DD280116A1

DD280116A1 - Verfahren zur kombinierten physikalisch-biotechnischen bekaempfung von tiefreichenden kontaminationen mit schadstoffen im boden und grundwasser

Info

Publication number: DD280116A1
Application number: DD32575189A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Schmaland
Original assignee: Wasserwirtschaftsdirektion Ode
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1990-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten physikalisch-biotechnischen Bekaempfung von Bodenkontaminationen mit Schadstoffen. Sie ist in der Wasserwirtschaft und in allen Bereichen verwendbar, die mit der Foerderung bzw. Herstellung, dem Vertrieb und der Anwendung von Stoffen befasst sind, die in der Umwelt als Schadstoffe wirksam werden koennen, wie z. B. Petrolchemie, sonstige chemische Industrie, Tanklager, Tankstellen und Einrichtungen der Agrochemie. Erfindungsgemaess werden Grundwasser- und Bodenkontaminationen mit Schadstoffen dadurch bekaempft, dass durch Zugabe von Wasser, chemischen Hilfsstoffen, Duengemitteln und Wasserstoffakzeptoren der mikrobielle Abbau von Schadstoffen sowie durch das Wasser und die chemischen Hilfsstoffe auch die Herausloesung der Schadstoffe aus Boden und/oder Grundwasserleiter gefoerdert werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in der Wasserwirtschaft und in allen Bereichen verwendbar, die mit der Förderung bzw. Herstellung, dem Vertrieb und der Anwendung von Stoffen befaßt sind, die in der Umwelt als Schadstoffe wirksarr werden können, wie z. B. Petrolchemie, sonstige chemische Industrie, Tanklager, Tankstellen und Einrichtungen der Agrochemie.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind Verfahren, die auf der Ausbringung speziell adaptierter Mikroorganismenpopulationen in speziellen Nährmedien beruhen und auch eine spezielle Technik für die Ausbringung erfordern (Biodetox Schaumverfahren, Erdöl-Erdgas-Kohle, Hamburg/Wien 12/86) (WO 85/0210S, WO 85/02197) Verfahren, die besonders ein natürlich vorkommendes Bakterium stimulieren sollen (Technische Gemeinschaft 11 /88, S. 14). Oder Verfahren, die außerdem spezielle technische Vorrichtungen verlangen, mit denen der kontaminierte Boden behandelt wird (Prospekt der Cell GmbH 1988).

Der Nachteil derartiger Verfahren besteht darin, daß für die nicht planbaren sporadisch auftretenden Havarien eine Vielzahl von speziellen Mikroorganismen und Präperaten mit hohem Aufwand in Reserve zu halten und im Havariefall an den Ort der Havarie zu bringen sind. Dabei besteht ständig die Gefahr der Degeneration der Populationen. Die spezielle Technik ist nur mit großem Aufwand an den Ort der Havarie zu bringen.

Einzelne Arten oder durch das künstliche Medium in ihr^r Artenzahl, eingeschränkte Populationen, sind für den stufenweisen Abbau der Schadstoffe und die Umwandlung in unschädliche gasförmige Stoffe oder natürliche Bodenbestandteile weniger geeignet. Bekannt ist ein Verfahren, bei dem Bodenkontaminationen durch Kompostierung des kontaminierten Bodens mit Dünge- und Hilfsstoffen biotechnisch bekämpft werden. Diese Verfahren ist insbesondere bei tiefreichenden Kontaminationen oder an unzugänglichen Stellen ungeeignet, weil der Aushub des Bodens an diesen Stellen zu aufwendig oder nicht möglich ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe die Schadstoffe aus kontaminierten Böden und aus kontaminierten GrundwassG.leitern ohne umfangreiche Erdbewegungen durch Abbau und/oder Herauslösen entfernt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe tiefreichende Schadstoff kontaminationen des Bodens und des Grundwassers aus Havarien oder Altlasten biotechnisch vor Ort bekämpft werden. Durch das Verfahren soll die für den Schadstoffabbau und für die Herauslösung der Schadstoffe aus Boden und Grundwasser erforderliche Zeit auf ein Bruchteil der des natürlichen Prozesses verkürzt werden. Dabei soll der Boden gegen Ende des Prozesses wieder als gesunder Pflanzenstandort geeignet sein und soll Grundwasserkontaminationen vorgebeugt bzw. sollen bereits vorhandene behoben werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß durch die Zugabe von Wasser, Wasserstoffakzeptoren, Düngemitteln und chemischen Hilfsstoffen der mikrobiologische Abbau sowie durch das Wasser und die chemischen Hilfsstoffe die Herauslösung der Schadstoffe aus Boden und Grundwasserleiter gefördert werden.

