DE69608775T2

DE69608775T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Diffusion von einer chemischen Lösung, zur Einspritzung einer Flüssigkeit und Verfahren zur Bodensanierung

Info

Publication number: DE69608775T2
Application number: DE69608775T
Authority: DE
Inventors: Yuji Kawabata; Akira Kuriyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: EP0780167B1; US5877390A; DE69608775D1; EP0780167A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diffusion bzw. Verteilung eines Behandlungsmittels in den Boden und auf ein Gerät dafür, sowie auf ein Verfahren zur Sanierung von kontaminiertem Boden.

In Beziehung stehender Stand der Technik

Eine große Menge chemischer Verbindungen oder chemischer Produkte wurde mit dem raschen Fortschritt in Technologie und Wissenschaft in den letzten Jahren hergestellt. Da die meisten dieser Verbindungen oder Produkte ursprünglich nicht in der Natur vorkamen, werden sie selten auf natürliche Weise abgebaut und sammeln sich somit in der Natur an, was zur Umweltverschmutzung führt. Insbesondere Länder mit hoher Bevölkerungszahl sind schnell von dieser künstlich herbeigeführten Verschmutzung betroffen. Über den Wasserkreislauf durch Land, Atmosphäre und Hydrosphäre verbreitet sich die Umweltverschmutzung in einem Land global. Gut bekannte Beispiele von Schadstoffen im Boden oder einem Land schließen organische Verbindungen, wie Benzin, Organochlor-Chemikalien, wie PCB, Fehlbildungen Neugeborener verursachende Agrochemikalien, wie Dioxin, als auch radioaktive Verbindungen ein. Treibstoff, wie Benzin, wird üblicherweise in riesiger Menge in unterirdischen Tanks von Tankstellen und ähnlichem aufbewahrt. Somit läuft Treibstoff aus beschädigten oder zerbrochenen Tanks in den Boden aus, was heutzutage ein ernstes soziales Problem darstellt. Desweiteren wurden Organochlor-Chemikalien, z. B. chlorierte aliphatische Wasserstoffe, wie Trichlorethylen und Tetrachlorethylen, einst ausgiebig für die Reinigung feiner Teile als auch für die Trockenreinigung verwendet, und allmählich wird offenkundig, daß das Auslaufen dieser Chemikalien zu einer Verschmutzung der Umwelt und des Grundwassers in großem Ausmaß führte. Da solche Organochlor- Chemikalien zu Fehlbildungen an Neugeborenen führen, krebserregend sind und sich nachteilig auf die biologische Welt auswirken, ist die Sanierung des verschmutzten Bodens oder Grundwassers nun eine Aufgabe die zusätzlich zur Isolierung der Verschmutzungsquelle sofort gelöst werden muß.
Verfahren zur Sanierung von mit diesen Schadstoffen verunreinigtem Boden schließen zum Beispiel eine Wärmebehandlung von ausgegrabenem Boden, eine Vakuumextraktion des Schadstoffs aus dem verschmutzten Boden, und einen mikrobiellen Abbau des Schadstoffs im Boden ein. Obwohl der Boden mittels der Wärmebehandlung vollständig gereinigt werden kann, muß der Boden doch ausgegraben werden, so daß der Boden unter Gebäuden nicht gereinigt werden kann. Zudem ist sie für eine Behandlung in großem Maßstab aufgrund der immensen Kosten für das Graben und Erwärmen ungeeignet. Obwohl das Vakuumextraktionsverfahren ein einfaches und wirtschaftliches Sanierungsverfahren darstellt, können Organo-Chlorchemikalien in einer Konzentration von einigen ppm oder weniger nicht wirkungsvoll entfernt werden und dieses Sanierungsverfahren erfordert eine Dauer im Jahres-Maßstab. Andererseits erfordert die mikrobielle Sanierung kein Ausgraben von Boden, so daß damit der Boden unter Gebäuden gereinigt werden kann, und die Verwendung von Mikroorganismen mit hoher Abbau-Aktivität ermöglicht eine Sanierung in relativ kurzer Zeit. Somit zog dieses wirtschaftliche und wirkungsvolle Sanierungsverfahren in letzter Zeit die Aufmerksamkeit auf sich.
Übliche Verfahren der Sanierung von kontaminiertem Boden unter Verwendung von Mikroorganismen können in diejenigen Verfahren, die einheimische Mikroorganismen, die von Natur aus im Boden leben, nutzen, und in diejenigen Verfahren eingeteilt werden, die fremde Mikroorganismen nutzen, die nicht von Natur aus in dem Boden Leben. Im ersteren Fall werden im allgemeinen chemische Substanzen, wie Nährstoffe, Induktoren und Sauerstoff zur Erhöhung der Abbauaktivität der Mikroorganismen, als auch Mikropartikel, wie Bentonit, die die Vermehrung der Mikroorganismen stimulieren, in den Boden injiziert bzw. eingespritzt (Japanische Patentanmeldung Nr. 7-108678). In letzterem Fall werden die fremden Mikroorganismen als auch Substanzen, um ihr biologisches Abbauvermögen zu erhöhen, in den Boden eingespritzt. Beispielsweise beschreibt die Patentschrift USP Nr. 5,133,625 ein Verfahren, in dem der Einspritzdruck, die Fließgeschwindigkeit und die Temperatur unter Verwendung einer ausziehbaren Einspritzröhre gemessen werden, um den Einspritzdruck und dadurch die Konzentration der Mikroorganismen und diejenige der Nährstoffe im Boden zu steuern, um die Bodensanierung wirkungsvoll durchzuführen.
Die U.S.-Patentschrift Nr. 5,133,625 offenbart ein Verfahren zur wirkungsvollen Bodensanierung unter Verwendung einer ausziehbaren Einspritzröhre, durch die der Einspritzdruck, die Fließgeschwindigkeit und die Temperatur ermittelt werden kann, um den Einspritzdruck und somit die Konzentrationen der Mikroben und Nährstoffe in dem Boden zu steuern. Die U.S.-Patentschriften Nr. 4,442,895 und 5,032,042 offenbaren ein Verfahren einer wirkungsvollen mikrobiellen In-Situ-Sanierung von verunreinigtem Boden, wobei unter Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Gases, die unter Druck aus einem Einspritz-Bohrloch in den Boden eingespritzt werden, Risse in dem Boden erzeugt werden. Die U.S.-Patentschrift Nr. 5,111,883 offenbart ein Verfahren zum vertikalen oder horizontalen Einspritzen von Chemikalien in einen begrenzten Bereich des Bodens durch Einstellen der relativen Position der Einspritz- und Extraktions-Bohrlöcher.
