Projekt 19235/01

High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung: Sondierelektronik mit Datenverarbeitung und Schnell-GC

ProjekttrÀger

Technische UniversitĂ€t Hamburg-Harburg Institut fĂŒr Messtechnik
Harburger Schloßstr. 20
21079 Hamburg
Telefon: 040/7718-3113

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Projekt ist Teil des Verbundvorhabens High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung.
In der Bundesrepublik Deutschland werden jĂ€hrlich ca. 100 ha Land fĂŒr Siedlung und Verkehr verbraucht, die HĂ€lfte dieser FlĂ€che wird dabei versiegelt. In den letzten 50 Jahren hat sich die Siedlungs- und VerkehrsflĂ€che in den alten BundeslĂ€ndern nahezu verdoppelt. WĂ€hrend einerseits neue Gewerbe- und Wohngebiete auf der grĂŒnen Wiese entstehen, wĂ€chst der Anteil an BrachflĂ€chen. Ein Lösungskonzept zur Verminderung des FlĂ€chenverbrauchs ist die konsequente Umsetzung eines FlĂ€chenrecyclings, also der Wiedernutzung von industriellen, gewerblichen oder militĂ€rischen BrachflĂ€chen, vor allem im urbanen Bereich. Dies sind in aller Regel altlastverdĂ€chtige FlĂ€chen. Um eine zĂŒgige und belastbare Erkundung dieser FlĂ€chen zu gewĂ€hrleisten, können Analyseverfahren, die vor Ort eingesetzt werden, wichtige Vorteile bringen. Aus diesem Grund hat die DBU das Verbundvorhaben High-Tech Methoden zur Unter-grundsondierung gefördert. Ziel des Verbundes war es, konventionelle, handgehaltene bis mittelschwere Sondiersysteme mit kostengĂŒnstigen und modernen Sensoren auszurĂŒsten. Damit sollen bereits bei den Erkundungsarbeiten analytische Signale erzeugt und ausgewertet werden können. Das Verbundvorhaben wurde in 14 eigenstĂ€ndige 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.
Im Einzelvorhaben Sondierelektronik mit Datenverarbeitung und Schnell-GC wird zur Untersuchung von Bodenkontaminationen mit gasförmigen und leichtflĂŒchtigen organischen Komponenten ein schnelles Rammsondensystem entwickelt, welches in-situ die Konzentrationen und Umfang der kontaminierenden Komponenten bestimmen kann.
Zur DurchfĂŒhrung werden in diesem Teilprojekt ein akkubetriebener, schneller Gaschromatograph und eine drahtlose DatenĂŒbertragung entwickelt. Die DatenĂŒbertragungsstrecken werden auch von den Pro-jektpartnern verwendet. Weiterhin wird von der TUHH zusammen mit Neumann Baugrund ein allgemein einsetzbarer Gaseinlass konzipiert, welcher den entsprechenden Projektpartnern zur VerfĂŒgung gestellt wird.
Innerhalb des RammgestĂ€nges findet eine Infrarot-DatenĂŒbertragung Verwendung, auf der OberflĂ€che eine FunkdatenĂŒbertragung. Weiterhin wird in das DatenĂŒbertragungssystem die Erfassung der Sondierungstiefe und die Bestimmung der Raumkoordinaten sowie der Uhrzeit integriert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer schnelle Rammsondier-Gaschromatograph wurde zusammen mit dem Energieversorgungsmodul inklusive der InfrarotdatenĂŒbertragung und dem Einlasssystem in dem SondengestĂ€nge eingebaut. Weiterhin wurde das DatenĂŒbertragungsmodul im Rammkopfadapter von Infrarotlicht auf Funk integriert und die Software zur Steuerung des Gaschromatographen und Auswertung der Chromatogramme programmiert.
Das System wurde im Labor kalibriert und unter Realbedingungen im Versuchscontainer des VEGAS-Instituts, Stuttgart, und in drei Feldtests erprobt.
Parallel zu den Erprobungen wurde das Messsystem optimiert und aufgetretene Schwachstellen behoben und die Steuer- und Auswertungssoftware des Messsystems als eine eigenstÀndige Anwendung reali-siert.


