DE4008270A1 - Verfahren zur reinigung von kontaminierten boeden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von kontami­ nierten Böden, bei dem durch Bohrungen Luft aus dem kontaminierten, zur Oberfläche hin im wesentlichen luftdicht abgedichteten Boden an die Oberfläche geleitet wird.

Die Erfindung befaßt sich somit mit der in-situ-Reinigung von kontaminierten Böden, also insbesondere mit der Reinigung der oberhalb des Grundwasserleiters befindlichen ungesättigten Boden­ zone.

Es ist bekannt, aus dem Boden Luft abzusaugen, um dadurch das Partialdruckgleichgewicht zwischen der gelösten bzw. absorbierten Verunreinigung und der umgebenden Luft zu stören, so daß immer wieder Teile der Verunreinigung in die Gasphase übergehen und mit der Luft abgesaugt werden. An der Oberfläche findet dann eine Reinigung der Luft von den Verunreinigungen in einem Aktivkohle­ filter o. ä. statt. Damit dabei tatsächlich großräumig Luft aus dem Bodenbereich abgesaugt wird, ist es insbesondere bei gut durch­ lässigen Böden erforderlich, daß eine Abdichtung des Bodens zur Oberfläche hin existiert, um nicht im wesentlichen unbelastete Oberflächenluft anzusaugen und somit quasi einen Kurzschluß zu produzieren. Eine derartige Abdichtung liegt automatisch bei un­ durchlässigen Deckschichten des Bodens oder durch eine vorhandene Bebauung oberhalb des Kontaminationsortes vor. Ist eine solche Abdichtung nicht sowieso schon vorhanden, kann sie durch eine auf die Oberfläche aufgelegte luftundurchlässige Folie o. ä. hergestellt werden. Das Verfahren der Bodenluftabsaugung eignet sich vornehm­ lich für leichtflüchtige Kontaminationen und hat einen relativ geringen Wirkungsgrad, so daß die Sanierungsdauer erheblich ist. Ferner besteht das Problem, daß die Verunreinigung zwar aus dem Boden an die Oberfläche geholt wird, daß sie aber damit noch nicht beseitigt ist.

Es sind in-situ-Verfahren bekannt, bei denen ein mikrobieller Abbau der Kontaminationsstoffe angestrebt wird. Dabei wird der Kontami­ nationsort als überdimensionaler Bioreaktor betrachtet. Der "Sta­ tusbericht zur Altlastensanierung" März 1988, herausgegeben vom Bundesministerium für Forschung und Technologie, beschreibt derar­ tige Verfahren auf den Seiten 96 bis 103. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß versucht wird, über flüssige, bzw. schaumartige Träger geeignete Mikroorganismen in den Boden einzubringen und durch Berieselung oder durch den aufgebrachten Schaum Nährstoffe für die Mikroorganismen hinzuzufügen. Gegebenenfalls sind diese Maßnahmen mit einer Vorbereitung der Bodenoberfläche verbunden. Die Einbringung der Mikroorganismen in tiefer gelegene Boden­ schichten kann mit Hilfe von Schluckbrunnen erfolgen, durch die ein Mikroorganismen-Wasser-Nährstoff-Sauerstoff-Gemisch eingeführt wird, um Schadstofflinsen einzukreisen ("Biodetox-Tiefgrund-Ver­ fahren" a. a. O., Seite 98 bis 100).

Durch die DE-36 21 313 C2 ist es ferner bekannt, ohne die zusätz­ liche Einbringung von Mikroorganismen deren Entwicklungsmöglich­ keiten am Kontaminationsort durch eine erhebliche Überdüngung des Bodens zu fördern, um dadurch den mikrobiellen Abbau der Kontami­ nationsstoffe zu erreichen.

Die bekannten in-situ-Verfahren zur Reinigung der ungesättigten Bodenzone sind nicht geeignet, wenn leichtflüchtige Kontaminations­ stoffe adsorbiert sind oder wenn leichtflüchtige toxische Zwi­ schenprodukte entstehen, da diese durch den hierbei vorausgesetzten gut durchlässigen Boden an die Oberfläche treten und zu einer Luftkontamination führen.

