DD297677A5

DD297677A5 - METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATIC REMOVAL OF REPREESENTATIVE WATER SAMPLES

Info

Publication number: DD297677A5
Application number: DD90344128A
Authority: DD
Inventors: Ralf Knuth
Original assignee: Knuth,Ralf,De
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1992-01-16

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Entnahme repraesentativer Wasserproben, die es ermoeglichen, in Abhaengigkeit von der Filterergiebigkeit durch den Wiederanstieg des Wasserspiegels in Grundwasserbeobachtungsbrunnen mit geringem Energieaufwand eine maximale Wassermenge zu foerdern und zu Beprobungszwecken zu entnehmen ohne es mit Luftsauerstoff zu beeinflussen. Erfindungsgemaesz wird in einem Entnahmerohr durch kurzzeitiges Eingeben eines inerten Gases in einer Tiefe unterhalb des Wasserspiegels, die groeszer ist als die Foerderhoehe, ein Gasdruckpolster erzeugt und eine Wasserfoerderung bewirkt, die eine Beeinflussung des Beprobungswassers mit Luftsauerstoff verhindert. Figur{Wasserprobenahme; Brunnen; Inertgasdruckpolster; Steigrohr; Wasserfoerderung; Siebdruckdose; Wasservorlage}The invention relates to a method and apparatus for automatically removing representative water samples, which make it possible, depending on the Filterergiebigkeit by the re-increase of the water level in groundwater observation wells with low energy costs to promote a maximum amount of water and to take sampling for sampling purposes without affecting it with atmospheric oxygen , According to the invention, a gas pressure cushion is created in a sampling tube by momentarily introducing an inert gas at a depth below the water level which is greater than the conveyor height and causing a water feed which prevents the sample water from being affected by atmospheric oxygen. FIG {water sampling; Fountain; Inertgasdruckpolster; Riser; Water promotion; Screen printing can; Water seal}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Entnahme repräsentativer Wasserprobon aus Grundwasserbeobachtungsbrunnen auf dem Gebiet der Geologie, Wasserwirtschaft, Umweltschutz und Bergbau. Es sind unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen zur Entnahme von Wasserproben ausGrundwasserbeobachtungsbrunnen bekannt, die eine konstante Wasserförderung bei ständigem Energieeinsatz aufweisen. Eine Ausnahme bildet hierbei die Patentschrift DU 237081. Bei dieser Lösung wird mittels einer Kurztaktsteuereinheit eine Kurztaktwasserförderung mit einer zeitlich begrenzten Pausenphase und einer zeitlich begrenzten Luftzuführung erreicht, wobei gleichzeitig durch Veränderung der hydraulischen Verhältnisse eine Verhinderung von Alterungserscheinungen erzielt wird. Das auf diese Art geförderte Wasser ist aufgrund von Oxydationsvorgängen, welche durch den Eintrag von Luftsauerstoff bewirkt werden, nicht für repräsentative Wasserproben geeignet.The invention relates to a method and apparatus for the automatic withdrawal of representative water vouchers from groundwater observation wells in the field of geology, water management, environmental protection and mining. Various methods and devices for taking water samples from groundwater observation wells are known, which have a constant water delivery with constant use of energy. An exception here is the patent DU 237081. In this solution, a Kurztaktwasserförderung is achieved by means of a short cycle control unit with a temporary pause phase and a temporary air supply, at the same time by changing the hydraulic conditions, a prevention of aging is achieved. The water produced in this way is not suitable for representative water samples due to oxidation processes caused by the introduction of atmospheric oxygen.

Insbesondere bei Grundwasserbeobachtungsbrunnen, deren Filterstrecke aufgrund geologischer Verhältnisse nur eine geringe Ergiebigkeit hat, ist es in der Praxis kaum möglich, die Förderleistung der optimalen Filterergiebigkeit anzupassen. Bei zu geringen Förderleistungen wird die Energie unrationell genutzt und bei zu hohen Förderleistungen kommt es zum Trockenlauf der Entnahmevorrichtung durch Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen.In particular, in groundwater observation wells, the filter section due to geological conditions has only a low yield, it is hardly possible in practice to adjust the flow rate of the optimal filter yield. At too low flow rates, the energy is used inefficient and at too high flow rates it comes to dry running of the sampling device by lowering the water level in the well.

