DE102016219312A1 - Verfahren zur Bodensanierung und hierfür vorgesehene Bodenbearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es ist eine Bodenbearbeitungsvorrichtung (14) zur Behandlung und abtragenden Bearbeitung von schadstoffbelastetem Erdreich (28) und zu dessen Reinigung von flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffen, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind, offenbart. Die Vorrichtung (14) umfasst mindestens ein innerhalb einer Einhausung (24) rotierendes Fräswerkzeug (22) mit definierter Arbeitsbreite und definierter und/oder variabler Eingriffstiefe. Die Einhausung (24) ist mit einer Unterdruckquelle (34) zur Beaufschlagung der Einhausung (24) und des vom rotierenden Fräswerkzeug (22) abgetragenen Erdreichs (44) mit Saugluft (36) gekoppelt. Die Saugluft (36) wird durch eine Filtereinrichtung (38) zur Abscheidung der Schadstoffe geleitet und/oder als gereinigte Luft (40) an die Umgebung abgegeben. Zudem ist ein Verfahren offenbart zur Aufnahme flüchtiger und/oder gasförmiger Schadstoffe, die in oberflächennahen Bodenabschnitten (28) im Erdreich gebunden sind. Bei dem Verfahren wird das Erdreich (28) in wenigstens einem Fräsvorgang über eine definierte Arbeitsbreite und in definierter Eingriffstiefe entlang eines Bearbeitungsstreifens und/oder in aufeinander folgenden und/oder nebeneinander liegenden Bearbeitungsstreifen mittels eines rotierenden Fräswerkzeuges (22) oder rotierender Fräswerkzeuge (22) abgetragen, wobei das abgefräste und/oder abgetragene Erdreich (44) während des Fräsvorganges mit Unterdruck beaufschlagt wird, und wobei die Saugluft (36) durch eine Filtereinrichtung (38) zur Abscheidung der Schadstoffe geleitet wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme flüchtiger und/oder gasförmiger Schadstoffe, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind, mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Bodenbearbeitungsvorrichtung zur Behandlung und abtragenden Bearbeitung von schadstoffbelastetem Erdreich und zu dessen Reinigung von flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffen, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11.
• Durch Altlasten, Unfälle, Unachtsamkeit, durch sorglosen Umgang mit Gefahrenstoffen oder auch durch Unwissenheit in der Vergangenheit können Böden mit den unterschiedlichsten Schadstoffen belastet sein. Um solche schadstoffbelasteten Böden zu sanieren und damit einer landwirtschaftlichen Nutzung oder einer Besiedlung zugänglich zu machen, aber auch zur Verhinderung der unkontrollierten Freisetzung dieser Schadstoffe, müssen die Schadstoffe weitgehend aus dem Erdreich entfernt werden, was je nach Schadstoffart oder -klasse auf unterschiedliche Weise erfolgen kann. zur Entfernung von organischen Schadstoffen kommen etwa thermische Verfahren (Verbrennung), ein Abbau mit Hilfe von Mikroorganismen, unterschiedliche Waschverfahren oder auch ein Abtrag und anschließende Deponierung der belasteten Böden in Frage. Ein Waschverfahren für kontaminierte Erdböden ist etwa aus DE 39 08 171 A1 bekannt.
• Bei der Entfernung leichtflüchtiger oder gasförmiger Schadstoffe aus Böden ist besondere Sorgfalt anzuwenden, weil diese Schadstoffe meist nur schwach im Boden gebunden sind und bei der Behandlung des Bodens besonders leicht ungewollt freigesetzt und an die Umgebungsatmosphäre abgegeben werden können, ohne dass es gelingt, sie vollständig aufzufangen.
• Die DE 196 06 379 C2 beschreibt ein Verfahren zur biologischen in-situ-Reinigung von kontaminierten Böden. Bei dem Verfahren wird ein vertikaler Fluidstrom zwischen horizontal angelegten Infiltrationsbohrungen und mit Abstand dazu horizontal angelegten Förderbohrungen erzeugt.
• Aus der DE 694 25 677 T2 geht ein in-situ-Verfahren zur Bodensanierung durch Oxidation und Vakuum-Extraktion hervor, mit dem flüchtige, halbflüchtige oder nichtflüchtige organische Schadstoffe aus verschmutzten Bodenzonen unter der Erdoberfläche entfernt werden sollen. Bei dem Verfahren wird ein Unterdruckextraktionsschacht in der Bodenzone unter der Erdoberfläche installiert und dort ein Oxidationsmittel eingeführt. Durch Anlegen eines Unterdrucks an den Kopf des Schachtes wird in der verschmutzten Bodenzone ein negativer Druckgradient erzeugt, so dass durch Dispersion Oxidationsprodukte der Schadstoffe gebildet werden, die an die Oberfläche gebracht werden.
• Darüber hinaus sind auch Verfahren denkbar, bei denen die betroffenen Bereiche gegen Austrag und Auswaschung der Schadstoffe gesichert werden, insbesondere mittels einer Einkapselung und einer oberseitigen Abdeckung, ggf. auch mittels Beaufschlagung der Böden durch geeignete Bindemittel wie Zement.
• Die bekannten Bodensanierungsverfahren zur Entfernung leichtflüchtiger Schadstoffe, insbesondere von Fluor-Kohlenstoffverbindungen, Fluorpolymere o. dgl. Chemikalien, erfordern nicht nur einen hohen Aufwand zur Erfassung der im Boden gebundenen Schadstoffe, sondern bedürfen darüber hinaus eines relativ hohen Aufwandes, um die ungewollte Freisetzung der Schadstoffe während der Sanierung zu verhindern.
• Ein vorrangiges Ziel der Erfindung wird darin gesehen, ein schnell und einfach und gleichzeitig sehr kostengünstig durchführbares Verfahren zur Bodensanierung und insbesondere zur Erfassung und Entfernung leichtflüchtiger und gasförmiger Schadstoffe, die im Boden gebunden sind und dort leicht entweichen können, zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine entsprechende Vorrichtung zu liefern, mit der sich das Verfahren auf schnelle, einfache und kostengünstige Weise durchführen lässt.
• Die genannten Ziele der Erfindung werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen finden sich in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
• Zur Erreichung der genannten Ziele schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme und zur weitgehenden Entfernung flüchtiger und/oder gasförmiger Schadstoffe vor, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs sieht vor, dass das Erdreich in wenigstens einem Fräsvorgang über eine definierte Arbeitsbreite und in definierter Eingriffstiefe entlang eines Bearbeitungsstreifens abgetragen und dabei die Schadstoffe abgesaugt werden, wobei dieses Absaugen der Schadstoff vorzugsweise kontinuierlich erfolgt.
• Insbesondere kann das Verfahren für die Sanierung größerer Areale das Abfräsen und Abtragen des schadstoffbelasteten Erdreichs in mehreren bzw. in einer Vielzahl von aufeinander folgenden und/oder nebeneinander liegenden Bearbeitungsstreifen mittels eines rotierenden Fräswerkzeuges oder mehrerer rotierender Fräswerkzeuge vorgesehen sein, wobei das abgefräste und/oder abgetragene Erdreich während des Fräsvorganges jeweils mit Unterdruck beaufschlagt wird. Sofern nebeneinander liegende Bearbeitungsstreifen behandelt, überfahren und abgefräst werden, können sich diese Streifen durchaus überlappen, wobei die Überlappungsbreite nach Zweckmäßigkeit bzw. variabel zu wählen ist.
• Zudem sieht das Verfahren vor, dass die das abgetragene bzw. abgefräste Erdreich jeweils beaufschlagende Saugluft durch eine Filtereinrichtung geleitet wird, wo eine weitgehende Abscheidung und Bindung der Schadstoffe erfolgt, bevor die Saugluft als gereinigte und von den flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffen weitgehend befreite Luft an die Umgebung abgegeben wird. Solche Schadstoffe können die unterschiedlichsten Kohlenwasserstoffe, insbesondere Fluorkohlenwasserstoffe sein, die besonders als leichtflüchtige oder gasförmige Schadstoffe im Boden gebunden sein können, so dass sich ein herkömmliches Abtragen und Deponieren des Bodens verbietet, da hierbei die Schadstoffe nahezu ungehindert freigesetzt werden könnten. Aus diesem Grund schlägt das erfindungsgemäße Verfahren zwar ein Abtragen des belasteten Erdreichs mittels rotierender Fräswerkzeuge vor, doch rotieren die Fräswerkzeuge in einer weitgehend von der Umgebung abgeschlossenen Einhausung, so dass die gasförmigen und leichtflüchtigen Schadstoffe während des Abtragens des Erdreichs nicht an die Umgebung abgegeben und unkontrolliert in die Atmosphäre freigesetzt werden. Zudem wir diese Einhausung, in der sich das Fräswerkzeug mitsamt dem abgetragenen Erdreich während des Fräsvorganges befindet, ständig unter Unterdruck gesetzt, wobei die aus der Einhausung abgesaugte Luft durch eine Filtereinrichtung geleitet wird, in der die Schadstoffe abgeschieden und dauerhaft gebunden werden, so dass insgesamt eine weitgehend von Schadstoffen befreite Saugluft und abgefrästes und weitgehend von den gasförmigen und flüchtigen Schadstoffen befreites Erdreich zurückbleibt.
• Wenn im vorliegenden Zusammenhang von einem Abtragen und/oder Zerkleinern des mit Schadstoffen belasteten abgefrästen Erdreichs die Rede ist, so ist zumindest das Zerkleinern lediglich optional zu verstehen, denn es wird normalerweise nicht in erster Linie Gestein oder gesteinshaltiges Erdreich abgetragen, sondern schadstoffbelastetes Erdreich, das auch sandhaltig sein kann oder das in erster Linie aus Sand bestehen kann. Es ist zu betonen, dass das erfindungsgemäße Lüften auch bei sehr leichten Böden sowie bspw. auch bei Sand etc. möglich ist. In solchen Fällen ist es durchaus denkbar, dass überhaupt keine Zerkleinerung stattfindet. Das Prinzip der Ausgasung der leichtflüchtigen Schadstoffe funktioniert auch ohne eine solche Zerkleinerung. Bei der Erfindung geht es im Wesentlichen um das Aufbrechen der Bodenstruktur, so dass das Bodenmaterial mit Luft durchmischt werden kann und die leichtflüchtigen Schadstoffanteile in die Gasphase übergehen können.
• Weitere Schadstoffe, die nicht flüchtig sind, können nach Durchlaufen dieses Verfahrens zwar durchaus noch im abgefrästen und abgetragenen Erdreich vorhanden sein, doch ist dieses abgetragene Erdreich einer gefahrlosen anschließenden Reinigung und Dekontamination zugänglich, ohne dass die Schadstoffe in kurzer Zeit ausgasen und damit einer Unschädlichmachung nicht mehr zugänglich wären.
