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Frühwarnsystem Die automatischen Probenehmer

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Die automatischen Probenehmer

Die  wichtigsten Messstationen in Hamburg sind mit automatischen Probenehmern ausgestattet ,die bei einer Überschreitung des „gelben“ oder „roten“ Grenzwertes für den Alarmindex (siehe auch Alarmerkennung) direkt vom Stationsrechner angesprochen werden, um eine Probenahme des belasteten Wassers zu auszulösen. Diese sichergestellten Proben können anschließend im Labor analysiert werden.

Probenahmeprinzip

Um die Erfassung von Schadstoffwellen optimal gewährleisten zu können, werden in den Messstationen selbstentleerende Probenehmer eingesetzt, die sowohl im zeitproportionalen wie auch im ereignisproportionalen Betrieb arbeiten können. Sie reinigen auch die entleerten Flaschen selbsttätig.

Automatischer Probennehmer (Innenansicht)

Der Stationsrechner kann den Probenehmer bei Bedarf zwischen beiden Betriebszuständen umschalten. Die Probenehmer sind mit einem Flaschenkranz ausgestattet, der sich nach der Befüllung einer Flasche automatisch weiterdreht, um die nächste Flasche füllen zu können. Sind alle Flaschen auf dem Kranz gefüllt, wird die älteste Probe verworfen. Das heißt, die entsprechende Flasche wird geleert und damit für eine erneute Probenahme bereitgestellt. Eine Kühlung der Proben auf 6 °C gewährleistet eine möglichst geringe Veränderung der Proben während der Lagerung.

Im zeitproportionalen Betrieb werden in konstantem Abstand Proben entnommen. Die Probenamefrequenzen, sowie die Probenvolumina sind beliebig programmierbar. Hierdurch können Rückstellmischproben erzeugt werden, die je nach Einstellung des Probenehmers Aufschluss über die Inhaltsstoffe des Wassers in den vergangenen Stunden bis Tagen geben können. Im „Normalbetrieb“ läuft der Probenehmer im zeitproportionalen Betrieb. Erkennt der Stationsrechner einen „Alarm“, so wird der Probenehmer in den ereignisproportionalen Betrieb umgeschaltet.

Nach dem Wechsel in den ereignisproportionalen Betrieb wird sowohl die Probenahmefrequenz als auch das Probenvolumen verändert. Ziel dieser Probenahme ist es, mehrere größere „Stichproben“ bzw. eine möglichst große Probemenge aus dem Schadstoffpeak zu gewinnen.

Automatischer Probennehmer

Nach Beendigung der Ereignis-Probenahme bleibt der Probenehmer automatisch im Standbybetrieb stehen, bis die Proben abgeholt werden bzw. er manuell in den zeitproportionalen Betrieb zurückgesetzt wird. Diese Zurückschaltung kann in Hamburg über eine Fernsteuerung vorgenommen werden, so dass im Falle einer Fehlalarmierung (Plausibilisierung des Alarmes durch den Experten), der Aufwand für die Fahrt zur Messstation entfällt. Die einzelnen Arbeitsschritte des Probenehmers werden im Stationsrechner protokolliert, so dass die Befüllung der einzelnen Flaschen leicht nachvollziehbar ist und somit die Entnahme der relevanten Proben für die Laboranalyse einfach erfolgen kann.

Nur durch die Kombination der beiden Betriebszustände (zeitproportionaler und ereignisproportionaler Betrieb) kann eine sichere Erfassung der Schadstoffwelle gewährleistet werden. Ein rein zeitproportionaler Betrieb wäre nicht ausreichend, um beispielsweise bei kurz anhaltenden Schadstoffwellen eine optimale Probenahmefrequenz zu gewährleisten, die möglichst wenig verdünnte Proben der Schadstoffwelle garantiert. Eine alleinige ereignisproportionale Probenahme wäre aber ebenfalls unzureichend, weil zur Analyse im Labor eine Referenz- Wasserprobe benötigt wird, die vor der Schadstoffwelle aus dem Fluss entnommen wurde. Der Vergleich von belasteter und unbelasteter Probe erleichtert das Erkennen zusätzlicher Schadstoffkomponenten.

