DE2164702B2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen qualitativen Bestimmung toxischer Stoffe im Wasser - Google Patents

Description

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.

Aus »Annales de Limnologie«, 7, 1971, Heft 1, S. 1 bis 6 ist ein arenaförmiges Becken bekannt, das aus zwei im Abstand voneinander angeordneten um-Jaufenden vertikalen Wänden, die zwischen sich und einem Boden einen Ringraum einschließen, in den Zu- und Abläufe einmünden, besteht und mit einer in den Ringraum des Beckens zwischen den Wänden eingesetzten, die Bewegung der Fische registrierenden Tasteinrichtung versehen ist. Als Tasteinrichtung wird dabei eine Fotozelle verwendet, welche die Bewegung der Fische in dem Testbecken mißt. Durch Auswertung der aufgeschriebenen, durch die Fotozelle gemessenen Werte erhält man ein Bild von der Toxizität, der die Fische in dem Wasser ausgesetzt sind.

Die vorliegende Erfindung hat eine Verbesserung dieser bekannten Vorrichtung in der Weise zum Ziel, daß eine automatische Anzeige erfolgt und ein Signal gegeben wird, wenn die zulässige toxische Gesamtbelastung der in dem Testbecken befindlichen Fische erreicht ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll dabei möglichst einfach im Aufbau und funktionssicher ausgebildet sein.

Die erfindungsgcmäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Tasteinrichtung aus einem aus gespannten Drähten gebildeten, quer in den Ringraum eingebauten mechanischen Fühlermittel besteht. und daß ein Impulswandler vorgesehen ist, welcher tlie durch Betätigung des Fühlermittels ausgelösten mechanischen Impulse in elektrisch.¹ umwandelt und mit einem Impulsspeicher, Rechner und Signalgeber verbunden ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf einfache Weise feststellbar, wann die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelasiung des Wassers überschritten wird. Eine solche Vorrichtung kann an beliebigen Stellen, z. B. Flüssen oder Seen, aufgestellt werden, die dann automatisch ein Signal ru einer Zentrale gibt, wenn der Grenzwert der toxitchen Gesamtbelastung des Wassers erreicht ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung tier erfindungsgemäßen Vorrichtung kann über dem Beckenboden eine Lochplatte angeordnet sein. Dabei Ikann 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 Ucckcnbodcn 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 waagerechter 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 Ausgestal- !uns der erfindungsgemäßen 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

ίο über die Höhe des Beckens gleichmäßig waagerechte Wasserströmung in einem geschlossenen Kreis aus. Das auf seinen Uehalt an toxischen Stoffen zu untersuchende Wasser wird zweckmäßigerweise vor dem Einlauf in das Prüfbecken von groben Schmutzstoffen 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 vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Beckenboden geneigt ausgeführt. Zweckmäßigerweise 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

»5 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

F i g. 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. An einer Seite

des Beckens 1 ist ein Oberlaufkasten 16 angebracht, aus dem überlaufendes Wasser durch die Abflußleitung 17 abfließen kann.

In das Becken 1 münden zwei Wasserzuläufe 6 und 6' und ein Wasserablauf 7 ein. Der Wasscrzulauf 6 verläuft in etwa waagerecht in kurzem Absland über dem Boden 4. Der im Becken 1 befindliche Abschnitt des Wasserzulaufs 6 ist über seine Länge mit mehreren Austritisöffnungen versehen, aus denen Wasser von unten nach oben durch das Hecken 1 >lröiiil. Der W asser/ulaul 6' endet in einem sich über die Höhe des Beckens 1 erstreckenden vertikalen Rohrabschnitt, in dem eine Reihe von Löchern \orgeschen ist. aus denen Wasser in einer waagerechten Ringströmung durch das Becken I Hießt.

Auf ein Auflager 15 auf der Innenseite der äußeren Wand 2 des Beckens I wird die mit der inneren umlaufenden vertikalen Wand 3 /u einer Einheit verbundene Lochplatte 13 gesetzt, wobei der vertikale

Rohrabschnitt des Wasserzulaufs (V durch das Loch Ϊ8 in der Lochplatte 13 hindurchragt. Durch Qucrstrcbcn 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 (V ausfließende Wasser in einer waagerechten Ringstrcmiing durch das Becken 1 fließt.

