DE3637952A1 - Verfahren zur gewinnung von bodenluftproben sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Bodenluftproben, bei welchem mittels einer in ein vorbe­ reitetes Bohrloch eingeführten, mit ihrem oberen Ende aus diesem herausragenden Sonde im Bohrloch befindliche oder in dieses aus dem Boden einströmende Bodenluft mit Hilfe einer externen, mit der Sonde verbundenen Saugpum­ pe durch das Sondeninnere abgeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren der genannten Art sowie der zugehörigen Vorrichtung wird die Bodenluft mit einer relativ hohen Geschwindigkeit aus der Sonde bzw. dem Bohrloch abgesaugt und erst nach dem Durchströmen der Pumpe aufgefangen und als Probe für eine spätere Analyse in ein Aufbewahrungsbehältnis gebracht. Nachteilig ist hierbei, daß die Bodenluft über weite Wege geführt wird, bevor die Probe genommen wird, so daß Beimengungen aus Leitungen oder Schläuchen sowie aus der Pumpe in die Luft gelangen und das Analysenergebnis verfälschen kön­ nen. Außerdem kann es bei aufeinanderfolgenden Proben­ nahmen an verschiedenen Bohrlöchern zu sogenannten Ver­ schleppungseffekten kommen, d. h. daß Luftanteile aus unterschiedlichen Bohrlöchern unbeabsichtigt vermischt werden. Auch dies führt zu ungenauen Analysenergebnissen.

Nachteilig ist weiterhin, daß dem Probennehmer, d. h. der die Vorrichtung bedienenden Person keinerlei Infor­ mation vorliegt, wann wirklich Bodenluft aus der Pumpe austritt, wann z. B. die schon vorher in der Sonde befindliche Umgebungsluft abgeführt ist und ob oder wann z. B. zwischen Sonde und Bohrlochwand von außen angesaugte Umgebungsluft aus der Pumpe austritt. Die gewonnene Probe ist damit mehr oder weniger zufällig zusammenge­ setzt.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird eine Boden­ luftprobe mit einer im unteren Teil der Sonde angebrach­ ten, z. B. über ein Zugband fernbetätigten Injektions­ spritze genommen. Hier besteht der Nachteil, daß nur ein sehr kleines Luftvolumen angesaugt wird, das für die Bodenluft kaum repräsentativ ist. Dies beruht darauf, daß bei Einführung der Sonde in das Bohrloch die dort befindliche Bodenluft entlang des Zwischenraumes zwi­ schen Sonde und Bohrlochwand nach oben verdrängt wird. Das kleine Spritzenvolumen reicht nicht aus, diese Bo­ denluft wieder zurückzutransportieren bis in das Innere der Probennahmespritze. Stattdessen wird zumindest zum Teil Luft angesaugt, die mit der Sonde in das Bohrloch gebracht wurde. Genaue Analysenergebnisse sind damit auch bei nach diesem Verfahren und mit der entsprechen­ den Vorrichtung gewonnenen Bodenluftproben nicht zu erwarten. Auch können wegen der kleinen Luftmenge nicht mehrere Analysen einer Probe vorgenommen werden.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die aufgeführten Nachteile vermeidet und das insbesondere eine zuverläs­ sige und einfache Gewinnung von repräsentativen, nicht durch Beimengungen und/oder Verdünnung verfälschten Bodenluftproben ausreichenden Volumens gewährleistet. Weiterhin stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Die Lösung des ersten Teils der Aufgabe gelingt erfin­ dungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Boden­ luftprobe durch eine kurze, verschließbare Abzweiglei­ tung unter Abdichtung gegen die Umgebungsluft aus dem oberen Teil der Sonde entnommen wird. Hierdurch wird erreicht, daß eine Verfälschung der Probe durch Beimen­ gungen aus Schläuchen und der Pumpe nicht auftreten können. Außerdem werden Verdünnungseffekte durch Umge­ bungsluft bei der Probennahme vermieden.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Abzweigleitung mit einer Septumdichtung verschlossen ist und daß die Ent­ nahme der Bodenluftprobe über eine durch die Septum­ dichtung geführte Injektionsnadel erfolgt. Diese Ausge­ staltung bietet den Vorteil, daß für die Probennahme keinerlei Anschlüsse und/oder Verschlüsse betätigt wer­ den müssen. Stattdessen genügt es, die Nadel der Injek­ tionsspritze durch die Septumdichtung hindurchzuführen und nach der Probennahme wieder herauszuziehen, da ohne weitere Maßnahmen die Septumdichtung sofort wieder für einen luftdichten Verschluß sorgt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Bodenluftprobe mit einer an die Injektionsnadel angesetzten Injektionsspritze entnommen und nach der Entnahme in mindestens eine Septumflasche eingefüllt wird. Hierdurch wird zum einen eine große Einfachheit der Probenentnahme und zum andere eine sichere und die Probe nicht verfälschende Aufbewahrung, auch über längere Zeit, erreicht.

