DE29702786U1

DE29702786U1 - Bodenluftsonde

Info

Publication number: DE29702786U1
Application number: DE29702786U
Authority: DE
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2007-02-19

Description

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Beschreibung

Drägerwerk Aktiengesellschaft Moislinger Allee 53/55, 23542 Lübeck, DE

Bodenluftsonde Die Erfindung betrifft eine Bodenluftsonde.

Erfindungsgemäße Bodenluftsonden sind ein wesentlicher Bestandteil eines Analysesystems zur Vorortmessung von Bodenluft mittels sogenannter Kleinstbohrungen, insbesondere auch zur Langzeitüberwachung von Deponien, Altlasten, Sanierungsmaßnahmen oder Betrieben. Das Analysesystem besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten: Dem Probengewinnungssystem mittels Bodeniuftsonde und der in Strömungsrichtung der Probenluft anschließenden, im folgenden nicht explizit dargestellten Analyseeinrichtung.

Bodenluftmessungen mittels Bodenluftsonden sind ein geeignetes Mittel, um Kontaminationen oder Belastungen der oberflächennahen Bodenschichten mit Gasen oder leichtflüchtigen Schadstoffen zu erkunden und gegebenenfalls flächenmäßig zu messen und zu erfassen. Im allgemeinen werden Bodenluftsonden mit einem Schlagwerkzeug im Boden verteuft, und direkt anschließend wird die Probenahme oder Messung durchgeführt. Bekannte Bodenluftsonden gehen aus den Gebrauchsmustern DE 295 18 032.3 und DE 296 18 029.7 hervor, wobei der Aufbau aus relativ vielen Einzelteilen besteht und entsprechend kostenintensiv sein kann. Diese Bodenluftsonden sind für den kurzfristigen, punktuellen Einsatz gedacht und nicht als Langzeitpegel oder Gassenke zur Gasanreicherung über längere Zeiträume einsetzbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Bodenluftsonde als sogenannte Überwachungs- oder Monitoringsonde vorzuschlagen, die aus sehr wenigen bekannten Einzelteilen zusammengesetzt wird, leicht zu handhaben ist und vor Ort in Verbindung mit diversen chemischen und/oder physikalischen Verfahren verläßliche Messungen ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen von Schutzanspruch 1.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesentlichen darin, daß durch die Verwendung sehr weniger bekannter, kommerziell erhältlicher Bauteile eine einfach zu handhabende, übersichtliche und letztlich preiswerte Bodenluftsonde als Alternative zu den bisher bekannten Verfahren - Sonden, Pegel, Laboranalytik - zur Verfügung gestellt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung nach Schutzanspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: einen Längsschnitt durch die Überwachungssonde mit

ihren wichtigsten Merkmalen,

Figur 2: einen Längsschnitt durch einen permeablen

Gassammelschlauch, einen sogenannten Sensorschlauch.

In Figur 1 ist die aus Metall, beispielsweise aus Stahl, gefertigte hohle Bohrstange 1 mit einer Länge zwischen 1 und 3 m und einem Innendurchmesser von ca. 15 bis 18 mm sowie einem Außendurchmesser von ca. 17 bis 22 mm dargestellt. Der Endabschnitt 2 liegt dicht auf dem äußeren Rand der Sondenspitze 3. Das entgegengesetzte Bohrstangenende ist genauso gestaltet. An diesem zweiten, der Sondenspitze 3 abgewandten Ende, wird zum Zeitpunkt des Einbringens in den Boden eine Schonkappe, beispielsweise aus Kunststoff, aufgesetzt, um beim Einschlagen mit einem Hammer die Bohrstange 1 nicht zu beschädigen. Im Sinne der einfachen Handhabung soll es im praktischen Einsatz unerheblich sein, welches Bohrende auf der Spitze sitzt und welches mit der Kunststoffkappe versehen wird. Die Bohrstangenenden sind somit gleichwertig, und die Bohrstange 1 selbst ist als homogen über die gesamte Länge zu betrachten. Es werden keine zusätzlichen Gewinde, Bohrungen, Markierungen o.a. Hilfsmittel benötigt. Dadurch kann das Bohrgestänge äußerst kostengünstig gefertigt werden.