Das Einspritzen von schadstoff-abbauenden Mikroorganismen, Nährstoffen, einem Induktor, Sauerstoff und anderen Chemikalien in den Boden wird als wesentlich für die mikrobielle Sanierung von verunreinigtem Boden angesehen. Es sollte jedoch gemäß den herkömmlichen Einspritzverfahren eine extrem große Menge eingespritzt werden, um eine weite Fläche zu sanieren, da von dem Einspritzelement ein flüssiges Material eingespritzt wird, um die Räume der Bodenporen zu füllen. Solch ein Verfahren vergrößert die Arbeitsdauer, die Arbeits- und Materialkosten, was zu vergrößerten Ausgaben für die Sanierung führt. In Abhängigkeit von den Chemikalien können sich Mikroorganismen spontan vermehren und vervielfachen, wenn bestimmten Wachstumsbedingungen, wie ein Nährstoff, erfüllt werden. Wenn ein flüssiges Material, das den Mikroorganismus und einen Nährstoff enthält, in einer so klein wie möglichen Menge in einen ausgedehnten Bodenbereich injiziert werden kann, und der Mikroorganismus in dem Boden wachsen kann, um Schadstoffe zu zersetzen, erniedrigen sich die Sanierungsausgaben merklich. Wenn die benötigte Menge an dem Mikroorganismus und dem Nährstoff nach der Verdünnung in eine ausgedehnte Fläche eingespritzt wird, nehmen die für die Einspritzung erforderliche Arbeitsdauer und aufzuwendende Arbeit jedoch nicht ab. Desweiteren kann ein Verfahren, in dem ein flüssiges Material den Großteil der Bodenporen ausfüllt, zu einer Fluidisation des Bodens und mit großer Wahrscheinlichkeit zu einer Erweichung des Untergrunds führen, so daß es nicht für den Boden unter schweren Gebäuden eingesetzt werden kann. Zudem dringt das flüssige Material, das in den Boden eingespritzt wurde, in die tieferen Bodenschichten ein und diffundiert in die Grundwasserströme. Deshalb bleiben die beweglichen Mikroorganismen und Nährstoffe nicht in dem gewünschten Bereich und gehen verloren. Somit ist eine erneute Einspritzung erforderlich, die es schwierig macht, den Boden mit geringen Kosten zu sanieren. Desweiteren kann das wegbewegt werden der Mikroorganismen und des Nährstoffs zu einer zweiten Umweltverschmutzung führen. Konsequenterweise ist bei der mikrobiellen Bodensanierung ein Verfahren zur Einspritzung unter Verwendung kleiner Mengen des Mittels in eine ausgedehnte Bodenfläche, ohne dabei alle Porenräume des Bodens auszufüllen, erforderlich.
Beispielsweise beschreibt die Deutsche Patentschrift Nr. 4001320A1 ein Verfahren zur Verteilung einer Substanz, die Mikroorganismen aktivieren kann, in den Boden, in dem eine Kassette, die aus einem Explosivstoff besteht, der direkt mit der Aktivierungssubstanz überzogen ist, in den kontaminierten Boden eingegraben und gezündet wird. Der Explosion wird jedoch im wesentlichen durch die Verbrennungsreaktion des Explosivstoffes herbeigeführt, der die Umgebungstempera tur erhöht und eine Wärmeausdehnung der Luft um den Explosivstoff verursacht. Dementsprechend kann die Substanz für die Aktivierung der Mikroorganismen verändert werden oder der Mikroorganismus selbst kann durch die Wärme geschwächt oder abgetötet werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Probleme getätigt und es ist ihre Aufgabe ein wirkungsvolles Verfahren zur Diffusion bzw. Verteilung eines Behandlungsmittels in den Boden und ein Gerät dafür zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verteilung eines Behandlungsmittels in den Boden, das einen Mikroorganismus oder einen Mikroorganismus in Kombination mit einem Nährstoff dafür umfaßt, zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die nachstehenden Schritte umfaßt:
Bereitstellung eines Diffusionselements, das einen Explosivstoff als Zünder und ein Mittel zur Erzeugung von Gas, das mit dem Behandlungsmittel überzogen ist, enthält, wobei das Behandlungsmittel in verfestigter Form vorliegt und der Zünder in dem Mittel zur Erzeugung von Gas zur Verfügung gestellt wird, so daß er nicht in direktem Kontakt mit dem verfestigten Behandlungsmittel steht;
Entwicklung eines Gases aus dem Mittel zur Erzeugung von Gas durch Zünden des Zünders, und
Verteilen des verfestigten Behandlungsmittels in den Boden, wobei das Mittel zur Erzeugung von Gas eine Verbrennungstemperatur von ca. 176ºC (350ºF) aufweist, und wobei das Mittel zur Erzeugung von Gas ein Metallazid und ein Oxidationsmittel, wobei das Metallazid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallaziden, Erdalkalimetallaziden und Aluminiumazid besteht, und das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe&sub2;O&sub3;, NiO&sub2; und CuO besteht, oder ein Azidocarbonamid und ein Salz einer Sauerstoffhalogensäure umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Kaliumbromat und Natriumbromat besteht, wobei der Mikroorganismus nach der Diffusion lebensfähig bleibt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gerät zur Verteilung eines Behandlungsmittels, das einen Mikroorganismus oder einen Mikroorganismus in Kombination mit einem Nährstoff dafür umfaßt, zur Verfügung gestellt, wobei das Gerät ein Paar aus explosionssicheren Platten umfaßt, zwischen die ein Explosivstoff als Zünder und ein Mittel zur Erzeugung von Gas, das mit dem Behandlungsmittel überzogen bzw. beschichtet ist, angeordnet sind, wobei:
