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Dokumentenidentifikation DE10204582A1 07.08.2003
Titel Verfahren zur Bestimmung der anteiligen Bewegungsrichtungen von Fluiden
Anmelder Oeste, Franz Dietrich, Dipl.-Ing., 35274 Kirchhain, DE
Erfinder Oeste, Franz Dietrich, Dipl.-Ing., 35274 Kirchhain, DE
DE-Anmeldedatum 04.02.2002
DE-Aktenzeichen 10204582
Offenlegungstag 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse G01P 5/00
IPC-Nebenklasse G01P 5/02   G01C 13/00   G01N 33/18   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren mitgeteilt zur Bestimmung der anteiligen Bewegungsrichtung von Fluiden parallel zu einer vorbestimmten Ebene oder parallel zu einer vorbestimmten Gerade, insbesondere parallel zur Horizontebene und zur Vertikalen im Grundwasser in Grundwassermeßstellen und zur Kanalachse in der Atmosphäre von Abwasserkanälen. Das Verfahren wird durchgeführt mittels jeweils fluiddynamisch geeignet eingehauster Anordnung fester Reaktionsmittel in Reaktionsmittelfestbetten. Als Folge der jeweils gewählten fluiddynamisch wirksamen Einhausung wird die Fluidströmung veranlaßt, die Stromwege parallel zu der vorbestimmten Ebene und/oder parallel zu der vorbestimmten geraden Linie durch das Reaktionsmittelfestbett zu nutzen. Die durchströmten Reaktionsmittelfestbetten werden unter der Einwirkung ausgewählter chemischer und/oder physikalischer Reaktionen mit Wasserinhaltsstoffen verändert. Nach einem gewählten Einwirkungszeitraum in dem zu untersuchenden Fluid unterscheidet sich das jeweilige Einstrom-seitige Reaktionsmittelfestvolumen von dem Ausstrom-seitigen Reaktionsmittelfestbettvolumen dadurch, daß bei ersterem die reaktive Umsetzung des Reaktionsmittelfestbetts in einem weiter fortgeschrittenen Stadium ist. Dadurch bedingt, kommt es zur Ausbildung einer definierten Massenübergangszone, hier im Folgenden mit "Müz" abgekürzt, in den Reaktionsmittelfestbetten, an der die betreffende anteilige Stromrichtung durch das Reaktionsmittelfestbett erkannt werden kann. Besonders ...

Beschreibung[de]

Es wird ein Verfahren mitgeteilt zur Bestimmung der anteiligen Bewegungsrichtung von Fluiden parallel zu einer vorbestimmten Ebene oder parallel zu einer vorbestimmten Gerade, insbesondere parallel zur Horizontebene und zur Vertikalen im Grundwasser in Grundwassermeßstellen und zur Kanalachse in der Atmosphäre von Abwasserkanälen. Das Verfahren wird durchgeführt mittels jeweils fluiddynamisch geeignet eingehauster Anordnung fester Reaktionsmittel in Reaktionsmittelfestbetten. Als Folge der jeweils gewählten fluiddynamisch wirksamen Einhausung wird die Fluidströmung veranlaßt, die Stromwege parallel zu der vorbestimmten Ebene und/oder parallel zu der vorbestimmten geraden Linie durch das Reaktionsmittelfestbett zu nutzen. Die durchströmten Reaktionsmittelfestbetten werden unter der Einwirkung ausgewählter chemischer und/oder physikalischer Reaktionen mit Wasserinhaltsstoffen verändert. Nach einem gewählten Einwirkungszeitraum in dem zu untersuchenden Fluid unterscheidet sich das jeweilige Einstrom-seitige Reaktionsmittelfestbettvolumen von dem Ausstrom-seitigen Reaktionsmittelfestbettvolumen dadurch, daß bei ersterem die reaktive Umsetzung des Reaktionsmittelfestbetts in einem weiter fortgeschrittenen Stadium ist. Dadurch bedingt kommt es zur Ausbildung einer definierten Massenübergangszone, hier im Folgenden mit "Müz" abgekürzt, in den Reaktionsmittelfestbetten, an der die betreffende anteilige Stromrichtung durch das Reaktionsmittelfestbett erkannt werden kann. Besonders der optisch-visuell erkennbare Abbau oder Aufbau von Pigmenten ist für das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren geeignet.

Verfahren zur Bestimmung der absoluten Bewegungsrichtung aus der Müz-Lage in Reaktionsmittelfestbetten werden in der DOS 196 43 817.9 und in der DOS 199 47 635.7 mitgeteilt. Bei den dort mitgeteilten sphärischen und zylindrischen Reaktionsmittelfestbetten handelt es sich um Reaktionsmittelfestbetten, die nicht oder fluiddynamisch unwirksam eingehaust sind. Eigene Untersuchungen mit den dort mitgeteilten Reaktionsmittelfestbetttypen in Grundwassermeßstellen zur Untersuchung des Grundwasserflusses haben gezeigt, daß der Müz-Verlauf in diesen Reaktionsmittelfestbetten schwer zu interpretieren ist und daher zur praktischen Verwendung als Anzeige der absoluten Strömungsrichtungskomponenten in Grundwassermeßstellen ungeeignet ist. Ursache dafür ist offensichtlich die teilweise Umströmung der Reaktionsmittelfestbetten, die ein komplexes Müz-Muster hervorruft. Andere Verfahren zur Bestimmung der absoluten Bewegungsrichtung mittels eingehauster Reaktionsmittelfestbetten beinhalten die exotherme katalytische Umsetzung gewählter Fluidinhaltsstoffe. Durch Bestimmung der freigesetzten Wärme und der Reaktionsmittelfestbettlage kann auf die Bewegungsrichtung des Fluids geschlossen werden. Ähnlich kann die physikalische Methode mittels elektrischem Stromfluß erwärmter eingehauster Festbetten genutzt werden, indem die stärkere Kühlwirkung bewegter Fluide als Meßprinzip genutzt wird. Auch diese Verfahren eignen sich nicht für die extrem langsame Bewegung von Fluiden, wie sie z. B. im Grundwasser auftritt.

