DE2164702A1

DE2164702A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen qualitativen bestimmung toxischer stoffe im wasser

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Publication number: DE2164702A1
Application number: DE19712164702
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: KERREN KURT KUNSTSTOFF
Current assignee: KERREN KURT KUNSTSTOFF
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1971-12-27
Publication date: 1973-07-12
Also published as: CH552217A; DE2164702C3; BE793346A; FR2170514A5; DE2164702B2; NL7217467A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. D, H. WERNER oic/ano L lO4 /U4

Anmelder: _{415 KREFELD}

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Kurt Kerren Kunststofftechnik _{TELEFON (02l51) 2646]}

Kempen-Niederrhein 2,
Elisabethstr. 10

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen qualitativen Bestimmung toxischer Stoffe, im Wasser.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen qualitativen Bestimmung toxischer Stoffe im Wasser, insbesondere in Gewässern und Abwässern.

Für die Bestimmung toxischer Stoffe im Wasser ist es bekannt, Fische in eine Wasserströmung in einem Behälter einzusetzen und durch Beobachtung ihres Verhaltens das etwaige Vorhandensein toxischer Stoffe im Wasser zu ermitteln. Werden Fische in eine Wasserströmung eingesetzt, so stellen sie sich naturgemäß gegen die Strömung (positive Rheotaxis). Wenn in der Wasserströmung toxische Stoffe vorhanden sind, die zu einer Vergiftung der Fische führen, wird dieses Verhalten frühzeitig gestört. Dies wird erkennbar durch taumelnde Bewegungen des Fisches, der dann nicht mehr in der Lage ist, sich in der Wasserströmung zu halten und von ihr mitgerissen wird. Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, unter Ausnutzung dieser bekannten Erscheinung die Möglichkeit für eine qualitative Bestimmung etwa im Wasser vorhandener toxischer Stoffe mit dem Ziel einer automatischen Frühwarnung zu schaffen.

BANKVERBINDUNG: STADT-SPARKASSE KREFELD KONTO MR. 50909! _

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die über mechanische Fühlermittel, die von den in ihrem normalen Verhalten gestörten Fische betätigt werden, ausgelösten elektrischen Impulse gespeichert werden und ein Warnsignal gegeben wird, wenn die Summe der pro Zeiteinheit gespeicherten Impulse einen vorgegebenen, die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelastung darstellenden Wert erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird so durchgeführt, daß Fische waagerechte

* in eine Wasserströmung eingesetzt werden und in einem kurzen Abstand hinter den sich gegen die Wasserströmung einstellenden Fischen mechanische Fühlermittel angebracht werden. Wenn nun durch das Vorhandensein toxischer Stoffe im Wasser eine Vergiftung der Fische eintritt und ihr normales Verhalten gestört wird, treiben sie mit der Strömung gegen die mechanischen Fühlermittel. Diese sind mit einem Impulswandler verbunden, welcher die mechanischen Impulse in elektrische umwandelt. Jedesmal, wenn ein Fisch mit den mechanischen Fühlermitteln in Berührung kommt, wird von Letzteren über den Impulswandler ein elektrischer Impuls ausgelöst. Die elektrischen Impulse werden gespeichert und die Anzahl der Impulse pro Zeitein-

^ heit aufgezeichnet. Erreicht die Summe der gespeicherten Impulse

pro Zeiteinheit einen vorbestimmten Wert, dann wird automatisch ein Warnsignal ausgelöst, welches anzeigt, daß die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelastung erreicht ist. Dieser Zustand wird erreicht, wenn die Fische durch die im Wasser vorhandenen toxischen Stoffe mehr und mehr vergiftet werden und ihr normales Verhalten dadurch so weit gestört wird, daß sie immer häufiger mit den mechanischen

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Fühlermitteln in Berührung kommen, weil sie nicht mehr die Kraft haben, sich von diesen gegen die Wasserströmung weit genug zu entfernen.