das Behandlungsmittel in verfestigter Form vorliegt und der Zünder in dem Mittel zur Erzeugung von Gas so angeordnet ist, daß er nicht im direkten Kontakt mit dem Behandlungsmittel steht, wobei das Mittel zur Erzeugung von Gas eine Verbrennungstemperatur von ca. 176ºC (350ºC) aufweist, und das Mittel zur Erzeugung von Gas ein Metallazid und ein Oxidationsmittel, wobei das Metallazid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallaziden, Erdalkalimetallaziden und Aluminiumazid besteht, und das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe&sub2;O&sub3;, NiO&sub2; und CuO besteht, oder ein Azidocarbonamid und ein Salz einer Sauerstoffhalogensäure umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Kaliumbromat und Natriumbromat besteht.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Sanierung eines Bodens zur Verfügung gestellt, der mit einem Schadstoff verunreinigt ist, das die nachstehenden Schritte umfaßt:
Bereitstellung einer Verbindung zur Erzeugung eines Gases, die von einem Behandlungsmittel umgeben ist, das einen verfestigten Mikroorganismus umfaßt, der in der Lage ist, den Kontaminant abzubauen, wobei der Mikroorganismus alleine oder in Verbindung mit einem verfestigten Nährstoff für den Mikroorganismus, der in der Lage ist, den Kontaminant abzubauen, zur Verfügung gestellt wird, und die Verbindung zur Erzeugung eines Gases einen Explosivstoff als Zünder enthält, der in der Verbindung zur Erzeugung eines Gases so eingebettet ist, daß er nicht in direktem Kontakt mit dem verfestigten Behandlungsmittel steht;
Freisetzung eines Gases aus dem Mittel zur Erzeugung eines Gases mittels Zündens des Explosivstoffes und Verteilens des verfestigten Behandlungsmittels in den Boden; und
Abbau des Kontaminants mit dem Mikroorganismus, wobei das Mittel zur Erzeugung eines Gases eine Verbrennungstemperatur von ca. 176ºC (350ºF) aufweist und das Mittel zur Erzeugung eines Gases ein Metallazid und ein Oxidationsmittel, wobei das Metallazid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallaziden, Erdalkalimetallaziden und Aluminiumazid besteht, und das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe&sub2;O&sub3;, NiO&sub2; und CuO besteht, oder Azidocarbonamid und ein Salz einer Sauerstoffhalogensäure umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Kaliumbromat und Natriumbromat besteht, wobei der Mikroorganismus nach der Verteilung lebensfähig bleibt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Geräts zur Verteilung des Behandlungsmittels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Diese Ausführungsform beruht auf der Entdeckung, daß dann, wenn ein verfestigtes Behandlungsmittel, das einen Mikroorganismus, Nährstoffe und ähnliches enthält, von einer Einspritzöffnung des Einspritzelements unter Anwendung eines aus einem Mittel für die Erzeugung von Gas erzeugten Hochdruck-Gases als treibender Kraft in den Boden verstreut wird, der eingespritzte Mikroorganismus und ähnliches mit einer erhöhten Geschwindigkeit aus der Einspritzöffnung ohne Zunahme des Volumens des Mittels eingespritzt werden kann, wobei der Mikroorganismus und/oder eine wachstumsstimulierende Substanz von dem Gas, das aus dem Mittel zur Erzeugung von Gas entsteht, nicht beeinträchtigt wird/werden, da die Temperatur des Gases tiefer als diejenige des Explosionsgases des Explosivstoffs ist.
Wenn ein flüssiges Mittel, das Mikroorganismen und Nährstoffe und ähnliches enthält, unter Druck in den Boden injiziert bzw. eingespritzt wird, wird die Fläche, in der die Lösung eingespritzt werden kann, am häufigsten anhand des Wasser- Permeationskoeffizienten des Bodens und der Menge der eingespritzten Lösung ausgewählt. Beispielsweise verbreitet sich das eingespritzte flüssige Mittel im Falle einer Sandschicht mit einem großen Wasser-Permeationskoeffizienten beinahe kugelförmig von dem Einspritzpunkt und füllt die Hohlräume im Boden, und nimmt schließlich die Form einer Kugel an, deren Größe sich aus der Menge der eingespritzten Lösung und der Porosität des Boden ergibt, wobei ein Teil der Lösung aufgrund ihres Eigengewichts spontan nach unten sinkt. Im Falle einer Lehmschicht mit einem kleineren Wasser-Permeationskoeffizienten verbreitet sich das eingespritzte flüssige Mittel in venenartiger Form entlang der schwächeren Bodenstruktur. In beiden Fällen wird die eingespritzte Flüssigkeitsmenge an die dendroldalen Enden verteilt, wobei am Ende die Wanderungsgeschwindigkeit des flüssigen Mittels am Ende schnell absinkt. Dementsprechend ist es erforderlich, um zu verhindern, daß die Wanderungsgeschwindigkeit abnimmt, die Einspritzgeschwindigkeit des flüssigen Mittels an der Einspritzöffnung zu erhöhen. Ein einfaches Erhöhen der Einspritzgeschwindigkeit führt jedoch zu einer Zunahme der Menge der einzuspritzenden Lösung, was zu einem Problem, wie einer Verflüssigung des Bodens führt. Somit ist es erforderlich, die Einspritzmenge nicht zu vergrößern.
Um die Einspritzgeschwindigkeit ohne eine Vergrößerung der eingespritzten Menge zu erhöhen, kann der Druck eines Hochdruck-Gases genutzt werden. Als Quelle des Hochdruck-Gases werden Mittel zur Erzeugung von Gas verwendet, die in einer drastischen chemischen Reaktion, die durch Wärme oder eine kleine Menge eines Explosivstoffes eingeleitet wird, ein Gas, wie Stickstoff, entwickeln. Beispiele für das Mittel zur Erzeugung von Gas schließen diejenigen ein, die hauptsächlich aus einem Metallazid und einem geeigneten Oxidationsmittel, oder einer stickstoffhaltigen Substanz, wie Azodicarbonamid, und einem Salz einer Sauerstoffhalogensäure, einschließlich von Chloraten und Bromaten, wie Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Kaliumbromat und Natriumbromat, bestehen. Diese Mittel zur Erzeugung von Gas weisen eine Verbrennungstemperatur auf, wie sie durch ungefähr 350ºF (176ºC) veranschaulicht wird, die tiefer als diejenige eines üblichen Explosivstoffes, z. B. 1500ºF (815ºC) ist. Dementsprechend werden der Mikroorganismus und die Substanz, wie Nährstoffe, in dem Verteilungsverfahren mittels solch eines Mittels zur Erzeugung eines Gases weniger beeinträchtigt.
