DE20011807U1 - Einrichtung zur Entnahme von Wasserproben - Google Patents

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IdNr.: DE 139 274

Einrichtung zur Entnahme von Wasserproben

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Entnahme von Wasserproben aus dem Grundwasser selbst und aus dem Kapillarsaum.

Das Entnehmen von Wasserproben aus dem Grundwasser bzw. aus einzelnen Wasserschichten im Erdreich ist erforderlich, um auf der Grundlage der Auswertungen bzw. Untersuchungen der entnommenen Wasserprdben Rückschlüsse auf die Qualität

des Grundwassers schließen zu können, was wiederum von Bedeutung ist für weitere Maßnahmen zur Verwendung der Grundwässer bzw. der Beseitigung von umweltbelastenden Stoffen im Grundwasser.

Wasser als Element kommt niemals in reiner Form in der Natur vor, da im Wasser selbst Stoffe gelöst und transportiert werden und schließlich auch aus dem Wasser wieder ausgeschieden werden können. So kommt es zu Umverteilungen der Stoffe in dem vom Wasser durchflossenen Schichten, zur Bildung sekundärer Gesteine, zu Versalzungen des Grundwassers und der Böden.

Auch werden Grundwasser und das Erdreich durch das Eindringen von Schadstoffen belastet, wenn diese nicht ordnungsgemäß gehandhabt werden, so dass diese gleichfalls das Grundwasser erheblich belasten und auch verseuchen können.
Die Zusammensetzung des Wassers, seine Beschaffenheit ist also von vielen Einflußgrößen abhängig, insbesondere wird die Zusammensetzung und die Qualität des Wassers von der physikalisch- chemischen Eigenschaft bestimmt.
Aus der Kenntnis solcher Vorgänge ist es erforderlich, Wasserproben zu entnehmen, um eine Aussage über die Wasserbeschaffenheit, die Wasserqualität treffen zu können, wobei aus den Untersuchungen der entnommenen Grundwasserproben Schlußfolgerungen gezogen werden können auf die Herkunft und Bewegung des Grundwassers, seine Verwendbarkeit als Trink- und/oder Brauchwasser sowie auf Umwelteinflüsse und Möglichkeiten der Beseitigung schädlicher Beeinträchtigungen.

Die Entnahme von Grundwasserproben erfolgt in unterschiedlicher Art und Weise, so ist allgemein bekannt, Grundwasserproben mittels permanenter oder temporärer Grundwassermeßstellen zu entnehmen.

Ferner werden Rammfilter verwendet, wenn Grundwasserproben aus flurnahen Grundwasserleitern entnommen werden sollen. Für tiefere Grundwasserleiter wird auf bekannte Bohrverfahren und deren Einrichtungen zurückgegriffen.

So ist mit der DE 413 3 790 A 1 ein Verfahren zur Erprobung von Grundwassern, insbesondere auch von kontaminierten Grundwassern durch gezielte Entnahme von Wasserproben aus den zu untersuchenden Bodenbereichen bzw. Horizonten, indem nach

dem Stillsetzen der Bohranlage oberhalb eines ins Bohrgestänge integrierten Filterrohres ein Ringverschluß angeordnet. Im Bereich unterhalb des Ringverschlusses wird die anstehende Spülung bzw. die Flüssigkeit abgesaugt und die abgepumte Flüssigkeit getrennt aufgefangen. Anschließend kann sie chemisch untersucht werden. Die Bohranlage selbst wird einer Spülung unterzogen, um diese zu reinigen, wonach die gesamte Anlage kurzzeitig stillgesetzt wird, woraufhin durch Absenken des Flüssigkeitsspiegels im Bohrgestänge das dort befindliche Filterrohr per Unterdruck aktiviert und anschließend Flüssigkeit aus dem zu untersuchenden Bodenbereich abgepumpt wird.

Dieses Verfahren bezieht sich auf ein Bohrverfahren, welches sehr aufwendig ist und nur für bestimmte Fälle zur Anwendung gelangen kann.