Der genaue Wert für die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelastung des Wassers, der durch die Summe der pro Zeiteinheit gespeicherten Impulse ausgedrückt wird, muß durch vorherige Messungen festgelegt werden. Dem Wert der noch zulässigen toxischen Gesamtbelastung des Wassers entspricht eine bestimmte meßbare Summe pro Zeiteinheit gespeicherter Impulse. Der Rechner wird dann so programmiert, daß er bei Überschreitung dieser für den noch zulässigen Wert der toxischen Gesamtbelastung ermittelten Summe gespeicherter Impulse pro Zeiteinheit das Warnsignal auslöst.

Um eine Ermüdung der Fische zu vermeiden, werden sie nicht dauernd sondern periodisch der waagerechten Strömung ausgesetzt. In den Intervallen zwischen den Testperioden wird das Wasser in eine lotrechte Strömung gelenkt. Die Fische bleiben so ständig dem zu kontrollierenden Wasser ausgesetzt, müssen aber nicht ständig gegen die waagerechte Strömung ankämpfen.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein arenaförmiges Becken, bestehend aus zwei im Abstand voneinander angeordneten umlaufenden vertikalen Wänden, die zwischen sich und einem Boden einen Ringraum einschließen, in den Zu- und Abläufe für Wasser einmünden, und durch ein quer in den Ringraum zwischen den Wänden eingesetztes, aus gespannten Drähten gebildetes mechanisches Fühlermittel, das über ein Mittel zur Umwandlung der durch Betätigung des Fühlermittels ausgelösten mechanischen in elektrische Impulse, einen Impulsspeicher und Rechner mit einem Signalgeber verbunden ist.

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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung kann über dem Beckenboden eine Lochplatte angeordnet sein. Dabei kann weiterhin in den Raum zwischen Beckenboden und Lochplatte ein Wasserzu- und -ablauf und in den Raum über der Lochplatte ein weiterer Wasserzulauf in das Becken einmünden. Dabei dient der in den Raum zwischen Beckenboden und Lochplatte einmündende Wasserzulauf der Zufuhr des in den Intervallen zwischen den Testperioden in lotrechter Richtung durch das Becken strömenden Wassers, welches durch die Lochplatte gleichmäßig verteilt wird. Der Zulauf des in den Testperioden in waage-

^ rechter Richtung durch das Becken strömenden Wassers mündet in

dem Raum über der Lochplatte, und es bildet sich in dem Becken eine ringförmige Strömung. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs gemäß en Vorrichtung kann der über der Lochplatte in das Becken einmündende Wasserzulauf die Form eines etwa vertikal verlaufenden, am oberen Ende geschlossenen Rohrs mit einer vertikalen Lochreihe besitzen. Dadurch bildet sich eine über die Höhe des Beckens gleichmäßige waagerechte Wasserströmung in einem geschlossenen Kreis aus.

Das auf seinen Gehalt an toxischen Stoffen zu untersuchende Wasser wird zweckmäßigerweise vor dem Einlauf in das Prüfbecken von groben Schmutz stoffen durch Filtrieren gereinigt. Damit sich der aus dem Wasser auf dem Boden des Beckens doch noch absetzende Schmutz leichter aus dem Becken entfernen läßt, ist gemäß einer weiteren

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vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Beckenboden geneigt ausgeführt. Zweckmäßiger weise neigt sich der Beckenboden von einer Schmalseite zur anderen, wobei an der letzteren der Wasserablauf angeordnet ist, durch den die abgelagerten Schmutzstoffe mit dem abfließenden Wasser aus dem Becken entfernt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll die äußere umlaufende vertikale Wand mit dem Beckenboden zu einem dichten Behälter und die innere umlaufende vertikale Wand mit der Lochplatte verbunden sein und letztere auf einem oder mehreren an der Innenseite der äußeren umlaufenden Wand im Abstand vom Beckenboden angebrachten Auflagern ruhen. Das eigentliche Becken besteht dann also aus zwei sehr leicht zu montierenden Bauteilen, die einfach ineinander gesetzt werden.