Beispiele für einen Zünder für solch ein Mittel zur Erzeugung von Gas schließen üblicherweise verwendete Mittel, wie Schießmittel, Bor-Kalium(bzw. Natrium)salpeter (boron nitre), Magnesium-Teflon und Schwarzpulver ein. Wenn solch ein Zünder gezündet wird, wird das Mittel zur Erzeugung von Gas gezündet und erzeugt ein Gas, wie Stickstoff, und dabei werden der Mikroorganismus und die Nährstoffe, Induktoren und ähnliches im Boden verteilt.
Beispiele zur Veranschaulichung des Mittels zur Erzeugung von Gas, das ein Metallazid und ein geeignetes Oxidationsmittel umfaßt, sind diejenigen, die aus mindestens einer Verbindung bestehen, die aus Alkalimetallaziden, Erdalkalimetallaziden und Aluminiumazid, und einem Metalloxid, wie Fe&sub2;O&sub3;, NiO&sub2; und CuO, ausgewählt ist. Beispielsweise wird die Gaserzeugungsreaktion eines Mittels, das Natriumazid und Fe&sub2;O&sub3; enthält, durch die nachstehenden Formeln repräsentiert.
6 NaN&sub3; + Fe&sub2;O&sub3; → 2 Fe + 3 Na&sub2;O + 9 N&sub2; ↑
4 NaN&sub3; + Fe&sub2;O&sub3; → (Na&sub2;O)&sub2;FeO + 6 N&sub2; ↑
Wenn ein Explosivstoff als Zünder für das Mittel zur Erzeugung von Gas verwendet wird, ist es bevorzugt, daß der zu verteilende Mikroorganismus und der zu verteilende Nährstoff nicht direkt mit der Druckwelle des Explosivstoffes in Kontakt kommen. Beispielsweise berührt in einem Aufbau, in dem der Explosivstoff in einem Mittel zur Erzeugung von Gas enthalten ist, und das Mittel zur Erzeugung von Gas mit einem verfestigten Behandlungsmittel überzogen ist, das heißt, eine Schicht der Verbindung zur Erzeugung von Gas ist zwischen dem Explosivstoff und dem verfestigten Behandlungsmittel angeordnet, die Druckwelle des Explosivstoffs nicht direkt das verfestigte Mittel, und es wird verhindert, daß der in dem verfestigten Behandlungsmittel enthaltene Mikroorganismus abgetötet oder geschwächt wird, und auch die Verschlechterung der Nährstoffe und ähnliches kann kontrolliert werden.
Ein wirkungsvolles Verfahren zur Verfestigung des Behandlungsmittels besteht in einer Gelierung des Behandlungsmittels oder in einem Einkneten des Behandlungsmittels in Ton. Diese Verfestigung des Behandlungsmittels kommt ohne Mechanismus der Aufbewahrung einer Flüssigkeit in einem Einspritzgerät aus und verstreut es in alle Richtungen, wodurch das Gerät ebenfalls vereinfacht werden kann.
In dem Verfahren, in dem ein verfestigtes Behandlungsmittel durch ein Hochdruckgas verstreut und in den Boden eingespritzt wird, werden nicht beinahe alle Hohlräume in dem Boden mit dem Behandlungsmittel gefüllt. Das verfestigte Behandlungsmittel kann in eine große Bodenfläche eingespritzt und verteilt werden, wobei gasgefüllte Hohlräume in dem Boden zurückbleiben. Das heißt, die Einspritzbehandlung kann ohne Zunahme des Wassergehaltes des Bodens nach der Injektion bzw. Einspritzung bis zur Sättigung durchgeführt werden, und somit kommt es kaum zu einer Abwärtsbewegung des Behandlungsmittels aufgrund seines Eigengewichts. Deshalb ist der Verlust an Mikroorganismus und Nährstoffen gering und für eine Sekundärverschmutzung bietet sich wenig Gelegenheit. Dieses Verfahren erzeugt Risse im Grund, im Boden oder in einem Ton mit hoher Verfestigung, so daß der Sauerstoff und die Nährstoffe den Mikroorganismen einfacher zugeführt werden können. Die Verwendung des Mittels zur Erzeugung von Gas macht auch die Verwendung eines Geräts, wie eines Hochdruckkompressors oder einer Hochdruck-Gasbombe, an der Behandlungsstelle überflüssig.
Der effektive Explosionsdruck sollte 2 bis 500 Atmosphären betragen, obwohl er von den Bedingungen des anvisierten Bodens abhängt. Wenn er 2 Atmosphären oder weniger beträgt, kann das Behandlungsmittel nicht vollständig eingespritzt werden, und wenn er 500 Atmosphären oder mehr beträgt, treten wegen des hohen Drucks verschiedene Probleme auf, einschließlich der Verschlechterung des eingespritzten Behandlungsmittels, der Beschädigung des Einspritzgeräts und einer Störung des Bodens.
Ein Beispiel für das Behandlungsmittel-Einspritzgerät ist in Fig. 1 gezeigt. Das Einspritzgerät umfaßt explosionssichere Platten 1, einen Explosivstoff 2 für die Zündung, ein Mittel 3 zur Erzeugung von Gas für eine Hochdruck-Gasfreisetzung, vier Stiele bzw. Stützen 4, die die oberen und die unteren explosionssicheren Platten 1 verbinden, ein Behandlungsmittel 5 und einen elektrischen Draht 6 zum Zünden des Explosivstoffs. Die oberen und die unteren explosionssicheren Platten 1 sorgen dafür, daß das verfestigte Behandlungsmittel sich in waagrechte Richtungen verteilt und verhindern, daß es mit der Druckwelle bei der Explosion aus der Oberfläche des aufgegrabenen und geschwächten Bodens herausspritzt, und es handelt sich bei ihnen beispielsweise um robuste Eisenplatten. Das Behandlungsmittel wurde verfestigt, beispielsweise zu einem Gel, so daß es sich durch die hohe Temperatur und den hohen Druck, hervorgerufen durch die Explosion, nicht verschlechtert. Das Einspritzgerät wird bis in eine erforderliche Tiefe eingegraben und der Explosivstoff wird gezündet, um ein Gas zu erzeugen, wobei das verfestigte Behandlungsmittel anschließend so herausgeschleudert wird, daß es in den Boden eingespritzt wird.

