DE69431245T2

DE69431245T2 - Methode der beschleunigten biologischen reinigung

Info

Publication number: DE69431245T2
Application number: DE69431245T
Authority: DE
Inventors: Bradley S Glaze; Ronald Dean Horn; Terry Dean Horn; Kenneth R Warner
Original assignee: H & H Eco Systems Inc
Current assignee: H & H Eco Systems Inc
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2014-04-07
Also published as: KR960702009A; EP0695369B1; CA2159619A1; CA2159619C; DE69431245D1; EP0695369A4; CZ289901B6; CZ259795A3; EP0695369A1; ATE222815T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur beschleunigten Bioremediation von kontaminiertem Material und betrifft ein Verfahren zur Verwendung einer hierfür geeigneten Vorrichtung und betrifft insbesondere die beschleunigte Bioremediation von kontaminiertem Material, das mit chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmitteln behandelt wurde.
Die biologische Sanierung bzw. Bioremediation schließt im Allgemeinen den Abbau von kontaminiertem Material typischerweise durch die Tätigkeit Kontaminant-abbauender aerober Bakterien ein. Es ist relativ einfach, die aeroben Bedingungen, die für die Bakterien erforderlich sind, aufrechtzuerhalten, wenn dies in kleinem Maßstab praktiziert wird; es ist wesentlich schwieriger, dies in großem Maßstab durchzuführen. Das Unvermögen, im gesamten kontaminierten Material aerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten, hat einen anaeroben Zerfall bzw. Verwesung des Materials zur Folge, was weniger effizient und viel zeitaufwendiger als der aerobe Abbau vor sich geht. Dies stellt zu allen Zeitpunkten einen starken Anreiz zur Aufrechterhaltung aerober Reaktionsbedingungen bereit.
Der biologische Abbau von Kohlenwasserstoffen kann unter Verwendung spezialisierter Bakterien durchgeführt werden, die Kohlenwasserstoffe als ihre einzige metabolische Kohlenstoffquelle oder als Co-Metaboliten verwenden. Die Bakterien erzeugen Enzyme, die die kovalenten Kohlenwasserstoffbindungen der Kohlenwasserstoffe katalytisch spalten, so dass die kleineren sich ergebenden Moleküle durch die Zellwand der bakteriellen Organismen zu deren Ernährung hindurchtreten können. In einigen Fällen können die Bakterien Enzyme produzieren, die eine Kohlenstoffbindung an einer wechselnden Kohlenstoffquelle, wie beispielsweise einem Kohlenhydrat, spalten. Dieses gleiche Enzym kann ebenfalls den Kohlenwasserstoff spalten. Dies wird Co-Metabolismus genannt.
Zusätzlich zu einer Kohlenstoffquelle erfordern die meisten lebenden Organismen eine Ausgewogenheit weiterer Nährstoffe, wie beispielsweise Stickstoff, Phosphor, verschiedene Mineralien in Mikromengen etc., um effizienten Stoffwechsel betreiben und sich reproduzieren zu können. Jedes spezielle Nährmittel, das in einem vorgegebenen biologischen System fehlt, wird die Effizienz dieses Systems beschränken. Dies ist der "4-Grundnahrungsmittel-Gruppen"- Idee der menschlichen Ernährung ähnlich, die Protein als Stickstoffquelle, Kohlenhydrat als Kohlenstoffquelle, Molkereiprodukte als Fett- oder Fettsäurequelle plus Phosphor und eine große Anzahl von Gemüsen als Vitamin- und Mineralquelle einschließt. Obwohl die bakteriellen Anforderungen von denen der Menschen verschieden sind, ist ein ausgewogenes Ernährungssystem für eine optimale bakterielle Aktivität erforderlich.
Es existieren tausende identifizierte Stellen innerhalb der Vereinigten Staaten, die gefährliche Abfälle bzw. Sondermüll enthalten. Für die meisten dieser Stellen sind die anerkannten Verfahren zur Auflösung die Folgenden:
1. Bedecken und am Ort aufbewahren.
2. Beseitigung zu einer anerkannten Sondermülldeponie.
3. Am Ort Verfestigen mit Fixierungschemikalien.
Zusätzlich zu den allgemein bekannten Verfahren haben viele industrielle Einrichtungen biologische Lösungen verwendet, um eine Auflösung zu bewirken. Nur wenige biologische Aufreinigungen fanden vor der Wirksamkeit der RCRA- und TSCA-Gesetzgebung Anwendung. Nunmehr, unter den formalen Richtlinien der aktuellen Sondermüllvorschriften, kann die Anwendung einer biologischen Behandlung eine ökonomische Alternative zu den oben aufgelisteten Verfahren darstellen.
Die biologische Behandlung von Sondermüll-Chemikalien kann in den folgenden Formen stattfinden:
1. Behandlung von industriellem Abwasser durch biologische Oxidation mit einer NPDES- Erlaubnis.
2. Behandlung von Standort-Chemikalien durch kontrollierte Freigabe an ein System mit NPDES-Erlaubnis (viele Staaten erlauben dies durch eine zeitweilige Zulassungsänderung).
3. Behandlung von Sickerwasser, das unter Sondermülldeponien gesammelt wurde. In einigen Fällen kann ein Depressionskegel erzeugt werden, um organische Materialien mit rascher Geschwindigkeit auszuwaschen.
4. Landfarms mit Klärschlamm- und Feststoff-enthaltenden organischen Abfällen.
Das Landfarming ist aufgrund der großen Zahl an Gegenden mit kontaminierten Schlämmen bzw. Kärschlämmen und Böden von besonderem Interesse.
Ein Schlüsselproblem bei der Auflösung einer Sondermülldeponie ist die Erlaubnis für Landfarms. Oftmals ist die Erzielung einer derartigen Erlaubnis unter den existierenden Vorschriften nicht möglich. In den meisten Fällen beabsichtigten diese Vorschriften, neue Landfarms auszuweisen. Das Landfarming ist ein biochemisches Verfahren, das in niedrigen biologischen Reaktionsgeschwindigkeiten abläuft. Die Variablen, die die Gesamtreinigungszeit in einer Landfarm steuern bzw. kontrollieren, sind die initialen Substratkonzentrationen, die erwünschten Behandlungsniveaus, die Gegend, die für eine Landfarm zur Verfügung steht und die verstrichene Zeit zur Deponierung des dekontaminierten Klärschlamms oder Bodens. Viele Sondermülldeponien könnten in 6-12 Monaten erfolgreich einem Landfarming unterzogen werden, nachdem die Pilotarbeit abgeschlossen ist.
Die aktuelle Vorschrift für das Landfarming eines speziellen Ortes sollte für jeden Ort durch eine Kombination aus Pilottests und Praxis etabliert werden. Eine typische Vorschrift für das Landfarming einer Sondermülldeponie würde wie folgt lauten:

1. Charakterisierung des Ortes

Dies schließt zusätzliche Bodenbohrungen, Grundwasserüberwachung und chemische Analysen ein, um die Kontaminationseigenschaften des Ortes zu bestimmen.

2. Charakterisierung der organischen Bestandteile bezüglich ihrer biologischen Abbaubarkeit

Dies wird üblicherweise in der Behandelbarkeit von Chemikalien, die an diesem Ort zu finden sind, untersucht.

3. Charakterisierung des Bodens

Der Boden muss bezüglich seines pHs, Makronährstoffen (N, P, K), Mikronährstoffen (üblicherweise Spurenmetalle), Permeabilität, Feuchtigkeitsgehalt und anderer Bedingungen untersucht werden, die dessen Geeignetheit für das Landfarming bestimmen werden.

4. Kriterien für eine erfolgreiche Landbehandlung

Eine chemische Vorschrift wird aufgestellt, um eine Überwachung der Landfarn zu ermöglichen. Dies ist eine zweistufige Vorschrift, die aus Folgendem besteht:
A. Kontrolluntersuchungen, um eine rasche Bestimmung des Behandlungsfortschritts während des Landfarmings zu ermöglichen.
B. Objektives Toxizitätstesten, das angewendet werden soll, wenn Kontrollanalysen anzeigen, dass die Behandlung abgeschlossen ist. Dies schließt alle Tests für vorrangige Sickerwasserverunreinigungen ein.

5. Landfarm-Behandlung im Labormaßstab

Unter Verwendung der Ortseigenschaften wird die Landfarm simuliert und die Leistungsfähigkeit der Behandlung wird unter Beweis gestellt. Proben von dekontaminiertem Boden und Klärschlamm können als Referenzanalysen verwendet werden.

6. Design der Landfarm-Behandlung

Die Berater und Landfarm-Spezialisten bezeichnen den Teil der Stelle der Auflösung, der für die Landfarm verwendet werden soll und entwickeln Ausgrabungspläne, Belüftung- und Mischtechniken, Bewässerungsverfahren, Abfluss-Sammlung und die Entfernung von dekontaminiertem Boden und Beseitigungsverfahren.

7. Durchführung der Landfarm-Behandlung

Beginnend mit einer Oberflächenbehandlung an der zu verwendenden Stelle wird die Landfarm begonnen. Nach Kontrolltests, die ein erwünschtes Niveau der Behandlung zeigen, werden Toxikologie-Tests durchgeführt. Der Boden kann dann dekontaminiert und entfernt werden, falls dies erwünscht ist. Das Landfarming wird dann üblicherweise in 12 Zoll-(= 12"; 1' = 2,54 cm) Aushüben fortgesetzt.

