DE2933928C3

DE2933928C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Probenahme von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2933928C3
Application number: DE19792933928
Authority: DE
Inventors: Hildebrand Dipl.-Ing. 7800 Freiburg Dahlke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1982-04-22
Also published as: DE2933928A1; DE2933928B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben, insbesondere Wasserproben, aus Bohrlöchern, Pegelrohren o. dgl. gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche

i- lundZ

Für zahlreiche Zwecke müssen von Flüssigkeiten Proben genommen werden, z. B. in der Hydrologie von Grundwasser. Schöpfgefäße, Stechheber und Tauchflaschen lassen sich insbesondere dort verwenden, wo die Flüssigkeit in einem mäßig hohen Behälter steht. Proben aus Bohrlöchern werden zweckmäßig mit einer Pumpe eninomrnen, doch kann diese — wenn sie an der Erdoberfläche steht — grundsätzlich höchstens soviel saugen, wie dem äußeren Luftdruck entspricht. In der technischen Praxis ist die Förderhöhe daher auf etwa 7 bis 9 m begrenzt.

Bei der Förderung aus tieferen Stellen muß die Pumpe dem Wasser nähergebracht oder untergetaucht werden. Derartige Tiefpumpen erfordern jedoch eine verhältnismäßig große lichte Weite von Bohrloch, Beobachtungsroh- o. dgl, üblicherweise etwa 10 bis 15 cm. Hierfür benötigt man ein Dreibockgestell, Notstromgerät, Kabel und Rohre, d. h. praktisch einen Lastkraftwagen und mehrere Stunden Vorbereitungs- und Montagezeit für zwei Arbeiter, da einer allein diesen Aufbau nicht bewältigen kann.

Pegelrohre und Versuchsbrunnen werden aus technischen Gründen aber auch zur Verringerung des Aufwands oft nur mit Rohren von V/2" oder 2" lichter Weite ausgeführt. Dadurch ist uir Entnahme von frischen Wasserproben erschwert, sofern der Wasserspiegel mehr als etwa 8 m unter der Erdoberfläche liegt. Am zu geringen Druckmesser des Rohres, häufig aber auch am Fehlen einer Stromversorgung scheitert die Verwendung von Unterwasserkreiselpumpen.

Für engere Pegelrohre mit einem Innendurchmesser von mindestens 50 mm ist in gwf-Wasser/Abwasser 119 (1978) H. 2, S. 81 eine Kleinstpumpe mit elektromagnetischem Schwingankprkolben vorgeschlagen worden, die an langem Kabel auch in recht tiefe Bohrlöcher von z. B. 60 m abgesenkt werden kann. Für den Antrieb ist ein 220-V-Wechselstrommotor vorgesehen, so daß ein Anschluß an Netzspannung oder ein besonderer Generator und im Falle der Batteriespeisung ein zusätzlicher Wandler unerläßlich ist. Der Einsatz im freien Gelände ist dadurch stark behindert. Außerdem ist es nicht einfach, die elektrische Sicherheit zu gewahrleisten. Überdies hat die Pumpe, deren Betrieb schon durch feine Feststoff-Teilchen empfindlich gestört werden kann, sehr geringe Förderleistungen von maximal Q,4 l/min.

Eine andere absenkbare Pumpe benötigt einen Drücklüftanschluß zu einem Elastikbalg, der im Inneren eines gelochten Rohres sitzt und aufblasbar ist, wodurch

Wasser, das durch die Löcher neben dem Elastikbalg in das Rohr eintreten kann, über ein Druckventil stoßweise in einen Wasserschlauch nach oben gefördert wird. Der Betrieb dieser Pumpe erfordert eine bewegliche

Druckluftquelle, d.h. im allgemeinen eine Preßluftflasche, deren Inhalt sich rasch verbraucht. Geschieht die Umsteuerung der Druckluft-Beschickung und -Entlastung von Hand, so ist dies umständlich und zeitraubend; eine vollautomatische Steuerung vergrößert hingegen den apparativen Aufwand.

Bei den beiden beschi !ebenen Pumpen ist es nachteilig, daß ein Fußventil benötigt wird, das schon bei geringen Verunreinigungen undicht werden kann.