• Typische Schadstoffe, die sich im solchermaßen zu sanierenden Erdreich sowie ggf. auch im Grundwasser finden, sind den Schadstoffgruppen BTEX, MKW und PFC zuzuordnen. Auch Mischkontaminationen können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt und beseitigt werden. Ergänzend ist allerdings zu erwähnen, dass hoch belastete Bereiche und Mengen ggf. entsorgt werden und nicht im zu sanierenden Areal verbleiben können. Wenn im vorliegenden Zusammenhang sehr allgemein von Schadstoffen die Rede ist, die aus dem Boden entfernt werden sollen, so sind damit in erster Linie solche Kohlenwasserstoffverbindungen gemeint, so etwa die erwähnten flüchtigen aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffe sowie flüchtige chlorierte und/oder fluorierte Kohlenwasserstoffe bzw. BTEX oder BTEX-MKW-Mischungen (MKW: Mineralölkohlenwasserstoffe). Schadstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch Methan sein, obwohl es dabei nicht um einen Schadstoff im eigentlichen Sinne handelt, sondern es sich dabei gleichermaßen um einen Brennstoff handeln kann.
• Das Verfahren ermöglicht es, leichtflüchtige Schadstoffe, die im Erdreich gebunden waren und durch dessen Zerkleinern oder Aufbrechen in die Gasphase übergehen, durch Absaugen aufzunehmen und aus dem Erdreich zu entfernen. Für das Übertreten der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe in die Gasphase ist lediglich die mechanische Bearbeitung des Bodens notwendig; die Bodenstruktur muss hierfür aufgebrochen werden, so dass das Bodenmaterial mit Luft durchmischt werden kann. Das Verfahren beruht damit im Wesentlichen auf dem Prinzip des Aufbrechens und Lüftens des Bodens, wodurch die Schadstoffe entfernt werden können.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Schadstoffe insbesondere mittels einer Filtereinrichtung gebunden und aus der Saugluft entfernt werden, die einen Aktivkohlefilter umfasst. Auch andere Filterelemente können eingesetzt werden, ggf. auch kombinierte Filtereinrichtungen, bei denen die Saugluft durch mehrere Filterstufen geleitet werden kann, von denen zumindest eine Stufe einen Aktivkohlefilter umfasst. Diese Filtereinrichtung kann vorzugsweise regenerierbar ausgebildet sein. So kann die wenigstens eine Filtereinrichtung insbesondere in Wechselbehältern angeordnet oder mit Wechselbehältern ausgestattet sein, so dass bspw. der Aktivkohlefilter als Wechselkassette ausgebildet ist. Eine solche Wechselkassette kann insbesondere eine Kapazität von mehreren Tonnen, bspw. von ca. fünf Tonnen aufweisen, so dass viele Kubikmeter Saugluft hindurchgeleitet werden können, bevor der Aktivkohleeinsatz erschöpft ist und gegen eine weitere Wechselkassette ausgetauscht werden kann, um regeneriert zu werden.
• Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass eine Filtereinrichtung mit einem Aktivkohlefilter für viele Schadstoffe, die darin gebunden werden, besonders geeignet ist. Allerdings sind auch andere Filterwirkstoffe und -materialien sinnvoll einsetzbar, so dass auch andere Filtereinrichtungen, die nicht mit Aktivkohle arbeiten, von der vorliegenden Erfindung mitumfasst sein sollen.
• Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass das Fräswerkzeug oder die Fräswerkzeuge zum Abtragen des belasteten und zu reinigenden Erdreichs durch Walzen bzw. Trommeln mit mind. 60, vorzugsweise von 80 Zentimetern Durchmesser oder mehr gebildet sind, die eine Vielzahl von Eingriffswerkzeugen an der Außenmantelfläche der Trommel aufweisen, die insbesondere als Meißelwerkzeuge ausgebildet sein können, vorzugsweise als Hartmetallmeißel, die zudem nach längerem Einsatz und entsprechendem Verschleiß austauschbar an der Trommel bzw. an der Walze befestigt sein können. Typischerweise können die Walzen bzw. Trommeln um eine in etwa horizontale Drehachse rotieren, ausgehend von horizontalem Untergrund. Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn die rotierende Trommel bzw. die Mehrzahl von rotierenden Trommeln in ihrer Arbeitstiefe gegenüber einer Fräsvorrichtung sowie der diese umgebenden und weitgehend luftdicht abschließenden Einhausung einstellbar ist. Eine solche Einstellbarkeit kann etwa mittels einer exzentrischen Wellenlagerung und Höhenverstellung gewährleistet sein, wie sie etwa in der WO 2014/063917 A1 offenbart ist. Das dort offenbarte Bodenbearbeitungsgerät eignet sich im Grundsatz besonders gut für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sofern es mit den entsprechenden Zusatzeinrichtungen – dies sind insbesondere die Absaugung und die entsprechende Saugluftversorgung, die Filtereinrichtung und die weitgehend luftdichte Abdichtung der bereits vorhandenen Einhausung für die rotierende Werkzeugtrommel – ausgestattet ist. Zudem ermöglicht es die in der WO 2014/063917 A1 offenbarte Maschine besonders gut und schnell, die Eingriffstiefe der Trommel zwischen wenigen Zentimetern und einer größeren Arbeitstiefe von beispielsweise bis zu 50 Zentimetern oder auch deutlich tiefer als 50 Zentimeter stufenlos und variabel einzustellen, wobei gleichzeitig die Einhausung in ihrer Höhe unmittelbar über dem Boden gehalten wird, so dass sich unter allen Betriebsbedingungen die gute Abdichtung der Einhausung gegen Eindringen von zu viel unerwünschter und den Reinigungseffekt beeinträchtigender Falschluft aufrechterhalten lässt. Die maximale Arbeitstiefe des rotierenden Fräswerkzeuges hängt nicht zuletzt vom Durchmesser des zylindrischen, trommelartigen Werkzeuges ab. So sind mit einem größeren Werkzeug mit einem Außendurchmesser von mehr als einem Meter auch größere Arbeitstiefen als 50 Zentimeter möglich.
• Alternativ zu einer Verdichtung und/oder Verfestigung des gesamten Materials, z.B. einer 50cm-Schicht, kann ein Teil des Materials, z.B. eine 35cm-Schicht, nach dem Lüften entfernt und auf einer Bereitstellungsfläche zwischengelagert werden, während nur der verbleibende Teil, z.B. eine 15cm-Schicht, verdichtet wird, um potentielle Emissionen aus der Bodenluft der tieferen Bodenbereiche zu unterbinden.
• Entsprechend dem in der WO 2014/063917 A1 offenbarten Bodenbearbeitungsgerät kann die rotierende Trommel mit den Meißelwerkzeugen bspw. elektromotorisch oder hydraulisch oder auch mittels Zapfwelle angetrieben werden. Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn der Trommel mindestens eine einstellbare Schlagleiste bzw. Zerkleinerungsleiste als Zerkleinerungseinrichtung zugeordnet ist, wobei diese Schlagleiste typischerweise oberhalb der Trommel, aber in der Einhausung angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Zerkleinerungsgrad des abgefrästen bzw. aufgebrochenen Erdreichs innerhalb der Einhausung variiert und an die Bodenverhältnisse, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel sowie an den gewünschten Reinigungsgrad angepasst werden.
• Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die aber nur als Option zu verstehen sein soll, kann vorsehen, dass das zerkleinerte Material vor dem Ansaugen zur Filtereinrichtung durchblasen wird, um weitgehend alle Gase bzw. flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffe, die zuvor im Erdreich gebunden waren, freizusetzen und absaugen zu können. Dieses Durchblasen des abgetragenen und/oder aufgebrochenen Erdreichs kann bspw. mittels Düsen erfolgen, die in Nähe der rotierenden Trommel und insbesondere in Bereichen angeordnet sind, in denen das abgefräste Erdreich innerhalb der Einhausung gefördert wird, bevor es wieder am Boden abgelegt wird, was nach dem Überfahren des Bodenbearbeitungswerkzeuges zwangsläufig unter dem Einfluss der Schwerkraft erfolgt, denn das Erdreich selbst kann nicht komplett abgesaugt werden, sondern wird lediglich durch das Durchlüften, Durchblasen und Absaugen mit Druck- und Saugluft von den flüchtigen und gasförmigen Schadstoffen befreit, die zuvor im Erdreich gebunden waren und beim Fräsvorgang freigesetzt wurden.
• Das abgefräste Material wird beim Abtragen mit der rotierenden Trommel zerkleinert und von Gasen befreit nach hinten wieder ausgegeben, wo es auf den Boden abgelegt wird. Um hierbei weitere Ausgasungen zu verhindern, insbesondere auch von tieferen Erdschichten, die in weiteren Überfahrten abgetragen und/oder abgefräst und von Schadstoffen gereinigt werden sollen, kann es von Vorteil sein, wenn das abgelegte Material anschließend hinter der Maschine verdichtet wird. So kann das Verfahren vorsehen, dass das abgelegte Material nach einer ersten Überfahrt anschließend hinter der Maschine verdichtet wird, bspw. mittels geeigneter Vibrationseinrichtungen wie Plattenverdichtern. Diese Überfahrten mit Abfräsen, Absaugen, Reinigen und Verdichte können je nach zu sanierender Bodentiefe mehrfach erfolgen, so dass auch größere und tiefere Bodenschichten auf die beschriebene Weise saniert und von Schadstoffen befreit werden können.
• Deshalb sei an dieser Stelle erwähnt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch das mehrfache Überfahren und Bearbeiten derselben Flächenabschnitte und Frässtreifen umfasst, wobei in jedem Arbeitsgang und bei jeder Überfahrt im Wesentlichen dieselben Bearbeitungsschritte des Abfräsens des Bodens, der Unterdruckbeaufschlagung und ggf. des Durchblasens des abgetragenen und wahlweise auch zerkleinerten Erdreichs, des Durchleitens der Saugluft durch eine Filtereinrichtung und des Ablegens des abgetragenen und ggf. dabei auch zerkleinerten Erdreichs hinter der Bearbeitungsspur durchgeführt werden, wobei das abgelegte Erdreich in der Bearbeitungsspur ggf. mittels geeigneter Verdichtungseinrichtungen, bspw. mittels vibrierender Plattenverdichter verfestigt werden kann, um ein Ausgasen von Schadstoffen vor dem folgenden Überfahren und Durchführen derselben Arbeitsschritte in größerer Bearbeitungstiefe zu verhindern.
• In Abwandlung und Ergänzung des in der WO 2014/063917 A1 offenbarten Bodenbearbeitungsgerätes können dort insbesondere heckseitig Stützräder angeordnet sein, was den Vorteil hat, dass einerseits die Arbeitstiefe des Gerätes mit der abdichtenden Einhausung der Trommel sehr genau steuerbar ist. Außerdem kann die optionale wechselbare Filtereinrichtung mit ihrem nicht unerheblichen Mehrgewicht heckseitig an der Maschine und/oder im Bereich oberhalb der Stützräder angeordnet sein, wobei die Stützräder die Mehrbelastung gut aufnehmen können. Wahlweise können die Stützräder höhenverstellbar ausgeführt sein, um die Arbeits- und Bearbeitungshöhe der Maschine, insbesondere die Höhe der abdichtenden Unterkanten der Einhausung über dem Boden bedarfsweise variieren zu können. Ob solche Stützräder jedoch in der Praxis sinnvoll und notwendig sind, hängt nicht zuletzt vom jeweils eingesetzten Trägerfahrzeug ab. Sofern hierfür ein ausreichend tragfähiges Fahrzeug eingesetzt wird, bspw. ein entsprechend großes und leistungsfähiges Baggerfahrzeug mit einer ausreichenden Tragkraft, so kann auf die Stützräder auch ohne weiteres verzichtet werden. In diesem Fall kann die Unterkante der Einhausung mit der gewünschten Exaktheit über den Boden geführt werden, vorzugsweise unter schleifendem Kontakt, so dass nur wenig unerwünschte Falschluft dort angesaugt wird.