Es bestand daher die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Stromungsrichtungsfelder im Grundwasser von Grundwassermeßstellen und ähnlich langsam sich bewegenden Fluiden zu finden, das diese Nachteile nicht hat. Das ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bis 11, das nachfolgend beschrieben wird, gelungen. Es wurde gefunden, daß das neue Verfahren auch zur Bestimmung der Strömungsrichtungsfelder in Gasen geeignet ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Reaktionsmittelfestbetten eingesetzt, deren Einhausung eine fluiddynamisch wirksame Abdichtung bilden, die mindestens die Bewegungsrichtungskomponenten, die antiparallel zu der vorbestimmten Ebene verlaufen, weitgehend ausschließen oder die alle Bewegungsrichtungskomponenten, die antiparallel zu der vorbestimmten Geraden verlaufen, weitgehend ausschließen. In einer Grundwassermeßstelle zur Untersuchung der dort vorliegenden anteiligen Bewegungsrichtungen wird die Wasserströmung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise veranlaßt, entweder horizontale oder vertikale Fließwege zu nutzen. Beim Durchströmen der Reaktionsmittelfestbetten werden diese durch vorbestimmte chemische und/oder physikalische Reaktionen mit Wasserinhaltsstoffen verändert. Die Einstromseiten der Reaktionsmittelfestbetten unterscheiden sich von den Ausstromseiten dadurch, daß bei ihnen die reaktive Umsetzung des Reaktionsmittelfestbetts weiter fortgeschritten ist. Dadurch bilden sich Müz in den Reaktionsmittelfestbetten, an deren Verlauf die Stromrichtung durch die Reaktionsmittelfestbetten erkannt werden kann. Besonders der optisch-visuell erkennbare Abbau oder Aufbau von visuell-optisch erkennbaren Pigmenten als Bestandteil der Reaktionsmittelfestbetten eignet sich für das erfindungsgemäße Verfahren.

Die Bestimmung der Bewegungsrichtungskomponenten, die parallel zu der vorbestimmten Gerade verlaufen, vorzugsweise der vertikalen Strömungskomponenten im Grundwasser und vorzugsweise der der Kanalachsen-parallelen Strömungskomponenten der Atmosphäre in Abwasserkanälen, erfolgt mit Reaktionsmittelfestbetten, die eine in gerader Linie angeordnete fluiddynamisch weitgehend dichte und damit auch hydraulisch weitgehend dichte Einhausung in Form eines vorzugsweise zylindrischen an beiden Enden offenen geraden Rohres um das Reaktionsmittelfestbett enthält. Die Fluid-Einströmungsöffnung bzw. die Fluid-Aussströmungsöffnung in der Grundwassermeßstelle ist dabei oberseits und unterseits des Reaktionsmittelfestbettes angeordnet und die Rohrachse der Einhausung verläuft parallel zur Pegelrohrachse. Zur Untersuchung der Bewegungen in der Abwasserkanalatmosphäre ist die Achse des rohrförmig eingehausten Reaktionsmittelfestbetts vorzugsweise parallel zur Kanalachse angeordnet.

Die Bestimmung aller oder zumindest eines Teils der Bewegungsrichtungskomponenten, die parallel zu der vorbestimmten Ebene verlaufen, vorzugsweise aller Strömungskomponenten parallel zur Horizontalen im Grundwasser von Grundwassermeßstellen oder Brunnen, erfolgt vorzugsweise mit flachen zylindrischen Reaktionsmittelfestbetten, mit fluiddynamisch weitgehend dichter und damit auch hydraulisch weitgehend dichter Einhausung in Form eines ebenen Deckels und ebenen Bodens, wobei Deckel und ebenen Boden zueinander und zu der vorbestimmten Ebene flächenparallel angeordnet sind. Der zwischen Deckel und Boden vorzugsweise zylindrisch geformte Mantel der Einhausung ist zumindest anteilig fluiddynamisch weitgehend offen für den Fluideintritt in das zwischen Deckel und Boden angeordnete Reaktionsmittelfestbett und den Fluidaustritt daraus. und damit auch hydraulisch weitgehend dichte Einhausung in Form eines vorzugsweise zylindrischen an beiden Enden offenen geraden Rohres um das Reaktionsmittelfestbett enthält., wobei nur die Ober- und die Unterseiten der Reaktionsmittelfestbetten verschlossen sind. Als bevorzugte Anordnung im Bereich der Grundwassermeßstelle zur Bestimmung möglichst aller horizontalen Grundwasserbewegungsrichtungskomponenten umfaßt der wirksame Bereich der weitgehend ungehinderten Einströmung und Ausströmung möglichst einen 360°-Horizont und damit die komplette zylindrische Peripherie des Reaktionsmittelfestbettes. Damit kann das Grundwasser aus allen horizontalen Richtungen der Windrose das Reaktionsmittelfestbett durchströmen.