Ein solches Fußventil ist notwendig bei Tiefsaugeein- m richtungen, wie sie in dem Artikel von R. Vogel »Anwendungsmöglichkeiten von Strahlapparaten«, Maschinenbautechnik, Mai 1956, S. 247ff. beschrieben sind. Derartige Tiefsauger werden üblicherweise mit festen Rohrleitungen montiert, erfordern eine Mindest-Lochweite von 80 mm, sind normalerweise aus Bronze, daher sehr schwer, und benötigen zum Betrieb eine entsprechend ausgelegte Kreiselpumpe. Da nur eine Füllöffnung vorgesehen ist, kann die Einrichtung nicht ohne Fußventil arbeiten. Auch ist eine selbsttätige Entlüftung nicht möglich, da es an einer Ausgleichsmöglichkeit fehii, die eine Seibsteniiüftung über dem höchsten Punkt angebrachten Probenahmeschlauch gestatten würde. Dies alles macht das System unhandlich, das außerdem großes Gewicht hat und nur für den stationären Einsatz brauchbar ist

Aufgabe der Erfindung ist es, die Probenahme auch aus engeren Pegelrohren, Probebrunnen o. dgl mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln zu verbessern und zu beschleunigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Maßnahmen des Anspruchs 1. In Abkehr von der herkömmlichen Technik ist ein geschlossener Leitungskreis vorgesehen, der nach Beschickung mit einer Treibflüssigkeitsmenge und deren Abpumpen die mühelose Probenahme auch aus Bohrlöchern, Pegelrohren o. dgl. von geringer lichter Weite gestattet, sogar aus größeren Tiefen von z. B. 30 m. Zugleich wird auf einfachste Weise gewährleistet, daß die entnommene Probe stets lepräsentativ und frisch ist, da beispielsweise in einem Peilrohr enthaltenes abstandenes Wasser schon von dem durchgepumpten Füllwasse. verdrängt wird. Weil die üblichen Trübungen ohnehin entfernt werden müssen, wozu ca. 10 min nötig sind, tritt durch das Abwarten der Verdünnung tatsächlich keine Verzögerung auf.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 2 gekennzeichnet; Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 9. Mit der erfindungsgemäßen sehr kompakten und leicht transportablen Vorrichtung, die völlig ventilfrei arbeitet, läßt sich die gewünschte Probe durch eine einzelne Bedienungsperson rasch, bequem und zuverlässig gewinnen. Bevorzugt finden rotierende Verdrängerpumpen mit zwei hintereinandergeschalteten, exzentrisch umlaufenden Rollkclben Verwendung. Für einen im Gelände vorteilhaften, vom Stromnetz unabhängigen Antrieb der selbstansaugenden Pumpe kann ein Verbrennungsmotor vorhanden sein, vorzugsweise ein Zweitakt-Benzinmotor, oder ein batteriegespeister Elektromotor (im einfachsten Falle eine Handbohrmaschine), wobei eine Personengefährdung durch höhere elektrische Spannungen von Vornherein ausgeschlossert ist. Bei entsprechend guter Isolierung kann der Antrieb aber auch aus dem Netz öder von einem fahrbaren Stromaggregat aus gespeist werden. Im übrigen beschränkt sich der erforderliche Aufwand auf einen Pkw*Kofferraum. einen Kunststoffkanister von z.B. 101 'nhalt und etwa 35m Doppelschlauch. Bei 12 m Wassertiefe genügen 10 min bis zur vollen Betriebsbereitschaft

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematisierte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Füllvorgang,

Fig.2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß F i g. 1 bei der Probenahme,

Fig.3 eine auseinandergezogene Seiten- und Stirnansicht der Bestandteile eines Injektors,

Fig.4 eine Seitenansicht des zusammengesetzten Injektors von F i g. 3 mit schematisch gezeichnetem Leitungsanschluß,

Fig.5 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Grundgerät mit batteriegespeistem Pumpenantrieb,

F i g. 6 eine Seitenansicht der Vorrichtung von F i g. 5,

Fig. 7 iine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Grundgerät mit Verbrennungsm .or-Purnpenantrieb und

F i g. 8 eine Seitenansicht der Vorrichtung von F i g. 7.

Die in F i g. 1 und 2 schematisch dargestellte Vorrichtung ist zum Einsatz in einem Bohrloch, Pegelrohr 10 o. dgl. vorgesehen. Der allgemein mit 12 bezeichnete Tiefsauger weist eine Pumpe 16 in einem geschlossenen Leitungskreis 20 auf. Dieser umfaßt einen Doppelschlauch 21 bestehend aus Pumpenschlauch 22 und Förderschlauch 23, die über einen Rohrkrümmer 24 mit Injektor 26 miteinander verbunden sind Der Förderschlauch 23 mündet nahe dem Boden 38 eines Ausgleichsgefäßes 36. von dem eine Verbindungsleitung 48 zur Pumpe 16 führt. An letzterer ist förderseitig ein Manometer 50 angebracht

Das Ausgleichsgefäß 36 hat eine obere öffnung 40. vorzugsweise mit Schraubverschluß zum Anbringen eines Anschluß-Schlauches 42. Dieser dient sowohl zum Ansaugen einer Füllmenge aus einem Treibwasjer-Behälter 44 (F i g. 1) als auch zum Fördern der entnommenen Wasserprobe in ein Probenauffanggefäß 46 (F. g. 2).