Es sind ferner on-site-Verfahren bekannt, bei denen der verunrei­ nigte Boden ausgehoben und ggf. nach einer Aufbereitung mit geeig­ neten Auflockerungsmaterialien, die Mikroorganismen enthalten können, zu einer Miete angehäuft wird. Die Miete kann mit Belüf­ tungsrohren durchzogen sein und wird regelmäßig von oben mit nähr­ stoffhaltigem Wasser berieselt. Die hiermit erzielbaren Erfolge sind stark witterungsabhängig, wenn nicht in sehr aufwendiger Weise die Mieten durch Zelte abgeschlossen werden, wie dies beispiels­ weise durch EP-01 92 285 A1 oder durch DE-37 20 833 A1 (in Form von festen Gebäuden) bekannt ist. Hierdurch wird der durch den Aushub verursachte erhebliche Aufwand noch weiter gesteigert.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Problemstellung zugrun­ de, ein in-situ-Verfahren zur Reinigung von kontaminierten Böden der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß eine verbesserte Effektivität der Dekontamination erreichbar ist.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß das Ver­ fahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die den kontaminierten Boden entnonmene Luft gemessen, hinsichtlich wenigstens eines, die biologische Aktivität bestimmenden Parameters eingestellt in den kontaminierten Boden zurückgeleitet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Luftkreislauf etabliert, durch den die aus dem Boden entnommene Luft kontrolliert wieder zugeführt wird, und zwar im ungereinigten Zustand. Die dem Boden wieder zugeführte Luft ist dabei hinsichtlich der biologi­ schen Aktivität kontrolliert eingestellt. Regelmäßig wird dies dadurch erfolgen, daß die bei der mikrobiellen Umsetzung im Boden verbrauchte Sauerstoffmenge der dem Boden wieder zugeführten Luft durch Zugabe von Sauerstoff oder Frischluft ersetzt wird, so daß beispielsweise dem Boden immer Luft mit einem kontinuierlichen Sauerstoffgehalt zugeführt wird, der für die gewünschte mikrobielle Umsetzung, sei wie aerob oder anaerob, benötigt wird.

Im Unterschied zu den bisherigen Verfahren, bei denen die mikro­ biellen Abbauvorgänge im wesentlichen sich selbst überlassen und lediglich durch eine gelegentliche Zugabe von Nährstoffen gefördert worden sind, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kon­ trollierte Einhaltung der für die mikrobielle Aktivität günstigen Bedingungen ermöglicht.

Ein weiterer, für die mikrobielle Aktivität wesentlicher Parameter ist die Feuchte des Bodens. Auch diese kann durch den Luftkreislauf eingestellt werden. Es ist aber auch möglich, die Feuchtigkeit in der ungesättigten Bodenzone mit einer Unterflur-Tropfenbewäs­ serung im wesentlichen konstant zu halten. Mit der Unterflur-Trop­ fenbewässerung kann gleichzeitig der PH-Wert und der Nährstoffge­ halt in der ungesättigten Bodenzone für optimale Rahmenbedingungen für den mikrobiellen Abbau eingestellt werden.

Da der kontaminierte Bodenbereich zumindest weitgehend gasdicht abgeschlossen ist, können in ihm auch flüchtige toxische Kontami­ nationen abgebaut werden, ohne daß es zu einer Belastung der Um­ gebungsluft kommt. Vorzugsweise ist hierbei der Belüftungskreislauf abgeschlossen.

Sofern wegen einer fehlenden oder bereits vorhandenen Abdichtung des Bodenbereichs zur Oberfläche hin die Gefahr des Austritts von flüchtigen Kontaminationen besteht, kann die Abdichtung des kon­ taminierten Bodens zur Oberfläche hin durch eine auf die Oberfläche gelegte luftundurchlässige Plane erfolgen.

