DE2906884A1 - Einrichtung zur ueberwachung der wasserqualitaet mithilfe elektrischer fische - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität
• mithilfe elektrischer Fische Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mithilfe elektrischer Fische, bei der sich die Tiere vorzugsweise einzeln in einem wassergefüllten Beobachtungsbecken befinden, mit dessen Wasser wenigstens eine Elektrode zum Empfang der elektrischen Entladungen des Fisches verbunden ist, der ein Verstärker- und Aufnahmeschaltkreis nachgeschaltet ist.
• Schon sehr früh hat sich die Wasserversorgungswirtschaft um Verfahren bemüht, toxische Stoffe möglichst schon bei der Wassergewinnung zu erkennen. Es zeigte sich, daß allein biologische Testverfahren mit hinreichender Genauigkeit und ausreichender Differenziertheit in der Lage sind, brauchbare Ergebnisse zu liefern. Beispielsweise ist das Verhalten von Wasserflöhen (Daphnia) vielfach untersucht worden. Auch Tests mit anderen Fischen, Forellen, Karpfen, Goldfischen und anderen, wurden mit Erfolg durchgeführt. Allerdings erfordern die letztgenannten Tests relativ große Abmessungen der Testbecken, hohe Durchströmgeschwindigkeiten und damit hohe Wasserverluste. Die Überwachungs- und Meldeeinrichtungen (Fotozelle, Fernsehauge) sind jedoch nicht so funktionssicher, wie es für eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der Wasserqualität erforderlich ist.
• Vom Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung wurden daher Laborversuche mit elektrischen Fischen durchgeführt, die diese geeignet erscheinen ließen, sie zur Wasserüberwachung einzusetzen. Dabei wird von der biologischen Eigenschaft sogenannter schwachelektrischer Fische Gebrauch gemacht, daß diese spontan regelmäßig Sythmische Impulse mit einer bestimmten Frequenz abgeben; die Frequenz ist nach Fischart verschieden und variiert zwischen 1 und 1600 Hz unter natürlichen Temperaturbedingungen von 20 - 300 C.
• Zu diesen Fischen zählen einzelne Arten der Mormyriden oder Gymnotiden. Versuche und Literaturangaben lassen insbesondere drei Fischarten als geeignet erscheinen: Gnatonemus petersi, Mormyrus hasselquisti und Gymnarchus niloticus.
• Mithilfe von üblicherweise zwei in das Beobachtungsbecken eingehängte Elektroden werden die Impulse der elektrischen Entladungen empfangen, beispielsweise in einen Integrationsverstärker eingeleitet und dort in einen eingeprägten Strom von 0 - 5 mA umgeformt.
• Die sich verändernden Stromstärken werden registriert und in einem Schreiben bzw. in einem Digitalanzeiger sichtbar gemacht. Bei der Impulsüberwachung kann eine Minimal- und Maximalfrequenz eingestellt werden.
• Bei der Anwendung des im Versuchsstadium erprobten Verfahrens stellte sich heraus, daß aufgrund der größeren Schlafpausen, die der Fisch einlegt, die Minimalfrequenz der Impule unterschritten wird, so daß unter Umständen ein Alarm ausgelöst werden kann.
• Trotz der ans ich vielversprechenden Versuche ist daher das Verfahren zur Überwachung der Wasserqualität mithilfe elektrischer Fische nicht zur Anwendung gelangt.
• Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mithilfe elektrischer Fische zu schaffen, die die besonderen biologischen Gegebenheiten besser berücksichtigt und es ermöglicht, das Verfahren tatsächlich im "großtechnischen" Maßstab zu verwenden.
• Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art, die wenigstens zwei im wesentlichen gleiche Becken umfaßt, die mit je einem Fisch gleicher biologischer Art und Konstitution besetzt sind.
• Mithilfe einer derartigen Einrichtung ist es möglich, die Untersuchung so zu steuern, daß jeweils wenigstens ein Fisch für die Qualitätsmessungen zur Verfügung steht, auch wenn der andere Fisch gerade eine Schlafpause einlegt. Eigenartigerweise ist es nämlich nicht möglich, in ein einziges Becken zwei oder mehr Fische einzusetzen, da diese häufig gleichzeitig Schlafpausen machen und in der übrigen Zeit gelegentliche Überaktivitäten zeigen, die das Meßergebnis ebenfalls verfälschen können. Ein weiterer Vorteil, der sich mit dem Einsatz zweier parallel geschalteter Becken ergibt, ist, daß ein kurzzeitiger Ausfall der Elektronik, beispielsweise durch Unsauberkeiten auf den Elektroden, Fehlschaltungen oder dergleichen, ebenfalls nicht zu einer Störung führen muß, denn das andere Becken steht dann als Ersatz zur Verfügung.
