Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Projekt ist Teil des Verbundvorhabens High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung.In der Bundesrepublik Deutschland werden j\u00e4hrlich ca. 100 ha Land f\u00fcr Siedlung und Verkehr verbraucht, die H\u00e4lfte dieser Fl\u00e4che wird dabei versiegelt. In den letzten 50 Jahren hat sich die Siedlungs- und Ver-kehrsfl\u00e4che in den alten Bundesl\u00e4ndern nahezu verdoppelt. W\u00e4hrend einerseits neue Gewerbe- und Wohngebiete auf der gr\u00fcnen Wiese entstehen, w\u00e4chst der Anteil an Brachfl\u00e4chen. Ein L\u00f6sungskonzept zur Verminderung des Fl\u00e4chenverbrauchs ist die konsequente Umsetzung eines Fl\u00e4chenrecyclings, also der Wiedernutzung von industriellen, gewerblichen oder milit\u00e4rischen Brachfl\u00e4chen, vor allem im urbanen Bereich. Dies sind in aller Regel altlastverd\u00e4chtige Fl\u00e4chen. Um eine z\u00fcgige und belastbare Erkundung dieser Fl\u00e4chen zu gew\u00e4hrleisten, k\u00f6nnen Analyseverfahren, die vor Ort eingesetzt werden, wichtige Vorteile bringen. Aus diesem Grund hat die DBU das Verbundvorhaben High-Tech Methoden zur Unter-grundsondierung gef\u00f6rdert. Ziel des Verbundes war es, konventionelle, handgehaltene bis mittelschwere Sondiersysteme mit kosteng\u00fcnstigen und modernen Sensoren auszur\u00fcsten. Damit sollen bereits bei den Erkundungsarbeiten analytische Signale erzeugt und ausgewertet werden k\u00f6nnen. Das Verbundvorha-ben wurde in 14 eigenst\u00e4ndige Vorhaben untergliedert, die organisatorisch klar voneinander abgegrenzt waren und eigene Vorhabensziele beinhalten: AZ 19219, 19220, 19221, 19225, 19229, 19230, 19232, 19233, 19234, 19235, 19281, 21918.
\nDas Einzelvorhaben High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung: Adaptierung des EFAS-Systems an Sondiertechnik zur VOC Vor-Ort-Analytik
\nDer bereits fr\u00fcher entwickelte Evaneszent-Feld-Absorptions-Sensor ist ein tragbares faseroptisches Sensorsystem, welches sich f\u00fcr quantitative und kontinuierliche Direktmessungen z. B. von apolaren VOCs in w\u00e4ssrigen Medien eignet (summarische Konzentrationsbestimmung). Die Zielsetzung der Arbeiten in die-sem Teilprojekt lag in einer umfassenden Modifikation und Miniaturisierung des Faseroptik-Sensors sowie in der Integration von geeigneten Mikro-Fluidikkomponenten. Dieses Modul sollte dann in leichte Rammkern-Sondiertechnik eingebaut werden, um das Sensorsystem f\u00fcr schnelle in-situ-Messungen bei Rammkernsondierungen im Altlastenbereich einsetzen zu k\u00f6nnen. Mit der kombinierten Sensor-\/Rammkerntechnik sollte die M\u00f6glichkeit er\u00f6ffnet werden, z. B. eine Tiefenverteilung von VOC-Schadstofffronten und Phasen\u00fcberg\u00e4ngen im Kompartiment Wasser schnell vor Ort zu ermitteln.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZun\u00e4chst wurde ein gegen\u00fcber dem fr\u00fcheren EFAS-Sensor v\u00f6llig ver\u00e4nderter, miniaturisierter Messkopf entwickelt, bei dem die Sensorfaser in einem d\u00fcnnen, eng aufgespulten 30m-Teflonschlauch (Messraum) eingezogen und mit einer leistungsstarken Mikropumpe kombiniert wurde, welche das Grundwasser ansaugt und mit hoher Geschwindigkeit (~1m\/s) entlang der Faser pumpt. Weiterhin wurden verschiedene miniaturisierte Peripheriekomponenten (Wassersensor, Temperatursensoren, Mikroventil) etc.) sowie ein gesamtes Wassereinlass-System mit geeigneter Filtriertechnik aufgebaut. Die optimierten Komponenten wurden dann eingebaut in ein Sensorh\u00fcllrohr, in ein vom Verbundprojektpartner Fa. Neumann zur Verf\u00fcgung gestelltes, konventionelles Rammkernsondierrohr integriert, wobei das H\u00fcllrohr Feder-ged\u00e4mpft aufgeh\u00e4ngt wurde, um mechanische Belastungen weitestgehend zu minimieren. Der Erfolg entscheidender Arbeitsschritte (Meilensteine) innerhalb der 3 Projektphasen wurde durch in-situ-Tests am Referenzstandort VEGAS der Uni Stuttgart und bei verschiedenen Feldtests \u00fcberpr\u00fcft und aufgezeigt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Generell konnten die im Rahmen des Verbundprojektes High-Tech Methoden zur Untergrundsondie-rung gestellten Aufgaben und Anforderungen bez\u00fcglich Miniaturisierung, messtechnischer Funktionalit\u00e4t und Rammfestigkeit des EFAS-Sensormoduls im Teilprojekt Az 19234 gel\u00f6st werden. So wurden