DE4337192A1 - In situ-Verfahren zur Sanierung schadstoffbelasteter Böden - Google Patents
In situ-Verfahren zur Sanierung schadstoffbelasteter BödenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein In-situ-Verfahren zur Sanierung schadstoffbelasteter Böden,
wobei die Schadstoffe durch die Einwirkung von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen
zum Sieden gebracht und nach dem Austreten aus dem Boden aufgefangen und einer
Wiederverwendung oder geordneten Entsorgung zugeführt werden.
Bei der Sanierung von Flächen deren Böden mit Kohlenwasserstoffverbindungen belastet
sind ist es oft erforderlich, daß aufgrund von baulichen Besonderheiten und Umwelterfordernissen
eine Schadstoffbeseitigung vor Ort vorgenommen werden muß.
Auch die Beseitigung von Havarieschäden auf gewerblich genutzten Flächen, Bahngeländen oder
ähnlichen Flächen, die eine schnelle Entsorgung erfordern um einerseits größere Schäden bzw.
Nachfolgeschäden zu vermeiden, zum Anderem um Produktionsausfälle oder Verkehrsstörungen
zu verhindern, macht den Einsatz eines In-situ-Verfahrens erforderlich.
Dabei ist es wichtig, daß zur Vermeidung von unkontrolliertem Austreten von Schadstoffen aus
dem Boden das zu bearbeitende Volumen elektrotechnisch begrenzt wird.
Außerdem gilt es unnötiges Abstrahlen von HF-Energie zu vermeiden, bzw. die zulässigen
Höchstwerte der BAPT-Vorschriften einzuhalten.
Voraussetzung für eine mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand durchzuführende Schad
stoffbeseitigung ist eine nahezu gleichförmige Erwärmung des belasteten Bodens.
Es sind Methoden bekannt, bei denen, mit chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW) verunreinigte
Böden durch eine Bodenluftabsaugung vor Ort saniert werden.
Bei diesem Verfahren werden in das kontaminierte Erdreich Vakuumbrunnen abgeteuft.
Danach erfolgt mit Hilfe einer Abdeckfolie der luftdichte Abschluß des zu reinigenden Bereiches
an die Brunnen.
Durch das Absaugen der Luft aus dem Brunnen entsteht unterhalb der Folie im Boden ein
Unterdruck.
Aufgrund des relativ niedrigen Siedepunktes der chlorierten Kohlenwasserstoffe, gehen diese in
die Gasphase über und gelangen mit dem Luftstrom zu den Brunnen.
Das Reinigen der angesaugten Luft erfolgt über Aktivkohlefilter.
Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren die begrenzte Einsatzfähigkeit aus, da die Ausnutzung
des natürlichen Dampfdruckes bzw. die Absenkung des Siedepunktes durch Unterdruckerzeugung
zur Absaugung der Schadstoffe nur bei wenigen chlorierten Kohlenwasserstoffen erfolgreich ist
und eine relativ lange Zeit (mehrere Monate) erfordert.
Zum Betrieb dieser Anlagen ist, unabhängig von der Schadstoffkonzentration, eine konstante
Menge Elektroenergie notwendig. Dies hat zur Folge, daß bei geringer Schadstoffkonzentration
der spezifische Energieaufwand über einen großen Sanierungszeitraum sehr hoch ist, um geringe
Mengen von Schadstoffen auszutreiben.
Andere Methoden setzen schadstoffadaptierte Mikroorganismen in den mit Schadstoffen be
lasteten Boden vor Ort ein.
Durch eine gezielte Zugabe von Nährstoffen, Sauerstoff und Spurenelementen die in Wasser
gelöst sind werden die Mikroorganismen aktiviert.
Sie wandeln die standortspezifischen Schadstoffe durch Stoffwechselprozesse in Wasser und
Kohlendioxid um.
Einsetzbar sind Mikroorganismen hauptsächlich bei den Stoffgruppen PAK; AKW; CKW und
Phenole.
Nachteilig wirkt sich hier die ständige Aufrechterhaltung der erforderlichen Milieubedingungen für
die Mikroorganismen im Sanierungsbereich aus.
Dabei stellt die Temperatur des belasteten Bodens eine wichtige Bedingung dar. Die optimale
Umgebungstemperatur liegt bei 20°C bis 35°C und tritt nur in einem kurzen
Vegetationszeitraum auf. Damit ergeben sich sehr große Sanierungszeiträume.