• Ein solches Baggerfahrzeug kann in vorteilhafter Ausgestaltung mit einer GPS-gestützten Steuerung ausgestattet sein, so dass eine sehr exakte Vorgabe der Bearbeitungswege eingehalten werden kann, was die Sanierungsmaßnahmen nicht nur beschleunigen, sondern generell auch deren Durchführungsqualität verbessern kann.
• Die eingesetzte Absaugeinrichtung kann bspw. mit einem regelbaren Ventilator ausgestattet sein, so dass der Unterdruck und die geförderte Luftmenge bedarfsweise reguliert werden können. Hierbei kann bspw. ein geeignetes Axial- und/oder Radialgebläse (Sauggebläse) eingesetzt werden, das elektromotorisch oder hydraulisch, wahlweise auch mechanisch – z.B. über eine Zapfwelle des Zugfahrzeuges – angetrieben wird. Der Vorteil eines solchen Gebläses liegt u.a. darin, dass die geförderte Luftmenge innerhalb großer Bandbreiten variiert werden kann. Auf diese Weise kann zudem sichergestellt werden, dass die Absaugleistung jederzeit um ca. 20% mehr beträgt als die Zuluft, woraus der gewünschte Unterdruck im Trommelgehäuse bzw. in der Einhausung resultieren kann. Da zudem die Einhausung der eingesetzten Vorrichtung allseitig abgedichtet ist und nur eine begrenzte Menge an Luft einströmen lässt, kann gewährleistet werden, dass weitgehend nur solche Saugluft in die Filtereinrichtung geleitet wird, die zuvor die Schadstoffe im abgefrästen Erdreich aufgenommen hat.
• Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die Absaugung der schadstoffbelasteten und zuvor durch das Erdreich geleiteten Luft nach oben durch mindestens einen Kamin erfolgt, wobei der Kamin mehrere Meter, insbesondere bis zu vier Meter hoch sein kann. Die eingesetzte Filtereinrichtung ist vorzugsweise relativ weit oben bzw. nach einer Umlenkung im Bereich der Maschine angeordnet, damit nicht zu viele Feinstoffe, Staub etc. in die Filtereinrichtung eingetragen werden. Wahlweise kann zudem ein Feinsieb vor der Filtereinrichtung zur Abschirmung von Feststoffen, Partikeln etc. angeordnet sein.
• Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorsehen, dass eine ständige Messung der Schadstoffkonzentrationen in der Absaugluft erfolgt, die zur Filtereinrichtung geleitet wird. Wahlweise kann diese Messung permanent erfolgen. Es kann jedoch auch genügen, die Messung zyklisch und/oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt durchzuführen. Diese Messungen können vorteilhaft eingesetzt werden, um auf dieser Grundlage eine Regelung der Fahrgeschwindigkeit des Bodenbearbeitungswerkzeuges durchzuführen, wobei die Fahrgeschwindigkeit bzw. Vorschub- oder Bewegungsgeschwindigkeit bei höherer Schadstoffkonzentration reduziert werden kann, um den Reinigungsgrad zu verbessern und um zu verhindern, dass ggf. zu wenige Schadstoffe erfasst und in der Filtereinrichtung abgeschieden werden. Außerdem können diese Messungen der Schadstoffkonzentrationen dazu eingesetzt werden, eine Regelung der Saugleistung durch Variation der Antriebsleistung des Ventilators bzw. Sauggebläses durchzuführen. Da dieses elektromotorisch oder hydraulisch, ggf. auch mechanisch, angetrieben ist, lässt sich seine Saugleistung hervorragend regeln. Hinzu kommt die Möglichkeit, die Trommelumdrehungen (Rotationsgeschwindigkeit) und damit der Abtragsleistung in Abhängigkeit von den Messwerten zu regeln. Alle diese Optionen können wahlweise separat oder in Kombinationen durchgeführt werden.
• Wie erwähnt, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere mittels einer geeigneten Maschine durchführen, wobei die Fräswerkzeuge, die Absaugung etc. Teil einer selbstfahrenden oder geschobenen oder gezogenen und mit einem Zugfahrzeug verbundenen Maschine sein können. Eine solche Maschine kann bspw. dem in der WO 2014/063917 A1 offenbarten Bodenbearbeitungsgerät ähneln bzw. auf einem solchen Gerät basieren, wobei die oben erwähnten weiteren Komponenten ergänzt sind, damit sie in gewünschter Weise zusammenwirken können.
• Eine weitere sinnvolle Option des Verfahrens kann vorsehen, dass die gesamte Einhausung an ihrem Fußbereich bzw. ihrer zum Boden weisenden Unterkante eine umlaufende Abdichtung aufweisen kann, bspw. in Gestalt einer flexiblen Gummimanschette, durch die die umliegenden Bodenoberflächen abgedeckt werden, während der Fräsvorgang durchgeführt wird.
• Zur Erreichung der oben genannten Ziele schlägt die Erfindung weiterhin eine Bodenbearbeitungsvorrichtung zur Behandlung und abtragenden Bearbeitung von schadstoffbelastetem Erdreich und zu dessen Reinigung von flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffen, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind, vor. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens ein innerhalb einer Einhausung rotierendes Fräswerkzeug mit definierter Arbeitsbreite und definierter und/oder variabler Eingriffstiefe. Die Einhausung ist mit einer Unterdruckquelle zur Beaufschlagung der Einhausung und des vom rotierenden Fräswerkzeug abgetragenen und/oder abgefrästen Erdreichs mit Saugluft gekoppelt. Die aus der Einhausung mit dem rotierenden Fräswerkzeug kommende Saugluft wird anschließend durch eine Filtereinrichtung geleitet, wo die Schadstoffe abgeschieden werden, bevor die Saugluft als gereinigte Luft an die Umgebung abgegeben wird.
• Wie bereits weiter oben erwähnt, können unterschiedliche Filtereinrichtungen zum Einsatz kommen, die den jeweiligen Zweck optimal erfüllen, ggf. auch hintereinandergeschaltete Filterstufen, von denen zumindest eine Filtereinrichtung einen Aktivkohlefilter umfassen kann, da derartige Aktivkohlefilter besonders gut zum Absorbieren von Fluorkohlenwasserstoffverbindungen oder anderen leichtflüchtigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen geeignet sind. Diese Filtereinrichtung bzw. zumindest eine dieser Filtereinrichtungen – sofern mehrere Filtereinrichtungen vorhanden sind – kann insbesondere als wechselbares Filtereinsatzmodul ausgebildet sein, um einen schnellen Wechsel nach Erschöpfung der Absorptionskapazitäten zu ermöglichen. So kann bspw. bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Aktivkohlefilter als Wechselkassette ausgebildet ist, wobei sich Dimensionierungen der Filtereinrichtung von mehreren Tonnen, bspw. von ca. fünf Tonnen, als besonders praktikabel herausgestellt haben.
• Um das Gesicht der Filtereinrichtung bzw. der Filtereinrichtungen sowie weiterer Komponenten zu tragen, kann die Vorrichtung insbesondere mit hinteren Stützrädern ausgestattet sein, während eine vordere Anbindung bei einer gezogenen Maschine bspw. an einer landwirtschaftlichen Zugmaschine vorgesehen sein kann.
• Eine weitere vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung kann zudem vorsehen, dass das Fräswerkzeug oder die Fräswerkzeuge zum Abtragen des belasteten und zu reinigenden Erdreichs durch Walzen bzw. Trommeln mit mind. 60, vorzugsweise von 80 Zentimetern Durchmesser oder mehr gebildet sind, die eine Vielzahl von Eingriffswerkzeugen an der Außenmantelfläche der Trommel aufweisen, die insbesondere als Meißelwerkzeuge ausgebildet sein können, vorzugsweise als mit der Trommel verschraubbare und damit bei allfälligen Verschleißerscheinungen auswechselbare Hartmetallmeißel. Typischerweise können die Walzen bzw. Trommeln um eine in etwa horizontale Drehachse rotieren, ausgehend von horizontalem Untergrund. Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn die rotierende Trommel bzw. die Mehrzahl von rotierenden Trommeln in ihrer Arbeitstiefe gegenüber einer Fräsvorrichtung sowie der diese umgebenden und weitgehend luftdicht abschließenden Einhausung einstellbar ist. Eine solche Einstellbarkeit kann etwa mittels einer exzentrischen Wellenlagerung und Höhenverstellung gewährleistet sein, wie sie etwa in der WO 2014/063917 A1 offenbart ist. Das dort offenbarte Bodenbearbeitungsgerät eignet sich im Grundsatz besonders gut für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sofern es mit den entsprechenden Zusatzeinrichtungen – dies sind insbesondere die Absaugung und die entsprechende Saugluftversorgung, die Filtereinrichtung und die weitgehend luftdichte Abdichtung der bereits vorhandenen Einhausung für die rotierende Werkzeugtrommel – ausgestattet ist. Zudem ermöglicht es die in der WO 2014/063917 A1 offenbarte Maschine besonders gut und schnell, die Eingriffstiefe der Trommel zwischen wenigen Zentimetern und einer größeren Arbeitstiefe von bis zu 50 Zentimetern stufenlos und variabel einzustellen, wobei gleichzeitig die Einhausung in ihrer Höhe unmittelbar über dem Boden gehalten wird, so dass sich unter allen Betriebsbedingungen die gute Abdichtung der Einhausung gegen Eindringen von zu viel unerwünschter und den Reinigungseffekt beeinträchtigender Falschluft aufrechterhalten lässt.
• Entsprechend dem in der WO 2014/063917 A1 offenbarten Bodenbearbeitungsgerät kann die rotierende Trommel mit den Meißelwerkzeugen bspw. elektromotorisch oder hydraulisch angetrieben werden. Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn der Trommel mindestens eine einstellbare Schlagleiste bzw. Zerkleinerungsleiste als Zerkleinerungseinrichtung zugeordnet ist, wobei diese Schlagleiste typischerweise oberhalb der Trommel, aber in der Einhausung angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Zerkleinerungsgrad des abgefrästen bzw. abgetragenen Erdreichs innerhalb der Einhausung variiert und an die Bodenverhältnisse, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel sowie an den gewünschten Reinigungsgrad angepasst werden.
• Die Vorrichtung kann wahlweise weiterhin mit Luftdüsen ausgestattet sein, die ggf. dafür sorgen können, dass das von der Trommel abgetragene und/oder zerkleinerte Erdreich mit Luft durchsetzt und durchblasen wird, um weitgehend alle Gase freizusetzen und absaugen zu können, wonach diese mit den schadstoffbelasteten Gasen durchsetzte Saugluft zur Filtereinrichtung befördert und dort von den Schadstoffen weitgehend befreit wird.
