DE102008006719B4

DE102008006719B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung kontaminierter Materialien

Info

Publication number: DE102008006719B4
Application number: DE102008006719.9A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Schmidt Reinhard De
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: CN101497080B; DE102008006719B8; CN101497080A; DE102008006719A1

Abstract

Verfahren zur Reinigung kontaminierter Materialien von schüttfähiger und/oder pastöser Konsistenz, oder zur Trocknung von pastösen Stoffen und Schlämmen,bei dem in einem geschlossenen System das kontaminierte Material in zumindest einer chargenweise beschickten, im Betrieb verschließbaren und mit einer zugeordneten Kondensatoreinheit (4a) verbundenen Trockenkammer (1) einem Unterdruck ausgesetzt und mittels eines umlaufenden Mischwerks (16a) auflockernd bewegt undmittels einer Heizeinrichtung (12) zumindest zum Zwecke der Entwässerung erwärmt wird, undwobei die in der Trockenkammer (1) vorbehandelte Materialcharge nach vorgebbarer Zeit oder nach Erreichen eines vorgebbaren Trocknungsgrades unter einer Schutzgasatmosphäre in eine ebenfalls verschließbare und mit einer eigenen Kondensatoreinheit (4b) verbundene Dekontaminationskammer (2) überführt undin dieser unter Umwälzung weiter erhitzt sowie zur Verdampfung von Verunreinigungen einem Unterdruck ausgesetzt wird und anschließend das gereinigte Material aus der Dekontaminationskammer (2) über einen Mischer (3) mit Wassereindüsung dem Austrag zugeführt wird,wobei vor dem chargenweise Überführen des Materials von der Trockenkammer (1) in die Dekontaminationskammer (2) in beiden Kammern sowie in einem die Kammern verbindenden Fallschacht (18a) eine Stickstoffatmosphäre geschaffen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung kontaminierter Materialien von schüttfähiger und/oder pastöser Konsistenz sowie eine insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Vorrichtung.
Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung dieser Art sind bekannt aus dem europäischen Patent EP 0 896 838 B1 . Dieses bekannte Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung hat sich im praktischen Einsatz umfangreich bewährt. Die Vorrichtung verfügt über eine Trockenkammer und über eine Dekontaminationskammer. Vor Beginn einer Materialerwärmung in diesen Kammern wird ein Unterdruck hergestellt, wodurch gemäß der zitierten Druckschrift jegliche Explosions- bzw. Berstgefahr beseitigt wird.
Die WO 00/ 76 682 A1 offenbart ein kontinuierliches Verfahren zur Reinigung von kontaminierter Erde. Dabei wird der kontaminierten Erde in einer ersten Kammer zunächst Wasser entzogen und in einer zweiten Kammer werden organische Verunreinigungen verdampft. Gemäß der Druckschrift wird die kontaminierte Erde unter einer Schutzgasatmosphäre bei Normaldruck erwärmt, um einer Explosionsgefahr vorzubeugen. Die erste Kammer grenzt direkt an die zweite Kammer, wobei der Übergangsbereich offen und die Kammern selbst nicht verschließbar sind. Zwar findet in diesem Verfahren die Überführung der kontaminierten Erde von der ersten in die zweite Kammer unter Schutzgasatmosphäre statt, jedoch lediglich deshalb, weil die Kammern selbst eine Schutzgasatmosphäre zur Vermeidung einer Explosion aufweisen und diese miteinander in Verbindung stehen. Das Überführen unter Schutzgas wird in der Druckschrift nicht explizit als notwendig erwähnt.
Die DE 195 08 094 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dekontaminieren von mit Schadstoffen belasteten Materialien. Allerdings offenbart die Druckschrift lediglich ein sogenanntes einstufiges Verfahren, bei dem lediglich innerhalb einer Kammer bzw. in einem geschlossenen Behälter eine Dekontamination erfolgt. Das Problem, dass es zu ungewollten Explosionen oder Verpuffungen bei der Überführung von einem geschlossenen Behälter in einen weiteren geschlossenen Behälter kommen kann stellt sich bei dieser Druckschrift nicht.
US 5 242 245 A offenbart ein zweistufiges Verfahren zur Dekontamination, dieses arbeitet aber kontinuierlich und nicht im Chargenbetrieb. Das Problem von ungewollten Verpuffungen oder Explosionen wird in der Druckschrift nicht adressiert, es wird auch nicht unter Schutzgasatmosphäre gearbeitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, weitere für die Praxis bedeutsame Verbesserungen zu erzielen, insbesondere hinsichtlich der Betriebssicherheit bei besonders kritischen Schadstoffen, der Dauer-Betriebs- und Funktionssicherheit bei besonders problematischen Materialien sowie hinsichtlich der erzielbaren Reinigungsqualitäten.
