DE4208970C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung und Lokalisierung von Undichtigkeiten in Abwasserkanälen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Dichtheitskontrolle doppelwandiger oder mehrschaliger Abwasserkanäle und -leitungen mit der Möglichkeit, zwischen infiltrierendem Grundwasser, exfiltrierendem Abwasser, Kondenswasser und Oberflächenwasser zu unterscheiden sowie Undichtigkeiten im Medienrohr oder Inliner zu lokalisieren.

Die bekannten Prüfeinrichtungen zur Kontrolle der Dichtheit von Abwasserkanälen und -leitungen (nachfolgend Kanäle genannt) bestehen aus Prüfgeräten, mit denen der Anfang und das Ende der Haltung einer Rohrleitung während der Prüfzeit verschlossen werden. Anschließend wird in dieser Haltung mit Wasser oder Luft ein bestimmter Überdruck erzeugt und dabei die Dichtheit der Rohre und Rohrverbindungen geprüft. Bei Großrohren, zum Beispiel bei begehbaren Betonrohren ab etwa DN 1000, erfolgt an Stelle einer Leitungsprüfung in vielen Fällen nur eine Dichtheitsprüfung jeder einzelnen Rohrverbindung unter Verwendung eines axial versetzbaren Muffenprüfgerätes, das die betreffende Rohrverbindung im Rohrinneren während der Prüfzeit vorübergehend abdichtend über­ brückt. Beide Arten von Dichtheitsprüfungen werden in der Regel nur einmal, und zwar nach dem Bau und vor der Inbetriebnahme des Kanals durchgeführt.

In allen den Fällen, z. B. bei Kanälen in der Wasserschutzzone II von Wassergewinnungsgebieten, in Gebieten mit hohen Grundwasserständen, in Bergsenkungsgebieten, in Erdbeben - oder anderen Problemzonen - bei denen auch während des Betriebes die Dichtheit des Kanals zur Verhinderung von Wasseraus- und/oder -eintritten entweder dauernd oder in bestimmten zeitlichen Abständen kontrolliert werden muß, sind die eingangs beschriebenen Prüfmethoden wegen der damit verbun­ denen Notwendigkeit, den Kanal während der Prüfzeit für mehrere Stunden außer Betrieb zu setzen, entweder technisch überhaupt nicht durchführbar oder mit einem hohen Kostenaufwand für Stau­ räume, Umleitungen, Pumpanlagen usw. zur Vorflutsicherung verbunden.

Die Lokalisierung von Undichtigkeiten (Lecks) ist mit den geschilderten Dichtheitsprüfungen sehr zeitaufwendig, wenn nicht problematisch. Bei der planmäßigen Ortung optisch nicht erkennbarer Lecks wird zweckmäßigerweise mit der haltungsweisen Dichtheitsprüfung begonnen. Durch wie­ derholtes Halbieren des jeweiligen Leitungsabschnittes mit anschließender erneuter Dichtheitsprü­ fung kann das Leck auf beliebig kleine Abschnitte eingegrenzt werden. Darüber hinaus lassen sich Lecks mit speziellen Verfahren, z. B. dem Leckage-Meßgerät, Spezialpackern zur partiellen Dicht­ heitsprüfung oder im Falle von Rohrverbindungen mit dem Muffenprüfgerät lokalisieren. Da derar­ tige Verfahren zur Lokalisierung von Undichtigkeiten sehr zeitaufwendig sind und in jedem Fall eine Außerbetriebsetzung der Haltung bzw. eine Drosselung des Abwasservolumenstromes bedin­ gen, werden sie nur sehr selten eingesetzt.

Den Stand der Technik bei der regelmäßig zu wiederholenden Dichtheitsprüfung von Kanälen stellt die optische Inneninspektion mit Hilfe selbstfahrender, ferngesteuerter TV-Kameras dar. Mit dieser Methode lassen sich nur optisch wahrnehmbare Schäden lokalisieren. Liegt die Leitung unterhalb des Grundwasserspiegels und handelt es sich um eine größere Schadensstelle, so können vorhan­ dene Undichtigkeiten bei entsprechenden Grundwasserdrücken auch durch das einströmende Was­ ser optisch festgestellt werden, sofern das Grundwasser nicht infolge der Undichtigkeiten abgesenkt worden ist.

