-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenlösungen aus Böden, mit einer in den Boden einbringbaren Saugsonde.
-
Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Derartige Saugsonden kommen zum Einsatz, um Wasserproben aus Böden zu entnehmen, damit diese einer Analyse unterzogen werden können. Bekannt ist, die Saugsonden mit einer Saugkammer zu versehen, die in ihrem Kontaktbereich zum umgehenden Boden aus einem porösen Material, beispielsweise einer porösen Keramik, porösen Metalloxiden oder porösen Kunststoffen besteht. Die Saugkammer ist mit einer Unterdruckquelle verbindbar, sodass durch die poröse Mantelfläche aus dem umgebenden Boden die zu entnehmende Wasserprobe in die Saugkammer überführt wird. Von dort wird diese dann einer Probennahme zur Analyse zugeführt. Die Saugsonden besitzen eine festgelegte Länge, sodass eine Probenentnahme aus einer bestimmten Bodentiefe erfolgen kann. Sollen Proben aus unterschiedlichen Tiefen entnommen werden, müssen eine entsprechende Anzahl von Saugsonden mit unterschiedlichen Längen, also für jede Tiefe eine eigene Saugsonde installiert werden.
-
Nur das Analysieren von Bodenlösungen aus unterschiedlichen Tiefen gestattet eine genaue Analyse des Stofftransportes und von Umsetzungsreaktionen im Boden.
-
Ein entsprechend hoher apparativer Aufwand ist hierzu erforderlich.
-
DE 41 25 141 C2 offenbart eine Messproben-Entnahmevorrichtung für mehrere, voneinander entfernte Messstellen, insbesondere für Grundwasser- oder Bodenluftuntersuchungen mit einem in eine Bodenöffnung einbringbaren Mantelrohr mit einer mindestens in den vorgesehenen Messstellenbereichen gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Wandung.
-
Aus
DE 43 29 729 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Entnahme von Gas- oder Flüssigkeitsproben aus verschiedenen Schichten bekannt, wobei ein gemeinsames diese Schichten durchdringendes und durch Querwandungen in einzelnen Längsabschnitten unterteiltes Messrohr vorgesehen ist, das in den einzelnen Längsabschnitten durchlässige Rohrwandungen aufweist, die von Wandungsöffnungen gebildet sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenlösungen aus Böden zu schaffen, die einen einfachen Aufbau besitzt und mit geringem Aufwand installiert werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die Saugsonde wenigstens zwei Saugabschnitte aufweist, die im Bezug auf eine Längserstreckung der Saugsonde beabstandet zueinander angeordnet oder anordbar sind, jede Saugkammer über einen porösen Wandabschnitt mit dem umgebenden Boden in Kontakt steht, jede Saugkammer mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, wobei die Saugkammer über eine Unterdruckkammer mit der Unterdruckquelle verbindbar ist und zwischen der Saugkammer und der Unterdruckkammer ein die Saugkammer und die Unterdruckkammer trennendes oder verbindendes Schaltelement angeordnet ist, ist es vorteilhaft möglich, mit einer Saugsonde Bodenlösungen aus unterschiedlichen Tiefen zu gewinnen. Somit kann an einer einzigen Messstelle die Bodenlösung aus unterschiedlichen Tiefen gewonnen und analysiert werden. Hierdurch sinkt einerseits der apparative Aufwand und andererseits wird der zu untersuchende Boden nur mit einer Saugsonde bestückt, sodass sich ein Eingriff in das Untersuchungsobjekt vermindert und genauere Analyseergebnisse erzielt werden können.
-
Insbesondere kann so auch zeitgleich und/oder zu definierten Zeiten in verschiedenen Tiefen eine festgelegte Probenmenge gewonnen und mittels lediglich einer Saugsonde über die gesamte Tiefe zu einem Probennehmer transportiert werden.