• Die Vorrichtung ist vorzugsweise in einer Weise ausgestattet, dass das Material bzw. Erdreich aufgebrochen, durchlüftet, ggf. auch zerkleinert und von Gasen befreit nach hinten wieder ausgegeben wird. Dort kann es auf den Boden abgelegt und wahlweise zwischenverdichtet werden, insbesondere auch, um weitere Ausgasungen zu verhindern. So kann das abgelegte Material anschließend hinter der Maschine mittels Vibrationseinrichtungen wie bspw. mittels geeigneter Plattenverdichter verdichtet und dadurch am weiteren Freisetzen von Gasen gehindert werden.
• Die Absaugung erfolgt vorzugsweise mittels regelbarer Ventilatoren o. dgl. Sauggebläse, die bspw. als mechanisch (z.B. über Zapfwelle), elektromotorisch oder hydraulisch angetriebene Axial- und/oder Radialgebläse (Sauggebläse) ausgebildet sein können. Die vorzugsweise regelbare (z.B. in Abhängigkeit von der gemessenen Schadstoffkonzentration) Absaugleistung ist sinnvollerweise größer als die Zuluft in die Einhausung mit der darin rotierenden Frästrommel, wobei die Saugleistung um ca. 20% mehr betragen kann als ein Volumenstrom der Zuluft. Die Einhausung der Vorrichtung ist vorzugsweise allseitig abgedichtet und lässt nur eine begrenzte Menge an Luft einströmen, wobei diese Luft zumindest teilweise von den Blasdüsen stammen kann, mit denen das abgefräste Material beaufschlagt, durchmischt und gelockert wird, um möglichst weitgehend alle darin gebundenen Gase und leichtflüchtigen Bestandteile freizusetzen, die mit der Filtereinrichtung gebunden werden sollen.
• Wahlweise kann Absaugung nach oben durch mindestens einen Kamin erfolgen, wobei ein solcher Kamin mehrere Meter, insbesondere bis zu vier Meter hoch sein kann; die Filtereinrichtung ist relativ weit oben, damit nicht zu viele Feinstoffe, Staub etc. in die Filtereinrichtung eingetragen wird. Wahlweise kann zudem ein Feinsieb vor der Filtereinrichtung zur Abschirmung von Feststoffen, Partikeln etc. angeordnet sein.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Messung der Schadstoffkonzentrationen in der Absaugluft, die zur Filtereinrichtung geleitet wird, vorsehen. Diese Messung kann wahlweise permanent erfolgen. Die Messung kann jedoch wahlweise auch zyklisch und/oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt werden. Mit den Messwerten kann in vorteilhafter Weise eine Regelung der Fahrgeschwindigkeit bzw. Vorschubgeschwindigkeit der Vorrichtung in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Schadstoffkonzentrationen durchgeführt werden. Auch können auf Basis der Messwerte die Saugleistung und/oder die Trommelumdrehungen (Rotationsgeschwindigkeit) und damit die Abtragsleistung geregelt werden.
• Eine sinnvolle Ausstattungsoption der erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung kann vorsehen, dass die gesamte Einhausung an ihrem Fußbereich bzw. ihrer zum Boden weisenden Unterkante eine umlaufende Abdichtung aufweisen kann, bspw. in Gestalt einer flexiblen Gummimanschette, durch die die umliegenden Bodenoberflächen abgedeckt werden, während der Fräsvorgang durchgeführt wird.
• Die erfindungsgemäße Bodenbearbeitungsvorrichtung kann bspw. zum Anbau an eine selbstfahrende Arbeitsmaschine oder als Anbauvorrichtung für einen landwirtschaftlichen Traktor oder einen Radlader o. dgl. Arbeitgerät vorgesehen sein, wobei die Vorrichtung mit der Arbeitsmaschine verbunden sein kann und/oder mit dieser verbindbar ausgestaltet sein kann. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bspw. mit einem Heck-Kraftheber einer landwirtschaftlichen Zugmaschine (insbesondere Traktor) oder mit einem steuerbaren Auslegerarm einer Baumaschine o. dgl. lösbar verbunden sein bzw. werden. Unter einer lösbaren Verbindung wird im vorliegenden Zusammenhang eine mechanische Koppelung verstanden, bei der das Gerät über die steuerbaren bzw. heb- und senkbaren Halteelemente in eine Transportstellung gebracht wird. Dagegen wird die Vorrichtung in einer Arbeits- oder Betriebsstellung mittels vorhandener Hebe- und Absenkvorrichtungen komplett auf den Boden gebracht bzw. abgesenkt. Die eigentliche Tiefeneinstellung erfolgt normalerweise dadurch, dass die Fräswalze innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung verschwenkt wird. Diese Verschwenkung kann bspw. gemäß der Offenbarung der WO 2014/063917 A1 über eine exzentrische Lagerung erfolgen, die außerhalb der Drehachse der Fräswalze angeordnet ist. Durch diese exzentrische Lagerung wird eine Antriebswelle mit Zahnrad geführt, das mit einem weiteren Zahnrad in kämmendem Eingriff steht, das auf der mittigen Antriebs- und Lagerungswelle der Fräswalze angebracht ist. Über diese Lagerung – vergleichbar einem Stirnradgetriebe – lassen sich verschiedene Übersetzungen realisieren. Allerdings sind auch andere Höheneinstellmechanismen und damit mechanisch einstellbare Variationen der Eingriffstiefe der Fräswelle denkbar, etwa mittels Hubzylinder o. dgl. steuerbarer Aktoren.
• Ebenso denkbar sind jedoch auch andere Trägerfahrzeuge, die anstelle von Traktoren oder landwirtschaftlichen Zugmaschinen zum Einsatz kommen können, so etwa schwere und leistungsfähige Baggerfahrzeuge mit hoher Tragkraft, die den Einsatz von zusätzlichen Stützrädern verzichtbar machen können, da sie aufgrund ihres Eigengewichts und ihrer Tragkraft für eine exakte Höhenführung der erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung dicht über dem Erdboden sorgen können.
• Wie oben bereits beschrieben, umfasst das erfindungsgemäße Bodenbearbeitungswerkzeug bzw. -gerät wenigstens eine Werkzeugwelle, die in einer Betriebslage ungefähr horizontal rotiert und mechanisch, elektromotorisch oder hydraulisch angetrieben ist. Die Werkzeugwelle ist mit einer Vielzahl von umfänglich und über ihre Breite verteilt angeordneten Werkzeugelementen ausgestattet, die der Material abtragenden Bodenbearbeitung dienen. Zudem ist eine die Werkzeugwelle abschirmende und einen definierten Innenraum weitgehend abdichtende Einhausung vorhanden, in der die Werkzeugwelle rundherum nach oben hin komplett eingeschlossen ist. Nach unten hin, zum Erdboden ist die Einhausung dagegen komplett offen. Randseitig kann wahlweise eine flexible Dichtlippe, eine Gummileiste o. dgl. vorhanden sein, damit eine Abschirmung gegen Ansaugen von Falschluft gegeben ist.
• Die Einhausung kann gleichzeitig einen Geräterahmen bilden, der mit Aufhängungs- und/oder Koppelelementen zur lösbaren Verbindung mit dem Trägerfahrzeug – bspw. der landwirtschaftlichen Maschine bzw. mit dem Traktor, Bagger o. dgl. – versehen ist. Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, mit dem das oben genannte Ziel verwirklicht ist, besteht darin, dass die Werkzeugwelle sowie der Innenraum der Einhausung weitgehend in jeder Betriebslage durch die Einhausung sowie deren untere Dichtelemente abgeschirmt ist, so dass nicht nur eine versehentliche Berührung oder Kontaktierung einer Person oder eines Gegenstandes mit drehenden Teilen nahezu ausgeschlossen werden kann, sondern dass auch keine und nur geringe Mengen an freigesetzten Gasen, Schadstoffen etc. nach außen an die Umgebung dringen können, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens abgesaugt und in der Filtereinrichtung aufgenommen und dort gebunden werden sollen. Zu diesem Zweck wirkt die Einhausung in einer Weise mit der rotierenden Werkzeugwelle sowie mit der Absaugeinrichtung und der Filtereinrichtung zusammen, dass die Einhausung bei jeder Betriebslage des Bodenbearbeitungswerkzeugs und der im Eingriff mit einer zu bearbeitenden Bodenoberfläche befindlichen Werkzeugwelle bis zum Boden reicht oder zumindest teilweise dort aufliegt, ggf. unterstützt durch die optional zu verstehenden, doch die Wirkungsweise der Vorrichtung vorteilhaft unterstützenden umlaufenden flexiblen Dichtleisten.
• Die zuverlässige Funktion bei definierter Bearbeitungstiefe und gleichzeitig guter Abdichtung gegen Eindringen von Falschluft sowie gegen Ausströmen von schadstoffbelasteter Luft aus der Einhausung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Werkzeugwelle relativ zur Einhausung höhenverstellbar ausgeführt ist. Auf diese Weise kann die Eingriffstiefe der Werkzeugwelle in den Boden variabel gehalten werden, insbesondere unter weitgehend gleichbleibender Abdeckung oder Abschirmung der rotierenden Werkzeugwelle durch die Einhausung sowie deren Abdichtung, unabhängig von der jeweils aktuellen Eingriffstiefe der rotierenden Werkzeugwelle bzw. deren Werkzeugelementen. Die gute Abdichtung und variable Abschirmung kann bei dem erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungswerkzeug dadurch erreicht werden, dass die Werkzeugwelle mit unterschiedlicher Eingriffstiefe in den Boden auch unterschiedlich weit nach unten aus der Einhausung herausragt.
• Da bei angehobenem Bodenbearbeitungswerkzeug und weiterhin drehender Werkzeugwelle unter ungünstigen Umständen eine Kontaktierung nicht ganz ausgeschlossen werden kann, obwohl die Werkzeugwelle nach unten nicht mehr aus der Einhausung ragt und somit zu allen Seiten vollständig abgedeckt ist, kann es ggf. sinnvoll sein, eine Abschaltautomatik – ggf. kombiniert mit einer mechanischen Bremse – vorzusehen, die für einen schnellen und verzögerungsarmen Stillstand der Werkzeugwelle sorgt, sobald das Gerät angehoben wird. Auf diese Weise kann ein versehentliches Weiterlaufen der Werkzeugwelle unterbunden werden, wenn das komplette Gerät, Einhausung und Werkzeugwelle vom Boden abgehoben, eingezogen und nach oben verschwenkt wird, was bspw. für Transport- oder Umsetzfahrten sinnvoll ist.
• Mit Hilfe der Höheneinstellbarkeit der Werkzeugwelle in der Einhausung kann dafür gesorgt werden, dass bei unterschiedlichen Bearbeitungstiefen der Maschine nicht die Einhausung oder der Maschinenrahmen angehoben oder abgesenkt wird, sondern im Wesentlichen nur die darin gelagerte Werkzeugwelle. Zu diesem Zweck ist die Lagerung bzw. sind die beidseitigen Lagerungen der Werkzeugwelle vorzugsweise mit einem Stellelement oder mit mehreren Stellelementen gekoppelt, das/die die Werkzeugwelle gegenüber der Einhausung anheben oder absenken kann/können. Eine solche Verstellbarkeit der Werkzeugwelle gegenüber der Einhausung bzw. dem Maschinenrahmen des Bodenbearbeitungswerkzeuges kann in vorteilhafter Weise zur exakten Steuerung der Bearbeitungstiefe genutzt werden. Da die Maschine beim Beginn der Bearbeitung normalerweise soweit abgesenkt wird, bis der untere Rand der Einhausung bzw. deren umlaufende Dichtelemente am Boden aufliegen, kann diese Betriebsstellung in vorteilhafter Weise zur Generierung eines Referenzwertes verwendet werden, so dass die Bearbeitungstiefe und Eingriffstiefe der Fräswelle bzw. der Werkzeugwelle weitestgehend mittels des wenigstens einen Stellelementes bzw. mittels der zwei oder mehr Stellelemente zur Verstellung der Wellenlagerungen gesteuert werden kann.