8. Auflösung

Dekontaminierte Klärschlämme und Böden werden zu Nicht-Sondermülldeponien verbracht oder am Ort deponiert.
Die obigen Schritte sind schwierig und in ihrer Durchführung zeitaufwendig und für den Endverbraucher extrem kostspielig.
Es sind Maschinen zum physikalischen Mischen von Materialien, wie beispielsweise Kompost, auf diesem Gebiet bekannt, um aerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten. Ein Beispiel ist das US- Patent Nr. 4 300 065 auf den Namen Jenison et al. Der Jenison-Kultivator umfasst eine sich horizontal drehende Trommel mit eine Vielzahl von Kultivatorschaufeln in zwei schneckenförmigen bzw. spiral förmigen bzw. helikalen Reihen. Wenn die Trommel gedreht wird, wandern die Schaufeln seitlich durch einen Haufen von zu kompostierendem Material, um das Material zur Seite zu bewegen, und türmen diesen zu einem allgemein dreieckigen Haufen. Das '065-Patent beschreibt weiterhin weitere Kompostiermaschinen, wie beispielsweise den Scarab, verkauft von Scarab Manufacturing and Leasing, Inc. of White Deer, Texas. US-Patent Nr. 3 369 797 auf den Namen Cobey beschreibt eine Kompostwender- und Erddammbildungs- Maschine mit einer quer laufend befestigten Drehtrommel zum Wenden von Komposthaufen und die erneute Ablagerung des umgewendetem Materials in einem niedrigen Erddamm. Eine weitere Kompostiervorrichtung ist im US-Patent Nr. 4 019 723 auf den Namen Urbanczyk beschrieben. Das '723-Patent beschreibt einen mobilen Komposter für Dünger, der eine Drehtrommel über Massen von beimpftem Dünger bewegt, um diesen zu dreschen, zu vermischen und abzukühlen und diesen zu belüften, während die Teilchen zur selben Zeit befeuchtet werden. Nach Konditionierung und Befeuchtung wird das Material durch eine hintere Auslassöffnung zu einem Haufen geformt. Wie bei dem Cobey-Kompostierer bewegen sich die an der Trommel der Urbanczyk-Maschine befestigten Schlegel seitlich durch das zu kompostierende Material zum Dreschen und Mischen. US-Patent Nr. 4 478 520, ebenfalls auf den Namen Cobey, beschreibt eine Kompostwendemaschine, die einen Komposterddamm überspannt, während sie eine sich drehende Trommel zum Wenden des zu kompostierenden Materials trägt. Der '520-Kompostierer weist zusätzlich ein Bohreinstellsystem außerhalb der sich drehenden Trommel auf, um zusätzliches Material zu sammeln und dieses in der Bahn der sich drehenden Trommel abzulagern. Dies ist die Cobey-Maschine, auf die bereits früher Bezug genommen wurde.
Es existiert ein Bedarf nach einem Verfahren zur biologischen Sanierung, das die mit den oben beschriebenen Verfahren des Stands der Technik verbundenen Probleme überwindet, in dem die kontaminierenden Stoffe aus kontaminiertem Material in einer effizienten und beschleunigten Weise im Wesentlichen beseitigt werden.
Die DE-A-37 20 833 zeigt ein Verfahren zur biologischen Rekultivierungsbehandlung, bei der Boden, der mit Xenobiotika kontaminiert ist, von dem kontaminierten Ort entfernt und in einer Behandlungseinrichtung angeordnet wird, bei der der zu behandelnde Boden vom Unterboden getrennt, in Flüssigkeit eingeweicht und mit Mikroorganismen beimpft wird, die für diese Behandlung ausgewählt wurden, und geeignete Temperaturbedingungen und eine ausreichende Belüftung sind vorgesehen. Die Behandlung kann auf einer immobilen Bodenplatte durchgeführt werden, auf die der Boden in Form von Klemmschichten aufgebracht wird. Der Zweck der Grundplatte bzw. Grundschicht besteht darin, den Boden vom Untergrund zu trennen und Flüssigkeit aufzunehmen, die vom Boden ausgeschieden wird, und, falls zweckdienlich, zur Zuführung von warmer Luft an den Boden. Der Boden kann periodisch bearbeitet und auf dieser Grundschicht innig vermischt werden. Eine weitere Einrichtung kann als Behandlungstunnel entwickelt werden, in dem der Boden, der behandelt werden soll, in Schichten auf Laufwagen bzw. -schlitten oder -platten angeordnet wird. Letztendlich kann die Rekultivierungsbehandlung auch in einer Drehtrommel durchgeführt werden, durch die der Boden in Form einer losen Masse durch die Drehung der Trommel gefördert wird, was vorzugsweise periodisch durchgeführt wird. Die Masse wird mit heißer Luft, Wasser, flüssigem Nährmedium und Mikroorganismen versorgt und behandelt.
Die Anmelder haben den oben beschriebenen existierenden Bedürfnissen entsprochen und haben die mit dem oben beschriebenen Stand der Technik verbundenen Probleme durch die hierin dargelegte Erfindung überwunden.
Bei einer Form der Erfindung wird ein Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung zur beschleunigten biologischen Sanierung von behandeltem kontaminiertem Material bereitgestellt. Das Material wird mit chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien zur Erleichterung einer beschleunigten Bioremediation behandelt. Die Vorrichtung umfasst Mittel zur Erzeugung eines Schleppluftstromes mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit zum Mitschleppen des behandelten kontaminierten Materials zur Mikrofraktionierung des behandelten kontaminierten Materials. Auf diesem Wege wird die beschleunigte Bioremediation erleichtert.
Im Allgemeinen umfassen die Mittel zur Erzeugung eines Schleppluftstromes für behandeltes, kontaminiertes Material in einer vorherbestimmten Geschwindigkeit eine längliche Trommel mit einer Längsachse, ersten und zweiten Endabschnitten und einem zentralen Abschnitt. Die Trommel ist um ihre Längsachse in einer vorherbestimmten Drehgeschwindigkeit drehbar und es werden Mittel zur Erzeugung des Schleppluftstromes für das behandelte kontaminierte Material bereitgestellt, die sich aus der Trommel nach außen erstrecken. Der Schleppluftstrom für das behandelte kontaminierte Material umfasst eine Vielzahl vom Luftströmen, und die Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes umfasst eine Vielzahl von Schaufeln, die sich aus der zylindrischen Außenoberfläche der Trommel nach außen erstrecken. Typischerweise umfasst jede Schaufel einen Basisabschnitt, der mit der Trommel verbunden ist, und einen Schaufelabschnitt. Jeder Schaufelabschnitt weist eine Hauptoberfläche auf, die zur Erzeugung zumindest eines der Luftströme mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zum Mitschleppen und Transportieren von behandeltem kontaminierten Material von der Drehtrommel nach oben ausgerichtet ist, wenn die Trommel in einer vorherbestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht wird.
Der Schleppluftstrom für das behandelte kontaminierte Material umfasst eine Vielzahl von sich kreuzenden Luftströmen. Jeder der sich kreuzenden Luftströme weist eine ausreichende Geschwindigkeit zum Mitschleppen und Transportieren eines Teils des behandelten kontaminierten Materials aufwärts von der Luftstrom-erzeugenden Vorrichtung ein. Insbesondere umfasst das Mittel zur Erzeugung einer Vielzahl von sich kreuzenden Luftströmen eine Vielzahl von endständigen Schaufeln, die sich radial aus den ersten und zweiten Endabschnitten der Trommel heraus erstrecken. Jede endständige Schaufel kann einen Basisabschnitt, der an der Trommel befestigt ist, und einen Schaufelabschnitt umfassen. In diesem Fall weist der Schaufelabschnitt eine bezüglich der Trommel ausgerichtet Hauptoberfläche zur Erzeugung eines von der Trommel aufwärts und quer zum Zentralabschnitt der Trommel gerichteten Luftstromes auf, wenn die Trommel in einer vorherbestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht wird. Sie weist ebenfalls eine Vielzahl von zentralen Schaufeln auf, die sich aus dem Zentralabschnitt der zylindrischen Außenoberfläche radial nach außen erstrecken. Jede zentrale Schaufel umfasst einen Basisabschnitt, der mit der Trommel verbunden ist, und einen Schaufelabschnitt mit ersten und zweiten Hauptoberflächen. Die ersten und zweiten Hauptoberflächen sind bezüglich der Trommel zur Erzeugung eines direkt aufwärts und nach hinten und quer zu den ersten und zweiten Endabschnitten der Trommel gerichteten Luftstromes ausgerichtet, wenn die Trommel in einer vorherbestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht wird. Bei Gebrauch überschneiden sich die durch die End- und Zentralschaufeln erzeugten Luftströme und vereinigen sich, so dass sie einen Schleppluftstrom für das behandelte kontaminierte Material zur Mikrofraktionierung des behandelten kontaminierten Materiales bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schleppluftstrom für das behandelte kontaminierte Material einen wirbeligen Luftstrom, der das mitgeschleppte behandelte kontaminierte Material auf einer im Allgemeinen kreisförmigen Bahn transportiert. In diesem Falle können sich die End- und Zentralschaufeln aus der Trommel radial nach außen erstrecken, so dass sie in einer Vielzahl von helikalen Längsreihen angeordnet sind. Weiterhin kann die Trommel auch erste und zweite Übergangsabschnitte aufweisen, die sich zwischen dem Zentralabschnitt und den ersten und zweiten Endabschnitten befinden. Die ersten und zweiten Übergangsabschnitte der Trommel weisen eine Vielzahl von Endschaufeln und eine Vielzahl von Zentralschaufeln auf, die sich von dieser radial nach außen erstrecken.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur beschleunigten Bioremediation von behandeltem kontaminierten Material bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
a) Behandeln des behandelten kontaminierten Materials mit chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien zur Erleichterung einer beschleunigten Bioremediation hiervon,
b) Bereitstellen eines Schleppluftstromes mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zum Mitschleppen des behandelten kontaminierten Materials,
c) Mitschleppen des behandelten kontaminierten Materials in diesem Luftstrom,
d) Mikrofraktionieren des behandelten kontaminierten Materials und
e) Ablassen des mikrofraktionierten, behandelten Kohlenwasserstoff-haltigen kontaminierten Materials aus dem Luftstrom.
Auf diese Weise wird das behandelte kontaminierte Material beschleunigt biologisch saniert. Der Mikrofraktionierungsschritt umfasst vorzugsweise eine Homogenisierung und Belüftung des behandelten kontaminierten Materials. Den Schleppluftstrom umfasst vorzugsweise die Bereitstellung eines Schleppluftstromes, der eine Vielzahl von nach oben und quer strömenden, sich kreuzenden Luftströmen einschließt und umfasst besonders bevorzugt einen wirbeligen Schleppluftstrom. Typischerweise schließt der Schritt der Bereitstellung eines Schleppluftstromes den Schritt ein, die Trommel-Baugruppe m einer Drehgeschwindigkeit zu drehen, die zur Erzeugung des Schleppluftstromes ausreicht. Die Trommel-Baugruppe kann Mittel zum Erzeugen der Mehrzahl von sich kreuzenden Luftströmen einschließen, wenn die Trommel-Baugruppe gedreht wird. Typischerweise schließt der Schritt des Bereitstellens eines Schleppluftstromes den Schritt ein, eine Trommel-Baugruppe bei einer Drehzahl zu drehen, die zur Erzeugung des Schleppluftstromes ausreicht. Die Trommel-Baugruppe kann Mittel zum Erzeugen der Mehrzahl von sich kreuzenden Luftströmen, wenn die Trommel-Baugruppe gedreht wird, einschließen.
Bei einem bevorzugten Verfahren ist das behandelte kontaminierte Material mit einem Kohlenwasserstoff-Material kontaminiert und die beschleunigte Bioremediation des behandelten kontaminierten Materials umfasst eine beschleunigte Kettenspaltung des Kohlenwasserstoff- Materials. In einem anderen Fall, wenn nämlich das behandelte kontaminierte Material mit einem Kohlenwasserstoff-Material kontaminiert ist, erzeugt die beschleunigte Bioremediation aus dem behandelten kontaminierten Boden CO&sub2; und Wasser (H&sub2;O) und spült CO&sub2; aus diesem weg. Ein weiterer Fall existiert dort, wo das kontaminierte behandelte Material mit einem Kohlenwasserstoff-Material kontaminiert ist, und die beschleunigte Bioremediation eine Reduktion des Gesamtkohlenwasserstoff-Materials im behandelten kontaminierten Material umfasst.
Im Allgemeinen ist zumindest ungefähr 70%, vorzugsweise zumindest ungefähr 80%, besonders bevorzugt zumindest ungefähr 90% und am meisten bevorzugt, zumindest ungefähr 95% der beschleunigten Bioremediation des behandelten kontaminierten Materials innerhalb von 150 Tagen, vorzugsweise innerhalb von 120 Tagen, besonders bevorzugt innerhalb von 90 Tagen und am meisten bevorzugt innerhalb von 60 Tagen abgeschlossen. Darüber hinaus ist das Volumen des behandelten kontaminierten Materials, das beschleunigt bioremediatorisch durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelt wird, im Allgemeinen zumindest ungefähr 1150 m³ (1500 Kubik-Yards), vorzugsweise zumindest ungefähr 1530 m³ (2000 Kubik-Yards), besonders bevorzugt zumindest 1900 m³ (2500 Kubik-Yards), am meisten bevorzugt zumindest ungefähr 2300 m³ (3000 Kubik-Yards) pro Tag pro Vorrichtung.
Das Verfahren dieser Erfindung kann weiterhin den Schritt einschließen, dem behandelten kontaminierten Material vor dem Mikrofraktionierungsschritt Holzpartikel zuzusetzen. Dies fördert die Mikrofraktionierung und ermöglicht es dem Verwender, das Ausmaß, in dem das behandelte kontaminierte Material über eine vorgegebene Bodenmatrixfläche umverteilt wurde, visuell zu bestimmen. Die Menge der Holzteilchen, die dem behandelten kontaminierten Material vor dem Mikrofraktionierungsschritt zugesetzt werden, beträgt vorzugsweise bis zu ungefähr 20 Volumen% auf Grundlage des Gesamtvolumens des behandelten kontaminierten Materials.
Das Verfahren der vorliegendem Erfindung erzeugt ein behandeltes kontaminiertes mikrofraktioniertes Material mit großer Oberfläche. Die Oberfläche des behandelten kontaminierten nicht-mikrofraktionierten Materials kann nach dem Mikrofraktionierungsschritt im Vergleich zur Oberfläche des behandelten kontaminierten nicht-mikrofraktionierten Materials um einen Faktor von zumindest ungefähr 1 · 10&sup6;, vorzugsweise zumindest ungefähr 2 · 10&sup6;, besonders bevorzugt zumindest ungefähr 3,5 · 10&sup6; und am meisten bevorzugt zumindest ungefähr 5 · 10&sup6; erhöht werden. Insbesondere kann das gegenständliche Verfahren den Schritt einschließen, das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material aus dem Luftstrom auszuschleusen und dieses überall in einer Bodenmatrix umzuverteilen. Auf diese Weise wird die Oberfläche des durch Mikrofraktionieren behandelten kontaminierten Materials beträchtlich erhöht. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn lehmartige Böden behandelt werden.
Die meisten Remediationsprozesse des Stands der Technik können nicht bei Umgebungstemperaturen unter 10ºC durchgeführt werden. Wenn jedoch das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird, kann der vorher erwähnte hohe Grad der beschleunigten Bioremediation bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur aufrechterhalten werden, die nicht mehr als ungefähr 10ºC, vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 7ºC, besonders bevorzugt nicht mehr als ungefähr 3ºC und am meisten bevorzugt, nicht mehr als ungefähr 1ºC beträgt.
Ein Grund, warum die beschleunigte Bioremediation dieser Erfindung bei den niederen Umgebungstemperatur-Bedingungen durchgeführt werden kann, die im vorhergehenden Absatz beschrieben wurden, besteht darin, dass die gegenständliche Umsetzung bzw. Reaktion eine beträchtlichere Menge an exothermer Wärme als bekannte Remediations-Prozesse nach dem Stand der Technik erzeugt. Somit wird die beschleunigte Bioremediation vorzugsweise bei einer exothermen Temperatur durchgeführt, die innerhalb des kontaminierten Materials gemessen wird, von zumindest ungefähr 5ºC, besonders bevorzugt zumindest ungefähr 10ºC höher als die Durchschnittsumgebungslufttemperaturen von ungefähr 0 bis ungefähr 10ºC.
Wie bei der Behandlung des kontaminierten Materials mit den chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien wird bevorzugt, dass sie im gesamten umverteilten mikrofraktionierten behandelten kontaminierten Material dispergiert werden, wodurch die beschleunigte Bioremediation erleichtert wird. Die chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien weisen vorzugsweise im Wesentlichen organische Natur auf. Bei einer konventionellen Behandlung werden anorganische Materialien dem kontaminierten Material zugesetzt und reagieren, so dass sie über die Zeit hinweg im Bioremediationsprozess die erforderlichen organischen Materialien bilden. Diese Zeitverzögerung von der Einbringung der anorganischen Materialien auf die Behandlungsfläche bis zur Bildung des organischen Materials und des Starts einer signifikanten Remediation ist als Induktionszeit definiert. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Induktionszeit zur Umwandlung anorganischer Bodenverbesserungsmaterialien zu organischen Bodenverbesserungsmaterialien zur Durchführung der beschleunigten Bioremediation im Wesentlichen Null.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung schließen (a) die Anordnung einer dichten bzw. wasserdichten Unterdecke unter dem behandelten kontaminierten Material vor dem Mikrofraktionierungsschritt, wodurch verhindert wird, dass die chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien in den Boden ausgewaschen werden, der unter dem behandelten kontaminierten Material Liegt, und (b) eine Abdeckung über dem mikrofraktionierten behandelten kontaminierten Material ein, wobei die Abdeckung es einem beträchtlichen Anteil von Sonnenstrahlen ermöglicht, durch diese hindurchzutreten und in das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material einzutreten, wodurch die beschleunigte Bioremediation erleichtert wird und verhindert wird, dass Feuchtigkeit das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material aufweicht und verhindert wird, dass Feuchtigkeit aus dem mikrofraktionierten behandelten kontaminierten Material verdampft.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht der bevorzugten Vorrichtung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Rückansicht der Vorrichtung von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Ansicht der linken Seite der Vorrichtung von Fig. 1.
Fig. 4 ist eine Ansicht der rechten Seite der Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 5 ist eine Draufsicht der Vorrichtung von Fig. 1.
Fig. 6 ist eine Draufsicht der Vorrichtung von Fig. 1, konfiguriert zum Seitwärtsfahren.
Fig. 7 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung von Figur. 1, die so konfiguriert ist, das sie seitwärts geschleppt werden kann.
Fig. 7A ist eine Vorderansicht einer Kompostiervorrichtung, die in den Fig. 1A und 2A dargestellt ist, die so konfiguriert ist, dass sie durch Schleppen transportiert werden kann.
Fig. 7B ist ein vergrößerte Ansicht der Trommelwellenlager-Baugruppe.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht der rechten Seite der Trommel- und Schaufelbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Zentralabschnittes der Trommel- und Schaufelbaugruppe, die die gegenrotierenden, wirbeligen Luftströme darstellt, die erzeugt werden, wenn die Baugruppe gedreht wird.
Fig. 9A ist eine Unteransicht einer alternativen Trommel- und Schaufelbaugruppe.
Fig. 10 ist eine Draufsicht einer nach rechts gerichteten Schaufel.
Fig. 11 ist eine Draufsicht einer zentralen Schaufel.
Fig. 12 ist eine Draufsicht einer nach links ausgerichteten Schaufel.
Fig. 13 ist eine Seitenansicht einer nach rechts ausgerichteten Schaufel, die den Abscherbolzen darstellt und der die freigegebene Schaufel in durchscheinender Darstellung darstellt.
Fig. 14 ist eine perspektivische Vorderansicht einer kontaminierten Materialvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Tücher entfernt sind, so dass die Kammer- und Trommel-Baugruppe freigelegt ist.
Fig. 15 ist eine Draufsicht auf die Erddämme, die im behandelten kontaminierten Material vor der Mikrofraktionierung gebildet werden.
Fig. 16 ist eine Seitenansicht von Erddämmen, die im behandelten kontaminierten Material vor der Mikrofraktionierung gebildet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dahingehend, dass es an die bakterielle Aktivität von einem vollkommenen Ernährungsgesichtspunkt aus herangeht. Das gegenständliche Verfahren verwendet chemische und/oder biologische Bodenverbesserungsmaterialien, die eine organische Natur aufweisen und die ernährungsmäßig ausgewogen sind, so dass alle zum effizienten biologischen Abbau notwendigen Nährstoffe bereitgestellt werden, gleichgültig, welches kontaminierte Material vorliegt. Vorzugsweise ist das kontaminierte Material mit einem organischen Molekül kontaminiert. Zusätzlich sind diese chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien vorzugsweise teilweise wasserlöslich, um zu verhindern, dass diese sich aus den kontaminierten Fläche weg bewegen. Eine Migration der Chemikalien des Stands der Technik, wie beispielsweise Ammoniumnitrat, bedeutet beispielsweise eine Bewegung von 5 Inch (Zoll) in sandigen Böden für jeden Zoll Wasser, der aufgebracht wird. Weiterhin bewegen sich unter bestimmten pH-Bedingungen, wie alkalischen Bedingungen, Phosphate sehr langsam. Auf Grundlage dieser beiden Eigenschaften sind die für Bakterien erforderlichen Nährstoffe in einem anorganischen Nährsystem nicht effektiv und effizient verfügbar oder im Gleichgewicht.
Ein Bereich der Bioremediation, der oftmals übersehen wird, ist eine geeignete Balance bzw. Gleichgewicht im kontaminierten Boden mit Nährstoffen und Bakterien. Eine wichtige Voraussetzung für die Funktion der Bioremediation ist eine vollständige und komplett ausgewogene Ernährung. Die richtige Auswahl von bakteriellen Abbauern, ein neutrales Gleichgewicht des pHs sowohl im Boden als auch in Flüssigkeiten, die dem Boden zugesetzt werden, und ausreichend Wasser, Sauerstoff und Temperatur sind ebenfalls essentiell. Wenn irgendeiner dieser Faktoren sich nicht innerhalb bestimmter Parameter bewegt, wird die Bioremediation entweder verlangsamt oder insgesamt fehlschlagen.
Ein gesetzlich geschütztes Verfahren zur Aktivierung kommerzieller Bakterien wurde in einer derartigen Weise entwickelt, dass lebensfähige Zellmengen in vielen Fällen groß genug sind, um den normalen Zeitrückstand fast vollständig zu eliminieren. Ein Beweis hierfür wird durch Überwachung der Aufnahmegeschwindigkeit von gelöstem Sauerstoff durch die Bakterien, die eine Aktivierung durchmachen, demonstriert. Je mehr lebensfähige Zellen Stoffwechsel betreiben, desto mehr Sauerstoff ist für den Stoffwechsel bzw. Metabolismus erforderlich. Somit zeigt eine sehr hohe Aufnahmegeschwindigkeit von gelöstem Sauerstoff eine große, gesunde Bakterienpopulation an, wohingegen eine niedrige Aufnahmegeschwindigkeit von gelöstem Sauerstoff das Gegenteil anzeigt.
Im Ex-situ-Verfahren der vorliegenden Erfindung sollte der Erdboden von der kontaminierten Stelle entfernt und in niedrigen Erddämmen oben auf einer dauerhaften Decklage angeordnet werden, die im vorliegenden beschleunigten Bioremediations-Prozess als Unterlage dient. Diese Unterlage verhindert im Wesentlichen, dass unerwünschte Materialien, die im Ex-situ-Erdboden vorliegen, in den umgebenden nicht-kontaminierten Erdboden austreten, bevor das Bioremediationsverfahren abgeschlossen ist. Es wurde festgestellt, dass ein Polyolein-Gewebe, beispielsweise des Typs NOVA-THENE® RB616-6HD, hergestellt von Polymer International (N. S.) Inc., aus Truco Nova Scotia, Kanada, einer der dauerhaftesten Decklagen ist, die für diesen Zweck verfügbar sind. Ein Grund besteht darin, dass diese während der Mikrofraktionierung des behandelten kontaminierten Materials durch die hierin nachstehend beschriebene Vorrichtung unversehrt bleibt.
Nachdem die Decklage in einem Stapel abgelegt wurde (auf einer Oberfläche, die so eben wie möglich ist), wird eine Schicht aus Sand über der Decklage aufgebracht. Wenn lehmartige Böden vorliegen, werden Holzteilchen, wie beispielsweise Häcksel oder Sägemehl, auf der Decklage abgelegt, bevor der kontaminierte Boden eingebracht und wie in den Fig. 15 und 16 dargestellt, zu niedrigen Erddämmen ausgebildet wird. Die Sand- oder Holzteilchenschicht erlaubt ein vollständiges Mischen des gesamten kontaminierten Materials und überwindet die Boden- Schichtung. Die Erddämme sind typischerweise voneinander um 6-8 Fuß (= feet; 1 Fuß = 30,48 cm) beabstandet. Die Erddämme sollten nicht breiter als 14 Fuß und nicht höher als 6 Fuß sein. Die oben beschriebene Decklage wird 4 Fuß über den Rand eines Haufens hinausgehend mit einem Böschungsabsatz von ungefähr 8 Zoll ausgeweitet, uni zu ermöglichen, dass die Mikrofraktionierungsvorrichtung den Haufen überspannt. Alle Steine, Brocken aus Beton, die größer als 2 Zoll sind, und weiterer Schutt sollten vor der Mikrofraktionierung aus dem kontaminierten Erdboden entfernt werden. Wenn der kontaminierte Schmutz als Erddämme ausgelegt wurde, kann die Behandlung mit den chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien beginnen.

Bodenanalyse vor Beginn der Behandlung

Zunächst wird der Boden bezüglich des verunreinigenden Stoffes untersucht und eine volle Bodenanalyse wird durchgeführt. Das Testen nach Kohlenwasserstoffen aus Mineralöl ist an und für sich keine leichte Aufgabe. Die Art und Menge des kontaminierenden Stoffes muss genau ermittelt werden. Die Voraussetzungen zur Reduktion des kontaminierenden Stoffes müssen ebenfalls bekannt sein. Zusätzlich muss eine Reihe von Bodentests vorgenommen werden. Diese Tests schließen Folgende ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt:
1. Konzentration der Gesamtkohlenwasserstoffe aus Mineralöl: Die Menge und Art der kontaminierenden Kohlenwasserstoffe im Erdboden muss zunächst bestimmt werden. Diese schließen BTEX, PCP, PAH, PCB und dergleichen ein (EPA-Testnummern 418.1, 8015, 8020, etc.).
2. Standard 1/3 Bar Feuchtigkeits-Zurückhaltung: Der Test stellt die Menge an Wasser sicher, die der Boden zurückhalten wird, wenn er unter einem Vakuum von 1/3 Bar angeordnet wird. Dies ist ein standardisierter Test, uni den Sättigungspunkt des Bodens mit Wasser zu bestimmen. Diese Kenntnis unterstützt die Bestimmung der Menge an Feuchtigkeit, die vernünftigerweise während der Bodenbehandlung verwendet werden kann.
3. pH: Dieser Test bestimmt, ob der Boden sauer, basisch oder neutral ist. Ein neutraler pH ist für den biologischen Abbau am besten. Wenn der Boden entweder zu sauer (d. h. pH 6,0 oder niedriger) ist, sind Bodenverbesserungsmaterialien notwendig, um den Boden-pH neutraler zu machen (7,0 pH). Wenn der Boden zu basisch bzw. alkalisch ist (d. h. pH 8,0 oder mehr), sind wiederum Bodenverbesserungsmaterialien notwendig, um den Boden-pH neutraler zu machen.
4. Standard Pufferkapazität: Dieser Test bestimmt, wieviel Säure oder Base in den Boden eingebracht werden kann, bevor eine pH-Veränderung eintritt. Diese Information ist brauchbar, weil Bodenverbesserungsmaterialien den pH verändern können, genauso wie es biologische Metabolit-Materialien können, die während der biologischen Behandlung von Mineralöl- Kohlenwasserstoff-kontaminiertem Boden erzeugt werden.
5. Standard elektrische Leitfähigkeit: Bakterien erfordern eine bestimmte Menge an elektrischer Leitfähigkeit, um zu überleben und Nährstoffe zu metabolisieren. Wenn die elektrische Leitfähigkeit zu gering oder zu groß ist, kann das biologische System gehemmt oder zerstört werden. Wiederum können Bodenverbesserungsmaterialien die elektrische Leitfähigkeit verändern, falls dies notwendig wird.
6. Standard Natriumabsorptionsverhältnis (SAR): Dieser Test bestimmt eine Einschätzung des austauschbaren Natriumprozentsatzes, den der Boden aufweist, oder, was wahrscheinlich wird, wenn das Wasser, das das Probenwasser umfasst, für eine längere Zeitspanne in diesem Boden vorliegt. Der SAR weist eine gute Korrelation zum austauschbaren Natrium-Prozentsatz auf und ist einfacher genau zu berechnen (oder durch einige einfache Untersuchungen zu schätzen), als es der austauschbare Natriumprozentsatz ist. Wenn der SAR 13 überschreitet, wird das biologische System stark beeinträchtigt werden.
Der Zweck für diesen Test besteht darin, zu bestimmen, ob zu viel Salz im Boden die biologische Aktivität hemmen wird, indem Natriumionen einen hohen Anteil von Austauschstellen im Boden besetzen, was einen hohen pH und eine geringe Wasserpermeabilität verursacht. Wenn diese Situation eintritt, wird sich die biologische Aktivität verlangsamen oder unterbleiben. Es sei erwähnt, dass die Verwendung anorganischer Nährstoffe einen hohen Salzgehalt im Boden aufgrund der Salznatur der anorganischen Nährstoffe fördern kann. Nährstoffe auf organischer Grundlage verursachen dies nicht, weil sie nicht auf Salzgrundlage vorliegen.
7. Standard organisches Material: Organisches Material ist für jedes biologische System erforderlich, um es richtig zu funktionieren. Das organische Material kann ein Medium aus Bakterien sein, es kann in einigen Fällen Nährstoffe zuführen und es kann ein Indikator der biologischen Aktivität sein. Die Kenntnis der Konzentration an organischem Material kann darin eine Unterstützung sein, festzustellen, ob zusätzliches organisches Material für die Bodenbehandlung erforderlich ist.
8. Standard NPK oder die Bodennährstofftests von Stickstoff, Phosphor, Kalium: Dies sind die drei Haupt- oder Makronährstoffe, die für das bakterielle Wachstum erforderlich sind. Die Vorbehandlungs-Konzentrationen dieser drei Nährstoffe müssen bekannt sein, um den Nährstoffzusatz in geeigneter Weise auszugleichen. Kohlenwasserstoff-kontaminierter Boden weist sehr häufig einen Mangel an einem oder mehreren Makronährstoffen auf.
9. Standard Mikronährstoff-Profil des Bodens: Zusätzlich zu Makronährstoffen ist das Mikronährstoff-Profil des Bodens sehr nützlich. Makronährstoffe sind Elemente wie beispielsweise Schwefel, Kupfer, Eisen, Zink, Bor, Mangan, Natrium, Magnesium und Kalzium. All diese Elemente sind für das mikrobielle Wachstum in sehr kleinen Mengen notwendig. Wenn ein oder mehrere dieser Nährstoffe fehlen oder nicht verfügbar ist, wird die bakterielle Aktivität gehemmt. Im Gegenteil kann dies ebenfalls auf das bakterielle Wachstum hemmend wirken, wenn ein oder mehrere Mikronährstoffe im Überschuss vorliegen. Dies muss bekannt sein. Die Bodenart des kontaminierten Bodens muss sichergestellt werden, d. h. Prozentsatz an Sand, Schlamm, Schlick oder Tonerde. Jeder Bodentyp muss unterschiedlich behandelt werden. Beispielsweise ist reiner Sand nicht dazu in der Lage, Feuchtigkeit zurückzuhalten; Ton oder feiner Schlick kann den Zusatz von Sand oder Holzfasern erforderlich machen, um das Aufbrechen von Bodenplättchen zu unterstützen, so dass Sauerstoff nicht aus dem System ausgeschlossen wird.
10. Weitere Tests: Der Feuchtigkeitsgehalt und die Temperaturbestimmungen sollten durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Umweltbedingungen der biologischen Aktivität förderlich sind.
11. Weitere Quellen für kontaminierende Stoffe: Ein letztes Stückchen Information über den Boden, der behandelt werden soll, ist sehr von Nutzen. Es muss bekannt sein, ob irgendeine andere Chemikalie oder Element den Boden zusätzlich zu dem Kohlenwasserstoff- Kontaminanten verunreinigt. Ein gutes Beispiel hierfür sind mit Arsen kontaminierte Böden im pazifischen Nordwesten. Diese Art einer Kontamination kann natürlich oder künstlich eingebracht sein. Leider kann diese Art einer Kontamination in einer Konzentration, die groß genug ist, die notwendige biologische Aktivität hemmen, die für die Remediation erforderlich ist. Es ist nicht nur von Bedeutung, die Menge und die Art des zusätzlichen Kontaminanten zu wissen, sondern auch den auswaschbaren Prozentsatz hiervon. Wenn der Kontaminant nicht besonders auswaschbar ist, wird er das biologische System nicht in demselben Maße beeinflussen wie ein Kontaminant, der leichter auswaschbar ist.