Die erfindungsgemäße Reinigung der ungesättigten Bodenzone wird in sehr vorteilhafter Weise dadurch ergänzt, daß gleichzeitig ein Wasserkreislauf mit dem unter dem kontaminierten Boden befindlichen Grundwasser ausgebildet wird, in dem das Wasser vom Grundwasser an die Oberfläche gepumpt, hinsichtlich wenigstens eines die mi­ krobielle Aktivität bestimmenden Parameters eingestellt und un­ gereinigt in das Grundwasser zurückgeleitet wird, wobei die Strö­ mungsgeschwindigkeit durch den Grundwasserleiter so niedrig ein­ gestellt wird, daß praktisch keine Veränderung des Grundwasser­ niveaus durch die Strömung hervorgerufen wird. Die Wiedereinleitung des ungereinigten Wassers hat - wie die Wiedereinleitung der un­ gereinigten Luft - den Vorteil, daß den Mikroorganismen, die sich von den Kontaminationsstoffen ernähren und diese abbauen, nicht die für ihre Vermehrung erforderlichen Nährstoffe verknappt werden. Darüber hinaus entsteht der Vorteil, daß die Kontaminationsstoffe nicht an der Oberfläche als Abfälle anfallen und gesondert entsorgt werden müssen. Demzufolge findet an der Oberfläche keine Reinigung des Wassers statt, allenfalls ist eine Entmineralisierung, insbe­ sondere eine Enteisenung, zweckmäßig, da ausfallende Eisenverbin­ dungen die Poren des Grundwasserleiters zusetzen und dessen Durch­ lässigkeit vermindern können.

Die ebenfalls in einem vorzugsweise abgeschlossenen Wasserkreislauf vorgenommene Festlegung der mikrobiellen Aktivität erfolgt vor­ zugsweise durch die Einstellung des Sauerstoffgehalts. Hierzu wird der Sauerstoffgehalt des aus dem Grundwasserleiter kommenden Was­ sers gemessen und vor dem Einleiten in den Grundwasserleiter durch Zugabe von Sauerstoff oder Sauerstoffdonatoren in der gewünschten Weise eingestellt.

Das Wasser für die Unterflur-Tropfenbewässerung der ungesättigten Zone kann vorzugsweise aus dem Wasserkreislauf abgezweigt werden. Um die ungesättigte Zone nicht mit kontaminiertem Wasser zu bela­ sten, wird das für die Unterflur-Tropfenbewässerung abgezweigte Wasser, vorzugsweise biologisch, gereinigt und aufbereitet und ggf. mit den gewünschten Zusätzen für die PH-Wert-Einstellung und die Einleitung von Nährstoffen in die ungesättigte Bodenzone ver­ sehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt damit in einer einfachen und kostengünstigen Weise eine sehr kurzzeitige, praktisch voll­ ständige Reinigung der ungesättigten Bodenzone und des darunter befindlichen Grundwasserleiters durch die Ausbildung eines vor­ zugsweise geschlossenen Luftkreislaufs unter Einbeziehung der ungesättigten Bodenzone und eines vorzugsweise geschlossenen Was­ serkreislaufs unter Einbeziehung des Grundwasserleiters. Mit diesen überwachten Kreisläufen lassen sich Boden und Grundwasser in-situ in bisher nicht für möglich gehaltener kurzer Zeit von wenigen Monaten bis auf eine kurzzeitig nicht abbaubare Restverunreinigung abbauen. Zur Beseitigung der Restverunreinigungen können über den Bewässerungskreislauf vorzugsweise biologisch abbaubare Detergen­ zien oder über den Belüftungskreislauf Ozon zugeführt werden. Mit diesen Zusatzmitteln gelingt es, auch die sonst nicht kurzzeitig abbaubaren Restverunreinigungen einem mikrobiellen Abbau zuzufüh­ ren, so daß danach die Sanierungsmaßnahme beendet ist.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Reinigungsverfah­ rens mit einem geschlossenen Luftkreislauf und einem geschlossenen Wasserkreislauf

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufbereitungs­ anlage für den Wasser- bzw. Luftkreislauf

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungs­ beispiel für die Anordnung von Infiltrationsbrunnen und Saugbrunnen sowie deren Verbindung zur Aufbe­ reitungsstation.