• Wenn im vorliegenden Zusammenhang von einem Stellantrieb oder von Stellelementen die Rede ist, so ist damit grundsätzlich der abstrakte Begriff des steuerbaren Stellgliedes oder Stellelementes gemeint, nicht zwingend die konkreten Stellzylinder. Normalerweise ist der Stellantrieb in einer Weise symmetrisch aufgebaut, dass an beiden Stirnseiten der Werkzeugwelle, an denen diese in den Lagerungen drehbar gelagert ist, weitgehend identisch aufgebaute Stellantriebe bzw. Stellzylinder angeordnet sind, die sich sinnvollerweise an den gegenüber liegenden Außenseiten der Einhausung befinden. Jede der Lagerungen kann bspw. einen Lagerschild aufweisen, der drehbar in der Seitenwand der Einhausung bzw. des Maschinenrahmens gelagert ist und über einen Stellhebel verfügt, an dem das Stellelement bzw. der Stellzylinder angelenkt ist. Durch die maschinenfeste Anlenkung des anderen Endes des Stellzylinders kann dessen gesteuerte Auszugs- oder Einzugsbewegung den Lagerschild in gewünschter Weise verdrehen, wodurch gleichzeitig die exzentrisch oder linear verstellbar darin gelagerte Werkzeugwelle in gewünschter Weise in kurvenförmiger oder geradliniger Bewegung angehoben oder abgesenkt werden kann.
• Als Werkzeugwelle kann insbesondere eine rotierende Fräswalze zum Einsatz kommen, die insbesondere eine Vielzahl von Rundschaft-Meißeln oder dergleichen Eingriffs- oder Werkzeugelemente aufweisen kann, die für die Material abtragende Einwirkung auf feste Bodenoberflächen wie Asphalt- oder Betondecken etc. geeignet sind. Diese Werkzeugwelle bzw. Fräswalze kann verschiedene Arbeitsbreiten aufweisen.
• Wie oben außerdem erwähnt, kann eine besonders sinnvolle Option des erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungswerkzeugs darin bestehen, dass innerhalb der Einhausung eine Schlagleiste oder mehrere Schlagleisten angeordnet sind, die optional für die Zerkleinerung des abgetragenen Erdreichs sorgen können, wobei diese Schlagleisten wahlweise mit Luftdüsen kombiniert sein können. Eine solche Schlagleiste sowie die Luftdüsen können vorzugsweise oberhalb der Werkzeugwelle in der Einhausung angeordnet sein, so dass je nach Verstellhöhe der Fräswalze ein variabler Abstand eingestellt werden kann, was wiederum Auswirkungen auf die Größe der Bruchstücke der an der Schlagleiste zerkleinerten Steine haben kann.
• Wahlweise können auch mehrere solcher Schlagleisten innerhalb der Einhausung angeordnet sein, die bspw. in Drehrichtung der Werkzeugwelle hintereinander angeordnet sein können. Bei einer solchen Anordnung kann es ggf. sinnvoll sein, in Drehrichtung der Werkzeugwelle oder Fräswalze allmählich kleinere Abstände zwischen dem Außenumfang der Werkzeugwelle und den Schlagleisten vorzusehen, so dass diese in der Lage sind, das abgetragene Erdreich weitgehend vollständig in eine gewünschte Größe zu zerkleinern. Aufeinander folgende Schlagleisten mit gleichen oder geringer werdenden Abständen sorgen dafür, dass keine Gesteinsbrocken unzerkleinert bleiben oder zu große Gesteinsbrocken verbleiben.
• Eine weitere sinnvolle Option kann darin bestehen, die wenigstens eine Schlagleiste in ihrer Höhe innerhalb der Einhausung verstellbar auszuführen. Bei mehreren hintereinander angeordneten Schlagleisten kann es sinnvoll sein, alle oder nur einige dieser Schlagleisten höhenverstellbar auszuführen.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Maschinenkombination, die ein Zugfahrzeug gemäß obiger Definition – bspw. ein landwirtschaftliches Zugfahrzeug wie bspw. ein Traktor – sowie ein daran front- oder heckseitig angelenktes, höhenverstellbar geführtes Bodenbearbeitungswerkzeug mit den zugehörigen Ausstattungselementen (Sauggebläse, Filtereinrichtung, ggf. nachlaufender Plattenverdichter etc.) gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten umfasst. Bei dem Zugfahrzeug kann es sich wahlweise auch um einen Bagger, Radlader o. dgl. geeignetes Zug- bzw. Trägerfahrzeug handeln. Es sei an dieser Stelle betont, dass sich diese Variabilität des Zug- und/oder Trägerfahrzeug gleichermaßen auf das Verfahren sowie alle Verfahrensvarianten im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erstreckt.
• Wenn im vorliegenden Zusammenhang von einer Vorrichtung oder einer erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung die Rede war/ist, die in unterschiedlichen Ausführungsvarianten beschrieben wurde/ist, so können alle dabei genannten Aspekte und Varianten ebenso mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme und zur weitgehenden Entfernung flüchtiger und/oder gasförmiger Schadstoffe, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind, in Verbindung gebracht werden. Wenn daher ein Aspekt oder mehrere Aspekte im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung genannt und ggf. in unterschiedlichen Varianten erläutert wurden, so können sich diese Aspekte ebenso auf eine entsprechende Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehen, ohne dass dies an entsprechender Stelle gesondert erwähnt werden musste. Gleiches gilt auch umgekehrt; wenn also im vorliegenden Zusammenhang von einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Rede ist/war, so können alle dabei genannten Aspekte und Varianten ebenso mit der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Bodenbearbeitungsvorrichtung in Verbindung gebracht werden. Wenn daher ein Aspekt oder mehrere Aspekte im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt und ggf. in unterschiedlichen Varianten erläutert wurden, so können sich diese Aspekte ebenso auf eine entsprechende Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehen, ohne dass dies an entsprechender Stelle gesondert erwähnt werden musste.
• Nachfolgend finden sich nochmals einige wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung in zusammengefasster Form wiedergegeben. So eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für Sanierungsmaßnahmen zur Sanierung belasteter Böden. Um die zu sanierenden Areale abzugrenzen, können ggf. Dichtwände eingezogen werden, die bspw. auf Tiefen von mindestens zwei Metern, ggf. auch deutlich tiefer hinabreichen können. Mittels der Dichtwände, die das zu sanierende Areal vorzugsweise allseitig umschließen, kann sichergestellt werden, dass keine weiteren Schadstoffe aus angrenzenden Bodenschichten eingetragen werden, insbesondere durch Grundwasserströmungen. Außerdem werden gegenseitige Kontaminationen mit angrenzenden Arealen verhindert. Etwaige Grundwasserströmungen können auch durch Rohrsysteme gezielt gelenkt und/oder bspw. mittels Versicherungsrohren gefasst und umgeleitet werden. Wahlweise können auch mobile Schöpfwerke eingesetzt werden, um gesammeltes Grundwasser zu heben und anderweitig zu verbringen. Darüber hinaus können Maßnahmen zur temporären Absenkung des Grundwasserspiegels getroffen werden, um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und um den Einsatz der erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung zu erleichtern.
• In Teilbereichen, die ggf. durch Dichtwände eingegrenzt und gegen gegenseitige Dekontaminationen geschützt sind, wird mittels einer hierfür in beschriebener Weise ausgestatteten Vorrichtung – einer sog. Bodenfräse – die Bodenstruktur aufgebrochen und die im Boden gebundenen flüchtigen Schadstoffe durch die Durchmischung des Bodens mit Luft freigesetzt, wobei sich das Verfahren besonders für mit BTEX belastete Bereiche und für solche Bereiche eignet, die mit BTEX und MKW belastet sind. Vorzugsweise kann eine sofortige Analyse der abgefrästen Schichten auf ihren Schadstoffgehalt erfolgen, um zu entscheiden, wie das Verfahren zu beeinflussen ist, und/oder um zu entscheiden, ob das abgetragene Material nicht ggf. aufgrund seiner hohen Schadstoffbelastung entsorgt und/oder deponiert werden muss.
• Eine sinnvolle bzw. typische Eindringtiefe, die sich in Versuchen als praktikabel herausgestellt hat, kann etwa 50 Zentimeter betragen, bei einer sinnvollen Arbeitsbreite von etwa 2,5 Metern. Die zuvor definierten Arbeitsbereiche werden in sich seitlich leicht überlappenden Bahnen überfahren. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, dass Emissionen von freigesetzten Schadstoffen, wozu auch Methan gehört, dadurch verhindert wird, dass der Fräsbereich der Bodenbearbeitungsvorrichtung weitgehend gekapselt ist und die gesamten Schadstoffe sowie auch weitere flüchtige Kohlenwasserstoffe wie etwa Methan nahezu vollständig abgesaugt werden. Die Einhausung der rotierenden Fräse ist gekapselt und an der Unterkante bzw. am Fußbereich vorzugsweise mit Dichtlippen, Dichtleisten bzw. Gummimanschetten o. dgl. ausgestattet, so dass umliegende Bodenoberflächen ebenfalls abgedeckt werden. Auf diese Weise ist der Fräsbereich zuverlässig gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgegrenzt; die innerhalb der Einhausung befindliche Luft mitsamt den darin enthaltenen Schadstoffen werden durch eine geeignete Absaugeinrichtung kontinuierlich abgesaugt und einer Reinigung zugeführt. Da die abgesaugte Luft nicht nur kleine Bodenpartikel, sondern auch die leichtflüchtigen Anteile der zu bindenden Schadstoffe enthält, wird das abgesaugte Luft-Schadstoff-Gemisch durch eine Filtereinrichtung geleitet, die insbesondere durch eine ausreichend dimensionierte Aktivkohlefilteranlage gebildet sein kann, die mit der mobilen Bodenbearbeitungskombination mitgeführt wird. Ein Aktivkohlewechsel kann bedarfsweise mittels Schnellwechselsystemen erfolgen. Zudem kann vorgesehen sein, die aktuelle Beladung der Aktivkohle mit Schadstoffen ständig zu überwachen, bspw. mittels einer geeigneten online-Analytik, so dass bei einem Überschreiten eines definierten Emissionsgrenzwertes der Abluft ein Wechsel der Aktivkohle erfolgen kann.
• Durch die mechanische Bearbeitung des Bodens durch dessen Abfräsen werden die darin befindlichen leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe freigesetzt und treten in die Gasphase über; sie werden auf diese Weise Mischungsbestandteil des abgesaugten und mittels der Filtereinrichtung, insbesondere mittels der Aktivkohlefilter Luft-Schadstoff-Gemisches, so dass das abgefräste Erdreich bereits mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr weitgehen dekontaminiert ist.