BEISPIELE

Die Erfindung wird desweiteren mittels der nachstehenden Beispiele erläutert, wobei diese Beispiele die Erfindung aber nicht einschränken sollen.

Beispiel 1

Das Gerät zum Verteilen des Behandlungsmittels, das in Fig. 1 gezeigt ist, wurde hergestellt, in dem die beiden Eisenscheiben 1, die einen Durchmesser von 20 cm und eine Dicke von 5 mm aufwiesen, mittels der 4 Stützen 4 so miteinander verbunden waren, daß die Scheiben zueinander parallel verliefen und sich ein Scheibenabstand von 10 cm ergab. Ein Mittel 3 zur Erzeugung von Gas, das 69 Gew.-% Natriumazid und 31 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; umfaßte, wurde mit einer hydraulischen Tablettenpresse unter einem Druck von 60 kg/cm² zu einem Pellet mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Höhe von 5 mm geformt. Eine Zündvorrichtung für das Mittel zur Erzeugung von Gas, die ein Zündheizelement und ein rauchloses Pulver (IMR4895, von IMR Explosive Manufacturing Company erhältlich) umfaßte und in einem Polyethylenfilm eingewickelt und in zylindrischer Form hergestellt worden war, wurde im Zentrum des Pellets eingegraben und das Pellet wurde mit einem gelierten Behandlungsmittel 5, das Fluorescein enthielt, beschichtet, um eine Dreifachstruktur zu ergeben. Diese wurde zwischen den beiden Eisenplatten des vorstehend erwähnten Verteilungsgeräts angeordnet.
Das Volumen des Gels betrug ungefähr 3000 cm² und 2% Agarose mit einem tiefen Schmelzpunkt (Sea Plaque GTG Agarose, die von Takara Standard Co., Ltd. erhältlich ist, mit einer Geliertemperatur von ungefähr 25ºC) wurde dafür verwendet. Fluorescein wurde in einer Menge von 0,01 M (3,89 mg/cm³) beigemischt.
Dieses Einspritzgerät wurde in einen Modell-Prüfboden, der feinen Sand umfaßte, der von einem Betonbehälter von fünf Kubikmetern (der mittlere Wassergehalt des feinen Sandes betrug 13%) umschlossen war, an einer Stelle in 4 m Tiefe von der Oberfläche installiert, und anschließend wurde der Be hälter erneut mit Sand gefüllt und es wurde ein elektrischer Strom durch den Draht 6 geschickt, so daß die Zündungstemperatur auf 180ºC oder mehr anstieg und das Mittel zur Erzeugung von Gas gezündet wurde, um ein Gas zu erzeugen, und das gelierte Behandlungsmittel wurde verteilt und eingespritzt.
Ungefähr zehn Minuten später wurde an vier Stellen Löcher von 4 m Tiefe in den Boden mit Abständen von 25 cm, 30 cm, 40 cm, und 60 cm, und 100 cm vom Zentrum des Einspritzgeräts gebohrt, sowie in einem Abstand von 350 cm vom Zentrum des Einspritzgerätes, das als die Stelle angesehen wurde, an der kein Mittel verteilt wurde. Aus jedem Probenpunkt wurden 7 g Boden entnommen, ohne den Boden zu beeinträchtigen, und 5 g des Bodens wurden für die Messung der Dichte verwendet.
Ein Gramm der Bodenprobe wurde in Wasser dispergiert und ultravioletten Strahlen ausgesetzt und das Auftreten von Fluoreszenz wurde überprüft. Der Mittelwert der Bodendichte und das/die Vorhandensein/Abwesenheit von Fluoreszenz an jeder Stelle sind in Tabelle 1 gezeigt.
Aus den Ergebnissen geht klar hervor, daß das Behandlungsmittel unter Verwendung des Behandlungsmittel-Einspritzgeräts, der mit dem Gaserzeuger ausgestattet ist, bis zu einem Abstand von ungefähr 100 cm verteilt werden kann. Bis zu einem Abstand von ungefähr 60 cm wurde die Bodendichte durch die Druckwelle verringert und dies gestattet die Annahme, daß die Hohlräume im Bodens zunahmen und Sauerstoff für das Wachstum und den Metabolismus der verteilten Mikroorganismen einfacher zugeführt werden konnte.