Im Betrieb wird zunächst der Leitungskreis 20 mit Wasser von einwandfreier, jedenfalls aber vorbekannter Beschaffenheit gefüllt. Dazu wird aus dem Behälter 44 über den Anschlußschlauch 42 durch das Ausgleichsgefäß 36 und die Verbindungsleitung 48 von der Pumpe 16 Wasser angesaugt und in die Schläuche 21 (bzw. 22, 23) gefördert. Um sicherzustellen, daß zuverlässige und repräsentavie V/asserproben genommen werden, setzt man diesen Pumpvorgang (Fig. I) fort, bis wenigstens das Doppelte — besser noch mehr — des Rohrinhaltes des abzupumpenden P'ilrohres 10 gefördert ist. Auf diesf V/eise wird vermieden, daß vorhandene Trübungen mitgenommen werden oder im Peilrohr 10 abgestandenes Wisser für die Probenanme benutzt wird. Gewöhnlich ist nach 5 bis 10 min die Hilfsfüllung von etwa 5 bis 81 restlos beseitigt oder bis auf vernachlässigba-e Konzentrationen unter 10~³ verdünnt.

Dann erfolgt die eigentliche Probenahme. (Fig.2). Der Injektor 26 nimmt in den Leitungskreis 2C Wasser aus der Umgebung auf. Es wird durch den Schlauch 23 ift das Ausgleichsgefäß 36 und von dort weiter über den Anschlußschlauch 42 in das Probenauffanggefäß 46 gefördert. Das Ausgleichsgefäß 36 ermöglicht eine selbsttätige Entlüftung, d. h. eine blasenfreie Probenahme, die für die GenauiEkeit der Analvse eelöstef Gase

wie Sauerstoff, Schwefelwasserstoff oder freier Kohlensäure von größter Wichtigkeit ist. Außerdem unterstützt das Gefäß 36 den Volumenausgleich der elastischen Schläuche¹, von denen Schlauch 23 zweckmäßig stärker bemessen ist als die übrigen Leitungen, weil durch das '· Hinzutreten der äußeren Ansaugmenge am Injektor 26 von dort ab ein bis etwa um die Hälfte größerer Mengenstrom zu bewältigen ist.

Der Aufbau des strömungsgünstig ausgebildeten Injektors 26 ist aus Fig.3 und 4 erkennbar. An ein perforiertes Rohr-Mittelstück 28 schließen beiderseits Nippel 30, 32 zur Befestigung der Schläuche 22, 23 an. Im Inneren des Mittelstücks 28 sitzt eine am Anschlußnippel 30 angebrachte Treibdüse 34. deren Strahl durch die Perforationen des Mittelstücks 28 '5 Umgebungsflüssigkeit mitreißt. Die Gestalt des schematisch veranschaulichten Rohrkrümmers 24 ist so gewählt, daß die Strömurtgsverluste kleingehalten werden. Er muß in das Rohrloch bzw. Pegelrohr 10 o. dgl. eingeführt werden können, dessen Mindestdurchmesser deshalb z. B. 38 mm (1,5 Zoll) betragen sollte.

Für den allgemein mit 18 bezeichneten Antrieb des Gerätes 12 wird nur eine verhältnismäßig geringe Leistung benötigt, beispielsweise 0,2 kW. Sehr zweckmäßig ist die in Fig.5 und 6 dargestellte Ausführungsform, bei der auf einer Grundplatte 14 die Pumpe 16 mit Antrieb 18 und Ausgleichsgefäß 36 sowie mit den zugehörigen Anschlüssen befestigt ist. Ein Elektromotor 52 kann von einem Zweigang-Handbohrer mit einer Speisespannung von 12 V gebildet sein, der schnell und sicher in eine Kupplung 62 an der Pumpe 16 einsteckbar ist. Die benötigten Kabel 56 können in einem Blechring 64 auf der Grundplatte 14 bequem untergebracht werden. Ein handelsüblicher Elektromotor 52 fördert bei einer Stromaufnahme von 17 A beispielsweise 1,2 bis 3,5 l/min über eine Saughöhe bis zu 20 m.

Während der Antrieb 18 gemäß Fig.5 und 6 aus einer 12-V-Autobatterie gespeist werden kann, ist die Ausführung gemäß Fig.7 und 8 von einer solchen Energiequelle unabhängig. Der Antrieb 18 besteht hier aus einem Zweitaktmotor 54, beispielsweise einem handelsüblichen i-ZylindepBenzinmotor von nur 35 cm³ Hubraum. Ein Tank 60 enthält den notwendigen Brennstoff, je nach Saughöhe, die bis zu 30 m betragen kann, beträgt die nutzbare Förderleistung zur Probenähme beispielsweise zwischen 0,7 und 5,0 I/min.