Weiterhin ist es durch den zeitproportionalen Betrieb eines selbstentleerenden Probenehmers möglich, auch Proben zu untersuchen, die nicht direkt durch eine Meldung des Stationsrechners veranlasst wurden und zeitlich zurückliegen, beispielsweise nach einem Wochenende und einer Meldung über den IWAE.

In der Regel wird der Probenehmer so eingestellt, dass bei einer Überschreitung des roten Alarmindex-Schwellenwertes eine Aktivierung der Ereignisprobenahme erfolgt. Wurde nur der gelbe Schwellenwert überschritten, können die Mischproben der zeitproportionalen Probenahme zur Analyse im Labor herangezogen werden.

Die folgende Abbildung stellt das Abfüllverhalten eines selbstentleerenden programmierbaren Probenehmers während eines Störfalles in einer unbemannten Messstation dar. Mit Überschreitung des roten Schwellenwertes für den Alarmindex wird das erste Ereignisprobenahme- Programm ausgelöst. Der Probenehmer wechselt vom zeitproportionalen Programm (Z) in das Ereignisprobenahme-Programm (E1). Die Abfüllzeit je Probenbehälter wird stark verkürzt und damit das Füllvolumen pro Zeiteinheit erhöht (V/t). Ziel dieser Probenahme (E1) ist es, eine möglichst konzentrierte Wasserprobe aus der Zeit der größten Veränderungen zu gewinnen.

Flaschenprotokoll

Ein anschließendes Ereignisprogramm (E2) ermöglicht es, zusammen mit der ersten Ereignisprobenahme (E1), den Konzentrationsverlauf der Substanzen zu verfolgen. Danach endet die Probenahme.

Im unteren Diagramm der Abbildung wird jede Flasche durch ein farblich unterlegtes Rechteck dargestellt. Der hier zu Grunde gelegte Probenehmer hat einen Flaschenkranz mit 15 Flaschen. Nach Eintritt des Standby- Betriebes können die hier symbolisch dargestellten Proben zur Analyse im Labor entnommen werden. Die 3 hellblauen Rechtecke zeigen die zurückgestellten Mischproben vor der Schwellenwertüberschreitung des Alarmindexes. Diese drei Probenahmegefäße haben eine relativ lange Abfülldauer und enthalten eine repräsentative Probe des Flusswassers vor der Gewässerveränderung (Programm Z).

Die roten Rechtecke symbolisieren die Proben, die direkt nach der Überschreitung des roten Schwellenwertes entnommen wurden und die Probewasser direkt aus dem Maximum der Schadstoffwelle enthalten (Programm E1). Diese Flaschen wurden in relativ kurzen Zeitintervallen abgefüllt. Die Anzahl der Flaschen im Programm E1 sollte nicht zu klein gewählt werden (hier 5), damit im Falle einer länger anhaltenden Anstiegsflanke des Schadstoffpeaks auch das Maximum erfasst werden kann.

Darstellung des Abfüllverhaltens eines automatischen Probenehmers während einer störfallbedingten Gewässerveränderung.

Die restlichen, orange dargestellten Probenahmegefäße sollen die Analyse des Schadstoffwellenverlaufes nach dem „Alarm“ ermöglichen. Daher sollte im Vergleich zum Programm E1 eine höhere Abfüllzeit für die Flaschen vorgesehen werden. Die Programme Z, E1 und E2 müssen aufgrund von Erfahrungswerten an dem jeweiligen Fluss bzw. Standort der Messstation vorprogrammiert werden. Bei der Programmierung ist dringend darauf zu achten, die jeweilige Flaschenanzahl so zu wählen, dass nach Eintritt des Standby-Betriebes auch Proben aus dem zeitproportionalen Programm (Z) im Probenehmer zurückbleiben.

Kontakt

Michael Lechelt

Wasseruntersuchungen-Wassergütemessnetz

Institut für Hygiene und Umwelt
Marckmannstraße 129b
20539 Hamburg
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