Derartig eingehauste Reaktionsmittelfestbetten lassen sich in Reihe schalten, denn es kann erwünscht sein, die Bewegungsrichtungskomponenten über eine Linie, z. B. die gesamte Teufe einer Grundwassermeßstelle kennenzulernen.

Unter den beschriebenen Zusammensetzungen der reaktiven Reaktionsmittelfestbetten wird für das erfindungsgemäße Verfahren die Methode bevorzugt, die auf der Bildung oder dem Abbau von Pigmenten beruht, um das Ergebnis der Untersuchung sofort und spontan, direkt nach Entnahme der Reaktionsmittelfestbetten aus der Meßstelle optisch-visuell feststellen zu können.

Als Pigmente eignen sich z. B. alle Weiß-, Schwarz- und Farbpigmente, die unter dem Einfluß von reduzierenden oder oxidierenden Wasser- und Gasinhaltsstoffen abgebaut oder umgewandelt werden. Dazu eignen sich z. B. anorganische Redox- und Wasserinhaltsstoff-sensitive Pigmente vom Typ der Metalloxide, Metallhydroxide, Metallsulfide und Metalldisulfide. Besonders bevorzugt darunter sind die Pigmente aus den Gruppen Mangan(IV), Eisen(III), Eisen(II), Blei(II), Barium(II), Sulfat, Sulfid, Disulfid. Für die Bestimmung im aeroben Aquifer eignen sich vorzugsweise Pigmente aus den Gruppen Eisen(II), Sulfid, Disulfid. Für die Bestimmung im anaeroben Aquifer eignen sich vorzugsweise Pigmente aus den Gruppen Mangan(IV), Eisen(III), Barium(II), Sulfat.

Nach einer vorbestimmten Vermessungsdauer, vorzugsweise aber nach regelmäßigen Zwischenuntersuchungen werden die eingehausten Reaktionsmittelfestbetten aus der Meßstelle entnommen. Dies geschieht vorzugsweise durch Einsatz einer Trommel, auf die die entnommenen aneinander beweglich fixierten eingehausten Reaktionsmittelfestbetten aufgespult werden.

Es werden solche reaktiven Bestandteile für die eingesetzten Reaktionsmittelfestbetten bevorzugt, die sehr empfindlich sind und bei denen sich die Reaktion daher rasch einstellt. Das sind faserförmige oder folienförmige Reagenzien, auch die physikalisch wirkenden Sorbenzien werden hier den Reagenzien zugerechnet, oder solche Fasern oder Folien, die eine reaktionsaktive Beschichtung aus Puvern oder feinen Partikeln enthalten. Unter den Begriff Fasern fallen hier auch dünne Drähte, Gewebe, Vliese unter den Begriff Folien fallen hier auch dünne Bleche, dünne Platten, Papier, Pappe oder Furnier.

Reaktionsmittelfestbettbestandteile die besonders bevorzugt sind, weil sie über solche vorteilhaften Eigenschaften verfügen, sind z. B. solche Stoffe, die mindestens über eine oder mehrere der Eigenschaften Flexibilität, angenäherte Linienform, angenäherte Flächenform innehaben. Solche Eigenschaften haben z. B. die festen Materialien Papier, Papierwolle, Holzwolle, Metallwolle, Metalldraht, Pulpe, Textil, Textilband, Zwirnsfäden, Vlies, Vliesband, Rovings, Folie, auch Beschichtungen oder Materialien enthaltend Glimmer, Glasflakes, Aktivkohlefasern, Kunststoffasern, Zellstoff, Kohlefasern, Aktivkohlepulver, Kunststoffpulver, Oxide, Mischoxide, Hydroxide, Ionenaustauscher, Zeolithe, Huminstoffe sind reaktionsaktiv und eignen sich als Substrate wegen ihrer biologischen Aktivität, die reaktionsbeschleunigend weiken kann.

Reaktionsmittelfestbettbestandteile können z. B. sein Aktivkohlepulver als Co-Beschichtungsbestandteil auf Träger-Fasern oder Trägerfolien, Aktivkohlefasern, Metallchalkogenide als Beschichtung oder Korrosionsschicht auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Metallmischchalkogenide als Beschichtung oder Korrosionsschicht auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Metallhydroxide als Beschichtung oder Korrosionsschicht auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Metalldisulfide als Beschichtung oder Korrosionsschicht auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Zeolithe als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Ionenaustauscher-Pulver als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien, schwerlösliche Huminsäuresalze als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien, schwerlösliche Huminsäuren als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Alginat als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Alginsäure als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Chitosan als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien, Chitosansalze als Co-Beschichtungsbestandteil auf Trägerfasern oder Trägerfolien.

Als Konstruktionsmaterialien für die eingehausten Reaktionsmittelfestbetten werden bevorzugt eingesetzt korrosionsarme metallische Werkstoffe, vorzugsweise Edelstähle, Polyolefine, z. B. Teflon, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen oder auch Polycarbonate eingesetzt.