Beispiel 2

Ein Gerät zum Verteilen des Behandlungsmittels, das demjenigen von Beispiel 1 glich, wurde hergestellt, und ein verfestigtes Behandlungsmittel mit einer Dreifachstruktur, das dem in Beispiel 1 verwendeten glich, wurde zwischen die beiden Eisenplatten des Verteilungs-Geräts angeordnet. Als das verfestigte Behandlungsmittel zur Beschichtung der Außenseite des Pellets 3 aus dem Mittel zur Erzeugung von Gas wurde ein tonartiges Material, das durch Kneten eines Fluorescein-Fluoreszenzfarbstoffes mit der gleichen Menge wie diejenige, die in Beispiel 1 verwendet worden war, mit Bentonit (von Hojun-yoko unter dem Handelsnamen Bengel FW erhältlich) erhalten worden war, verwendet.
Das Gerät wurde wie in Beispiel 1 in 4 m Tiefe in den Testboden eingebracht, anschließend wurde der Behälter wieder mit Sand gefüllt und ein elektrischer Strom wurde so durch den Draht 6 geschickt, daß die Temperatur des Zündheizelements auf 180ºC oder mehr anstieg, um das Mittel zur Erzeugung von Gas zu zünden und ein Gas zu erzeugen, und das tonartige Mittel zu verteilen und einzuspritzen.
Ungefähr 10 Minuten später wurde der Boden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gesammelt und die Dichte des Bodens und das/die Vorhandensein/Abwesenheit von Fluoreszenz wurde ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die Ergebnisse zeigen, daß das gelierte Behandlungsmittel und der mittels Knetens des Behandlungsmittels mit Bentonit erhaltene Feststoff nahezu die gleichen Ergebnisse aufwiesen.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Gerät zur Verteilung des Behandlungsmittels, das demjenigen glich, das in Beispiel 1 verwendet worden war, wurde hergestellt, außer daß kein Mittel zur Erzeugung eines Gases verwendet wurde, wobei das rauchlose Pulver (IMR4895, von IMR Explosive Manufacturing Company), das in der 10fachen Menge wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, vorhanden war, mit einem tonartigen Material beschichtet wurde, das durch Kneter von Fluorescein, in der gleichen Menge, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, und Bentonit (von Hojun-yoko unter dem Handelsnamen Bengel FW erhältlich) erhalten worden war, um eine doppellagige Struktur zu liefern.
Das Gerät wurde in dem Modellboden, der demjenigen glich, der in Beispiel 1 verwendet worden war, an einer Stelle ungefähr 4 m unter der Oberfläche eingebracht und vergraben. An schließend wurde ein elektrischer Strom so durch den Draht 6 geschickt, daß die Temperatur des Zündheizelements auf 180ºC oder mehr erwärmt wurde, um eine Explosion des Explosivstoffes herbeizuführen, und das tonartige Material wurde verteilt und eingespritzt.
Ungefähr 10 Minuten später wurde der Boden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 eingesammelt und die Dichte des Bodens und das/die Vorhandensein/Abwesenheit von Fluoreszenz wurde ermittelt. Die Ergebnisse, die in Tabelle 1 angegeben sind, zeigen, daß kein Fluorescein an einer Stelle, die 30 cm oder mehr von dem Gerät in Vergleichsbeispiel 1 entfernt war, beobachtet werden konnte, und die Abnahme der Bodendichte kleiner als diejenige in Beispiel 1 und Beispiel 2 war. Deshalb wurde die Bodendichte weniger als in Beispiel 1, in dem ein Mittel zur Erzeugung von Gas verwendet wurde, beeinflußt, obwohl der Explosivstoff in Vergleichsbeispiel 1 in einer Menge verwendet wurde, die das 10fache der Menge betrug, die in Beispiel 1 verwendet wurde. Es schien auch eine beträchtliche Menge Fluorescein durch die Wärme der Druckwelle des Explosivstoffes zersetzt worden zu sein. Tabelle 1 Vorhandensein/Abwesenheit von Fluoreszenz und durchschnittliche Bodendichte an jeder Stelle

