DE19623439A1 - Segmentierter Wasserprobenschlauch zur horizontbezogenen Probennahme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserprobenschlauch dessen Segmentierung es ermöglicht, in definierten Tiefen/Horizonten des Bodens bzw. des Grundwas­ sers Proben für die Analyse im Labor zu gewinnen. Und dies in Bohrungen auch mit kleinen Durchmessern (z. B. 22 mm ⌀) und aus größeren Tiefen.

Die Erfindung nutzt bereits erprobte wasserrechtlich unbedenkliche Kunst­ stoff-Schläuche und Rückschlagventile. Mit Hilfe von Absperrpfropfen (z. B. aus Teflon) wird der Schlauch in Segmente geeigneter Länge untergliedert. Die Segmente haben jeweils an ihrem unteren Ende ein Rückschlagventil, durch welches das als Probe zu gewinnende Wasser mittels Unterdruck angesaugt wird. Der Unterdruck wird mit einer Pumpe außerhalb des Bohrloches erzeugt und über eine Luftleitung in jedes Segment übertragen.

Die Erfindung soll es ermöglichen, durch die Anwendung einfacher Technik die Problematik der horizontbezogenen Wasserprobenahme so zu lösen, daß diese weitestgehend unverfälscht erfolgt, in quasi jeder Tiefe möglich ist und in kleinen Bohrlöchern (ab 22 mm Durchmesser) stattfinden kann.

Die konventionellen Wasserbeprobungssysteme beruhen auf der Technik von Schöpfgeräten, Saugpumpen, Kolbenprobern, Tauchpumpen und Membran­ pumpen (vgl. T. Ehlers in H. Pfaff-Schley "Grundwasserschutz und Grundwas­ serschadstoffe", Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 1995). Sie benötigen Durchmesser ab 50 mm und sind mehr auf die Förderung größerer Wassermen­ gen ausgelegt. Die Problematik der repräsentativen Wasserprobe ist jedoch nicht primär eine Frage der Quantität sondern eine der Qualität. Die in heutigen Labors zur Analyse benötigten Wasserprobenmengen bewegen sich im Milliliter- Bereich. Sie sind oft erheblich kleiner als diejenigen, die z. B. in einem 2 Meter langen Segment eines Schlauches mit 14 mm Innendurchmesser (ca. 300 ml) aufgenommen werden können.

In der DIN 4021 (Oktober 1990, Seite 19) wird gefordert, daß "die Wasserprobe aus frisch zugeflossenem Grundwasser entnommen" wird. Die Methode, vor der Probennahme zunächst Vorzupumpen, um dann "frisch zugeflossenes" Grundwasser entnehmen zu können, birgt die Gefahr der Ver­ dünnung. D. h. die Schadstoffverhältnisse eines Wasserhorizontes können ge­ stört werden, wenn beim Vorpumpen Wasser aus anderen Bereichen angesaugt wird, sich mit dem örtlichen Grundwasser vermischt und dieses verfälscht. Diese Gefahr wird beim Einsatz des segmentierten Wasserprobenschlauch vermieden, da kein Vorpumpen der Probennahme vorangeht. Wenn nun der mit Packern oder Absperr-Ringen versehene segmentierte Was­ serprobenschlauch nach seiner Positionierung eine angemessene Zeit in einem Bohrloch ruht, so werden sich die im Wasser gelöste Schadstoffe, die mit dem Positionierungsvorgang eingeschleppt worden sind, nach den Gesetzen der Diffusion im Austausch mit der Umgebung wieder den Verhältnissen eben die­ ser anpassen. Somit ist der Zustand des "frischen Grundwassers" wieder erreicht - ohne hierfür den Weg des Vorpumpens wie bei den oben genannten Verfah­ ren gegangen zu sein -, und die Beprobung kann stattfinden.

Die Aufgabe des horizontbezogenen Wasserbeprobens wird erfindungsge­ mäß dadurch gelöst, daß der Wasserprobenschlauch selbst und gegebenen­ falls der ihn im Bohrloch umgebende Ringspalt zum Erdreich hin segmentiert werden. Auf diese Segmente werden Ent- und Vermischung des Wasser be­ grenzt die in unsegmentierten und freien Wassersäulen des Schlauchinneren und des Bohrloches stattfinden könnten. Die Segmentierung wird innerhalb des Schlauches mit entsprechend positionierten Absperrpfropfen erreicht und außer­ halb durch in gleicher Höhe angebrachte Absperr-Ringe oder Packern, welche dem umgebenden Erdreich so dicht anliegen, daß eine der Durchlässigkeit des umgebenden Bodens entsprechende Dichtigkeit erreicht wird.

