DE2906884C2 - Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mit Hilfe elektrischer Fische - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mit Hilfe elektrischer Fische, bei der sich die Tiere einzeln in einem wassergefüllten Beobachtungsbecken befinden, nvt dessen Wasser wenigstens eine Elektrode zum Empfang der elektrischen Entladungen des Fisches verbunden ist welcher Elektrode ein Verstärker- und'Aufnahmeschaltkreis nachgeschaltet ist

Die Wasserversorgungswirtschaft hat sich schon sehr früh 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 Fischen, wie z. B. 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 uberwachungs- und Meldeeinrichtungen (Fotozelle, Fernsehauge) sind jedoch nicht so funktionssicher, wie es für eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der Wasserqualität erforderlich wäre.

Vom Zweckverband Bodensee-Wasserqualität wurden daher Laborversuche mit elektrischen Testfischen durchgeführt, die diese geeignet erscheinen ließen, sie zur Wasserüberwachung einzusetzen.

Dabei wird von der biologischen Eigenschaft sogenannter schwachelektrischer Fische Gebrauch gemacht, welche darin besteht, daß diese spontan regelmäßig rhythmisch elektrische Impulse mit einer bestimmten Frequenz abgeben; die Frequenz ist nach Fischart verschieden und variiert zwischen 1 und 1600 Hz unter natürlichen Temperaturbedingungen von 20-3O⁰C

Zu Fischen mit diesen Eigenschaften zählen einzelne ίο Arten von Mormyriden oder Gymnotiden. Versuche und Literaturangaben lassen insbesondere drei Fischarten als geeignet erscheinen: Gnatonemus petersi, Mormyrus hasselquisti und Gymnarchus niloticus. Bei Verfahren zur Überwachung der Wasserqualität mit Hilfe von Testfischen der genannten Gruppen wird von der Erscheinung Gebrauch gemacht daß sich die Impulsfrequenz der Testfische bei Auftreten von toxischen Stoffen ändert

Mit Hilfe von üblicherweise zwei in das Beobachtungsbecken eingehängten 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 Schreiber bzw. in einem Digitalanzeiger sichtbar gemacht Bei 4er Impuls-Frequenzüberwachung kann eine Minimal- und Maximalfrequenz eingestellt werden.

Bei Versuchen mit der Anwendung des zunächst erfolgversprechenden Verfahrens stellte sich jedoch heraus, daß aufgrund größerer Schlafpausen, die der Testfisch einlegt, die Minimalfrequenz der Impulse unterschritten wird, so daß unter solchen Umständen ein Alarm ausgelöst wird.

Trotz der an sich vielversprechenden Versuchsergebnisse ist daher das Verfahren zur Überwachung der Wasserqualität mit Hilfe elektrischer Fische in der technischen Praxis nicht zur Anwendung gelangt

Es stellt sich mithin die Aufgabe, eine absolut

funktionssichere, technisch verwertbare Einrichtung zur

Überwachung der Wasserqualität mit Hilfe elektrischer Fische zu schaffen, die die biologischen besonderen Gegebenheiten derTestfische besser berücksichtigt und

es dadurch ermöglicht das Verfahren im >großtechnisehen« Maßstab zu verwenden.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mit Hilfe elektrischer Fische der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Einrichtung wenigstens zwei im wesentlichen so gleiche Becken umfaßt, die mit je einem Fisch gleicher biologischer Art und Konstitution besetzt sind, daß jedes der Becken mit einer gesonderten Weckvorrichtung verbunden beziehungsweise versehen ist und daß eine Umschalteinrichtung angeordnet ist, durch welche S5 die Weckvorrichtungen gesteuert werden.

Mit Hilfe einer derartigen Einrichtung ist es möglich,

die Überwachung so zu steuern, daß jeweils wenigstens einer der Testfische für die Qualitälsmessungen zur

Verfügung steht, auch wenn der andere Fisch gerade

eo eine Schlafpause einlegt

Eigenartigerweise ist es nämlich nicht möglich, in ein einziges Becken zwei oder mehr Fische einzusetzen, da diese häufig gleichzeitig Schlafpausen machen, wogegen sie in der übrigen Zeit gelegentliche Überaktivitäten zeigen, die das Meßergebnis ebenfalls verfälschen können.