Besonders überraschendes Ergebnis der Untersuchungen zur Auffindung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß seine Ausführungsvarianten mit definiert inhomogen aufgebautem Reaktionsmittelfestbett, weitaus vorteilhafter sind, als homogen aufgebaute. Der besondere Vorteil der inhomogenen Reaktionsmittelfestbetten ist ihre Wartungsfreundlichkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf die Notwendigkeit der Auffindung der Müz im Reaktionsmittelfestbett angewiesen. Diese bewegt sich entweder horizontal oder vertikal durch das Reaktionsmittelfestbett. Nachdem die Müz das gesamte Reaktionsmittelfestbett durchlaufen hat, ist ein Rückschluß auf die horizontale oder vertikale Strömungsrichtungskomponente, die allein durch die Lage der Müz im Reaktionsmittelfestbett zwischen Einstromseite und Ausstromseite angezeigt wird, nicht mehr möglich. Im homogen aufgebauten Reaktionsmittelfestbett bewegt sich die Müz als Front mit annähernd konstanter Geschwindigkeit. Um den Zeitpunkt des Durchgangs der Müz durch das Reaktionsmittelfestbett nicht zu verpassen, sind Zwischenkontrollen notwendig. Insbesondere durch die örtlich gelegentlich sehr unterschiedlichen jeweils zur Indikation ausgewählten reaktionsreaktiven Inhaltsstofffrachten im Grundwasser kann es zu sehr unterschiedlichen Müz-Geschwindigkeiten kommen.

Die Verwendung von definiert inhomogen aufgebauten Reaktionsmittelfestbetten führt offenbar zu einer stark unterschiedlichen Müz-Fortbewegung im Reaktionsmittelfestbett: In der dicht mit Reaktionsmittel gepackten Reaktionsmittelfestbettzone ist die Müz-Bewegung gegenüber der weniger dicht gepackten Reaktionsmittelfestbettzone stark retardiert. Besonders vorteilhaft unter den definiert inhomogen aufgebauten Reaktionsmittelfestbetten sind diejenigen, deren Packungsdichte einen definierten Gradienten aufweist zwischen locker gepacktem und dicht gepacktem Reaktionsmittel.

Es kann auch vorteilhaft sein, das Reaktionsmittelfestbett derart anzuordnen, daß Reaktionsmittelfestbettbereiche mit unterschiedlichen Reaktionsmittelfestbettpackungsdichtegradienten entstehen.

Eine bevorzugte Anordnung des Packungsdichtegradienten im Reaktionsmittelfestbett in den Vorrichtungen zur Bestimmung der Fluidbewegungsrichtungsanteile gemäß vorbestimmten Ebenenparallelen ist ihre Anordnung im rechten Winkel zu den vorbestimmten Ebenenparallelen. Eine bevorzugte Anordnung des Packungsdichtegradienten im Reaktionsmittelfestbett in den Vorrichtungen zur Bestimmung der Fluidbewegungsrichtungsanteile gemäß vorbestimmten geradlinienparallelen Bewegungsrichtungskomponenten ist ihre Anordnung im rechten Winkel zu den vorbestimmten Geradlinienparallelen. Dabei ist die bevorzugte Anordnung der Lokalität der dichter gepackten Reaktionsmittelfestbettzone im definiert inhomogen aufgebauten beidseitig offenen geradlinienparallelem Reaktionsmittelfestbettrohr die rotationssymetrische Anordnung um die gedachte senkrechte Rohrachse. Die bevorzugte Anordnung der Lokalität der dichter gepackten Reaktionsmittelfestbettzone in den definiert inhomogen aufgebauten Reaktionsmittelfestbetten aus Zylindern mit beidseitig geschlossenen Seiten und offenem Zylindermantel zur Bestimmung der ebenenparallelen horizontalen Strömungskomponenten, ist ebenfalls die rotationssymetrische Anordnung um die gedachte Achse der zylindrischen Einhausung, jedoch mit der Einschränkung, daß die dichter gepackte Reaktionsmittelfestbettzone zusätzlich planparallel zur Ober- und Unterseite des Reaktionsmittelfestbettes angeordnet ist.

Anhand einiger Varianten des Verfahrens, auf die das Verfahren aber nicht beschränkt ist, wird das Verfahren erläutert. Die Darstellungen zeigen schematisch die dazu angewendeten Vorrichtungen.

Beispiel 1

Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ansichten einer Reaktionsmittelfestbettvariante mit homogener Reaktionsmittelfestbettpackungsdichte zur Bestimmung der horizontalen Bewegungsrichtungskomponente in einer Grundwassermeßstelle im schwach reduzierenden Grundwassermilieu gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. I zeigt die Vorrichtung in senkrechter Draufsicht auf die Komponenten der Einhausung und von Reaktionsmittelfestbett-Bestandteilen. Fig. 2 zeigt den Ausschnitt des in Fig. 1 angedeuteten Schnittes A-B durch das als Seitenansicht. Die Pfeile (7) zeigen die waagerechte Strömungskomponente im Grundwasserstrom durch die Meßstelle und das Reaktionsmittelfestbett (13). Der zylindrische Teil der Plexiglas-Einhausung 1 ist als schwarze kreisförmige Linie in der Fig. 1 und im Schnitt als schraffiertes Element angedeutet. Der zum Ein- und Ausstrom des Wassers in das Reaktionsmittelfestbett als zylindrisches Lochelementrohr ausgebildete durchbrochene Teil (6) ist Bestandteil des zylindrischen Teils 1 der Einhausung. Auf dem an der Innenseite der Einhausung 1 fixierten Kragen (2) befinden sich die Tragelemente (4), die in der Draufsicht als dicke Striche und in der Seitenansicht, die die Fig. 2 zeigt, als schwarze Balken gekennzeichnet sind. Die Tragelemente (4) bilden gleichzeitig den hydraulisch hinreichend dichten Boden und Deckel der Einhausung des Reaktionsmittelfestbetts (13), das sich aus den Fadenelementen (5) zusammensetzt. Die Fadenelemente des Reaktionsmittelfestbettes (13) bestehen aus den schwach gespannten mit Fäden umsponnenen Gummibändern (5), die in der Draufsicht als Punkte und in der Seitenansicht als schwarze Linien dargestellt sind. Die Fäden enthalten als reaktionsreaktive Komponente Braunsteinpigment. Jedes Gummiband (5) ist mit seinen beiden Enden an je einem kubischen durchbohrten Klötzchen (3) fixiert, das in die Tragelemente (4) eingeschoben ist.