Für die Positionierung des segmentierten Wasserprobenschlauches im zu be­ probenden Grundwasser werden alle Segmente mit einem Überdruck beauf­ schlagt. Er verhindert, daß Wasser unkontrolliert über die Rückschlagventile in die Segmente gelangt. Der Überdruck wird über die gleiche Luftleitung in allen Segmenten aufrecht erhalten wie der oben genannte Unterdruck der späteren Wasserproben-Einsaugphase. Je nach Erfordernis ruht der Wasserproben­ schlauch mit dem Überdruck in seinen Segmenten für eine gewisse Zeit, nach­ dem er in Position gebracht worden ist. In dieser Ruhezeit stellen sich die in den verschiedenen Wasserhorizonten vorherrschenden Verhältnisse wieder ein, die durch den Einbringvorgang des Wasserprobenschlauches vermischt und somit verfälscht worden sind. Die Ruhezeit wird durch die Umstellung auf Unterdruck (0,2 bar) beendet. Dies leitet die Wasserprobennahme ein und geschieht für alle Segmente so gleichzeitig, daß durch synchrones Einsaugen des Wassers die zu beprobende Wassersäule nicht ungleichgewichtig beansprucht wird, was Strö­ mungen mit Vermischungseffekten auslösen würde. Da lediglich mit dem leichten Unterdruck von ca. 0,2 bar gearbeitet wird, handelt es sich um eine schonende, d. h. nicht-entgasende Probenahme. Ist die Befüllung der Segmente mit Was­ serproben abgeschlossen, wird der Schlauch gezogen. Die Entnahme der so gewonnenen Proben erfolgt außerhalb des Bohrloches segmentweise z. B. mit­ tels einer einer geeigneten Spritze durch die Schlauchwand hindurch oder durch Abgießen des Wassers, nachdem das jeweilige Schlauchsegment von seinem Absperr-Propfen gelöst worden ist.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der horizontbezogenen Wasserprobenahme, wie es für die Untersuchung und Kontrolle von Deponien und Altlasten wün­ schenswert ist, um gezielt Maßnahmen ergreifen zu können. Der weitere Vorteil liegt in der Wirtschaftlichkeit des einfach konstruierten Wasserprobenschlau­ ches, der ohne großen Aufwand in kleinen Bohrlöchern und quasi tiefenunab­ hängig eingesetzt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Schema­ zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben (kursiv ge­ schriebene Begriffe werden in der Zeichnung, Anlage 4, verwendet).

Der segmentierte Wasserprobenschlauch (z. B. mit einem 18 mm - Außendurch­ messer und einer 2 mm-Wandstärke) besteht aus einer Sequenz von durch Ab­ sperrpfropfen (z. B. aus Teflon) gesicherten Schlauch-Segmenten (z. B. 2 m lang), die am unteren Ende eine Wasserzutrittsöffnung mit Rückschlagventil ha­ ben. Der Bereich zwischen der Wasserzutriftsöffnung und dem Rückschlagventil fungiert als Wasserzutrittskammer, welche gegebenenfalls einen Filter aufnehmen kann. Um beim Positionieren (Eintauchen in das Grundwasser) des Wasserpro­ benschlauches zu verhindern, daß sich in ihr Schmutz- oder Schadstoffe unkon­ trolliert festsetzen, wird die Wasserzutrittskammer mit einer kleinen Silicon- Scheibe oder änlichem am Eingang temporär verschlossen (temporärer Ver­ schluß). Die Silicon-Scheibe wird durch den Einsaug-Unterdruck (Probenahme- Phase) in das Innere der Wasserzutrittskammer verlagert und gibt den Weg für die Wasserprobe frei, die dann über das Rückschlagventil in das Segment gelan­ gen soll. Alternativ könnte eine sich in Wasser auflösende Kugel oder Ähnliches (z. B. aus Ton) den temporären Verschluß der Wasserzutrittskammer darstellen. Auch Kombinationen aus festen und sich auflösenden Verschlußmaterial sind möglich.

Der im Bohrloch zwischen dem Wasserprobenschlauch und dem umgebenden Erdreich verbleibende Ringspalt wird mit Hilfe von Packern (z. B. Silicon) oder auch Absperrringen/-scheiben segmentiert. Die Packer oder Absperr-Ringe wer­ den in gleicher Höhe angebracht wie die schlauchinneren Absperrpfropfen. Sie liegen dem umgebenden Erdreich so dicht an, daß eine der Durchlässigkeit des umgebenden Bodens entsprechende Dichtigkeit erreicht wird. Auf diese Weise wird das Ent- und Vermischen des Wassers begrenzt, wie es in unsegmentierten und freien Wassersäulen des Schlauchinneren und des Bohrloches stattfinden kann. Die Packer werden vom Gelände aus über eine spezielle Druckluftleitung (z. B. mit einem Außendurchmesser von 3 mm) aufgeblasen bis sie dichtend an­ liegen.