Im Inneren der Bohrstange 1 befindet sich lose eingeschoben ein für Gase und Dämpfe permeabler Schlauch 4. Derartige permeable Schläuche sind

bekannt und durch Anwendung in verschiedenen dynamischen Überwachungssystemen oder als Sammelsysteme zur profilbezogenen Bodenluftuntersuchung vielfältig im Einsatz, beispielsweise als sogenannter Sensorschlauch, vergleiche Figur 2. Der Außendurchmesser des Schlauches 4 ist so gewählt, daß das Bohrgestänge ohne Widerstand über den Schlauch 4 geschoben werden kann. An einem Ende des Schlauches 4 ist die Sondenspitze 3 irreversibel fest mit dem Schlauch 4 verankert. Diese Verankerung erreicht man idealerweise durch Kleben, Schweißen mit Hilfe von Nieten, Schrauben o.a. Hilfsmitteln. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von speziellen Klebern. Der Schaft 5 der Sondenspätze 3 kann zwecks besserer Verklebung durch Bördein, Kerben oder ähnliche Maßnahmen zusätzlich mit einer rauhen Oberfläche versehen werden. Der Verklebung sehr entgegenkommend in diesem Beispiel sind die Bohrungen 13 in der Kunststoffinnenschicht 12 des permeablen Schlauches 4. Die Sondenspitze 3 kann aus hartem Kunststoff, beispielsweise POM bestehen und im Spritzguß oder durch Zerspanung hergestellt werden. Andere geeignete Materialien sind Stahl, Holz oder Keramik, die ebenfalls als Sondenspitze 3 einsetzbar sind. Die Sondenspitze 3 erfüllt zwei wesentliche Funktionen: Erstens dichtet sie den Schlauch 4 an diesem Ende zur Umgebung hin gas- und wasserdicht ab und zweitens erleichtert sie das Einbringen der Bodenluftsonde in den Boden beim Verteufen. Wesentlich hierfür ist, daß der Randdurchmesser der Sondenspitze 3 mindestens genauso groß, vorzugsweise jedoch größer als der Außendurchmesser der Bohrstange 1 ist, um so die Kraft, die auf die Bohrstange 1 beim Einschlagen wirkt, auf die Sondenspitze 3 zu übertragen. Im gebrauchsfertigen Zustand bilden Schlauch 4 und Sondenspitze 3 eine vorgefertigte Einheit. Ist die Bohrstange 1 samt Schlauch 4 auf die gewünschte Tiefe eingeschlagen, kann nun die Bohrstange 1 über den Schlauch 4 hinweg aus dem Boden gezogen werden. Dadurch kommt der permeable Schlauch 4 über seinen gesamten äußeren Umfang direkt mit dem zu untersuchenden Bodenraum in Kontakt. An dem der Sondenspitze 3 entgegengesetzten Ende befindet sich ein, gegen Umgebungsluft gasdicht eingepreßter Kunststoffstopfen 7, der zwei Bohrungen enthält, die hier nicht dargestellt sind. Durch diese Bohrungen, enganliegend und gegen Umgebungsiuft hermetisch abgedichtet, werden zwei unterschiedlich lange sogenannte Flutungsschläuche 8, 9 in das Innere des Schlauches 4 geführt. Die Flutungsschläuche 8, 9 sind vorzugsweise aus inertem Material, wie beispielsweise PTFE, Viton oder ähnlichen Materialien gefertigt und mit