Ex-situ-Bodenbehandlung

Eine Ex-situ-Behandlung ist die Verbringung von kontaminiertem Material an einen zweiten Ort und dessen Remediation an diesem zweiten Ort. Bei Bereitstellung des zweiten Ortes wird ein Böschungsabsatz typischerweise aus Boden, Stroh oder Ökologie-Betonblöcken hergestellt. Die Breite und Länge ist von der zur Verwendung in der Bioremediation verfügbaren Fläche abhängig. Als erstes ist die von dem Böschungsabsatz umfasste Fläche eben. Sie wird dann mit der oben beschriebenen Unterlage bedeckt, um eine undurchlässige Barriere zwischen dem kontaminierten Boden und dem unkontammierten Boden zu erzeugen. Als nächstes wird die Unterlage mit 2-4 Zoll feinem Sand oder feinem Kies oder Holzhackschnitzeln bedeckt. Dann werden Erddämme aus kontaminiertem Boden mit einer Breite von 14 Fuß und 6 Fuß Höhe ausgelegt. Es muss an der linken Seite und den Enden des Böschungsabsatzes zur Steuerung des Mikrofraktionierungs-Equipments ausreichend Raum gelassen werden. Zuletzt wird die gesamte Erddamm-Anordnung mit einem durchsichtigen Freiluftmaterial bedeckt, das das Hindurchtreten von Sonnenstrahlen ermöglicht. Das bevorzugte Material für diesen Zweck ist Loretex 1212UV (durchsichtig), hergestellt von Chave Earley, Inc., aus New York City, New York, ein Polyethylen-Gewebe, das mit Polyethylen beschichtet ist, hergestellt von The Loretex Corporation.

Behandlung kontaminierter Materialien

Der Boden wird zunächst durch Einstellen des pHs auf zwischen ungefähr 6,0 und 8,0, vorzugsweise zwischen ungefähr 6,5 und 7,5 und am meisten bevorzugt ungefähr 7,0 vorbereitet und wird dann mit den chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien behandelt.
Unter einem biologischen Gesichtspunkt wird zunächst eine ausgewogene biologische Diät bzw. spezielle Nährstoffzufuhr bereitgestellt, die dazu vorgesehen ist, den Abbau von Kohlenwasserstoff-Kontaminationen zunächst zu steigern und zu beschleunigen. Beispielsweise wird HH MICRO-2 oder HH MICRO-51D, hergestellt von H & H Eco Systems, Inc., mit dem kontaminierten Boden 24 Stunden vor dem Zusatz der Bakterien vermischt. Sowohl das HH- MICRO-2 als auch das HH MICRO-51D umfassen angesäuerten Fisch (Nährstoff), einen sulfatierten Molasse-Co-Metalboliten, der die Enzymproduktion erleichtert (Schwefel und Zucker), Ammoniumnitrat (N&sub2;-Quelle), BNB-Mikronährstoffe, Geruchsverstärker und Xanthan- Gummi (plus Geruchsverstärker). Die Erfordernisse für die biologische Diät ergeben sich aus der Bodenanalyse und den TPH-Konzentrationen im Boden. Im Allgemeinen wird eine Gesamtheit von ungefähr 0,5 bis 2,0 l pro Kubikmeter des biologischen Materials dem kontaminierten Material zugesetzt, um die maximale Kosten-Nutzen-Beziehung bezüglich der Erleichterung der beschleunigten Remediation zu erreichen.
H & H Eco Systems, Inc., ist ebenfalls Lieferant von Bakterien, die Sondermüll abbauen. Diese Bakterien werden aus Kulturen erzeugt, die in der Natur zu finden sind, und sind dazu in der Lage, die meisten organischen Verbindungen abzubauen. Beispiele für diese Bakterien schließen Solmar, ERI, BioScience und alle gesetzlich geschützten Formeln ein, die von Westbridge of Carlsbad, Californien, hergestellt werden. Die Bakterien sollten überprüft werden, um die für einen speziellen Ort am meistert geeignete Formel zu bestimmen. Aufgrund der Kosten derartiger Bakterien werden nur ungefähr 0,5-5 Ounces eines Bakteriums, wie beispielsweise AGRI-SC in den vorliegenden chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien verwendet. Die Bakterien starten typischerweise 12 Stunden vor der Bodenaufbringung. Nachfolgend findet sich ein typisches Verfahren zum Starten der Bakterien:
a) Zusatz von Wasser in einer Geschwindigkeit von 1,5 Gallonen für jedes Pfund Bakterien.
b) Zusatz von HH-MICRO-2- oder HH-MICRO-51D-Nährstoff in einer empfohlenen Geschwindigkeit für den vorgegebenen Ort.
c) Zusetzen eines halben Pfunds kontaminierten Bodens zum Mischtank.
d) Zusatz von Luft zum Mischtank bis zur Anwendung in 6-12 Stunden.
Nachdem der pH des kontaminierten Bodens ausgeglichen ist, wird eine ausgewogene biologische Diät aufgebracht und sorgfältig gemischt. Aufbringen der Bakterien. Der Haufen sollte mit Loretex 1212 UV bedeckt werden. Die Bodentemperatur sollte vorzugsweise über 7ºC und unter 38ºC bleiben, so dass die Bakterien aktiv bleiben. Niedrigere Temperaturen können dafür sorgen, dass die Bakterien in ihren Ruhezustand zurückkehren und höhere Temperaturen bauen die Bakterien ab oder töten sie ab. Ein Minimum von 20%, bis zu ungefähr 40% Feuchtigkeit und vorzugsweise von ungefähr 25% Feuchtigkeit bis ungefähr 35% Feuchtigkeit und am meisten bevorzugt ungefähr 30% Feuchtigkeit sind zur beschleunigten Bioremediation erforderlich. Bezüglich der Bodentypen wird in schwerer Tonerde oder Schlick, Erlen- oder Fichten- bzw. Tannenschnitzel oder feiner Kies zugesetzt. Erlen- oder Fichtensägemehl kann ebenfalls verwendet werden. In sandigen Böden sind keine zusätzlichen Erfordernisse gegeben.

Behandlungszellkonstruktion

Das Behandlungszelldesign der Wahl ist eine Erddamm-Konfiguration mit den Abmessungen des Bodenhaufens. Beispielsweise eine Erddamm-Konfiguration, die einer Breite von 14 Fuß an der Basis, einer Breite von 5 Fuß an ihrer Spitze und einer Höhe von nicht mehr als 6,5 Fuß entspricht. Die Erddammlänge ist lediglich durch den verfügbaren Raum an einer vorgegebenen Arbeitsstelle beschränkt. Der Erddamm sollte auf einer ebenen, glatten, festen Oberfläche angeordnet werden. Eine Unterlage muss verwendet werden und muss eine kontinuierliche Unterlage darstellen, so dass das umgebende Gelände geschützt wird. Die Kanten der Unterlage müssen zu 8-10 Zoll gebrannt werden, um eine Durchlässigkeit zu verhindern, die während der Behandlungsform entstehen kann. Das Material für den Böschungsabsatz kann variieren, jedoch funktioniert ein Sandgrat unter der Unterlage, der den kontaminierten Boden vollständig umgibt, sehr gut. Wenn dieses Behandlungsverfahren verwendet wird, war typischerweise kein Sickerwasser-Sammelbasin notwendig. Unter Verwendung von Sand oder eines ähnlichen texturierten Materials kann die Unterlage, die den Böschungsabsatzabschnitt bedeckt, durch die Mikrofraktionierungsvorrichtung ohne Beschädigung der Unterlage betrieben werden.
Wenn Holzfasern zugesetzt werden, werden Erlenhäcksel bevorzugt. Zeder sollte nicht verwendet werden. Die Holzhäcksel arbeiten am besten, wenn eine hart gepackte Schicht (18 Inch bis 20 Inch) über der Unterlage vor der Aufbringung des Bodens installiert wird. Dieses besondere Design ermöglicht es der Mikrofraktionierungsvorrichtung, durch den Boden in die Holzhäcksel abgesenkt zu werden und stellt eine ausgezeichnete Dispersion ebenso wie ein 100 %iges Vermischen des behandelten kontaminierten Bodens bereit. Es weist weiterhin einen zusätzlichen Vorteil auf. Durch Rühren mitten durch die Holzhäcksel existiert für die Unterlage keine Gefahr einer Beschädigung durch die Maschine.
Nachdem die Unterlagenstruktur und die Erddämme aufgestellt sind, können die Bodenverbesserungsmaterialien - Nährstoffe, Tenside und Bakterien (falls notwendig) - zugesetzt werden. Das Verfahren zur Dispersion eines Bodenverbesserungsmaterials verläuft über Sprühübertragung durch die H & H Eco Systems Spray Unit oder einer vergleichbare Vorrichtung.
Eine einstückige Abdeckung, hergestellt aus Loretex-1212UV-Material ist gegenüber einer Schädigung durch Sonnenstrahlen sehr beständig. Dieses Material überträgt darüber hinaus die maximale Menge an Sonnenstrahlen an den kontaminierten Boden und unterstützt somit den Prozess durch erhöhte Bodentemperaturen, die von den Bakterien für einen schnellen Metabolismus erforderlich sind. Diese Eigenschaft ist bei der Förderung der Bakterienaktivität während Zeiträumen mit nur geringer Umgebungslufttemperatur sehr brauchbar.
Wenn der Boden aus Ton, Schlick oder einer Kombination hiervon besteht, ist der Zusatz von Sand oder Holzfasern sehr zu empfehlen. Jede dieser Substanzen hemmt die Kompaktierung dieser "dichten" Böden. Für sehr schwere Tonerden-Konzentrationen, d. h. Fettton, ist Holzfaser aufgrund ihrer überlegenen Tonplättchen- bzw. -schichten-Trennungseigenschaften zu empfehlen. Die Holzfasern neigen ebenfalls dazu, Hitze zu erzeugen, wenn sie abgebaut werden. Dies ist eine sehr nützliche Eigenschaft, um zu ermöglichen, dass das beschleunigte Bioremediationsverfahren aktiv durch den Winter hindurch arbeitet. Eine Bodenhaufen- Temperatur über 21ºC wurde während des Winters erzeugt, wobei sich die Umgebungstemperaturen von -9ºC bis 5ºC bewegten. In allen Fällen war die Bodentextur Schlick, Schlick und Ton oder fettiger bzw. speckiger Ton bzw. Lehm. Obwohl andere beitragende Stoffe existieren, die während des Abbaus Wärme erzeugen, wie beispielsweise Sonnenstrahlen, biologische Energie aus dem Mineralölkohlenwasserstoffabbau und Wärme aus dem Abbau von Tensiden, ist die Holzfaser ein sehr signifikanter Faktor.

Chemische Bodenverbesserungsmaterialien

Der Zusatz bestimmter spezifischer Tenside, wenn sie in geeigneten Verhältnissen verwendet werden, fördert die Dispersion der Kohlenwasserstoffe im gesamten Boden, wodurch die Oberfläche des verunreinigenden Stoffes erhöht wird, so dass den Bakterien ermöglicht wird, den kontaminierenden Stoff als Metabolit zu nutzen. Wenn die Tenside der Wahl auch biologisch abbaubar sind, sollte der Zusatz der Tenside in einem kontrollierten Biosystem keine Bedrohung für die Umwelt darstellen. Darüber hinaus weist der Zusatz des Tensides eine nur sehr geringe Auswirkung auf, weil die Konzentrationen nur selten 350 ppm pro Anwendung überschreiten. Zusätzliche Vorteile der Tenside bestehen in ihren Komplexbildungseigenschaften, die die Nährstoffe im kontaminierten Boden, gleichgültig ob natürlich oder zugesetzt, für die Bakterien, die den Abbau des kontaminierenden Stoffes vornehmen, zugänglicher machen.
Das Tensidsystem der Wahl zur Verwendung in Mineralöl-Kohlenwasserstoff-kontaminierten Böden ist Simple Green®, hergestellt von Sunshine Makers. Inc. Dieses Material ist äußerst gut biologisch abbaubar und umweltfreundlich. Zusätzlich weist Simple Green® eine Anzahl von Eigenschaften auf, die seine Verwendung zum biologischen Abbau von Mineralöl- Kohlenwasserstoffen attraktiv machen. Es weist Komplexbildungseigenschaften auf, die dazu neigen, einige Nährstoffe biologisch verfügbarer zu machen, Simple Green® weist ebenfalls die Fähigkeit auf, Wassermoleküle chemisch mit Kohlenwasserstoffmolekülen zu binden, wodurch die Verfügbarkeit des Kohlenwasserstoffes für den bakteriellen Metabolismus gefördert wird. Ungefähr 0,2-0,41/m³ des oben beschriebenen Oberflächenaktiven Stoffes scheinen eine optimale Menge zur Verwendung in den chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien der vorliegenden Erfindung zu sein.