Für die Positionierung im zu beprobenden Grundwasser werden alle Segmente mit einem Überdruck beaufschlagt. Er verhindert, daß Wasser unkontrolliert über die Rückschlagventile in die Segmente eindringt. Der Überdruck wird außerhalb des Bohrloches erzeugt (per Schlauchquetschpumpe oder auf andere Weise) erzeugt und über eine Luftleitung (z. B. mit einem Außendurchmesser von 3 mm) in alle Segmenten übertragen. Der für die spätere Wasserproben-Einsaugphase in den Segmenten erforderliche Unterdruck wird ebenfalls über die Luftleitung von außen zugeführt. Die Luftleitung mündet mit ihren Abzweigungen in den Zu­ gangen, welche die Absperrpropfen aufweisen.

Ist die Befüllung der Segmente mit Wasserproben abgeschlossen, wird der Wasserprobenschlauch gezogen. Die Entnahme der so gewonnenen Proben erfolgt außerhalb des Bohrloches segmentweise z. B. mittels einer einer geeig­ neten Spritze durch die Schlauchwand hindurch oder durch Abgießen des Was­ sers, nachdem das jeweilige Schlauchsegment von seinem Absperr-Propfen ge­ löst worden ist. Zuvor jedoch wird der Unterdruck zugunsten des Normaldruckes aufgegeben, um den Entnahmevorgang zu erleichtern.

Claims (12)

1. Wasserprobenschlauch mit Segmentierung zur horizontbezogenen Proben­ nahme im Grundwasser, geeignet für wiederholten Einsatz in Bohrlöchern - also geeignet als Kontrollsystem der Grundwasserverhältnisse - und bestehend aus Schlauch, Absperrpfropfen innen und gegebenenfalls Absperr-Ringen bzw. Pac­ kern außen zur Segmentierung, Rückschlagventilen in allen Schlauchsegmenten an deren Wasserzutrittsöffnung sowie einer Luftleitung, die in Verbindung mit allen Segmenten steht, um diese zu versorgen einerseits mit dem außerhalb des Bohrloches erzeugten Druck für die Schließung der Rückschlagventile und an­ dererseits mit dem Unterdruck für das Einsaugen von Wasserproben.

2. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch mit wasserdichten Absperrpfropfen so segmentiert wird, daß getrennte Schlauchsegmente entstehen.

3. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment eine Wasserzutrittsöffnung hat.

4. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schlauchsegment am unteren Ende ein Rückschlagventil hat, durch das Wasser von außen über die Wasserzutrittsöffnung in der Schlauchwandung in den Segmentraum gelangt aber nicht wieder abfließen kann.

5. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rückschlagventil und der Wasserzutrittsöffnung sich eine Wasserzu­ trittskammer befinden kann, in der ein Filter Platz hat.

6. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wasserzutrittskammer mit einer kleinen Silicon-Klappe oder änlichem am Eingang verschlossen ist. Sie verhindert, daß sich beim Positionieren (Eintauchen in das Grundwasser) des Wasserprobenschlauches in der Wasser­ zutrittskammer Schmutz- oder Schadstoffe ablagern. Die Siliconscheibe wird durch den Einsaug-Unterdruck in das Innere der Wasserzutrittshöhle verlagert so daß der Weg für die Wasserprobe frei ist, die über das zu jedem Segment gehörenden Fußventil in den Segmentraum gelangen soll. Alternativ könnte eine sich in Wasser auflösende Kugel oder Ähnliches (z. B. aus Ton) die nur kurzfri­ stig erforderliche Verschließung der Wasserzutrittskammer übernehmen.

7. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wasserprobenschlauch und Bohrlochwandung - in gleicher Position wie die wasserdichten Absperrpfropfen gemäß 2 - Absperr-Ringe oder Packer angebracht sind, die dort den Wasseraustausch auf das Niveau der Boden­ durchlässigkeit begrenzen.

8. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels z. B. einer Schlauchquetschpumpe außerhalb des Bohrloches Über- bzw. Unterdruck erzeugt wird, der über eine Luftleitung an alle Segmenten übertragen wird.

9. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung gemäß 8 über Abzweigungungen mit allen Segmenten wasser- und luftdicht verbunden ist.

10. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit jedem Segment verbundene Luftleitung außerhalb des Schlauches ver­ legt wird und dabei die Absperr-Ringe bzw. Packer gemäß 3 gasdicht durch­ quert. Alternativ kann die Luftleitung innerhalb des Schlauches verlegt werden.

11. Wasserprobenschlauch nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment nach dem Hochholen außerhalb des Bohrloches separat zur Probennahme entleert werden kann, welches entweder mit einer geeigneten Spritze durch die Schlauchwand geschieht oder durch Abgießen des Wassers, nachdem das Schlauchsegment von seinem Absperr-Propfen gelöst worden ist.

12. Für die Versorgung (Aufblasen) der "Luftkissen"-Packer eine spezielle Druckluft- Leitung mit Abzweigungen zu jedem einzelnen Packer längs der Schlauchwand verlegt wird, die mit einem außerhalb des Bohrloches befindlichen Luftdrucker­ zeuger verbunden ist.