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 gegebenenfalls auch in der Innenwand 3 des Beckens I können im Rcreich des Testabschniits Fenster 22 vorgesehen sein.

Während der Testperiode fließt das Wasser, dessen Toxität ermittelt werden soll, aus dem Wasserzulauf «' i.'. den Ringraum 5 des Beckens 1 durch Löcher in seinem vertikalen Rohrabschnitt hinein, wobei sich in dem Ringraum5 eine waagerechte Ringströmung ausbildet. Nach Beendigung der Testperiode wird der Wasserzulauf 6' geschlossen und der Wasscr/ulaufö geöffnet. Aus den Löchern des im Bekken 1 zwischen Beckenboden 4 und Lochplatte 13 befindlichen Abschnitts des Wasserzulaufs 6 fließt ium 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 Wasser/ulauf 6 uesihio- se:: >ind der Wasserzulauf 6' wieder gcöffncS.

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

F i g. 2 zeigt ein Ausfülmingsbeispiel für eine Meßeinrichtung, die in den Testabschniti in dem Ringraum 5 des Beckes 1 eingesetzt wird. Die Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem quer zur waagerechten Wasserströmung in den Tcstabschnit! des Ringraums 5 in dem Becken 1 eingesetzten, aus gespannten Drähten 23 gebildeten mechanischen Futtermittel 8. das bei Berührung durch die in den Teilabschnitt des Beckenringraums 5 eingesetzten Fische eine Auslenkung erfahrt, worauf dieser mechanische Impuls in einem Impulswandler9 in einen elektrischen Impuls umgewandelt wird, der in einem Impulsspeicher IO gespeichert wird. Durch einen mit dem Impulsspeicher 10 gekoppelten Rechner H. der die Summe der pro Zeiteinheit gespeicherten Impulse errechnet, wird bei Überschreitung eine·; vorprogrammierten Wertes für eine bestimmte Summe von Impulsen pro Zeiteinheit der Signalgeber 12 ausgelöst. Impulsspeicher 10 und Rechner 11 können auch zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sein

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

Der vertikale Spannrahmen 24 liir die Drähte 23 ist mit einem waagerechten Stab, einer Platte oder einem Rahmen 25 starr verbunden, der z.B. in einem ihn im Abstand umcel-endcn weiteren Rahmen 26 über die Achse 27 schwenkbar gelagert ist. An den jenseits der Schwenkachse 27 gelegenen Ende des Rahmens 25 ist der Impulswandler9 angebracht, der im Ausführungsbeispiel aus einem Stab 28 besteht, der mit dem Rahmen 25 fest verbunden ist und in eine Induktionsspule 29 eintaucht. Erfährt 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

ίο des Rahmens 25 bewegt sich in der Induktionsspule 29, löst 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 pio Zeiteinheit ein Maß für die Vergiftung der Fische durch Vorhandensein !toxischer Stoffe im Wasser ist.

In Abänderung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispicls kann das Prüfbecken auch eine andere, z. B. Rechteckform besitzen. Auch (las mechanische Fühlermittcl 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. Fin Dehnungsmeßstreifen konnte auch in den Rahmen 25. der dann einscitig starr eingespannt sein müßte, eingesetzt sein, wobei durch Auslenkung des Spannrahmens 24 der im! ihm starr verbundene Rahmen 25 eine Auslenkung erfahren würde, die zu einer Dehnung des Mci-.vneit'ens und dei Aussendung eines elektrischen Impulses durch ihn führen würde.

Statt des Impulswandler 2S, 29, wie er in Fig. _ dargestellt ist. kann auch ein bekannter Kräh- ode: Wegaufnehmer angeordnet sein. Auch weitere Möglichkeiten ^füt cine I 'rnsctzung durch das mcJiaiiisehe Fühlereiement ausgelöster mechanischer in elektrische Impulse sind mil bekannter! Mitteln vorhanden.

Die Speicherung und Z.älilung 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, ü'eichzeitig mit der Auslösung des Signalgebers, übei den Signalgeber oder statt des Signalgebers beliebige Mittel zu betätigen, um z.B. eine Abwasscrablaufleiumg zu verschließen.