Daneben gibt es Bestrebungen, Leckortungsverfahren, z. B. aus dem Wasserversorgungssektor, auf Kanäle zu übertragen. Es handelt sich dabei um die akustische Ortung von Lecks entweder durch das Abhorchen der Haltung auf Ausströmgeräusche unter Verwendung von Hydrophonen oder nach der Korrelationsmeßmethodik in Kombination mit einer Dichtheitsprüfung mit unter Druck stehen­ der Luft als Prüfmedium. Bei der letztgeannnten Methode wird der zu untersuchende, außer Betrieb gesetzte und völlig entleerte Leitungsabschnitt mit Prüfverschlüssen oder Absperrblasen abgedichtet und mit Druckluft beaufschlagt.

Diese Methoden sind als Einzelmaßnahmen in ihrer Aussage nicht sicher. Zuverlässige Angaben über die Lage von Undichtigkeiten erfordern die mehrmalige Anwendung eines Verfahrens bzw. den kombinierten Einsatz verschiedener Verfahren.

Aus dem Bereich des Behälterbaus und von Rohrleitungen für wassergefährende Stoffe sind dop­ pelwandige Konstruktionen bekannt, bei denen die austretende Flüssigkeit zwischen den beiden Be­ hälter- bzw. Rohrwänden gesammelt und einer Leckanzeige zugeführt wird. Eine Lecklokalisierung ist mit diesen Einrichtungen nicht möglich.

So beschreibt die Druckschrift EP 0 053 546 A1 ein Leckwarn­ system, wie es im Pipeline-Bau unter besonderen Bedingungen zum Einsatz kommt, wenn die Pipeline zur Sicherheit als Doppelrohr ausgebildet ist. Der Ringspalt des Doppelrohrs wird mit Stick­ stoff gefüllt und dessen Zusammensetzung kontinuierlich über­ wacht. Außerdem sind Pegelfühler zur Feststellung von Flüssig­ keit im Ringspalt vorhanden. Ein solches System ist jedoch nicht geeignet für doppelwandige Abwasserkanäle, bei denen eine Gas­ dichtheit des Außenrohrs im allgemeinen nicht gegeben ist und auch nicht das im Ringspalt vorhandene Gas, sondern etwa dort eindringende Leckflüssigkeit untersucht werden soll.

Die Patentschrift DE 35 35 586 C2 beschreibt eine Anordnung zur Dichtigkeitsprüfung für sogenannte Stahlmantelrohre, mit der solche Rohrleitungen auch nachträglich ausgerüstet werden können. Dazu wird nur an einer, nämlich an der auf dem nahezu tiefsten Niveau befindlichen Stelle der mit Gefälle verlegten Rohrleitung ein endseitig verschlossenes Rohr flüssigkeitsdicht an das Außenrohr angeschlossen und mit einem Schauglas dicht verbunden. Eine Feststellung von Art und Menge der Leckflüssig­ keit und Lokalisierung des Lecks sind so nicht möglich, und Abwasserkanäle werden auch im allgemeinen nicht mit Stahlmantel­ rohren gebaut.

Schließlich beschreibt die Patentschrift DE 30 12 512 C2 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Feststellung von Kleinst- Leckagen an Leitungen, die ein radioaktives Fluid transpor­ tieren. Es handelt sich hier nicht um doppelwandige Leitungen, sondern die Radioaktivität des Leckage-Fluids soll in der die Leitung umgebenden Atmosphäre mittels einer von der Rohrleitung unabhängigen Saugleitung gemessen werden, wobei eine Erhöhung des relativen Anteils eines kurzlebigen Nuklids gegenüber einem langlebigen Nuklid eine Leckage der Leitung anzeigt. Es müssen also im strömenden Fluid mindestens zwei Nuklide vorhanden oder zugesetzt sein. Für Abwasserkanäle ist dieses Verfahren nicht geeignet und es ermöglicht auch keine Lokalisierung des Lecks.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrrichtung zu schaffen, mit der eine ständige Kontrolle der Dichtheit des gesamten Abwasserkanals während des Betriebes möglich ist und Leckstellen eines undichten Medienrohres oder Inliners auf einfache Weise lokalisierbar sind und gegebenen­ falls die Herkunft des eventuellen Leckagewassers feststellbar ist. Dies erlaubt die Beurteilung des Gefährdungspotentials von Undichtheiten und damit die Einschätzung der Dringlichkeit von Schadensbehebungsmaßnahmen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Weiter­ bildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Der Abwasserkanal besteht wie an sich bekannt und in DE- 38 11 454 A1 erwähnt, aus einer äußeren Schutzrohrleitung mit einem innen liegenden Medienrohr bzw. Inliner. Der verbleibende Ringraum bleibt frei oder wird mit einem wasserleitenden Material verfüllt und dient zur Sammlung und Ableitung von anfallendem Wasser.