• Insbesondere ist es gelungen, durch Versuche zu beweisen, daß jeweils mithilfe einer gesonderten Weckvorrichtung bei Umschalten der Meßanordnung von einem Becken auf das andere der dort befindliche Fisch geweckt wird und zu Messungen zur Verfügung steht.
• Weitere Maßnahmen gemäß Unteransprüchen werden anhand der Figurenbeschreibung erläutert.
• Die Figur zeigt in schematisierter Darstellung die Einrichtung zur Überwachung gemäß Erfindung.
• Die Zeichnung zeigt, daß die Einrichtung zwei im wesentlichen gleiche Becken 1, 1' umfaßt, die jeweils mit der gleiche Wasserversorgung versehen sind. Diese Anordnung ist deshalb gewählt worden, um zu einer gewissen Redundanz der Systeme zu kommen, damit beim Ausfall des einen Systems wenigstens das andere Becken noch zur Überwachung bereit steht. Es ist jedoch auch möglich, bei Verzicht auf eine derartige Redundanz beide Becken mit einer einzigen Pump- und Heizvorrichtung, wie im folgenden beschrieben, zu versehen.
• Da sich die beiden Wasserversorgungssysteme im wesentlichen gleichen, sind dieselben Bezugszahlen, jedoch mit und ohne Apostroph, verwendet worden.
• Das zu untersuchende Wasser wird von einer in der Wasserfassung 2, z. B. einem Schachtbrunnen mit Horizontal-SikkersträngenZinstallierten Unterwasser-Tauchpumpe 3 über eine ca. 20 m lange Förderleitung 4 einem Testwasser-Vorratsbecken 5 mit ca. 30 1 Inhalt zugeführt. Durch die Zwischenschaltung des Vorratsbeckens ist gewährleistet, daß innerhalb einer Minute das in der Fassung 2 anstehende Wasser überprüft werden kann, also lange bevor dieses Wasser an das Versorgungsnetz abgegeben wird. Zu Testzwecken nicht benötigtes Wasser wird über eine Rücklaufleitung 6 wieder der Wasserfassung zugeführt.
• Vom Testwasser-Vorratsbecken wird das eigentliche Testwasser von einer regelbaren Schlauchmembran-Pumpe 7 mit einer maximalen Leistung von 35 l/h über einen Wärmetauscher 8 und Durchlauferhitzer 9, dem eine Luftzuführung 10 mit Luftpumpe 11 vorgeschaltet und ein Entgaser 12 nachgeschfftet ist, dem Beobachtungsbecken 1 zugeführt. Als Überwachungsvorrichtung für den Förderstrom ist ein Strömungsschalter 13 und als Temperaturüberwachung ein Thermostat 14 vorgesehen.
• Letzterer übernimmt die Feinregulierung der Wassertemperatur im Beobachtungsbecken auf 260 C + 0,50 C.
• In das Testbecken hangt demnach ein sauerstoffgesättigtes Wasser genau definierter Temperatur. Das Becken hat beispielsweise eine Breite von 15 cm, eine Höhe von 15 cm und eine Länge von 30 cm.
• Das Testbecken ist stark wärmeisoliert, so daß eine Zusatzheizung entfallen kann. Selbst bei längerem Stromausfall wird die für das Leben des Fisches unerläßliche Minimaltemperatur erst nach einigen Stunden unterschritten. übliche Beleuchtungs- und Fütterungseinrichtungen sind aus der Aquaristik bekannt.
• Das nach Durchströmen des Beckens anfallende überzählige Wasser wird über eine Leitung 15 nach Durchströmen des Wärmetauschers 8 der Kanalisation zugeführt.