Beispiel 3

Ein Gerät, das demjenigen glich, das in Beispiel 1 verwendet worden war, wurde hergestellt, außer daß das Gel einen Trichlorethylen zersetzenden Bakterienstamm J1 (Hinterlegungsnummer (Deposit Number) im National Institute of Bioscience and Human-Technology, Agency of Industrial Science and Technology: FERM BP-SiO&sub2;), von dem bekannt ist, daß er auf einem Phenolglutamat-Agarmedium, das in Tabelle 2 gezeigt ist, bei 30ºC in ungefähr 20 Stunden eine Kolonie erzeugt, in einer Konzentration von 109 Zellen/cm³ anstelle des Fluoreszenzfarbstoffs enthielt. Das Gerät wurde 4 m tief unter der Oberfläche des Modellbodens auf die gleiche Weise, wie sie in Beispiel 1 angewandt wurde, eingegraben und der Explosivstoff wurde gezündet und das Behandlungsmittel wurde verteilt und eingespritzt.
Ungefähr 10 Minuten später wurde 1 g des Bodens auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 eingesammelt und in sterilisiertem, verdünnten Wasser dispergiert und auf einem Phenolglutaminsäure-Agarmedium aufgebracht und ungefähr 20 Stunden lang in einer thermostatisierten Kammer bei 30ºC stehengelassen, und die Anzahl der Kolonien wurde gezählt. Lysozym wurde zu der verbliebenen Lösung gegeben, um eine Lyse der Bakterien in dem Boden durchzuführen, und die DNA wurde gereinigt und gewonnen, und anschließend wurde eine PCR unter Verwendung von Primern durchgeführt, die nur mit DNA des Stammes J1 reagieren, um eine DNA-Vergrößerung bzw. Verstärkung durchzuführen und die Anwesenheit von J1-Zellen nachzuweisen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Bakterien unter Anwendung des Geräts zur Verteilung des Behandlungsmittels, das ein Mittel zur Erzeugung eines Gases verwendet, an eine Stelle von ungefähr 60 cm verteilt werden können. Desweiteren wurde bestätigt, da das J1 durch eine Koloniebildung auf der Platte nachgewiesen wurde, daß das Bakterium während der Verteilung nicht inaktiviert worden war.

Tabelle 2

Zusammensetzung des Phenolglutamat-Agarmediums

x 10 M9 Anorganisches Kulturmedium 20 ml
Natriumglutamat 0,4 g
Phenol 20 ul
H&sub2;O 180 ml
Agar 2,4 g

Vergleichsbeispiel 2

Ein Gerät zur Verteilung eines Behandlungsmittels, das dem in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Gerät glich, wurde hergestellt und ein rauchloses Pulver in der gleichen Menge, wie sie in Vergleichsbeispiel 1 verwendet worden war, wurde zwischen zwei Eisenplatten des Verteilungsgeräts vorbereitet, und anschließend wurde die Außenseite des Explosivstoffs desweiteren mit einem Gel beschichtet, das die gleiche Menge des Stammes J1 enthielt, wie sie in Beispiel 2 verwendet worden war, um eine Doppelstruktur zu liefern. Dann wurde sie auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 ungefähr 4 Meter unter der Oberfläche angeordnet und mit Sand bedeckt und elektrischer Strom wurde so durch den Draht 6 geschickt, daß die Temperatur des Zündheizelements auf 180ºC oder mehr anstieg, um eine Explosion des Explosivstoffes herbeizuführen, und das tonartige Behandlungsmittel wurde verteilt und eingespritzt.
Ungefähr 10 Minuten später wurde der Boden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 gesammelt, eine Messung der lebensfähigen Anzahl der Bakterienzellen und ein Nachweis der J1-DNA unter Verwendung eines Agar-Mediums und einer PCR durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen, daß die DNA des Stammes J1 bis zu einer Entfernung von 40 cm nachgewiesen werden konnte, die Kolonien, die auf der Platte wuchsen, jedoch nur diejenigen bis zu 30 cm waren, und die lebensfähige Anzahl sehr viel kleiner war als die Anzahl der Zellen, die ursprünglich in das Gerät gegeben worden war. Dies deutet darauf hin, daß aufgrund der Temperatur und des hohen Drucks während der Explosion Mikroorganismen abgetötet worden waren, obgleich es zu keiner Zersetzung von DNA kam. Tabelle 3 Vorhandensein/Abwesenheit der DNA des Stammes J1 und Mittelwert der Bakterienzahl an jeder Stelle

Beispiel 4

Ein Betonbehälter wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 mit einem Modell-Testboden (mittlerer Wassergehalt 13%, Porosität 0,30) gefüllt und die Oberfläche wurde mit einer Teflon-Platte abgedeckt. Eine wäßrige Trichlorethylenlösung wurde in den unteren Teil des Modellbodens eingespritzt und eine Woche stehen gelassen, um einen kontaminierten Boden mit einer Trichlorethylen-Konzentration von 10 pg/g Boden zur Verfügung zu stellen.
Der Stamm J1 wurde auf 10&sup9; Zellen/cm³ vermehrt, und einer Zentrifugierung unterzogen, um das Kulturmedium zu entfernen, und der Mikroorganismus wurde erneut in einer wäßrigen Lösung suspendiert, die 1% Hefeextrakt, 2% Natriumlactat und 1000 ppm Phenol in einer Menge von 1/10 Äquivalent des entfernten Kulturmediums enthielt, um ein Behandlungsmittel für das Einspritzen zur Verfügung zu stellen. 300 cm² der Einspritzlösung wurden mit 3000 cm³ eines geschmolzenen Agarose- Gels mit einem niedrigen Schmelzpunkt, bei ungefähr 35ºC, gelöst, und anschließend wurde die Lösung in ein Einspritzgerät gegossen, das demjenigen von Beispiel 1 glich, und wurde bei Raumtemperatur stehen gelassen, so daß sich das Gel verfestigte. Das Gerät wurde 4 m von der Oberfläche eingegraben, der Explosivstoff wurde gezündet, um ein Gas zu erzeugen, und das Behandlungsmittel wurde in den Boden eingespritzt und verteilt.
Zwei Tage später wurde der Modelltestboden aufgebohrt und es wurden Proben in vier horizontalen Richtungen, die sich radial von dem Einspritzort (zwei Paare entgegengesetzter Richtungen) erstreckten, gesammelt und die Trichlorethylenkonzentration in jeder Probe wurde mittels Gaschromatographie gemessen. Die Ergebnisse zeigten, daß die Trichlorethylenkonzentration in einer Fläche innerhalb eines 50 cm-Radiuses vom Zentrum der Einspritzröhre auf 1 ug/g Boden zurückging. Dementsprechend wurde gefunden, daß die Mikroorganismen- Lösung ausgiebig eingespritzt werden kann, wobei die Zersetzungsaktivität erhalten bleibt, und eine Sanierung des Bodens über einen weiten Bereich wirkungsvoll unter Verwendung eines Geräts zur Verteilung eines Behandlungsmittels, das ein Mittel für die Erzeugung von Gas verwendet, durchgeführt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Verteilung eines Behandlungsmittels (5) in einem Boden, das einen Mikroorganismus oder einen Mikroorganismus in Kombination mit einem Nährstoff für ihn umfaßt, wobei das Verfahren die nachstehenden Schritte umfaßt:

Bereitstellung eines Verteilungselementes (1-6), das einen Explosivstoff als Zünder (2) und ein Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases, das mit dem Behandlungsmittel überzogen ist, umfaßt, wobei das Behandlungsmittel in verfestigter Form vorliegt und der Zünder so in dem Mittel zur Erzeugung eines Gases angeordnet ist, daß er nicht in direktem Kontakt mit dem verfestigten Behandlungsmittel (5) steht;

Freisetzung eines Gases aus dem Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases durch Zünden des Zünders (2), und

Verteilen des verfestigten Behandlungsmittels (5) im Boden, wobei das Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases eine Verbrennungstemperatur von ca. 176ºC (350ºF) aufweist und das Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases ein Metallazid und ein Oxidationsmittel, wobei das Metallazid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallaziden, Erdalkalimetallaziden und Aluminiumazid besteht, und das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe&sub2;O&sub3;, NiO&sub2; und CuO besteht, oder Azidocarbonamid und ein Salz einer Sauerstoffhalogensäure umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Kaliumbromat und Natriumbromat besteht, wobei der Mikroorganismus nach der Verteilung lebensfähig zurückbleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Behandlungsmittel (5) ein Behandlungsmittel ist, das durch eine Gelbildung verfestigt wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Behandlungsmittel (5) ein Behandlungsmittel ist, das durch Mischen mit Ton verfestigt wurde.

4. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Verteilungselement ein Paar explosionssicherer Platten (1), die miteinander verbunden (4) sind, umfaßt, wobei der Zünder (2), das Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases und das Behandlungsmittel (5) zwischen den explosionssicheren Platten (1) angeordnet sind.

5. Verfahren zur Sanierung eines mit einem Kontaminant verunreinigten Bodens, das die nachstehenden Schritte umfaßt:

Bereitstellung einer Verbindung (3) zur Erzeugung eines Gases, die von einem Behandlungsmittel (5) umgeben ist, das einen verfestigtes Mikroorganismus umfaßt, der in der Lage ist, den Kontaminant abzubauen, wobei der Mikroorganismus alleine oder in Verbindung mit einem verfestigten Nährstoff für den Mikroorganismus, der in der Lage ist, den Kontaminant abzubauen, zur Verfügung gestellt wird, und die Verbindung zur Erzeugung eines Gases einen Explosivstoff als Zünder enthält, der in der Verbindung zur Erzeugung eines Gases so eingebettet ist, daß er nicht in direktem Kontakt zu dem verfestigten Behandlungsmittel steht;

Freisetzung eines Gases aus dem Mittel zur Erzeugung eines Gases mittels Zündens des Explosivstoffes und Verteilens des verfestigten Behandlungsmittels im Boden; und

Abbau des Kontaminants mit dem Mikroorganismus, wobei das Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases eine Verbrennungstemperatur von ca. 176ºC (350ºF) aufweist und das Mittel zur Erzeugung eines Gases ein Metallazid und ein Oxidationsmittel, wobei das Metallazid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallaziden, Erdalkalimetallaziden und Aluminiumazid besteht, und das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe&sub2;O&sub3;, NiO&sub2; und CuO besteht, oder Azidocarbonamid und ein Salz einer Sauerstoffhalogensäure umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Kaliumbromat und Natriumbromat besteht, wobei der Mikroorganismus nach der Verteilung lebensfähig zurückbleibt.

6. Verfahren zur Bodensanierung nach Anspruch 5, in dem der Kontaminant ein Phenol ist.

7. Verfahren zur Bodensanierung nach Anspruch 5, in dem der Kontaminant eine Organochlorverbindung ist.

8. Verfahren zur Bodensanierung nach Anspruch 7, in dem die Organochlorverbindung Trichlorethylen ist.

9. Vorrichtung zur Verteilung eines Behandlungsmittels in einem Boden, das die nachstehenden Bestandteile umfaßt:

ein Paar explosionssicherer Platten (1) und, zwischen den Platten angeordnet, einen Explosivstoff als Zünder (2) und ein Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases, das mit einem Behandlungsmittel (5) überzogen, das einen Mikroorganismus oder einen Mikroorganismus in Kombination mit einem Nährstoff für ihn umfaßt, wobei:

das Behandlungsmittel (5) in verfestigter Form vorliegt und der Zünder (2) so in dem Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases angeordnet ist, daß er nicht in direktem Kontakt mit dem Behandlungsmittel (5) steht; wobei das Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases eine Verbrennungstemperatur von ca. 176ºC (350ºF) aufweist und das Mittel (3) zur Erzeugung eines Gases ein Metallazid und ein Oxidationsmittel, wobei das Metallazid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallaziden, Erdalkalimetallaziden und Aluminiumazid besteht, und das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe&sub2;O&sub3;, NiO&sub2; und CuO besteht, oder Azidocarbonamid und ein Salz einer Sauerstoffhalogensäure umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Kaliumbromat und Natriumbromat besteht.