Nährstoffverbesserungsmaterialien

Mikronährstoffe, wie beispielsweise solche, die von H & H Eco Systems hergestellt werden, wurden konzipiert, um aus der natürlichen Fähigkeit der Bakterien Vorteil zu ziehen, die Biosynthesewege zu kontrollieren bzw. zu steuern. Damit Bakterien in einer vorgegebenen Umgebung überleben können, d. h. eine biologische Ex-situ-Behandlung von Kohlenwasserstoff-kontaminiertem Boden, muss sich die erwünschte Mikroflora schneller als irgendwelche anderen Organismen in derselben Umgebung reproduzieren können. H & H Eco Systems Nährstoffe sind so formuliert, dass sie die erwünschte Mikroflora mit so vielen essentiellen Nährstoffen wie möglich versorgen.
Weil die Zufuhr der verfügbaren Energie im Allgemeinen der limitierende Faktor des bakteriellen Wachstums in der Natur ist, ist es entscheidend, dass die bakterielle Zelle die maximale Menge an Zellmaterial aus einer limitierten Zufuhr an Energie synthetisiert. Bakterienzellen können die Zellstruktur durch ausgeklügelte Kontrollmechanismen ihrer Biosynthesewege synthetisieren. Wenn die Biosyntheseprodukte der Bakterienzellen in einer großen Konzentration vorliegen, kann die Bakterienzelle die Synthese dieser Produkte zur Zellsynthese einstellen und die Produkte direkt verwenden. Wenn der Organismus die benötigten Endprodukte biosynthetischer Reaktionen eher verwenden als synthetisieren kann, die aus der Umwelt verfügbar sein können, kann Energie konserviert werden. Durch Verwendung von Nährstoffen auf organischer Basis in H & H Mikroprodukten können die, die Mineralöl- Kohlenwasserstoffe-abbauenden Bakterien, die Aminosäuren und andere Endprodukte tatsächlich bereitstellen, die zur Zellreproduktion erforderlich sind, eher als die Bakterien, die ihre eigenen Endprodukte synthetisieren müssen.
Wenn anorganische Nährstoffe in einer biologischen Behandlung von Mineralöl- Kohlenwasserstoffen verwendet werden, müssen die Bakterien eine große Energiemenge verwenden, um die zur Reproduktion erforderlichen Endprodukte zu synthetisieren, als die effizientere Direktverwertung der H & H Nährstoffe auf organischer Grundlage. Durch Bereitstellung eines Mediums, das aus Aminosäuren/Mikronährstoffen/anderen Endprodukten der Biosynthesewege zusammengesetzt ist, nehmen die Kohlenwasserstoff-abbauenden Bakterienzellen diese Metaboliten durch ihre Permeasesysteme aktiv auf, die einen nur minimalen Energieaufwand erfordern. Gleichzeitig schließen diese Zellen ihre eigenen Biosynthesewege und konservieren Energie, um diese in der raschen Synthese von Makromolekülen zu kanalisieren. Unter diesen Bedingungen teilen sich die Zellen in ihrer schnellsten Geschwindigkeit. Durch Bereitstellung all der Werkzeuge, die für die bakteriellen Zellen vonnöten sind, um die zum Abbau der Kohlenwasserstoffe erforderlichen makromolekularen katabolen Enzyme zu produzieren, stellen die H & H Eco Systems Mikronährstoffe die schnellste Reduktion des kontaminierenden Stoffes sicher. Die anderen makromolekularen Strukturen schließen Aminosäuren ein, die für die bakterielle Zell- Reproduktion erforderlich sind. Wenn diese Bausteine vorhanden sind, wie sie es in den Mikroprodukten von H & H Eco System sind, ist der effizienteste biologische Prozess die Folge.
Zusätzlich synthetisieren Zellen keine katabolen Enzyme, bis die Substrate, die diese Enzyme abbauen, in der Umgebung vorliegen. Aus diesem Grund dienen diese Nährstoffe als Ersatzsubstrat für die Stimulierung einer spezifischen katabolen Enzymproduktion durch die Bakterienflora für den ausdrücklichen Zweck, Mineralöl-Kohlenwasserstoffe abzubauen.
Die Nährstoff-Verbesserungsmaterialien, die für eine spezielle Aufgabe erfordert ich sind, hängen davon ab, was die oben beschriebene analytische Aufarbeitung anzeigt. Der Hauptinhaltsstoff für jede Nährstoffergänzung ist das HH Mikroprodukt. H & H Eco Systems hat mehrere Zubereitungen für spezifische kontaminierende Stoffe und Bedingungen bzw. Zustände. Wie vorher angegeben, sind die Mikroprodukte in erster Linie auf organischer Grundlage und enthalten sowohl Makro- als auch Mikronährstoffe, ebenso wie Co-Metaboliten, Wachstumsregulatoren und Aminosäuren. Diese Produkte weisen einen sehr niedrigen pH (2,5-3,0) auf und sollten zur Erzielung der besten Ergebnisse auf einen pH von 6.0-8,0 neutralisiert werden.
Es wurde festgestellt, dass die effektivste Verbindung zur pH-Neutralisierung 45% Kaliumhydroxid-Lösung ist. Dieses Material ist chemisch sehr einfach zu kontrollieren und weist den zusätzlichen Vorteil auf, dem biologischen System zusätzlich notwendiges Kalium zuzuführen.
Wenn die Mineralöl-Kohlenwasserstoffkonzentration sehr hoch ist, kann der Zusatz mehrerer Nährstoffe und Tenside notwendig sein. Die Nährstoff und Tensidmengen, die empfohlen werden, basieren auf dem Kohlfenstoff : Stickstoff-Verhältnis. Jedoch sind auch höhere Konzentrationen an Kohlenwasserstoff-Kontaminationsmaterial kein Problem, wenn die Nährstoffe und Tenside in speziellen Dosen während der Bodenmischvorgänge "eingemessen" werden. Das Tensid sollte in einer niedrigen Konzentration gehalten werden, d. h. bei weniger als ungefähr 1000 ppm, vorzugsweise weniger als 750 ppm und am meisten bevorzugt weniger als 500 ppm der Gesamtkonzentration oder es wird für die Bakterien zu einem Hemmstoff. Die H & H Mikroprodukte sind aus demselben Grunde auf 1000 ppm beschränkt. Beide können jedoch in mehreren Anwendungen zugesetzt werden, weil die biologische Aktivität sowohl den Nährstoff als auch das Tensid während dem Abbau des Kohlenwasserstoffes verbraucht. Wenn Holzfasern verwendet werden, können zusätzliche Holzfasern während des Verlaufes der Remediation notwendig werden, weil sie ebenfalls abgebaut werden.

