; eine vollautomatische Steuerung vergrößert hingegen den apparativen Aufwand.

Bei den beiden beschriebenen Pumpen ist es nachteilig, daß ein Fußventil benötigt wird, das schon bei geringen Verunreinigungen undicht werden kann.

Ein solches Fußventil ist notwendig bei Tiefsaugeeinrichtungen, wie sie in dem Artikel von R. Vogel »Anwendungsmöglichkeiten von Sirahlapparaten«, Maschinenbautechnik, Mai 1956, S. 247ff. beschrieben sind. Derartige Tiefsauger werden üblicherweise mit festen Rohrleitungen montiert, erfordern eine Mindest-Lochweite von 80 mm, sind normalerweise aus Bronze, daher sehr schwer, und benötigen zum Betrieb eine entsprechend ausgelegte Kreiselpumpe. Da nur eine Füllöffnung vorgesehen ist. kann die Eimichtung nicht ohne Fußventil arbeilen. Auch ist eine selbsttätig Entlüftung nicht möglich, da es an einer Ausgleichsmöglichkeit fehlt, die eine Selbstentlüftung über dem höchsten Punkt angebrachten Probenahme.schlauch gestatten würde. Dies alles macht das System unhandlich, das außerdem großes Gewicht hat und nur für den stationären Einsatz brauchbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Probenahme auch aus engeren Pegclrohren, Probebrunnen o. IgI. mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln zu verbessern und /u beschleunigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Maßnahmen des Anspruchs I. In Abkehr von der herkömmlichen Technik ist ein geschlossener Leitungskreis vorgesehen, der nach Beschickung mit einer Treibfliissigkcitsmenge und deren Abpumpen die müheiose Probenahme auch aus Bohrlöchern. Pcgelmhren o. dgl. von geringer lichter Weile gestatte¹, sogar aus größeren Tiefen von /.. B. 30 m. Zugleich wird auf einfachste Weise gewährleistet, daß die entnommene Probe stets repräsentativ und frisch ist, da beispielsweise in einem Peilrohr enthaltenes abstandenes Wasser schon von dem durchgepumpten Füllwasser verdrängt wird. Weil die üblichen Trübungen ohnehin entfernt werden müssen, wozu ca. 10 min nötig sinJ, tritt durch das Abwarten der Verdünnung tatsächlich keine Verzögerung auf.

Eine Vorrichtung zur Ourchführung des Verfahrens ist in Anspruch '2 gekennzeichnet; Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche i bis 9. Mit der erfindungsgemäßcn sehr kompakten und leicht transportablen Vorrichtung, die völlig ventilfrei arbeitet, läßt sich die gewünschte Probe durch eine einzelne Bedienungsperson rasch, bequem und zuverlässig gewinnen Bevorzugt finden rotierende Verdrängerpumpen mit zwei hintcreinundergeschalteten, exzentrisch umlaufenden Rollkolben Verwendung. Für einen im Gelände vorteilhaften, vom Stromnetz unabhängigen \ntrieb der selbstansaugenden Pumpe kann ein Verbrennungsmotor vorhanden sein, vorzugsweise ein /wcitakt-llenzinmotor, oder ein batteriegespeister Elektromotor (im einfachsten lalle eine Handbohrmaschine), wobei eine Personengefiihrdting durch höhere elektrische Spannungen von vornherein ausgeschlossen ist. Bei einsprechend guter Isolierung kann der Antrieb aber auch ms dein Net/ oder von einem fahrbaren StroinaggiviMi aus gespeist werden. Im übrigen beschränkt sich >lei erforderliche Aufwand auf einen Pkw Kclleiraum. einen Kunststoff kanister von z.B. 101 Inhalt und etwa 35m Doppelschlauch. Bei 12 m Wassertiefe genügen 10 min bis zur vollen Betriebsbereitschaft.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispieler: anhand der Zeichnung. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematisierte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Füllvorgang,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß F i g. 1 bei der Probenahme,

Fig. 3 eine auseinandergezogene Seiten- und Stirnansicht der Bestandteile eines Injektors,

F i g. 4 eine Seitenansicht des zusammengesetzten Injektors von Fig. 3 mit schematisch gezeichnetem Leitungsanschluß,

Γ ig. 5 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Grundgerät mit batteriegespeistem Pumpenantrieb,

F i g. 6 eine Seitenansicht der Vorrichtung von F i g. 5.

F i g. 7 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Grundgerät mit Verbrennungsmotor-Pumpenantrieb und

F i g. 8 eine Seitenansicht der Vorrichtung von F i g. 7.

Die in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Vorrichtung ist zdm Einsatz in einem Bohrloch, Pegelrohr 10 o. dgl. vorgesehen. Der allgemein mit 12 bezeichnete Tiefsauger weist eine Pumpe 16 in einem geschlossenen Leitungskreis 20 auf. Dieser umfaßt einen Doppelschlauch 21 bestehend aus Pumpenschlauch 22 und Förderschlauch 23, die über einen Rohrkrümmer 24 mit Injektor 26 miteinander verbunden sind. Der Förderschlauch 23 mündet nahe dem Boden 38 eines Ausgleichsgefäßes 36, von dem eine Verbindungsleitung 48 zur Pumpe 16 führt. An letzterer ist förderseitig ein Manometer 50 angebracht.