Mit der DE 440 9 673 C 1 ist ein Verfahren zum Niederbringen von Probebohrungen zur Aufnahme eines Filterrohres für die Entnahme von Grundwasserproben bekanntgeworden, bei dem eine Rammschutzverrohrung, bestehend aus einem Rammrohr, welches an seinem unteren Ende mit einer Rammspitze und an dem entgegengesetzten oberen Ende mit einem Schlagkopf versehen ist, in das Erdreich verbracht wird, wobei die Rammspitze des Rammrohres als ein verlorenes Bauteil ausgebildet und lösbar mit dem Rammrohr verbunden ist.

Das Abschlagen der Rammspitze vom Rammrohr erfolgt über ein in das Rammrohr fallengelassenes Abschlaggewicht und in das nun offene Rammrohr wird ein Filterrohr eingesetzt und das Rammrohr unter Zurücklassung des Filterrohres ganz aus dem Erdreich gezogen.

Mit diesem Verfahren und der verwendeten Rammschutzverrohrung ist es sicher möglich, Grundwasserproben zu entnehmen, jedoch verlangt die Anwendung des Verfahrens einen erheblichen Aufwand, welcher nicht im Verhältnis zu einer oder mehrerer Probenentnahmen zur Untersuchung der Wasserqualität steht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Entnahme von Wasserproben aus dem Grundwasser selbst und aus dem Kapillarsaum zu

entwickeln, welche mit geringen Aufwendungen in das Erdreich verbracht und aus diesem wieder gezogen werden kann, wodurch die Nachteile der bekannten Lösungen vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten Ansprüchen zu entnehmen.

So wurde eine Einrichtung geschaffen, mit der eine kostengünstige und schnelle Probenentnahme aus dem Grundwasser und aus dem Kapillarsaum möglich ist und die ferner den allgemeinen Anforderungen einer Probenentnahmestelle gerecht wird, indem das Eindringen der Einrichtung in das natürliche System des Grundwasserleiters so gering wie möglich gehalten wird, ohne dass hier Störungen eintreten.

Dies wird realisiert durch die geschaffene Einrichtung, welche als sogenannte mobile Wassersonde ausgebildet ist und aus einzelnen zueinander fugbaren Bauelementen besteht.

Bei den einzelnen Bauelementen der Einrichtung handelt es sich um ein perforiertes Rohr, vorzugsweise aus Edelstahl, welches mit einem Außenfilter umgeben ist. Dieses Filterrohr ist im vorderen Bereich so ausgebildet, dass eine Rammspitze Aufnahme findet und im hinteren Bereich sind Gewinde vorgesehen, so dass das Filterrohr über Schraubmuffen mit Hohlbohrgestängen verbunden werden kann.

Die Hohlbohrgestänge sind geteilt ausgeführt und untereinander mittels Schraubverbindungen verbindbar, so dass die Länge der Hohlbohrgestänge der Tiefe der Bohrung angepaßt werden können.

Die Hohlbohrgestänge sind ferner so ausgebildet, dass das Endstück mit einem Schlagkopf versehen werden kann, um die so beschaffene Einrichtung in das Erdreich verbringen zu können, was per Hand- oder Maschinenbetrieb erfolgt.

Das Endstück des Hohlbohrgestänges ist mit einem verstärkten Bund ausgebildet, in dem eine Öffnung vorgesehen ist, über die ein Förderschlauch einführbar ist und bis zum

Filterrohr geschoben werden kann, über welches die Grundwasserprobe aus dem Filterrohr abgesaugt wird.

Die zum Einsatz kommende Rammspitze ist vorzugsweise aus Stahl ausgebildet und mit dem Filterrohr verschraubbar. Das Filterrohr umgebende Außenfilter ist aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. So eignet sich ein Filter aus Kunststoff, aus Metall oder auch beschichtete Materialien aus Teflon.