Um einen sicheren Anhalt für das Vorhandensein von Bodenluft in der Sonde, insbesondere im Entnahmebereich der Probe, zu erhalten, wird zweckmäßig die mittels der Saugpumpe abgeführte Luft nach dem Austritt aus dem Sondeninneren durch einen CO₂-Detektor geführt. Der Sinn dieser Maßnahme ergibt sich daraus, daß Bodenluft im Vergleich zur Umgebungsluft aus der freien Atmosphäre im allgemeinen einen deutlich erhöhten CO₂-Gehalt aufweist. Bei Anwendung dieses Verfahrens wird also der Detektor einen zunächst niedrigen, dann ansteigenden und an­ schließend nach einem Maximum wieder abfallenden CO₂- Gehalt anzeigen, da zunächst in der Sonde vorhandene Luft, dann Bodenluft und danach wieder zunehmend Umge­ bungsluft gefördert wird. Demnach erfolgt die Entnahme der Bodenluftprobe aus der Sonde zweckmäßig im wesentli­ chen zum Zeitpunkt der maximalen Anzeige des CO₂-Detek­ tors. Hiermit wird sichergestellt, daß die eigentliche Probennahme zum optimalen Zeitpunkt erfolgt. Dabei ist selbstverständlich zu beachten, daß der CO₂-Detektor rela­ tiv nahe bei dem Entnahme-Abzweig der Sonde angeordnet ist.

Für die Probenentnahme ist es von Vorteil, mit einer relativ geringen Luftgeschwindigkeit im Sondeninneren, d. h. mit einem relativ geringen Unterdruck bzw. mit relativ geringer Pumpenleistung zu arbeiten, um genügend Zeit für die Probennahme zu haben, bevor die Bodenluft abgefördert ist. Andererseits sollte zwischen zwei Pro­ bennahmen die Sonde in möglichst kurzer Zeit mit einer größeren Menge von Umgebungsluft gründlich gespült wer­ den können, wozu eine große Durchsatzgeschwindigkeit bzw. eine hohe Pumpenleistung günstig ist. Ein in seiner Leistung variabler Pumpenantrieb ist jedoch aufwendig und teuer, weshalb gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, daß zur Regelung des Luftdurchflusses durch die Sonde der Ansaugleitung der Pumpe Nebenluft in variabler Menge zugeführt wird. So kann auf einfache Weise durch Einstellung der Nebenluftmenge die durch das Innere der Sonde geförderte Luftmenge reguliert werden.