Als Material für das Becken kommt jeder gegen Wasser beständige Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, in Betracht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht die Einzelteile des eigentlichen Prüfbeckens,

Fig. 2 eine Ausführung der Meßeinrichtung zur Bestimmung toxischer Stoffe im Wasser.

Das Becken 1 besteht gemäß Fig. 1 aus einer äußeren umlaufenden vertikalen Wand 2, die dicht mit dem schrägen Boden 4 verbunden ist.

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An einer Seite des Beckens 1 ist ein Überlaufkasten 16 angebracht, aus dem überlaufendes Wasser durch die Abflußleitung 17 abfließen kann.

In das Becken 1 münden zwei Wasser zulaufe 6 und 6' und ein Wasserablauf 7 ein. Der Wasserzulauf 6 verläuft in etwa waagerecht in kurzem Abstand über dem Boden 4. Der im Becken 1 befindliche Abschnitt des Wasserzulaufs 6 ist über seine Länge mit mehreren Austrittsöffnungen versehen, aus denen Wasser von unten nach oben durch das Becken 1 strömt. Der Wasserzulauf 6' endet in einem sich über die Höhe des Beckens 1 erstreckenden vertikalen Rohrabschnitt, in dem eine Reihe von Löchern vorgesehen ist,' aus denen Wasser in ein er waager echtenRingströmung durch das Becken 1 fließt.

Auf ein Auflager 15 auf der Innenseite der äußeren Wand 2 des Beckens 1 wird die mit der inneren umlaufenden vertikalen Wand 3 zu einer Einheit verbundene Lochplatte 13 gesetzt, wobei der vertikale Rohrabschnitt des Wasserzulaufs 6' durch das Loch 18 in der Lochplatte 13 hindurchragt. Durch Querstreben 31, die an der äußeren Wand 2 befestigt sind, kann das Auftreiben der mit der Wand 3 verbundenen Lochplatte 13 verhindert werden.

Zwischen der Außenwand 2 und der Innenwand 3 bildet sich der Ringraum 5 aus, in dem das aus dem Wasserzulauf 6' ausfließende Wasser in einer waagerechten Ringströmung durch das Becken !.fließt.

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Der Testabschnitt innerhalb des Ringraums 5 wird durch Gitter 20 begrenzt, die in Führungen 21 auf der Innenwand 3 und der Außenwand 2 angebracht sind. Die Gitter 20 lassen zwar die Wasserströmung durch, nicht jedoch die in die Teststrecke eingesetzten Fische. In der Außenwand 2 und ggf. auch in der Innenwand 3 des Beckens 1 können im Bereich des Testabschnitts Fenster 22 vorgesehen sein.

Während der Testperiode fließt das Wasser, dessen Toxizität ermittelt werden soll, aus dem Wasserzulauf 6' in den Ringraum 5 des Beckens 1 durch die Löcher in seinem vertikalen Rohrabschnitt hinein, wobei sich intern Ringraum 5 eine waagerechte Ringströmung ausbildet. Nach Beendigung der Testperiode wird der Wasserzulauf 6^J geschlossen und der Wasserzulauf 6 geöffnet. Aus den Löchern des im Becken 1 zwischen Beckenboden 4 und Lochplatte 13 befindlichen Abschnitts des Wasserzulaufs 6 fließt dann das Wasser in einer Strömung von unten nach oben durch die Löcher 19 in der Lochplatte 13 in den Ringraum 5. Bei Beginn einer neuen Testperiode wird dann der Wasserzulauf 6 geschlossen und der Wasserzulauf 6^J wieder geöffnet.

