DE19643364A1

DE19643364A1 - Modularer Festbettreaktor zur Abreinigung von Böden und Substraten

Info

Publication number: DE19643364A1
Application number: DE1996143364
Authority: DE
Inventors: Peter Freitag; Wilfried Dr Goerler; Walter Schumann
Original assignee: UMWELTFORSCHUNG GROSBEEREN GMB
Current assignee: UMWELTFORSCHUNG GROSBEEREN GMB
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-04-16

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft modulare bepflanzte Festbettreaktoren (Biofresher) für beschleunigte, weitgehend natürliche Abreinigung von mit Schwermetal len und/oder organischen Schadstoffen belasteten Böden und Substraten, wie zum Beispiel Klärschlämme und Gewässersedimente. Sie werden nach der biologisch-physikalischen Behandlung wieder in den Stoffkreislauf zurückgeführt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte technische Lösungen mit ähnlichen Aufgabenstellungen sind in den Patentschriften DE 43 23 610 C1 als Biopolder bezeichnet und in DE 41 42 085 A1 als schichtweise gelagertes Haufwerk beschrieben worden. In DE 43 23 610 C1 wird die Grenze zwischen einer aeroben und einer anaeroben Zone als über den Behandlungszeitraum gleichbleibend beschrie ben. Der Schichtaufbau von unten nach oben besteht aus einer Eisenerz schicht, die anaerob geführt wird. Darüber liegt die Substratschicht, in der aerobe Verhältnisse herrschen. Der Schadstoffabbau erfolgt bekannter maßen durch die Wechselwirkung von oxidativen und reduktiven Prozessen. Diese Art der Anordnung erschwert die maschinelle Trennung des Eisenerzes vom Substrat, wenn der Abreinigungsvorgang beendet ist. Bei erhöhten Schwermetallwerten im Substrat ist auch kein vorzeitiger Austausch des Eisenerzes möglich. Die Summe der angelagerten Schwermetalle ist in den beschriebenen technischen Lösungen nicht zu beeinflussen, da das Eisenerz während der Behandlungsdauer unter dem abzureinigenden Substrat liegt. Die Abnehmer für das Eisenerz schreiben Grenzwerte für den Schwermetall gehalt vor, die nicht überschritten werden dürfen.

Bepflanzte Festbettreaktoren zur Vererdung von kommunalen, in der Regel unbelasteten Klärschlämmen, sind u. a. in WISSING, F.: Wasserreinigung mit Pflanzen S. 42-47 (Ulmer, Stuttgart 1995) beschrieben.

Die bekannten Lösungen sind vorwiegend für eine kleinmaßstäbliche Ausle gung konzipiert.

Nach dem Kreislaufwirtschaftsgesetz werden künftig solche Medien, wie relativ schwach belastete Böden, Substrate, Klärschlämme und Gewässerse dimente mit einem Gehalt an organischer Substanz über 5%, die in dieser Form nicht mehr deponiert werden dürfen, in weit stärkerem Maße anfallen.

Der Entsorgungspfad der Verbrennung wird aus wirtschaftlichen und Kapazi tätsgründen weiterhin vorwiegend den stark belasteten Chargen vorbehalten bleiben.

Wege zu einer umweltgerechten Zwischenlagerung und gleichzeitiger Behandlung mit dem Ziel der überwiegenden Wiederverwertung der abge reinigten Substrate bzw. Komponenten gewinnen künftig an volkswirtschaftli cher Bedeutung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, mit Hilfe bepflanzter Festbettreaktoren (Biofresher) praktikable, standortunabhängige, problemlos rückbaubare und umweltge rechte, naturangepaßte Verfahren und Anlagen zur Zwischenlagerung, Behandlung, und beschleunigten Abreinigung und Wiederrückführung in Stoffkreisläufe von mit Schwermetallen und/oder mit organischen Schadstof fen belasteten Böden und Substraten zu schaffen.

Durch Zugabe organischer Säuren aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie wird dabei die Mobilität der Schwermetalle erhöht.

Durch ein modulares Wechselsystem wird das Eisenerz je nach Schwerme tallaufnahme ausgetauscht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Festbettreaktoren (Biofresher) und andere Anlagenteile zur beschleunigten Abreinigung von belasteten Böden und Substraten ausgelegt werden.

