DE202020000708U1

DE202020000708U1 - Segment-Saugboden für Laborlysimeter

Info

Publication number: DE202020000708U1
Application number: DE202020000708.0U
Authority: DE
Original assignee: ecoTecH Umweltmeßsysteme GmbH
Current assignee: Ecotech Umweltmesssysteme GmbH
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-03-30
Anticipated expiration: 2030-02-21

Abstract

Segment-Saugboden für Laborlysimeter dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche des Laborlysimeter-Saugbodens in mehrere beprobte Areale unterteilt ist und so die Wassermengen und Lösungskonzentrationen in einer räumlich höheren Auflösung ermittelt werden können.

Description

Lysimeter sind zylindrische Behälter von wenigen Dezimetern bis wenigen Metern Durchmesser bzw. Kantenlänge und von wenigen Dezimetern bis wenigen Metern Höhe, die mit Boden oder ähnlichen Substraten gefüllt sind. Sie dienen dazu, den Wasser- und Stoffhaushalt dieser Substrate zu untersuchen und zu bilanzieren. Mit solchen Modellversuchen kann z.B. eine Grundwassergefährdung durch versickernde Schadstoffe simuliert werden, ohne dass dadurch eine reale Gefahr für das Grundwasser entsteht. Das durch den Boden sickernde Wasser wird an der Unterseite des Lysimeters aufgefangen und kann dann auf seine Inhaltsstoffe untersucht werden.
Laborlysimeter haben in der Regel Durchmesser von 20-50 cm und Höhen zwischen 20 und 200 cm. Moderne Laborlysimeter verfügen über eine Grundplatte mit feinporigen Filtern, welche die Entnahme des Sickerwassers mit Hilfe von Unterdruck ermöglichen (Saugboden). Die Unterdruck-Methode hat den Vorteil, dass sie die natürlichen Strömungsbedingungen im Boden imitiert und daher die hinlänglich bekannten Fehler der freien Dränage vermeidet. Idealerweise bestehen die dazu nötigen feinporigen Filter aus Kunststoff, da Kunststoffe unter den verwendbaren Filterwerkstoffen die kleinste Adsorptionskapazität für gelöste anorganische Stoffe besitzen.
Problem
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass bisherige Laborlysimeter einen Saugboden besitzen, welcher die gesamte Auflagefläche des untersuchten Substrats einnimmt, z.B. eine runde Fläche mit D = 30 cm. Das unten aus dem Boden abgesaugte Wasser wird daher aus der gesamten Bodenfläche in einem Sammelgefäß zusammengeführt; es ergibt sich somit ein Summensignal (im Beispiel aus ca. 700 cm²). Allerdings ist seit den 1980er Jahren bekannt, dass der Wasserfluss im Boden auf der cm-Skala extrem unterschiedlich groß sein kann. Anschauliches Beispiel dafür ist der Wasserfluss in einer Regenwurmröhre, der zwar nur selten auftritt, der dann aber fast 100 % des Wassertransports eines betrachteten Bodenvolumens übernimmt. Gleichzeitig übernimmt er damit auch den sehr schnellen Tiefentransport von im Wasser gelösten grundwassergefährdenden Stoffen, z.B. von Nitrat. Wissenschaftliche Untersuchungen belegen vielfach, dass ein Großteil der Wasser- und Stoffflüsse in nur wenigen Prozent des Boden-Gesamtvolumens stattfinden können, je nachdem, wie die Feuchteverhältnisse im Boden aktuell sind.
Eine räumliche Auflösung dieser realen Flüsse auf der Zentimeter- oder Dezimeterskala ist daher von hohem wissenschaftlichem Interesse für das Verständnis solcher Fließprozesse. Durch die egalisierende Entwässerung des Bodenwassers über die gesamte Fläche in Laborlysimetern erhält man jedoch nur das oben beschriebene Summensignal; und trotz der bekannt hohen Wahrscheinlichkeit, dass dieses Summensignal unter bestimmten Bedingungen von nur 1 % der untersuchten Fläche dominiert wird, ist eine Aussage zum Anteil einzelner Bodenbereiche am gesamten (Schad-)Stofftransport nicht möglich.
Lösung
Dieses Problem wird durch eine Segmentierung des Kunststoff-Saugbodens gelöst, der die bereits bekannten Vorteile von Kunststoff-Saugböden mit der Möglichkeit verbindet, die beprobte Grundfläche des Lysimeters in verschiedene beprobte Areale zu unterteilen. So ist es möglich, kleinere Flächen einzeln zu beproben, die Wassermengen und Lösungskonzentrationen separat zu ermitteln und dadurch Fließmuster in der Fläche zu erkennen.
Hierzu wird der Saugboden in verschiedene Segmente unterteilt, welche hydraulisch und pneumatisch separiert sind. Jedes Segment besitzt unterhalb der Filterfläche einen Sammeltrichter und wird mit einem eigenen Sammelgefäß verbunden. Die Segmente können daher einzeln mit Unterdruck beaufschlagt werden; eine Vermischung der Wasserproben aus zwei oder mehr Segmenten und damit Bodenbereichen ist ausgeschlossen.
Die Filterflächen besitzen den gleichen geschichteten Aufbau wie der bewährte Laborlysimeter-Saugboden aus Kunststoff, welcher bis heute den technischen Standard markiert. Somit ist auch die Untersuchung von vielen umweltrelevanten, im Bodenwasser gelösten Stoffen möglich, die mit anderen Filterwerkstoffen (Keramik, Metallsinter) interagieren, was dann durch Sorptionsprozesse zu Fehlmessungen der Lösungskonzentration führen kann.
Die segmentierte Saugplatte ist kein fester Bestandteil des Saugbodens, sondern kann als segmentierte Filterscheibe von der Saugbodenbasis abgenommen, gereinigt oder ganz ausgetauscht werden. Sie ist als Ersatzteil erhältlich und auch anwenderseitig austauschbar. So kann dieses zentrale Element des Lysimeters nach einer Beschädigung oder Kontamination kostengünstig ausgewechselt und der Saugboden mit wenig Aufwand wieder in einen neuwertigen Zustand versetzt werden. Alle übrigen Bestandteile des Saugbodens sind mehrfach einsetzbar, was eine wesentliche Kostenersparnis derartiger Untersuchungen mit sich bringt.
Hauptnutzen des neuen Aufbaues ist die Möglichkeit der Identifizierung und Quantifizierung von kleinräumigen Wasser- und Stoffflüssen in Böden und das sich daraus ergebende bessere Verständnis der aktuellen Schadstoffprobleme in der Landschaft.