Mit der Erfindung wird diese Schwierigkeit überwunden. Dabei ergibt sich ein weiterer Vorteil mit dem

Einsatz zweier parallel geschalteter Becken, weil bei kurzzeitigem Ausfall der Elektronik, beispielsweise durch Unsauberkeiten auf den Elektroden, Fehlschaltungen oder dergleichen, ebenfalls der Eintritt einer Störung vermieden werden kann, weil ja in diesem Falle das andere Becken zur Überbrückung zur Verfugung steht Dabei ist es überraschender Weise gelungen, wie auch durch Versuche nachgewiesen werden konnte, daß jeweiL mit Hilfe einer gesonderten Weckvorrichtung beim Umschalten einer Meßanordnung von einem Becken auf das andere, der dort befindliche Testfisch geweckt wird und für Messungen zur Verfügung steht

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert

Die Figur der Zeichnung zeigt in schematisierter Darstellung den Aufbau einer Versuchseinrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mit den Merkmalen der Erfindung.

Die Einrichtung umfaßt zwei im wesentlichen gleiche Becken, die jeweils an eine gesonderte Wasserversorgung angeschlossen sind.

Diese Anordnung ist deshalb gewählt worden, damit beim Ausfall eines der Systeme wenigstens das andere Becken noch zur Überwachung bereit steht Es ist jedoch auch möglich, beide Becken mit einer einzigen Pump- und/oder Heizvorrichtung zu versehen.

Da sich die beiden Wasserversorgungs-Systeme 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-Sickersträngen, installierten Unterwasser-Tauchpmmpe 3 über eine ca. 20 m lange Förderleitung 4 einem Testwasser-Vorratsbecken 5 mit ca. 301 Inhalt zugeführt Durch die Zwischenschaltung des Vorratsbeckens 5 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 Rückführleitung 6 wieder der Wasserfassung 2 zugeführt

Vom Testwasser-Vorratsbecken wird das eigentliche Testwasser von einer regelbaren Schlauch- oder Membranpumpe 7 mit einer maximalen Leistung von ca. 35 l/h über einen Wärmetauscher 8 und einen Durchlauferwärmer 9, dem eine Luftzuführung 10 mit Luftpumpe 11 vorgeschaltet ist dem Beobachtungsbekken 1 zugeführt Als Überwachungsvorrichtung für den Förderstrom ist ein Strömungswächter 13, und als Temperatur-Überwachung ein Thermostat 14 vorgesehen. Letzterer übernimmt die Feinregulierung der Wassertemperatur im Beobachtungsbecken auf 26°C ± 05⁰C.

In das Testbecken gelangt demnach ein mit Sauerstoff gesättigtes Wasser von genau temperierter Wärme. Das Becken 1,1' hat beispielsweise eine Breite von 15 cm, eine Höhe von 15 cm und eine Länge von 30 cm.

Das Testbecken 1, 1' ist mit einer sehr guten Wärme-Isolierung versehen, weswegen eine Zusatzheizung mit Thermostatenregelung entfallen kann. Selbst bei längerem Stromausfall wird die für das Überleben des Fisches unerläßliche Minimaltemperatur erst nach Stunden unterschritten. Übliche Beleuchtungs- und Fütterungs-Einrichtungen sind aus der Aquaristik bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Das nach _t.'urchströmen des Beckens anfallende Überschußwasser wird über die Leitungen 15,15' nach Abgabe von Wärme im Wärmeaustauscher 8 der Kanalisation zugeführt

Die von einem Testfisch 17, beispielsweise der Art Gnatonemus petersi, abgegebenen Spannungs-Impulse werden von den an den Schmalseiten des Beckens angebrachten Elektroden 18, 18'; 19,19', die beispielsweise aus einem versilberten Kupfer-Drahtnetz bestehen können, aufgefangen, einem Integrations-Verstärker 20 zugeleitet, und von diesem in eine Umschalteinheit 21, die den 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.

An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt daß das Wecken der Testfische 17. 17' mit Hdfe einer an sich beliebigen Weckvorrichtung, beispielsweise optisch durch Lichtreize, oder akustisch durch Töne, oder auch durch kleine elektrische Schläge &rfo\f-::n kann.

