Projekt 14342/01

Entwicklung eines Meßgerätes zur On-line-Bestimmung von Radon in Wasser mit hoher Zeitauflösung

Projektdurchführung

Helmholtz Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ Sektion Analytik
Permoserstr. 15
04318 Leipzig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Optimierung des Abpumpvolumens von Grundwassermessstellen mittels Radon als Tracer kann der-zeit nur über zeitaufwendige Labormessungen realisiert werden. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Konstruktion und Produktionsüberführung eines Gerätes zur On-line-Messung von Radon in Wasser auf der Basis einer Messzelle, in der das Radon durch eine gasdurchlässige Membran aus dem Wasser in ein Luftvolumen (Trägergas) diffundiert, in dem es gemessen wird. Integrierte Sensoren für Leitfähigkeits-, Temperatur- und pH-Wert-Messung erlauben den Einsatz dieses Messgerätes für die Bestimmung des optimalen Abpumpvolumens von Grundwassermessstellen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wird angestrebt, unter Nutzung von bereits auf dem Markt vorhandenen und besonders geeigneten Radon-Detektoren (z.B. Lucas-Zellen oder speziellen Halbleiterdetektoren) und handelsüblicher Elektronik die Konzentration von Rn-222 im Wasser mit hoher Volumenauflösung und unter Feldbedingungen messen zu können. Neben der Radonkonzentration werden parallel auch die Parameter Leitfähigkeit, Temperatur und pH-Wert mit dem zu entwickelnden Gerät gemessen.
Für die Realisierung der direkten Messung der Radonkonzentration im Wasser, für die Prüfung weiterer Applikationen im Bereich umweltrelevanter Projekte, und letztendlich zur Bereitstellung eines marktfähigen Produktes durch ein mittelständisches Unternehmen sollen folgende Teilaufgaben gelöst werden:
· Theorie, Auswahl von Werkstoffen, Konstruktion, Bau von Prototypen
· Applikationen (Labor- und Felderprobung)· Prüfung der Adaptionsmöglichkeiten an handelsübliche Messtechnik und Erprobung neuer Lösungen
· Optimierung für den Einsatz bei den verschiedenen möglichen Anwendungen
· Vorbereitung von marktfähigen Produkten


Ergebnisse und Diskussion

Unter Berücksichtigung der vorgesehenen Anwendungsgebiete wurde das neue Messgerät so konzipiert, dass neben der Online-Radonmessung auch die Durchflussmenge und wesentliche konventionelle Leitkennwerte des Grundwassers (Leitfähigkeit, Temperatur und pH-Wert) mit erfasst werden können.Für die Abtrennung des Radons aus dem Wasser wurde das Prinzip der Diffusion durch eine poröse, hydrophobierte Membran genutzt. Die schlauchförmige Membran ist als Spirale angeordnet. In mehreren Schritten wurde schließlich eine optimierte, kompakte, leichte und damit gut transportable Diffusionszelle konstruiert, hydrodynamisch optimiert und gebaut, die für Durchflussmengen zwischen 3L/min und 30 L/min turbulente Strömung um die Austauschmembran und damit optimierten Radontransfer gewährleistet.
Zur Bedienung, Datenspeicherung und zur Visualisierung der online anfallenden Daten wurde ein umfangreiches Softwarepaket entwickelt. Weiterhin wurden Prüfverfahren und -vorschriften zur Qualitätssicherung der Strahlungsmesskomponenten und der Diffusionszelle erarbeitet.
Das gewünschte hohe zeitliche Auflösungsvermögen des Online-Radonmeßsystems konnte durch eine neuartige Messgasführung erreicht werden.In umfangreichen Laborexperimenten wurden die Leistungsparameter und vor allem die physikalischen Kenngrößen und deren Einfluss auf Nachweisempfindlichkeit und Auflösungsvermögen ermittelt.
Feldexperimente zur Grundwasserprobennahme und zu Trink- und Heilwassermischungsprozessen zeigen Funktions- und Leistungsfähigkeit des neuen Meßsystems.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Projektziele in vollem Umfang und termingerecht erreicht wurden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Zur Bekanntmachung der Projektergebnisse und damit auch zur Markterkundung und Marktinformation wurden Vorträge/Poster auf wesentlichen nationalen und internationalen Konferenzen, Workshops und Weiterbildungsveranstaltungen gehalten/präsentiert:
- 6th International Conference on Rare Gas Geochemistry (Curenavaca, Mexico, 2001),
- 4th International Conference on Isotopes (Kapstadt, Südafrika, 2002),
- International Conference on Groundwater Research (Kopenhagen, Dänemark, 2000),
- 33. Jahrestagung des Fachverbandes für Strahlenschutz e.V. (Gmunden, Österreich, 2000),
- Lehrgang Repräsentative Grundwasserprobennahme Bitterfeld 2000, (Veranstalter: LfUG, Sachsen; LfU Sachsen-Anhalt; UFZ)
Im Verlauf der Projektbearbeitung erfolgte eine internationale Patentanmeldung (PCT) durch das UFZ.
Diese öffentlichen Darstellungen lösten viele Anfragen von Interessenten aus.


Fazit

Im Verlauf der Projektbearbeitung hat sich eine sehr gute wechselseitige Zusammenarbeit zwischen den Kooperationspartnern herausgebildet und bewährt. Darüber hinaus konnten erfahrene Praxispartner und eine Landesbehörde speziell zu Fragen der Grundwasserbeprobung hinzugezogen werden, mit denen die aus Sicht der potentiellen Anwender zweckmäßige Gestaltung diskutiert wurde. Gemeinsam mit den beiden Unternehmen FST Freiberger Sensortechnik sowie OTT Hydrometrie, Kempten (Allgäu) wird an der Weiterentwicklung bzw. der Vermarktung des entwickelten Gerätes gearbeitet. Öffentliches Interesse bzw. Nachfragen nach dieser Messtechnik haben uns bzw. die Kooperationspartner dazu angeregt.