Mikrofraktionierung

Die Bodenmikrofraktionierung ist einer der entscheidensten Aspekte der biologischen Behandlung von Mineralöl-Kohlenwasserstoff-kontaminierten Böden. Der Grund dafür, dass dies von Bedeutung ist, liegt darin, dass die meisten mit Mineralöl-Kohlenwasserstoff kontaminierten Böden sehr ungleich oder fraktioniert in der Natur kontaminiert sind. Die Kohlenwasserstoffe bilden häufig "Klümpchen" einer Kontamination mit hoher Konzentration im Boden. Diese "Klümpchen" stoßen Wasser ab und enthalten darüber hinaus eine ausreichend große Konzentration an Mineralöl-Kohlenwasserstoffen, um das bakterielle Wachstum an der Kontaminationsgrenzfläche zu hemmen. Die Kontaminationsgrenzfläche wird im Allgemeinen Bedingungen bereitstellen, die für ein Bakterienwachstum günstig sind, wobei sowohl Wasser als auch relativ niedrige Kohlenwasserstoffkonzentrationen verfügbar sind. Die biologische Abbaugeschwindigkeit wird somit durch die aktive Oberfläche des verunreinigenden Kohlenwasserstoffes gesteuert.
Eine Schlussfolgerung, die hiervon abgeleitet werden könnte, besteht darin, dass, wenn die Oberfläche des verunreinigenden Kohlenwasserstoffes zunimmt, auch die Geschwindigkeit der biologischen Aktivität zunehmen würde. Die für diesen Zweck in der vorliegenden Erfindung verwendete Vorrichtung dispergiert den Kohlenwasserstoff-Kontaminanten aktiv in der gesamten Bodenmatrix. Die als HH SYSTEM 614 Turborator bekannte Vorrichtung wird von Frontier Manufacturing Company hergestellt und ist dazu in der Lage, die Oberfläche um einen Faktor von zumindest 1 · 10&sup6; mit einem Zweiwege-Mischdurchgang zu erhöhen, Dieselbe Mischtätigkeit kann die gesamten Bodenverbesserungsmaterialien in derselben Weise dispergieren. Keine andere, gegenwärtig verwendete Bodenmischmaschine ist dazu in der Lage, diese Art eines Mischens durchzuführen. Der HH SYSTEM 614 Turborator "vermischt" nicht nur den Boden; er homogenisiert und belüftet diesen wörtlich. Mit der entsprechenden Zunahme der Oberfläche nimmt die biologische Abbaugeschwindigkeit um mehrere tausend Mal zu. Dieser Prozess ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung als "Mikrofraktionierung" definiert.
Nachdem alle Zusätze mit Ausnahme der Bakterien (die Bakterien sollten 24 Stünden nach den anderen Zusätzen für eine maximale Überlebensfähigkeit zugesetzt werden) zugesetzt wurden, muss die Mikrofraktionierung stattfinden. Beispielsweise kann nach Aufbringung von Nährstoffen und Chemikalien unter Verwendung eines Spraysystems, wie beispielsweise dem HH System 1000 Sprayer dann eine Vorrichtung, wie beispielsweise der HH SYSTEM 614 Turborator, seine Arbeit aufnehmen. Um diese maximale Wirkung zu erreichen, muss die Mikrofraktionierungsvorrichtung vorzugsweise zumindest zweimal durch die Bodenmatrix hindurchgeführt werden. Die effizienteste Methode besteht darin, die Maschine durch den Boden in eine Richtung hindurchzuführen, dann, sie auf ihrer Achse zu wenden und sie durch den Boden in der entgegengesetzten Richtung hindurchzuleiten. Auf diesem Weg wird die Bodenverdrängung (Längsrichtung) im Wesentlichen negiert.
Die Rührintervalle für den kontaminierten Boden hängen von der Geschwindigkeit der biologischen Aktivität ab. Wenn die Bakterien metabolisieren, wird Sauerstoff verwendet. Wenn der Sauerstoff abgereichert ist, wandelt sich das biologische System in ein anaerobes Verdauungssystem (uneffizient und unerwünscht) um, bis zusätzlicher Sauerstoff verfügbar ist. Wenn die biologische Aktivität/Geschwindigkeit des Metabolismus sehr hoch ist, sind sehr häufige Rührintervalle gerechtfertigt, möglicherweise sogar dreimaliges Rühren pro Woche. Wenn alle Behandlungsvorschriften befolgt werden, ergibt sich eine äußerst rasche biologische Metabolismus-Geschwindigkeit. Um diese Aktivität für die schnellste biologische Reduktion von Mineralöl-Kohlenwasserstoffen aufrechtzuerhalten, ist ein zusätzliches Rühren erforderlich, um den Boden zu belüften. Zusätzliche/häufigere Nährstoffe und chemische Anforderungen können notwendigerweise von der Bodenanalyse/Test abhängen, der durchgeführt wird, wenn das Projekt fortschreitet.
Die Belüftungsfähigkeit des gegenständlichen Mikrofraktionierungssystems ist äußerst bedeutend. Zunächst fördert es Luft in den Bodenhaufen als Sauerstoffquelle ein und kapselt diesen ein. Es spült darüber hinaus das Kohlendioxid im Boden zur selben Zeit aus. Kohlendioxid wird während des biologischen Abbaus von Mineralöl-Kohlenwasserstoffen erzeugt. Kohlendioxid-Konzentrationen im Boden können den pH senken und anaerobe Bedingungen fördern, was beides biologischen Systemen zum Nachteil gereicht.
In der Vergangenheit wurden Vorrichtungen, wie beispielsweisse Rototiller, Trackhoes, Scheiben und dergleichen bei der Remediation zum "Rühren" von kontaminiertem Boden verwendet. Im Falle von Trackhoes war dieses Verfahren beispielsweise äußerst zeitaufwendig, wobei es häufig einen ganzen Tag in Anspruch nahm, um 400 m³ (500 Kubik-Yards) Boden zu rühren. Dieser Faktor alleine beschränkt die Ökonomie bei dem Herangehen an eine große Remediationsstelle in großem Maße. Die Bodenbehandlung würde vielleicht einen unerschwinglichen Preis erfordern. Während dieses Verfahren eine wesentlich bessere Arbeit beim Rühren als die Rototiller durchführte, befasste es sich mit dem Rührproblem nicht vollständig. Idealerweise sollte der Boden mit den Bodenverbesserungsmaterialien sehr sorgfältig durchmischt werden. Der Trackhoe erreichte dies nicht vollständig. Er war ebenfalls zu kostenintensiv wie auch bei der Belüftung des Bodens nicht geeignet. Eine ausgiebige Forschung wurde durchgeführt, um ein Bodenvermischungsgerät herauszufinden, das all diese Erfordernisse für die effiziente Biodegradation von Kohlenwasserstoffen in adäquater Weise erfüllen würde. Eine Vielzahl von Rototiller, Trackhoe-Anhängern, Mörtelmischern, Batch-Mischer und Schüttelgeräten wurden untersucht. Während einige der identifizierten Maschinen gewisse Verdienste aufwiesen, waren die täglichen Mischvolumina beschränkt. Weiterhin wiesen alle diese Maschinen eine inadäquate Belüftung auf.
Der HH SYSTEM 614 Turborator vermischt Nährstoffe, Bakterien, andere Verbesserungsmaterialien und kontaminierten Boden zu einem behandelten mikrofraktionierten Material. Kohlenwasserstoffe kontaminieren selten Böden in einer gleichförmigen Weise, was auf Gründe zurückzuführen ist, die sich vom der Bodenpermeabilität bis zur wasserunlöslichen Natur von Kohlenwasserstoffen bewegen. Die Verminderung der normalerweise widerspenstigen Natur einer Kohlenwasserstoff-Kontamination in Böden ist eine Aufgabe, die diese Vorrichtung sehr effektiv erreichen kann. Der Mischvorgang mischt simultan die Bakterien, Nährstoffe und andere Bodenverbesserungsmaterialien mit dem Kohlenwasserstoff-kontaminierten Boden. Dieser Vorgang bringt die Bakterien, Nährstoffe und alle Bodenverbesserungsmittel mit dem kontaminierten Boden in direkte Berührung, um das effizienteste biologische System zu ermöglichen. Der HH SYSTEM 614 Turborator belüftet ebenfalls den Boden sehr sorgfältig, ebenso wie er Mineralöl-Kohlenwasserstoff-Abbaunebenprodukte, wie beispielsweise CO&sub2; aus dem Boden ausspült, um sicherzustellen, dass das biologische System in seiner effizientesten aeroben Betriebsart verbleibt. Er ist ebenfalls sehr viel schneller - er kann 400 m³ (500 Kubik- Yards) an Boden pro Stunde "mikrofraktionieren", im Gegensatz hierzu kann der Trackhoe 770 m³ (1000 Kubik-Yards) pro Tag "rühren".
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist eine Mikrofraktionierungsvorrichtung zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen als 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 schließt einen Rahmen 12 ein, der aus linken, rechten und oberen Hilfs- bzw. Unterrahmen 12a, 12b bzw. 12c vom Leiter-Typ zusammengebaut ist. In einem Zwei-Rad-Antriebssystem wird der Rahmen 12 an seinem Vorderende durch linke und rechte Antriebsräder 14 und 16 gelagert und wird am hinteren Ende durch die Schwenkräder 18 und 19 gelagert. Bei einem Vier-Rad-Antriebssystem (nicht dargestellt) sind die linken und rechten Antriebsräder ebenfalls am Ende des Rahmens 12 vorgesehen, und ein ähnliches Antriebssystem, wie hierin nachstehend zum Antrieb der Antriebsräder 14 und 16 beschrieben, ist vorgesehen, um sowohl die vordere als auch hintere Gruppe von Antriebsrädern anzutreiben. Jedes an einer Achse befestigte Rad wird in einer Stützrahmenbaugruppe 40 gelagert. Jedes hintere Schwenkrad ist in seiner jeweiligen Rahmenbaugruppe 40 durch eine vertikale Steckachse, die in der Rahmenbaugruppe 40, wie in Fig. 3 dargestellt, gelagert ist, befestigt. Jedes hintere Schwenkrad kann in Querrichtung durch die Arretierstiftbaugruppe 19 arretiert werden, wenn dies wie unten beschrieben, erwünscht ist. Jede Rahmenbaugruppe 40 schließt ein senkrechtes Element 42 ein, das gleitbar in einer komplementären vertikalen Manschette 44 einer Halterungsbaugruppe 46 aufgenommen ist. Die Rahmenbaugruppe 40 kann dadurch bezüglich des Bodens durch das senkrechte Element 42 durch Betätigung des Hydraulikzylinders 43 angehoben oder abgesenkt werden, wodurch der Bodenabstand der Vorrichtung 10 während des Betriebes, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, angehoben oder abgesenkt wird. Die Befestigungsklammer 46 ist wiederum zentral am Rahmen 12 an den Klammern 48 befestigt, wodurch jede Rahmenbaugruppe 40 und jedes Rad durch Betätigung des Hydraulikzylinders 45 für verschiedene, wie nachstehend beschriebene, Betriebsarten geschwenkt werden kann. Ein alternativer Aufbau für die Radrahmenbaugruppen 40 ist in den Fig. 4a und 4b dargestellt. Es sei erwähnt, dass bei der alternativen Rahmenbaugruppenanordnung für die Antriebsräder 14 und 16 sich die Rahmenbaugruppe 40 nicht dreht, sondern eher durch den Hydraulikzylinder 45 nach hinten bewegt und durch den Hydraulikzylinder 43 in seine verstaute Position angehoben wird.
Wie am besten unter Bezugnahme auf Fig. 5 ersichtlich ist, schließt der Rahmen 12 ein oberes Verdeck 32 ein, auf dem ein Treibstofftank 34, die Kabine des Bedieners 36, ein Hydrauliköltank 37, die Maschine 38 und Hydraulikpumpen 40, 42 und 44 befestigt sind. Wie von dem Fachmann auf dem Gebiet leicht erkannt wird, sind ebenfalls geeignete Hilfsgeräte zum Betrieb der Maschine und Antriebs-Komponenten in staubigem Umgebungen vorgesehen, wie beispielsweise das sich drehende, selbstreinigende Sieb 41 des Kühlsystems der Maschine 38. Energie für den Betrieb der Vorrichtung 10 wird durch die Hydraulikpumpen 40, 42 und 44 bereitgestellt, die durch die Maschine 38, vorzugsweise eine 435 HP Dieselmaschine, wie beispielsweise Modell NTH8559355, hergestellt von Cummins, angetrieben wird. Jede Hydraulikpumpe 40a und 40b, Sauer Sundstrand Series 90, Model 100, liefert unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit an jeden der Trommel-Baugruppenantriebsmotoren 48a und 48b, um die Drehtrommel und die Schaufelbaugruppe 22 von jedem Ende umschaltbar anzutreiben. Die Hydraulikpumpen 42a und 42b liefern unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zu jeweils linken und rechten Antriebsmotoren 50 und 52. Die Pumpe 44a liefert unter Druck stehende Flüssigkeit zu den Hydraulikzylindern 43 zur Anhebung und Absenkung des Rahmens 12, wohingegen die Pumpe 44b unter Druck stehende Flüssigkeit zum Betrieb der Hydraulikzylinder 45 und zum Betrieb des Hydraulikzylinders 54 zur Anhebung und Absenkung des Endabschnittes 31 bereitstellt. Linke und rechte Antriebsmotoren 50 und 52 sind getrennt durch den Bediener zur Lenkung und zum Antrieb der linken und rechten Antriebsräder 14 bzw. 16 durch eine geeignete Antriebsbaugruppe eines geeigneten Aufbaus steuerbar, wie eine solche leicht durch den Fachmann auf dem Gebiet bestimmt werden könnte.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine Planetengetriebe-Baugruppe, Modell Nr. W-3, wie von Fairfield hergestellt, am linken und rechten Antriebsrad und an der Motor-Baugruppe verwendet. Die Plantengetriebe-Baugruppe der linken Seite unterscheidet sich von derjenigen der rechten Seite nur dahingehend, dass sie aus unten beschriebenen Gründen durch Betrieb eines externen Kreuzgriffes frei laufengelassen wird. Die Vorrichtung 10 ist nach vorne, hinten und zu den Seiten, wie unten beschrieben, mittels der Tatsache lenkbar und antreibbar, dass jedes Antriebsrad unabhängig von dem anderen durch geeignete Hydraulikkontrollen mit Standardaufbau, die dem Fachmann wohl bekannt sind, nach vorne und nach hinten fahrbar ist.
Die Vorrichtung 10 zeigt eine Betriebsleistungsfähigkeit, die sich aus dem Einbau einer relativ langen Trommel-Baugruppe ergibt, die beispielsweise 17 Fuß oder länger ist. Demgemäß wird die Gesamtbreite der Vorrichtung 10 sogar größer als die Trommellänge sein, wohingegen die Gesamtlänge des Rahmens der Vorrichtung vorzugsweise nicht mehr als 8' 6" beträgt. Während eine effizientere Betriebsweise bereitgestellt wird, indem weniger Durchgänge zur Verarbeitung einer vorgegebenen Menge an kontaminiertem Material erforderlich sind, verhindert die Gesamtbreite der Vorrichtung nach dem Stand der Technik, dass sie durch Gittertore zwischen benachbarten Feldern hindurchgefahren werden können und erfordert, dass sie über öffentliche Straßen durch Lastkraftwägen und Anhänger transportiert werden, die zum Transport von schwerem Gerät entwickelt wurden. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Beschränkungen und Kostennachteile der Vorrichtungen des Stands der Technik, indem sie zum ersten Mal eine Vorrichtung bereitstellt, die mit ihrer eigenen Kraft seitwärts durch Standardgittertore oder für kurze Distanzen über öffentliche Straßen gefahren werden kann und die über längere Distanzen über öffentliche Straßen falls notwendig geschleppt werden kann. Die Mittel zur Konfigurierung der vorliegenden Erfindung, um dies durchzuführen, werden nunmehr beschrieben werden.
Wie oben beschrieben und wie am besten unter Bezugnahme auf Fig. 5 ersichtlich ist, ist jedes Rad an einer Rahmenbaugruppe 40 befestigt, die zwischen einer ersten Position zur Aufnahme einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Vorrichtung 10 und einer zweiten Querposition zur Aufnahme einer Seitenbewegung der kontaminierten Baugruppe 40 drehbar ist, und wird zwischen den ersten und zweiten Positionen durch den speziellen Hydraulikzylinder 45 bewegt, der mittels geeigneter Kontrollen (nicht dargestellt) von der Bedienerkabine 36 aus gesteuert wird.
Nunmehr Bezug nehmend auf Fig. 1 und 14 wird eine Trommel-Baugruppe 22 quer innerhalb der Kammer 24 befestigt. Die Kammer 24 ist ein offenes Gehäuse, das aus einer oberen Wand 26, linken und rechten Seitenwänden 28 und 30 und einem Endabschnitt 31 besteht (Fig. 5). Die Frontöffnung 25 ist teilweise, wie in Fig. 1 dargestellt, mit vorderen Vorhängen 33a bis c bedeckt. In der bevorzugten Ausführungsform sind gerasterte bzw. abgeschirmte. Öffnungen 23 in den linken und rechten Seitenwänden 28 und 30 vor der Trommel 56 vorgesehen, um zu ermöglichen, das zusätzliche Luft während des Betriebs in die Kammer 24 eingezogen werden kann. Der Endabschnitt 31, im Wesentlichen ein sich nach hinten erstreckender Vorsprung der Kammer 24, erstreckt sich aus der hinteren Öffnung 27 nach hinten. Der Endabschnitt 31 kann als allgemein planarer Rahmen beschrieben werden, der sich mach hinten und innen erstreckende Seitenelemente aufweist, die drehbar am Rahmen 12 am einen Ende befestigt sind und seitliche Elemente an ihren Außenenden aufweist. Die Vorhänge 39 werden von jedem Seitenelement und dem Seitenelement, wie es am besten in Fig. 2 zu sehen ist, abgehängt. Die Vorhänge können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden sie aus SBR in Form von 5/16" dickem Förderbandmaterial hergestellt. Der Endabschnitt 31 ist durch den Hydraulikzylinder 54 zwischen einer abgesenkten Betriebsposition und einer erhöhten Verstauungsposition zur Verwendung während des Transports der Vorrichtung drehbar. Die hinteren Vorhänge 35 hängen von jeder Seite und dem Rückteil des Endabschnitt 31 und von winkeligen Rahmenelementen, die, wie dargestellt, die hintere Öffnung 27 definieren. Die Kammer 24 dient dazu, während des Betriebs der Vorrichtung 10 die Luftströme und kontaminiertes Material aufzunehmen und das kontaminierte Material nach Mischen und Belüften wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, in einen Erddamm umzuformen.
Die Trommel-Baugruppe 22 ist an gegenüberliegenden Enden in den linken und rechten Hilfsrahmen 12a und 12b befestigt. Die Hydraulikmotoren 48a und 48b sind an den linken und rechten Hilfsrahmen 12a und 12b befestigt und treiben die Trommelanordnung 22 mittels Achse 49a und 49b reversibel bzw. umschaltbar an, wenn unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit von den Hydraulikpumpen 40a und 40b, wie oben beschrieben, zugeführt wird. Die Trommel- Baugruppe 22 schließt eine Trommel 56, einen Hohlzylinder mit geschlossenen Enden ein, an dem sich geschweißte Achsen 57a und 57b befinden (nicht dargestellt). Die Achsen 57a und 57b sind im Rahmen 12 gelagert und antreibbar mit den Trommel-Baugruppen-Antriebsmotoren 48, wie oben beschrieben, verbunden. Jede der Achsen 57a und 57b ist in den jeweiligen Hilfsrahmen mittels eines Kegelrollenlager vom 4-Bolzen-Flansch-Typ 91, wie beispielsweise Modell FB 900, hergestellt vom Browning, Company, gelagert. Jedes Lager 91 ist in die entsprechende Bohrung in den linken und rechten Hilfsrahmen 12a und 12b eingepasst. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist ein Spaltringkragen 92 in die peripheren Ausnehmungen 96 auf jeder der Achsen 57a und 57b eingepasst, und drückt gegen den hervorragenden Drehlaufring 94 des Kegelrollenlagers, um den Kräften, die auf die Hilfsrahmen 12a und 12b ausgeübt werden, entgegenzuwirken. Die Trommel 56 dient dadurch als Zugelement im Rahmen 12 und wirkt den in Fig. 7a durch Kraftpfeile 102a und 102b dargestellten, sich ausbreitenden Kräften entgegen. Diese neuartige Verwendung der Trommel 56 als Zugelement spart das Gewicht zusätzlicher Strukturelemente, die ansonsten dazu erforderlich wären, den Kräften auf die Hilfsrahmen 12a und 12b entgegenzuwirken und ermöglicht eine geringere Gesamthöhe, was weiterhin dem Schleppen der Kompostiervorrichtung auf öffentlichen Autobahnen Rechnung trägt.
Unter Bezugnahme nunmehr auf die Fig. 8 bis 12 sind eine Vielzahl von linken und rechten Schaufeln 58 bzw. 60 und zentralen Schaufeln 62 auf der äußeren Zylinderoberfläche der Trommel 56, wie dargestellt, befestigt. Die Schaufeln sind vorzugsweise in vier gleichmäßig beabstandeten helikalen Reihen entlang der Länge der Trommel angeordnet, wobei jede Reihe vom einen zum anderen Ende um 90º um die Trommel wandert. Bei einer zweiten Ausführungsform, dargestellt in Fig. 9a, sind die Schaufeln in "V-förmigen" Reihen angeordnet. Die V-förmigen Reihen der Schaufeln dienen zur Ausschaltung eines quer lenkenden Drehmomentes auf die Kompostiervorrichtung, die sich bei der Verwendung helikaler Reihen ergibt, bei denen ein Ende der Schaufelreihe vor dem anderen in das Kompostiermaterial eingreift. Die V-förmigen Reihen sind so ausgerichtet, dass Schaufeln an jedem Ende der Reihe gleichzeitig in das Kompostmaterial eingreifen, wodurch jeder Lenkeffekt, der sich von den Schaufeln am einen Ende der Walze ergibt, die vor den anderen in das Kompostmaterial eingreifen, eliminiert wird. Zusätzlich sind die Schaufeln jeder V-förmigen Reihe von denjenigen der benachbarten Reihen räumlich getrennt, um eine Umgehung des Kompostmaterials an der Trommel vorüber zu minimieren. Bei einer Ausführungsform sind die Schaufeln in jeder Reihe in 12"-Intervallen beabstandet. Die entsprechenden Schaufeln von nebeneinder liegenden Reihen sind 3" voneinander entfernt. Die Beabstandung der Schaufeln in dieser Weise fördert die vollständige Mischung und Belüftung, weil das Kompostmaterial an jedem Punkt entlang der Gesamtlänge der Trommel 56 sich direkt in der Bahn zumindest einer Schaufel befindet.
Es sollte klar sein, dass mehr oder weniger Reihen von Schaufeln verwendet werden können. Linke und rechte Schaufeln 58 und 60 sind im Allgemeinen zur Linken und Rechten des Zentralpunktes der Trommel befestigt, wohingegen die Zentralschaufeln 62 entlang eines Zentralabschnittes der Trommel befestigt sind. Die Zentralschaufeln 62 sind vorzugsweise hier und da zwischen den linken und rechten Schaufeln entlang der Abschnitte der Trommel, wie in Fig. 9 dargestellt, eingefügt. Kleinere Veränderungen bezüglich der Anzahl und Anordnung der Zentralschaufeln, die zwischen den linken und rechten Schaufeln eingefügt sind, sind gemäß der vorliegenden Erfindung möglich.
Jede Schaufel weist einen Basisabschnitt 64 auf, durch den sie drehbar an der Klammer 66 befestigt ist, die wiederum wie ausführlich in Fig. 13 dargestellt ist, mit der Trommel 56 verschweißt ist. Jede Schaufel ist zusätzlich an ihrer Position durch einen Abscherbolzen 68 gesichert, der in die Bohrung 70 eingefügt ist. Der Abscherbolzen 68 dient dazu, die Schaufel zur Rückwärtsdrehung freizugeben, wenn sie durch einen festen Gegenstand während der Drehung der Trommel-Baugruppe 22 getroffen wird. Eine Deflektorplatte 71 ist in einem rückwärtigen Winkel zum Vorderrand der Klammer 66 befestigt. Jede Schaufel schließt eine Schneidkante 72 ein, die aus der Führungskante des Schaufelkörpers 74 gebildet ist. Sich quer aus der Endkante der linken und rechten Schaufeln 58 und 60 erstreckend, befindet sich ein einzelner Schaufelanteil 76, der sich nach innen hin zum Längszentrum der Trommel 56 erstreckt. Die Zentralschaufel 62 weisen jeweils zwei gegenüberliegende Schaufelabschnitte 78 auf, die sich nach außen hin zu gegenüberliegenden Enden der Trommel 56 erstrecken. Die Schaufelabschnitte sind vorzugsweise in einem Winkel angeordnet, der bezüglich des Schaufelkörpers ein wenig kleiner als rechtwinklig ist. Jeder Schaufelanteil dient dazu, einen Luftstrom zu erzeugen, der nach oben über die Walze und in Richtung des freien Endes der Schaufel gerichtet ist, wenn die Trommel in einer solchen Richtung gedreht wird, dass die Schaufeln nach oben und dann auf ihrem kreisförmigen Weg um die Trommel herum nach hinten wandert. Ein wenig anders dargestellt erfolgt die normale Richtung der Drehung der Trommel-Baugruppe in der der Raddrehung entgegengesetzten Richtung, wenn die Vorrichtung nach vorne bewegt wird.
Bis jetzt wurde der Aufbau der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, nunmehr wird deren Betrieb erklärt werden. Die primäre Funktion der Vorrichtung 10 besteht darin, das kontaminierte Material zu mikrofraktionieren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 6 wird zur Konfigurierung der Vorrichtung zum Seitwärtsfahren jeder Hydraulikzylinder 43 aktiviert, so dass der Rahmen 12 auf den Boden abgesenkt und jedes Rad mehrere Zoll über den Boden angehoben wird. Der Endabschnitt 31 wird durch den Hydraulikzylinder 56 in seine angehobene Verstauungs- bzw. Parkposition zurückgezogen. Jede Rahmenbaugruppe 40 wird, wie in Fig. 6 dargestellt, in ihre Querposition gedreht; die linken und rechten Antriebsräder 14 und 16 werden dadurch, genauso wie die linken und rechten rückwärtigen Schwenkräder, quer ausgerichtet. Das linke Antriebsrad 14 wird dann antreibbar bzw. befahrbar aus dem linken Antriebsmotor 50 ausgekuppelt, indem der Kreuzgriff 78 nach innen gedrückt wird, um das Planetengetriebe wie oben diskutiert auszukuppeln. Jeder Hydraulikzylinder 43 wird dann aktiviert, so dass jedes Rad abgesenkt und der Rahmen 12 über den Boden angehoben wird. Die Vorrichtung 10 ist nun so konfiguriert, dass sie zur Seite gefahren werden kann. In dieser Konfiguration wird sie durch das rechte Antriebsrad 16 angetrieben, und weist nunmehr in Richtung "Vorwärtsfahrt", die mittels Anpassung mit einer flexiblen Hydraulik-Zuführung und Rückleitungen in der Querposition betriebsbereit ist. Das Lenken wird durch Betrieb des Hydraulikzylinders 45 erreicht, so dass das rechte Antriebsrad 16, wie es zur Einstellung der Richtung der Bewegung erforderlich ist, leicht "gedreht" wird. Nach Erreichen des erwünschten Ortes wird die Vorrichtung in ihren Vorrichtungsmodus umkonfiguriert, indem das vorhergehende Verfahren umgekehrt wird.
Wenn es notwendig ist, die Vorrichtung über eine größere Distanz zu transportieren, ist eine zweite Transportkonfiguration vorgesehen, die es ermöglicht, dass die Vorrichtung von einem Lastkraftwagen abgeschleppt werden kann. Wie vorher, wird jedes Rad über den Grund angehoben, in seine Querposition gedreht und die Räder abgesenkt, wobei der Rahmen 12 über den Boden angehoben wird. Das linke Antriebsrad 14 wird wie vorher befahrbar ausgekuppelt und das linke hintere Schwenkrad wird durch die Bolzenbaugruppe 19 gegen eine Schwenkwirkung arretiert. Wie am besten in Fig. 7 ersichtlich ist, werden zwei zusätzliche Schlepprad-Baugruppen 80a und 80b dann auf der rechten Seite des Rahmens 12 befestigt, indem sie in die Kanäle 82a und 82b und auch das Joch 84a bzw. 84b eingefügt und darin durch Verschlussstifte 86 befestigt werden. Die Hilfsschlepprad-Baugruppen 80a und 80b werden zusätzlich durch die Seitenverbindung 86 gesichert, die in der Klammer 88 an dem Rahmen 12, wie dargestellt, befestigt werden. Das rechtsseitige Antriebsrad 16 und das rechte hintere Schwenkrad 20 werden dann angehoben, um die rechte Seite des Rahmens 12 auf die Schlepprad-Baugruppen 80a und 80b abzusenken. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist die fünfte- Rad-Baugruppe 90 eine gegliederte, ein Gelenk bildende Rahmenbaugruppe, die normalerweise in einer zurückgezogenen Position aufbewahrt wird, und die in die wie in Fig. 7 dargestellte Position verlängert und arretiert wird, so dass sie an einen Lastkraftwagen (nicht dargestellt) zum Abschleppen der Vorrichtung 10 angehängt werden kann. Die Fünfte-Rad-Baugruppe 90 kann durch irgendeine geeignete Windenbaugruppe 92 angehoben und abgesenkt werden (Fig. 6). Die somit konfigurierte Vorrichtung 10 kann in geeigneter Weise über öffentliche Straßen geschleppt werden, und zwar unter einem beträchtlich geringeren Zeitaufwand, Aufwand und Kosten im Vergleich zu den Vorrichtungen des Stands der Technik. Dem Schleppen des Komposters wird weiter durch die neue Rahmenkonstruktion der vorliegenden Erfindung entgegengekommen, wobei die Trommel 56 als ein Zugelement dient, das die vertikalen Hilfsrahmen 12a und 12b, wie oben diskutiert, verbindet. Die Verwendung einer Trommel 56 als Tensionselement bzw. Zugelement im Rahmen 12 beseitigt den Bedarf nach zusätzlichen Strukturelementen, um den sich ausbreitenden Kräften zu widerstehen, die auf die Hilfsrahmen 12a und 12b während des Betriebs und des Schleppens ausgeübt werden. Der Rahmen 12 kann deswegen mit einer geringeren Gesamthöhe konzipiert werden, um der Passage unter niedrigen Brücken und Straßenüberführungen zu entsprechen. Nach Ankunft am Ort der Bestimmung werden die Schlepprad-Baugruppen 80a und 80b entfernt und die Vorrichtung zum Betrieb umkonfiguriert, indem das obige Verfahren umgekehrt wird. Bei der alternativen Ausführungsform wird die Radbaugruppe 81 durch Betrieb des Hydraulikzylinders 83 zurückgezogen.
Die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik haben sich im Allgemeinen als zur Verarbeitung solch kontaminierten Materials als nicht zufriedenstellend erwiesen, was auf deren Unfähigkeit zurückzuführen ist, eine adäquate Belüftung der Materialien zu bewirken, um aerobe Bedingungen im gesamten Material sicherzustellen und was auf deren Unfähigkeit zurückzuführen ist, eine adäquate Entfernung von überschüssiger Feuchtigkeit aus dem Material, falls erforderlich, zu bewirken. Die Anmelder haben eine Lösung für diese Probleme in Form der vorliegenden Erfindung herausgefunden, wobei eine neue Trommel- und Schaufel-Baugruppe 22 in einer hohen Geschwindigkeit in einer zu derjenigen der Vorrichtungen des Stands der Technik entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Zusätzlich zum direkten Aufprall des kontaminierten Materials, um dieses zu schreddern, zieht die sich drehende Trommel-Baugruppe 22 ebenfalls Luft von der Vorrichtung in die Kammer 24 und erzeugt einen Hochgeschwindigkeits-Luftstrom in der Kammer 24. Der Hochgeschwindigkeits-Luftstrom schleppt die kontaminierten Materialien mit und zirkuliert diese in sich überlappenden, gegenrotierenden, kreisförmigen Mustern innerhalb der Kammer 24, um diese sorgfältig zu belüften und zu vermischen. Die mitgeschleppten Materialien werden suspendiert und in den Luftströmen zirkuliert und danach am Heck der Drehtrommel erneut in einem Erddamm abgelagert. Als weiterer Vorteil lagert die vorliegende Erfindung nach Mischen und Belüften der kontaminierten Materialien, wie beschrieben, die Materialien in einem relativ großen, rechtwinkligeren Erddamm mit einem höheren Materialvolumen pro Einheit Oberfläche als die bekannten Vorrichtungen ab.
Um die Verwertung von kontaminiertem Material zu beginnen, wird die Maschine 38 gestartet, und die Trommel-Antriebsmotoren 48a und 48b werden eingekuppelt, so dass die Trommel- Baugruppe 22, vorzugsweise bei ungefähr 550 UpM, gegenläufig rotiert. Die Vorrichtung 10 wird nunmehr auf einen gewünschten Abstand zum Boden angehoben oder abgesenkt, indem die Hydraulikzylinder 43 aktiviert werden. So kann die Vorrichtung 10 eingestellt werden, so dass sie mehr oder weniger Material verarbeitet. Diese einzigartige Fähigkeit der vorliegenden Erfindung ermöglicht einen effizienteren Betrieb zur Materialverarbeitung von kontaminiertem Material, indem größere Materialvolumen zu einem einzigen Erddamm geformt und in einem einzigen Durchgang verarbeitet werden können, was eine effizientere Verwendung der verfügbaren Grundfläche und eine geringere Verarbeitungszeit für eine vorgegebene Materialmenge nach sich zieht. Das Höheneinstellungsvermögen ist zusätzlich dahingehend von Nutzen, als der Prozess zu Verarbeitung des kontaminierten Materials teilweise den Materialerddamm zersetzt, wodurch das Materialvolumen abnimmt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht dem Bediener eine Einstellung auf die Volumenabnahme in einfacher Weise ohne irgendeine Abnahme der Effektivität des Mischens und der Belüftung.
Nachdem die geeignete Höhe ausgewählt wurde, steuert der Bediener die Vorrichtung 10 nach vorne, um in das kontaminierte Material einzugreifen. Wenn die Vorrichtung entlang des Erddammes eingreift und fortfährt, wird das kontaminierte Material durch die Wirkung der sich gegenläufig drehenden Trommel-Baugruppe vermischt und belüftet. Wir definieren eine Gegendrehung als eine Drehung in Richtung gegen den Uhrzeigersinn, wenn sie vom rechten Ende der Trommel-Baugruppe aus betrachtet wird oder ein wenig anders dargestellt, in der Gegenrichtung zu der Drehung der vorwärts rollenden Antriebsräder 14 und 16. Die gegendrehende Trommel-Baugruppe zieht Luft von vor der Vorrichtung in Form eines nach oben und nach hinten gerichteten Luftstromes über der Trommel-Baugruppe in die Kammer und stellt signifikante Vorteile bereit, wie weiter erklärt werden wird. Wenn sich die Vorrichtung 10 annähert, nimmt der nach oben strömende Luftstrom zunächst den Erddamm vor der Trommel- Baugruppe auf und schleppt einen Teil des Materials, das in den Luftstrom wandert, mit und greift nicht direkt in die sich gegendrehende Trommel-Anordnung ein. Die sich gegendrehende Trommel-Baugruppe 22 greift dann in das verbleibende Material ein, das durch die Ablenkplatte 71 hin zur Schneidkante 72 abgelenkt wird, wo das Material mikrofraktioniert wird und dann im Luftstrom mitgeschleppt wird. Während die genauen Materialmengen, die in jedem Durchgang der Vorrichtung mikrofraktioniert werden, nicht mit Sicherheit bekannt sind, erzeugen bei der Verarbeitung von bespielsweise Stroh drei bis vier Durchgänge durch das kontaminierte Material normalerweise ein sorgfältig mikrofraktioniertes kontaminiertes Material.
Unter bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere wenn schwerere Materialien verarbeitet werden, kann die Trommel 30 verlangsamt und sogar angehalten werden. In Folge der Hydraulikkopplung zwischen der Trommel und der Maschine kann ein Anhalten der Trommel ebenso die Maschine anhalten. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird dieses Problem behandelt, indem die Maschinengeschwindigkeit überwacht wird, um eine Verlangsamung der Trommel nachzuweisen, und indem die Kraft der Antriebsräder reduziert wird, wenn eine Verlangsamung der Trommel nachgewiesen wird. Eine Reduktion der Kraft der Antriebsräder verlangsamt das Vorankommen des Komposters nach vorne durch den Erddamm, wodurch die Beladung der Trommel verringert wird, und ermöglicht es, seine normale Betriebsgeschwindigkeit fortzusetzen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Kraft der Antriebsräder zuerst auf 50% von Normal reduziert, und wenn nach mehr als einigen Sekunden die Trommel ihre normale Betriebsgeschwindigkeit nicht wieder aufgenommen hat, wird die Kraft der Antriebsräder weiter auf 30% von Normal reduziert. Wenn die Trommel einmal eine normale Betriebsgeschwindigkeit wiederaufgenommen hat, wird die Kraft der Antriebsräder auf ihre normale Ebene angehoben. Um ein Schlingern und eine sich ergebende Schädigung des Antriebsmechanismus zu vermeiden, haben die Anmelder herausgefunden, dass die Kraft der Antriebsräder eher schrittweise als auf einmal wiederhergestellt werden muss.
Eine Reduzierung und Steigerung der Kraft der Antriebsräder in Reaktion auf Veränderungen der Trommelgeschwindigkeit wird mittels einer elektrischen Steuerung der Hydraulikpumpen erreicht, die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit an die linken und rechten Antriebsrad- Hydraulikmotoren 42a bzw. 42b bereitstellen. Ein schematisches Diagramm des Kontrollsystems ist in Fig. 16 dargestellt. Ein manuell betriebenes Geschwindigkeitskontrollgerät wird für jedes der beiden Antriebsräder bereitgestellt. Während eines normalen Betriebs steuern die Geschwindigkeitsregler 104a und 104b elektrisch den Ausstoß der Hydraulikpumpen 40a und 40b, die auf eine Bewegung des Geschwindigkeitsreglers durch den Bediener reagieren. Wenn die Trommel 30 (in Fig. 16 nicht dargestellt) sich verlangsamt, löst eine entsprechende Verlangsamung der Lichtmaschine 102 ein Signal an den Regler 100, ein Sundstrand Mod. MCH22BL1844, aus. In Reaktion hierauf reduziert der Regler 100 die an die Geschwindigkeitsregler 104a und 104b angelegte Spannung um 50%, was die Kraft bzw. Energie an den linken und rechten Antriebsrad-Hydraulikmotoren 50a bzw. 50b um einen entsprechenden Wert reduziert. Wenn die Trommel 30 innerhalb von 2 Sekunden nicht ihre normale Betriebsgeschwindigkeit wiederhergestellt hat, reduziert der Regler 100 die Spannung an den Geschwindigkeitsreglern 104a und 104b weiter auf 30% des Normalen. Nach den Erfahrungen der Anmelder war eine Kraftreduktion an den Antriebsrädern auf 30% von Normal ausreichend, um die ernsthaftesten Anhaltebedingungen zu überwinden. Wenn die Trommel 30 wieder ihre normale Betriebsgeschwindigkeit aufgenommen hat, stellt der Regler 100 eine Normalspannung für die Geschwindigkeitsregler 104a und 104b wieder her, und der Normalbetrieb wird wiederhergestellt. Die Anmelder haben herausgefunden, dass das wie beschriebene Kontrollsystem so reagiert, dass es notwendig ist, die normale Kraft an die Antriebsräder schrittweise bereitzustellen, um ein Schleudern des Komposters und eine Beschädigung des Antriebs zu verhindern. Zu diesem Zweck erhöht der Geschwindigkeitsregler 100 die Spannung an den Geschwindigkeitsregler 104a und 104b schrittweise über mehrere Sekunden, wenn die Trommel einmal ihre normale Betriebsgeschwindigkeit wiederaufgenommen hat.
Das mitgeschleppte mikrofraktionierte kontaminierte Material wird nach oben und nach hinten in zwei sich allgemein drehenden, wirbeligem Luftströmen vorangetrieben. Jeder Luftstrom dreht sich im Allgemeinen nach oben und nach außen vom Zentrum der Trommel weg und wendet sich hin zur Rückseite der Kammer 24. Die Luftströme überlappen sich an ihren Innenabschnitten und stellen damit einen wiederholten Austausch von mitgeschlepptem Material zwischen diesen bereit. Wenn die Luftströme beginnen, ihre Geschwindigkeit zu verlieren, beginnt das mikrofraktionierte kontaminierte Material aus dem Luftstrom auszufallen und wird erneut zu einem Erddamm abgelagert. Die Anmelder haben zum ersten Mal herausgefunden, dass dieses Verfahren der Mikrofraktionierung die vorher erwähnten Nachteile der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik überwindet, nämlich, dass relativ leichte Abfälle dieser Art nach Bedarf ausreichend belüftet, vermischt und getrocknet werden können, indem sie mit einem relativ großen Luftvolumen mitgeschleppt und in Berührung gebracht werden, das in eine Mischkammer durch eine Trommel- und Schaufel-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gezogen wird.
Die Luftströme werden gemäß der bevorzugten Ausführungsform durch die früher beschriebenen linken, rechten und zentralen Schaufeln erzeugt. Wie am besten in den Fig. 9 und 14 ersichtlich ist, schließt jede Schaufelreihe gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gruppe von Schaufeln mit Schaufelabschnitten 76 ein, die gegenüberliegenden Enden der Walze zugewandt sind. Wenn die Trommel gedreht wird, zieht jeder Schaufelabschnitt 76 Luft in die Kammer 24 und erzeugt eine Reihe von Luftströmen, die in Richtung der Trommeldrehung und seitlich nach außen hin zum Ende der Trommel strömen. Die Reihe von Luftströmen, die durch die beiden Gruppe von in ähnlicher Weise ausgerichteten Schaufelabschnitten 76 erzeugt wird, vereinigt sich und bildet zwei sich entgegengesetzt drehende Luftströme, von denen jeder innerhalb der Kammer 24 nach außen und spiralförmig nach hinten gedreht wird. Das hier und da Einfügen von Schaufeln mit gegenüberliegenden Schaufelabschnitten 76 nahe dem Zentrum der Trommel erzeugt einen Bereich, in dem die sich entgegengesetzt drehenden Luftströme überlappen. In der Überlappungsregion wird das kontaminierte Material kontinuierlich zwischen den Luftströmen ausgetauscht, wodurch eine sorgfältigere Vermischung der kontaminierten Materialien als es bis jetzt möglich war, bereitgestellt wird. Die mikrofraktionierten kontaminierten Materialien werden in den Luftströmen für eine relativ lange Zeit mitgeschleppt, bis der Luftstrom sich ausreichend verlangsamt hat, so dass das Material aus dem Luftstrom ausfallen kann. Auf diesem Wege wird für das kontaminierte Material eine verlängerte Kontaktzeit zur Belüftung und Trocknung bereitgestellt. Wenn die Luftströme sich nach hinten spiralförmig drehen, verlassen sie die Kammer 24 durch eine hintere Öffnung 27 und einen hinteren Endabschnitt 31. Die hinteren Vorhänge 35 dienen dazu, die Rückwärtswanderung der Luftströme und irgendwelcher mitgeschleppter oder geworfener kontaminierter Materialien zu begrenzen. Die Anmelder haben herausgefunden, dass die Mikrofraktionierung der vorliegenden Erfindung durch Verwendung des Endabschnittes 31 signifikant verbessert wird, was offensichtlich zur Förderung der Bildung und Nach-hinten-Ausdehnung der sich drehenden Luftströme dient, was die Kontaktzeit zwischen der Luft und den kontaminierten Materialien verlängert. Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, eine ausgedehnte interstitielle Belüftung von relativ leichten kontaminierten Materialien bereitzustellen, war mit den Vorrichtungen des Stands der Technik nicht möglich und repräsentiert einen signifikanten Fortschritt der Technik.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber den Vorrichtungen des Stands der Technik betrifft das große Vollumen an frischer Luft, das kontinuierlich in die Kammer 24 gezogen wird und mit dem kontaminierten Material in innige Berührung kommt. Dieses Merkmal ist ebenfalls dann ein besonderer Vorteil, wenn schwerere Materialien, die nicht so leicht in dem Luftstrom mitgeschleppt werden und die in erster Linie dadurch vermischt werden, dass sie durch Berührung mit den Schaufelabschnitten 76 nach oben und nach hinten geworfen werden, verarbeitet werden. Trotzdem werden bei der großen Luftmenge, die in die Kammer 24 in Form von Hochgeschwindigkeitsluftströmen eingezogen wird, diese mikrofraktionierten Materialien mit signifikant mehr Luft unter wirksameren Belüftungsbedingungen in Berührung gebracht, als dies bei bekannten Vorrichtungen möglich ist.

