DE4407217A1 - Vorrichtung zur schnellen analytischen Durchmusterung und dreidimensionalen Kartierung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Vorrichtung und Verfahren zur schnellen analytischen Durchmusterung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - so auch Abfälle und Altlasten - welche der momentanen Erkennung und Quantifizierung von Inhaltsstoffen dienen.

Stand der Technik

Bei der Abfallanalytik wird üblicherweise im ersten Schritt eine Probenah­ me mittels Schaufel oder Probenstecher durchgeführt; bei Altlasten kom­ men Bagger zum Einsatz oder es werden zeit- und kostenaufwendige Bohrverfahren angewandt. Hiernach schließt sich die chemische Analyse an wenigen Gramm oder Milligramm Probe - mehr oder weniger zeitnah - an.

Bei diesem Procedere besteht eine große Diskrepanz zwischen dem bei der Probenahme gemachten erheblichen Fehler und dem mit kleinem Fehler behafteten chemischen Analysenverfahren im Labor.

Es ist hier das Fehlerfortpflanzungsgesetz zu beachten, nach dem sich der Gesamtfehler einer Analysenprozedur durch Addition der Fehler je­ des Einzelschritts der Analysenprozedur ergibt.

Anhand mathematisch-statistischer Überlegungen kann gezeigt werden, daß eine so durchgeführte Analytik - entgegen landläufiger Meinung - kei­ nen Anspruch auf Repräsentativität und damit letztlich auf Justitiabilität haben kann, und daß eine repräsentative Beprobung von Abfallhaufwer­ ken oder Altlasten unter Praxisbedingungen grundsätzlich nicht möglich ist.

Der Grund liegt in der meist beträchtlichen, jedoch unbekannten Inhomo­ genität des Haufwerks.

In Anbetracht dieses Sachverhalts ist es einsichtig, daß die meist teure und zeitaufwendige chemische Laboranalytik - bei welcher das Analyse­ nergebnis oft noch mit Kommastellen angegeben wird - keinen Sinn macht.

Dieser Aspekt war auch ein Grund für die Entwicklung einer Sonde der Firma Dräger in Lübeck für die Altlastenerkundung, bei welcher in der Sondenspitze Gasprüfröhrchen eingesetzt werden können. Mit dieser Sonde sind allerdings nur Einmalmessungen pro Sondiervorgang mög­ lich, da das Prüfröhrchen nach einer Messung unbrauchbar wird und aus­ gewechselt werden muß.

Zu diesem Zweck muß nach jedem Sondiervorgang die Sonde vollstän­ dig aus dem untersuchten Boden entnommen und das Gasprüfröhrchen abgelesen und ausgewechselt werden, wodurch jede Probenahme einen Zeitaufwand von ca. 30 Minuten erfordert.

Die Firma Lasertechnik Adlershof Berlin hat einen Sondenkopf für Böden und Grundwasser entwickelt, mit welcher polycyclische aromatische Koh­ lenwasserstoffe (PAK) mittels laseroptischer Methoden angezeigt und quantifiziert werden können. Die Methode ist auf fluoreszierende chemi­ sche Verbindungen - wie PAK - beschränkt.

Aufgabe und Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einfache, wirkungsvolle und kostengünstige Art und Weise ein kontinuierliches, qualitativ und quantitativ auswertbares Meßsignal aus einem Haufwerk fester Stoffe zu erhalten, welches verschiedene Inhaltsstoffe innerhalb des Haufwerks anzeigt, anhand derer Art und Kontaminationsschwer­ punkte von Bodenverunreinigungen schnell erkannt und rasch Schadens­ bekämpfungsmaßnahmen eingeleitet werden können.

Entgegen der derzeit gängigen Praxis und den bis dato durchgeführten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten betreffend die Abfall- und Altlastenanalytik soll mit der hier beschriebenen Erfindung nicht ein mög­ lichst genaues Analysenergebnis angestrebt werden, sondern es sollen vielmehr orientierende und schnell verfügbare Meßergebnisse im Zuge des Erkundungsvorgangs erhalten werden.