Über den Überlauf 16 und den Wasserablauf 7 fließt das Wasser aus dem Becken 1 ab.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Meßeinrichtung, die in den Testabschnitt in dem Ringraum 5 des Beckens 1 eingesetzt wird. Die Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem quer zur waagerechten Wasserströmung in den Testabschnitt des Ringraums 5 in dem Becken

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eingesetzten, aus gespannten Drähten 23 gebildeten mechanischen Fühlermittel 8, das bei Berührung durch die in den Testabschnitt des Beckenringraums 5 eingesetzten Fische eine Auslenkung erfährt, worauf dieser mechanische Impuls in einem Impulswandler 9 in einen elektrischen Impuls umgewandelt wird, der in einem Impulsspeicher 10 gespeichert wird. Durch einen mit dem Impulsspeicher gekoppelten Rechner 11, der die Summe der pro Zeiteinheit gespeicherten Impulse errechnet, wird bei Überschreitung eines vorprogrammierten Wertes für eine bestimmte Summe von Impulsen pro Zeiteinheit der Signalgeber 12 ausgelöst. Imp'ulsspeicher 10 und Rechner 11 können auch zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sein.

Das mechanische Fühlermittel 8 besteht bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel aus in einem Rahmen vertikal gespannten Drähten 23. Die Drähte können aber auch waagerecht oder schräg gespannt sein. Schließlich kann auch ein Drahtgewebe Verwendung finden.

Der vertikale Spannrahmen 24 für die Drähte 23 ist mit einem waagerechten Stab, einer Platte oder einem Rahmen 25 starr verbunden, k der z. B. in einem ihn im Abstand umgebenden weiteren Rahmen

über die Achse 27 schwenkbar gelagert ist. An den jenseits der Schwenkachse 27 gelegenen Ende des Rahmens 25 ist der Impulswandler 9 angebracht, der im Ausführungsbeispiel aus einem Stab besteht, der mit dem Rahmen 25 fest verbunden ist und in eine Induktionsspule 29 eintaucht. Er-fährt nun der Spannrahmen 24 durch Anprall eines Fisches eine Auslenkung, dann schwenkt der mit ihm verbundene Rahmen 25 um die Achse 27, der Stab 28 am Ende des Rahmens 25 bewegt sich in der Induktionsspule 29, löst

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damit einen Impuls aus, der in den Impulsspeicher 10 gelangt, Wenn sich der Fisch wieder von dem Spannrahmen 24 löst, federt dieser z. B. durch die Rückstellfeder 30 wieder in seine Ausgangslage zurück, Jede Berührung des Spannrahmens 24 durch einen Fisch löst also einen Impuls aus, deren Häufigkeit pro Zeiteinheit ein Maß für die Vergiftung der Fische durch Vorhandensein toxischer Stoffe im Wasser ist.

Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungebeispiel beschränkt. So sind Abwandlungen in der einen oder anderen Form möglich, ohne daß das Wesen der Erfindung verändert würde. Beispielsweise kann das Prüfbecken auch eine andere, z, B. Reehteekforra besitzen» Auch das mechanische Fühlermittel 8 könnte in anderer Weise ausgebildet sein, So können z, B, die quer zur Wasserströmung gespannten Drähte 23 mit einem Dehnungsmeßstreifen verbunden sein, der bei Berührung der Drähte 23 eine Dehnung erfährt und dabei einen elektrischen Impuls auslöst, Ein Dehnungsmeßstreifen könnte auch in den Rahmen 25, der dann einseitig starr eingespannt sein müßte, eingesetzt sein, wobei durch Auslenkung des Spannrahmens 24 der mit ihm starr verbundene Rahmen 25 eine Auslenkung erfahren würde, die zu einer Dehnung des Meßstreifens und der Aussendung eines elektrischen Impulses durch ihn führen würde.