Bioremediation aliphatischer, polyzyklischer, aromatischer und heterozyklischer Kohlenwasserstoff-Verbindungen und chlorierter Gegenstücke hiervon.

Aliphatische, polyzyklische, aromatische und heterozyklische Kohlenwasserstoff-Verbindungen und ihre chlorierten Gegenstücke sind bekannte Boden- und Wasserschadstoffe. Kreosot und Pentachlorphenol sind beispielsweise im Allgemeinen mit Oberflächenböden, Wasser in Behandlungsteichen oder Abdampfflächen und Grundwasser verbunden, das mit Sickerwasser aus den obigen Quellen kontaminiert ist. Fast all diese Verbindungen stehen mit Holzbehandlungseinrichtungen in Verbindung. Die Bioremediation, d. h. die Verwendung von Schadstoff-abbauenden Mikroorganismen zur Verbesserung des Zustands kontaminierter Materialien, repräsentiert eine Möglichkeit, durch die diese Orte wieder in ihren Originalzustand versetzt werden können.
Das Vermögen von Bakterien, Verbindungen abzubauen, die schwer abbaubar sind, ist eine Funktion ihrer metabolischen Aktivitäten oder Wege. Mikrobielle Stämme besitzen komplexe biochemische Wege, die es diesen ermöglichen, synthetisierte organische Verbindungen zu verwerten. Wenn jedoch aromatische organische Verbindungen einer Substitution mit Chloratomen unterworfen werden, sind die Verbindungen sehr schwer abbaubar. Wenn die Verbindungen jedoch durch mikrobielle Stämme vollständig metabolisiert werden, sind üblicherweise nur Kohlendioxid, Wasser und Chlor die Endprodukte.
Damit eine Verbindung unter Feld-Bedingungen biologisch abgebaut werden kann, sind mehrere Grundkriterien zu erfüllen:
1. Eine geeignete mikrobielle Gemeinschaft, die die erforderliche katabole Fähigkeit besitzt, muss vorhanden sein (Exposition gegenüber dem chemischen Kontaminanten).
2. Bioverfügbarkeit des Substrates zusammen mit der Organismus-Substratinteraktion.
3. Umweltparameter, wie beispielsweise Temperatur, Redoxpotential, Sauerstoff- und Nährstoffverfügbarkeit müssen dem Wachstum der Organismen förderlich sein.
Das Wachstum der Mikroorganismen auf Kosten der Phenol- und Methylphenol-(Cresol-) Bestandteile von Verbindungen zur Holzbehandlung hat die Proliferation einer verschiedenartigen mikrobiellen Population zur Folge, die eine Vielzahl von Abbauwege anwendet. Wegen der konvergenten Natur der Wege des Aromaten-Metabolismus liefert die Entwicklung einer großen und mannigfaltigen mikrobiellen Population, die zum Abbau phenolischer Verbindungen in der Lage ist, die erforderlichen Wege für die letzteren Schritte des Abbaus von PAHs, heterozyklischen Verbindungen und chlorierten aromatischen Verbindungen. Deswegen wird der Abbau von PAHs und chlorierten organischen Verbindungen in großem Maße durch gleichzeitigen Cresol-Abbau gesteigert.
Es wurden verschiedene Verfahren zur Steigerung der Abbaugeschwindigkeit entwickelt, wie beispielsweise Mischen, Nährstoffe etc. Weil die meisten Umgebungen eine bodenständige bzw. eingeborene Population an Öl-abbauenden Mikroorganismen aufweisen, die sich unter geeigneten Bedingungen rasch vermehren können, ist der Zusatz von Saatbakterien und/oder Saatpilzen zur Stimulierung einer Aufreinigung üblicherweise von geringem Wert.

Testfolge

Testverfahren variieren abhängig von den regulierenden Behörden und dem Standort der Stelle, jedoch sollte unter typischen Bedingungen eine vollständige Analyse der Kontamination bei Öffnen und Schließen derartiger Standorte durchgeführt werden. Eine Kontrolltestanalyse sollte auf solche Kontaminanten eingeschränkt werden, die unterschiedliche mikrobielle Populationen (Cresol/Phenol) produzieren, und auf solche Kontaminanten, die Langsamabbauer (Phenanthren/PCP) und Schnellabbauer (Naphthalen) sind. Dies ermöglicht dem Bediener, die Geschwindigkeit des Totalabbaus aller Verbindungen bei vernünftigen Kostenkontrollkriterien zu bestimmen.

Gesamttestverfahren

Das Nachfolgende ist eine Liste verschiedener Kontaminanten, die mit Kreosot und Pentachlorphenol verbunden sind. Steinkohlen-Kreosot ist aus ungefähr 85% polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (polycyclic aromatic hydrocarbons = PAHs), 10% phenolischen Verbindungen und 5% N-S-O-Heterozyklen zusammengesetzt. Die nachfolgende Liste deckt ungefähr 95% des Gesamt-Kreosots ab und schließt einige der toxischeren Chemikalien, die vorliegen, ein.
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielweise Naphthalen, 2- Metyhylnaphthalen, Phenanthren, Anthracen, 1-Methylnaphthalen, Biphenyl, Fluoren, 2,3- Dimethylnaphthalen, 2,6-Dimethylnaphthalen, Acenaphthen, Fluoranthen, Chrysen, Pyrenanthrachinon, 2-Methylanthracen, 2,3-Benzofluoren und Benzopyren; phenolische Verbindungen, wie beispielsweise Phenol, o-Cresol, m-Cresol, p-Cresol, Pentachlorphenol, 2,5- Xylenol, 3,5-Xylenol, 2,3-Xylenol, 2,4-Xylenol, 2,6-Xylenol, 3,4-Xylenol und 2,3,5- Trimethylophenol; heterozyklische Verbindungen, wie beispielsweise H-Heterozyklen, S- Heterozyklen, Chinolin, Isochinolin, Carbozol, 2,4-Dimethyllphyridin, Acridin, Anilin, 2- Methylchinolin, 4-Methylchinolin, Pyrrol, Pyrrolidin, Benzothiophan, Dibenzothiophen und O- Heterozyklen, wie beispielsweise Dibenzofuran.

Halogenierte Kohlenwasserstoffe

Pentachlorphenol-Lösungen, die die bekanntesten halogenierten Kohlenwasserstoff- Kontaminanten sind, sind aus einem 5%igen Gemisch aus Pentachlorphenol in jeweils schwerem Heizöl oder leichten Mineralölen zusammengesetzt und sie werden manchmal in Verbindung mit verschiedenen Metall-Naphthenaten, wie beispielsweise Kupfer- und Zink- Naphthenat und Tetrachlorphenol verwendet. Weitere halogenierte Kohlenwasserstoffe schließen chlorierte Aromaten, wie beispielsweise Chlorbenzol, 1,2-Dichlorbenzol, 1,3- Dichlorbenzol, 1,4-Dichlorbenzol und 1,2,4-Trichlorbenzol und halogenierte Aliphatika, wie beispielsweise Chloroform, Kohlenstofftetrachlorid, 1,2-Dichlorethan, 1,1,1-Trichlorethan, 1,1,2,2-Tetrachlorethan, Tetrachlorethylen, Bromdichlormethan, Dibromchlormethan, Bromoform und 1,2-Dibromethan ein.
Wie vorher und wie anschließend diskutiert wird, werden aerobe Reaktionen in der beschleunigten Bioremediation des behandelten kontaminierten Materials der vorliegenden Erfindung verwendet. Jedoch werden im Falle der Bioremediation halogenierter Kohlenwasserstoffe methanogene Reaktionen entweder alleine oder in Kombination mit aeroben Reaktionen angewandt. Aerobe Reaktionen schließen die Verwendung von Sauerstoff und eine Mikrofraktionierung als Antriebskräfte ein. Methanogene Reaktionen sind endotherm angetriebene Reaktionen, die ohne Rühren und bei Fehlen von Sauerstoff durchgeführt werden. Diese Reaktionen können in Folge durchgeführt werden, wobei der erste Schritt O&sub2;- Zuführveränderungen und Mikrofraktionierung umfasst, gefolgt von einem zweiten Schritt, bei dem anaerobe Verbesserungsmaterialien zugesetzt werden und zugelassen wird, dass die Reaktion endotherm vor sich geht.

Munition, explosive Stoffe, Treibladungen und Pyrotechnika

Das behandelte kontaminierte Material kann mit anderem toxischen Material, wie beispielsweise den toxischen Materialien in Munition, explosiven Stoffen, Treibmitteln und pyrotechnischen Materialien kontaminiert sein. Dieses toxische Material umfasst typischerweise aromatische Kohlenwasserstoffmaterialien, einschließlich Trinitrotoluol und aliphatische Kohlenwasserstoff- Materialien, einschließlich Raketentreibstoff.

Bodenkonsistenz, Mikro/Makroorganismen und Planzen.

Die Bodenumgebung unterscheidet sich von einem geographischen Ort zum anderen und somit variiert der Abbau der Verbindungen im Boden in unterschiedlichen Orten. Der bakterielle Metabolismus dieser Verbindungen wird durch Faktoren, wie pH, Temperatur, Sauerstoffgehalt, Nährstoffe und Tiefe beeinflusst. Typischerweise erfordern abbauende Mikroben im Boden einen nahezu neutralen pH, eine Temperatur von 77-82ºF und die Verfügbarkeit von freiem Sauerstoff, weil viele der in den metabolischen Abbau involvierten Enzyme oxidativ sind.
Der Abbau der Mineralöl-Kohlenwasserstoffe und deswegen die Zeit zur Wiederherstellung des Bodens scheint durch Faktoren, wie der Fraktion des verschütteten Kohlenwasserstoffs, dem Bodentyp und dem Klima beeinflusst zu werden. Ein Verständnis dieser Umweltfaktoren liefert eine Einsicht in die Verteilung der Mikroorganismen und ihre Funktion im Besetzen ökologischer Nischen, die zur Förderung der Produktivität und Aufrechterhaltung der Umweltqualität von Ökosystemen essentiell ist.
Symbiotische Verhältnisse, Synergismen, ermöglichen mikrobiellen Populationen höhere Dichten in der Rhizosphäre (Boden, der durch Pflanzenwurzeln beeinflusst wird) als in wurzelfreiem Boden, und Pflanzen zeigen verbesserte Wachstumseigenschaften als Folge der Interaktionen mit Rhizosphären-Mikroben. Wechselseitige Beziehungen führen zur Evolution neuer Organismen und bis zur Nahrungskette, wodurch ein balanciertes Ökosystem und Nahrungsmittelnetz erzeugt wird.
Um dieses balancierte Ökosystem zu erreichen und um dadurch das bestmögliche Nahrungsmittelnetz bereitzustellen, muss eine optimale physikalische Umgebung für das Bodenmedium bewirkt werden.