Fig. 1 zeigt zwei Infiltrationsbrunnen 1 sowie einen Saugbrunnen 2, der zwischen den Infiltrationsbrunnen 1 angeordnet ist. Alle Brunnen 1, 2 erstrecken sich durch eine ungesättigte Bodenzone 3 und einen Grundwasserleiter 4 hindurch. In Fig. 1 ist die Grenze 5 zwischen der ungesättigten Bodenzone 3 und dem Grundwasserleiter 4 schematisch eingezeichnet. Eine Leitungsführung in den Infiltra­ tionsbrunnen 1 und dem Schluckbrunnen 2 sorgt dafür, daß in die ungesättigte Bodenzone 3 Luft austritt, während in den Grundwas­ serleiter 4 Wasser gepumpt wird. Mit dem durch den Grundwasser­ leiter 4 geflossenen Wasser, das vom Saugbrunnen 2 mit Hilfe einer Wasser-Umwälzpumpe 6 wieder an die Oberfläche geholt wird, bildet sich ein Wasserkreislauf 7 aus, der als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist. Über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Meßstation wird der Sauerstoffverbrauch beim Durchlaufen des Grundwasserlei­ ters 4 gemessen und Sauerstoff aus einem Sauerstoffvorrat 8 ent­ sprechend nachgeführt, so daß in den Grundwasserleiter 4 immer Wasser mit einem gewünschten Sauerstoffgehalt eingeleitet wird. Eine Luft-Umwälzpumpe 9 pumpt die Luft in einem Luftkreislauf 10 um, in dem an der Oberfläche ein CO₂-Adsorber 11 eingeschaltet ist, um ein ständiges Anwachsen des Stoffwechselproduktes CO₂ der Mikroben zu verhindern. In analoger Weise wie beim Wasserkreislauf 7 wird die aus der ungesättigten Bodenzone 3 hochgepumpte Luft auf den Sauerstoffgehalt überprüft und Sauerstoff aus dem Sauer­ stoffvorrat 8 zugegeben, um mit dem Luftkreislauf 10 Luft mit einem konstanten Sauerstoffgehalt in die ungesättigte Bodenzone 3 ein­ zupumpen.

Die Strömungsgeschwindigkeiten von Luft und Wasser sind so gering, daß ein Mitreißen von Mikroorganismen möglichst vermieden wird. Spüleffekte werden im Grundwasserleiter nicht angestrebt, da sie der Ausbildung eines Biofilms an den Partikeln im Grundwasserleiter nur hinderlich wären. Demzufolge wird eine Strömungsgeschwindigkeit im Grundwasserleiter 4 angestrebt, durch die die geförderte Was­ sermenge zwischen 0,075 bis 0,2 m³/h pro Meter Mächtigkeit des Grundwasserleiters 4 ist. Diese Strömungsgeschwindigkeit liegt weit unter dem für hydraulische Maßnahmen realisierten Strömungs­ geschwindigkeiten, die auch zu einem erheblichen Ansteigen des Grundwasserspiegels 5 führen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Anhebung des Grundwasserspiegels praktisch vermieden, eine Anhebung des Grundwasserspiegels findet höchstens lokal um die Infiltrationsbrunnen 1 herum um wenige Zentimeter statt.

Zur Vermeidung des Austretens flüchtiger Kontaminationsstoffe aus der ungesättigten Bodenzone 3 ist diese an der Oberfläche mit einer luftundurchlässigen Plane 12 abgedeckt, so daß einerseits der Austritt von flüchtigen Gasen vermieden wird und andererseits der Eintritt von Fremdluft in den Luftkreislauf 10 weitgehend vermeid­ bar ist.

Fig. 2 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel für die an der Ober­ fläche in den Luftkreislauf 10 bzw. Wasserkreislauf 7 eingeschal­ tete Stufen. Das im Wasserkreislauf 7 aus dem Saugbrunnen 2 an die Oberfläche geholte Wasser gelangt in ein Absetzbecken 13, in dem mitgerissene Feststoffe aus dem Kreislauf herausgenommen werden sollen. Anschließend gelangt das Wasser in eine Meßstation 14, in der beispielsweise der Sauerstoffgehalt des hochgepumpten Wassers gemessen wird. Über einen Durchflußmesser 15 gelangt das Wasser in eine Phasentrennstufe 18, in der nicht-wäßrige Phasen abgetrennt werden. In Anschluß daran ist es möglich, aus einem Vorratstank 17 Nährstoffe oder Detergenzien zuzufügen und darüber hinaus Frischluft, in diesem Fall aus dem Luftkreislauf 10 nach einer gewissen Reinigung hinzuzufügen, um den Sauerstoffgehalt des Was­ sers einzustellen. Das Wasser gelangt dann über Ventile 18 in Infiltrationsbrunnen und somit in den Grundwasserleiter 4 zurück.