-
Insbesondere wenn jede Saugkammer mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, kann in den Saugkammern ein Unterdruck erzeugt werden. Da die porösen Wandabschnitte auch bei ungesättigten Bedingungen wassergesättigt und somit luftundurchlässig sind, entsteht ein Sog, welcher der Wasserspannung im Boden entgegenwirkt und Bodenlösung in die jeweilige Saugkammer extrahiert.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Saugabschnitte der Saugsonde jeweils ein eigenständiges Modul bilden, die in die Saugsonde integrierbar sind. Hierdurch ist es möglich vor Ort, also direkt am Untersuchungsobjekt die Anzahl der Saugabschnitte zu bestimmen und die Saugsonde entsprechend auszustatten. Die eingesteckten Module sind hierbei so ausgebildet, dass diese Druckdicht zu der Saugsonde komplettiert werden können.
-
Durch die Modulbauweise sind auch Probenentnahmen aus großen Tiefen, von beispielsweise Probenentnahmetiefen bis zu 15 Meter möglich.
-
Es ist ferner vorteilhaft möglich, den an der Saugkammer anliegenden Unterdruck über das Schaltelement zu regeln, beziehungsweise ganz abzuschalten. Dieses Schaltelement ist vorzugsweise ein Schaltventil, das dann die Saugkammer von der Unterdruckkammer trennt, wenn die Saugkammer mit Bodenlösung komplett gefüllt ist. Hierdurch wird eine definierte Menge an Bodenlösung, die dem Volumen der Saugkammer entspricht, entnommen.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede Saugkammer über ein eigenes Entnahmeelement mit einer Probennahme verbunden ist. Hierdurch kann zielgenau die jeweilige Probe aus den einzelnen Saugkammern separat der Probennahme zur Analyse zugeführt werden. Die Analyse der aus unterschiedlichen Tiefen entnommenen Bodenlösungen kann somit separat und unabhängig voneinander erfolgen. Somit sind sehr genaue Analyseergebnisse über die gesamte Probenentnahmetiefe möglich.
-
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Saugsonde ein Lumen aufweist, das mit der Unterdruckquelle verbindbar ist und das mit den Unterdruckkammern verbunden ist. Hierdurch können die einzelnen Unterdruckkammern der Saugabschnitte durch eine gemeinsame Unterdruckquelle und eine gemeinsame Verbindung mit der Unterdruckquelle verbunden werden. Das Lumen ist insbesondere im Inneren der Saugsonde angeordnet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Lumen auch die Entnahmeelemente der Saugkammern aufnimmt, das heißt, die Entnahmeelemente sind in dem Lumen angeordnet. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau der Saugsonde ermöglicht.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lumen und somit die Unterdruckkammern der Saugabschnitte zur Probenentnahme aus den Saugkammern mit einer Druckluftquelle verbindbar ist. Hierdurch wird Vorteilhaft möglich, die Saugkammern über die Unterdruckkammern bei geöffnetem Schaltelement mit einem Druck zu beaufschlagen mittels dem ein Transport der Probe, das heißt, der einzelnen Bodenlösungen über die Entnahmeelemente zur Probennahme erfolgen kann. Hierdurch wird insbesondere möglich eine Probennahme auch aus größeren Tiefen zu ermöglichen, da ein Ansaugen der Bodenlösung aus größeren Tiefen mittels Unterdruck nicht notwendig ist. Gerade das Ansaugen der Bodenlösung aus großen Tiefen hat zur Folge, dass die Bodenlösung (das Wasser) über einen längeren Zeitraum angesaugt wird und je nach Tiefe zum Teil erheblich dispergiert wird. Eine Probennahme zu einem definierten Zeitpunkt ist somit nicht möglich.