Böden

Die Bodentemperatur hängt von der Absorption von Sonnenstrahlen, der Rückstrahlung von der Oberfläche, der Leitfähigkeit und dem Austausch mit der Luft, der Wärmeströmung hierin und der Wärmekapazität des Bodens ab. Die Bodenfarbe und Oberflächentextur beeinflussen sowohl die Absorption als auch die Rückstrahlung. Organische Rückstände auf der Bodenoberfläche neigen dazu, sich schneller zu erwärmen und spielen eine Hauptrolle bei der Bodentemperatur, indem ankommende und abgehende Strahlung abgefangen wird und die Geschwindigkeit der Luftbewegung an der Bodenoberfläche reduziert wird. Wasserkontakt ist ebenfalls ein Hauptfaktor sowohl für den Wärmetransfer als auch für die Wärmezurückhaltung. Veränderungen im Bodenwassergehalt schließen signifikante Energiemengen oder latente Wärme ein. All die oben genannten Faktoren beeinflussen die Temperatur des Bodens, die für eine optimale physikalische Umgebung für Mikroben bis hin zu Pflanzen von Bedeutung ist.
Weil das Wachstum von Pflanzen, Mikroorganismen etc. eine optimale physikalische Umgebung erfordert, beeinflusst das Vorhandensein organischer Materialien diese Eigenschaften profund. Der Humus dient als Bindemittel, der für Anordnungen aus Mineralpartikeln aus den Bodenaggregaten Stabilität erbringt. Böden, die das Wachstum von Pflanzen und Organismen fördern, müssen ein Matrix-plus-osmotisches Potential aufweisen, das sich von -15 Bar bis zu einer Fraktion von -1 Bar bewegt. Wenn der Boden zu nass wird, wird die Belüftung eingeschränkt. Böden mit überwiegend feinen Poren neigen dazu, Feuchtigkeit zurückzuhalten und sich langsam zu erwärmen. Durch Zusatz von Kompost zu feinporigen Böden wird sowohl die Belüftung als auch die Trocknung der Böden verbessert.
Durch Beeinflussung eines balancierten Programms für die Bodenpräparation, Nährstoff-Zusatz und Belüftung, die für ein optitmales Pflanzenwachstum erforderlich sind, werden Mikroorganismen unter optimalen Bedingungen proliferieren und beinahe das gesamte vorhandene kontaminierende Material auf Kohlenwasserstoffbasis, das in unserer Umwelt im Überfluss vorhanden ist, abbauen. Der Bodenabbau von organischen Materialien erzeugt gasförmiges Kohlendioxid. Es ist wünschenswert, so viel Kohlendioxid wie möglich im Boden zu entfernen. Kohlendioxid kann durch den permeablen Boden durch Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung freigesetzt werden. Wenn das Kohlendioxid einmal aus dem Boden ausgespült wurde, können die Pflanzen das Kohlendioxid aufnehmen und dasselbe zu Sauerstoff metabolisieren. Sauerstoff wird in den die Pflanzen umgebenden Bereich freigesetzt und effektiv bei der gegenständlichen Bioremediation von behandelten kontaminierten Materialien verwendet.

Phyto-Remediation

Die Bioremediation ist typischerweise die Entfernung von Bodenkontaminanten, wie beispielsweise Kreosot, PCPs und PAHs, die die Entgiftung der kontaminierten Böden erleichtert, indem angestammte bzw. einheimische mikrobielle Populationen verwendet werden. In der Phyto-Remediation, die eine Form einer Bioremediation darstellt, werden geeignete Pflanzenspezies zur unabhängigen Entfernung von Metallen, insbesondere Schwermetallen, aus kontaminiertem Material, wie beispielsweise Böden, ausgewählt. Eine "beschleunigte" Phyto- Remediation umfasst eine Phyto-Remediation, die weiterhin die oben beschriebenen Prinzipien der beschleunigten Bioremediation anwendet, um Metalle aus kontaminiertem Material unter Verwendung von Pflanzenspezies zu entfernen, die in das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material eingebracht werden. Die Metalle im mikrofraktionierten behandelten kontaminierten Material dringen in die Interstitialräume dieser Pflanzen durch Hyperakkumulation während des Verlaufs des Wachstumsprozesses ein.
Ein Beispiel einer beschleunigten Phyto-Remediation ist die Verwendung von Anthoxanthum als Pflanzenspezies bei der Entfernung von Schwermetallen, wie beispielsweise Zink, Blei, Kupfer, Chrom, Quecksilber, Nickel, Kadmium, Arsen, Barium und Selen aus mikrofraktionierten behandelten kontaminierten Böden. Weitere Pflanzenspezies, die bei der beschleunigten Phyto- Remediation verwendet werden können, schließen Deschampsia (Blei), Gremnaina doniana (Blei), Stereochleuena cameronii (Blei und Kupfer), Festuca ovina (Blei) und Ambrosia artesmisfolia (Blei, Zink und Kupfer) ein.
Nachdem die Pflanzenspezies gewachsen ist, wird sie geerntet. Das Ernten der Pflanzenspezies schließt typischerweise die Wiedergewinnung zumindest eines Teils des hyperakkumulierten Metalls durch Entfernung zumindest eines beträchtlichen Anteils des Metalls aus dem Metall- kontaminierten Boden ein. Es wird insbesondere bevorzugt, dass, nachdem die Pflanzenspezies, die das hyperakkumulierte Metall einschließt, geerntet wurde, bestimmte Teile des Phyto- Remediations-Prozesses wiederholt werden, wie beispielsweise die Schritte wiederholt werden, in das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material zusätzliche Pflanzenspezies einzuführen, die zur Entfernung von Materialien hieraus in der Lage sind, und Ernten der zusätzlichen Pflanzenspezies, die hyperakkumuliertes Metall einschließt. Die Schritte in der Phyto-Remediations-Folge werden im Allgemeinen so lange wiederholt, bis die Menge des im behandelten kontaminierten Material verbleibenden Metalls einen vorherbestimmten Level bzw. Konzentration nicht überschreitet, wie beispielsweise die notwendigen Regierungsstandards. Bei jeder der Behandlungssequenzen wird bevorzugt, dass der Boden mit Nährstoffen versehen und besät wird, um die Wirkung der Mikrofraktionierung zu maximieren. So ist in einigen Fällen die Menge an Metall, die im behandelten kontaminierten Material zurückbleibt, so stark reduziert, dass sie nicht mehr als 5 ppm beträgt.
Vorzugsweise werden, nachdem die Pflanzenspezies einschließlich des hyperakkumulierten Metalls geerntet wurden, bestimmte weitere Schritte durchgerührt. Diese Schritte können ein Einäschern der geernteten Pflanzenspezies zur Erzeugung von Aschenmaterial, ein Sammeln des Aschenmaterials und eine Deponierung des eingeäscherten bzw. verbrannten Materials einschließen.
Ein weiteres Verfahren zur Remediation von Metallen schließt die Mikrofraktionierung des Metall- kontaminierten Materials und die Fixierung von Metallen darin ein. Zusätzlich zur Bereitstellung eines Schleppmittelstromes mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, um das kontaminierte Material darin mitzuschleppen, wird das kontaminierte Material im Luftstrom mitgeschleppt, das kontaminierte Material mikrofraktioniert und das mikrofraktionierte kontaminierte Material aus dem Luftstrom in die umgebende Umwelt abgegeben. Die Metalle werden dann im mikrofraktionierten kontaminierten Material so fixiert, dass die Metalle an einem Auswaschen in die umgebende Umwelt gehindert werden. Die Fixierung der Metalle kann durch physikalische Bindung des mikrofraktionierten kontaminierten Materials mit einem Material eintreten, das das Auslaufen der Metalle in die umgebene Umwelt verhindert.
Beispielsweise kann das Fixieren der Metalle ein physikalisches Kombinieren bzw. Binden des mikrofraktionierten kontaminierten Materials mit einem Beschichtungs- bzw. Deckmaterial umfassen, indem dieses beschichtet wird, das ein Auslaufen der Metalle in die umgebende Umwelt verhindert. Das Deckmaterial umfasst typischerweise Portland-Zement und das Deckmaterial schließt vorzugsweise weiterhin Holzflugasche ein. Das Fixieren der Metalle kann ebenfalls eine chemische Behandlung der Metalle zur Erzeugung von Metallverbindungen umfassen, die nicht in die umgebende Umwelt auslaufen werden. Beispielsweise kann die chemische Fixierung der Metalle eine chemische Behandlung der Metalle durch Oxidieren der Metalle zur Produktion von Metalloxiden umfassen, die nicht in die umgebende Umwelt entweichen werden.
Beim Phyto-Remediations-Prozess dieser Erfindung wird der zu sanierende Boden zunächst mit chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien zum Abbau der darin vorhandenen kontaminierten Stoffen behandelt, wie beispielsweise einer geeigneten Nährstoffformel, die zur Metallentfernung auf Grundlage der speziell verwendeten Pflanzen ausgewählt wird. Beispielsweise wird für eine Breitblatt- oder Graspflanzenspezies eine Nährstoffformel zunächst durch Durchführung einer Bodenanalyse bestimmt. Die Bodenanalyse bestimmt den NPK und die Mikro-Nährstoffformeln. Die Nährstoffformeln sind davon abhängig, ob die Pflanzen, die in den beschleunigten Phyto-Remediations-Prozess verwendet werden, Breitblatt- oder Graspflanzenspezies sind.
Der kontaminierte Boden, der mit der Nährstoffformel behandelt wird, wird einer Mikrofraktionierung unterworfen, und zwar in der Art und Weise, die oben bereitgestellt wurde, und die die Schritte einschließt, einen Schleppluftstrom mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zum Mitschleppen des behandelten kontaminierten Materials bereitzustellen, das behandelte kontaminierte Material im Luftstrom mitzuschleppen, das behandelte kontaminierte Material mikrozufraktionieren, das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material aus dem Luftstrom abzulassen bzw. abzusondern, in das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material biologische Bodenverbesserungsmittel zur Erleichterung der beschleunigten Phyto-Remediation einzubringen, in das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material eine Pflanzenspezies einzubringen, die zur Entfernung von Metallen hieraus in der Lage ist und die Phyto-Remediation des behandelten kontaminierten Materials beschleunigt durchzuführen. Im Falle einer Hyperakkumulierung wird beispielsweise Metall aus dem Boden während des Wachstums in den Interstitialraum der Pflanzenspezies entfernt, wodurch zumindest ein beträchtlicher Anteil des Metalls aus dem Metallkontaminierten Boden entfernt wird.
Die Pflanzenspezies, die die hyperakkumulierten Kontaminanten einschließt, werden dann geerntet. Nach der Ernte werden die Schritte, in das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material eine zusätzliche Pflanzenspezies einzubringen, die zur Entfernung von Kontaminanten hiervon in der Lage ist, und die zusätzliche Pflanzenspezies, die hyperakkumulierte Kontaminanten einschließt, zu ernten, wiederholt, bis die Menge der Kontaminanten, die im behandelten kontaminierten Material verbleibt, die erforderlichen Regierungsstandards nicht mehr überschreitet. Nachdem die Pflanzenspezies, die die hyperakkumulierten Kontaminanten einschließt, geerntet wurden, werden die Schritte durchgeführt, die geerntete Pflanzenspezies zur Erzeugung eines verbrannten Materials zu verbrennen, das verbrannte Material zu sammeln und das verbrannte Material zu entsorgen bzw. zu deponieren.
Eine beschleunigte Phyto-Remediation wird typischerweise in einem Mehrschritt- Mikrofraktionierungsverfahren erreicht. Danach werden Erddämme aus dem mikrofraktionierten Material gebildet, um den Phyto-Remediations-Prozess zu erleichtern. Die Erddämme werden dann mit der geeigneten, zuerst wachsenden Pflanze zur Erzeugung einer ausgewählten Spezies besät. Die Feuchtigkeitskonzentration wird für ein geeignetes Pflanzenwachstum aufrechterhalten. Typischerweise wird eine Bodenanalyse durchgeführt, um die Wasserrückhaltekapazität des Bodens zu bestimmen. Hierdurch wird die Wassermenge ermittelt, die durch den Boden zurückgehalten werden kann. Das Wasser kann auf den Boden durch Beregnungsaufbringung aufgebracht werden.
Während des Sommers oder der wärmeren Monate des Jahres können die Erddämme unbedeckt gelassen werden. Jedoch sollten die Erddämme während des Winters oder der kälteren Monate durch tragbare Gewächshäuser abgedeckt werden. Dies wird typischerweise dadurch erreicht, dass der Erddamm mit Loretex 1212 UV (halbe Kreisgröße, vorzugsweise 18" breit und 8' hoch) bedeckt wird, das maßgeschneidert abhängig von den individuellen Erddamm-Abmessungen hergestellt wird.
Die Sähschwindigkeit beträgt vorzugsweise zweimal die empfohlene Geschwindigkeit bzw. Rate. Für Ambrosia artemisfolia bedeutet dies beispielsweise ungefähr 60.000 pro Morgen Land. Wie bei den Nährstoffen werden sie im Allgemeinen in einem 21-Tage-Zyklus zugesetzt.
Wenn die Erstwachstumspflanzen bis zu einer vorherbestimmten Größe gewachsen sind, werden sie mit einer Maschine oder Vorrichtung geerntet, wie beispielsweise einem Sichelklingenmäher, der dazu in der Lage ist, im Wesentlichen die gesamte Pflanze in einer Art und Weise abzutrennen, die es ihr ermöglicht, intakt zu bleiben. Der Ernteertrag der Pflanzen, die geerntet wurden, wird dann in einem geschlossenen Verbrennungsofen verbrannt, und die sich ergebende Asche, die dadurch produziert wurde, wird akkumuliert und typischerweise in einer Deponie entsorgt.
Ein zweites Wachstum der ausgewählten Pflanzen wird dann in einer Höhe von ungefähr 18 Zoll produziert. Das oben beschriebene erste Verfahren zum Wachsen, Ernten und Entsorgen der ausgewählten Pflanzen wird wiederholt, und es werden erneut Bodenproben auf Schwermetall- Bestandteile untersucht. Zu diesem Zeitpunkt kann bestimmt werden, ob die vorher ausgewählte Pflanzenspezies ausgetauscht wird oder nicht.
Eine nachfolgende Bepflanzung sollte erste nach einer Zeitspanne von ungefähr 2 Wochen erfolgen. In jedem Fall sollte das obige Verfahren wiederholt werden, bis die Menge bzw. der Anteil der Schwermetallkontaminanten im Boden die Regierungsstandards (EPA, etc.) nicht mehr überschreitet.
Bei einem weiteren Verfahren zur Entfernung von Kontaminanten aus kontaminiertem Material wird das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material aus dem Luftstrom unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens abgesondert. Darauf werden biologische Bodenverbesserungsmittel in das mikrofraktionierte behandelte kontaminierte Material zur Erleichterung einer beschleunigten Phyto-Remediation hiervon eingebracht, und zwar zusammen mit einer Pflanzenspezies, die zur Entfernung von Kontaminanten hiervon geeignet ist. Das behandelte kontaminierte Material wird dann einer beschleunigten Phyto-Remediation durch Hyperakkumulierung der Kontaminanten hiervon in die Interstitialräume der Pflanzenspezies während deren Wachstums unterzogen. Auf diese Weise wird zumindest ein beträchtlicher Anteil der Kontaminanten aus dem kontaminierten Boden entfernt. Die Kontaminanten können im Allgemeinen ein radioaktives Material umfassen und können insbesondere irgendein radioaktives Spaltprodukt und Aktivierungsprodukte von Kennreaktoren, radioaktive Produkte der Brennelementaufösung und natürlich vorkommende radioaktive Produkte umfassen. Die Spaltprodukte aus Kernreaktoren können vorzugsweise Cs-137, Sr-89, Sr-90, I-129, Ru-103, Ru-106, Zr-95, Nb-95, Ce-141, Ce-144, H-3 oder Tc-99 umfassen. Darüber hinaus können die Aktivierungsprodukte aus Kernreaktoren Pu-239, Pu-240, Pu-241, Am-241, Co-60, Na-55a, Mn-54 und Hg-203 umfassen. Wie die radioaktiven Produkte der Brennelementauflösung umfassen diese typischerweise U-238. Sie können zuletzt wie für die natürlich auftretenden radioaktiven Produkte Cm-244, C-14 oder Th-232 sein.

Beispiel 1

Dieses Beispiel zeigt die Wirkung der beschleunigten Bioremediation, wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung, eines HH SYSTEM 614 Turborator Mikrofraktionierungs-Gerätes angewendet wird. Kontaminant: Nr. 2 Heizöl.

Probenergebnisse:

Ausgangsprobe
Ort UB 1-7-9 2400 ppm
Umgebungslufttemperatur 1,4ºC
Haufentemperatur, Ort UB 1-7-9 18,3ºC
Erste Probenentnahme (55 Tage später)
Ort UB 1-7-9 110 ppm
Umgebungslufttemperatur 0,6ºC
Haufentemperatur, Ort UB 1-7-9 13,7ºC

Verwendetes Verfahren:

1. Eine Bodenprobe für diesen Ort wurde bezüglich pH, physikalische Parameter/Bodenfeuchtigkeitszurückhaltung, Wassergehalt und Schüttdichte vermessen.
a) Physikalische Bodenparameter/Korngrößenverteilung.
b) Nährstoff- und Mikronährstoffgehalt.
2. Der Standort wurde dann zu Erddämmen ausgebildet und die meisten der großen Steine wurden entfernt.
a) Der Erddamm wurde 4,2 m breit und 1-1,8 m hoch ausgelegt.
b) Der Ort enthielt ungefähr 230 m³ kontaminierten Boden.
c) 30 m³ von Erlensägespäne wurde dem 230 m³-Haufen zugesetzt.
3. Der Haufen wurde mit einer Kombination aus HH MICRO-2, HH MICRO-51D, Simple Green, AGRI-SC und Wasser besprüht. Nach Aufbringung der Nährstoffe und Chemikalien unter Verwendung eines Spraysystems, wie beispielsweise dem H & H System T Spray, kann die Mikrofraktionierungsvorrichtung ihre Arbeit beginnen.
4. Der Haufen wurde dann mit dem HH SYSTEM 614 Turborator zweimal mikrofraktioniert.
5. Darauf wurde der Haufen mit einem durchsichtigen Kunststoff bedeckt.
Der Boden an diesem Ort war extrem schwer bearbeitbar. Er wies einen Lehm- bzw. Tonerdegehalt von 27% und einen Schlickgehalt von 36% auf, was einer "beinahe fettigen Tonerde"-Beschreibung mit 63% Feinstoff entsprach.
Erlensägespäne mit einer Teilchengröße von 0,5 em Durchmesser wurden in den Boden eingemischt. Dies ermöglichte, dass Sauerstoff in den Behandlungs-Haufen eingekapselt würde. Der HH SYSTEM 614 Turborator vermischte die Sägespäne nicht nur beinahe vollständig, sondern drängte auch Sauerstoff in den Haufen und kapselte diesen in den Behandlungsort ein.
Dieses Beispiel zeigt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zur Anwendung der gegenständlichen Vorrichtung die Kohlenwasserstoff-Kontaminanten- Konzentration (Nr. 2 Heizöl) im kontaminierten Material in 55 Tagen bei Umgebungstemperaturbedingungen schwach oberhalb des Gefrierpunktes um 92,7% reduzierte.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde am selben Ort, jedoch einer unterschiedlichen Stelle, wiederholt. Die Bedingungen, unter denen der Test durchgeführt wurde, waren wie folgt:
Kontaminante: Nr. 2 Heizöl

Probenergebnisse:

Ausgangsprobe
Ort B-2 2400 ppm
Umgebungslufttemperatur 1,4ºC
Haufentemperatur, Stelle B-2 12,8ºC
Erste Probenentnahme (56 Tage)
Ort B-2 53 ppm
Umgebungslufttemperatur 0,6ºC
Haufentemperatur, Ort B-2 7,9ºC
Dieses Beispiel zeigt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zur Anwendung der gegenständlichen Vorrichtung die Kohlenwasserstoff-Kontaminanten- Konzentration im kontaminierten Material an einer zweite Stelle am selben Ort in 56 Tagen bei Umgebungstemperaturbedingungen knapp oberhalb des Gefrierpunktes um 97,8% reduzierten.

