DE4407217C2 - Vorrichtung zur schnellen analytischen Durchmusterung und dreidimensionalen Kartierung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Vorrichtung zur schnellen analytischen Durchmusterung von ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe - so auch Abfälle und Altlasten - welche der zeitnahen 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 Justiziabilität 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 (Dräger-Stitz-Sonde) für die Altlastenerkundung, bei welcher in der Sondenspitze Gasprüfröhrchen eingesetzt werden kön­ nen. Mit dieser Sonde sind allerdings nur Einmalmessungen pro Sondier­ vorgang möglich, da das Prüfröhrchen nach einer Messung unbrauchbar wird und ausgewechselt werden muß. Zu diesem Zweck muß nach je­ dem Sondiervorgang die Sonde vollständig aus dem untersuchten Bo­ den entnommen und das Gasprüfröhrchen abgelesen und ausgewechselt werden, wodurch jede Probenahme einen Zeitaufwand von ca. 30 Minu­ ten 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 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 - ohne Feststoffproben entnehmen zu müssen - von Böden und Abfällen emittierte schädliche Gase und Dämp­ fe anzeigt.

Anhand der Signale können dann Art und Schwerpunkte von Kontamina­ tionen in Böden oder Abfällen schnell erkannt und rasch Schadensbe­ kämpfungsmaßnahmen bzw. Dekontaminationsmaßnahmen eingeleitet werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den Einsatz einer Sondierlanze in Form eines vorne zugespitzten Rohres von wenigen Zentimetern Durchmesser, welche in das Haufwerk oder die Altlast eingeführt wird. Der Sondenkopf besitzt mindestens eine Öffnung, um das Eindringen der in den Poren des Haufwerks sich befindenden Gase und Dämpfe ins Innere des Son­ denkopfs 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 mittels bohrenden Verfahren zum Einführen der Sonde in das Haufwerk - gearbeitet.

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.

Beschreibung der Erfindung

Entgegen der derzeit gängigen Praxis und den bis dato durchgeführten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten betreffend die Abfall- und Altlaste­ nanalytik soll mit der hier beschriebenen Erfindung nicht ein möglichst genaues Analysenergebnis angestrebt werden, sondern es sollen viel­ mehr orientierende und schnell verfügbare Meßergebnisse im Zuge des Erkundungsvorgangs, z. B. zur dreidimensionalen Kartierung des Hauf­ werks, erhalten werden.

Die Sonde liefert dabei kontinuierlich Meßwerte, ausgehend von wenigen Zentimetern Eindringtiefe bis in eine Tiefe von mehreren Zehnermetern.

Die dabei sukzessive und ohne Zeitverzug zu erhaltenden Meßwerte er­ leichtern und beschleunigen die Lokalisierung von Kontaminations­ schwerpunkten in ruhenden Haufwerken fester und pastöser Stoffe und gestatten - im Falle der Altlastenerkundung - eine rasche Eingrenzung eines kontaminierten Bereichs.

Damit trägt die Erfindung wesentlich zur Einsparung von teuren und auf­ wendigen Beprobungs- Bagger- und Bohrarbeiten sowie von Analysenko­ sten bei, insbesondere auf den Sektoren Abfallüberwachung und -Kon­ trolle sowie Altlastenerkundung, welchen heute auch ein besonderes öf­ fentliches Interesse zukommt.

Für größere Teufen kann die Sondierlanze sukzessive bis mehrere Zeh­ ner Meter Eindringtiefe verlängert werden.

Der Sondenkopf der Sondierlanze enthält mindestens einen miniaturisier­ ten Gas-Detektor, um die in den Poren und Hohlräumen der Schüttung enthaltenen anorganischen und organischen gas- und dampfförmigen Stoffe und Stoffgruppen anzuzeigen und zu quantifizieren.

Der Sondenkopf kann elektrisch beheizt werden, 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 Detekto­ ren. Letztgenannte Detektoren benötigen zum Teil vorgeschaltete Selek­ tivfilter, 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.

Der Sondenkopf besitzt ferner eine mechanische Vorrichtung, mit wel­ cher verhindert wird, daß sich die im Sondenkopf befindlichen Gaseintritts­ öffnungen mit körnigem oder pastösen Material aus dem Haufwerk ver­ stopfen. So ist beispielsweise die Sondierspitze als paßgenaue - in axia­ ler Richtung bewegliche - Hülse ausgebildet, so daß sie sich - bei Vor­ schub der Sondierlanze in das Haufwerk - über die Gaseintrittsöffnungen schiebt.

Bei Stop des Vorschubs und kurzem Rückziehen der Sondierlanze gibt die Hülse mittels Kraft einer eingebauten mechanischen Feder die Gas­ eintrittsöffnungen 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.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Eindringen in ruhende Haufwerke fester und pastöser Stoffe - so auch in Abfälle und Altlasten - mittels eines verlängerbaren Sondenrohrs mit einem vorne zugespitzten, mit Gaseinlaßöffnungen ver­ sehenen Sondenkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkopf mindestens einen geeigneten miniaturisierten analytischen Detektor bein­ haltet, der auf interessierende gas- bzw. dampfförmige Komponenten in den Haufwerken anspricht und entsprechende elektrische Signale liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Son­ denkopf über eine mechanische Einrichtung zum Öffnen und Verschlie­ ßen der Gaseintrittsöffnungen verfügt, um Verschmutzungen und Ver­ stopfungen der Öffnungen durch feste oder pastöse Stoffe aus dem zu sondierenden Haufwerk zu vermeiden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Son­ denkopf über eine mechanische Einrichtung verfügt, welche bei Stop und kurzem Zurückziehen der Lanze durch die Kraft einer eingebaute Feder die Öffnungen des Sondenkopfs für die Gasmessung freigibt und welche bei erneut einsetzendem Lanzenvorschub für einen Wiederverschluß der Öffnungen sorgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Son­ denkopf über eine mechanische oder elektromechanische Einrichtung verfügt, mit welcher beim finalen Zurückziehen der Sondierlanze die Öff­ nungen des Sondenkopfs verschlossen arretiert werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gas­ förmigen Komponenten mittels mindestens einer, innerhalb des Sonden­ kopfs oder innerhalb der Lanze befindlichen miniaturisierten Pumpe an den oder die Detektoren herangeführt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ge­ eignete Beheizung im Inneren des Sondenkopfes angebracht ist, um den Dampfdruck der im Haufwerk befindlichen interessierenden Substanzen am Ort des Sondenkopfs zu erhöhen, wodurch deutlichere Detektorsi­ gnale zu erhalten sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Sonde verbundene mobile oder stationäre elektronische Verstärker- und Auswerteeinheit mit EDV, die Detektorsignale unmittelbar vor Ort und zum Zeitpunkt der Messung verarbeitet und in Form von Analysener­ gebnissen ausgibt.

8. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde mit hydraulischem Vorschub in das zu untersuchende Haufwerk bzw. in die Altlast einge­ bracht wird.

9. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde mit Bohrgerät in das zu untersuchende Haufwerk bzw. in die Altlast eingebracht wird.