DE10249924A1 - Verfahren und Anlage zur Entfernung von leicht-und mittelflüchtigen Verunreinigungen aus dem Erdreich - Google Patents

Abstract

Verfahren zur beschleunigten Entfernung von leicht- und mittelflüchtigen Verunreinigungen aus dem Erdreich, bei welchem das Areal des zu reinigenden Erdreichs an der Oberfläche weitgehend gasundurchlässig abgedeckt ist bzw. wird. Die Abdeckung wird an mindestens einer Stelle flächig bis zur gasdurchlässigen Oberfläche des zu reinigenden Erdreichs durchbrochen und über der durchbrochenen Fläche ein gegen den Zutritt von Umgebungsluft abgedichteter Raum erstellt, aus welchem durch Anlegen von Unterdruck die mit den Verunreinigungen versehene Bodenluft abgesaugt wird. In der abgeschiedenen Bodenluft enthaltenen Verunreinigungen werden dann abgeschieden. DOLLAR A Die von den Verunreinigungen befreite Bodenluft wird in wenigstens einen vom Absaugbereich der verunreinigten Bodenluft beabstandeten, durch die gasundurchlässige Abdeckung in das darunterliegende Erdreich eingebrachten Injektionsbrunnen zurückgeführt und - vorzugsweise nach vorausgehender Erwärmung - unter Druckerhöhung durch die Brunnenwandung ins Erdreich eingebracht.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur beschleunigten Entfernung von leicht- und mittelflüchtigen Verunreinigungen aus dem Erdreich, bei welchem das Areal des zu reinigenden Erdreichs an der Oberfläche weitgehend gasundurchlässig abgedeckt ist bzw. wird, die Abdeckung an mindestens einer Stelle flächig bis zur gasdurchlässigen Oberfläche des zu reinigenden Erdreichs durchbrochen und über der durchbrochenen Fläche ein gegen den Zutritt von Umgebungsluft abgedichteter Raum erstellt wird, aus welchem durch Anlegen von Unterdruck die mit den Verunreinigungen versehene Bodenluft abgesaugt wird, worauf die in der abgeschiedenen Bodenluft enthaltenen Verunreinigungen abgeschieden werden sowie einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
• Zur Entfernung von leichtflüchtigen Schadstoffen, wie BTX-Aromaten, Chlor-Kohlenwasserstoff etc. aus der ungesättigten Bodenzone ist – neben anderen – ein Bodenluftabsaugverfahren entwickelt worden, welches sich grundsätzlich be währt hat ( DE 44 02 460 C2 ). Bei diesem bekannten Verfahren wird mittels einer Anlage zur Erzeugung von Unterdruck aus einem im Boden befindlichen Schacht oder einer über dem Boden befindlichen Absaugglocke Bodenluft abgesaugt und damit ein Unterdruck erzeugt. Mit dem abgesaugten Luftstrom werden die Schadstoffe ausgetragen und oberirdisch aus dem Luftstrom, z.B. über Aktivkohle, entfernt und/oder – z.B. in Verbrennungsanlagen – oxidiert und damit unschädlich gemacht.
• Für mittelflüchtige Stoffe, z.B. Treibstoffe, Heizöl etc. ist dieses Verfahren weniger gut geeignet. Je nach Größe des kontaminierten Bereichs des Bodens, Schadstoffmenge und Bodenaufbau können solche Bodenluftsanierungen Monate bis Jahrzehnte dauern. Gerade bei feinkörnigeren Böden werden die Schadstoffe durch die Bodenteilchen gebunden und zurückgehalten, was zu langen Sanierungszeiten führt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Absaugverfahren so weiterzubilden, dass es auch bei feinkörnigeren Böden in kürzeren Behandlungszeiträumen auch für die genannten mittelflüchtigen Kohlenwasserstoffe, wie Treibstoff, Heizöl etc., wirtschaftlich einsetzbar ist. Außerdem soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage angegeben werden.
• Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die von den Verunreinigungen befreite Bodenluft in wenigstens einen vom Absaugbereich der verunreinigten Bodenluft beabstandeten, durch die gasundurchlässige Abdeckung in das Barunterliegende Erdreich eingebrachten Injektionsbrunnen zurückgeführt und unter Druckerhöhung durch die Brunnenwandung ins Erdreich eingebracht wird. Die gereinigte Bodenluft wird also nicht in die Umgebungsluft abgeblasen, sondern vom Bereich der Absaugung der Bodenluft beabstandet wieder in das Erdreich zurückgeführt.