Charakteristisch für den bekannten Stand der Technik zur Entnahme von Grundwasser aus Grundwasserbeobachtungsbrunnen sind Verfahren und Vorrichtungen mitCharacteristic of the known state of the art for collecting groundwater from groundwater observation wells are methods and devices with

- hohen Förderleistungen, deren gefördertes Wasser aufgrund verfahrenstechnischer Eigenschaften chemische Veränderungen des zu beprobenden Wassers hervorrufen und somit nicht für repräsentative Wasserproben geeignet sind,- high flow rates, whose produced water cause chemical changes of the water to be sampled due to procedural properties and thus are not suitable for representative water samples,

- mit geringen Förderleistungen, deren Wasser zwar repräsentativ, jedoch der Zeit- und Energieaufwand zum Abpumpen des Grundwasserbeobachtungsbrunnens ökonomisch nicht vertretbar ist.- With low flow rates, the water is representative, but the time and energy required to pump out the groundwater observation well is economically unreasonable.

Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme repräsentativer Wasserproben aus Grundwasserbeobachtungsbrunnen zu entw¹ Kein, mit deren Hilfe mit geringem Energieaufwand eine maximale Förderleistung in Anpassung an die Brunnenergiebigkeit ermöglicht wird. Die Vorrichtung soll selbsttätig ohne manuelle Bedienung einen Abpumpvorgang verrichten, bei dem verhindert wird, daß das zu Analysezwecken geförderte Wasser mit Luftsauerstoff in Berührung kommt, um Verfälschungen durch Oxydationsprozesse Guszuschließen. Desweiteren soll eine einfache und unkomplizierte Montage der Vorrichtung in und auf einem Grundwasserbeobachtungsbrunnen erfolgen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch eine am unteren Ende einer Gasdruckleitung befindlichen Siebdruckdose Innerhalb eines Grundwasserbeobachtungsbrunnens in einer Tiefe unterhalb des Wasserspiegels, die größer ist als die Förderhöhe, durch kurzzeitiges Eingeben eines inerten Gases, welches nicht chemisch mit dem Beprobungswasser reagiert, "3in Gasdruckpolster erzeugt wird, das einen Fördervorgang des Wassers bewirkt.The object of the invention is therefore to devise a method and a device for taking representative water samples from groundwater observation wells ¹ , with the aid of which, with a low expenditure of energy, a maximum delivery rate in adaptation to the well yield is made possible. The device should automatically carry out a pumping operation without manual operation, which prevents the water conveyed for analysis from coming into contact with atmospheric oxygen, in order to close distortions by oxidation processes. Furthermore, a simple and uncomplicated installation of the device in and on a groundwater observation well should be done. This object is achieved in that by a located at the lower end of a gas pressure line screen inside a groundwater observation well at a depth below the water level, which is greater than the head, by briefly entering an inert gas, which does not react chemically with the sampling water, " 3in gas pressure cushion is generated, which causes a conveying process of the water.

Hierbei muß der Druck des einzugebenen Gases größer sein als der Druck, der im Bereich außerhalb der Siebdruckdose vorherrscht, wobei die Zeitdauer so gewählt wird, daß in Abhängigkeit vom Druck eine Gasmenge eingegeben wird, die den Fördervorgang bewirkt und eine optimale Energieausnutzung gewährleistet. Durch den Wiederanstieg der Wassersäule wird bei Erreichen des höchsten Wasserstandes im Grundwasserbeobachtungsbrunnen, welches der Ausgangs- oder Ruhewasserspiegel ist, ein Signal an ein Steuerteil gegeben. Wird gleichzeitig bei Erreichen des tiefsten Wasserstandes im Behälter die Aufnahmebereitschaft des nächsten Förderzyklus an das Steuerte!! signalisiert, erfolgt ohne manuelle Bedienung der nächste Fördervorgang. Während der selbsttätigen Entleerung des Behälters werden Meßsonden zur Sofortanalyse angeströmt und es besteht die Möglichkeit zur V.L->serprobenahme. Die Anströmgeschwindigkeit der Meßsonden und somit die Entleerungsgeschwindigkeit des Behälters, welche eine Beeinflussung der Förderintervalle zur Folge hat, kann durch ein Ventil gesteuert werden. Das so geförderte Wasser und das zur Förderung benötigte Gas gelangen von unten in den oberen Bereich des Behälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung und verdrängen dort die zu Beginn enthaltene Luft. Eine zu jedem Fördervorgang gehörende Evakuierung der Vorrichtung mit inertem Gas erfolgt durch die Kraft der Ausdehnung des Gases bei Druckentlastung des geförderten Wassers, sowie durch die Kraft der wiederansteigenden Wassersäule im Entnahmerohr. Zur Vermeidung des Eintrittes vom Luftsauerstoff in die Vorrichtung durch eventuell auftretende mechanische, atmosphärische oder thermische Beeinflussungen sind die Verbindungselemente mit mechanischen und die Austrittsöffnungen mit hydraulischen Sperren versehen.In this case, the pressure of the gas to be entered must be greater than the pressure prevailing in the area outside the screen-pressure box, wherein the time is chosen so that in response to the pressure, a gas amount is entered, which causes the delivery process and ensures optimum energy utilization. By re-increasing the water column, a signal is given to a control part when the highest water level in the groundwater observation well, which is the initial or static water level, is reached. Is at the same time when the lowest water level in the container, the receptiveness of the next delivery cycle to the Steuerte !! signaled, takes place without manual operation of the next funding process. During the automatic emptying of the container, measuring probes are flown for immediate analysis and there is the possibility for V.L-> serprobenahme. The inflow velocity of the probes and thus the emptying speed of the container, which has an influence on the delivery intervals result, can be controlled by a valve. The thus-promoted water and the gas required for the promotion reach from below into the upper area of the container of the device according to the invention and displace there the air contained at the beginning. A belonging to each pumping evacuation of the device with inert gas is carried out by the force of expansion of the gas at pressure relief of the pumped water, as well as by the force of Wiederansteigenden water column in the sampling tube. To avoid the entry of atmospheric oxygen into the device by any mechanical, atmospheric or thermal influences that may occur, the connecting elements are provided with mechanical and the outlet openings with hydraulic barriers.