Gelöst wird diese Aufgabe in verfahrenstechnischer Hinsicht im Wesentlichen durch ein Verfahren, bei dem in einem geschlossenen System das kontaminierte Material in zumindest einer chargenweise beschickten, im Betrieb verschließbaren und mit einer zugeordneten Kondensatoreinheit verbundenen Trockenkammer einem Unterdruck aussetzt und mittels eines umlaufenden Mischwerks auflockernd bewegt und mittels einer Heizeinrichtung zumindest zum Zwecke der Entwässerung erwärmt wird, wobei die in der Trockenkammer vorbehandelte Materialcharge nach vorgebbarer Zeit oder nach Erreichen eines vorgebbaren Trocknungsgrades insbesondere unter einer Schutzgasatmosphäre in eine ebenfalls verschließbare und mit einer eigenen Kondensatoreinheit verbundene Dekontaminationskammer überführt und in dieser unter Umwälzung weiter erhitzt sowie zur Verdampfung von Verunreinigungen einem Unterdruck ausgesetzt und schließlich das gereinigte Material aus der Dekontaminationskammer über einen Mischer mit Wassereindüsung dem Austrag zugeführt wird, wobei vor dem chargenweisen Überführen des Materials von der Trockenkammer in die Dekontaminationskammer in beiden Kammern sowie in einem die beiden Kammern verbindenden Fallschacht eine Stickstoffatmosphäre geschaffen wird.
Durch diese Vorgehensweise wird die Gefahr des Auftretens von Explosionen und Verpuffungen sicher verhindert, die immer dann entstehen kann, wenn das noch mit Verunreinigungen behaftete Material in die sich im Chargenbetrieb auf hoher Temperatur befindende Dekontaminationskammer überführt wird. Da aber auch in der Trockenkammer erhöhte, beispielsweise bis zu 170°C betragende Temperaturen auftreten können, ist es von Vorteil, in der erfindungsgemäßen Weise auch bestehende Gefahren im Bereich der Trockenkammer und vor allem im Bereich des die Trockenkammer und die Dekontaminationskammer verbindenden Fallschachts auszuschalten.
Bevorzugt wird dazu ein Fallschacht, der sich an die ihm vorgeordnete Kammer über eine steuerbare Bodenklappe anschließt, mit einem Trennschieber in der Weise betrieben, dass nach dem Füllen der Trockenkammer mit Stickstoff die dieser Trockenkammer zugeordnete Bodenklappe geöffnet und der Fallschachtbereich bis zum Trennschieber mit Stickstoff gefüllt und nach dem Befüllen der Dekontaminationskammer mit Stickstoff dieser Trennschieber geöffnet und der Vorgang der Materialüberführung somit vollständig unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
Eine wesentliche Verbesserung eines Verfahrens zur Reinigung kontaminierter Materialien von schüttfähiger und/oder pastöser Konsistenz besteht erfindungsgemäß darin, dass in die Trockenkammer in Abhängigkeit von der Konsistenz und/oder der Art der Verunreinigung des Materials und/oder der Größe des für die Materialumwälzung erforderlichen Mischwerk-Drehmoments zumindest zeitweise unter Druck stehender Heißdampf bodenseitig eingeblasen wird.
Beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Trockenkammer kann es in Abhängigkeit von dem jeweils zu bearbeitenden Material und auch bei einer Überfüllung der Kammer dazu kommen, dass sich eine Verdichtung oder Klumpenbildung einstellt, die dazu führt, dass das Mischwerk nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten kann und gegebenenfalls sogar Schäden am Mischwerk oder der Antriebswelle auftreten. In diesen Fällen war es bisher erforderlich, die betreffende Trockenkammer mit großem Aufwand manuell zu leeren, was einen mehrtägigen Stillstand der Gesamtanlage zur Folge haben konnte.
Durch die insbesondere nach Art hochwirksamer Reinigungslanzen vorgenommene Heißdampfzuführung gelingt es im Zusammenwirken mit dem Mischwerk großvolumige Materialklumpen aufzulösen und das Gesamtmaterial wieder einwandfrei durchmischbar zu machen.
Bevorzugt wird das Einblasen von Heißdampf in Abhängigkeit von dem kontinuierlich erfassten Antriebs-Drehmoment des Mischwerks so geregelt, dass immer dann, wenn das Antriebs-Drehmoment einen vorgebbaren Wert überschreitet, Heißdampf eingeblasen wird, wodurch ein kontinuierlicher, störungsfreier Betrieb auch bei schwierigem, z. B. tonigem Material gewährleistet werden kann und einer sich anbahnenden Materialverklumpung mit Blockierungsgefahr für das Mischwerk rechtzeitig entgegengewirkt wird. Mit relativ geringem Heißdampfeintrag kann auf diese Weise ein kontinuierlicher und störungsfreier Betrieb gewährleistet werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des unter entsprechend hohem Druck einströmenden Heißdampfes besteht darin, dass Verunreinigungen wie Arsen, Blei, Kadmium und dergleichen bereits mechanisch in der Trocknungsstufe zumindest abgelöst werden, wodurch diese störenden Stoffe zumindest zum Teil bereits in der Trocknungsstufe entfernt und in vorhandenen Filtern aufgefangen werden können. Ein mechanisches Anlösen von solchen Verunreinigungen, wie z. B. an Steinen anhaftender Teer, kann auch dessen Entfernung in der sich anschließenden Dekontaminationsstufe erleichtern und verbessern. Zweckmäßig kann es auch sein, dem Heißdampf, der der Trocknungsstufe zugeführt wird, einen nicht explosiven Fettlöser oder sonstige das Abtrennen dieser Verunreinigungen begünstigende Zusätze beizufügen.