-
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Saugsonde umfasst, die einen geschlossenen, zylindrischen bzw. lanzenförmigen Sondenkörper aufweist und der die einzelnen Saugabschnitte besitzt. Hierdurch wird möglich, eine besonders gute Anbindung der Saugabschnitte an den umgebenden Boden zu gewährleisten. Insbesondere wenn alle Saugabschnitte und ggf. zwischen den Saugabschnitten vorgesehene Führungsabschnitte einen gemeinsamen Zylinder bilden, wird eine sehr kompakte Saugsonde erreicht, bei der alle Saugabschnitte unmittelbar an dem ungestörten Boden anlegen können. Beim Einbringen der Saugsonde ist nur eine geringe Störung des Bodens und des Wasserhaushaltes des Bodens gegeben, sodass eine realistische Abbildung des Wasserhaushaltes möglich ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Saugabschnitte, also die Ausbildung mit den Saugkammern und den Unterdruckkammern, ist es möglich, die die einzelnen Proben aufnehmenden Kammern zu belüften. Somit können diese schnell komplett entleert werden. Die Probe kann direkt in der Saugkammer gesammelt und dann schnell – durch Überdruck oder durch Unterdruck – zur Probennahme überführt werden. Anschließend kann die Saugkammer zu einer vorliegenden Zeit auch sofort wieder auf einen Unterdruck gebracht und eine neue Probe entnommen werden. Somit ist möglich Proben über genau definierte Zeiträume zu entnehmen und auch ist möglich die Proben klar voneinander zu trennen, sodass eindeutige Zuordnungen der einzelnen Proben möglich sind. Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der dazu gehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
-
2 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Saugabschnitt einer Saugsonde.
-
1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur Entnahme von Bodenlösung aus Böden. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Saugsonde 12 sowie eine Probennahme 14. Die Saugsonde 12 besteht aus einem zylindrischen Schaft 16, der einzelne Saugabschnitte 18 aufweist. Zwischen den Saugabschnitten 18 sind Führungsabschnitte 20 vorgesehen. Die Saugabschnitte 18 und die Führungsabschnitte 20 bilden jeweils eigenständige Module, so dass die Saugsonde 12 am Beprobungsort zu einer der Analyseaufgabe entsprechenden Konfiguration zusammengestellt werden kann. Insbesondere sind über die Längserstreckung der Saugsonde 12 eine Vielzahl von einzelnen Saugabschnitten 18 anordbar, sodass eine Beprobung in unterschiedlichen gewünschten Tiefen mittels der einen Saugsonde 12 erfolgen kann. Die Anzahl der Saugabschnitte 18 ist somit variabel. Im gezeigten Beispiel sind drei Saugabschnitte 18 vorgesehen. Nach weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können auch weniger beziehungsweise mehr als drei Saugabschnitte 18 vorgesehen sein. Am unteren Ende besitzt die Saugsonde 12 eine Spitze 22, mittels der die Saugsonde 12 in einem zuvor in den Boden, also das Untersuchungsobjekt eingebrachten Bohrung entsprechender Tiefe eingeführt werden kann.
-
In 2 sind einzelne Bestandteile der Vorrichtung 10 in schematischen Schnittdarstellungen detaillierter dargestellt.
-
So wird deutlich, dass die Saugabschnitte 18 aus einer Saugkammer 24 und einer Unterdruckkammer 26 bestehen. Die Kammern sind jeweils ringförmig ausgebildet und umschließen ein Lumen 28 der Saugsonde 12. Die Saugkammer 24 besitzt einen Wandabschnitt 30, der aus einer porösen Keramik besteht. Die Saugkammer 24 ist mit einem schlauchartig ausgebildeten Entnahmeelement 32 verbunden. Die Saugkammer 24 ist gegenüber dem Lumen 28 druckdicht ausgeführt. Die Unterdruckkammer 26 ist über eine Öffnung 34 mit dem Lumen 28 verbunden. Die Saugkammer 24 und die Unterdruckkammer 26 sind gegeneinander abgedichtet. Über ein Schaltelement 36 kann eine Verbindung zwischen der Unterdruckkammer 26 und der Saugkammer 24 geöffnet werden.
-
In 2 ist angedeutet, dass hier mehrere Saugabschnitte 18 übereinander angeordnet sind. Die Saugabschnitte 18 sind jeweils identisch aufgebaut. In den oberen Saugabschnitten 18 wird in dem jeweiligen Lumen 28 dann allerdings eine Mehrzahl von schlauchartigen Entnahmeelementen 32 entsprechend der Anzahl der unterhalb dieses Saugabschnitts 18 angeordneten weiteren Saugabschnitte 18 geführt.