einem Innendurchmesser von z.B. 1 bis 2 mm versehen. An eines dieser Schlauchenden wird bei der eigentlichen Messung das Meßinstrument für die Bestimmung der Gaskonzentration angeschlossen. Der andere Schlauch dient dann als Flutungsventil, an das zuvor eine Luftfiltereinheit oder inertes Trägergas angeschlossen wird. Ob nun der bis an das Spitzenende der Sonde reichende Schlauch 8 zur Messung bzw. zur Flutung eingesetzt wird oder der kurze Schlauch 9 am anderen Sondenende, hängt im wesentlichen von der zu untersuchenden Probengas-Zusammensetzung ab und dem als Flutungsmedium verwendeten Gas oder Gasgemisch. Ist das zu untersuchende Gas spezifisch leichter als beispielsweise gefilterte Außenluft, wird zur Flutung der lange Schlauch 8 und zur Messung der kurze Schlauch 9 herangezogen. Um die Schläuche differenzieren zu können, gibt es unzählige Möglichkeiten der Markierung, wie beispielsweise unterschiedliche Färbung, Hinweise, Anschlüsse u.a., auf die nicht näher eingegangen wird.

In Figur 2 ist der Aufbau eines permeablen, druckdichten Schlauches 4, eines sogenannten Sensorschlauches, dargestellt sowie die Positionierung (Pfeilrichtung) der Sondenspitze 3 bzw. des Spitzenschaftes 5. Der Schlauch 4 besteht aus einer äußeren Geflechtschicht 10 aus Polyethylen, die vor allem einen mechanischen Schutz und Barriere gegen Staub und Geröll darstellt. Die innere, für Gas permeable, für Wasser undurchlässige Schicht 11 besteht aus einem Kunststoff-Kopolymer. Die gaspermeable Schicht 11 ist aufgezogen auf einer Stützschicht 12 aus modifiziertem Hart-PVC. Diese Stützschicht 12 in Form eines Stützschlauches enthält in der Schlauchwand mehr als 1000 durchgehende kleine Bohrungen 13 pro Meter. Einmal im Boden versenkt, ist das Schlauchinnere eine perfekte Senke für viele Stoffe aus der Stoffgruppe der aliphatischen, aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Äther, Ketone, Ester und auch für anorganische Gase. Diffusionsvorgänge und der bestehende lokale, stark ausgeprägte Konzentrationsunterschied bewirken, daß diese Stoffe im Schlauchinneren angereichert werden.

In üblichen Überwachungssystemen, die mit derartigen permeablen Schläuchen ausgerüstet sind, sind diese an kontinuierliche Pumpsysteme oder Pumpschleifen, Gasdetektoren und Gasanalysatoren angeschlossen. Erfaßt werden mit solchen Überwachungssystemen vorzugsweise die im Sensorschlauch angesammelten Gaskonzentrationen als Funktion der Pumpzeit, der Anstieg von Gaskonzentrationen über vorgegebene Schwellenwerte, das Auftreten einer neuen Gasquelle, d.h. eine Leckortung,

Gasmustererfassung bzw. Erfassung der Zusammensetzung von Gasgemischen und andere.

Die unmittelbare Vorortanalytik mit der erfindungsgemäßen Bodenluftsonde wird dadurch erreicht, daß beispielsweise chemisch-kolorimetrische Nachweisverfahren für Gase und Dämpfe eingesetzt werden, die pro Analyse nur kleinste Probenmengen (10 bis 30 ml Probengas) ohne weitere Konditionierung, d.h. Reinigung, Trennung und/oder Derivatisierung benötigen. Dafür ist das in einer etwa 1 m langen Monitorsonde gesammelte Gas für mehrere Analysen ausreichend. Die zur Verfügung stehende Gasmenge reicht ferner zum Vorspülen von Meßinstrumenten bzw. für die Bestimmung verschiedener Parameter aus. Um bei diesen Meß- und Beprobungsvorgängen kein Vakuum aufzubauen, ist die behutsame Flutung des Systems wie beschrieben notwendig.