Die ständige Zufuhr von Wasser bedingt, daß zum Teil Schadstoffe mitgeschleppt werden und so
in tiefere Bodenbereiche bzw. in das Grundwasser gelangen können.
Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der aufgeführten Mängel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, daß durch den Einsatz von
Hochfrequenzenergie unterschiedlichste mit Kohlenwasserstoffverbindungen, wie sie in Vergaser-
und Dieselkraftstoffen, Heizölen und organischen Lösungs- und Reinigungsmitteln vorkommen,
belasteten Böden mit wirtschaftlich vertretbaren Aufwand vor Ort zu sanieren. Die anfallenden
Schadstoffe aufzufangen und einer Wiederverwendung oder geordneter Entsorgung zuzuführen.
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren aus den vier technologischen Teilkomplexen,
- - HF-Elektrodensystem im mit Schadstoffen belasteten Boden,
- - Einrichtungen zur Erzeugung und Übertragung der HF-Energie auf das Elektroden system,
- - Absperr- und Auffangsystem der Schadstoffe,
- - Gas- und Flüssigkeitsbehandlungssystem zum Trennen und Abfüllen der Schadstoffe,
die so zusammenwirken, daß ein Austrieb der Schadstoffe aus dem Boden erfolgt.
Das in den mit Schadstoffen belasteten Boden eingebrachte HF-Elektrodensystem bildet
zusammen mit dem belasteten Boden einen verlustbehafteten Kondensator.
Dabei stellt der Boden zusammen mit den Schadstoffen ein Dielektrikum dar. Das Elektro
densystem welches über ein Impedanzanpaßgerät mit der Hochfrequenzspannungsquelle
verbunden ist, wird durch diese erregt und gibt elektromagnetische Wellen an das Dielektrikum ab.
Die Absorbtion der elektromagnetischen Wellen führt zu einer dielektrischen Erwärmung, die fast
ausschließlich aus der Verzerrung der Molekularstruktur der bipolaren Bestandteile des belasteten
Bodens resultiert.
Somit erfolgt eine weitestgehende homogene Erwärmung des gesamten vom HF-Feld um
schlossenen Bodenvolumens. Bei Temperaturen von ca. 80°C bis ca. 450°C erfolgt der
Schadstoffaustrieb.
Das Energieabsorbtionsvermögen des Bodens, d. h. der Grad der Umwandlung der Energie
hochfrequenter elektrischer Schwingungen in Wärmeenergie, wird somit vorrangig von den
dielektrischen Eigenschaften des Bodens sowie von der Frequenz und Intensität des angelegten
elektromagnetischen Feldes bestimmt.
Zum Auffangen der entstehenden Gase und Dämpfe wird eine Abdeckung aus metallisierter
Kunststoff-Folie als Dampfsperre über die zu dekontaminierende Stelle errichtet. Dabei dient die
Metallschicht zur Verhinderung der Abstrahlung von HF-Störstrahlungen.
Die Schadstoffrückgewinnung erfolgt durch Kondensation und Bindung der Schadstoffe in
Aktivkohlefilter.
Die Schadstoffe liegen nach der Behandlung als Kondensat in kleinstmöglichen Volumen, d. h. in
hochkonzentrierter unverdünnter Form vor.
An Hand eines in Fig. 1 aufgeführten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher
erläutert.
In den mit Schadstoffen kontaminierten Boden werden in drei Reihen die Elektroden (1)
eingebracht.
Über die Koaxialleitung (2) sind die Elektroden mit dem Anpaßgerät (3) und dem HF-Generator
(4) so verbunden, daß die mittlere Elektrodenreihe an den potentialführenden Pol und die beiden
äußeren Elektrodenreihen mit dem Massepotential des Anpaßgerätes verbunden sind. Wirkt auf
diese Anordnung die vom HF-Generator erzeugte Energie, erwärmt sich das zwischen den
Elektroden eingeschlossene Bodenvolumen nach dem Prinzip der dielektrischen Erwärmung.
Beim Erreichen der Siedepunkte der Schadstoffe werden diese im dampfförmigen Zustand aus
dem Boden getrieben.