Das aus der Dekontaminationskammer ausgetragene gereinigte Material wird bevorzugt in einem geschlossen ausgebildeten Mischer unter Zudüsung von Wasser auf eine erdfeuchte Konsistenz abgekühlt, wobei der im Mischer entstehende Wasserdampf im geschlossenen System gereinigt und kondensiert wird.
Die Zwangsmischkammer kann auch mit einem Anschluss zur Verbindung mit der Stickstoffquelle ausgestattet sein, und es ist ebenfalls möglich, die Fallschachtanordnung zwischen Dekontaminationskammer und Mischer analog der Fallschachtanordnung zwischen Trockenkammer und Dekontaminationskammer zu gestalten. Zur Immobilisierung gegebenenfalls noch vorhandener Schwermetalle können dem geschlossenen Mischer Hilfsstoffe zugemischt werden, und es ist möglich und in manchen Fällen von Vorteil, dass dem gereinigten Material in einem eine Temperatur von etwa 30 bis 40°C aufweisenden Bereich des geschlossenen Mischers Bakterienkulturen zugeführt und mit dem Material intensiv vermischt werden. In beiden angesprochenen Fällen wird die hohe Rieselfähigkeit und damit optimale Mischbarkeit des gereinigten Materials ausnutzt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit zumindest einer chargenweise betriebenen, beheizten und gegebenenfalls an eine Unterdruckquelle angeschlossenen Trockenkammer, die eine rotierend angetriebene Mischvorrichtung aufweist und mit einer Kondensatoreinheit verbunden ist, sowie wenigstens einer über eine Trockenkammer chargenweise beschickbare und eine rotierend angetriebene Mischvorrichtung aufweisende Dekontaminationskammer versehen, die über eine eigene Kondensatoreinheit an einer Unterdruckquelle angeschlossen ist.
Eine derartige Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass sowohl die Trockenkammer als auch die Dekontaminationskammer einen Anschluss zur Verbindung mit einer Schutzgasquelle, insbesondere einer Stickstoffquelle aufweisen, und dass ein die Trockenkammer und Dekontaminationskammer verbindender Fallschacht über eine steuerbare Bodenklappe der Trockenkammer in Verbindung steht und einen steuerbaren Trennschieber aufweist, wobei die Vorrichtung so konfiguriert ist, dass im Moment der Herstellung der Verbindung zwischen Trockenkammer und Dekontaminationskammer sowohl in der Trockenkammer als auch in der Dekontaminationskammer und vor allem auch im gesamten Fallschacht eine Schutzgasatmosphäre vorhanden ist. Bevorzugt weist jede Trockenkammer bodenseitig eine gesteuerte oder geregelte Einrichtung zum zeitweisen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Einblasen von Hochdruck-Heißdampf auf.
Zur Realisierung der Heißdampfeinbringung besteht die entsprechende Einrichtung bevorzugt aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, gleichzeitig einen Verschleißschutz bildenden und sich im Wesentlichen über die Länge der Trockenkammer erstreckenden Schienenelementen, die düsenförmige Heißdampfauslässe aufweisen und mit einer Heißdampf-Druckquelle verbunden sind, die bevorzugt mit Energie aus zumindest einem der in der Anlage verwendeten Abluftwärmetauscher beheizt ist. Bevorzugt wird dazu ein Abluftwärmetauscher verwendet, der im Abgasstrom der zentralen Heizeinrichtung zur Beheizung der Kammern angeordnet ist.
Ein zur Vermeidung von Mischwerkblockierungen vorgesehenes Regelsystem bestimmt in Abhängigkeit von einem das Umwälzverhalten des Materials charakterisierenden Messwert das Ausmaß und/oder die Dauer des Heißdampfeintrags, wobei als Messwert eine dem Antriebsdrehmoment der Mischvorrichtung entsprechende Messgröße verwendet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Stufe zur Hochtemperatur-Nachverbrennung der Abluft von Trocken- und/ oder Dekontaminationskammer vorgesehen, deren Ausgang insbesondere mit einer Zuluftleitung der zur Aufheizung der Kammern bestimmten Brenner verbunden ist.