• Dabei ist eine Durchführung des Verfahrens besonders vorteilhaft, bei welcher die von Verunreinigungen befreite Bodenluft vor ihrer Zurückführung ins Erdreich über den wenigstens einen Injektionsbrunnen erwärmt wird. Durch die daraus resultierende Erhöhung der Boden- und Bodenlufttemperatur wird – in Abhängigkeit vom Dampfdruck der jeweils abzuführnden Komponente mehr Schadstoff in die Bodenluftphase überführt und kann dann auf diesem Weg in größerer Menge und kürzerer Zeit ausgetragen werden.
• Es sind bereits Ansätze zur Erhöhung der Boden- und Bodenlufttemperatur versucht worden, bei denen Temperaturerhöhungen durch Sattdampf, Hochfrequenztechnologie, feste Wärmequellen etc. versuchsweise angewandt wurden. In der Praxis haben sich diese Verfahrensweisen aufgrund der sehr hohen Kosten und der zum Teil anfälligen Techniken nicht bewährt. Außerdem wird durch die zum Teil sehr hohen Temperaturen der Boden biologisch abgetötet und seiner Selbstreinigungskräfte beraubt. Ein weiterer Nachteil des Sattdampf-Verfahrens ist die Bildung einer Kondensationsfront in der ungesättigten Bodenzone, die zur Folge hat, dass auch schadstoffbelastetes Kondensat gefördert und gereinigt werden muss.
• Demgegenüber wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt so durchgeführt, dass zur Erwärmung der in den Boden zurückzuführenden gereinigten Bodenluft die von einer den Unterdruck zur Absaugung der verunreinigten Bodenluft aus dem Erdreich vorgesehenen Absauganlage erzeugte Abwärme und/oder die von einer den Überdruck in der abgesaugten und gereinigten Bodenluft erzeugenden Druckerhöhungsanlage anfallende Verlustwärme zumindest zum Teil auf die von Verunreinigungen befreite Bodenluft übertragen wird, die dann praktisch auch als Kühlmedium für die Absaug- bzw. Druckerhöhungsaggregate dient und dabei eine – im Vergleich zu dem bekannten Verfahren – mäßige Temperaturerhöhung erfährt, die aber – im Vergleich zur herkömmlichen kalten Absaugung – eine deutliche Erhöhung des Schadstoffaustrags und somit auch einer Verkürzung der Behandlungsdauer des zu behandelnden Erdreichs zur Folge hat.
• Sofern im Bereich des zu behandelnden Bodens äußere Wärmequellen zur Verfügung stehen, beispielsweise Abwärme aus Kraftanlagen etc., kann von Vorteil sein, wenn die gereinigte Bodenluft vor ihrer Zurückführung in den Boden – gegebenenfalls auch zusätzlich zur Temperaturerhöhung durch Wärmeübertragung von den mechanischen Aggregaten – Wärmeenergie von der äußeren Wärmequelle zugeführt wird.
• Der bzw. die Injektionsbrunnen wird bzw. werden dabei zweckmäßig bis in eine unmittelbar oberhalb des Grundwasserspiegels oder einer weitgehend gasundurchlässigen Bodenschicht endenden Tiefe ins Erdreich eingebracht. Damit wird sichergestellt, dass die zusätzlich eingebrachte Wärmeenergie nur in der Luftphase wirksam wird und nicht etwa zu einem mehr oder weniger großen Anteil zur Erwärmung des Grundwassers oder unbelasteter Bodenbereiche dient.
• Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Anlage weist – in Übereinstimmung mit den für die Durchführung des Verfahrens der kühlen Absaugung entwickelten Anlage – eine an einem im Bereich der durchbrochenen Fläche freigelegten Oberseite des Erdreichs zur Umgebungsluft abgedichtet montierbaren Absaugraum anschließbare motorisch antreibbare Saugpumpe auf, welcher Abscheider für Flüssigkeitströpfchen oder feste Partikel vor- und Filter oder andere Nachbehandlungseinrichtungen zur Oxidation der flüchtigen Verunreinigungen nachgeschaltet sind, und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Druckanschluss der Saugpumpe über wenigstens eine Leitung druckdicht mit dem oberen Ende wenigstens eines vom Ansaugbereich des Absaugraums beabstandet ins Erdreich einbringbaren rohrförmigen Injektionsbrunnen aus einem schadstoff- und temperaturbeständigen Mate rial, z.B. Metall, verbunden ist, welcher in seinem in bestimmungsgemäßer Einbauposition im Erdreich liegenden Bereich eine zumindest partiell gasdurchlässige Wandung aufweist.
• Der Absaugraum kann dabei – in an sich bekannter Weise – von einer bodenseitig offenen, auf die freigelegte Oberseite des Bodens aufsetzbaren Saugglocke gebildet werden, an welcher der Sauganschluss der motorisch antreibbaren Saugpumpe angeschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Absaugraum auch vom oberen geschlossenen und gasdichten Endabschnitt eines ins Erdreich einbrinbaren rohrförmigen Absaugbrunnens gebildet werden, welcher in einem in der bestimmungsgemäßen Einbauposition im Erdreich befindlichen Teilabschnitt eine zumindest partiell gasdurchlässige Wandung aufweist.
• Im Bereich der wenigstens einen, die gereinigte Bodenluft zum Injektionsbrunnen führenden Leitung kann dann ein die Bodenluft ggf. zusätzlich zur Erwärmung in dem Absaug- bzw. Druckerhöhungsaggregat erwärmende Wärmequelle vorgesehen sein. Eine solche zusätzliche Erhöhung der Bodenluft, die allerdings so erfolgen sollte, dass die früher erwähnte biologische Abtötung des behandelten Erdreichs nicht erfolgt, ist insbesondere dann sinnvoll, wenn im Bereich der Anlage zur Bodenbehandlung ohnehin Wärmeenergie, z.B. aus der Abwärme von Kraftwerken, zur Verfügung steht.
• Um die Erhöhung der Temperatur des Bodens bzw. der Bodenluft im Behandlungsbereich überwachen bzw. steuern zu können, ist es weiter von Vorteil, wenn eine Anzahl von in unterschiedlichen Abständen zwischen dem wenigstens einen Injektionsbrunnen und dem Absaugraum in wählbarer Tiefe von der Erdoberfläche in den Boden einbringbare Temperatur-Messfühler vorgesehen sind, welche an eine Temperatur-Mess- und/oder -Steuervorrichtung anschließbar sind.
• Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, welche in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Erdreich veranschaulicht.
• In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichneten Anlage zur Entfernung von flüchtigen Verunreinigungen aus dem Erdreich dargestellt.
• Die Anlage 10 dient zur Behandlung, d.h. der Entfernung von leicht- und mittelflüchtigen Verunreinigungen aus einem Bereich des an seiner Oberseite mit einer weitgehend gas- oder luftundurchlässigen Abdeckung 12 versehenen Bodens 14, welcher zwischen einem in der Zeichnung links dargestellten, in den Boden 14 niedergebrachten rohrförmigen Injektionsbrunnen 16 und einer von diesen beabstandeten, abgedichtet auf die Oberseite des dort mit einer Durchbrechung der Abdichtung 12 versehenen Bodens aufgesetzten Saugglocke 18 bzw. einem in der gleichen Weise durch die Abdeckung 12 hindurch in den Boden 14 niedergebrachten rohrförmigen Absaugbrunnen 20. Sowohl der Injektionsbrunnen 16 als auch der Absaugbrunnen 20 können beispielsweise aus einem in einer Bohrung im Boden eingebrachten, am oberen Ende durch jeweils eine Stirnwand 22 bzw. 24 verschlossenen Stahlrohr bestehen, welche in einem von der Abdeckung 12 beabstandeten unteren Bereich mit Durchbrechungen oder Öffnungen in Form von Schlitzen 26, Bohrungen etc. versehen und dort also luftdurchlässig ausgebildet sind.