Der Umschalteinheit 21 nachgesdipitet ist ein Digitalvoltmeter 24 sowie zwei Schaltrelais 25, 26, die das Ausbleiben von Impulsen am Digital-Voltmeter 24 überwachen. Das eine, 25, ist mit der Umschalteinheit 21 verbunden; das andere, 26. mit einer Alarmvorrichtung. Eine weitere Signalleitung 27 führt zu einer Anzeige, die den Normalzustand, beispielsweise durch ein grünes Licht anzeigt

Es ist auch möglich und im Rahmen einer im Ermessen liegenden Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung daran gedacht durch nicht dargestellte Zusatzeinrichtungen bei zeitlicher Überschreitung eines vorgegebenen Limits der Maximal- und/oder Minimai-Impulsabgabe eine Alarmvorrichtung auszulösen, da auch diese Über- oder Unterreaktionen der Testfische gefährliche Zustände der Wasserqualität anzeigen können. Ferner ist an die Umschalteinheit 21 ein Schreiber 28 angeschlossen, der fortlaufend die

Meßaktivität aufzeichnet

Im folgenden wird die Funktion der Anlage näher erläiivert:

Beide Überwachungsbecken 1, Γ verfügen über einen eigenen Integrations-Verstärker 20, 20': die Urnschalteinheit 21 schaltet, durch den Taktgeber 22 gesteuert, zunächst den Integrierer I (20) auf das Digitalvoluneter 24 auf. Bleiben nun die Impulse aus, was zunächst auf eine Schlaf pause des Testfisches 17 hindeutet, so wird nach einer vorgegebenen Verzögerungs-Zeit der Integrierer II (20') aufgeschaltet. Bleiben auch dann noch die Impulse weiter aus, weil auch der andere Testfisch 17' nicht mehr pulst wird über ein zweites Zeitrelais Alarm gegeben.

Dabei ist es möglich, bei Ansprechen der Umschalt-

einheit 21 über die Alarmeinrichtung 23 bzw. 23' dem Fisch, der sich in eitwm Meßbecken 1,1' befindet, das von einem ruhenden« in einen Meßzustand Übergeht Weckimpulse zu übermitteln, beispielsweise — wie bereits ausgeführt — durch optische oder akustische oder elektrische Reize, durch Einblasen eines erhöhten Luftstromes m das Becken, oder ähnliches.

Durch dieses abwechselnde Schalten, das programmiert gesteuert vor sich geht, wird gewährleistet, daß die biologisch unerläßliche Folge von Schlafpausen für die Fische gewahrt bleibt, und sie somit nicht überlastet werden. ÜaLiei kann eic: Umschaltung jeweils mit einem festen Zeitprogramm, oder, wie eingangs beschrieben, aufgrund der beobachteten Schlafpausen gesteuert

werden.

Völlig unabhängig von der I iberwachungs-Elektronik verläuft die temperaturgesteuerte Wasserbeschickung, die Belüftung und gegebenenfalls Düngung des Fischwassers.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   t, Einrichtung zur Überwachung der Wasserqualität mit Hilfe elektrischer Fische, bei der sich die Tiere 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. Γ) umfaßt, die mit je einem Fisch (17, 17') gleicher biologischer Art und Konstitution besetzt sind, daß jedes der Becken mit einer gesonderten Weckvorrichtung (23, 23') verbunden bzw. versehen ist, und daß eine Umschalteinrichtung (21) angeordnet ist, durch weiche die Weckvorrichtungen (23,23') gesteuert werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,; caß die Umschalteinrichtung (21) dem Verstärker- und Aufnahmcschakkrcis vorgeschaltet ist und daß die elektrischen Zu- und Ableitungen der Elektroden (18, 18'; 19, 19'). gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Integrationsverstärkern (20, 20'), mit der Umschalteiiirichtung (21) verbunden sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalteinrichtung ein Taktgeber (22) vorgeschaltet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d&3 jedem der beiden Becken (1, V) ein Testwasser-Vorratsbecken (5- .V) vorgeschaltet ist