• Die von einem Testfisch 17, beispielsweise der Art Gnatonemus petersi, abgegebenen Spannungsstöße werden von den an den Schmalseiten des Beckens angebrachten Elektroden 18, 19, die beispielsweise aus einem versilbertem Kupfer-Drahtnetz bestehen können, aufgefangen, einem Integrationsverstärker 20 zugeführt und von diesem in eine Umschalteinheit 21, die beiden Kreisen zugeordnet ist, zugeführt. Die Umschalteinheit 21 ist mit einem Zeitschalter bzw. Taktgeber 22 verbunden.
• Mit ihr sind weiterhin aktiv steuerbar zwei Weckeinrichtungen (Summer) 23, 23' verbunden, mit denen Weckgeräusche für die Fische 17, 17' erzeugt werden können.
• Der Umschalteinheit 21-nachgeschaltet ist ein Digitalvoltmeter 24 sowie zwei Schaltrelais 25, 26, die das Ausbleiben von Impulsen am Digitalvoltmeter 24 überwachen. Das eine (25) ist mit der Umschalteinheit verbunden; das zweite (26) mit einer Alarmvorrichtung.
• Eine weitere Anzeigeleitung 27 führt zu einer Anzeige, die den Normalzustand, beispielsweise durch ein grünes Licht, anzeigt. Allerdings ist auch möglich, durch (nicht dargestellte) Zusatzeinrichtungen, bei zeitlichem überschreiten eines Limits der Maximalpulsabgabe eine Alarmvorrichtung auszulösen, da auch diese evtl.
• eine Überreaktion des Fisches und damit einen gefährlichen Zustand der Wasserqualität anzeigen kann. Ferner ist an die Umschalteinheit ein Schreiber angeschlossen, mit dem-die Meßaktivität jeweils aufgezeichnet wird.
• Zur Funktion folgende Anmerkungen: Beide Überwachungsbecken 1, 1' verfügen über einen eigenen Integrationsverstärker. Die Umschalteinheit 21 schaltet, durch den Taktgeber 22 gesteuert, zunächst den Integrierer I auf das Digitalvoltmeter auf. Bleiben nun die Impulse aus - was zunächst auf eine Schlafpause des Fisches 17 hindeutet - so wird nach einer einstellbaitn Verzögerungszeit der Integrierer 2 aufgeschaltet. Bleiben die Impulse weiter aus, weil auch der Testfisch 17' nicht mehr pulst, wird über ein zweites Zeitrelais Alarm gegeben. Dabei ist möglich, bei Ansprechen der Umschalteinheit über die Alarmeinrichtungen 23 bzw. 23' dem Fische, der sich in einem Meßbecken befindet, das von einem "ruhenden" in einen Meßzustand übergeht, Weckimpulse zu übermitteln, beispielsweise durch eine Weckvorrichtung 23, durch Einblasen von Luft in das Becken, durch einen Stromstoß oder ähnliches. Durch dieses abwechselnde Schalten, das programmiert gesteuert vo21sich gehen kann, wird gewährleistet, daß die biologisch unerläßliche Schlafpausenfolge für die Fische gewahrt bleibt und sie somit nicht überlastet werden. Dabei kann die Umschaltung jeweils mit einem festen Zeitprogramm, oder, wie eingangs beschrieben, aufgrund der beobachteten Schlafpausen gesteuert werden.
• Völlig unabhängig von der Überwachungselektronik verläuft die temperaturgesteuerte Wasserbeschickung, BelüRang und Düngung des Fischwassers.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mit hilfe elektrischer Fische, bei der sich die Tiere vorzugsweise einzeln in einem wassergefüllten Beobachtungsbecken befinden, mit dessen Wasser wenigstens eine Elektrode zum Empfang der elektrischen Entladungen des Fisches verbunden ist, welcher Elektrode ein Verstärker- und Aufnahmeschaltkreis nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung wenigstens zwei im wesentlichen gleiche Becken(1, 1') umfaßt, die mit je einem Fisch (17; 17') gleicher biologischer Art und Konstitution besetzt sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Becken mit einer gesonderten Weckvorrichtung (23, 23') verbunden bzw. versehen ist
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Zu- und Ableitungen der Elektroden, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Integrationsverstärkern, mit.einer dem Verstärker-und Aufnahmeschaltkreis vorgeschalteten Umschalteinheit (21) verbunden sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (21) auch die Weckvorrichtung(en) steuert.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalteinrichtung ein Taktgeber (22) vorgeschaltet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Becken (1, 1') ein Testwasser-Vorratsbecken (5; 5') vorgeschaltet ist.