Zum Auffangen der entstehenden flüchtigen Stoffe und zur Verhinderung störender Abstrahlung
von HF-Energie wird über die zu dekontaminierende Stelle ein gegen den äußeren Luftdruck
abgedichtete metallisierte Dampfsperre (5) errichtet.
Zwischen den Elektroden befinden sich die miteinander verbundenen Abzugskanäle (6).
Die Absaugvorrichtung (7) erzeugt über die Gasstromleitungen (8) unter der Abdeckung einen
Unterdruck.
Damit gelangt der Gasstrom nacheinander in den Wärmetauscher (9) und in die Gaswaschanlage
(10), wo eine Kondensierung und Trennung der Schadstoffe vom Wasser vorgenommen wird.
Die in den Einrichtungen (9) und (10) abgeschiedenen Schadstoffe können hier zurückgewonnen
werden.
Verbleibende wasserfreie Schadstoffe werden im Adsorberfaß (11), daß Aktivkohle enthält,
ausgefiltert und gesammelt.
Erfindungsgemäß ist es denkbar, daß das Verfahren der Bodenerwärmung zur Unterstützung
anderer In-situ-Verfahren eingesetzt werden kann.
So könnte die Boden-Luft-Absaugung wesentlich effektiver eingesetzt werden, wenn durch die
Erhitzung des Erdbodens die Schadstoffe in den Siedebereich gelangen.
Ebenso ist es denkbar, daß die Zeit für eine mikrobiologische In-situ-Bodensanierung we
sentlich zu verkürzen ist, wenn durch einen HF-Energieeintrag in den Boden optimale Le
bensbedingungen für die Wirksamkeit der im Boden befindlichen Mikroben geschaffen werden
und eine effektivere Nährstoffaufbereitung erfolgen kann.
Zur Darstellung des Standes der Technik wurde in folgenden Gruppen recherchiert:
| A62D3/00 | |
| Verfahren zum Unschädlichmachen chemischer Schadstoffe. | |
| B01D3/00 | Destillation oder ähnliche Austauschprozesse mit Flüssigkeit-Gas-Kontakt, z. B. Strippen |
| B01J19/08V | Verfahren mit direkter Anwendung von Elektro- oder Wellenenergie oder von Teilchenstrahlung, Vorrichtungen hierfür. |
| C10B19/00 | Heizen von Verkohlungsöfen durch elektrische Mittel. |
| C16G1/00 | Herstellen von flüssigen Kohlenwasserstoffmischungen aus Ölschiefer, Ölsand oder nichtschmelzenden, festen kohlenstoffhaltigen oder ähnlichen Stoffen. |
| E02D3/00 | Verbesserung oder Sicherung des Baugrundes. |
| F23G5/04 | Brenner mit Verdampfung flüssiger Brennstoffe im Verbrennungsraum, mit oder ohne chemische Veränderung des verdampfenden Brennstoffes mit Topfverdampfer, d. h. einem teilweise eingeschlossenen Verdampferraum. |
Innerhalb dieser Gruppen lagen die nachfolgenden Patente als In-situ-Verfahren vor:
| 1. EP 0 170 862 | |
| Verfahren und Anlage zur Wiedergutmachung industriell genutzter bodenverunreinigter Grundstücke. | |
| Staender, L. | |
| Ruhrkohle Aktiengesellschaft, 12. 02. 86 | |
| intern. Klassifikation: A62B3/00, B09B5/00, F23G5/027 | |
| 2. EP 0 228 626 | Verfahren zur Bodensanierung mittels Mikroorganismen |
| Rehm, H. J./Kischner | |
| DECHAMA Deutsche Gesellschaft für chem. Apparatewesen e. V., 15. 07. 87 | |
| intern. Klassifikation: A62D3/00, B09B5/00 | |
| 3. DE 87 17 408 | Vorrichtung zum Dekontaminieren von mit kohlenwasserstoffhaltigen Produkten verunreinigten, saugfähigen, unbrennbaren Materialien, insbesondere Erdböden. |
| Kupfermann, F. 09. 02. 89 | |
| intern. Klassifikation: A62D3/00 | |
| 4. DE 88 04 344 | Vorrichtung zum Reinigen von Bodenschichten |
| Stenger, A. | |
| Philipp Holzmann AG, 21. 07. 81 | |
| 5. US 4376598 | In situ Vitrification of soil. |
| Brouns 15. 03. 93 | |
| intern. Klassifikation: E02D3/00 | |
| 6. US 4765902 | Process for in situ Biodegradiation of Hydrocarbon Contaminated soil |
| Eli 08. 03. 88 | |
| intern. Klassifikation: C02F3/34, D06M16/00 | |
| 7. US 5114497 | Soil decontamination |
| Johnson 19. 05. 92 | |
| intern. Klassifikation: B08B5/00, B09B3/00 |
Berührende Schutzrechte ergaben sich nicht.