Zur Erfindung gehört auch, dass das Endstück des Hohlbohrgestänges, als ein Spezialaufsatz ausgebildet ist, welcher, wie bereits oben beschrieben, mit einem Ansatz, einem verstärkten Endstück mit eingelassener Bohrung ausgebildet ist. Am Schaft des Spezialaufsatzes ist eine Skalierung vorgesehen, über die ablesbar ist, in welcher Tiefe sich die Einrichtung befindet, so dass der Bedienende jederzeit Auskunft erhält, aus welchem Bereich die Wasserprobe entnommen wird.

Mit nachfolgendem Ausfuhrungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die dazugehörige Zeichnung zeigt in

Figur 1: den Aufbau der Einrichtung in einer Schnittdarstellung in Betriebsposition

Figur 2: den Spezialaufsatz des Hohlbohrgestänges.

Die komplette Ausbildung der Einrichtung zur Entnahme von Grundwasserproben ist in ihrem funktionellen Zusammenhang in Figur 1 dargestellt, aus der gleichfalls die Funktionsposition bzw. die Betriebsposition der Einrichtung hervorgeht.

Wesensbestimmende Merkmale der Einrichtung sind das Filterrohr 1 mit dem umfänglich angeordneten Außenfilter 2, die Rammspitze 3 und das zum Filterrohr 1 verschraubbare Hohlbohrgestänge 5, in denen die Schlauchleitung 7 hindurchgeführt wird, die bis in den

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Bereich des Filterrohres 1 eingebracht wird.

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Das Filterrohr 1, vorzugsweise aus einem Edelstahl bestehend, ist mit Durchtrittsöffhungen 4 ausgebildet, die umfänglich in der Wandung des Filterrohres 1 eingebracht sind. Die Durchtrittsöffhungen 4 können dabei verschiedene Querschnittsformen aufweisen. So können diese Durchtrittsöffnungen 4 mit kreisförmigen, quadratischen, rechteckigen oder schlitzförmigen Querschnitten ausgebildet sein. Das Filterrohr 1 ist umfänglich vom Außenfilter 2 umschlossen, welches dicht auf der Oberfläche des Filterrohres 1 angeordnet und mit dem Filterrohr 1 verbunden ist.

Saugseitig ist dem Filterrohr 1 die Rammspitze 3 zugeordnet, die über eine Schraubverbindung 8 mit dem Filterrohr 1 verbindbar ist. Die Rammspitze 3 selbst ist so gestaltet, dass sie einmal Ausnehmungen 15 besitzt und ein Innengewinde, über welche einerseits die Rammspitze 3 verdreht und zum anderen zum Filterrohr 1 verschraubt werden kann.

Ferner ist die Rammspitze 3 in ihrem vorderen Bereich mit einer Spitze ausgebildet und die gesamte Rammspitze wird vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Edelstahl, gefertigt.

Bei dem Außenfilter 2 handelt es sich um handelsübliche Filtermaterialien, die aus geschlitztem metallischen Metall oder aus geschlitztem Kunststoff bestehen, wobei auch der Außenfilter 2 aus Teflon bestehen kann.

Die Verbindung der Filterrohres 1 zum Hohlbohrgestänge 5 erfolgt über eine Schraubmuffe 6 bzw. Schraubverbindungen, welche gleichfalls zur Arretierung bzw. zum Einsatz des erforderlichen Werkzeuges mit Ausnehmungen 15 augebildet ist.

Die Verbindung der einzelnen Hohlbohrgestänge 5 erfolgt gleichfalls über Schraubmuffen 6 bzw. Schraubverbindungen, wie die Verbindung vom Filterrohr 1 zum ersten Hohlbohrgestänge 5.

Zur Erleichterung der Montage bzw. Demontage des Hohlbohrgestänges 5 besitzen auch diese an ihrem äußeren Umfang Ausnehmungen 15, in denen die entsprechenden Werkzeuge Aufnahme finden und angesetzt werden können, um die einzelnen Hohlbohrgestänge 5 sowohl zum Filterrohr 1 als auch untereinander zu verbinden.