-
Ferner ist schematisch die Probennahme 14 gezeigt. Diese umfasst eine Unterdruckquelle 38 sowie eine Druckluftquelle 40. Die Unterdruckquelle 38 beziehungsweise Druckluftquelle 40 sind wahlweise über hier angedeutete Verbindungen mit dem Lumen 28 verbindbar.
-
Ferner münden in der Probennahme die Entnahmeelemente 32, die jeweils in ein Entnahmereservoir 42 münden. Die Entnahmereservoire 42 und somit die Entnahmeelemente 32 sind ebenfalls wahlweise über angesetzte Verbindungen mit der Unterdruckquelle 38 verbindbar. Ferner umfasst die Probennahme 14 ein Steuergerät 44 über das eine weitgehend automatische Ansteuerung der Probennahme 14 und somit der gesamten Vorrichtung 10 möglich ist. Hierzu sind im Einzelnen nicht dargestellte Mikrocontroller, Speicherelemente, Anzeigeeinrichtungen und der gleichen vorgesehen.
-
Die in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 10 zeigt folgende Funktion:
Mittels der Vorrichtung 10 sind Bodenlösungen aus unterschiedlichen Tiefen entnehmbar. Hierbei sind die Saugabschnitte 18 an verschiedenen Positionen anordbar. Die Positionen der Saugabschnitte 18 werden entsprechend des geplanten Einsatzes, das heißt der geplanten Entnahme von Bodenlösungen aus unterschiedlichen Tiefen frei positioniert. Dadurch, dass die Saugabschnitte 18 und die Führungsabschnitte 20 modulartig aufgebaut sind, kann hier eine unterschiedliche Konfiguration der Saugsonde 12 erfolgen. Der modulartige Saugabschnitt 18 besteht dabei aus den in 2 näher gezeigten Saugkammer 24, Unterdruckammer 26 Entnahmeelement 32 sowie Schaltelement 36. Die Führungsabschnitte 20 sind beispielsweise aus einem Kunststoffrohr vorgefertigt, wobei zwischen den Führungsabschnitten 20 und Saugabschnitten 18 entsprechende Verbindungselemente vorhanden sind. Die Verbindung zwischen den Saugabschnitten 18 und Führungsabschnitten 20 muss hierbei so dicht ausgeführt sein, dass einerseits ein Lumen 28 anliegender Unterdruck gehalten wird und über die Verbindungsfugen kein Bodenwasser von außerhalb eindringen kann.
-
Die so vorkonfigurierte Saugsonde 12 wird dann in einen vorgebohrten Schacht bis zur entsprechenden Tiefe eingebracht. Sollen Bodenlösungen aus besonders großen Tiefen, beispielsweise bis zu 15 Meter entnommen werden, kann zunächst eine Teilmontage der Saugsonde 12 erfolgen. Nach teilweisem Einführen im vorgebohrten Schacht wird dann die Saugsonde 12 mit weiteren Saugabschnitten 18 beziehungsweise Führungsabschnitten 20 komplettiert, indem diese dann jeweils von oben aufgesetzt werden.
-
Ist die Konfiguration und Positionierungen der Saugsonde 12 beendet, wird das Lumen 28 der Saugsonde 12 über die Unterdruckquelle 38 evakuiert. Dies erfolgt bis zu einem Druck bei dem die poröse Keramik in den Wandabschnitten 30 noch wassergesättigt ist. Hierbei sind die mit dem Lumen 28 in Verbindung stehenden Unterdruckkammern 26 über die geöffneten Schaltelemente 36 mit den Saugkammern 24 verbunden. Sobald die Saugkammern 24 mit Bodenlösung komplett gefüllt sind, schließen die als Ventile ausgebildete Schaltelemente 36. Diese Schließung der Schaltelemente 36 erfolgt automatisch. Hierdurch wird sichergestellt, dass in jeder Saugkammer 24 ein konstantes Probenvolumen an Bodenlösung vorhanden ist.
-
Nach dem Schaltelemente 36 geschlossen sind und die Saugkammern 24 gefüllt sind, werden die Saugkammern 24 über die schlauchartigen Entnahmeelemente 32 geleert und die jeweilige Bodenlösung in ein Probenreservoir 42 überführt. Diese kann beispielsweise durch Verbinden der Unterdruckquelle 38 mit den Entnahmeelementen 32 erfolgen, sodass die Bodenlösung angesaugt wird, ohne dass hierzu separate Pumpeneinheiten vorgesehen sind.