Insbesondere bei Grundwasserbeobachtungsbrunnen mit geringem Zulauf wird die Förderleistung mit der optimalen Filterergiebigkeit zur rationellen Energieausnutzung in Übereinstimmung gebracht.Particularly in the case of groundwater observation wells with a low inflow, the delivery capacity is matched with the optimum filter yield for rational energy utilization.

Das zur Förderung benötigte Inertgas wird abgesaugt, komprimiert und zur Kreislauf-Wiederverwendung gespeichert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Entnahmerohr mit einem Aufsteckrohr versehen und in ihm eine Gasdruckleitung angeordnet ist, deren Mündung eine Siebdruckdose aufweist und das Aufsteckrohr seitlich versetzt zur vertikalen Achse des Aufsteckrohres mit einem Behälter mittels eines Überlaufkanales verbunden ist, wobei im Behälter eine Leitwand vorgesehen ist, unter der ein Ableitrohr angeordnet ist, welches in eine Wasservorlage mündet und sich an eine Öffnung im Behälterboden ein Ausfließkanal anschließt.The inert gas required for the extraction is sucked off, compressed and stored for circulation reuse. The device according to the invention is characterized in that a sampling tube provided with a Aufsteckrohr and in it a gas pressure line is arranged, the outlet has a screen pressure box and the Aufsteckrohr laterally offset from the vertical axis of the Aufsteckrohres connected to a container by means of an overflow channel, wherein in the container Guiding wall is provided, under which a discharge pipe is arranged, which opens into a water supply and adjoins an opening in the container bottom an outflow channel.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine prinzipielle Darstellung der Vorrichtung.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a schematic representation of the device.

Im Ausführungsbeispiel ist das Entnahmerohr 11 ein Grundwasserbeobachtungsbrunnen in der Dimensionierung 2". Durch die Signale der Wasserstandsmelder 8, welcher den Pegeltiefstand im Behälter 3 und den Wasserstandsmelder 13, welcher den Pegelhochstaru, im Entnahmerohr 11 meldet, wird über das Steuerteil eine dosierte Gasmenge durch die Gasdruckleitung 12 und die Siebdruckdose 14 in den unteren Bereich des Entnahmerohres 11 eingegeben und damit eine Wasserförderung bewirkt.In the embodiment, the sampling tube 11 is a groundwater observation well in the dimensioning 2 ". Through the signals of the water level detector 8, which the level depression in the container 3 and the water level detector 13, which reports the high level, in the sampling tube 11, via the control part a metered amount of gas through the Gas pressure line 12 and the screen pressure box 14 is entered into the lower portion of the sampling tube 11 and thus causes a water delivery.