Die zum Einsatz kommenden Hohlbohrgestänge 5 sind mit einer bestimmten Länge ausgebildet, so dass in Abhängigkeit der eingesetzten Hohlbohrgestänge 5 der jeweilige Bedienende in der Lage ist festzustellen, in welcher Tiefe sich die Einrichtung im Erdreich 12 bzw. im Grundwasser 13 befindet.

Eine derartige Aussage ist auch über die auf dem Schaft des Spezialaufsatzes 16 vorgesehene Skalierung 11 möglich, welcher auf das letzte Teil des Hohlbohrgestänges 5 aufschraubbar ist, wie in Figur 2 dargestellt.

Bei diesem Spezialaufbau 16 handelt es sich weitestgehend um ein Rohr, welches anfangs- und endseitig mit einem Gewinde 14 ausgebildet ist, um einerseits über eine Schraubmuffe 6 mit dem letzten eingebrachten Hohlbohrgestänge 5 verschraubt werden zu können und/oder andererseits um weitere Hohlbohrgestänge 5 aufnehmen zu können oder aber, auf dem oberen Gewinde 14 des Spezialaufsatzes wird ein Schlagkopf aufgebracht, wenn die gesamte Einrichtung noch weiter in den Erdbereich 12 und/oder Grundwasserbereich 13 verbracht werden soll.

Der Spezialaufsatz 16 ist ferner oberhalb mit einem Kopfstück 9 ausgebildet, in dem ein oder auch mehrere Öffnungen 10 eingelassen sind, über den die Saugleitung 4 eingeführt und dann in den Bereich des Filterrohres 1 verbracht werden kann.

Zum Verfahrensablauf wird ausgeführt, dass in einem ersten Arbeitsschritt die ungesättigte Bodenzone mittels Rammkern- oder Trockenbohrung durchteuft und der Grundwasseranschnitt sowie der aktuelle Grundwasserstand im Bohrloch ermittelt wird.

Im nächsten Arbeitsschritt wird die Einrichtung im Bohrloch abgesetzt und schrittweise per Hand oder maschinell in den gesättigten Boden 12 getrieben.
Je nach Aufgabenstellung und Erforderlichkeit kann eine Wasserprobennahme in unterschiedlichen Teufen und Abständen schichtorientiert erfolgen, wobei die auf dem Spezialaufsatz 16 vorgesehene Skalierung 11 hier eine optische Anzeige gibt, in welchem Tiefenbereich sich das Filterrohr 1 im Erdreich 12 oder im Grundwasser 13 befindet.

In Abhängigkeit von der Aquifermächtigkeit und dem Abstand zum Schadensherd bzw. zur Stelle der Probenentnahme, bietet sich zunächst ein Tiefenintervall von 1 bis 2 Meter an.

Ist die Einrichtung in ihre Position verbracht, wird zuerst das Grundwasser über die Schlauchleitung 7 zutage gefördert, um ein Klarpumpen zu erreichen. Nach dem Klarpumpen erfolgt bei Einstellung der pH- und Leitfähigkeitskonstanz die Wasserprobenahme, dass heißt aus dem möglichst kontinuierlichen Förderstrom wird das geförderte Grundwasser in entsprechende Gebinde abgefüllt und kann dann aus diesem entnommen werden, um die physiko-chemischen und chemischen Grundwasserparameter bestimmen zu können.

Da von außen nicht erkennbar ist, ob sich die Einrichtung mit ihrem Filterrohr 1 im Grundwasserleiter, dem Grundwasser 13 befindet oder im Bereich des Grundwassergeringleiters, wird dieser Übergang vom Grundwasserleiter zum Grundwassergeringleiter folgendermaßen festgestellt: Beim Übergang vom Grundwasserleiter, dem Grundwasser 13 zum Grundwassergeringleiter (Stauer) beginnt der Förderstrom bei der Grundwasserprobenahme zu versiegen. Umgekehrt stellt sich ein Förderstrom wieder ein, wenn der Filter 2 wieder den Grundwasser erfüllten Porenraum erreicht. Mittels des Hohlbohrgestänges 5 und seines Spezialaufsatzes 16 ist es möglich, bereits während des Eintreibens der Einrichtung in den geologischen Untergrund (Erdreich 12) Grundwasser zu fördern, was über die Saugleitung 7 erfolgt, die oberirdisch mit einer entsprechenden Saugpumpe verbunden ist.