Da im Regelfalle die Trocknungszeit in einer Trocknungskammer deutlich länger ist als die zur Schadstoffentfernung benötigte Zeitspanne in einer Dekontaminationskammer, werden vorzugsweise einer Dekontaminationskammer jeweils zumindest zwei Trockenkammern zugeordnet, die mit der Dekontaminationskammer jeweils über einen in der bereits beschriebenen Weise angeschlossenen und ausgebildeten Fallschacht verbunden sind. Auf diese Weise gelingt es, die Kapazität der zweiten Stufe, d. h. der Dekontaminationsstufe maximal zu nutzen.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus in Form eines Blockschaltbildes einer erfindungsgemäßen Anlage zur Reinigung kontaminierter Erde, und
2 eine ebenfalls schematische Darstellung einer bei der erfindungsgemäßen Anlage verwendeten Trocknungskammer.

Für die in 1 dargestellte Anlage ist charakteristisch, dass es sich um eine geschlossene und damit optimal umweltfreundliche Anlage handelt.
Die zu reinigende, mit Schadstoffen belastete Erde wird nach einer gegebenenfalls durchzuführenden Vorsiebung über einen Einfüllschacht 17 in Form einer definierten Charge einer Trockenkammer 1 zugeführt. Die Trockenkammer 1 umfasst eine mittels einer externen Antriebseinheit 19a angetriebene Mischvorrichtung, die sich im Wesentlichen über die Länge der horizontal liegenden Trommel der Trockenkammer 1 erstreckt. Bei der externen Antriebseinheit 19a kann es sich um eine elektrische oder hydraulische Antriebseinheit handeln.
Die Trockenkammer 1 ist über eine Thermalöl-Heizung 12 mit Thermalölzuführung 13a beheizt, um während eines Umwälzens des Materials insbesondere das im Material enthaltene Wasser zu entfernen. Dazu ist an die Trockenkammer 1, die im geschlossenen Zustand betrieben wird, ein Brüdenfilter3a mit nachfolgendem Kondensator 4a angeschlossen, auf den eine Vakuumpumpe 15a und ein Adsorber 6a folgen.
In der Trockenkammer 1 wird ein Vakuum vorgebbarer Größe erzeugt, da auf diese Weise zusammen mit der Entwässerung des Materials auch bereits niedrigsiedende Schadstoffe entfernt werden können.
Die im Zusammenhang mit dem Betrieb der Trockenkammer 1 entstehende Abluft kann direkt über die Brenner der von einem Thermalöl-Tank 14 gespeisten Heizung 12 nachverbrannt werden, aber bevorzugt ist vorgesehen, diese Abluft über ein Dreiwegeventil 25 zunächst noch einer Hochtemperatur-Nachverbrennung in einer Einheit 26 zu unterziehen.
Zur Kühlung der Kondensatoreinheit 4a sowie zur Kühlung weiterer in der Gesamtanlage vorhandener Kondensatoreinheiten 4b, 4c ist ein Wassersammeltank 11 mit Kühleinheit 10 vorgesehen. Die entsprechenden Leitungsverbindungen sind der Zeichnung zu entnehmen.
Während des Trocknungsvorgangs in der Trocknungskammer 1 kann es insbesondere bei kritischem, z. B. tonigem Material oder auch im Falle einer Überfüllung der Trockenkammer passieren, dass die Arbeitsweise des Mischwerks 16a beeinträchtigt und gegebenenfalls blockiert wird. Um einen daraus resultierenden längeren Betriebsstillstand zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung eine bodenseitige Heißdampfzuführung 24 in der Trockenkammer 1 vorgesehen. Diese Heißdampfzuführung erfolgt immer dann, wenn das zur Umwälzung des Materials erforderliche Mischwerk-Drehmoment einen vorgebbaren Wert überschreitet, und diese unter Druck erfolgende Heißdampfzuführung hat zur Folge, dass Materialverdichtungen oder Materialverklumpungen aufgelöst werden und das Mischwerk 16a wieder einwandfrei arbeiten kann. Bevorzugt kann eine automatische Regelung dieser Heißdampf-Zuführung erfolgen, und zwar in Abhängigkeit von dem für den Antrieb des Mischwerks 16a erforderlichen Drehmoment. Steigt das erforderliche Drehmoment und damit im Falle eines elektromotorischen Antriebs der Antriebsstrom der Antriebseinheit 19a über einen vorgebbaren Grenzwert, kann die Eindüsung von Heißdampf ausgelöst und auf diese Weise eine sich anbahnende kritische Situation vermieden werden.
Die Trockenkammer 1 ist über eine steuerbare Bodenklappe 28a mit einem Fallschacht 18a verbunden, der einen ebenfalls steuerbaren Trennschieber 29a aufweist, wobei das Ende des Fallschachts in die einen vergleichbaren Aufbau wie die Trockenkammer 1 besitzende Dekontaminationskammer 2 mündet. Diese Dekontaminationskammer 2 besitzt jedoch keine Heißdampfeinspeisung, da dieser Dekontaminationskammer das bereits getrocknete Material aus der Trocknungskammer 1 zugeführt wird. Auch diese Dekontaminationskammer 2 ist mit einer von einer Antriebseinheit 19b angetriebenen Mischvorrichtung versehen und wird durch die Heizung 12 über die Thermalölzuführung 13b beheizt.