Das Ausgleichsgefäß 36 hat eine obere Öffnung 40, vorzugsweise mit Schraubverschluß zum Anbringen eines Anschluß-Schlauches 42. Dieser dient sowohl zum Ansaugen einer Füllmenge aus einem Treibwasser-Behälter 44 (F i g. 1) als auch zum Fördern der entnommenen Wasserprobe in ein Probenauffa;iggefäß 46 (F ig. 2).

Im Betrieb wird zunächst der Leitungskreis 20 mit Wasser von einwandfreier, jedenfalls aber vorbekannter Beschaffenheit gefüllt. Dazu wird aus dem Behälter 44 über den Anschlußschlauch 42 durch das Ausgleiehsgefiiß 36 und die Verbindungsleitung 48 von der Pumpe 16 Wasser angesaugt und in die Schläuche 21 (bzw. 22, 23) gefördert. Um sicherzustellen, daß zuverlässige und repräsentavie Wasserproben genommen werden, setzt man diesen Pumpvorgang (Fig. I) fort, bis wenigstens das Doppelte — besser noch mehr — des Rohrinhaltes des abzupumpenden Peilrohres 10 gefördert ist. Auf diese Weise wird vermieden, daß vorhandene Trübungen mitgenommen werden oder im Peürohr 10 abgestandenes Wasser für die Probenahme benutzt wird. Gewöhnlich ist nach 5 bi;: 10 min die llilfsfülliing von etwa 5 bis 8 1 restlos beseitigt oder bis aiii vernachlässigbare Konzentrationen unter 10-' verdünnt.

Dann erfolgt die eigentliche Probenahme (I ig. 2). Der Injektor 26 nimmt in den Leitungskreis 20 Wasser aus der Umgebung auf. Es wird durch den Schlauch 23 in d.is Ausgleichsgefäll 56 und von dort weiter über den ■V'schliil.lschlauch 42 in das Probenauffanggefiiß 4b gefördert. Das Ausgleichsgefäß !6 ermöglicht eine selbsttätige Entlüftung, d. h. eine blasenfreie Probenah tue. die für die Genauigkeit der Analyse gelöster Gase

wie Sauerstoff, Schwefelwasserstoff oder freier Kohlensäure von größter Wichtigkeit ist. Außerdem unterstützt das Gefäß 36 den Volumenauspleich der elastischen Schläuche, von denen Schlauch 23 zweckmäßig stärker bemessen ist als die übrigen Leitungen, weil durch das Hinzutreten der äußeren Ansaugmenge am Injektor 26 von dort ab ein bis etwa um die Hälfte größerer Mengenstrom zu bewältigen ist.

Der Aufbau des strömungsgünstig ausgebildeten Injektors 26 ist aus F i g. 3 und 4 erkennbar. An ein perforiertes Rohr-Mittelstüek 28 schließen beiderseits Nippel 30, 32 zur Befestigung der Schläuche 22, 23 an. Im Inneren des Mittelstücks 28 sitzt eine am Anschlußnippel 30 angebrachte Treibdüse 34, deren Strahl durch die Perforationen des Mittelstücks 28 Umgebungsflüssigkeit mitreißt. Die Gestalt des schematisch veranschaulichten Rohrkrümmers 24 ist so gewählt, daß die Strömungsverluste kleingehalten werden. Er muß in das Rohrloch bzw. Pegelrohr 10 o. dgl. eingeführt werden können, dessen Mindestdurchmesser deshalb z. B. 38 mm (1,5 Zoll) betragen sollte.

Für den allgemein mit 18 bezeichneten Antrieb des Gerätes 12 wird nur eine verhältnismäßig geringe Leistung benötigt, beispielsweise 0,2 kW. Sehr zweckmäßig ist die in F i g. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform, bei der auf einer Grundplatte 14 die Pumpe 16 mit Antrieb 18 und Ausgleichsgefäß 36 sowie mit den zugehörigen Anschlüssen befestigt ist. Ein Elektromotor 52 kann von einem Zweigang-Handbohrer mit einer Speisespannung von 12 V gebildet sein, der schnell und sicher in eine Kupplung 62 an der Pumpe 16 einsteckbar ist. Die benötigten Kabel 56 können in einem Blechring 64 auf der Grundplatte 14 bequem untergebracht werden. Ein handelsüblicher Elektromotor 52 fördert bei einer Stromaufnahme von 17 A beispielsweise 1,2 bis 3,5 l/min über eine Saughöhe bis zu 20 m.

Während der Antrieb 18 gemäß Fig. 5 und 6 aus einer 12-V-Autobatterie gespeist werden kann, ist die Ausführung gemäß Fig. 7 und 8 von einer solchen Energiequelle unabhängig. Der Antrieb 18 besteht hier aus einem Zweitaktmotor 54, beispielsweise einem handelsüblichen 1-Zylinder-Benzinmotor von nur 35 cm¹ Hubraum. Ein Tank 60 enthält den notwendigen Brennstoff. Je nach Saughöhe, die bis zu 30 ni betragen kann, beträgt die nutzbare Förderleistung zur Probenahme beispielsweise zwischen 0,7 und 5,0 l/min.