Claims

Segment-Saugboden für Laborlysimeter dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche des Laborlysimeter-Saugbodens in mehrere beprobte Areale unterteilt ist und so die Wassermengen und Lösungskonzentrationen in einer räumlich höheren Auflösung ermittelt werden können.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Einzelsegmente und damit die Anzahl der Segmente pro Lysimeter unterschiedlich groß sein können.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Segmente unterschiedlich sein kann (z.B. quadratisch, rechteckig, fünfeckig, sechseckig etc.).
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die segmentierte Filteroberfläche kein fester Bestandteil des Lysimeter-Saugbodens, sondern als abnehmbare segmentierte Filterplatte konstruiert ist.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die segmentierte Filterplatte des Lysimeter-Saugbodens anwenderseitig entnommen, gereinigt oder ganz ausgetauscht werden kann.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente mit unterschiedlichem oder gleichem Unterdruck angesteuert werden können.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente einzeln beprobt werden können.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Segment-Saugboden mit unterschiedlichen Lysimeterrohrmaterialien kombinierbar ist.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Segment-Saugboden mit gestörten (geschütteten) oder ungestörten (gestochenen) Boden-Bohrkernen kombinierbar ist.
Segment-Saugboden für Laborlysimeter nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Segment-Saugboden aus Kunststoffen besteht.