Ergebnisse und Diskussion

Die Erprobung des Messsystems in dem Referenzcontainer des am Projekt teilnehmenden VEGAS Instituts in Stuttgart sowie die Feldtests stellten sehr hohe Anforderungen an die einzelnen Komponenten aufgrund des Sondiervorganges. Hierdurch wurden wiederholt verschiedene Teilkomponenten beschĂ€digt und Nachbesserungen bzw. Überarbeitungen des Systems erforderlich. Hiervon war vor allem das Einlasssystem betroffen.
Die DatenĂŒbertragungsstrecken bewiesen sich wĂ€hrend der Feldtests und im Laboreinsatz. Es sind jedoch noch geringfĂŒgige Optimierungen an dem GestĂ€ngesystem nötig, da Staubpartikel die Fenster der Infrarotstrecke verschmutzten und die Übertragung störte. Die Funkstrecke nach dem Bluetooth-Standard erreichte im Feldtest Reichweiten von ca. 80-100 m und ist somit hinreichend fĂŒr diesen Einsatzzweck.
Die Entwicklung und Optimierung des Gaschromatographen beinhaltete die Eigenentwicklung eines Photoionisationsdetektors (PID), welcher in weiteren Systemen zur Schadstoffdetektion und UmweltĂŒberwachung eingesetzt werden kann.
Die endgĂŒltige Realisierung des Messsystems mit dem mehrfach ĂŒberarbeiteten Einlasssystem sowie dem optimierten Gaschromatographen konnte sich letztendlich im Feld beweisen. Es ermöglicht einen kontinuierlichen Sondiervorgang und die Detektion von leichflĂŒchtigen aromatischen Verbindungen (BTEX) sowie leichtflĂŒchtiger halogenierter Kohlenwasserstoffe (LHKW) im Boden.
Das Messsystem besitzt eine Nachweisgrenze von etwa 25 mg/mÂł Substanz in Luft, wobei der Dynamikbereich fĂŒr unterschiedliche Substanzen von etwa 2000 bis 3500 mg/mÂł reicht.
Die Phase der kostenneutralen VerlĂ€ngerung des Projekts wird fĂŒr abschließenden leistungssteigernden Arbeiten am Einlasssystem und dem Gaschromatographen inklusive der In-House-Validierung genutzt, sowie ein weiterer Feldtest durchgefĂŒhrt.


Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation

VEGAS-Meeting, MĂ€rz 2002
Projektsitzung an der TUHH, April 2002
Wireless Operating Cone Penetrometer with a Fast GC Unit using IR-Light Data Transfer through the Penetrometer Tubing, PITTCON 2003Combination of percussion drilling techniques with in-tip gaschromatograph, CONSOIL 2003
Miniaturisierte Messverfahren zur Untergrundsondierung: Konzept und Sondenaufbau im Rahmen des DBU-Projektverbundprojektes, Symposium Vor-Ort-Analytik, VEGAS, Stuttgart, MĂ€rz 2004
PosterprĂ€sentation, Tagung: Umweltvorsorge, neue Regeln, PrĂŒfwerte und Strategien im Vollzug, DBU, OsnabrĂŒck, April 2005
Systemvorstellung und -vorfĂŒhrung, Informationsveranstaltung: Vision Schleswig-Holstein: In der Erde sehen, Eckernförde, Mai 2005


Fazit

Die Zielsetzung dieses Forschungsprojekts wurde weitestgehend erfĂŒllt und es konnte mittels des Prototyps die Anwendbarkeit dieses Verfahrens bestĂ€tigt werden.
Es steht somit ein Messsystem zur VerfĂŒgung, welches fĂŒr die schnelle und kostengĂŒnstige Untersuchung von AltlastenflĂ€chen mittels der Rammsondiertechnik geeignet ist. Die NachweisstĂ€rke und Dynamik des Systems ermöglichen ebenfalls Nachuntersuchungen bereits sanierter FlĂ€chen sowie die Detektion von Schadstoffherden nach TransportunfĂ€llen.

Übersicht

Fördersumme

200.937,71 €

Förderzeitraum

01.01.2002 - 31.05.2005

Internet

www.tu-harburg.de/et1/umwelt

Bundesland

Hamburg

Schlagwörter

Landnutzung
Ressourcenschonung
Umwelttechnik