Die auf dem Spezialaufsatz 16 vorgesehene Skalierung 11 gibt dabei den Wert der genauen Teufe an.

Mit dem Einsatz der vorgestellten Einrichtung zur Entnahme von Grundwasserproben besteht die Möglichkeit, die Lage, das Relief und die Schichtmäßigkeiten von Grundwasserleitern und Grundwassergeringleitern aufgrund der bei der Probennahme auftretenden Phänomene zu erkunden. Ferner ist vor Ort eine schnelle und genaue Bestimmung der physiko-chemischen und chemischen Parameter des Grundwassers möglich. Ferner zeichnet sich die Einrichtung dadurch aus, dass eine genaue horizontale

und vertikale Konturierung eines Grundwasserschadens festgestellt werden kann, wobei kein kostenintensiver Grundwassermeßstellenausbau in der Erkundungsphase erforderlich ist.

Durch die schlanke Ausbildung der einzelnen Bauteile der Einrichtung, im Bereich bis zu 30 mm Außendurchmesser, ist diese Einrichtung geeignet, bei der Einbringung in das Erdreich bzw. in das Grundwasser den Eingriff in das natürliche System des Grundwasserleiters bzw. -geringleiters so gering wie möglich zu halten, somit keine bzw. kaum Zerstörungen der Strukturen stattfinden.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Entnahme von Wasserproben aus dem Grundwasser und dem Kapillarsaum, bestehend aus einem Filter mit Rammspitze und einem Gestänge, die in vorbereiteten Bohrungen eingesetzt oder in das Erdreich eingetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter aus einem Filterrohr (1) mit umfänglich vorgesehenem Außenfilter (2) besteht, das Filterrohr (1) saug- und ausgangsseitig mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Rammspitze (3) und eines Hohlbohrgestänges (5) ausgebildet und im Inneren des Hohlbohrgestänges (5) und des Filterrohres (1) eine Saugleitung (7) eingeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen dem Filterrohr (1) und dem Hohlbohrgestänge (5) über Schraubmuffen (6) erfolgt und die Rammspitze (3), die Schraubmuffen (6) sowie die Hohlbohrgestänge (5) mit flächenhaften Ausnehmungen (15) ausgebildet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rammspitze (3) direkt über das saugseitig vorgesehene Gewinde zum Filterrohr (1) verschraubbar ist und das Filterrohr (1) und die Rammspitze (3) aus einem Metall, vorzugsweise einem Edelstahl hergestellt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlbohrgestänge (5) aus einzelnen Teilstücken besteht und dem Endstück des Hohlbohrgestänges (5) ein Spezialaufsatz (16) zugeordnet ist, welcher gleichfalls über eine Gewindeverbindung zum Hohlbohrgestänge (5) verschraubbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spezialaufsatz (16) rohrförmig gestaltet und im oberen Bereich mit einem Kopfstück (9) ausgebildet ist, in dem ein oder mehrere Öffnungen (10) vorgesehen sind und der Schaft des Spezialaufsatzes (16) eine Skalierung (11) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spezialaufsatz (16) beidseitig mit einem Gewinde (14) versehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenfilter (2) aus einem geschlitzten metallischen Filtermaterial oder aus einem geschlitzten Kunststoff oder aus einem mit Teflon beschichteten, geschlitzten Filtermaterial besteht.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterrohr (1) in seinem äußeren Umfang mit Durchtrittsöffnungen (4) ausgebildet ist, die eine kreisförmige, quadratische, rechteckige oder schlitzförmige Querschnittsform aufweisen.