Im eisenhaltigen reduzierenden Medium löst sich das graubraune Braunsteinpigment auf den Fadenelementen (5). An seiner Stelle erscheint ein eisenhaltiges Ockerpigment. Als Massenübergangszone erscheint im Reaktionsmittelfestbett (13) der deutliche Übergangsbereich zwischen der graubraunen Braunsteinpigment- und der Ockerpigmentfarbe. Durch visuell-optische Untersuchung des Reaktionsmittelfestbettes (13), die ohne Auseinandernehmen der Vorrichtung durch die Plexiglaseinhausung möglich ist, kann die Lage der Müz und damit die Bewegungsrichtung ermittelt werden.

Beispiel 2

Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ansichten einer Reaktionsmittelfestbettvariante mit homogener Reaktionsmittelfestbettpackungsdichte zur Bestimmung der horizontalen Bewegungsrichtungskomponente in einer Grundwassermeßstelle im oxidierenden Grundwassermilieu gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung in senkrechter Draufsicht auf die Komponenten der Einhausung und von Reaktionsmittelfestbett-Bestandteilen. Fig. 4 zeigt den Ausschnitt des in Fig. 3 angedeuteten Schnittes A-B durch die Vorrichtung als Seitenansicht. Die Pfeile (7) zeigen die waagerechte Strömungskomponente im Grundwasserstrom durch die Meßstelle und das Reaktionsmittelfestbett (13). Der zylindrische Teil der Plexiglas-Einhausung 1 ist als schwarze kreisförmige Linie in der Fig. 3 und im Schnitt als schraffiertes Element angedeutet. Der zum Ein- und Ausstrom des Wassers in das Reaktionsmittelfestbett als zylindrisches Lochelementrohr ausgebildete durchbrochene Teil (6) ist Bestandteil des zylindrischen Teils 1 der Einhausung. Auf dem an der Innenseite der Einhausung 1 fixierten Kragen (2) befinden sich die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3). Die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3) bestehen aus Glas. Die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3) sind paarweise angeordnet. Jedes Reaktionsmittelfestbettträgerelementpaar (3) ist mit transparentem Silikonkautschuk unter Einbindung der Fadenelemente zusammengeklebt. Die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3) bilden gleichzeitig den hydraulisch hinreichend dichten Boden und Deckel der Einhausung des Reaktionsmittelfestbetts (13), das sich aus den Fadenelementen (5) zusammensetzt. Die Fadenelemente (5) des Reaktionsmittelfestbettes (13) bestehen aus den schwach gespannten mit Fäden umsponnenen Gummibändern (5), die in der Draufsicht als Punkte und in der Seitenansicht als schwarze Linien dargestellt sind. Die Fäden enthalten als reaktionsreaktive Komponente schwarzes Eisensulfidpigment.

Im oxidierenden Medium wird das Eisensulfidpigment auf den Fadenelementen (5) aufgelöst. An seiner Stelle erscheint Eisenockerpigment. Als Massenübergangszone erscheint im Reaktionsmittelfestbett (13) der deutliche Übergangsbereich zwischen der schwarzen Eisensulfidpigment- und der Ockerpigmentfarbe. Durch visuell-optische Untersuchung des Reaktionsmittelfestbettes, die ohne Auseinandernehmen der Vorrichtung durch die Plexiglaseinhausung möglich ist, kann die Lage der Müz und damit die Bewegungsrichtung ermittelt werden.

Beispiel 3

Fig. 5, 6 und 7 zeigen drei Ansichten einer Reaktionsmittelfestbettvariante mit homogener Reaktionsmittelfestbettpackungsdichte im Einsatz zur Bestimmung der horizontalen Bewegungsrichtungskomponente in einer Grundwassermeßstelle im sulfatreduzierenden Grundwassermilieu gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung in senkrechter Draufsicht auf die Komponenten der Einhausung und von Reaktionsmittelfestbett-Bestandteilen. Fig. 6 zeigt den Ausschnitt des in Fig. 5 angedeuteten Schnittes A-B durch die Vorrichtung als Seitenansicht. Fig. 7 zeigt den Ausschnitt des in Fig. 5 angedeuteten Schnittes C-D durch die Vorrichtung als Seitenansicht. Der zylindrische Teil der Plexiglas-Einhausung 1 ist als schwarze kreisförmige Linie in der Fig. 5 und in den Schnitten als schraffiertes Element angedeutet. Der zum Ein- und Ausstrom des Wassers in das Reaktionsmittelfestbett als zylindrisches Lochelementrohr ausgebildet durchbrochene Teil (6) ist Bestandteil des zylindrischen Teils 1 der Einhausung. Auf dem an der Innenseite der Einhausung 1 fixierten Kragen (2) sind die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3) angeordnet. Die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3) bestehen aus Polyvinylchlorid. Jedes Reaktionsmittelfestbettträgerelement (3) dient als Wickelspule für die Fadenelemente (5), die in ihrer Gesamtheit das Reaktionsmittel-Festbett (13) bilden. Die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente werden durch die Abstandselemente (8) auf konstantem Abstand gehalten. Die Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3) bilden zusammen mit den Abstandselementen (8) gleichzeitig den hydraulisch hinreichend dichten Boden und Deckel der Einhausung des Reaktionsmittelfestbetts, das sich aus den Fadenelementen (5) zusammensetzt. Die Fadenelemente (5) des Reaktionsmittelfestbettes (13) bestehen aus einem Baumwoll-Synthesefaser-Zwirnsfaden. Die Fäden enthalten als reaktionsaktive Komponente schwarzes Eisenockerpigment.