Aufgrund der in der geschlossenen Dekontaminationskammer erzeugten hohen Temperaturen und des in der Kammer geschaffenen ausgeprägten Unterdrucks erfolgt während der ständigen Durchmischung des Materials eine optimale Schadstofffreisetzung und Schadstoffentfernung.
Dazu ist der Ausgang der ebenfalls chargenweise betriebenen Dekontaminationskammer über einen Brüdenfilter 3b mit einer Kondensatoreinheit 4b verbunden, auf die eine Vakuumpumpe 15b und ein Adsorber 6b folgen. Die Vakuumpumpe 15b erzeugt den in der Dekontaminationskammer 2 jeweils erforderlichen Unterdruck. In gleicher Weise wie dies im Zusammenhang mit der Trocknungskammer 1 bereits geschildert wurde, gelangen die Abgase - vorzugsweise über eine Hochtemperatur-Nachverbrennungseinheit 26 - zur Heizanlage 12 für das Thermoöl, werden dort nachverbrannt und zur Luftvorwärmung genutzt.
Die Dekontaminationskammer 2 besitzt wiederum bodenseitig eine Auslassklappe 28b, die zu einem Fallschacht 18b führt, in dem ein steuerbarer Schieber 29b anordnet ist. Dieser Fallschacht 18b mündet in einen geschlossen ausgebildeten Mischer 3, wobei dieser Mischer 3 als Zwangsmischkammer ausgebildet ist und zur Abkühlung und Befeuchtung der gereinigten Erde dient. Der dabei entstehende Wasserdampf wird über einen Brüdenfilter 3c einer Kondensatoreinheit 4c zugeführt. Von Vorteil ist dabei, dass jegliche Staubbildung vermieden wird und dass das zur Zwangsmischung der gereinigten Erde mit Wasser im Mischer 3 erforderliche Wasser durch die Bereitstellung von Kondenswasser in einem entsprechenden Sammeltank 7 erfolgen kann, was wiederum zum Geschlossenheitsprinzip der Gesamtanlage beiträgt.
Bevorzugt können dem geschlossenen Mischer 3 über ventilgesteuerte Zuführungen beispielsweise aus einem Biologie/Chemie-Sammeltank 22 Hilfsstoffe zugeführt werden, welche die Bindung noch vorhandener Schwermetalle sowie einen weiteren biologischen Abbau begünstigen.
Die über Brüdenfilter 3a, 3b, 3c und Kondensatoreinheiten 4a, 4b, 4c abgeschiedenen Schadstoffe werden durch Schwerkraft oder über entsprechende Pumpen und zugehörige Ventile einem Schadstoffsammeltank 9 zugeführt. Bevorzugt können über Ventile getrennt anschließbare Einzel-Schadstofftanks 9 vorgesehen werden, um in Abhängigkeit von den in der Dekontaminationskammer 2 gewählten Parametern Temperatur und Unterdruck gezielt bestimmte definierte Schadstoffe in Abhängigkeit von deren Siedetemperatur abzuführen und dem speziellen Schadstoffsammeltank zuzuleiten.
Für die Betriebssicherheit der Gesamtanlage ist von Bedeutung, dass sowohl die Trocknungskammer 1 als auch die Dekontaminationskammer 2 und vor allem auch der zwischen beiden Kammern gelegene Fallschacht 18a gezielt unter Schutzgasatmosphäre gesetzt werden können. Dazu ist jeder der beiden Kammern eine Stickstoffquelle 23 zugeordnet, die mit dem jeweiligen Kammerinnenraum gezielt zur Schaffung einer definierten Schutzgasatmosphäre in Verbindung gesetzt werden kann. Möglich ist es auch, den Mischer 3 in analoger Weise unter Schutzgasatmosphäre zu setzen.
Da sowohl die Trockenkammer 1 als auch die Dekontaminationskammer 2 beheizt sind und bereits die Trockenkammer 1 Temperaturen im Bereich von 60° bis 70°C und in manchen Fällen sogar bis zu etwa 170°C erreichen kann und die Dekontaminationskammer 2 noch wesentlich höhere Temperaturen besitzt, um die Entfernung spezieller Schadstoffe unter Vakuum zu gewährleisten, besteht grundsätzlich die Gefahr des Auftretens von Verpuffungen bzw. Explosionen, insbesondere dann, wenn das getrocknete Material aus der Trocknungskammer 1 in die heiße Dekontaminationskammer 2 über den entsprechenden Fallschacht überführt wird.
