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Verfälschungsfreies Probenahmesystem

Projektidee

Grundwassermessstellen stellen einen Aufschluss des Grundwasserleiters dar und bieten damit eine (zusätzliche) Möglichkeit für Wärme- und Stoffströme zwischen dem zu beprobenden Grundwasser (GW), anderen geologischen Schichten und der Atmosphäre.

 

Neben den bekannten „Kurzschlussströmungen“ über bevorzugte Strömungspfade führen so genannte freie, d. h. dichtegetriebene, Konvektionsströmungen zum Stoffaustausch zwischen Atmosphäre und Grundwasser. So kann z. B. der Eintrag von Sauerstoff in einen anaeroben Grundwasserleiter zur Verfälschung des geochemischen Milieus in dem beim Abpumpen erfassten Kontrollraum im Umfeld der Messstelle führen. Die verfälschende Wirkung der Vertikalströmungen kann sowohl die korrekte Zuordnung der Probe zur entsprechenden Teufe (Tiefe) in dem untersuchten Grundwasserleiter, als auch die geochemische Zusammensetzung des beprobten Wassers betreffen.

 

Nach dem Stand der Technik sind

  • in Grundwassermessstellen, die durch freie Konvektion beeinflusst sind, mit den klassischen Methoden (Pump- oder Schöpfprobennahme) repräsentative Grundwasserproben nicht sicher gewinnbar und
  • Sondermessstellen und -installationen mit erheblichen Kosten und Wartungsproblemen verbunden und erlauben zumeist nur die Beprobung eines eingeschränkten Teufenbereichs bei Entnahme nur geringer Probenmengen.

Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung eines völlig neuartigen Entnahmesystems für Grundwasserproben aus vorhandenen oder neu zu errichtenden Grundwassermessstellen.

 

 

 

Kundennutzen

Das verfälschungsfreie Grundwasser-Probenahmesystem kann in jede regelgerecht hergestellte Grundwassermessstelle eingebaut oder nachgerüstet, aber auch zur Wartung wieder entfernt werden. Das Probenvolumen, bestimmt durch das GW-Shuttle, beträgt derzeit einen Liter. Größere Probenvolumina sind möglich.

 

Das Probenahmesystem zeichnet sich durch folgende Vorteile gegenüber herkömmlichen Probenahmen aus: 

 

  • Ein vom Luft-Wasser-Kontakt abgegrenzter Raum wird im Messstellenrohr erzeugt.
  • Vertikale Konvektion wird verhindert, so dass unverfälschtes, d. h. aus der an dieser Stelle das Filterrohr schneidenden Strombahn entstammendes Grundwasser gewonnen wird.
  • Die Grundwasserprobe wird zustandserhaltend, d.h. druckgradientminimiert, und teufengerecht entnommen und nach Übertage transportiert.
  • Zusätzlich werden Veränderungen der Beschaffenheit im Grundwasserleiter im Umfeld der Messstelle verhindert.
  • Es handelt sich um eine technisch einfache und durch wiederverwendbare Komponenten kostengünstige Grundwasserbeprobung.
  • Das System verursacht geringe Einsatz- und Wartungskosten und weist eine hohe Langzeitstabilität auf.
  • Die Nachrüstung regelgerecht erstellter und geprüfter Grundwassermessstellen ist möglich.

Das System zur Gewinnung nahezu ungestörter Grundwasserproben ist für alle Probennahmen relevant, bei denen eine hohe Genauigkeit erforderlich ist. Eine langzeitlich verfälschungsfreie Beprobung des Grundwassers ist insbesondere unerlässlich im Falle des Monitorings von Natural Attenuation Prozessen (NA-Prozessen – natürlicherweise im Untergrund ablaufende Abbau- und Rückhalteprozesse). Treten während einer langzeitlichen Beprobung in einer Messstelle Verfälschungen der Wasserbeschaffenheit durch unerwünschte Vertikalströmungen auf, kann dies einen NA-Prozess vortäuschen.

 

 

Ausblick

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden zahlreiche PR-Maßnahmen ergriffen (Vorstellung im Rahmen von Lehrgängen, Vorträgen, Postern und Firmenständen auf Fachtagungen und Konferenzen, sowie auf den Internetseiten des Vermarkters), um das Verfahren und die Vorteile der verfälschungsfreien Grundwasser-Probennahme zu verbreiten.

 

Für das Hightech-Produkt wird somit ein breiter Absatz im Inland im Rahmen von ökologischen Großprojekten und Forschungsprogrammen erwartet. Die Demonstration des entwickelten Probenahmesystems im Prüfstand des DGFZ-Technikums bzw. in der benachbarten Forschungsbohrung unterstützt langfristig die Entwicklung von Kooperationen für Forschungsvorhaben im In- und Ausland. Für die Verbreitung und zur Unterstützung der Vermarktung wurden Demonstrationsanlagen außerhalb des DGFZ eingerichtet, wie z.B. die Installation im Freigelände der BGR, Außenstelle Berlin.

 

Das Entwicklungsergebnis soll aber auch besonders zu einer Stärkung des Auslandsgeschäfts, insbesondere in den Bereichen Umwelttechnik, Grundwasserversalzung und Klimafolgen(Grundwasserüberwachung) beitragen. Im Rahmen einer Forschungsreise nach China wurde das Grundwasser-Probenahmesystem einer chinesischen Expertengruppe demonstriert. Es wurde vor Ort erfolgreich zur Probenahme in einer eigens dafür errichteten Grundwassermessstelle eingesetzt. Ein angepasstes System wird demnächst zum permanenten Einsatz nach China gesandt.

 

Ein Anschlußprojekt beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung des Grundwasser-Probennahmesystems bis zur Anwendungsreife zu einem kombinierten Grundwassermonitoringsystem mit deutlich erweitertem Funktionsumfang. Die Kompatibilität des neuen kombinierten Grundwassermonitoringsystems zum Basissystem und damit die Möglichkeit, Messnetze je nach Anforderung mit beiden Systemen auszustatten oder schrittweise zu ergänzen, steigert die Attraktivität und Absatzmöglichkeiten des Produktes zusätzlich.

 

Dank

Die zugrundeliegenden FuE-Arbeiten wurden gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Fkz. IW072066.Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

 

Weiterführende Literatur

Berthold, S., Börner, F., Luckner, L. (2010): Verfälschungsfreies Grundwasser-Probenahmesystem. wwt 4/2010, S.14-17. Opens external link in new window(pdf)

 

Berthold S. (2011): Unerwünschte Strömungen in Grundwassermessstellen – Detektion und Vermeidung bei der Probennahme, Dresdner Grundwassertage 2011, Proc. des DGFZ e.V., ISSN 1430-0176, H45, Dresden, S. 309-312.

 

 

Kontakt

Dr. rer. nat. Susann Berthold [->]

Tel. 0351/4050673

Email: sberthold[@]dgfz.de

 

Förderung

     

         siehe Innovationskatalog