Zwischen Förderschlauch 23 und Ausgleichsgefäß 36 kann, wie F i g. 5 erkennen läßt, ein T-Stück 66 zwischengeschaltet sein, von dem eine absperrbare Direktleitung 58 zur Pumpe 16 abzweigt. Diese ist vorzugsweise als Rollkolbenpumpe ausgeführt; sie kann für einen maximalen Förderdruck von 7 bar und eine Fördermenge von 10 l/min ausgelegt sein.

Bevorzugte Anwendung findet die vorliegende Erfindung bei der Überwachung von Brunnenreihen bzw. -galerien, Pegelrohren usw. sowie zur Feststellung von Sickerwasser aus Deponien. Besonders wichtig ist der geschlossene Leitungskreis 20 und die Möglichkeit der Probenahme in laufender Förderung, d. h. unter stabilen dynamischen Verhältnissen. Dadurch ist es möglich, repräsentative Proben mit definierten Eigenschaften zu entnehmen, so daß beispielsweise bei der Wasseranalyse der Sauerstoffgehalt und das Redoxpotential exakt bestimmt werden können. Für die Betriebszuverlässigkeit ist äußerst vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ventilfrei arbeitet. Dies hat zur Folge, daß der Leitungskreis 20 bei abgestelltem Tiefsauger 12 stets bis zum Injektor 26 leerläuft, so daß der Flüssigkeitsrückstand minimal und die Anlaufzeit für die nächste Probenahme entsprechend verkürzt ist. Sehr günstig ist ferner, daß erfindungsgemäß große Freiheit in der Schiauchbemessung gegeben ist. so daß ohne Aufwandvergrößerung für Kleinhaltung des unvermeidlichen Druckabfalls im Leitungskreis 20 gesorgt werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeitsproben, insbesondere Wasserproben, aus Bohrlöchern, Pegelrohren od. dgl, wobei mit oberirdisch angeordneter Treibeinrichtung Umgebungs-Flüssigkeit eingesaugt und in ein Probeauffanggefäß gefördert wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:

a) daß ein geschlossener Tiefsauge-Leitungskreis verwendet wird und zunächst mittels der Treibeinrichtung eine vorgebbare Flüssigkeitsmenge in den Leitungskreis sowie in die Umgebungsflüssigkeit eingespeist und

b) anschließend erst die eingespeiste Füllungsmenge abgepumpt bzw. sie auf eine Konzentration der Größenordnung IO~^J verdünnt wird, worauf

c) an oder nahe der tiefsten Stelle des Leitungskreises die Probenahme erfolgt, und

d) daß ein und derselbe AnschluQieif des Leiiungskreises sowohl für das Einspeisen der Füllmenge als auch für die Probenahme verwendet wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer oberirdisch angeordneten Anordnung von Pumpe, Satigleitung sowie Ausgleichs- und Auffanggefäß, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Tiefsauger-Leitungskreis (20) mit in das Bohrloch, Pegelrohr (10) o. dgl. abgesenktem Doppelschlauch (21) und zwischengeschaltetem Injektor (26), wobei an das Ausgleichsgefäß (36) wahlweise ein Trcibflüssigkeils-Behälter (44) oder das Probenauffanggefäß (46) anschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbindungen des Tiefsauger-Leitungskreises (20) als Schläuche (21, 22, 23, 48) ausgebildet sind und der Injektor (26) an oder nahe der tiefsten Stelle des Leitungskreises (20) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgefäß (16) nahe seinem Boden (38) mit dem von dem Injektor (26) kommenden Schlauch (23) sowie mit dem zur Pumpe (16) führenden Schlauch (48) verbunden ist und eine obere Öffnung (40) aufweist, an die ein wahlweise zu dem Treibflüssigkeits-Behälter (44) oder zu dem P.obenauffanggefäß (46) führender Schlauch (42) angeschlossen oder anschließbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels Rohrkrümmer (24) mit dem Doppelschlauch (21) verbundene Injektor (26) ein perforiertes Rohr-Mittelstück (28) aufweist, in das eine Treibdüse (34) konzentrisch hineinreicht.

b. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch solche Bemessung, daß durch das perforierte Rohr-Mittelstück (28) etwa das 0,5fache der durch die Treibdüse (.34) strömenden Fliissigkeitsinenge ansaugbar ist.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Pumpe (16) ein batteriegespeister Elektromotor (52, Fi g. 5 l· 6) vorhanden ist.

H. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis b, dadurch gekennzeichnet, dall für den Antrieb der Pumpe (16) ein Verbrennungsmotor (54) vorgesehen ist, vorzugsweise ein /weitakt Beii-/ΊηιηοΙοΐ'(Ι· i g. 7 + 8).

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, cl.iil Ausgleichsgefäß (36), Pumpe (16), Antrieb (18 bzw. 52,54) und Meßeinrichtungen (30) sämtlich auf einer das tragbare Grundgerät bildenden Platte (14) montiert sind.