Claims (13)
1. In-situ-Verfahren zur Sanierung schadstoffbelasteter Böden, wobei die Schadstoffe durch die
Einwirkung von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen zum Sieden gebracht und nach
dem Austreten aus dem Boden aufgefangen und einer Wiederverwendung oder geordneter
Entsorgung zugeführt werden und die Schadstoffe folgenden Stoffgruppen zuzuordnen sind:
- - gesättigte und ungesättigte, nicht oder kaum mit Wasser mischbare kettenförmige, verzweigte und cyclische Kohlenwasserstoffe,
- - aromatische Kohlenwasserstoffe mit und ohne Seitenketten, auch halogensubstituierte Aromaten,
- - Gemische in Zusammensetzungen aus den vorstehend genannten Gruppen, wie sie in Vergaser- und Dieselkraftstoffen, Heizölen und anderen organischen Lösungs- und Reinigungsmitteln vorkommen,
- - Boden-Schadstoff-Gemisch mit dielektrischen Eigenschaften im allgemeinen elektro technischem Sinn,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a. Elektroden senkrecht in den schadstoffbelasteten Boden eingebracht werden, die in ihrer Gesamtanordnung einen verlustbehafteten Kondensator bestehend aus einem Dielektrikum im elektrotechnischen Sinn darstellen,
- b. die Elektroden reihenförmig oder in anderer geeigneter Weise zusammengefaßt und an den Ausgang einer Hochfrequenzspannungsquelle angeschlossen werden um eine elek tromagnetische Energie an den schadstoffbelasteten Boden abzugeben,
- c. die abgegebenen elektromagnetischen Wellen über einen Einwirkungszeitraum dielektrische und ohmsche Wärme erzeugen und die Schadstoffe zum Sieden bringen,
- d. die aus dem Boden austretenden gasförmigen Schadstoffe aufgefangen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung der Elektroden an
die Hochfrequenzspannungsquelle zur Aufrechterhaltung einer maximalen Leistungsabgabe ein
regelbares Anpassungsnetzwerk eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus geometrisch
geformten Stäben, Röhren oder Flächenelementen bestehen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des elektrischen
Wirkungsgrades die abgegebene Hochfrequenzspannung aus rechteckförmigen Wellenpaketen
besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzusetzende Frequenz
zwischen 1 MHz bis 100 MHz liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Elektroden und die
einzusetzende Wellenlänge der Hochspannungsquelle in Abhängigkeit von den dielektrischen
Eigenschaften des Schadstoff-Boden-Gemisches ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffangen der gasförmigen
Schadstoffe und zur Vermeidung von störenden Einflüssen der Hochspannungsquelle auf
elektrische und nachrichtentechnische Anlagen, ein metallisiertes Folienzelt das mit einer HF-
Erde verbunden ist, über die schadstoffbelastete Fläche, abgedichtet gegenüber dem äußeren Luftdruck, aufgestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen der gasförmigen
Schadstoffe über ein Kanalsystem erfolgt, welches sich auf der Oberfläche des
schadstoffbelasteten Bodens befindet und mit einer metallisierten Folie abgedeckt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung bei Verfahren
bei denen über Boden-Luft-Absaugung eine Sanierung vorgenommen wird, durch eine
dielektrische Erwärmung die Schadstoffe zum Sieden gebracht und dadurch der Sanie
rungszeitraum wesentlich verkürzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bei dem Verfahren der Boden
Luft-Absaugung erforderlichen Absauglanzen durch rohrförmige Elektroden ersetzt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung von biologischen
Sanierungsverfahren durch eine dielektrische Erwärmung optimale Temperaturen unabhängig
von den Vegetationsperioden für Bioorganismen geschaffen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrag und die Verteilung
biologischer Nährlösungen durch den Einsatz hochfrequenter Wellen optimaler gestaltet
werden kann.
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