DE69018021T2

DE69018021T2 - Verfahren zur in-situ-Beseitigung von Boden-Verunreinigungen.

Info

Publication number: DE69018021T2
Application number: DE69018021T
Authority: DE
Inventors: Johannes Breukelman
Original assignee: DSM NV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2010-11-17
Also published as: HUT65203A; EP0429137A1; ATE120107T1; EP0429137B1; HU907215D0; CS574290A3; NL8902879A; HU209902B; DE69018021D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur In-situ-Entfernung von Verunreinigungen aus dem Boden durch Gas-Strippen, wobei
a. das Stripp-Gas über mindestens eine Sonde nahe und/oder unter der Verunreinigung in den Boden eingeleitet wird,
b. die Verunreinigung mit dem Stripp-Gas verflüchtigt wird, so daß sie zum Bodenniveau aufsteigt,
c. die verflüchtigte Verunreinigung beim Aufsteigen durch eine biologisch aktive Schicht hindurchgeleitet wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur In- situ-Entfernung von Verunreinigungen aus dem tieferen Boden, d.h. unter der Dislokationslinie oder noch tiefer.
Ein solches Verfahren ist aus DE-A-3601490 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Boden durch Einleiten von Stripp-Gas in den verunreinigten Boden und Aussaugen desselben an der Oberfläche beschrieben. Beim Aufsteigen an die Bodenoberfläche strippt und verflüchtigt das Gas die Verunreinigungen aus dem Boden. Die Mischung aus Stripp-Gas und verflüchtigten Verunreinigungen wird dann unter einer Vakuumglocke aufgefangen und zu einer Chemosorptionsanlage transportiert. In dieser Anlage wird die Verunreinigung aus dem Stripp-Gas entfernt, welches Gas danach wiederverwendet werden kann.
Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß das aufgesaugte, verunreinigte Stripp-Gas über dem Bodenniveau gesammelt und verarbeitet werden muß.
Die Verunreinigung verbleibt im Chemosorptionsmaterial, welches dann in einem separaten Schritt gereinigt oder entsorgt werden muß.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines In-situ- Reinigungsverfahrens, welches bei einer relativ kurzen Reinigungsdauer einfach und kostengünstig ist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die verflüchtigte Verünreinigung in der biologisch aktiven Schicht abgebaut wird, welche Schicht durch Verbesserung des Bodens mit Zusatzstoffen vorbereitet worden ist.
Obwohl es im Prinzip möglich ist, eine im Boden an einer geeigneten Stelle bereits vorhandene biologisch aktive Schicht zu verwenden, ist es doch ein Vorteil, wenn der Boden mittels Zusatzstoffen in Form einer vorbereiteten biologisch aktiven Schicht verbessert wird.
Wenn die Verbesserung des Bodens auf oder gleich unter dem Bodennivau zur Bildung einer biologisch aktiven Schicht nicht oder kaum möglich ist, kann eine Kompostschicht mit einer Tiefe von einigen Dezimetern, die oben auf den Boden aufgebracht wird, verwendet werden.
Unter Verwendung einer oder mehrerer Sonden wird ein Stripp- Gas, vorzugsweise Luft, unter Druck unter und gegebenenfalls neben die Verunreinigung geblasen. Die Stellen für den (die) Auslaß (Auslässe) der Sonden(n) werden so gewählt, daß sich eine maximale Menge des Stripp-Gases durch den verschmutzten Boden zum Bodenniveau bewegt. Während das Stripp-Gas durch den verschmutzten Boden hindurchgeleitet wird, verflüchtigt sich die Verunreinigung, wonach sie zum Bodennivau mitgenommen wird. Wenn die Verunreinigung aus flüchtigen Materialien mit ausreichend hohem Dampfdruck (beispielsweise Acrylnitril, Benzol, Toluol, Perchlorethylen oder Trichlorethan) besteht, erfolgt eine solche Verflüchtigung durch Verdampfen. Die Verunreinigung wird mit dem Stripp-Gas in Form eines Dampfes mitgenommen, während das Gas durch den verschmutzten Boden hindurchgeht. Verunreinigungen können auch durch Umsetzung derselben mit einem Bestandteil des Stripp-Gases, beispielsweise einem Oxidationsmittel, wie einem Stripp-Gas, das mit aus der Ozonisierung von Luft erhaltenem Ozon angereichert ist, verflüchtigt werden. Die bei dem Verfahren gebildeten Reaktionsprodukte verflüchtigen sich, während das Stripp-Gas durch den verschmutzten Boden hindurchgeht und zum Bodenniveau aufsteigt. Ohne weitere Maßnahmen würde es zu einem unkontrollierten Austreten der verflüchtigten Verunreinigung am Bodennivau in die Atmosphäre kommen. Um dies zu verhindern, wird die verflüchtigte Verunreinigung, bevor sie austreten kann, durch eine biologisch aktive Schicht geleitet, in welcher die verflüchtigte Verunreinigung vollkommen oder teilweise abgebaut wird. Dieser Abbau kann unter aeroben Bedingungen stattfinden, beispielsweise, wenn die Verschmutzung aus Acrylnitril, Benzol oder Toluol besteht. Anaerober Abbau ist auch möglich und ist bei Verunreinigungen wie Perchlorethylen und Trichlorethan von Vorteil.
Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß das eingeleitete Stripp-Gas nicht abgesaugt und auf teure Weise aufbereitet werden muß. Somit ist das erfindungsgemäße In- situ-Reinigungsverfahren einfacher und kostengünstiger, da die Vakuumextraktion mit zugehörigen teuren Anlagen mit Aktivkohle und gegebenenfalls Verbrennungsofen weggelassen werden kann. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch schon nach kurzer Zeit eine Entsorgung von Verunreinigungen in hohem Ausmaß erreicht werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann ein relativ hoher Druckunterschied zwischen dem einströmenden und ausströmenden Stripp-Gas aufrecht erhalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein trockenes Stripp-Gas verwendet. Als Folge der Einleitung von trockenem Stripp-Gas wird der Boden trocken und nimmt die Porosität zu, so daß der Widerstand gegen den Durchgang von Stripp-Gas abnimmt. Wenn der Boden austrocknet, hält er auch weniger Verunreinigungen fest, und die Verdampfung wird gefördert.
Es ist auch möglich, das Stripp-Gas zu erwärmen. Dies erhöht die Wirkung der Trocknung des Stripp-Gases. Wenn die Verunreinigung lokal in flüchtige Bestandteile umgewandelt wird, wobei man beispielsweise ein Oxidationsmittel verwendet, führt das Erwärmen des Stripp-Gases auch zu einer höheren Umwandlungsrate und folglich zu einer kürzeren Reinigungsdauer. Durch Erwärmen des Stripp-Gases kann auch bei kaltem Wetter ein optimales Klima in der biologisch aktiven Schicht erreicht werden. Bei Einleitung eines trockenen und/oder erwärmten Stripp-Gases muß man jedoch stärker darauf achten, daß die biologisch aktive Schicht in einem guten Zustand gehalten wird. Beispielsweise kann die Temperatur in der biologisch aktiven Schicht mit erwärmtem Stripp-Gas auf der nötigen Höhe gehalten werden, und die biologisch aktive Schicht kann nach Bedarf zur Aufrechterhaltung der nötigen Feuchtigkeit bewässert werden.
Das Strömungsmuster des Gases im Boden kann durch Hindernisse, beispielsweise durch Verwendung von Wasserschirmen, beeinflußt werden. Ein derartiger Schirm kann beispielsweise aus einem Infiltrationsgraben rund um die Verunreinigung bestehen. Es ist auch möglich, luftdichte Abdeckungen oder Abdichtungen zu verwenden, die bereits vorhanden sind oder oben auf oder in der obersten Bodenschicht angebracht werden, wie beispielsweise Betonplatten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnungsfiguren und der typischen Ausführungsform näher erläutert, ohne jedoch auf diese eingeschränkt zu sein.
Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch den Boden mit einer darin enthaltenen Verunreinigung dar. Unter Verwendung einer Pumpe und einer oder mehrerer Sonden wird ein Stripp-Gas unter oder neben der Verunreinigung in den Boden eingeleitet. Das Stripp-Gas steigt auf und nimmt die verflüchtigte Verunreinigung mit sich. Die verflüchtigte Verunreinigung wird danach durch eine biologisch aktive Schicht, die am oder direkt unter dem Bodenniveau angeordnet ist, hindurchgeleitet und dort vollkommen abgebaut.
Fig. 2 ist eine experimentelle Anordnung im Labormaßstab. Stripp-Gas wird mittels einer Pumpe über einen Strömungsmesser durch eine erste Säule aus Wasser mit einer Verunreinigung hindurchgeleitet. Das so verunreinigte Stripp-Gas wird danach durch eine zweite Säule mit einer biologisch aktiven Schicht hindurchgeleitet. Sowohl nach der ersten als auch nach der zweiten Säule können zur Bestimmung des Verunreinigungsgrades Proben entnommen werden.