Die aus dem Saugbrunnen austretende Luft gelangt in ein CO₂-Filter 19 und in eine anschließende Luftwäsche 20. Anschließend gelangt die Luft in einen biologischen Luftfilter 21, in dem Schadstoffe zusätzlich mikrobiell abgebaut werden.

Die Luft gelangt dann über eine Sammelleitung und Durchflußmessern 22 in die Infiltrationsbrunnen 1 zurück. In die Leitung kann bei Bedarf Ozon aus einem Ozonvorrat 23 eindosiert werden, wenn dies zur Beseitigung von Restkontaminationen vorteilhaft erscheint.

Aus dem Wasserkreislauf 7 wird in dem dargestellten Ausführungs­ beispiel Wasser vor dem Eintritt über die Ventile 18 in die In­ filtrationsbrunnen 1 abgezweigt und gelangt in einen biologischen Reaktor 24, in dem das Wasser biologisch gereinigt wird. Das Wasser wird anschließend in einem Absetztank 25 und einem Sammeltank 26 in aufbereiteter Form bevorratet und dosiert in eine Unterflur- Bewässerung 27 eingeleitet. Dabei können aus einem Dosiertank 28 Nährstoffe, Detergenzien usw. zugeführt werden. Über eine Ab­ zweigleitung 29 und eine Meßstation 30 kann aufbereitetes Wasser dem biologischen Abluftfilter 21 zugeführt werden.

Fig. 3 verdeutlicht eine mögliche Anordnung von Infiltrations­ brunnen 1 und Saugbrunnen 2 in Relation zueinander. Dabei strömt das eingepumpte Wasser beziehungsweise die eingepumpte Luft zu relativ wenigen Saugbrunnen 2. Für jeweils zwei Infiltrationsbrun­ nen 1 ist ein Saugbrunnen 2 vorgesehen. Der Abstand zwischen dem Infiltrationsbrunnen 1 und dem Saugbrunnen 2 beträgt dabei immer etwa 5 m. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich auch ein größe­ res Kontaminationsgebiet gleichzeitig mit jeweils einem Luftkreis­ lauf 10 und einem Wasserkreislauf 7 gleichzeitig in der ungesät­ tigten Bodenzone 3 und im Grundwasserleiter 4 reinigen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Reinigung von kontaminierten Böden (3), bei dem durch Bohrungen (2) Luft aus dem kontaninierten, zur Oberfläche hin im wesentlichen luftdicht abgedichteten Boden (3) an die Oberfläche geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem kontaminierten Boden (3) entnommene Luft gemessen, hinsichtlich wenigstens eines die biologische Aktivität be­ stimmenden Parameters eingestellt und in den kontaminierten Boden (3) zurückgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wenigstens ein die biologische Aktivität bestimmender Para­ meter der Sauerstoffgehalt der Luft ausgewählt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Parameter die Feuchte der Luft eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein geschlossener Luftkreislauf (10) ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdichtung des kontaminierten Bodens (3) zur Oberfläche hin durch eine auf die Oberfläche gelegte luftundurchlässige Plane (12) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feuchte in dem von der Luft durchströmten Boden (3) durch eine Unterflur-Bewässerung eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Unterflur-Bewässerung dem Boden Nährstoffe zugeführt wer­ den.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß gleichzeitig ein Wasserkreislauf (7) mit dem unter dem kontaminierten Boden (3) befindlichen Grundwasser (4) ausgebildet wird, in dem das Wasser vom Grundwasser (4) an die Oberfläche gepumpt, hinsichtlich wenigstens eines die mikrobielle Aktivität bestimmenden Parameters eingestellt und ungereinigt in das Grundwasser (4) zurückgeleitet wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch den Grundwasserleiter (4) so niedrig eingestellt wird, daß praktisch keine Verän­ derung des Grundwasserniveaus durch die Strömung hervorgerufen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser an der Oberfläche einer Enteisenungsbehandlung unter­ worfen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der mikrobiellen Aktivität der Sauerstoffgehalt des Wassers im Grundwasserleiter (4) gemessen und vor dem Wiedereinleiten in den Grundwasserleiter (4) eingestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wasserkreislauf (7) abgeschlossen ausgebil­ det ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7 und einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterflur- Bewässerung Grundwasser (4) aus dem Wasserkreislauf (7) ab­ gezweigt und an der Oberfläche aufbereitet wird.