Die Mündung der Gasdruckleitung 12 ist bis unmittelbar über den geschlossenen Boden der Siebdruckdose geführt. Deren Wandung ist über dem Boden zu ³U geschlossen und darüber zu ¹A sowie ihre Abdeckung neben der axial durchgeführten Gasdruckleitung 12 aus einem Sieb mit 1-5 Öffnungen von 4-1 Omm pio Quadratzentimeter bestehend. Durch die Siebdruckdose 14 wird das von oben nach unten ausströmende Gas umgelenkt und aufgrund der Öffnungen ein ein Gasdruckpolster durch gleichmäßige Verteilung des Gases im Entnahmerohr 11 zur vertikalen Ebene erzeugt, wobei der Druck in Förderrichtung von unten nach oben wirksam wird.The mouth of the gas pressure line 12 is guided to just above the closed bottom of the screen pressure box. Their wall is closed above the ground to ³ U and above to ¹ A and their cover next to the axial gas pressure line 12 consists of a sieve with 1-5 openings of 4-1 Omm pio square centimeter. Through the screen pressure box 14, the gas flowing from top to bottom is deflected and generated due to the openings a gas pressure cushion by uniform distribution of the gas in the extraction pipe 11 to the vertical plane, the pressure in the conveying direction from bottom to top is effective.

Das somit durch das Entnahmerohr 11, welches in das Aufsteckrohr 10 hineinragt, geförderte Wasser gelangt über den Überlaufkanal 2 und die Leitwand 4 in den vorderen Bereich dos Behälters 3, von wo aus es in beruhigter Form in den hinteren Behälterbereich gelangt und den Behälter 3 insgesamt bis zu einem maximalen Wasserstand füllt. Während dieses Füllvorganges wird die im Behälter 3 enthaltene Luft durch das Wasser verdrängt und über das Ableitrohr 7 entfernt. Gleichzeitig erfolgt durch den Anstieg der Wassersäule im Entnahmerohr 11 das Einströmen des Gases in den Behälter 3 und evakuiert denselben so, daß sich kein Luftsauerstoff im Behälter 3 befindet. Durcii den unterhalb des Behälters 3 befindlichen Ausfließkanal 6, welcher sich aus der Beruhigungsstrecko 21, der Meßsondenaufnahme 5, dem umgekehrt U-förmigen Rohr und dem Ausfließventil 20 zusammensetzt, erfolgt an dossen Mündung der Auslauf des Förderwassersund die Entnahme der Wasserprobe, wobei aufgrund der Anordnung des umgekehrt U-förmigen Rohres am Ausfließkanal 6 ein ständiger Mindestwasserstand 15 im Behälter 3 bewirkt wird, der einen Trockenlauf der Meßsonden verhindert.The thus through the removal tube 11, which projects into the Aufsteckrohr 10, funded water passes through the overflow channel 2 and the guide wall 4 in the front area dos container 3, from where it passes in calmed form in the rear tank area and the container 3 in total fills up to a maximum water level. During this filling process, the air contained in the container 3 is displaced by the water and removed via the discharge pipe 7. At the same time, as the water column in the extraction pipe 11 rises, the gas flows into the tank 3 and evacuates it so that there is no atmospheric oxygen in the tank 3. Durcii the located below the container 3 outflow channel 6, which is composed of the calming stretch 21, the Meßsondenaufnahme 5, the inverted U-shaped tube and the Ausfließventil 20, takes place at dossen mouth of the outlet of the delivery water and the removal of the water sample, due to the arrangement the inverted U-shaped tube at the outflow channel 6 a constant minimum water level 15 in the container 3 is effected, which prevents dry running of the probes.

With the help of the Ausfließventils 20, the time intervals of the conveying processes as a function of the water level in Extraction tube and the flow velocity of the probes are regulated. The upper mouth of the discharge pipe 7 in the rear region of the container 3 below the guide wall 4 is arranged so that

das Gas nach jeden Füllvorgang aus dem Behälter 3 entweichen kann und gleichzeitig die obere Begrenzung desthe gas after each filling process can escape from the container 3 and at the same time the upper limit of the

Water level in the container 3 Br represents in the form of an overflow to the return of pumped water in the Extraction tube 11 to avoid. The lower mouth of the discharge pipe 7 protrudes into the water mask 16 in that through the Arrangement of the outlet nozzle 18 by means of the water level 19 of the entry of atmospheric oxygen into the device avoided

wird und ein freier Auslauf gewährleistet ist. Am Gasrückgewinnungsanschluß 17 wird das zur Förderung benutzte Gasentnommen, wonach es komprimiert, gespeichert und im Kreislauf wieder zur Förderung verwendet wird. Der Kreislauf desand a free run is guaranteed. At the gas recovery port 17, the gas used for the extraction is taken out, after which it is compressed, stored and reused in the circulation for production. The cycle of

Gas within the device is indicated by arrows in the illustration. By arranged in the mounting tube 10 radial seals 9, the device is at two points by simple Attached to the sampling tube 11 arrested. The installation of the gas pressure line 12 and the screen pressure box 14 in the Removal tube 11 is simple and straightforward by opening the shutter. 1 The inventive arrangement of the elements plug-on tube 10, overflow channel 2 and 3 containers is an application

der Vorrichtung auch an Mehrfachpegeln und überbauten Grundwasserbeobachtungsbrunnen gewährleistet.the device also at multiple levels and built-over groundwater observation wells guaranteed.