Beispiel I

Das Beispiel wird gemäß der in Fig. 2 dargestellten Anordnung durchgeführt. Eine Säule 1 mit einem Durchmesser von 200 cm² und einer Flüssigkeitshöhe von 60 cm enthält 12 Liter Wasser mit zugesetztem Acrylnitril (ACN). Bei Beginn des Versuchs beträgt die Konzentration im Wasser etwa 200 mg/l.
Durch diese Lösung wird eine regulierbare Menge Luft geblasen. Die Luft absorbiert ACN aus der Lösung und wird danach in den Boden der Säule 2 geleitet. Die Säule 2 mit einem Querschnitt von 314 cm² und einer Füllhöhe von 60 cm enthält 21,5 kg Bodenmaterial, das mit Zusätzen, beispielsweise Düngemitteln, Kompost, Strukturzusatzstoffen, biologisch aktivem Material und Spurenelementen, versehen ist. Mit diesen Zusätzen zum Bodenmaterial wird eine biologisch aktive Schicht erhalten. Der Luftstrom durch die Säulen wird mittels eines Strömungsmessers reguliert. Dieser Strömungsmesser ist auf die Austragsgeschwindigkeit der Säule 2 kalibriert.
Die ACN-Konzentration in dem der Säule 2 zugeführten und aus dieser ausgetragenen Material wird täglich unter Verwendung von Gastec-Röhrchen analysiert. Bei diesen Analysen wurden Gastec- Röhrchen im Bereich von 0,1-24 ppm (V) ab Tag 1 bis einschließlich Tag 31 verwendet, und ab Tag 32 bis einschließlich Tag 57 wurden Gastec-Röhrchen im Bereich von 0,1-300 ppm (V) verwendet. Außerdem wurden diese Analysen gas-chromatographisch (GC) überprüft. Zu regelmäßigen Zeiten wurde die ACN-Konzentration des Wassers in der Säule 1 durch Zusatz von ACN wieder auf ihre nötige Höhe gebracht.
Der Fortschritt der Messungen und die Resultate sind in den Diagrammen 1 und 2 gezeigt. Die Messung wurde mit einem Luftdurchsatz von 12 l/h begonnen. Zu diesem Zeitpunkt ist die biologisch aktive Schicht noch nicht genügend an ACN angepaßt; die Konzentration beim Austrag aus der Säule 2 steigt rasch an. Bei einem Luftdurchsatz von 5 l/h fällt die ACN-Konzentration beim Austrag aus der Säule 2 in der Folge auf unter die Nachweisgrenze. Dies bleibt so, selbst wenn nach 6 und 10 Tagen der Luftdurchsatz auf 12 bzw. 18 l/h erhöht wird. Eine Erhöhung auf 25 l/h führt jedoch zu einer Überbelastung der biologisch aktiven Schicht. Anderseits fällt die ACN-Konzentration unmittelbar nach Absenken des Luftdurchsatzes auf 18 l/h nach dem Austrag aus Säule 2 wiederum unter die Nachweisgrenze.
Auf der Basis dieser Meßdaten kann errechnet werden, daß bei einer Luftmenge von bis zu etwa 20 l/h (0,6m³/m².h) und ACN- Konzentrationen von 600 mg/m³ im chargierten Material die durch die biologisch aktive Schicht erreichte Entsorgungseffizienz höher als 99,9% ist. Volumsmäßig bedeutet dies eine spezifische Umwandlungsrate von mindestens 600 mg ACN/m³. Aufgrund der Meßergebnisse kann man auch zum Schluß kommen, daß die Entfernung nicht mit der Adsorption des ACN verbunden ist, sondern das Ergebnis eines biologischen Abbaus ist.