Diese immanent vorhandenen Gefahren werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anlage vollständig beseitigt, da vor der Phase des Überführens des Materials von der Trocknungskammer 1 in die Dekontaminationskammer 2 dafür gesorgt wird, dass dieses Überführen nicht unter Normaldruck und damit unter Sauerstoffatmosphäre, sondern vielmehr unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt. Durch gezielte Ansteuerung von Bodenklappe 28a und Trennschieber 29a im Fallschacht 18a kann dabei sichergestellt werden, dass im Moment der Herstellung der Verbindung zwischen Trocknungskammer 1 und Dekontaminationskammer 2 sowohl in der Trocknungskammer 1 als auch in der Dekontaminationskammer 2 und vor allem auch im gesamten Fallschacht 18a eine Schutzgasatmosphäre, insbesondere Stickstoff vorhanden ist, so dass es zu keinerlei Verpuffungen oder sogar Explosionen kommen kann.
Der Einsatz der bereits erwähnten Hochtemperatur-Nachverbrennung 26 hinsichtlich der aus beiden Kammern kommenden Abgase ist deshalb bei der erfindungsgemäßen Anlage besonders vorteilhaft zu realisieren, weil aufgrund der Ausgestaltung der Gesamtanlage sowohl die Abluftmenge der ersten als auch der zweiten Stufe, d. h. der Trocknungskammer 1 und der Dekontaminationskammer 2 sehr gering ist.
Die im Wärmetauscher der Hochtemperatur-Nachverbrennung 26 wiedergewonnene Energie kann in gleicher Weise wie die mittels eines Wärmetauschers 31 im Abluftstrom der zentralen Heizeinrichtung 12 wiedergewonnene Energie zur Heißdampferzeugung benutzt werden, der in der bereits beschriebenen Weise vorteilhaft in der Trockenkammer 1 verwendbar ist.
Die Detaildarstellung nach 2 zeigt die Trocknungskammer 1 mit angetriebenem Mischwerk 16a und dem Zuführtrichter 17 für das zu reinigende Material. Bodenseitig ist in der Trocknungskammer 1 - wie auch in der Dekontaminationskammer 2 und im Mischer 3 - jeweils eine steuerbare Bodenklappe 28 vorgesehen. An diese Bodenklappe 28 schließt sich ein Fallschacht 18a an, in dem ein Trennschieber 29 vorgesehen ist. Die bereits erwähnte Besonderheit dieser Ausgestaltung der Trocknungskammer 1 besteht darin, dass dieser Trocknungskammer 1 bodenseitig eine Düsenanordnung 24 zugeordnet ist, die es ermöglicht, Heißdampf unter Druck über die Länge der Kammer verteilt und bevorzugt strahlförmig gerichtet zuzuführen.
Dieses Eindüsen von Heißdampf ermöglicht es, die Umwälzbarkeit des zu reinigenden Materials mittels des Mischwerkes 16a stets und sicher zu gewährleisten und Blockierungen des Mischwerks 16a und eventuelle Beschädigungen des Mischwerks 16a durch Klumpenbildungen und dergleichen zu vermeiden.
Das unter Druck erfolgende Einbringen von Heißdampf kann dabei auch den zusätzlich erwünschten Effekt mit sich bringen, ein mechanisches Ab- oder zumindest Anlösen von Verunreinigungen, wie sie häufig an Steinen vorhanden sind, zu bewirken, wobei in der Trocknungskammer 1 entfernte Schadstoffe durch nachfolgende Filter und/oder Adsorber festgehalten werden. Des Weiteren kann das mechanische Anlösen von Verunreinigungen in der Trocknungsstufe das endgültige Entfernen dieser Schadstoffe in der Dekontaminationskammer 2 begünstigen und erleichtern.
Da die in die Trocknungskammer 1 durch das Eindüsen von Heißdampf eingebrachte Energie auch zur Aufwärmung des zu reinigenden Materials beiträgt, geht diese Energie nicht verloren. Unkritisch ist auch die sich durch die Heißdampfzuführung ergebende Erhöhung des Wassergehalts in der Trocknungskammer 1, da diese Heißdampfzuführung nur zeitweise erfolgt, die eingebrachte Wassermenge gering ist und die Entfernung dieser zusätzlichen Wassermenge im Rahmen des Gesamt-Trocknungsvorgangs problemlos erfolgt.
In einer konkreten Ausgestaltung werden in der Trocknungskammer 1 bodenseitig sich über die Länge der Kammer erstreckende, nebeneinander angeordnete und vorzugsweise eine weitestgehend geschlossene Fläche bildende Schienenelement 32 vorgesehen, die einerseits einen Verschleißschutz bilden und andererseits durch Anbringen entsprechender Querbohrungen zur Heißdampfzuführung verwendet werden können.
Die Heißdampfzuführung kann zum einen manuell gesteuert werden, aber vorzugsweise wird eine Regelung dieser Heißdampfzuführung vorgesehen.
Dazu ist es erforderlich, das von der Antriebseinheit 19a auf das Mischwerk 16a aufzubringende Drehmoment zu erfassen und bei Erreichen eines vorgebbaren Grenzwertes dafür zu sorgen, dass die Heißdampfzuführung zugeschaltet wird. Diese Art der Regelung, die auch die Intensität der Heißdampfzuführung beeinflussen kann, stellt sicher, dass sich kritische Situationen im Zusammenhang mit dem Mischwerkantrieb in der Trocknungsstufe 1 nicht einstellen können, denn in dem Augenblick, in dem ein Ansatz einer Blockiergefahr erkannt wird, wird dieser störenden Tendenz durch die Heißdampfeindüsung entgegengewirkt.