einerseits durch Aufbau eines miniaturisierten, gegen\u00fcber der alten EFAS-Version v\u00f6llig ver\u00e4nderten Messraumes (Sensorfaser integriert in d\u00fcnnen Teflonschlauch) und der damit verbundenen g\u00fcnstigen hydro-dynamischen Bedingungen deutlich schnellere Messzeiten von 3-10 min. erreicht. Hierdurch erst wurde das Sensormodul prinzipiell f\u00fcr schnelle VOC-Vor-Ort-Messungen einsetzbar, wie sich dann auch z. B. bei Ramm- und Funktionalit\u00e4tstests zeigte. Durch die im Verbundprojekt entwickelte, gefederte Aufh\u00e4ngung im Sondierrohr traten bei den Rammtests beim EFAS-Sensormodul und den Peripheriekomponenten mehrfach auch unter h\u00e4rtesten Feldbedingungen keine mechanisch bedingten Sch\u00e4den auf. Das Messverfahren ist in Bezug auf die \u00fcberpr\u00fcften Matrixeffekte als zufriedenstellend einzustufen, gleichwohl ist eine sichere Nachweisbarkeit nur bei Konzentrationen ab 30 mg\/l gegeben, der Sensor eignet sich also nur f\u00fcr die VOC-Konzentrationserfassung in der Schadstofffahne. Als problematisch hat sich beim Feldversuch die deutliche Querempfindlichkeit gegen\u00fcber anderen apolaren Kohlenwasserstoffen (z. B. mehrkernige Aromaten, PAKs) erwiesen. Hier w\u00e4re noch umfangreicher Entwicklungsaufwand notwendig, um das Sensorsignal z. B. durch eine ver\u00e4nderte sensitive Polymerschicht auf der Glasfaser VOC-spezifischer zu machen.
\nTrotz aller M\u00fchen gelang es nicht, eine befriedigende Kombination von Wassereinlass-System und eine unter Feldbedingungen miniaturisierte Wasserpumpe zu finden. Alleine eine Hochleistungsmikropumpe der Fa. HNP-Mikrosysteme ist momentan f\u00fcr das EFAS-Sensormodul einsetzbar, da nur diese Pumpe die notwendigen geringen Abmessungen bei gleichzeitig guten Leistungsdaten in sich vereint. Alle anderen kommerziell verf\u00fcgbaren Fl\u00fcssigkeits-Mikropumpen f\u00f6rderten nur deutlich geringere Wassermengen und lie\u00dfen somit keine schnelle Sensor-Ansprechkinetik zu. Als gro\u00dfer Nachteil der HNP-Pumpe erwies sich jedoch bei den Feldtests die Inkompatibilit\u00e4t mit hohen Mengen an Feinsediment im Grundwasser. Eine noch feinere Vorfiltrierung des Grundwassers mit Porengr\u00f6\u00dfen < 10 mm ist aufgrund hoher Druck-verluste nicht praktikabel. \nWeiterhin ist das entwickelte EFAS-Sensormodul noch nicht in einer industriegerechten Konfiguration, wodurch die Montage des Systems zur Zeit noch zu zeitaufwendig ist. Auch gelang es nicht, bei den Feldeins\u00e4tzen entsprechend den Vorgaben der Vor-Ort-Messtechnik Sondierungen in gr\u00f6\u00dferer Zahl pro Einsatztag niederzubringen.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\nDie Ergebnisse der im Rahmen des Verbundprojektes durchgef\u00fchrten Entwicklungsarbeiten und Feldtests wurden auf folgenden Konferenzen und Tagungen pr\u00e4sentiert:\nB\u00fcrck, J., Roth, S., Ebarhimi, S., Kr\u00e4mer, K., Mathieu, H. Fiber-optical sensor systems for HC and pH monitoring in the environment and production technologies. Achema 2003: 27. Internat.Kongress f\u00fcr Chemische Technik, Umweltschutz und Biotechnologie, Frankfurt, 19.-24.Mai 2003, Abstracts, S.7.\nM\u00fcller, M., Klaas, N., Barczewski, B., B\u00fcrck, J., In-situ measurement of dissolved contaminants in groundwater. ConSoil 2003: 8th Internat.FZK\/TNO Conf. on Contaminated Soil, Gent, B, May 12- 16, 2003 Conf.Proc. S. 3872-75, Leipzig : F&U confirm.\nB\u00fcrck, J., Roth, S., Kr\u00e4mer, K., Neuentwicklungen von sensorischen Messsystemen im Rahmen des DBU-Projektverbundes: Adaption des EFAS-Systems an Sondiertechnik zur VOC Vor-Ort- Analytik, Symp. Vor-Ort-Analytik, Stuttgart, 30.-31.M\u00e4rz 2004.\n\n\nFazit\n\nDie Miniaturisierung und Integration des EFAS-Messkopfes in leichte Rammkernsondiertechnik ist im Rahmen des Verbundprojekts erfolgreich durchgef\u00fchrt worden. Auch lie\u00dfen sich durch einen v\u00f6llig neuen Sondenaufbau die prinzipielle Eignung des Systems f\u00fcr eine Rammkernsondenbasierte schnelle VOC-Vor-Ort-Analytik im Grundwasser aufzeigen. Allerdings sind vor allen Dingen im Bereich der Fluidik und der Sensorselektivit\u00e4t f\u00fcr VOCs noch entscheidende Verbesserungen erforderlich, um das System f\u00fcr den Praxiseinsatz tauglich zu machen.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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