Die Lösung des zweiten Teils der Aufgabe gelingt erfin­ dungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit einer in ein vorbereitetes Bohrloch einzuset­ zenden hohlen Sonde, die wenigstens eine Öffnung in ihrem unteren Bereich aufweist und mit einer mit dem oberen Ende der Sonde über eine Ansaugleitung verbunde­ nen Saugpumpe, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sonde in ihrem oberen, aus dem Boden herausragenden Teil einen kurzen, verschließbaren Abzweig zur Luftpro­ benentnahme aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen 7 bis 11 hervor.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sowie ein Ablaufbeispiel des Verfahrens gemäß Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläu­ tert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Vor­ richtung gemäß Erfindung in schematischer, nicht maß­ stäblicher Darstellung im Einsatzfall.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, besteht das darge­ stellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 im wesent­ lichen aus einer in ein Bohrloch 91 im Boden 9 einzuset­ zenden Sonde 2 sowie aus einer Anzahl von mit der Sonde 2 über eine Luftleitung 30 verbundenen Komponenten, wie Saugpumpe 3, CO₂-Detektor 4, Durchflußmesser 5 und eini­ gen weiteren, noch zu beschreibenden Elementen.

Im dargestellten Einsatzbeispiel ist die Sonde 2 über den größten Teil ihrer Länge in das Bohrloch 91 einge­ führt, während ihr oberes Ende 21 aus dem Bohrloch 91 herausragt. Die Sonde 2 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Rohr 20, dessen Inneres 20′ hohl ist. In ihrem unteren Teil ist die Sonde 2 in ihrem Durchmesser verringert und bildet dort eine Einschnürung 23, welche mit einer Anzahl von Luftansauglöchern 24 versehen ist. Das untere Ende der Sonde 2 wird durch eine stabile Spitze 22 gebildet.

In ihrem aus dem Bohrloch 91 nach oben herausragenden oberen Teil 21 weist die Sonde 2 einen kurzen, schräg nach oben weisenden Abzweig 25 auf. Dieser Abzweig 25 ist an seinem Ende mittels einer Septumdichtung 26 luft­ dicht verschlossen. Wie im dargestellten Ausführungsbei­ spiel der Vorrichtung 1 dargestellt, kann durch die Septumdichtung 26 die Nadel 10′ einer Injektionsspritze 10 geführt werden, um mittels dieser Luft aus dem Inne­ ren 20′ der Sonde 2 abzusaugen, ohne daß eine Ver­ mischung mit Umgebungsluft stattfinden kann.

Dem oberen Teil 21 der Sonde 2 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel weiterhin noch ein Thermometer 7 sowie ein Manometer 8 zugeordnet. Das Thermometer 7 dient zur Bestimmung der Temperatur der durch das Innere 20′ der Sonde 2 strömenden Luft; das Manometer dient zur Anzeige des im Sondeninneren 20′ herrschenden Druckes. Bei entsprechender Wahl des Manometers 8 können hier sowohl Unter- als auch Überdrücke gegenüber dem atmos­ phärischen Luftdruck gemessen werden.

An das obere Ende 21 der Sonde 2 ist die bereits erwähn­ te Luftleitung 30 angeschlossen, welche im Prinzip die Luftansaugleitung der Saugpumpe 3 darstellt. Unmittelbar hinter der Sonde 2 ist in die Luftleitung 30 ein Ab­ sperrventil 31 eingesetzt, mittels welcher die Leitung 30 dicht abschließbar ist. In abgeschlossener Stellung des Ventils 31 kann beispielsweise der Druck der Boden­ luft, der sich in das Innere 20′ der Sonde 2 fortsetzt, bestimmt werden. Um bei dieser Messung sowie beim Absau­ gen von Luft aus dem Inneren 20′ der Sonde 2 keine Umgebungsluft durch das Bohrloch 91 bzw. den Zwischen­ raum zwischen Sondenrohr 20 und dem umgebenden Erdreich anzusaugen, ist hier ein auf dem Sondenrohr 20 in axia­ ler Richtung verschieblicher Bohrloch-Abdichtkegel 27 vorgesehen. Dieser dient dazu, das obere Ende des Bohr­ loches gegenüber der Umgebungsluft abzuschließen.