Die Adsorption von Schwermetallen erfolgt durch lastabhängige Prozeßfüh rung in externen mit Eisenerz gefüllten Filtermodulen, um bei Erreichen des Sättigungszustandes des Eisenerzes mit Schwermetallen und anderer Grenzwerte eine Rückführung und einen sofortigen direkten Austausch durch zuführen, um die Verhüttungsfähigkeit des Erzes zu gewährleisten. Dadurch wird in Abhängigkeit von der Schwermetallzufuhr der Bedarf an Eisenerz auf die tatsächlich benötigte Menge beschränkt.

Mit dem Anlegen eines Gleichspannungspotentials und bei Bedarf einer Zugabe von Elektrolyten, vorzugsweise in Form von Mineraldüngern, wird dabei die Mobilität der Schwermetallionen erhöht und zielgerichtet beeinflußt. Anoden werden vorzugsweise in die obere Substratschicht des modularen Biofreshers und Kathoden in das mit Wasser gefüllte Drainrohr bzw. in die Basis des Mediums eingebracht.

Die Wasserführung im Festbettreaktor und den Filtermodulen wird so gestal tet, daß sie ein Kreislaufsystem unter Einbeziehung einer Pflanzenkläranlage ergibt.

Durch die Steuerung des Wasserpegels mit vom Behandlungsbeginn relativ hohem Stand zu einem tendenziell abnehmenden Niveau wird das Wurzel wachstum der auf die Oberfläche gepflanzten Sumpfpflanzen in einer ausge wogenen Mischung aus flach und tiefwurzelnden Arten zielgerichtet zum Auf schluß durch Wurzeln bis zur Drainschicht geführt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Fig. 1 Querschnitt des Festbettreaktors;

Fig. 2 Verfahrensschema Festbettreaktor;

Fig. 3 Seitenansicht Eisenerz-Container.

Ein modularer Festbettreaktor (Biofresher) wird in der Draufsicht vorzugsweise in Form eines langgestreckten Rechtecks ebenerdig mit Massenausgleich angelegt und der Aushub dient zur Formung der begrenzenden Dämme 1. Zum Schutz des Grundwassers wird eine Folienauskleidung 2 vorgenommen, die oberflächlich durch ein Bauvlies 5 geschützt wird. Darauf liegt eine tragfä hige befahrbare Drainschicht 7 mit Drainrohren 10 aus inerten Materialien. Darüber wird ein Trennvlies 6 gebreitet, um darauf das belastete Substrat 4 einzufüllen. Die langgestreckte Bauform erlaubt ein nach der jeweiligen Char gengröße stufenlos zu gestaltendes Aufnahmevolumen. Die Befüllung durch direktes Befahren mit Transportfahrzeugen erfolgt bereits, wenn drei Seiten fertiggestellt sind. Der letzte Damm auf einer Schmalseite wird erst nach Abschluß der Befüllung geschlossen.

Die Oberfläche des modularen Biofreshers wird nach Einebnung und des in Abhängigkeit von der Jahreszeit zu bevorzugenden Pflanzenartensortiments mit einer Sofortbegrünung gegen Wind- und Wassererosion geschützt. Danach erfolgt eine gezielte Bepflanzung mit bei der Abwasserbehandlung (Pflanzenkläranlage 12) bereits bewährten Sumpfpflanzen 3 in der Funktion als Repositionspflanzen.

Die Pflanzen nutzen den Biofresher als Standort und durchwurzeln ihn inten siv. In der Draufsicht ist der Pumpensumpf 8 zu sehen, der mit installierter Pumpe 9 der Regelung des Wasserstandes und damit dem gezielten Wurzel wachstum dient. Regner 19 oder Tropfschläuche auf dem Biofresher dienen der Anwachsberegnung für die Pflanzen, der Feuchthaltung in Trockenzeiten sowie der Prozeßführung für die Substratreifung, da die natürlichen Nieder schläge nicht ausreichen.

Unter besonderen Standortbedingungen, unter denen keine Zusatzbewässe rung möglich ist, werden mit autarker Energieversorgung und verlängerten Laufzeiten die Abreinigungsprozesse durchgeführt.

Die systematische Absenkung des Wasserstandes wird über ein Teleskoprohr 17 im Pumpensumpf am Ende des Drainrohres 10 eingestellt Das aus dem Pumpensumpf 8 geförderte Prozeßwasser gelangt zur Schwer metallbindung in extern aufgestellte mit Eisenerz gefüllte speziell mit einer Einströmvorrichtung versehene Schüttgutcontainer 11. Nach Erreichen der maximalen Aufnahmekapazität des Eisenerzes für Schwermetalle wird der Container gegen weitere aufnahmefähige Container ausgetauscht.