To avoid the Inertgaseintrittes in the outflow channel 6, the surface of the minimum water level 15 in the container 3rd

größer als die Oberfläche des Wasserstandes 19 im Ableitrohr 7 und die Höhe des Wasserstandes 19 vom Boden derlarger than the surface of the water level 19 in the discharge pipe 7 and the height of the water level 19 from the bottom of the

Water template 16 smaller than the height of the minimum water level 15 from the bottom of the container 3 be. To ensure a bubble-free filling / on water samples is the diameter of the U-shaped tube as well

des sich daran anschließenden Ausfließventils 20 kleiner als der Durchmesser des Ausfließkanals 6.the adjoining Ausfließventils 20 smaller than the diameter of the outflow channel. 6

The input time for metering the amount of gas for the generation of the gas pressure cushion at a gas pressure of 0.4MPa

bei einer Eintauchtiefe der Siebdruckdose 14 von 17m unterhalb des Ruhewasserspiegels eine Sekunde.at a depth of immersion of the screen pressure box 14 of 17m below the water level one second.

The advantages of the invention are that, depending on the Filterergiebigkeit by the recovery of the Water level in groundwater observation wells with a low energy consumption a maximum amount of water

gefördert und zu Beprobungszwecken entnommen werden kann, ohne es mit Luftsauerstoff zu beeinflussen.promoted and taken for sampling purposes, without affecting it with atmospheric oxygen.

The cost of operating the device is minimized by the circulation of the inert gas.

Claims

1. A method for the automatic removal of representative water samples, characterized in that in an extraction pipe at a depth below the water level, which is greater than the head, an inert gas pressure pad is briefly generated, which promotes the water to be sampled upwards.

2. The method according to claim 1, characterized in that the input time for metering the inert gas amount of the gas pressure cushion is limited depending on the input pressure according to the depth below the water level.

3. The method according to claim 1, characterized in that the conveying process is triggered upon reaching the Pegelhochtfandes in the sampling tube.

4. The method according to claim 1, characterized in that the rising water column transported in the sampling tube, the inert gas.

5. The method according to claim 1, characterized in that the inert gas is recycled.

6. The method according to claim 1, characterized in that the delivery rate of the Brunnenergiebigkeit is adjusted.

7. A device for automatic removal of representative water samples, characterized in that the removal tube (11) provided with a Aufsteckrohr (10) and in it a gas pressure line (12) is arranged, the lower mouth of a screen-pressure box (14) and the Aufsteckrohr (10 ) is laterally offset from the vertical axis of the Aufsteckrohres with a container (3) by means of an overflow channel (2), wherein in the container (3) a guide wall (4) is provided, under which a discharge pipe (7) is arranged, which in a Water template (16) opens and connects to an opening in the container bottom an outflow channel (6).

8. The device according to claim 7, characterized in that the mouth of the gas pressure line (12) is guided to just above the closed bottom of the screen pressure box (14) and the wall is closed over the bottom to ³ A and about ¹ A and the cover the screen pressure box (14) next to the axial gas pressure line (12) consists of a sieve with 1-5 openings of 4-10mm per square centimeter.

9. Apparatus according to claim 7, characterized in that the water mask (16) with a gas recovery port (17) and an outlet connection (18) is provided and has a constantly constant water level (19).

10. Apparatus according to claim 7 and 9, characterized in that the outflow channel (6) consists of a calming section (21) and outside of the container (3) in it Meßsondenaufnahmen (5) are provided, it is an inverted U-shaped conclusion with an outflow valve (20) connects and the outflow channel (6) has a constantly constant minimum water level (15).

11. The device according to claim 7,8,9,10, characterized in that on the inner wall of the sampling tube (11) in the amount of the water level sensor, a water level detector (13) and on the inner wall of the container (3) directly above the minimum water level (15) a water level detector (8) is arranged.

12. The device according to claim 7 and 10, characterized in that the surface of the minimum water level (15) in the container (3) is greater than the surface of the water level (19) in the discharge pipe (7) and the height of the water level (19) from the ground the water mask (16) is smaller than the height of the minimum water level (15) from the bottom of the container (3).

13. The apparatus according to claim 7 and 10, characterized in that the diameter of the inverted U-shaped tube and the Ausfließventils (20) is smaller than the diameter of the outflow channel.