In Flußrichtung der Luft durch die Luftleitung 30 gese­ hen ist hinter dem Absperrventil 31 der CO₂-Detektor 4 angeordnet. Dieser dient dazu, den CO₂-Gehalt der ange­ saugten Luft zu bestimmen und anzuzeigen.

Dem CO₂-Detektor 4 nachgeschaltet ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel noch der Durchflußmesser 5, welcher die momentan durch das Innere 20′ der Sonde 2 strömende Luftvolumen mißt und anzeigt.

Schließlich gehört zur Vorrichtung noch eine Nebenluft­ leitung 61, welche zwischen dem Durchflußmesser 5 und der Saugpumpe 3 in die Luftleitung 30 mündet. Die Neben­ luftleitung 61 steht über ein Ansaugfilter 62 mit der Umgebungsluft in Verbindung und ist in ihrer Luftdurch­ laßmenge mittels eines Regulierventils 6 einstellbar.

Ein typisches Ablaufbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, zu dessen Durchführung die im Vorangehenden beschriebene Vorrichtung dient, sieht im wesentlichen wie folgt aus:

Zunächst wird die noch außerhalb des Bohrloches be­ findliche Sonde 2 bei im wesentlichen geschlossenem Regulierventil 6 mit der größtmöglichen Luftdurchfluß­ menge durch das Sondeninnere 20′ gespült und so von Bodenluftresten aus eventuellen früheren Messungen be­ freit. Daraufhin wird die Sonde 2 in ein vorher erstell­ tes Bohrloch 91 eingeführt, dessen Mündung mittels des Dichtkegels 27 verschlossen wird. Das Einsetzen der Sonde 2 in das Bohrloch 91 erfolgt mit stillstehender Pumpe 3. Durch Einschalten der Pumpe 3 und durch teil­ weises Öffnen des Regulierventils 6 wird unter Ablesung der erzeugten Durchflußmenge ein Luftstrom durch das Innere 20′ der Sonde 2 in der gewünschten Größe erzeugt. Hierdurch wird Bodenluft aus dem Bohrloch 91 sowie aus dem dieses umgebenden Erdreich 9 durch das Innere 20′ der Sonde 2 nach oben gefördert. Die angesaugte Luft strömt durch das geöffnete Ventil 31, den CO₂-Detektor 4, den Durchflußmesser 5 und die Saugpumpe 3, die jeweils in die Luftleitung 30 eingesetzt sind, ab. Das Vorhanden­ sein von Bodenluft im Inneren der Sonde 2 wird durch den CO₂-Detektor angezeigt, da dieser den in der Bodenluft im allgemeinen vorhandenen, erhöhten CO₂-Gehalt anzeigt. Dieser Zeitpunkt ist der optimale Zeitpunkt zur Entnahme einer Bodenluftprobe, d. h. jetzt wird mittels der In­ jektionsspritze 10 durch die durch die Septumdichtung 26 geführte Injektionsnadel 10′ Luft aus dem Inneren des oberen Teils 21 der Sonde 2 abgezogen. Die so gewonnene Luftprobe wird vorzugsweise aus der Injektionsspritze 10 in eine an sich bekannte Septumflasche (nicht darge­ stellt) umgefüllt, um eine möglichst lange Lagerfähig­ keit der Probe zu gewährleisten.

Parallel zu der Entnahme der Bodenluftprobe kann mittels des Thermometers 7 die Temperatur der Bodenluft bestimmt werden.

Nach Entnahme der Bodenluftprobe oder mehrerer Boden­ luftproben kann durch Schließen des Absperrventils 31 bei weiterhin eingesetztem Dichtkegel 27 der Verlauf des sich im Inneren des Bohrloches 91 aufbauenden Bodenluft­ druckes verfolgt werden.