• Das Ausmaß und der Grad der Reinigung der abgesaugten Luft von Schadstoffen kann mittels einer Onlinemessung kontinuierlich überwacht und bspw. in einer Messzentrale erfasst, angezeigt und/oder und/oder gespeichert und ausgewertet werden; wahlweise können die Werte auch für einen Maschinenführer visualisiert werden. Zudem können diese Messungen zur Auswahl einer geeigneten Bearbeitungsgeschwindigkeit und zu deren Anpassung auf die individuelle und ggf. schwankende Schadstoffverteilung dienen, zumal von einer durchaus heterogenen Schadstoffverteilung im Boden ausgegangen werden muss.
• Wahlweise kann vorgesehen sein, dass anschließend der bearbeitete Bodenbereich systematisch mit einem Handgerät auf VOC überprüft und bedarfsweise der Fräsprozess bis zum Erreichen eines vorgegebenen Schadstoffgehalts bzw. Dekontaminationsgrades wiederholt wird. Da in Folge von dokumentierten Methankonzentrationen in der Bodenluft potentielle Risiken zur Bildung explosionsfähiger Gasgemische bestehen können, kann die Luft im Fräsbereich außerdem mit geeigneten Sensoren überwacht und die Bearbeitung beim Überschreiten definierter Grenzwerte unterbrochen werden.
• Nach Abschluss der Bearbeitung der obersten Bodenschicht können bspw. mittels GPS-kontrollierten Maschinen die oberen Bereiche bis zu einer Tiefe von bspw. ca. 35 cm der behandelten Kubatur entfernt und analysiert werden. Weiterhin können die darunter liegenden Bereiche von etwa 15 cm Höhe nach ihrer Freilegung mittels geeigneter Verdichtereinrichtungen verdichtet werden, bspw. mittels einer Doppelverdichterwalze o. dgl., um potentielle Emissionen aus der Bodenluft tieferer Bodenbereiche zu unterbinden oder zumindest deutlich zu reduzieren. In Bereichen mit besonders hohen Schadstoffkonzentrationen kann zudem eine Abdeckung mittels einer gasdichten Plane, die zwischen den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten ausgelegt werden kann, sinnvoll sein.
• Das Verfahren kann eine Wiederholung der beschriebenen Bearbeitungszyklen in mehreren Bodenhorizonten definierter Tiefe von bspw. jeweils 50 cm, d.h. abgetragenen 35 cm und verdichteten 15 cm, bis die jeweils gewünschte bzw. aufgrund der Belastung im Boden notwendige Bearbeitungstiefe erreicht ist. Diese kann je nach konkreter Belastungssituation durchaus mehrere Meter tief reichen. In diesem Zusammenhang kann es erforderlich sein, den Grundwasserspiegel temporär abzusenken. Da potentiell auftretende Leichtphasen durch die Absenkung des Grundwasserspiegels in tiefere Bodenschichten eingetragen werden können, kann es sinnvoll sein, die Grundwasseroberfläche durch Aushub freizulegen, und eine aufschwimmende Leichtphase direkt zu entfernen, bspw. durch Absaugen der freien Grundwasseroberfläche. Nach Entfernung dieser Leichtphase kann der Grundwasserspiegel abgesenkt und die beschriebene Behandlung durch mechanische Bodenbearbeitungsschritte gemäß obigem Verfahren fortgesetzt werden.
• Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
• 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung aufeinander folgender Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens.
• 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Gerätekombination, umfassend ein Zugfahrzeug und eine angehängte Bodenbearbeitungsvorrichtung.
• 3 zeigt in drei schematischen Detailansichten (3A, 3B und 3C) unterschiedliche Ausführungsvarianten der Bodenbearbeitungsvorrichtung.
• 4 zeigt eine weitere Ansicht der Bodenbearbeitungsvorrichtung.
• Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
• Die 1 zeigt anhand eines schematischen Ablaufdiagramms die wichtigsten Aspekte einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufnahme flüchtiger und/oder gasförmiger Schadstoffe, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind. Bei einer ersten Überfahrt über das zu sanierende Erdreich wird eine definierte Schicht des Erdreichs in einem ersten Fräsvorgang über eine definierte Arbeitsbreite und in definierter Eingriffstiefe entlang eines Bearbeitungsstreifens mittels eines rotierenden Fräswerkzeuges abgefräst und abgetragen. Das abgefräste und/oder zerkleinerte Erdreich kann wahlweise mit Druckluft beaufschlagt und durchblasen werden, wonach das Absaugen der solchermaßen aus dem Erdreich freigesetzten flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffe erfolgt. Es ist zu betonen, dass die in 1 gezeigte Option des Durchblasens des abgefrästen und zerkleinerten Erdreichs keinesfalls zwingend ist. Die in 3B als Variante gezeigte Option stellt nur eine von mehreren Ausführungsvarianten dar. Die in den 3A und 3C gezeigten Varianten verzichten auf diese Option. Die abgesaugte Luft wird durch eine Filtereinrichtung zur Abscheidung der Schadstoffe geleitet, wo diese dauerhaft gebunden werden. Anschließend wird das gereinigte und von Schadstoffen befreite Erdreich am Boden abgelegt.
• Auch sollte betont werden, dass das Material beim Abtragen nicht unbedingt zerkleinert werden muss, sondern dass das Prinzip der Ausgasung auch ohne solche Zerkleinerung funktioniert. Wesentlich ist das Aufbrechen der Bodenstruktur, so dass das Bodenmaterial mit Luft durchmischt werden kann und die leichtflüchtigen Schadstoffanteile in die Gasphase übergehen können.
• Wie es der unterbrochene Pfeil andeutet, der zum ersten Verfahrensschritt zurückführt, können diese Überfahrten wahlweise mehrfach erfolgen, insbesondere in Bearbeitung aufeinander folgender tieferer Schichten und/oder nebeneinander liegender Bearbeitungsstreifen, die in gleicher Weise mittels eines rotierenden Fräswerkzeuges oder rotierender Fräswerkzeuge einer erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung (vgl. 2) abgetragen werden, wobei wiederum die abgetragenen weiteren Schichten des abgefrästen Erdreichs während des Fräsvorganges mit Unterdruck beaufschlagt werden, und wobei die Saugluft wiederum durch die Filtereinrichtung zur Abscheidung der Schadstoffe geleitet wird.
• Sobald die regenerierbare Filtereinrichtung in ihrer Aufnahmekapazität erschöpft ist, kann sie regeneriert werden, bspw. durch Austausch eines Filtermoduls oder einer Filterkassette, die bspw. eine definierte Menge an Aktivkohle enthalten kann, die zunächst gegen eine Menge an noch nicht mit Schadstoffen beaufschlagter Aktivkohle ausgetauscht wird, um vorzugsweise anschließend wiederaufbereitet zu werden.
• Die schematische Darstellung der 2 zeigt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung, die hier heckseitig an einem landwirtschaftlichen Zugfahrzeug angebaut ist. So zeigt die schematische Seitenansicht der 1 eine Maschinenkombination 10, bestehend aus einem landwirtschaftlichen Zugfahrzeug 12 und einer daran heckseitig angelenkten und höhenverstellbar geführten Bodenbearbeitungsvorrichtung 14. Das Zugfahrzeug 12 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen herkömmlichen Traktor 16 gebildet, der zumindest an seinem Heck einen Dreipunkt-Kraftheber 18 aufweist, an dem die Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 angelenkt und mit dem sie ggf. um eine horizontale Querachse der Maschinenkombination 10 heb- und senkbar ist. Allerdings kann das Zugfahrzeug 16 auch durch ein nahezu beliebiges anderes Fahrzeug gebildet sein, wie es etwa in der Bauwirtschaft eingesetzt werden kann.
• Wie es die 2 zudem andeutet, ist die Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 heckseitig mit Stützrädern 20 ausgestattet, da ein herkömmlicher Dreipunkt-Kraftheber 18 kaum in der Lage ist, die relativ hohe Gesamtmasse der Vorrichtung 14 auszuheben oder auch nur zuverlässig abzustützen. Normalerweise sind am Heck der Vorrichtung 14 zwei solcher Stützräder 20 angeordnet, die dafür sorgen, dass die Höheneinstellung der Maschine im Betrieb mit der gewünschten Präzision aufrechterhalten werden kann. Die in 2 gezeigten Stützräder 20 sind allerdings optional zu verstehen, ebenso wie das beispielhaft gezeigte Zugfahrzeug 12. Anstelle einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine bzw. eines landwirtschaftlichen Zugfahrzeuges 12, wie sie beispielhaft in 2 angedeutet ist, sind als Trägerfahrzeug 12 für die Bodenbearbeitungskombination 10 auch andere Trägerfahrzeuge denkbar, die anstelle von Traktoren oder landwirtschaftlichen Zugmaschinen 12 zum Einsatz kommen können, so etwa schwere und leistungsfähige Baggerfahrzeuge mit hoher Tragkraft, die den Einsatz von zusätzlichen Stützrädern 20 verzichtbar machen können, da sie aufgrund ihres Eigengewichts und ihrer Tragkraft für eine exakte Höhenführung der erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 dicht über dem Erdboden 28 sorgen können.
• Die Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 umfasst ein rotierendes Fräswerkzeug 22, das in einer Betriebslage (vgl. 2) ungefähr horizontal rotiert und motorisch angetrieben ist, bspw. über einen hydrostatischen Antrieb, einen sog. Ölmotor, oder über einen elektromotorischen Antrieb. Auch ein Zapfwellenantrieb ist denkbar, wie dies in 4 beispielhaft gezeigt ist. Das rotierende Fräswerkzeug 22 ist mit einer Vielzahl von umfänglich und über ihre Breite verteilt angeordneten Werkzeugelementen ausgestattet (nicht gezeigt). Die Werkzeugelemente, die normalerweise als Hartmetallmeißel o. dgl. ausgebildet sind, dienen der Material abtragenden Bodenbearbeitung. Zudem ist eine das rotierende Fräswerkzeug 22 abschirmende und den Innenraum der Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 abdichtende Einhausung 24 vorhanden, aus der das rotierende Fräswerkzeug 22 mit den Werkzeugelementen bzw. Hartmetallmeißeln nach unten herausragt. Die Einhausung 24 bildet wahlweise gleichzeitig einen Geräterahmen 26 bilden oder kann an diesem befestigt sein, wobei der Geräterahmen 26 gleichzeitig über die erforderlichen Aufhängungs- und/oder Koppelelemente 28a, 28b zur lösbaren Verbindung mit dem Traktor 16 verfügt.