Im sulfatreduzierenden Medium wird das Eisenockerpigment auf den Fadenelementen (5) umgesetzt. An seiner Stelle erscheint schwarzes Eisensulfidpigment. Als Massenübergangszone erscheint im Reaktionsmittelfestbett (13) der deutliche Übergangsbereich zwischen Eisenockerpigment und schwarzem Eisensulfidpigment. Durch visuell-optische Untersuchung des Reaktionsmittelfestbettes, die ohne Auseinandernehmen der Vorrichtung durch die Plexiglaseinhausung möglich ist, kann die Lage der Müz und damit die Bewegungsrichtung ermittelt werden.

Beispiel 4

Fig. 8 zeigt die Ansicht eines Reaktionsmittelfestbettträgerelements (3) aus einer Reaktionsmittelfestbettvariante mit definiert inhomogener Reaktionsmittelfestbettpackungsdichte zur Bestimmung der horizontalen Bewegungsrichtungskomponente in einer Grundwassermeßstelle Das Reaktionsmittelfestbettträgerelement (3) dient als Wickelspule für die Fadenelemente (5). Das Reaktionsmittelfestbettträgerelement (3) besteht aus einem Edelstahlblechrahmen (3), der im oberen Teil (9) einfach aus den Fadenelementen (5) bewickelt ist und im unteren Teil (10) doppelt aus den Fadenelementen (5) bewickelt ist. Die Fadenelemente (5) des Reaktionsmittelfestbettes bestehen aus einem Baumwoll-Synthesefaser-Zwirnsfaden. Die Fadenelemente (5) enthalten als reaktionsreaktive Komponente Braunsteinpigment. Aus einer Mehrzahl der Reaktionsmittelfestbettträgerelemente (3) wird das Reaktionsmittelfestbett (13) zusammengesetzt. Dazu werden diese an den Öffnungen (11) mittels Schrauben aneinander fixiert und danach in die spiralfärmig ausgenommene Nut einer kreisförmigen Plexiglas-Fußplatte eingeschoben. Danach wird eine ebenso geformte Plexiglas-Deckplatte daraufgeschoben und danach Fuß- und Deckplatte mit 6 Schrauben (14) aneinander verankert. Das derart hergestellte Reaktionsmittel-Festbett (13) wird in Fig. 9 in der Draufsicht dargestellt.

Im sulfatreduzierenden Medium der Grundwassermeßstelle wird das Braunsteinpigment auf den Fadenelementen (5) umgesetzt. An seiner Stelle erscheint zunächst Ocker, der dann in schwarzes Eisensulfidpigment umgesetzt wird. Es erscheinen in diesem Fall daher zwei Müz im Reaktionsmittelfestbett (13) die durch den deutlichen Übergangsbereich zwischen graubraunem Braunsteinpigment zu Eisenockerpigment und zwischen Ockerpigment und schwarzem Eisensulfidpigment gekennzeichnet sind. Durch visuell-optische Untersuchung des Reaktionsmittelfestbettes, die ohne Auseinandernehmen der Vorrichtung möglich ist, kann die Lage der Müz und damit die Bewegungsrichtung ermittelt werden. Durch die Packungsdichtedifferenz zwischen oberem Teil (9) und unterem Teil (10) des Reaktionsmittelfestbettes (13) ist der Fortschritt der Müz im unteren Bereich (10) gegenüber dem oberen Bereich (9) um ein Mehrfaches verzögert.

Beispiel 5

Fig. 10 zeigt ein Reaktionsmittelfestbettträgerelement (3) mit Fadenelementen (5) aus einer Reaktionsmittelfestbettvariante mit homogener Reaktionsmittelfestbettpackungsdichte zur Bestimmung der horizontalen Bewegungsrichtungskomponente in einer Grundwassermeßstelle Das Reaktionsmittelfestbettträgerelement (3) besteht aus zwei dünnen länglichen Edelstahlblechrahmen als Trägerelemente für die Fadenelemente (5), die hier die Form eines offenmaschigen Glasfasergewebes haben. Die Fadenelemente (5) enthalten als reaktionsreaktive Komponente Braunsteinpigment. Das Fadenelementgewebe (5) ist zwischen den beiden Edelstahlblechrahmen mit Polyurethankleber fixiert. Zum Aufbau des Reaktionsmittelfestbettes (13) wird der Rahmen (3) mit Fadenelementgewebe (5) in die spiralfärmig ausgenommene Nut einer kreisförmigen Plexiglas-Fußplatte eingeschoben. Danach wird eine ebenso geformte Plexiglas-Deckplatte daraufgeschoben und danach Fuß- und Deckplatte mit 6 Schrauben (14) aneinander verankert. Das derart hergestellte Reaktionsmittel-Festbett (13) wird in Fig. 9 in der Draufsicht dargestellt.