Betriebs- und Funktionssicherheit der erfindungsgemäßen Anlage werden durch die vorstehend geschilderten Maßnahmen wesentlich erhöht und gleichzeitig wird auf äußerst umweltfreundliche Art eine hohe Reinigungsqualität des Erdreichs gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Trockenkammer
2: Dekontaminationskammer
3: Zwangsmischkammer
3a/3b/3c: Brüdenfilter
4a/4b/4c: Kondensatoreinheit
5: Aktivkohlefilter
6a/6b/6c: Adsorber
7: Kondenswasser-Sammeltank
8: Kondenswasser-Sammeltank
9: Schadstoffsammeltank
10: Wasserkühlung
11: Wassersammeltank
12: Thermalöl-Heizung
13a/13b: Thermalölzuführung
14: Thermalöl-Tank
15a/15b/15c: Vakuumpumpe
16a/16b/16c: Mischvorrichtung
17: Einfüllschacht
18a/18b: Fallschacht
19a/19b/19c: Antriebseinheit
20a/20b/20c: Flüssigkeitspumpen
21 a/21b/21c: Ventile
22: Sammeltank Biologie/Chemie
23: Stickstoffquelle
24: Heißdampfzuführung
25: Dreiwegeventil zur Hochtemperaturverbrennung
26: Hochtemperaturverbrennung
27: Entnahme befeuchteter Erde
28a/28b/28c: Bodenklappe
29a/29b/29c: Trennschieber
30: Dampfkessel
31: Wärmetauscher
32: Schienenelement

Claims

Verfahren zur Reinigung kontaminierter Materialien von schüttfähiger und/oder pastöser Konsistenz, oder zur Trocknung von pastösen Stoffen und Schlämmen, bei dem in einem geschlossenen System das kontaminierte Material in zumindest einer chargenweise beschickten, im Betrieb verschließbaren und mit einer zugeordneten Kondensatoreinheit (4a) verbundenen Trockenkammer (1) einem Unterdruck ausgesetzt und mittels eines umlaufenden Mischwerks (16a) auflockernd bewegt und mittels einer Heizeinrichtung (12) zumindest zum Zwecke der Entwässerung erwärmt wird, und wobei die in der Trockenkammer (1) vorbehandelte Materialcharge nach vorgebbarer Zeit oder nach Erreichen eines vorgebbaren Trocknungsgrades unter einer Schutzgasatmosphäre in eine ebenfalls verschließbare und mit einer eigenen Kondensatoreinheit (4b) verbundene Dekontaminationskammer (2) überführt und in dieser unter Umwälzung weiter erhitzt sowie zur Verdampfung von Verunreinigungen einem Unterdruck ausgesetzt wird und anschließend das gereinigte Material aus der Dekontaminationskammer (2) über einen Mischer (3) mit Wassereindüsung dem Austrag zugeführt wird, wobei vor dem chargenweise Überführen des Materials von der Trockenkammer (1) in die Dekontaminationskammer (2) in beiden Kammern sowie in einem die Kammern verbindenden Fallschacht (18a) eine Stickstoffatmosphäre geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch in einem die Dekontaminationskammer (2) und den Mischer (3) verbindenden Fallschacht (18b) eine Stickstoffatmosphäre geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fallschacht (18a, 18b) an eine steuerbare Bodenklappe (28a, 28b) der jeweils vorgeordneten Kammer (1, 2) anschließt und einen Trennschieber (29a, 29b) aufweist, wobei nach dem Befüllen der Trockenkammer (1) mit Stickstoff die dieser Trockenkammer (1) zugeordnete Bodenklappe (28a) geöffnet und der Fallschachtbereich bis zum Schieber (29a) mit Stickstoff gefüllt und nach dem Befüllen der Dekontaminationskammer (2) mit Stickstoff der Schieber (29a) geöffnet und der Vorgang der Materialüberführung unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in die Trockenkammer (1) in Abhängigkeit von der Konsistenz und/oder der Art der Verunreinigung des Materials und/oder der Größe des für die Materialumwälzung erforderlichen Mischwerk-Drehmoments zumindest zeitweise unter Druck stehender Heißdampf bodenseitig eingeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einblasen von Heißdampf in Abhängigkeit von dem kontinuierlich erfassten Antriebs-Drehmoment des Mischwerks (16a) so geregelt wird, dass immer dann, wenn das Antriebs-Drehmoment einen vorgebbaren Wert überschreitet, Heißdampf eingeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißdampfgenerator mit Energie aus zumindest einem Abluftwärmetauscher (31), insbesondere einem im Abgasstrom der zentralen Heizeinrichtung für die Kammerbeheizung angeordneten Wärmetauscher (31) beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Abluft der Dekontaminationskammer (2) einer Hochtemperatur-Nachverbrennung unterzogen und die nachverbrannte Abluft anschließend bevorzugt einem Brenner zur Kammerbeheizung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Dekontaminationskammer (2) ausgetragene gereinigte Material in einem geschlossenen Mischer (3) unter Zudüsung von Wasser auf eine erdfeuchte Konsistenz abgekühlt und im Mischer (3) entstehender Wasserdampf im geschlossenen System gereinigt und kondensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem gereinigten Material im geschlossenen Mischer (3) Hilfsstoffe zur Immobilisierung und Bindung von Schwermetallen zugemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem gereinigten Material in einem eine Temperatur von etwa 30° bis 40°C aufweisenden Bereich des geschlossenen Mischers (3) Bakterien zugeführt und mit dem Material intensiv vermischt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kapazitätserhöhung und/oder insbesondere bei großem Feuchtigkeitsgehalt des zu reinigenden Materials zwei Trocknungskammern zeitversetzt und zeitüberlappt zusammen mit einer Dekontaminationskammer betrieben werden.