Erfindungsgemäß werden dem Abwasserstrom Tracer zugegeben, die für eine spezielle Meßtechnik erkennbar sind. Als Tracer kommen besonders Nuklide oder auch sonst leicht meßbare Stoffe, wie Farbstoffe in Frage. Die Messung des Tracers oder der Tracer an drei aufeinanderfolgenden Meßpunkten erfolgt mit jeweils einem bekannten, auf die verwendeten Tracer abgestimmten transporta­ blen, mehrfach verwendbaren Detektor, der als Signalgeber für eine Zeitmeßeinrichtung fungiert und während der Untersuchung jeweils in einen Kontroll- und Einsteigschacht des Abwasser­ kanals eingebaut wird.

Der höher gelegene Einsteigschacht besitzt eine Vorrichtung zur Eingabe der Indikatorlösung in das Abwasser, die ebenfalls mit einer Zeitmeßeinrichtung gekoppelt ist.

Mit der erfindungsgemäßen Tracer-Prüfeinrichtung lassen sich die Fließgeschwindigkeiten des Abwassers im Inliner, die Fließ­ geschwindigkeit des Leckagewassers im Ringraum sowie die unterschiedlichen Ankunftszeiten von Abwasser bzw. Leckagewasser im tiefergelegenen Einsteigschacht bestimmen. Hieraus läßt sich die Lage der Undichtigkeit innerhalb der Haltung errechnen.

Bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Herkunft des anfallendenn Wassers mit Hilfe charakteristischer oder den örtlichen Randbedingungen angepaßter physikalischer, chemischer, biologischer oder biochemischer Meß- oder Analyse­ verfahren bzw. ihrer Kombination bestimmt. Dies erfolgt entweder vor Ort durch Installation entsprechender kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitender Meßwertgeber, z. B. im Ringraum oder Ringspalt, in Abflußrinnen, speziell angeordneten Auffang­ behältern oder im Labor durch regelmäßige Entnahme und Analyse von Wasserproben an mindestens einer der obengenannten Meßstel­ len. Meßparameter können u. a. sein: O₂-Gehalt, pH-Wert, CSB/BSB- Wert, TOC-Wert, Nitrate, Schwermetalle, Leitfähigkeit, Tempera­ tur, Bakterienanzahl, Feststoffanzahl (Trübung).

Gegebenfalls kann das Verfahren auch kombiniert werden mit einer Sammlung von Leckwasser in Brunnen und Bohrungen im hydrologischen Einzugsgebiet des jeweiligen Abwasserkanals und anschließender Analyse.

Der zusätzliche technische und finanzielle Aufwand, der durch den für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche doppel­ wandigen Abwasserkanal, die Tracer-Dosiereinrichtungen, Inte­ gration von Sensoren sowie die Meßwerterfassungsanlage entsteht, ist langfristig erheblich geringer als der Bau und die regel­ mäßige herkömmliche Dichtheitsprüfung konventioneller Kanäle.