• Wie es die Erfindung vorsieht, ist das rotierende Fräswerkzeug 22 weitgehend in jeder Betriebslage der Maschinenkombination 10 bzw. der Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 nach allen Seiten durch die Einhausung 24 abgeschirmt, was der Abdichtung des Inneren der Einhausung 24 und der Wirksamkeit der nachfolgend beschriebenen Absaugvorrichtung dient. Wie es die 1 erkennen lässt, sitzt die Einhausung 24 im Betrieb der Maschinenkombination 10 bei rotierendem Fräswerkzeug 22 und im Eingriff mit dem Boden 28 befindlichen Werkzeugelementen auf dem Boden 28 auf und ist randseitig vorzugsweise gegen den Boden 28 abgedichtet, bspw. mittels einer hier nicht näher erkennbaren umlaufenden Dichtleiste 30. Um zudem eine variable Eingriffstiefe des rotierenden Fräswerkzeuges 22 in den Boden 28 zu ermöglichen, ist das Fräswerkzeug 22 innerhalb der Einhausung 24 und gegenüber dem Geräterahmen 26 in seiner Höhe verstellbar, wobei diese Verstellbewegungen sinnvollerweise in einer Weise auf die Hebe- und Senkbewegungen des gesamten Gerätes 14 abgestimmt sind, dass der untere Rand der Einhausung 24 mit der Dichtleiste 30 am Boden 28 aufliegt und für eine zuverlässige Abdichtung des Innenraumes der Einhausung 24 sorgen kann, während das Fräswerkzeug 22 rotiert. Durch die Höhenverstellbarkeit des Werkzeugs 22 relativ zur Einhausung 24 bzw. zum Geräterahmen 26 kann die Eingriffstiefe des Werkzeugs 22 in den Boden 28 variabel gehalten werden, und dies unter weitgehend gleichbleibender Abdeckung oder Abschirmung des rotierenden Fräswerkzeugs 22 durch die Einhausung 24, unabhängig von der jeweils aktuellen Eingriffstiefe des rotierenden Fräswerkzeuges 22 bzw. deren Werkzeugelementen.
• Die variable Eingriffstiefe wird dadurch erreicht, dass das Fräswerkzeug 22 mit unterschiedlicher Eingriffstiefe in den Boden 28 unterschiedlich weit nach unten aus der Einhausung 24 herausragt. Da bei angehobenem Bodenbearbeitungswerkzeug 14 und weiterhin drehendem Werkzeug 22 die Wirkung der nachfolgend beschriebenen Absaugung stark beeinträchtigt bzw. sogar wirkungslos ist, muss die Höheneinstellbarkeit des Werkzeuges 22 gegenüber der Einhausung 24 gegeben sein. Zum Zweck der Verstellbarkeit ist das rotierende Fräswerkzeug 22 beidseitig in der Einhausung 24 und/oder im Maschinenrahmen 26 über geeignete Lagerungen 32 höhenverstellbar gehalten und gelagert. Da für diese Lagerungen 32 unterschiedliche Varianten in Frage kommen, wird sie an dieser Stelle nicht näher beschrieben. Die Lagerung 32 kann bspw. durch höhenverstellbare Exzenterlagerungen o. dgl. gebildet sein. Mit Hilfe dieser Lagerungen 32 des Fräswerkzeuges 22 ist dafür gesorgt, dass bei unterschiedlichen Bearbeitungstiefen der Maschine 14 nicht die Einhausung 24 oder der Maschinenrahmen 26 angehoben oder abgesenkt wird, sondern im Wesentlichen das darin gelagerte rotierende Fräswerkzeug 22, wobei gleichzeitig die Dichtleiste 30 am Boden 28 aufliegt und für die zuverlässige Abdichtung der Einhausung 24 sorgen kann.
• Die Darstellung der 2 deutet weiterhin eine mit der Einhausung 24 gekoppelte Unterdruckquelle 34 an, die der Beaufschlagung der Einhausung 24 und des vom rotierenden Fräswerkzeug 22 abgetragenen Erdreichs mit Saugluft 36 dient. Die Unterdruckquelle 34 umfasst normalerweise ein hier nicht näher gezeigtes Sauggebläse, das die in der Einhausung 24 befindliche Luft mitsamt den zuvor im Boden 28 gebundenen flüchtigen Schadstoffen ansaugt und durch eine Filtereinrichtung 38 zur Abscheidung der Schadstoffe leitet, bevor sie als gereinigte Luft 40 an die Umgebung abgegeben wird. Die Filtereinrichtung 38 kann vorzugsweise durch einen Aktivkohlefilter gebildet sein, der insbesondere als Wechselkassette oder als wechselbares Modul mit definiertem Fassungsvermögen ausgebildet ist, so dass er regelmäßig gewechselt und nach Erschöpfung seiner Aufnahmekapazität jeweils durch eine frische Kassette bzw. ein frisches Aktivkohlefiltermodul ausgetauscht werden kann.
• Das die Unterdruckquelle 34 bildende Sauggebläse kann bspw. ein mechanisch, elektromotorisch oder hydraulisch angetriebenes und vorzugsweise regelbares (siehe 3C) Axial- oder Radialgebläse sein, das für den erforderlichen Saugdruck in der Einhausung 24 sorgen kann.
• Die stark schematisierte Seitenansicht der 3A zeigt den Aufbau und die optionale Anordnung einer Schlagleiste 42 bzw. mehrerer Schlagleisten 42 oberhalb des rotierenden Fräswerkzeuges 22 der erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung 14, die der Zerkleinerung des geförderten Erdreichs 44 dienen. Das mit gasförmigen und flüchtigen Schadstoffen belastete Erdreich 44 kann mit Hilfe der – allerdings optional zu verstehenden – Schlagleisten 42 zerkleinert werden, wobei die Schadstoffe weitgehend freigesetzt werden, wonach die gesamte in der Einhausung 24 umgewälzte Luft mittels der Unterdruckquelle 34 (z.B. ein Sauggebläse) als Saugluft 36 abgesaugt und in die Filtereinrichtung 38 gefördert wird, wo sie von den Schadstoffen gereinigt und als gereinigte bzw. saubere Luft 40 an die Umgebung abgegeben werden kann. Der Filtereinrichtung 38 kann vorzugsweise ein zusätzlicher Staubfilter 52 vorgeschaltet sein, der den unerwünschten Eintrag von Staub, Schwebstoffen und Partikeln in die Filtereinrichtung 38 verhindert, da eine Staub- und/oder Partikelansammlung auf Dauer zu Funktionsstörungen in der Filtereinrichtung 38 führen könnte. Der in aller Regel im Strömungsverlauf vor einem als Unterdruckquelle 34 dienenden Ventilator (hier nicht gezeigt angeordnete Staubfilter 52 wird sinnvollerweise in regelmäßigen Zeitintervallen freigeblasen, was insbesondere durch eine Umkehr der Strömungsrichtung der Unterdruckquelle 34 bzw. des Ventilators erfolgt, so dass der am Staubfilter 52 anhaftende Staub und die dort gebundenen Partikel in die Einhausung 24 zurück und von dort vorzugsweise auf den Boden 28 abgegeben werden.
• Das in unterschiedlicher Höhe einstellbare Fräswerkzeug 22 (siehe Doppelpfeil 48) ermöglicht unterschiedliche Abstände der Werkzeugelemente zur Schlagleiste 42, die innerhalb der Einhausung 24 der Bodenbearbeitungsmaschine 14 angeordnet ist (vgl. 2). Die Werkzeugelemente fördern bei gegebener Fahrtrichtung 50 der Kombination 10 (vgl. 2) abgetragenes Erdreich 44 und ggf. auch darin enthaltene Gesteinsbrocken 44 nach oben zur Schlagleiste 42, die dort wahlweise für eine Zerkleinerung der Steine sorgen kann.
• Es ist allerdings zu betonen, dass nicht unbedingt eine Zerkleinerung des Erdreichs notwendig ist. Es können auch sehr leicht Böden, Sandböden etc. behandelt werden, die gar nicht auf die beschriebene Weise zerkleinert werden müssen, da das Prinzip der Ausgasung der leichtflüchtigen Schadstoffe auch ohne Zerkleinerung funktioniert. Es geht im Wesentlichen um das Aufbrechen der Bodenstruktur mit Hilfe des rotierenden Fräswerkzeugs 22, so dass das Bodenmaterial 44 mit Luft durchmischt werden kann und die leichtflüchtigen Schadstoffanteile in die Gasphase übergehen können.
• Die ebenfalls stark schematisierte Seitenansicht der 3B verdeutlicht eine weitere Ausführungsvariante der Bodenbearbeitungsvorrichtung 14, bei der das zerkleinerte und nach oben zu den Schlagleisten 42 beförderte Erdreich 44 gleichzeitig innerhalb der Einhausung 24 mit Druckluft 46 beaufschlagt wird. Da das Erdreich 44 mit gasförmigen und flüchtigen Schadstoffen belastet ist, die beim Zerkleinern mit dem Fräswerkzeug 22 und den Schlagleisten 42 weitgehend freigesetzt werden, kann diese Freisetzung bei der gezeigten optionalen Ausführungsvariante durch die Druckluft 46 weiter unterstützt werden, wonach die gesamte in der Einhausung 24 umgewälzte Luft mittels der Unterdruckquelle 34 (z.B. ein Sauggebläse) als Saugluft 36 abgesaugt und in die Filtereinrichtung 38 gefördert wird, wo sie von den Schadstoffen gereinigt und als gereinigte bzw. saubere Luft 40 an die Umgebung abgegeben werden kann. Auch hier befindet sich innerhalb der Absaugung 36 der oben bereits erwähnte Staubfilter 52. Der übrige Aufbau entspricht der bereits anhand der 3A beschriebenen Ausführungsvariante der Vorrichtung 14.
• Die schematische Seitenansicht der 3C zeigt eine weitere Ausstattungsoption der erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsvorrichtung 14, bei der die Schadstoffkonzentration innerhalb der Saugluft 36 permanent oder in zyklischen oder unregelmäßigen Zeitabständen gemessen wird, und zwar mit einer geeigneten Gasanalyseeinrichtung 54, die sich im Bereich der Absaugung 36 befindet, und zwar vorzugsweise im Strömungsweg hinter dem Staubfilter 52, um die Messergebnisse zu verbessern und Störungen durch Partikel oder Feinstäube zu verhindern. Die Ausgangssignale 56 der Gasanalyseeinrichtung 54 werden in einer Regelschaltung 58 verarbeitet und können dort als deren Regelgrößen 60 insbesondere zur Beeinflussung und/oder Regelung der Fahr- oder Vorschubgeschwindigkeit der Maschine 14, der Umdrehungsgeschwindigkeit des rotierenden Fräswerkzeuges 22, der Absaugleistung der Unterdruckquelle 34 und/oder weiterer Betriebsparameter der Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 genutzt werden, so dass deren Reinigungsleistung ständig in optimierter Weise an die jeweils gemessene Schadstoffkonzentration angepasst werden kann.
• Die schematische Ansicht der 4 verdeutlicht nochmals eine mögliche Ausgestaltung der Bodenbearbeitungsvorrichtung 14 und insbesondere deren innerhalb der Einhausung 24 rotierendes Fräswerkzeug 22, das an seinem zylindrischen Außenumfang mit einer Vielzahl von Meißelwerkzeugen 62 ausgestattet ist, die insbesondere durch auswechselbare oder fest mit dem Fräswerkzeug 22 verbundene Hartmetallmeißel gebildet sein können. Die Fahrt- oder Vorschubrichtung 50 der Maschine 14 ist in der gezeigten Darstellung nach rechts gerichtet, wodurch auch die Umdrehungsrichtung des Fräswerkzeuges 22 vorgegeben ist, was durch den gekrümmten Pfeil unterhalb des rotierenden Fräswerkzeuges 22 angedeutet ist.
• Weiterhin lässt die 4 einen optionalen Zapfwellenanschluss 64 für einen mechanischen Antrieb des rotierenden Fräswerkzeuges 22 erkennen. Der Zapfwellenanschluss 64 dient vorzugsweise einer drehfesten Verbindung mit einer genormten Zapfwelle eines landwirtschaftlichen Zugfahrzeuges 12 (vgl. 2). Selbstverständlich stellt ein solcher Zapfwellenantrieb lediglich eine von mehreren Optionen dar; wie zuvor bereits erwähnt, kann das Fräswerkzeug 22 auch elektromotorisch oder hydraulisch oder auf andere Weise angetrieben werden, wodurch insbesondere eine gute Regelbarkeit gegeben sein kann (vgl. 3C).
• Bezogen auf alle Figuren (1 bis 4) kann ergänzend erwähnt werden, dass eine sinnvolle Bearbeitungsbreite des Fräswerkzeuges 22 bspw. zwischen zwei und drei Metern, typischerweise bei ca. 2,5 m liegen kann. Allerdings sind auch andere Bearbeitungsbreiten denkbar und sinnvoll einsetzbar.
• Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