Beispiel II

Beispiel I wurde wiederholt, wobei man davon ausging, daß die Säule 1 12 Liter Wasser enthielt, dem anstelle von ACN Benzol zugesetzt war. Der Fortschritt der Messungen und die Ergebnisse sind in den Diagrammen 3, 4 und 5 gezeigt. Die Messung wurde mit einem Luftdurchsatz von 5 l/h, enthaltend 360 ppm (V) Benzol, begonnen. Beim Austrag aus der Säule 2 betrug die Benzolkonzentration 0,5 ppm (V). Innerhalb von 4 Tagen wurde der Luftdurchsatz auf 10 l/h erhöht, und die Benzolkonzentration beim Austrag aus der Säule 2 blieb auf 0,5 ppm (V). Nach 9 Tagen wurde der Luftdurchsatz auf 20 l/h erhöht, und die Benzolkonzentration wurde ebenso auf 900 ppm (V) erhöht. Dies führte jedoch zu einer Überbelastung der biologisch aktiven Schicht. Anderseits fiel unmittelbar nach dem Senken des Luftdurchsatzes auf 10 l/h die Benzolkonzentration beim Austrag aus der Säule 2 auf 0,5 ppm (V) zurück. Nach 14 Tagen wurde der Luftdurchsatz auf 15 l/h mit einer Benzolkonzentration von 625 ppm (V) erhöht. Die Benzolkonzentration beim Austrag aus der Säule 2 blieb auf 0,5 ppm (V). Nach 16 Tagen wurde der Luftdurchsatz auf 20 l/h, enthaltend 715 ppm (V) Benzol, weiter erhöht. Dies führte zu einer Erhöhung der Benzolkonzentration beim Austrag auf 2 ppm (V). Eine weitere Erhöhung des Luftdurchsatzes auf 25 l/h führte wiederum zu einer Überbelastung der biologisch aktiven Schicht, da die Benzolkonzentration beim Austrag weiter auf 3 ppm (V) anstieg. Jedoch unmittelbar nach dem Senken des Luftdurchsatzes auf 5 l/h fiel die Benzolkonzentration beim Austrag aus der Säule 2 wiederum auf 0,5 ppm (V). Schließlich war die biologisch aktive Schicht nach 28 Tagen so weit angepaßt, daß sie mit einem Luftdurchsatz von 30 l/h, enthaltend 810 ppm (V) Benzol, gut zurechtkam. Die Benzolkonzentration beim Austrag aus der Säule 2 verblieb auf 0,5 ppm (V).
Auf des Basis dieser Meßdaten kann man errechnen, daß bei einer Luftbelastung von bis zu etwa 1 m³/m².h und Benzolkonzentrationen von 4200 mg/m³ im zugeführten Material die von der biologisch aktiven Schicht erreichte Entsorgungseffizienz bei mehr als 99,9% liegt. Man kann daraus auch den Schluß ziehen, daß die Entfernung nicht mit der Adsorption des Benzols verbunden ist, sondern das Ergebnis eines biologischen Abbaus ist.

Claims

1. Verfahren zur In-situ-Entfernung von Verunreinigungen aus dem Boden durch Gas-Strippen, wobei

a. das Stripp-Gas über mindestens eine Sonde nahe und/oder unter der Verunreinigung in den Boden eingeleitet wird,

b. die Verunreinigung mit dem Stripp-Gas verflüchtigt wird, so daß sie zum Bodenniveau aufsteigt,

c. die verflüchtigte Verunreinigung beim Aufsteigen durch eine biologisch aktive Schicht hindurchgeleitet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die verflüchtigte Verunreinigung in der biologisch aktiven Schicht abgebaut wird, welche Schicht durch Verbesserung des Bodens mit Zusatzstoffen vorbereitet worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stripp-Gas Luft oder mit Ozon behandelte Luft eingeleitet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Sonden unter und/oder neben der Verunreinigung im Boden placiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein trockenes Stripp-Gas eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erwärmtes Stripp-Gas eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmuster des Stripp-Gases durch ein oder mehrere Hindernisse beeinflußt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmuster des Stripp-Gases durch ein oder mehrere Wasserschirme um den Verschmutzungsstoff herum beeinflußt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmuster des Stripp-Gases durch eine luftdichte Abdeckung oder Abdichtung, die oben auf oder in der obersten Bodenschicht angebracht wird, beeinflußt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß eine biologisch aktive Schicht, vorzugsweise Kompost, auf den Boden aufgebracht wird.