Kostenmindernd wirkt sich die Tatsache aus, daß zur Dichtheits­ prüfung nicht wie bisher die gesamte Leitung außer Betrieb gesetzt werden muß und dadurch die teilweise sehr aufwendigen Maßnahmen zur Vorflutsicherung entfallen. Eine weitere Kosten­ senkung ist durch geringfügige Modifikation des Systems möglich mit dem Ziel, neben der kontinuierlichen Dichtheitsprüfung zusätzliche Aufgaben, z. B. die Indirekteinleiterkontrolle, mit wahrzunehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung lassen sich diese Forderungen auf einfache Weise erfüllen. Unter Nutzung des im Schadensfall im Ringraum angesam­ melten Leckagewassers erfolgt vorzugsweise auch eine automati­ sche, kontinuierliche Analyse des Wassers bezüglich charakteri­ stischer physikalischer, chemischer, biologischer und bioche­ mischer Abwasserinhaltsstoffe bzw. Grundwassereigenschaften. Durch die Auswahl und gegenseitige Abstimmung der Meßparameter sowie ihre kombinierte Messung kann die erforderliche Unter­ scheidung zwischen echtem Leckagewasser (Grundwasser, Abwasser) und nicht aus Leckagen stammendem Wasser (Regenwasser bzw. Kondenswasser) eindeutig erfolgen.

Ungefähre Aussagen über das Ausmaß von Lecks im Schutzrohr bzw. im Inliner lassen sich bei bekanntem Füllungsgrad und bekannten Grundwasserverhältnissen durch Messen der Leckwassermenge treffen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Feststellung und Lokalisierung von Undichtig­ keiten in doppelwandigen, mehrwandigen oder mehrschaligen (Sand­ wichkonstruktion) Abwasserkanälen während des Betriebes, dadurch gekennzeichnet, daß zur exakten Lokalisierung eines Lecks im Medienrohr eines doppelwandigen oder mehrschaligen Abwasser­ kanals mit verfülltem oder unverfülltem umlaufendem oder partiellem Ringraum oder Ringspalt Tracer in das zu trans­ portierende Abwasser gegeben werden und durch eine Laufzeit­ messung der Tracer an drei Meßpunkten sowohl im Abwasser als auch im Leckflüssigkeitssystem und entsprechende mathematische Auswertung die Leckstelle ohne Betriebsunterbrechung lokalisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckageflüssigkeit zur Bestimmung ihrer Herkunft bezüglich physikalischer, chemischer, biochemischer und/oder biologischer und sonstiger Parameter oder Parameterkombinationen kontinuier­ lich oder diskontinuierlich analysiert wird und die Meßwert­ erfassung im Ringraum des doppelwandigen Rohrsystems, in damit verbundenen Sammelrinnen oder -behältern, Einsteigschächten, Kontrollschächten, in speziellen Bauwerken für Kontrolleinrich­ tungen oder außerhalb des Leitungssystems erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es mit einer Indirekteinleiterkontrolle kombiniert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Leckwasser in Brunnen oder Bohrungen im hydrologischen Einzugs­ gebiet des jeweiligen Abwasserkanals gesammelt und analysiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßwerterfassung vor Ort oder zentral in einer Betriebswarte erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es auch zur Anzeige von durch Fehleinleitungen bedingten Havariefällen genutzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß anhand der Menge der in einem Kontrollschacht oder Bauwerk gesammelten Leckageflüssigkeit unter Berücksichtigung der hydraulischen Verhältnisse im Abwasserkanal und der hydro­ logischen Bedingungen im Einzugsgebiet des Abwasserkanals die Leckgröße abgeschätzt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur exakten Lokalisierung eines Lecks in einem doppelwandigen Abwasserkanal, gekennzeichnet durch eine in den Abwasserkanal mündende Dosiereinrichtung zur Abgabe von Tracern in das zu transportierende Abwasser und durch im Abwasser und in der Leckflüssigkeit angeordnete mindestens drei Meßwertgeber zur Laufzeitmessung des Tracers oder der Tracer.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 7 zur Feststellung und Lokali­ sierung von Undichtigkeiten in Abwasserkanälen während des Betriebes, gekennzeichnet durch Sensoren oder Meßwertgeber, Meßwerterfassungsanlagen zur Analyse physikalischer, chemischer, biochemischer und/oder biologischer Parameter oder Parameter­ kombinationen, die in Sammelrinnen oder -behältern, Einsteig­ schächten, Kontrollschächten oder in speziellen Bauwerken für Kontrolleinrichtungen, die mit dem Abwasserkanal verbunden sind, oder in Brunnen oder Bohrungen im hydrologischen Einzugsgebiet des jeweiligen Abwasserkanals angeordnet sind.