Zwischen Förderschlauch 23 und Ausgleichsgefäß 36 kann, wie Fig.5 erkennen läßt, ein T-Stück 66 zwischengeschaltet sein, von dem eine absperrbare Direktleitung 58 zur Pumpe 16 abzweigt. Diese ist vorzugsweise als Rollkolbenpumpe ausgeführt; sie kann für einen maximalen Förderdruck von 7 bar und eine Fördermenge von 10 l/min ausgelegt sein.

Bevorzugte Anwendung findet die vorliegende Erfindung bei der Überwachung von Brunnenreihen bzw. -galerien, Pegelrohren usw. sowie zur Feststellung von Sickerwasser aus Deponiert. Besonders wichtig ist der geschlossene Leitungskreis 20 und die Möglichkeit der Probenahme in laufender Förderung, d. h. unter stabilen dynamischen Verhältnissen. Dadurch ist es möglich, repräsentative Proben mit definierten Eigenschaften zu entnehmen, so daß beispielsweise bei der Wasseranalyse der Sauerstoffgehalt und das Redoxpotential exakt bestimmt werden können. Für die Betrlebszuverlässigkeit ist äußerst vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung venlilfrei arbeitet. Dies hat zur Folge, daß der Leitungskreis 20 bei abgestelltem Tiefsauger 12 stets bis zum Injektor 26 leerläuft, so daß der Flüssigkeitsrückstand minimal und die Anlaufzeit für die nächste Probenahme entsprechend verkürzt ist. Sehr günstig ist ferner, daß erfindungsgemäß große Freiheit in der Schlauchbemessung gegeben ist, so daß ohne Aufwandvergrößerung für Kleinhaltung des unvermeidlichen Druckabfalls im Leitungskreis 20 gesorgt werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeitsproben, insbesondere Wasserproben, aus Bohrlöchern, Pegelrohren od. dgl„ wobei mit oberirdisch angeordneter Treibeinrichtung Umgebungs-Flüssigkeit eingesaugt und in ein Probeauffanggefäß gefördert wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:

a) daß ein geschlossener Tiefsauge-Leitungskreis verwendet wird und zunächst mittels der Treibeinrichtung eine vorgebbare Flüssigkeitsmenge in den Leitungskreis sowie in die Umgebungsflüssigkeit eingespeist und

b) anschließend erst die eingespeiste Füllungsmenge abgepumpt bzw. sie auf eine Konzentration der Größenordnung 10~³ verdünnt wird, worauf

c) an oder nahe der tiefsten Stelle des Leitungskreises die Probenahme erfolgt, und

d) daß ei» und derselbe Anschlußteil des Leitungskreises sowohl für das Einspeisen der Füürnenge als auch für die Probenahme verwendet wird.

Z Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer oberirdisch angeordneten Anordnung von Pumpe, Saugleitung sowie Ausgleichs- und Auffanggefäß, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Tiefsauger-Leitungskreis (20) mit in das Bohrloch, Pegelrohr (10) o. dgl. abgesenktem Doppelschlauch (21) und zwischengeschaltetem Injektor (26), wobei an das Ausgleichsgefäß (36) wah! "eise ein Treibflüssigkeits-Behälter (44) oder das Probenauffanggefäß 146) anschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbindungen des Tiefsauger-Leitungskreises (20) als Schläuche (21, 22, 23, 48) ausgebildet sind und der Injektor (26) an oder nahe der tiefsten Stelle des Leitungskreises (20) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgefäß (36) nahe Seinem Boden (38) mit dem von dem Injektor (26) kommenden Schlauch (23) sowie mit dem zur Pump^ (16) führenden Schlauch (48) verbunden ist und eine obere öffnung (40) aufweist, an die ein wahlweise zu dem Treibflüssigkeits-Behälter (44) oder zu dem Probenauffanggefäß (46) führender Schlauch (42) angeschlossen oder anschließbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels Rohrkrümmer (24) mit dem Doppelschlauch (21) verbundene Injektor (26) ein perforiertes Rohr-Mittelstück (28) aufweist, in das eine Treibdüse (34) konzentrisch hineinreicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dun h solche Bemessung, daß durch das perforierte Rohr-Mittelstück (28) etwa das O^fache der durch die Treibdüse (34) strömenden Flüssigkeitsmenge Insaugbar ist.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Pumpe (16) ein batteriegespeister Elektromotor (52, F ig. 5 + 6) vorhanden ist,

8- Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Pumpe (16) ein Verbrennungsmotor (54) Vorgesehen ist, vorzugsweise ein Zweitakt*Benzinmötor(Fig. 7 + 8).

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgleichsgefäß (36), Pumpe (16), Antrieb (18 bzw. 52,54) und Meßeinrichtungen (50) sämtlich auf einer das tragbare Grundgerät bildenden Platte (14) montiert sind.