Die Sonde 2 besteht vorzugsweise aus Edelstahl, da die­ ser gegenüber der Bodenluft und den üblicherweise in diesen enthaltenen Gasen und eventuellen Flüssigkeits­ beimenungen inert ist. Zur Verwendung der Sonde 2 in Bohrlöchern unterschiedlicher Tiefe kann diese so ausge­ führt sein, daß sie durch einzusetzende Zwischenstücke in beliebiger Weise verlängerbar ist. Außer wie im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, kann die Vor­ richtung 1 auch eingesetzt werden, wenn ein Teil der beschriebenen Komponenten nicht vorhanden ist. Anderer­ seits kann beispielsweise die Vorrichtung 1 noch durch einen Wasser- bzw. Flüssigkeitsabscheider, der vorzugs­ weise vor dem CO₂-Detektor 4 anzuordnen wäre, ergänzt werden. Auch ein Einsatz der Sonde außerhalb von Bohr­ löchern ist möglich, beispielsweise für die Gewinnung von Gas- oder Luftproben aus der freien Umgebung oder durch Inspektionsöffnungen z. B. an Kaminen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Gewinnung von Bodenluftproben, bei welchem mittels einer in ein vorbereitetes Bohrloch eingeführten, mit ihrem oberen Ende aus diesem her­ ausragenden Sonde im Bohrloch befindliche oder in dieses aus dem Boden einströmende Bodenluft mit Hilfe einer externen, mit der Sonde verbundenen Saugpumpe durch das Sondeninnere abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenluftprobe durch eine kurze, verschließbare Abzweigleitung (25) unter Abdichtung gegen die Umgebungsluft aus dem oberen Teil (21) der Sonde (2) entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitung (25) mit einer Septumdichtung (26) verschlossen ist und daß die Entnahme der Bo­ denluftprobe über eine durch die Septumdichtung (26) geführte Injektionsnadel (10′) erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bodenluftprobe mit einer an die Injektionsnadel (10′) angesetzten Injektions­ spritze (10) entnommen und nach der Entnahme in mindestens eine Septumflasche eingefüllt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mittels der Saugpumpe (3) abgeführte Luft nach dem Austritt aus dem Sondenin­ neren (20′) durch einen CO₂-Detektor (4) geführt wird und daß die Entnahme der Bodenluftprobe aus der Sonde (2) im wesentlichen zum Zeitpunkt der maxima­ len Anzeige des CO₂-Detektors (4) erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Regelung des Luftdurchflusses durch die Sonde (2) der Ansaugleitung (30) der Pumpe (3) Nebenluft in variabler Menge zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, mit einer in ein vorbereitetes Bohrloch einzusetzenden hohlen Sonde, die wenigstens eine Öffnung in ihrem unteren Bereich aufweist und mit einer mit dem oberen Ende der Sonde über eine Ansaugleitung verbundenen Saugpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) in ihrem oberen, aus dem Boden (9) herausragenden Teil (21) einen kurzen, verschließbaren Abzweig (25) zur Luftprobenentnahme aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine den Abzweig (25) verschließende Septumdichtung (26).

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, gekenn­ zeichnet durch einen in die Ansaugleitung (30) zur Saugpumpe (3) eingesetzten CO₂-Detektor (4).

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, gekenn­ zeichnet durch eine zwischen CO₂-Detektor (4) und Pumpe (3) in die Ansaugleitung (30) zur Pumpe (3) mündende, durch ein Regulierventil (6) in ihrer Luftdurchlaßmenge variierbare Nebenluftleitung (61) und wahlweise einen vor der Einmündung der Neben­ luftleitung (61) in die Ansaugleitung (30) in letzt­ ere eingeschalteten Luftdurchflußmesser (5).

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, gekenn­ zeichnet durch einen außen auf der Sonde (2) in deren Längsrichtung verschiebbaren Bohrloch-Ab­ dichtkegel (27), ein in die Ansaugleitung (30) ein­ gesetztes Absperrventil (31) und ein den Luftdruck in der Sonde (2) messendes und anzeigendes Manometer (8).

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, gekenn­ zeichnet durch ein die Temperatur der durch das Sondeninnere (20′) strömenden Luft registrierendes Thermometer (7).