10

Maschinenkombination

12

Zugfahrzeug, landwirtschaftliches Zugfahrzeug

14

Bodenbearbeitungsvorrichtung, Bodenbearbeitungsmaschine, Bodenbearbeitungsgerät

16

Traktor

18

Dreipunkt-Kraftheber, Dreipunkt-Heckhydraulik

20

Stützrad, Stützräder

22

Fräswerkzeug, rotierendes Fräswerkzeug

24

Einhausung, Gehäuse, Abschirmung

26

Geräterahmen

28

Boden, Erdreich

30

Dichtleiste, umlaufende Dichtleiste

32

Lagerung, höhenverstellbare Lagerung (des rotierenden Fräswerkzeuges)

34

Unterdruckquelle

36

Saugluft

38

Filtereinrichtung, Aktivkohlefilter

40

gereinigte Luft

42

Schlagleiste, Zerkleinerungsleiste

44

zerkleinertes Erdreich

46

Druckluft

48

höheneinstellbares Fräswerkzeug

50

Fahrtrichtung

52

Staubfilter

54

Gasanalyseeinrichtung

56

Ausgangssignale (der Gasanalyseeinrichtung)

58

Regelschaltung

60

Regelgrößen

62

Meißelwerkzeuge, Hartmetallmeißel

64

Zapfwellenanschluss

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 3908171 A1 [0002]
• DE 19606379 C2 [0004]
• DE 69425677 T2 [0005]
• WO 2014/063917 A1 [0019, 0019, 0021, 0025, 0030, 0035, 0035, 0036, 0043]

Claims (23)

1. Verfahren zur Aufnahme flüchtiger und/oder gasförmiger Schadstoffe, die in oberflächennahen Bodenabschnitten (28) im Erdreich gebunden sind, indem das Erdreich (28) in wenigstens einem Fräsvorgang über eine definierte Arbeitsbreite und in definierter Eingriffstiefe entlang eines Bearbeitungsstreifens und/oder in aufeinander folgenden und/oder nebeneinander liegenden Bearbeitungsstreifen mittels eines rotierenden Fräswerkzeuges (22) oder rotierender Fräswerkzeuge (22) abgetragen wird, wobei das abgefräste und/oder abgetragene Erdreich (44) während des Fräsvorganges mit Unterdruck beaufschlagt wird, und wobei die Saugluft (36) durch eine Filtereinrichtung (38) zur Abscheidung der Schadstoffe geleitet und/oder als gereinigte Luft (40) an die Umgebung abgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das wenigstens eine rotierende Fräswerkzeug (22) in seiner Arbeitstiefe gegenüber einer Fräsvorrichtung (14) einstellbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das mittels des rotierenden Fräswerkzeuges (22) abgetragene Erdreich (44) und/oder zerkleinerte Material vor dem Ansaugen zur Filtereinrichtung (38) mit Blasluft bzw. Druckluft (46) beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das abgetragene Erdreich (44) als zerkleinertes und/oder von Gasen befreites Material entgegen der Bearbeitungsrichtung (50) nach hinten wieder ausgegeben und auf den Boden (28) abgelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das abgelegte Material anschließend verdichtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Volumenstrom der abgesaugten und durch die Filtereinrichtung (38) geleiteten Luft größer ist als die zugeführte Luft.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine intermittierende oder permanente Messung einer Schadstoffkonzentration der zur Filtereinrichtung (38) geleiteten Absaugluft (36) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem auf Grundlage der gemessenen Schadstoffkonzentrationen eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Saugleistung und/oder der Rotationsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges (22) geregelt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Absaugen der Schadstoffe aus dem aufgebrochenen Erdreich (28) kontinuierlich erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Einhausung (24) des Fräswerkzeuges (22) während des Bodenbearbeitungsvorganges nach außen hin abgedichtet und/oder umliegende Bodenoberflächen mit einer flexiblen Abdeckung, insbesondere einer Gummimanschette abgedeckt werden.
11. Bodenbearbeitungsvorrichtung (14) zur Behandlung und abtragenden Bearbeitung von schadstoffbelastetem Erdreich (28) und zu dessen Reinigung von flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffen, die in oberflächennahen Bodenabschnitten im Erdreich gebunden sind, wobei die Vorrichtung (14) mindestens ein innerhalb einer Einhausung (24) rotierendes Fräswerkzeug (22) mit definierter Arbeitsbreite und definierter und/oder variabler Eingriffstiefe umfasst, wobei die Einhausung (24) mit einer Unterdruckquelle (34) zur Beaufschlagung der Einhausung (24) und des vom rotierenden Fräswerkzeug (22) abgetragenen Erdreichs (44) mit Saugluft (36) gekoppelt ist, und wobei die Saugluft (36) durch eine Filtereinrichtung (38) zur Abscheidung der Schadstoffe geleitet und/oder als gereinigte Luft (40) an die Umgebung abgegeben wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, deren Filtereinrichtung (38) wenigstens einen Aktivkohlefilter umfasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Aktivkohlefilter als Wechselkassette oder als wechselbares Modul mit definiertem Fassungsvermögen ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der das wenigstens eine Fräswerkzeug (22) bzw. die Fräswerkzeuge (22) durch Walzen oder Trommeln mit mindestens 60cm Durchmesser, insbesondere von mindestens 80 cm Durchmesser gebildet ist/sind, die eine Vielzahl von Eingriffswerkzeugen an der Außenmantelfläche der Trommel aufweisen, die als Meißelwerkzeuge ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der das wenigstens eine rotierende Fräswerkzeug (22) in seiner Arbeitstiefe gegenüber der Einhausung (24) einstellbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der dem Fräswerkzeug (22) wenigstens eine einstellbare Schlagleiste (42) bzw. Zerkleinerungsleiste (42) als Zerkleinerungseinrichtung für das Erdreich (44) bzw. das abgetragene Material zugeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei der dem Fräswerkzeug (22) und/oder der Schlag- oder Zerkleinerungsleiste (42) eine Blasdüse (46) oder mehrere Blasdüsen (46) zum Durchblasen des zerkleinerten Materials (44) vor dem Ansaugen zur Filtereinrichtung (38) zugeordnet ist/sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, der wenigstens eine Vibrationseinrichtung zum Verdichten des zuvor zerkleinerten und von Schadstoffen gereinigten und wieder auf dem Boden (28) abgelegten Materials zugeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei der die Einhausung (24) allseitig abgedichtet ist und nur eine begrenzte und/oder variabel definierbare Menge an Luft einströmen lässt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Einhausung (24) des Fräswerkzeuges (22) während des Bodenbearbeitungsvorganges nach außen hin abgedichtet und/oder umliegende Bodenoberflächen mit einer flexiblen Abdeckung, insbesondere einer Gummimanschette abgedeckt sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, der eine Messeinrichtung zur Erfassung einer Schadstoffkonzentration der zur Filtereinrichtung (38) geleiteten Absaugluft (36) zugeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, die mit einer Regeleinrichtung zur Regelung einer Fahrgeschwindigkeit und/oder einer Saugleistung und/oder einer Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Fräswerkzeuges (22) in Abhängigkeit von den Messwerten ausgestattet ist.
23. Maschinenkombination (10), umfassend ein Zugfahrzeug (12) sowie eine daran angebaute, insbesondere front- oder heckseitig angelenkte Bodenbearbeitungsvorrichtung (14) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 22 mit mindestens einem höhenverstellbar in einer Einhausung (24) gelagerten rotierenden Fräswerkzeug (22) sowie mit einer Absaug- und Filtereinrichtung (38) zur Reinigung von abgetragenem Erdreich (44) von darin enthaltenen flüchtigen und/oder gasförmigen Schadstoffen.

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