Die Sonde wird hierzu nicht nach jeder Beprobung aus dem Haufwerk entnommen, sondern sie liefert kontinuierlich Meßwerte, ausgehend von wenigen Zentimetern Eindringtiefe bis in eine Tiefe von mehreren Zehn­ ermetern. Die dabei sukzessive und ohne Zeitverzug zu erhaltenden Meßwerte erleichtern und beschleunigen die Lokalisierung von Konta­ minationsschwerpunkten in ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe und gestatten - im Falle der Altlastenerkundung - eine rasche Ein­ grenzung eines kontaminierten Bereichs. Damit trägt die Erfindung we­ sentlich zur Einsparung von teuren und aufwendigen Beprobungs- Bagger- und Bohrarbeiten sowie von Analysenkosten bei. Hieraus ergibt sich auch die gewerbliche Anwendbarkeit, insbesondere auf den Sekto­ ren Abfallüberwachung und -Kontrolle sowie Altlastenerkundung, wel­ chen heute auch ein besonderes öffentliches Interesse zukommt.

Die Lösung der Aufgabe geschieht derart, daß eine Sondierlanze, in Form eines vorne zugespitzten Rohres von wenigen Zentimetern Durch­ messer eingesetzt wird, welche in das Haufwerk oder die Altlast einge­ führt wird. Der Sondenkopf besitzt mindestens eine Öffnung, um das Eindringen der in den Poren des Haufwerks sich befindenden Gase ins Innere des Sondenkopfs zu gewährleisten, in welchem sich mindestens ein elektrisch betriebener, kontinuierlich messender Detektor befindet, der auf diese Gase anspricht. Dadurch wird ein periodisches Einführen und Herausnehmen der Sonde während der Erkundung des Haufwerks überflüssig.

Für geringe Eindringtiefen in ein Haufwerk und je nach dessen Sondierfä­ higkeit ist Handkraft ausreichend. Üblicherweise wird mit maschineller Unterstützung - also mit hydraulischem Vorschub oder mit Bohrgeräten - gearbeitet.

Für größere Teufen kann die Sondierlanze sukzessive bis mehrere 10er Meter Eindringtiefe verlängert werden.

Wie oben erwähnt, besteht das besondere der Sondierlanze im Sondenkopf.

Dieser enthält mindestens einen miniaturisierten Gas-Detektor, um die in den Poren und Hohlräumen der Schüttung enthaltenen anorganischen und organischen gas- und dampfförmigen Stoffe und Stoffgruppen anzu­ zeigen und zu quantifizieren. Der Sondenkopf ist elektrisch beheizt, um den Dampfdruck der interessierenden Substanzen örtlich zu erhöhen und die Detektorsignale deutlicher werden zu lassen.

Die Art der im Sondenkopf untergebrachten Detektoren richtet sich nach der Problemstellung in der Praxis. Es werden sowohl unspezifische, nicht stoffgruppen- oder stoffselektive Detektoren eingesetzt als auch streng selektiv auf bestimmte Stoffe oder Stoffgruppen ansprechende Detektoren. Letztgenannte Detektoren benötigen zum Teil vorgeschaltete Selektivfilter, welche im Sondenkopf eingebaut sind.

Die elektrischen Detektorsignale gelangen über - im Lanzenrohr geführte, mit dem Detektor (den Detektoren) verbundene - mehradrige Kabel in die außerhalb der Sondierlanze befindlichen Meßverstärker und EDV.

Mit diesem Verfahren werden also keine Feststoff-Stichproben entnom­ men, sondern die Analytik wird am Ort des Sondenkopfes innerhalb des Haufwerks durch Analyse des Porengases durchgeführt.

Der Sondenkopf besitzt ferner eine mechanische Vorrichtung, mit wel­ cher verhindert wird, daß sich die im Sondenkopf befindlichen Gaseintrittsöffnungen mit körnigem oder pastösen Material aus dem Haufwerk verstopfen. So ist beispielsweise die Sondierspitze als paßgenaue - in axialer Richtung bewegliche - Hülse ausgebildet, so daß sie sich - bei Vorschub der Sondierlanze in das Haufwerk - über die Gasein­ trittsöffnungen schiebt.

Bei Stop des Vorschubs und kurzem Rückziehen der Sondierlanze gibt die Hülse mittels Kraft einer eingebauten mechanischen Feder die Ga­ seintrittsöffnungen frei. Wird die Sondierlanze nach diesem Halt erneut vorwärts bewegt, werden die Öffnungen durch die Hülse wieder verschlossen.

Um die Gaseinlaßöffnungen auch beim finalen Rückziehen der Sondier­ lanze nicht der Gefahr der Verstopfung auszusetzen, wird die Hülse elek­ tromechanisch mittels Relais und Bolzen in ZU-Stellung arretiert.

Das Einsaugen der Gasatmosphäre aus dem Haufwerk und der Gastran­ sport zu dem/den Detektoren geschieht durch eine im Lanzenrohr befind­ liche miniaturisierte elektrische Gaspumpe.