• An der oberen geschlossenen Deckwand der Saugglocke 18 ist eine Saugleitung 28 angeschlossen, welcher im Innern der Saugglocke 18 noch einen Abscheider oder Filter 30 für Feststoffpartikel vorgeschaltet sein kann. Die Saugleitung 28 ist über zwei voneinander beabstandeten Absperrorgane 32, 34 mit einem Wasserabscheider 36 verbunden, in welchem in der aus dem Boden 14 abgesaugten Bodenluft noch enthaltene Flüssigkeit abgeschieden wird. Der Absaugbrunnen 20 ist über eine an seiner oberen Stirnwand 24 angeschlossenen Absaugleitung 38 an den zwischen den Absperrorganen 32 und 34 liegenden Bereich der Saugleitung 28 angeschlossen.
• Die im Wasserabscheider 36 entfeuchtete Bodenluft wird dann über eine Leitung 40 zur Saugseite einer mit einer – nicht dargestellten – Saugpumpe einer Absauganlage 42 geführt. Über eine an der Druckseite der Saugpumpe der Absauganlage 42 angeschlossene Leitung 44 wird die entfeuchtete – aber noch mit Schadstoffen beladene – Bodenluft mit erhöhtem Druck über Aktivkohlefilter 46 geführt, in welchem die flüchtigen Schadstoffe adsorbiert werden. Die insoweit von Schadstoffen befreite Bodenluft tritt aus dem Aktivkohlefilter in eine Leitung 48 aus, welche zu weiteren Nachbehandlunseinrichtungen, z.B. Verbrennungsanlagen zur Oxidation von noch enthaltenen Schadstoffen, geführt werden kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an die durch ein Absperrorgan 50 verschließbare Leitung 48 eine Rückführleitung 52 angeschlossen, die ebenfalls durch ein Absperrorgan 54 wahlweise zur Leitung 48 geöffnet bzw. gegen sie abgeschlossen werden kann.
• Von der bis in den Bereich des Injektionsbrunnens 16 geführten Rückführleitung 52 führt eine in den oberen abgeschlossenen Endbereich des Injektionsbrunnens 16 geführte Druckleitung 56 ab, die wiederum durch ein Absperrorgan 58 wahlweise mit der Rückführleitung 52 verbunden bzw. gegen sie abgeschlossen werden kann.
• Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Anlage 10 ist die beim Durchtritt durch die Abscheider, die Saugpumpe, den Aktivkohlefilter sowie eventuelle Nachverbrennungseinrichtungen erwärmte und gereinigte Bodenluft durch eine zusätzliche äußere Wärmequelle 60 erwärmbar, welche bei spielsweise von einem von ohnehin zur Verfügung stehender Abwärme oder Abdampf durchströmten Wärmetauscher gebildet sein kann. Im Falle der zusätzlichen Erwärmung der gereinigten Bodenluft wird über ein dann bei geschlossenem Absperrorgan 58 geöffnetes Absperrorgan 62 in der Rückführleitung 52 die Bodenluft durch die zusätzliche Wärmequelle 60 geführt und dann über eine weitere, durch ein Absperrorgan 64 wahlweise zu öffnende oder zu verschließende Leitung 66 in Strömungsrichtung hinter dem Absperrorgan 58 in die Leitung 56 eingespeist und von dort in den Injektionsbrunnen 16 gefördert.
• Die dem Injektionsbrunnen 16 zugeführte im Druck erhöhte, erwärmte und gereinigte Bodenluft tritt dann wieder aus den Schlitzen oder Öffnungen 26 in den zu reinigenden Bodenbereich aus, wo sich infolge der durch die Saugglocke 18 bzw. den Absaugbrunnen 20 erzeugten Unterdrucks eine Luftströmung ausbildet, welche durch die in diesem Bodenbereich eingezeichneten Pfeile veranschaulicht ist.
• Zur Überwachung und ggf. auch Steuerung der Temperatur der Bodenluft bzw. des Bodens 14 im zu behandelnden Bereich sind dann noch in unterschiedlichen Höhen und Abständen Temperaturmessungssonden 70 in den Boden eingebracht, welche die Überwachung und – ggf. – Zufuhr von Wärmeenergie zu der in den Injektionsbrunnen 16 eingebrachten Luft über die Wärmequelle 60 zu steuern erlauben.