Vorzugsweise sind als Wasserstoffakzeptor^ die Salze der Salpetersäure (Nitrate) einzusetzen, die gleichzeitig als N-Dünger wirken. Als chemische Hilfsstoffe dienen Stoffe, die der Bodenpopulation den Zugang zu dem Schadstoff in bekannter Weise erleichtern.

Erfindungsgemäß wird der kontaminierte Boden bzw. das kontaminierte Grundwasser mit Wasser, Hilfsstoffen und Düngemitteln sowie dem Wasserstoffakzeptor über die gesamte kontaminierte Schicht gleichmäßig versorgt.

Bei geeigneten Gelände- und technischen Bedingungen wird die obere kontaminierte Schicht ausgekoffert und zur Förderung des Schadstoffabbaus in bekannter Weise kompostiert. Die entstandene Senke wird mit Wasser unter Zumischung von Hilfsstoffen, Wasserstoffakzept">ren und Düngemitteln oder mit geeignetem Abwasser überstaut. Dadurch werden gleichzeitig die Abbau- und Auswaschungsprozesse gefördert. Nachteilige Wirkungen werden über Brunnen oder Schutzgalerie abgefangen.

Das Wasser mit Hilfsstoffen, Wasserstoffakzeptor und Düngemitteln oder das eingesetzte Abwasser können auch in bekannter Weise über Bewässerungseinrichtungen und Vorrichtungen zur Behandlung von tieferen Bodenschichten oder Grundwasserleitern eingebracht werden. Die Zugabe der Düngemittel, des Wasserstoffakzeptors und des Wassers oder die Zugabe des Abwassers verfolgt das Ziel, im Boden eine optimale Nährlösung für Bakterien herzustellen, in der insbesondereder emulgierte Schadstoff und der Hilfsstoff selbst als Kohlenstoffquelle dienen. Als Hilfsstoffe sind in bekannter Waise Stoffe, die Krenzresistenz mit den Schadstoffen auslösen, zu wählen. Geeignete Abwasser sind solche, die möglichst alle zuzuführenden Stof»e, d.h. Nitrate, Tenside sowie Phosphor und Kalium, bei einem möglichst gerif.yen Gehalt an organischer Substanz und an abbauresistenten Schadstoffen enthalten.

Die Zugabe des Wasserstoffakzeptors und der Düngemittel wird bei Bedarf in mehrere Gaben eingeteilt, um die Hemmung der Bakterien durch das Substrat zu vermeiden. Insgesamt ist mindestens der stöchiometrisch erforderliche Aufwand einzusetzen.

Bei Verwendung von Nitraten wird durch einen Überschuß der Anteil für die N-Düngung berücksichtigt. Erfindungsgemäß wird nach Herstellung der optimalen Bedingungen, sofern relativ sterile Verhältnisse vorliegen, mit Kulturen adaptierter Bakterien in wäßriger Lösung angeimpft.

Diese Kulturen werden hergestellt, indem eine Bodenaufschlämmung in einer Lösung aus dem jeweiligen Schadstoff mit den Hilfsstoffen, Düngemitteln und dem Wasserstoffakzeptor bis zur Massenvermehrung gelagert wird. Danach wird sie mit den Hilfsstoffen, Düngemitteln und dem Wasserstoffakzeptor ausgebracht.

Durch die Kombination der Förderung von Abbauvorgängen und Auswaschungsprozessen wird die Entfernung von Schadstoffen aus Boden und Grundwasser in nur 1 bis 2 Jahren, gegenüber 50 bis 70 Jahren bei unbeeinflußtem Verlauf, erreicht. Schutzgalerien für die frinkwassergewinnung entfallen oder können wieder außer Betrieb genommen werden.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an 4 Beispielen erläutert.

Beispiel 1:

Ein Tankfahrzeug mit 5m³ einer Pflanzenschutzmittellösung für den Einsatz im Feldbau mit 300g/m³ Dithiophosphorsäure-O,0-dimethyl-N-methylamino-carboxymethylester (Dimethoat, C₅H₁₂NO₃PS₂) läuft infolge einer Havarie aus. Der Inhalt verbreitet sich über eine Fläche von 50m² und dringt unter Verdünnung mit dem Bodenwasser 4m tief ein und erreicht den Grundwasserleiter. Die Feldkapazität des anstehenden Bodens ist 10VoI.-%.