Der Pumpe nachgeschaltet, innerhalb des Lanzenrohrs, ist ein auswech­ selbares Aktivkohlefilter, welches geruchsintensive und toxische Gas­ komponenten adsorptiv zurückhält. Das gereinigte Abgas aus dem Aktiv­ kohlefilter wird anschließend mit dem Lanzenrohr ins Freie geleitet.

Die Stromversorgung für die Sondenkopf-Beheizung, für den oder die Detektoren, für die Gaspumpe, für das Relais des Gaseinlaßöffnungs- Verschlusses und für gegebenenfalls noch weitere elektrische Bauele­ mente, erfolgt aus Sicherheitsgründen ausschließlich mit Nieder­ spannung.

Der besondere Vorteil des Verfahrens besteht darin, das Haufwerk in ra­ scher Folge dreidimensional durchmustern zu können und eine schnelle Information darüber zu bekommen, ob und wo und in welchem Maße sich bestimmte Substanzen oder Substanzgruppen im Haufwerk befinden. Aus diesen Informationen lassen sich in der Folge rasche, für die Praxis wichtige Entscheidungen vor Ort - bei wartendem LKW oder Bagger - fällen.

Im Falle der Altlastenerkundung können die Meßsignale der Sondierlanze vor Ort mittels geeigneter, mit der Sonde verbundener Meßverstärker und EDV so aufbereitet werden, daß die Kontaminationen des Untergrunds unmittelbar in 3-dimensionaler Darstellung sichtbar zu machen sind.

Claims (5)

1. Vorrichtung und Verfahren zur schnellen analytischen Durchmusterung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - so auch Abfälle und Altlasten - mittels einer verlängerbaren, vorne zugespitzten Sonde aus korrosionsbeständigem Stahl, in deren Sondenkopf mindestens eine Gaseinlaßöffnung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Son­ denkopf mindestens einen geeigneten miniaturisierten analytischen De­ tektor beinhaltet, der auf interessierende gasförmige Komponenten in den Haufwerken rasch anspricht.

2. Vorrichtung und Verfahren zur schnellen analytischen Durchmusterung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - so auch Abfälle und Altlasten - mittels einer verlängerbaren, vorne zugespitzten Sonde aus korrosionsbeständigem Stahl, in deren Sondenkopf mindestens eine Gaseinlaßöffnung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Son­ denkopf mindestens einen geeigneten miniaturisierten analytischen De­ tektor beinhaltet, der auf interessierende gasförmige Komponenten in den Haufwerken rasch anspricht und eine mit der Sonde verbundene mo­ bile oder stationäre elektronische Verstärker- und Auswerteeinheit mit EDV Analysenergebnisse unmittelbar vor Ort und zum Zeitpunkt der Mes­ sung liefert.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Komponenten mittels minde­ stens einer miniaturisierten, innerhalb des Sondenkopfs oder der Lanze befindlichen Pumpe an den oder die Detektoren herangeführt wird.

4. Vorrichtung und Verfahren zur schnellen analytischen Durchmusterung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - so auch Abfälle und Altlasten - mittels einer verlängerbaren, vorne zugespitzten Sonde aus korrosionsbeständigem Stahl, in deren Sondenkopf mindestens eine Gaseinlaßöffnung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Son­ denkopf mindestens einen geeigneten miniaturisierten analytischen De­ tektor beinhaltet, der auf interessierende gasförmige Komponenten in den Haufwerken rasch anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß eine ge­ eignete Beheizung im Inneren des Sondenkopfes angebracht ist, um den Dampfdruck der im Haufwerk befindlichen interessierenden Substanzen örtlich zu erhöhen, wodurch deutlichere Detektorsignale zu erhalten sind.

5. Vorrichtung und Verfahren zur schnellen analytischen Durchmusterung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - so auch Abfälle und Altlasten - mittels einer verlängerbaren, vorne zugespitzten Sonde aus korrosionsbeständigem Stahl, in deren Sondenkopf mindestens eine Gaseinlaßöffnung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Son­ denkopf mindestens einen geeigneten miniaturisierten analytischen De­ tektor beinhaltet, der auf interessierende gasförmige Komponenten in den Haufwerken rasch anspricht und der über eine mechanische Vorrich­ tung zum Öffnen und Verschließen der Gaseintrittsöffnungen verfügt, um ein Verstopfen der Gaseintrittsöffnungen zu verhindern.