Im sulfatreduzierenden Medium der Grundwassermeßstelle wird das Braunsteinpigment auf den Fadenelementen (5) umgesetzt. An seiner Stelle erscheint zunächst Ockerpigment, das dann in schwarzes Eisensulfidpigment umgesetzt wird. Es erscheinen in diesem Fall daher zwei Müz im Reaktionsmittelfestbett (13) die durch den deutlichen Übergangsbereich zwischen graubraunem Braunsteinpigment zu Eisenockerpigment und zwischen Ockerpigment und schwarzem Eisensulfidpigment gekennzeichnet sind. Durch visuell-optische Untersuchung des Reaktionsmittelfestbettes, die ohne Auseinandernehmen der Vorrichtung möglich ist, kann die Lage der Müz und damit die Bewegungsrichtung ermittelt werden.

Beispiel 6

Beispiel 6 zeigt eine Reaktionsmittelfestbettvariante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der vertikalen Stromrichtungsanteile in Grundwassermeßstellen. In den Fig. 11 und 16 werden Beispiele für Aufbau und Funktion des Reaktionsmittelfestbettes gegeben. Fig. 11 zeigt ein kreisförmiges Reaktionsmittelfestbettelement aus Rahmen (3) und Fadenelementen (5) aus einer Reaktionsmittelfestbettvariante mit homogener Reaktionsmittelfestbettpackungsdichte zur Bestimmung der vertikalen Bewegungsrichtungskomponente in einer Grundwassermeßstelle. Das Reaktionsmittelfestbettelement besteht aus zwei dünnen kreisförmigen PVC-Rahmen (3) als Trägerelemente für die Fadenelemente (5), die hier die Form eines offenmaschigen Aktivkohlefasergewebes haben. Die Fadenelemente (5) enthalten als reaktionsreaktive Komponente Barytweißpigment. Das Fadenelementgewebe (5) ist zwischen den beiden PVC-Rahmen (3) mit Polyurethankleber fixiert. Zum Aufbau des Reaktionsmittelfestbettes (13) gemäß Fig. 16, das das Reaktionsmittelfestbett (13) mit Einhausung (1) im Schnitt zeigt, werden mehrere Rahmen (3) mit Fadenelementgewebe (5) in einem offenen zylindrischen PVC-Rohr als Einhausung (1), das mit einem Auflagekragen (2) versehen ist, eingelegt. Der Stapel der Reaktionsmittelfestbettelemente jeweils aus Rahmen (3) und Fadenelementen (5) ergibt das Reaktionsmittelfestbett (13). Zur sicheren Fixierung der Reaktionsmittelfestbettelemente werden Schrauben (14) durch die dafür vorgesehenen Öffnungen (11) in den Rahmen (3) geschoben und mit Muttern (12) an dem Kragen (2) fixiert. Die Öffnungen (15) im Gehäuse (1) dienen zur Befestigung des Reaktionsmittelfestbettes zwecks seines Einhängens in die Grundwasseruntersuchungsstelle.

Das hier beispielhaft beschriebene Reaktionsmittelfestbett kann ohne Weiteres auch als solches, also ohne Einsatz in die Einhausung (1) benutzt werden. Dazu werden die Rahmen (3) samt Gewebe (5) als Stapel mittels Schrauben (14) und Muttern (12) in den Löchern (11) aneinander fixiert. Dabei erfüllen die Rahmen hinreichend den Zweck als hydraulisch dichte zylindrische Einhausung und ersetzen so ohne Weiteres die Einhausung (1).

Im sulfatreduzierenden Medium der Grundwassermeßstelle wird das Barytweißpigment auf den Fadenelementen (5), das dem Aktivkohlegewebe eine hellgraue Färbung gibt, abgebaut. An seiner Stelle erscheint die samtschwarze Naturfarbe des Aktivkohlegewebes. Die visuell-optische Untersuchung des Reaktionsmittelfestbettes wird vorzugsweise durch Auseinandernehmen der Vorrichtung und optische Bewertung der einzelnen Reaktionsmittelfestbettelemente vorgenommen. Die Lage der Müz zur Ermittlung der Bewegungsrichtung ergibt sich aus dem Übergang von hellgrau nach Schwarz.

Die Realisation einer definiert inhomogenen Packungsdichte kann hierbei einfach durch zusätzliche Einlage eines jeweils gleichgroßen kleinen zusätzlichen Gewebestückes auf jedes eingelegte Reaktionsmittelfestbettelement realisiert werden. Es wird vorzugsweise dabei darauf geachtet, daß die durch die zusätzlichen Gewebestücke bedeckten Flächen möglichst exakt übereinander liegen.

Zur Untersuchung der Bewegung einer schwefelwasserstoffhaltigen Abwasserkanalatmosphäre wird das gemäß Fig. 16 angeordnete und aus Reaktionsmittelfestbettelementen gemäß Fig. 11 zusammengesetzte zylindrische Reaktionsmittelfestbett derart in die Atmosphäre des oberen Teils eines Abwasserkanals abgelassen, daß die gedachte Zylinderachse des Reaktionsmittelfestbettes parallel zur Kanalrohrachse verläuft. Das Baumwollgewebe ist dazu mit Bleicarbonatweißpigment als Reaktionsmittel beschichtet. Mit dem Schwefelwasserstoff in der Kanalatmosphäre bildet sich braunes Bleisulfidpigment. Die Massenübergangszone wird als Übergangszone zwischen dunkelbraun und weiß wahrgenommen.