Um eine Bodenluftanalyse oder eine Bodenluftbeprobung mit dem erfindungsgemäßen System durchzuführen, wird der permeable Schlauch 4 mit der eingepaßten und verklebten Sondenspitze 3 in die Bohrstange 1 geschoben. Am entgegengesetzten Stangenende wird beispielsweise eine im Handel erhältliche Schonkappe aufgesetzt. Mit einem Schonhammer wird die Bohrstange 1 samt Schlauch 4 in die vorgesehene Tiefe von üblicherweise 0,9 bis 1,5 m vorangetrieben. Nun wird die Bohrstange 1 wieder aus dem Boden herausgezogen. Da die Stangenlänge üblicherweise nur 1 bis 2 m beträgt, sind gesonderte Ziehvorrichtungen hierfür nicht erforderlich. Die Sondenspitze 3 und der Schlauch 4 verbleiben dabei im Boden. Ein Herauslösen des Schlauches 4 aus der Bohrstange 1 kann durch Druck auf das Schlauchende bzw. auf den Kunststoffstopfen 7 unterstützt werden. Das umgebende Erdreich um die Bodenluft-/Monitoringsonde muß anschließend in dem Fachmann bekannter Art und Weise leicht verdichtet werden, um den Schlauch 4 vor unmittelbarem atmosphärischen Einfluß abzudichten. Die Schlauchenden der Flutungsschläuche 8, 9 werden gasdicht verschlossen, beispielsweise abgeklemmt. Für dieses Verschließen und Absichern des Sondenendes sind diverse Vorrichtungen, wie Adapter, Deckel, Kappen, käuflich erhältlich. Je nach Schiauchlänge, Bodenbeschaffenheit und Schadstoffart benötigt die Stoffdiffusion und anreicherung aus dem Boden in der Bodenluft-/Monitoringsonde einige Tage bis Wochen. Zum Zeitpunkt der Messung wird die Meßapparatur, besonders geeignet im Sinne der Erfindung sind ein optoelektronisches Kapillarmeßröhrchensystem des Gebrauchsmusterinhabers und Dräger-

Prüfröhrchen, an einem der beiden Flutungsschläuche 8, 9 über der Erdoberfläche angeschlossen. Als Flutungsmedium eignet sich üblicherweise Außenluft, die beispielsweise durch eine Filterpatrone oder ein mit Aktivkohle gefülltes Dräger-Prüfröhrchen geleitet wird (nicht dargestellt), inertgasbehälter sind ebenfalls geeignet. Die Schlauchverbindungen werden geöffnet, und die Messung kann unmittelbar beginnen. Ein Meter der Bodenluft-/Monitoringsonde enthält mehr als 60 ml Probengasvolumen, von dem ca. 30 bis 40 % annähernd unverdünnt zur Messung herangezogen werden können. Insbesondere diese Tatsache, daß auf eine aufwendige apparative oder laborgebundene Analytik dieser geringen Gasmengen verzichtet werden kann, kennzeichnen die erfindungsgemäße Anordnung.

Claims

Schutzansprüche

1. Bodenluftsonde, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrstange (1) ein für Gase und Dämpfe durchlässiger Schlauch (4) lösbar eingebracht ist, dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser der Bohrstange (1) ist, wobei der Schlauch (4) fest an einem Ende mit einer Sondenspitze (3) größeren Durchmessers als der Außendurchmesser der Bohrstange (1) verbunden ist und die Sondenspitze (3) in Form eines Stopfens die Bohrstange (1) verschließt, und daß der Schlauch (4) am der Sondenspitze (3) entgegengesetzten Ende mit einem Kunststoffstopfen (7) gasdicht verschlossen ist, welcher mindestens zwei Bohrungen aufweist, durch die Flutungsschläuche (8, 9) unterschiedlicher Länge in das Innere des Schlauches (4) geführt sind, wobei an einen der Flutungsschläuche (8, 9) eine die Gaskonzentration messende Vorrichtung angeschlossen ist.

2. Bodenluftsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flutungsschläuche (8, 9) aus inertem Material, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Viton bestehen, und einen Innendurchmesser von vorzugsweise 1 bis 3 mm aufweisen.

3. Bodenluftsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (4) eine äußere Geflechtschicht (10) aus Polyethyien und eine innere, für Gase und Dämpfe durchlässige, für Wasser undurchlässige Schicht (11) aus einem Kunststoff-Kopolymer aufweist, wobei die Schicht (11) auf einer Stützschicht (12) aus modifiziertem Kunststoff aufgezogen ist und mehr als 1000 durchgehende, kleine Bohrungen (13) oder Poren pro Meter Schlauch (4) aufweist.