-
In den Probenreservoiren 42 stehen nunmehr die Bodenlösungen aus den unterschiedlichen Tiefen zur weiteren Analyse zu Verfügung.
-
Sollen Bodenlösungen aus größeren Tiefen, beispielsweise über 10 Meter Tiefe gewonnen werden, kann alternativ die Entnahme aus den jeweiligen Saugkammern 24 durch Beaufschlagung mit Druckluft erfolgen. Hierzu wird die Unterdruckquelle 38 vom Lumen 28 getrennt. Die Druckluftquelle 40 wird mit dem Lumen 28 verbunden, sodass über das Lumen 28 und die Öffnungen 34 in den Unterdruckkammern 26 ein Überdruck erzeugt werden kann. Bei geöffneten Schaltelement 36 liegt dieser Überdruck an den Saugkammern 24 an, sodass die dort vorhandene Bodenlösung über die Entnahmeelemente 32 in die Probenreservoire 42 gedrückt werden.
-
Der Überdruck führt dazu, dass das konstante Probenvolumen in den Saugkammern 24 zu einem Wasserpaket fester Länge in die Entnahmeelemente 32 gelangt. Somit wird die konstante und festgelegte Menge an Bodenlösung auch tatsächlich in das Probenreservoir 42 überführt. Während der Beaufschlagung des Lumen 28 mit Druckluft ist die Unterdruckquelle 38 getrennt, sodass ein Nachströmen von Bodenlösung zwischen denn festgelegten Probennahmezeiten in die Saugkammern 24 verhindert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Bodenlösung innerhalb des bekannten Zeitfensters, in welchem der Unterdruck in den Saugkammern 24 anliegt, gewonnen wird.
-
Die Saugabschnitte 18 können mit zusätzlichen Drucksensoren versehen sein, mittels denen ein in den Saugkammern 24 anliegender Druck gemessen und ausgewertet werden kann. Über den Verlauf des gemessenen Druckes kann die Füllung der Saugkammern 24 überwacht werden. Sobald die Saugkammern 24 gefüllt sind, weicht der gemessene Druck vom angelegten Druck ab und gibt anschließend das Matrixpotenzial des umgebenden Bodens an. Somit lassen sich neben der Analyse der Bodenlösung weitere Messwerte mittels der Vorrichtung 10 bei den Untersuchungsobjekten ermitteln.
-
Mittels der Probennahme 14 kann eine automatische Messung erfolgen. Hierzu ist die Probennahme 14 mit der Unterdruckquelle 38 und der Druckluftquelle 40 dauerhaft an eine installierte Saugsonde angeschlossen. Mittels des Steuergerätes 44 kann dann zu voreingestellten Zeitpunkten ein vorgegebener Unterdruck beziehungsweise Überdruck angelegt werden, sodass entsprechende Bodenlösungen in die vorinstallierten Probereservoiren 42 abgeführt werden können.
-
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass bei einer Vielzahl von festinstallierten Saugsonden 12 eine mobile Probennahme 14 wahlweise mit einzelnen der Saugsonden 12, die über ein größeres Gebiet installiert sind, verbunden werden. Hierzu werden die Saugsonden 12 kurzfristig mit der Probennahmen 14 verbunden um kurzfristig Bodenlösungen aus unterschiedlichen Tiefen zu gewinnen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Saugsonde
- 14
- Probennahme
- 16
- Schaft
- 18
- Saugabschnitte
- 20
- Führungsabschnitte
- 22
- Spitze
- 24
- Saugkammer
- 26
- Unterdruckkammer
- 28
- Lumen
- 30
- Wandabschnitte
- 32
- Entnahmeelemente
- 34
- Öffnung
- 36
- Schaltelement
- 38
- Unterdruckquelle
- 40
- Druckluftquelle
- 42
- Entnahmereservoir
- 44
- Steuergerät