Beispiel 7

Beispiel 7 zeigt verschiedene Reaktionsmittelfestbettvarianten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der vertikalen Stromrichtungsanteile in Grundwassermeßstellen mittels Reaktionsmittelfestbetten mit definiert inhomogener Packungsdichte, die aus kreisförmigen Wickelelementen zusammengesetzt sind. In den Fig. 12 bis 15 werden Beispiele für Aufbau und Funktion dieser Reaktionsmittelfestbetten gegeben. Fig. 12 zeigt ein kreisförmiges Reaktionsmittelfestbettelement aus Rahmen (3) und gewickelten Fadenelementen (5) dessen Wickeldichte von der Mitte des Elements zur Peripherie mit einem geringen Gradienten zunimmt. Fig. 13 zeigt ein kreisförmiges Reaktionsmittelfestbettelement aus Rahmen (3) und gewickelten Fadenelementen (5) dessen Wickeldichte zwischen einem Maximum im Zentrum des Elements und Minima und Maxima an der Peripherie weitere Minima und Maxima und steilere Wickeldichte-Gradienten aufweist. Fig. 14 zeigt ein kreisförmiges Reaktionsmittelfestbettelement aus Rahmen (3) und gewickelten Fadenelementen (5) dessen Wickeldichte zwischen einem Minimum im Zentrum des Elements zur Peripherie hin stufenförmig auf ein hohes Wickeldichte- Niveau ansteigt und von dort mit kontinuierlichem Wickeldichte-Gradienten zur Peripherie hin zu einem Wickeldichte-Maximum ansteigt. Der Aufbau der Reaktionsmittelfestbetten (13) aus Reaktionsmittelfestbettelementen aus den kreisförmigen Reaktionsmittelfestbettelementen gemäß einer oder mehrerer der Fig. 12 bis 14 kann z. B. gemäß Fig. 16 vorgenommen werden. Diese zeigt ein Reaktionsmittelfestbett (13) mit Einhausung (1) im Schnitt, das aus mehreren kreisförmigen Wickelelementen aufgebaut ist. Dazu sind die Wickelelemente aus den Rahmen (3) mit Fadenelementgewebe (5) in einem offenen zylindrischen Rohr als Einhausung (1), das mit einem Auflagekragen (2) versehen ist, eingelegt. Der Stapel der Reaktionsmittelfestbettelemente jeweils aus Rahmen (3) und Fadenelementen (5) ergibt das Reaktionsmittelfestbett (13). Zur sicheren Fixierung der Reaktionsmittelfestbettelemente ist dem Reaktionsmittelfestbettelementstapel ein Belastungselement aus Edelstahl (16) in Ringform aufgelegt. Die Öffnungen (15) im Gehäuse (1) dienen zur Befestigung des Reaktionsmittelfestbettes zwecks seines Einhängens in die Grundwasseruntersuchungsstelle. Bezugszeichenliste 1 Einhausung

2 Auflagekragen

3 Halter für die reaktionsmitteltragenden Elemente

4 Tragelemente

5 reaktionsmitteltragende Elemente

6 Einhausungsteil mit Fluiddurchtrittsöffnungen

7 Fluidbewegungsrichtung

8 Abstandhalter

9 einfach gewickeltes Reaktionsmittelfestbett

10 doppelt gewickeltes Reaktionsmittelfestbett

11 Öffnung für Schraube

12 Mutter

13 Reaktionsmittelfestbett

14 Schraube

15 Öffnung in der Einhausung

16 Beschwerungsring


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Bestimmung der anteiligen Bewegungsrichtung eines sich fortbewegenden Fluids parallel zu einer vorbestimmten Ebene oder parallel zu einer vorbestimmten Geraden durch die Lagebestimmung der Massenübergangszone, die das Fluid bei seinem Durchgang durch ein eingehaustes Reaktionsmittelfestbett als Folge der physikalischen und/oder chemischen Reaktion zwischen einem oder mehreren Bestandteilen des Fluids dem Reaktionsmittelfestbett aufprägt, indem dessen Einhausung als fluiddynamisch wirksame Abdichtung derart ausgebildet ist, daß mindestens all jene Bewegungsrichtungskomponenten des Fluids, die antiparallel zu der vorbestimmten Ebene verlaufen, weitgehend ausgeschlossen sind oder daß all jene Bewegungsrichtungskomponenten, die antiparallel zu der vorbestimmten Geraden verlaufen, weitgehend ausgeschlossen sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Wasser vorgenommen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Gasen vorgenommen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung im Grundwasser in Grundwassermeßstellen oder Brunnen vorgenommen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Grundwassermeßstellen oder Brunnen als vorbestimmte Ebene die Horizontale gewählt wird und/oder als vorbestimmte Gerade die Vertikale gewählt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Abwasserkanälen vorgenommen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abwasserkanälen als vorbestimmte Gerade die Abwasserkanalachse gewählt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Richtungskomponenten Reaktionsmittelfestbetten mit definiert inhomogener Reaktionsmittelpackungsdichte eingesetzt werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Richtungskomponenten Reaktionsmittelfestbetten mit definiert inhomogener Reaktionsmittelpackungsdichte eingesetzt werden, die über mindestens einen flachen und/oder mindestens einen steilen Reaktionsmittelpackungsdichte-Gradienten vertilgen.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Richtungskomponenten Reaktionsmittelfestbetten mit homogener Reaktionsmittelpackungsdichte eingesetzt werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsmittel reaktive Pigmente eingesetzt werden.






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