Das Prozeßwasser wird in einer Pflanzenkläranlage 12 und/oder einer Filter anlage 13 nachbehandelt, in einem Wasserspeicher 18 gesammelt und kann je nach Bedarf wieder zur Bewässerung eingesetzt werden.

Zur Beschleunigung und weiteren Besicherung der Abreinigungsprozesse ist ein elektrisches Potential in Form einer Anode 14 vorzugsweise im oberen Bereich des Substrates 4 und eine Kathode 15 im unteren Bereich, vorzugs weise im Drainrohr 10 eingebaut. Sie werden mit einer Gleichspannung betrie ben.

Um in Frostperioden einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, ist im Drainsystem oder an der Grenze zum Substrat eine geschlossene Zirkulationsleitung 16 für erwärmte Medien wie Luft oder Wasser eingebaut.

Die Anlage läßt sich durch die zuvor beschriebene Bauweise mehrfach nutzen, gleichzeitig ist ein problemloser Rückbau nach Entleerung durch Ver zicht auf ortsfeste Gründungsbauwerke gewährleistet.

Claims

1. Modularer Festbettreaktor zur beschleunigten Abreinigung von mit Schwermetallen und/oder organischen Schadstoffen belasteten Böden und Substraten dadurch gekennzeichnet, daß durch Anlegen eines definierten Spannungspotentials in Form einer Gleichspannung die Schwermetallmobilität zielgerichtet beschleunigt wird.

2. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (14) vorzugsweise in die obere Substratschicht (4) und die Kathode (15) in der Drainschicht (7), vorzugs weise ins Drainrohr (10) eingebaut wird.

3. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung im Niederspannungsbe reich, permanent oder intermittierend angelegt wird und dynamisch gesteu ert wird.

4. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein externes Filtermodul, gefüllt mit Eisenerz (11) vorzugsweise als modifizierter Schüttgutcontainer dem Biofresher beigestellt wird.

5. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am externen Filtermodul (11), gefüllt mit Eisenerz zusätzlich eine Anode im Bodenbereich und eine Kathode im obe ren Bereich angeordnet wird.

6. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß weitere externe Filtermodule (12 und 13) im System der Prozeßwasserableitung und -aufbereitung vor- und nachge schaltet sein können.

7. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßwasser aus der Zusatzbewässe rung und von natürlichen Niederschlägen aus einem Wasserspeicher modul (18) und im Drainsystem (7; 10), bestehend aus einer inerten befahrbaren Drainschicht (7) erfaßt wird, über die Pumpe(n) (9) im Pumpensumpf (8) in die Filtermodule (11 und 13) gefördert wird, und eine Pflanzenkläranlage (12) durchläuft.

8. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Teleskoprohres (17) im Pum pensumpf (8) und/oder entsprechende Pumpensteuerung zu Prozeßbe ginn mit einem hohen Wasserpegel gearbeitet wird, um das Wurzelwachs tum bei gesteuerter Absenkung des Wasserpegels in den sich absenken den Wasserhorizont zielgerichtet zu lenken.

9. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Befüllungs- und Entleerungsphase, in der eine Stirnseite offen ist, ein Austreten von Sickerwasser dadurch verhindert wird, daß die Wasserschutzfolie (2) bis auf Höhe der tragfähigen Drainschicht (7) hochgezogen wird und gleichzeitig über den Pumpenbetrieb ein Wasseraustritt verhindert wird.

10. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Schwermetallbewe gung einerseits natürliche organische Komplexbildner, wie beispielsweise Carbon-, Amino- und Zuckersäuren und andererseits Elektrolyte z. B. in Form von Mineraldüngern verwendet werden, die gegebenenfalls mit Hilfe des Bewässerungssystems appliziert werden.

11. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frostfreihaltung im Drainrohr (10) und/oder über der Drainschicht (7) eine oder mehrere Zirkulations leitung(en) (16) für erwärmte Heizmedien eingebaut sind.

12. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bepflanzung der Oberflächen auch Pflanzen zur Gewinnung nachwachsender Rohstoffe zum Einsatz kommen.

13. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die abgereinigten Böden und Substrate nach Passage des Biofreshers einer anschließenden Kompostierung und/oder Konditionierung unterzogen werden können, wobei die auf ihnen gewachsene Biomasse mit verwertet werden kann.

14. Modularer Festbettreaktor (Biofresher) nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein spezifizierter Biofresher (Dryfresher) ohne Zusatzbewässerung mit entsprechend verlängerten Laufzeiten zum Einsatz kommt.