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass schadstoffbelastete Böden oder Schlämme aus Kammerpressen gereinigt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einer chargenweise betriebenen, beheizten und an eine Unterdruckquelle (15a) angeschlossenen Trockenkammer (1), die eine rotierend angetriebene Mischvorrichtung (16a) aufweist und mit einer Kondensatoreinheit (4a) verbunden ist, sowie wenigstens einer über die Trockenkammer (1) chargenweise beschickbare und eine rotierend angetriebene Mischvorrichtung (16b) aufweisende Dekontaminationskammer (2), die über eine eigene Kondensatoreinheit (4b) an eine Unterdruckquelle (15b) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Trockenkammer (1) als auch die Dekontaminationskammer (2) einen Anschluss zur Verbindung mit einer Schutzgasquelle (23) aufweisen, und dass ein die Trockenkammer (1) und Dekontaminationskammer (2) verbindender Fallschacht (18a) über eine steuerbare Bodenklappe (28a) mit der Trockenkammer (1) in Verbindung steht und einen steuerbaren Trennschieber (29a) aufweist, wobei die Vorrichtung so konfiguriert ist, dass im Moment der Herstellung der Verbindung zwischen Trockenkammer (1) und Dekontaminationskammer (2) sowohl in der Trockenkammer (1) als auch in der Dekontaminationskammer (2) und vor allem auch im gesamten Fallschacht (18a) eine Schutzgasatmosphäre vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Trockenkammer (1) bodenseitig eine gesteuerte oder geregelte Einrichtung (24) zum zeitweisen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Einblasen von Hochdruck-Heißdampf aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (24 ) aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, gleichzeitig einen Verschleißschutz bildenden und sich über die Länge der Trockenkammer (1) erstreckenden Schienenelementen (32), insbesondere mit verbreitertem Kopfteil, besteht, die düsenförmige Heißdampfauslässe aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch ein Regelungssystem, das in Abhängigkeit von einem das Umwälzverhalten des Materials charakterisierenden Messwert das Ausmaß und/oder die Dauer des Heißdampfeintrags bestimmt, wobei das Regelungssystem eingerichtet ist, Heißdampf immer dann einzublasen, wenn der das Umwälzverhalten des Materials charakterisierende Messwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Messwert eine dem Antriebsdrehmoment der Mischvorrichtung (16a) entsprechende Messgröße, insbesondere Motorstrom bei elektrischem Antrieb oder Druck bei hydraulischem Antrieb, verwendet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Dekontaminationskammer (2) in einen geschlossen ausgebildeten Mischer (3) mit Kühlwassereindüsung mündet und damit die Gesamtvorrichtung von der Zuführung des zu reinigenden Materials bis zum Austrag des gereinigten Materials als geschlossenes System ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (3) mit der Stickstoffquelle (23) verbindbar und zwischen der Dekontaminationskammer (2) und dem Mischer (3) eine Fallschachtanordnung (18b) mit Stickstoffspeisung analog der Fallschachtanordnung zwischen Trockenkammer (1) und Dekontaminationskammer (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossen ausgebildete Mischer (3) zumindest einen Einlass zur Zuführung von Hilfsstoffen (22) zur Schwermetall-Immobilisierung und/oder zur Zuführung von Bakterien aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stufe (26) zur Hochtemperatur-Nachverbrennung der Abluft von Trocken- und/oder Dekontaminationskammer (1,2) vorgesehen ist, deren Ausgang insbesondere mit einer Zuluftleitung der Kammerbrenner der zentralen Heizeinrichtung (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrom der zentralen Heizeinrichtung (12) ein zur Heißdampferzeugung genutzter Wärmetauscher (31) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass einer Dekontaminationskammer (2) jeweils zumindest zwei Trockenkammern (1) zugeordnet sind, die mit der Dekontaminationskammer (2) jeweils über einen Fallschacht (18a) mit Bodenklappe (28a) und Trennschieber (29a) verbunden sind.