Das erfindungsgemiiße Verfahren und die erfindungsgcmäße Vorrichtung sind zu einer qualitativen Messung toxischer Stoffe im Wasser geeignet und bieten dm über hinaus die Möglichkeit, bei Erreichung eines vorher bestimmten Grenzwerts für die toxische Gcsnmtbelastung des Wassers automatisch ein

6u Signal auszulösen sowie gegebenenfalls Mitte! zu betätigen, die den weiteren Ab- oder Ausfluß von verseuchtem Wasser verhindern. Durch die Erfindune wird also eine Frühwarnung bei Anwesenheit toxischer Stoffe im Wasser ermöglicht, wofür bisher keine vergleichbaren Mittel zur Verfugung standen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. 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 ausgelöst wird, wenn die Summe der pro Zeiteinheit gespeicherten Impulse einen vorgegebenen, die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelastung darstellenden Wert erreicht.

2. Vorrichtung zur Ausübung eines Verfahrens nach Anspruch 1. bestehend aus einem arenaförrriigen Becken, das aus zwei im Abstand voneinander angeordneten umlaufenden vertikalen Wänden, die zwischen sich und einem Boden einen Ringraum einschließen, in den Zu- und Abläufe einmünden, gebildet ist. und einer in den Ringraum zwischen den Wänden des Beckens eingesetzten, die Bewegung der Fische registrierenden Tasieinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasteinrichtung aus einem aus gespannten Drähten gebildeten, quer in den Ringraum eingebauten mechanischen Fühlermittel besteht, und daß ein Impulswandler vorgesehen ist, welcher die durch Betätigung des Fühlermittels ausgelösten mechanischen Impulse in elektrische umwandelt und mit einem Impulsspeicher, Rechner und Signalgeber verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Beckenhoden (4) eine Lochplatte (13) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Raum zwischen Bckkenboden (4) und Lochplatte (13) ein Wasser/u-(6) und -ablauf (7) und in den Raum über der Lochplatte (13) ein weiterer Wasserzulauf (6') in das Becken (I) einmündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der über der Lochplatte (13) in das Becken (1) einmündende 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 Heckenboden (4) zu einem dichten Behällcr und die innere umhüllende vertikale Wand (3) mit der Lochplatte (13) verbunden ist und letztere (13) auf einem oder nichrvren an der Innenseite der äußeren umlaufenden Wand (2) im Abstand vom lieckenboden (4) angebrachten Auflagern (15) ruht.

Χ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Becken (1) aus Kunststoff besteht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischer! qualitativen. Bestimmung toxischer Stoffe im Wasser, insbesondere in Gewässern und Abwässern, durch Einsetzen von Fisehen in strömendes Wasser und Auslösen eines Signals, wenn die Fische durch die Einwirkung der im Wasser befindlichen toxischen Stoffe ein gestörtes Verhalten zeigen. Es ist bekannt, hierbei Fische in eine Wasserströmung in einem Behälter einzusetzen

ίο und durch Beobachtung ihres Verhaltens das etwaige Vorhandensein toxischer Stoffe irr. Wasser zu ermittein. Werden Fische in eine Wasserstömung eingesetzt, so stellen sie sich naturgemäß gegen die Strömung (positive Rheotaxis). Wenn in der Wasserströ-

j5 mung 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

ao halten und von ihr mitgerissen wird. Aufgabe 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 aulomatisehen Frühwarnung zu schaffen.

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 ausgelöst wird, wenn die Summe der pro Zeileinheit gespeicherten impulse einen vorgegebenen die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelastung darstellenden Wert erreicht.

Das erfindungsgcmäße Verfahren wird so durchgeführt, daß Fische in eine waagerechte Wasserströ mung eingesetzt werden und in einem kurzen Abstand hinter den sich gegen die Wasserströmung cinstellenden 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 Fühlermitte!. Diese sind mit einem Impulswandler verbunden, welcher die mechanischen Impulse in elektrische umwandeil. Jedesmal, wenn ein Fisch mit den mechanischen Fühlcrmittcln in Berührung kommt, wird von letzteren über den Impulswandler ein elektrischer Impuls ausgelöst. Die elektrischen Impulse werden gespeichert und die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit 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 Fühlcrmitteln in Berührung kommen, weil sie nicht mehr die Kraft haben, sich von diesen gegen die Wasserströmung weit genug zu entfernen.

Der genaue Werl für die Grenze der zulässigen toxischen Gesamtbelastung des Wassers, der durch die Summe der pro Zeiteinheit gespeicherten Impulse ausgedrückt wird, muß durch vorherige Messungen