Beispiel 3

Kontaminant Nr. 2 Heizöl in niedrigen Konzentrationen
Ausgangsdatum 1. Dezember 1992 J

Beschreibung:

Der Kontaminant an dieser Stelle war Nr. 2 Heizöl in niedrigen Konzentrationen, d. h. im Durchschnitt weniger als 2000 ppm. Der Bodentyp war Schlick, gemischt mit Tonerde. Zwei unterschiedliche Schmutzhaufen von ungefähr 230 m³ (300 Kubik-Yards) repräsentieren jeweils das zu behandelnde Material.

Verwendetes Verfahren:

Die Behandlungsvorschrift für beide Stehen war gleich, jedoch mit einer Ausnahme. Der Schmutzhaufen im unteren Parkplatz wies ein zusätzlich zugesetztes Bodenverbesserungsmaterial auf.
Wegen der dichten Natur des Bodens wurden Holzsägespäne (nicht Zeder) dem kontaminierten Boden als Schüttgutmittel zugesetzt, um Lufttaschen für den erforderlichen Sauerstoff zu ermöglichen, den die Bakterien für die aerobe Verdauung der Kohlenwasserstoffe benötigen.
Idealerweise würde die Unterlage zuerst installiert werden, dann würden die Holzhäcksel verteilt und auf 18" Tiefe gleichförmig über die Decklage kompaktiert werden. Als nächstes würde der Boden oben auf den Holzhäckseln installiert werden. In diesem Fall war der Boden jedoch bereits auf der Unterlage aufgebracht, und daher wurden die Holzhäcksel oben auf den Erdhaufen aufgebracht. Nach diesem Schritt begann die Aufbringung von Nährstoffen/Tensid. Dies wurde durch Verwendung eines Spray-Auslegers unter Verwendung von Landwirtschaftskomponenten zur Erreichung einer gleichmäßigen Verteilung über dem Bodenhaufen erleichtert. Eine Kombination von HH MICRO-51D, HH MICRO-2D, Simple Green und Kaliumhydroxid zur pH-Neutralisierung wurden für diesen biologischen Abbau bestimmt.
Ein Mischen der Bodenhaufen wurde durch Verwendung des HH SYSTEM 614 Turborator Bodenmischgerätes erreicht. Zwei Durchgänge durch den Bodenhaufen waren erforderlich, um die Nährstoffe und die Holzhäcksel in adäquater Weise in den Boden zu mischen.
Die Wetterbedingungen während der Behandlung waren kalt, -4ºC bis 0ºC. Üblicherweise sind diese niedrigen Temperaturen einer biologischen Behandlung von Böden nicht förderlich. Jedoch wurden 24 Stunden nach der Behandlung Temperaturen von 26ºC innerhalb der Bodenhaufen aufgezeichnet. Dieser schnelle Anstieg der Bodentemperatur ist am wahrscheinlichsten auf die Zunahme der biologischen Aktivität in den Bodenhäufen zurückzuführen. Anmerkung: Die Bodenhäufen wurden mit durchsichtigem Visqueen bedeckt. Loretex 1212 UV wird üblicherweise für diesen Zweck empfohlen.
Durch Verwendung des HH SYSTEM 61 4 Turborators zur Bodenhomogenisierung können die Bodenhäufen signifikant größer als bei üblichen Deponie-Programmen sein. Das Bodenhaufenprofil kann 14 Fuß Breite an der Basis, 5 Fuß Breite an der Spitze, 6,5 Fuß Höhe betragen. Die Länge wird durch die Vorgaben der Bodenmenge oder des verfügbaren Raums an der Stelle bestimmt. Der HH SYSTEM 614 Turborator homogenisiert den Boden extrem gut, während er ebenfalls den Haufen mit frischer Luft belüftet und CO&sub2; aus dem Boden abführt.
Die Kombination von H & H Nährstoffen, Simple Green und SYSTEM 614 steigern die Geschwindigkeit des biologischen Abbaus in großem Maße. Diese Bodenhäufen wurden durch herkömmliche Verfahren für mehrere Monate vor der H & H Eco System Behandlung deponiert und zeigten einen Kohlenwasserstoff-Reduktion von nur ungefähr 2%.
Dieses Beispiel zeigt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zur Verwendung der gegenständlichen Vorrichtung den Kohlenwasserstoff-Kontaminanten- Konzentration des Kohlenwasserstoff-Materials (Heizöl) im kontaminierten Material in 55 Tagen während Winterwetter und den Temperaturen in den Monaten Dezember und Januar um 94,5% reduzierte.

Beispiel 4

Dieses Beispiel zeigt die Wirkung der beschleunigten Bioremediation auf einen besonders schwierigen Kohlenwasserstoff-Kontaminanten (gebrauchtes Motoröl), wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines HH SYSTEM 614 Turborator Mikrofraktionierungsgerätes angewendet wird.
Kontaminat: gebrauchtes Motoröl

Probenergebnisse:

Erste Probenentnahme:
TPH-Konzentration 35.000 ppm TPH
Zweite Probenentnahme (32 Tage später):
TPH-Konzentration 13.000 ppm TPH
Umgebungslufttemperatur 1,6ºC
Haufentemperatur 24,4ºC
Dritte Probenentnahme (68 Tage später):
TPH-Konzentration 880 ppm TPH
Umgebungslufttemperatur 1,6ºC
Haufentemperatur 15,5ºC

Verwendetes Verfahren:

a) Die Stelle wurde mit NOVA-THFNE® RB616-6HD ausgelegt.
b) Die Decklage wurde dann mit einem 8 · 14 Fuß breiten Haufen aus kontaminiertem Boden bedeckt.
c) Eine Schicht von Erlen-Sägespänen, 18" tief (kompaktiert), wurde dem Haufen hinzugefügt.
d) Kontaminierter Boden wurde in einem Erddamm mit einer Breite von 14 Fuß und einer Höhe von 5-6 Fuß angeordnet.
e) Die Stelle wurde dann mit dem Nachfolgenden besprüht:
150 l HH MICRO-51
100 l HH MICRO-2
51 l Simple Green
457 l Wasser
f) Der Haufen wurde zweimal unter Verwendung eines HH SYSTEM 614 Turborators mikrofraktioniert.
g) Der Haufen wurde mit Loretex 1212 UV bedeckt, um ein Hindurchtreten von Sonnenstrahlen zu ermöglichen.
h) Der Haufen wurde 32 Tage unberührt gelassen, und zu diesem Zeitpunkt wurde Folgendes durchgeführt:
- Die Abdeckung wurde entfernt.
- Die Stelle wurde erneut mit Folgendem besprüht:
150 l HH MICRO-51D
100 l HH MICRO-2
51 l Simple Green
457 l Wasser
- Erneut wurde der Haufen mit HH SYSTEM 614 zweimal mikrofraktioniert
- Der Haufen wurde mit Loretex 1212 UV erneut abgedeckt
i) Der Haufen wurde für zusätzliche 36 Tage unberührt gelassen und zu diesem Zeitpunkt wurde Folgendes durchgeführt:
- Die Abdeckung wurde entfernt
- Die Stelle wurde mit
150 l HH MICRO-51D
51 l Simple Green
557 l Wasser
besprüht.
Der Haufen wurde zweimal mit HH SYSTEM 614 mikrofraktioniert.
j) Der Haufen wurde erneut mit Loretex 1212 UV abgedeckt.
Dieses Beispiel zeigt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zur Anwendung der gegenständlichen Vorrichtung die Kohlenwasserstoff-Kontaminanten- Konzentration eines schwierig biologisch zu sanierenden Kohlenwasserstoff-Materials (gebrauchtes Motoröl) im kontaminierten Material in 68 Tagen bei Umgebungstemperatur- Bedingungen knapp oberhalb des Gefrierpunktes um 97,5% reduzierte.
Indem nunmehr die Prinzipien dieser Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht und beschrieben wurden, sollte für den Fachmann auf diesem Gebiet klär sein, dass die Erfindung bezüglich ihrer Anordnung und Einzelheiten, ohne von solchen Prinzipien abzuweichen, modifiziert werden kann. Ich beanspruche alle Modifikationen, die innerhalb des Geistes und Umfangs der begleitenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Verfahren zur Bioremediation für die Behandlung von kohlenwasserstoffhaltigem kontaminiertem Material, wobei das genannte kohlenwasserstoffhaltige kontaminierte Material mit chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmaterialien behandelt wird, umfassend die folgenden Schritte:

a. Bereitstellen des genannten behandelten, kohlenwasserstoffhaltigen, kontaminierten Materials, gekennzeichnet durch

b. Bereitstellen eines Schleppluftstroms mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zum Mitschleppen des behandelten, kohlenwasserstoffhaltigen, kontaminierten Materials darin;

c. Mitschleppen des behandelten, kohlenwasserstoffhaltigen, kontaminierten Materials in dem Luftstrom;

d. Mikrofraktionieren des behandelten, kohlenwasserstoffhaltigen, kontaminierten Materials;

e. Ablassen des mikrofraktionierten, behandelten, kohlenwasserstoffhaltigen, kontaminierten Materials aus dem Luftstrom und

f. Unterziehen des behandelten, kohlenwasserstoffhaltigen, kontaminierten Materials einer Bioremediation,

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bereitstellens eines Schleppluftstroms die Bereitstellung eines Schleppluftstroms mit einer Mehrzahl von aufwärts und quer fliessenden, sich kreuzenden Luftströmen umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Bereitstellens eines Schleppluftstroms ferner das Bereitstellen eines wirbelartigen Schleppluftstroms umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, bei dem der Schritt des Bereitstellens eines Schleppluftstroms den Schritt des Drehens einer Trommelbaugruppe mit einer Drehzahl beinhaltet, die zum Erzeugen des Schleppluftstroms ausreicht, wobei die Trommelbaugruppe Mittel zum Erzeugen der Mehrzahl von sich kreuzenden Luftströmen bei der Rotation beinhaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, wobei nach der Bioremediation das behandelte kohlenwasserstoffhaltige, kontaminierte Material im wesentlichen frei von CO&sub2; und belüftet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, wobei das Volumen an behandeltem kontaminiertem Material, das beschleunigt bioremedial behandelt wird, wenigstens etwa 1150 Kubikmeter (11500 cu. yards) pro Tag pro Vorrichtung beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, bei dem das kohlenwasserstoffhaltige kontaminierte Material wenigstens eine Phenol- oder Chlorphenolverbindung, eine polyzyklische oder chlorinierte polyzyklische, eine aromatische oder chloraromatische Verbindung, eine heterozyklische oder chlorinierte heterozyklische Verbindung oder eine aliphatische oder eine chloraliphatische Verbindung umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, ferner umfassend den Schritt des Hinzufügens von Holzpartikeln zu dem behandelten kontaminierten Material vor dem Mikrofraktionierungsschritt.

9. Verfahren nach Anspruch 1-8, bei dem der Mikrofraktionierungsschrift das Homogenisieren und Belüften des behandelten kontaminierten Materials umfasst.

10. Verfahren nach Anspruch 1-9, bei dem eine Induktionszeit, die nach Null tendiert, zum Konvertieren anorganischer Bodenverbesserungsstoffe in organische Bodenverbesserungsstoffe zum Durchführen der beschleunigten Bioremediation vorgesehen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1-10, ferner umfassend den Schritt des Dispergierens der chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsstoffe durch das gesamte umverteilte, mikrofraktionierte, behandelte, kohlenwasserstoffhaltige, kontaminierte Material.

12. Verfahren nach Anspruch 1-11, bei dem die durchschnittliche Umgebungstemperatur während der beschleunigten Bioremediation des behandelten kontaminierten Materials nicht mehr als etwa 10 Grad Celsius beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1-12, ferner umfassend den Schritt des Umverteilens des mikrofraktionierten, behandelten, kontaminierten Materials aus dem Luftstrom über eine Bodenmatrix, um so die Oberfläche des mikrofraktionierten, behandelten, kontaminierten Materials wesentlich zu vergrössern.

14. Verfahren nach Anspruch 1-13, bei dem die chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsmittel im wesentlichen organischer Natur sind.

15. Verfahren nach Anspruch 1-14, bei dem der Schritt des Mikrofraktionierens des behandelten, kohlenwasserstoffhaltigen, kontaminierten, nicht mikrofraktionierten Materials die Oberfläche des genannten Materials um einen Faktor von wenigstens etwa 1 · 10&sup6; vergrössert.

16. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die folgenden Schritte:

a. Behandeln des kontaminierten Materials mit chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsstoffen zum Zersetzen von darin befindlichen Kontaminanten;

b. nach der Mikrofraktion Einleiten von biologischen Bodenverbesserungsstoffen in das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material zum Erleichtern von dessen beschleunigter Phyto-Remediation;

c. Einleiten von Pflanzenarten in das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material, die Metalle daraus entfernen können; und

d. beschleunigte Phyto-Remediation des behandelten kontaminierten Materials durch Hyperakkumulation des Metalls daraus in die Zwischenräume der Pflanzenarten während deren Wachstum, um dadurch wenigstens einen erheblichen Teil des genannten Metalls aus dem metallkontaminierten Boden zu beseitigen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Mikrofraktionierens des kontaminierten Materials das Fixieren von Metallen in dem mikrofraktionierten kontaminierten Material beinhaltet, so dass die Metalle im wesentlichen daran gehindert werden, in die Umgebung auszulaugen.

18. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die folgenden Schritte:

a. Behandeln von kontaminiertem Material mit chemischen und/oder biologischen Bodenverbesserungsstoffen zum Zersetzen von darin befindlichen Kontaminanten;

b. nach der Mikrofraktionierung Einleiten von biologischen Bodenverbesserungsstoffen in das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material zum Erleichtern von dessen beschleunigter Phyto-Remediation;

c. Einleiten von Pflanzenarten in das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material, die Kontaminanten daraus entfernen können; und

d. beschleunigte Phylo-Remediation des behandelten kontaminierten Materials durch Hyperakkumulation der Kontaminanten daraus in die Zwischenräume der Pflanzenarten während deren Wachstum, um dadurch wenigstens einen erheblichen Teil der genannten Kontaminanten aus dem kontaminierten Boden zu entfernen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die genannten Kontaminanten ein radioaktives Material umfassen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem dass genannte radioaktive Material Spaltprodukte oder Aktivierungsprodukte aus Kernreaktoren, Brennelement- Auflösungsprodukten oder natürlich vorkommende Produkte umfasst.

21. Verfahren nach Anspruch 18-20, das ferner den Schritt umfasst, nach dem Wachstum der Pflanzenarten diese einschliesslich hyperakkumulierter Kontaminanten zu ernten und so wenigstens einen erheblichen Teil der genannten Kontaminanten aus dem kontaminierten Boden zu beseitigen.

22. Verfahren nach Anspruch 18-21, das nach dem Ernten der Pflanzenarten einschliesslich der hyperakkumulierten Kontaminanten das Wiederholen der Schritte des Einleitens zusätzlicher Pflanzenarten in das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material, die Kontaminanten daraus entfernen können, und des Erntens der zusätzlichen Pflanzenarten einschliesslich der hyperakkumulierten Kontaminanten beinhaltet, bis die Menge der noch in dem behandelten kontaminierten Material verbliebenen Kontaminanten die gesetzlichen Normenanforderungen nicht mehr überschreitet.

23. Verfahren nach Anspruch 18-22, das nach dem Ernten der Pflanzenarten einschliesslich der hyperakkumulierten Kontaminanten die Schritte dies Verbrennens der geernteten Pflanzenarten zur Erzeugung eines verbrannten Materials, des Einsammelns des verbrannten Materials und des Entsorgens des verbrannten Materials beinhaltet.

24. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der das behandelte kontaminierte Material mitschleppende Luftstrom eine Mehrzahl von Luftströmen umfasst und wobei das Luftstromerzeugungsmittel eine Mehrzahl von Schaufeln umfasst, die von der zylindrischen Aussenfläche der Trommel aus nach aussen verlaufen.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem jede der Schaufeln einen mit der Trommel verbundenen Basisteil und einen Blattteil umfasst, wobei jeder der Blattteile eine grosse Fläche aufweist, die so ausgerichtet ist, dass sie wenigstens einen der Luftströme mit einer ausreichenden Geschwindigkeit erzeugt, um das behandelte kontaminierte Material von der rotierenden Trommel nach oben mitzuschleppen und zu transportieren, wenn die Trommel mit der vorbestimmten Drehzahl rotiert.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei die genannten Schaufeln, die von der genannten Trommel radial nach aussen verlaufen, in einer Mehrzahl von V- förmigen und in Längsrichtung verlaufenden Reihern angeordnet sind.

27. Verfahren nach Anspruch 4 oder 24-26, wobei die Endteile der genannten ersten und zweiten Trommeln in jeweiligen Gestellseiten drehbar gelagert sind, wobei die genannten ersten und zweiten Endteile so gestaltet sind, dass sie einer Kraft standhalten, die so wirkt, dass sie die genannten gegenüberliegenden Gestellseiten spreizt.

28. Verfahren nach Anspruch 4 oder 24-27, wobei die genannten ersten und zweiten Endteile der Trommel jeweils ein Drucklager aufweisen, das auf der Aussenseite der jeweiligen gegenüberliegenden Gestellseite montiert ist, wobei jedes Drucklager so gestaltet ist, dass es drehbar auf einer Aussenseite seiner jeweiligen gegenüberliegenden Gestellseite gelagert ist, um einer Kraft standzuhalten, die so wirkt, dass sie die gegenüberliegenden Gestellseiten spreizt.

29. Verfahren nach Anspruch 1-14, bei dem das kohlenwasserstoffhaltige Material Phenol, Cresol, Pentachlorphenol, Phenanthren und/oder Naphthalen umfasst.

30. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Positionierens einer Abdeckung auf das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material umfasst, wobei die Abdeckung eine erhebliche Sonneneinstrahlung durch sie und in das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material durchlässt, um so die beschleunigte Bioremediation zu erleichtern und zu verhindern, dass Feuchtigkeit das mikrofraktionierte, behandelte, kontaminierte Material durchweicht.

31. Verfahren nach Anspruch 1-29, bei dem der genannte, das behandelte kontaminierte Material mitschleppende Luftstrom mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit von einer länglichen Trommel mit einer Längsachse, einem ersten und einem zweiten Endteil und einem mittleren Teil erzeugt wird, wobei die Trommel mit einer vorbestimmten Drehzahl um ihre Längsachse gedreht wird, und wobei Mittel von der Trommel nach aussen verlaufen, um den das behandelte kontaminierte Material mitschleppenden Luftstrom zu erzeugen.