Zur Sanierung werden vom Grundwasserleiter beginnend und nach oben ansteigend 20m³ einer wäßrigen Lösung von 170g/l NaNO₃, 0,1 g/l des Triethanolammoniumsalzes des Phosphorsäuremono/diesthergemisches einer synthetischen Fettalkohols sowie Phosphor und Kaliumdünger mit 0,2 g/l P und 0,7 g/l K, die mit Calziumhydroxyd auf pH 8,5 eingestellt und der eine an das Milieu angepaßte Mikroorganismenoopulation beigegeben wurde in bekannter Weise mit Injektionsverfahren gleichmäßig auf den kontaminierten Bodenkörper verteilt. Der Abbau des Schadstoffs verläuft unter diesen Bedingungen in etwa 14 Tagen bis zur unschädlichen Konzentration.

Beispiel 2:

Eine Bodenfläche ist einschließlich des Grundwasserleiters mit einer Altlast von Erdölprodukten kontaminiert. In Grundwasserströmungsrichturig ist hinter der kontaminierten Bodenlinse eine Brunnengalerie zum Schutz des aus dem gefährdeten Grundwasserleitor schöpfenden Wasserwerks installiert. Diese Brunnengalerie muß voraussichtlich über 70 Jahre bis zum vollständigen natürlichen Abbau der Schadstoffe betrieben werden.

Die Tiefe bis zum Grundwasserleiter beträgt 3,40m. Der kontaminierte Boden hut eine mittlere Feldkapazität von 10 Vol.-%. Der Schadstoffgehalt beträgt im Mittel 101/m³, bestehend aus vorwiegend aliphatischen Verbindungen ,nit der mittleren Kettenlänge C₈...

Zur Sanierung werden die oberen 40cm des Bodens abgehoben und zur Förderung des Schadstoffabbaus in bekannter Weise kompostiert.

Die entstandene Senke wird mit einer wäßrigen Lösung von 7g/l Natriumnitrat, 0,1 g/l des Ammoniumsalzes eines sulfierten Rizinusöls sowie Phosphor und Kaliumdünger in der auf die Reinnährstoffe bezogene Menge von u,2g/l P und 0,7 g/l K überstaut. Je Überstauvorgang werden 30OI/m² aufgeleitet. Nach Zugabe dieser Wassermenge verbleibt der Boden unbewässert, bis der Höhepunkt mikrobieller Aktivität überschritten ist. Danach wird dieser Vorgang wiederholt, bis der Schadstoff in Boden und Grundwasserleiter auf einen unschädlichen Wert vermindert ist. Für die Menge von 30 kg/m² des Erdölprodukts sind dafür etwa 3OmVm² Lösung oder 100 Überstauvorgänge erforderlich.

Beispiel 3:

Bedingungen wie Beispiel 2. Ein biologisch behandeltes Abwasser mit einem Nitratgehalt von 200 mg/l und frei von persistenten Schadstoffen ist in der Nähe verfügbar. Dieses Abwasser wird ohne weitere Zusätze auf die kontaminierte Stelle geleitet. Die Menge wird durch die Leistung der Schutzgalerie bestimmt. Durch den ständigen Wasserstrom, die mitgeführten Tenside wird die Desorption, Ablösung und Auswaschung in diesem Fall dominierend. Der Nitrat- und Pflanzennährstoffanteil sichert gleichzeitig einen Abbau. Vor Beendigung des Spülvorgangs wird auf Klarwasser umgestellt, das der Brunnengalerie entnommen wird.

Claims

1. Verfahren zur kombinierten physikalisch-biotechnischen Bekämpfung von Boden- und Grundwasserkontaminaüonen mit Schadstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß durch Zugabe von Wasser und chemischen Hilfsstoffen, von Düngemitteln und Wasserstoffakzeptoren der mikrobielle Abbau von Schadstoffen sowie durch das Wasser und die chemischen Hilfsstoffe die Herauslösung aus Boden und/oder Grundwasserieiter gefördert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Wasserstoffakzeptoren Salze der Salpetersäure verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Abwässer, die die benötigten Stoffe ganz oder teilweise enthalten, verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zuzugebende Wassermenge je 1 m³ kontaminierten Bodens mindestens dem Produkt aus Feldkapazität und Tiefe der kontaminierten Schicht entsprechen muß.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Wasser, Hilfsstoff, Düngemittel und Wasserstoffakzeptor in mehreren Gaben eingebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die zugegebene Menge an Nitrat je Gabe so bemessen wird, daß die Konzentration in der Bodenlösung im Bereich von 0,2 bis 10g/l liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Vorliegen steriler Verhälti isse im Boden und/oder Grundwasserleiter mit Mikroorganismenpopulationen, die an den Hilfsstoff, den Schadstoff und die Verwertung des Wasserstoffakzeptors adaptiert sind, in wäßriger Lösung angeimpft wird.