Claims (10)

1. Verfahren zur beschleunigten Entfernung von leicht- und mittelflüchtigen Verunreinigungen aus dem Erdreich, bei welchem das Areal des zu reinigenden Erdreichs an der Oberfläche weitgehend gasundurchlässig abgedeckt ist bzw. wird, die Abdeckung an mindestens einer Stelle flächig bis zur gasdurchlässigen Oberfläche des zu reinigenden Erdreichs durchbrochen und über der durchbrochenen Fläche ein gegen den Zutritt von Umgebungsluft abgedichteter Raum erstellt wird, aus welchem durch Anlegen von Unterdruck die mit den Verunreinigungen versehene Bodenluft abgesaugt wird, worauf die in der abgeschiedenen Bodenluft enthaltenen Verunreinigungen abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Verunreinigungen befreite Bodenluft in wenigstens einen vom Absaugbereich der verunreinigten Bodenluft beabstandeten, durch die gasundurchlässige Abdeckung in das darunterliegende Erdreich eingebrachten Injektionsbrunnen zurückgeführt und unter Druckerhöhung durch die Brunnenwandung ins Erdreich eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von Verunreinigungen befreite Bodenluft vor ihrer Zurückführung ins Erdreich über den wenigstens einen Injektionsbrunnen erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung der ins Erdreich zurückzuführenden gereinigten Bodenluft die von einer den Unterdruck zur Absaugung der verunreinigten Bodenluft aus dem Erdreich vorgesehenen Absauganlage erzeugten Abwärme und/oder die von einer den Überdruck in der abgesaugten und gereinigten Bodenluft erzeugenden Druckerhöhungsanlage anfallende Verlustwärme zumindest zum Teil auf die von Verunreinigungen befreite Bodenluft übertragen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der gereinigten Bodenluft vor ihrer Zurückführung ins Erdreich über den Injektionsbrunnen zugeführte Wärmeenergie von einer äußeren Wärmequelle zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Injektionsbrunnen bis in eine unmittelbar oberhalb des Grundwasserspiegels oder einer weitestgehend gasundurchlässigen Bodenschicht endende Tiefe ins Erdreich eingebracht wird bzw. werden.
6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem an einer im Bereich der durchbrochenen Fläche freigelegten Oberseite des Erdreichs zur Umgebungsluft abgedichtet montierbaren Absaugraum anschließbaren motorisch antreibbaren Saugpumpe, welcher Abscheider (30; 36) für Flüssigkeitströpfchen oder feste Partikel vor- und Filter (46) für die flüchtigen Verunreinigungen nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckanschluss der Saugpumpe über wenigstens eine Leitung (44; 48; 52; 56) druckdicht mit dem oberen Ende wenigstens eines vom Ansaugbereich des Absaugraums beabstandet ins Erdreich einbringbaren rohrförmigen Injektionsbrunnen (16) aus einem schadstoff- und temperaturbeständigen Material verbunden ist, welcher in seinem in bestimmungsgemäßer Einbauposition im Erdreich liegenden Bereich eine zumindest partiell gasdurchlässige Wandung aufweist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugraum von einer bodenseitig offenen, auf die freigelegte Oberseite des Bodens (14) aufsetzbaren Saugglocke (18) gebildet wird, an welcher der Sauganschluss der motorisch antreibbaren Saugpumpe angeschlossen ist.
8. Anlage nach Anspruch 6 und/oder Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der Absaugraum vom oberen geschlossenen und gasdichten Endabschnitt eines in den Boden (14) einbringbaren rohrförmigen Absaugbrunnens (20) gebildet wird, welcher in einem in der bestimmungsgemäßen Einbauposition im Boden (14) befindlichen Teilabschnitt eine zumindest partiell gasdurchlässige Wandung aufweist.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der wenigstens einen, die gereinigte Bodenluft zum Injektionsbrunnen (16) führenden Leitung (52, 66) eine Wärmequelle (60) vorgesehen ist, welche zur Zufuhr von Wärmeenergie auf die zum Injektionsbrunnen (16) zurückgeführte gereinigte Bodenluft geeignet ausgebildet ist.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Anzahl von in unterschiedlichen Abständen zwischen dem wenigstens einen Injektionsbrunnen (16) und dem Absaugraum in wählbarer Tiefe von der Erdoberfläche in den einbringbare Temperatur-Messfühler (70), welche an eine Temperatur-Mess- und/oder -Steuervorrichtung anschließbar sind.