Statt des Impulswandlers 28, 29, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, kann auch ein bekannter Kraft- oder Wegaufnehmer angeordnet sein. Auch weitere Möglichkeiten für eine Umsetzung durch das mechanische Fühlerelement ausgelöster mechanischer in elektrische Impulse sind mit bekannten Mitteln vorhanden.

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Die Speicherung und Zählung der elektrischen Impulse ist unter Verwendung bekannter elektronischer Bauelemente ohne Schwierigkeiten möglich. Als Signalgeber, der mit dem Impulsspeicher bzw, -rechner verbunden ist, kann ein beliebiges optisches oder akustisches Mittel, wie eine Lampe oder eine Sirene verwendet werden, Außerdem ist es möglich, gleichzeitig mit der Auslösung des Signalgebers, über den Signalgeber oder statt des Signalgebers beliebige Mittel zu betätigen, um z,B, eine Abwasserablaufleitung zu verschließen.

Das eründungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind zu einer qualitativen Messung toxischer Stoffe im Wasser geeignet und bieten darüber hinaus die Möglichkeit, bei Erreichung eines vorher bestimmten Grenzwerts für die toxische Gesamtbelastung des Wassers automatisch ein Signal auszulösen sowie ggf. Mittel zu betätigen, die den weiteren Ab- oder Ausfluß von verseuchtem Wasser verhindern, Durch die Erfindung wird also eine Frühwarnung bei Anwesenheit toxischer Stoffe im Wasser ermöglicht, wofür bisher keine vergleichbaren Mittel zur Verfügung standen.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur automatischen qualitativen Bestimmung toxischer Stoffe im Wasser, insbesondere in Gewässern und Abwässern, durch Einsetzen von Fischen in strömendes Wasser und Auslösen eines Signals, wenn die Fische durch die Einwirkung der im Wasser befindlichen toxischen Stoffe ein gestörtes Verhalten zeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die über mechanische Fühlermittel, die von den in ihrem normalen Verhalten gestörten Fischen betätigt werden, ausgelösten elektrischen Impulse gespeichert werden und ein Warnsignal gegeben wird, wenn die Summe der pro Zeiteinheit gespeichert ten Impulse einen vorgegebenen, die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelastung darstellenden Wert erreicht.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein arenaförmiges Becken (1), bestehend aus zwei im Abstand voneinander angeordneten umlaufenden vertikalen Wänden (2;3), die zwischen sich und einem Boden (4) einen Ringraum (5) einschließen, in den Zu- und Abläufe (6 bzw. 7) für Wasser einmünden, und durch ein quer in den Ringraum (5) zwischen den Wänden (2;3) eingesetztes, aus gespannten Drähten(23) gebildetes mechanisches Fühlermittel (8), das über ein Mittel (9) zur Umwandlung der durch Betätigung des Fühlermittels (8} ausgelösteⁿmechanischen in elektrische Impulse, einen Impulsspeicher (10) und Rechner (11) mit einem Signalgeber (12) verbunden ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Beckenboden (4) eine Lochplatte (13) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Raum zwischen Beckenboden (4) und Lochplatte (13) ein Wasserzu- (6) und -ablauf (7) und in den Raum über der Lochplatte (13) ein weiterer Wasserzulauf (6⁴ ) in das Becken (1) einmündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der über der Lochplatte (13) in das Becken (1) einmündende

W Wasserzulauf (6* ) die Form eines etwa vertikal verlaufenden,

am oberen Ende geschlossenen Rohrs mit einer vertikalen Lochreihe (14) besitzt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Beckenboden (4) geneigt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere umlaufende vertikale Wand (2) mit dem Beckenboden (4) zu einem dichten Behälter und die innere umlaufende vertikale Wand (3) mit der Lochplatte (13) verbunden

P ist und letztere (13) auf einem oder mehreren an der Innenseite

der äußeren umlaufenden Wand (2) im Abstand vom Beckenboden (4) angebrachten Auflagern (15) ruht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Becken (1) aus Kunststoff besteht.

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