DE19505514A1 - Verfahren zur Dekontaminierung von mit Schwermetallen und organischen Schadstoffen belasteten Böden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten Dekontaminierung von mit schwerabbaubaren organischen Schadstoffen und Schwermetallen belasteten Böden.

Bodenkontaminationen sind häufig durch Substanzen hydrophoben Charakters verursacht (Teere, chlororganische Verbindungen, Mineralölkohlenwasserstoffe, poly­ cyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, polychlorierte Biphenyle, Pestizide u. a.), die an den Bodenpartikeln aufgrund der hydrophob-hydrophob-Wechselwirkung in besonderem Maße immobilisiert sind. Auch Schwermetalle liegen in der Bodenstruktur meist immobilisiert vor, z. B. Arsen, und stellen auf Grund eines zwar geringen, aber definierten Löslichkeitsproduktes ihrer Verbindungen bzw. Salze ein stoffliches Langzeitgefahren­ potential dar.

Bekannt sind verschiedene Methoden zur Dekontaminierung belasteter Böden. Zahlreiche Verfahren betreffen entweder den Abbau organischer Schadstoffe oder die Eliminierung von Schwermetallen.

Zum Abbau der organischen Belastungen wird gemäß der DE 39 01 050 der kontaminierte Boden mit Beton- und/oder Bauschutt vermischt, bevor danach in Regenerierungsmieten der mikrobiologische Schadstoffabbau durch die Zufuhr von Sauerstoff gewährleistet wird.

Zur Behandlung schwermetallhaltiger Schlämme ist die Zugabe von Komplexierungsmitteln in der EU 0 226 787 angegeben.

In der EU 0 379 261 wird ein Kreislaufverfahren zur Reinigung lediglich organisch be­ lasteter Böden beschrieben. Eine Miete verunreinigten Bodens, die mit Dränage- und Belüftungsrohren durchzogen ist, wird mit Prozeßwasser berieselt. Dieses wird am Boden der Miete aufgefangen, in einer getrennten Prozeßstufe biologisch oder physikalisch- chemisch gereinigt und der Verrieselung wieder zugeführt.

Der mit der getrennten Behandlung für die Dekontaminierung von mit Schwermetallen und schwerabbaubaren organischen Schadstoffen belasteten Böden verbundene hohe Auf­ wand wird durch kombinierte Verfahren vermieden. So wird beispielsweise in einem Verfahren mit zwei getrennten Prozeßstufen der belastete Boden zur Schwermetallent­ fernung mit biologisch umsetzbaren Säuren oder Säuregemischen gelaugt und danach findet in einem zweiten Schritt in Gegenwart der Neutralsalze der Laugungssäuren im Bio­ reaktor eine Dekontamination der organischen Schadstoffe statt (DE 41 17 515).

Zur Vermeidung der Inhibierung des mikrobiellen Abbaus von organischen Schadstoffen durch vorhandene hohe Konzentrationen an bioverfügbaren Schwermetallen wird in einem anderen Verfahren diese Inhibierung durch die Zumischung eines feinkörnigen alumosilikatischen Adsorbens aufgehoben, so daß dann in einem zweiten Schritt der mikrobiologische Abbau der Kohlenwasserstoffe ablaufen kann (DE 43 12 351).

Als Nachteil der bekannten Verfahren erweist sich deren Zweistufigkeit, woraus zusätz­ liche Kosten aufgrund der dadurch bedingten hohen Aufwendungen (Logistik, Personal, Anlagenkapazität, Zwischenlagerfläche) resultieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das der Abbau von organischen Schadstoffen und Schwermetallen gleichzeitig in einer Prozeßstufe erfolgt.

Erfindungsgemäß wird die Dekontaminierung von mit schwerabbaubaren organischen Schadstoffen und Schwermetallen belasteten Böden dadurch erreicht, daß die mit orga­ nischem Substrat vermischten kontaminierten Böden mit Prozeßwasser in Kontakt gebracht werden, das Mikroorganismen, Nähr- und Spurenstoffe sowie einen oder mehrere Kom­ plexatoren enthält. Als Komplexatoren werden vorzugsweise Schwermetallmobilisatoren wie anorganische Anionen, beispielsweise Hydroxyl-, Chlorid-, Sulfat-, Phosphat oder Polyphosphationen, oder organische polyfunktionelle Verbindungen, beispielsweise Polyhydroxyverbindungen, Polycarbonsäuren, Oxy-, Amino- oder Nitrilocarbonsäuren, wie Zitronensäure, Oxalsäure, Nitrilotriessigsäure bzw. andere bekannte Chelatbildner mit hoher Tendenz zur Komplexierung von Schwermetallionen sowie Huminstoffe (Huminsäu­ ren, Fulvosäuren) eingesetzt.

Durch die Zugabe von Komplexatoren wird eine kontrollierte Mobilisierung der Schwermetalle bei gleichzeitiger Komplexierung erreicht und damit vermieden, daß schad­ stoffabbauenden Mikroorganismen, die eine hohe Affinität zu hydrophoben Schadstoffen aufweisen, inhibiert oder in anderer Art und Weise in ihrer Leistungsfähigkeit beeinträchtigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sichert somit durch kontrollierte Erhöhung der Mobi­ lität der Schwermetalle und ihre Komplexierung die Wirksamkeit der Mikroorganismen beim Abbau der organischen Schadstoffe.

Gemäß der Erfindung werden Mikroorganismen verwendet, die sich durch eine außer­ ordentliche Affinität zu hydrophoben Substanzen auszeichnen und über Stoffwechsel­ mechanismen zur Umsetzung dieser Substanzen verfügen.

Der Zusatz von Nähr- und Spurenstoffen gewährleistet, daß den Mikroorganismen für ihr Wachstum auf den organischen Schadstoffen als Kohlenstoff- und Energiequelle optimale Bedingungen geboten werden.

Von Vorteil ist, dem kontaminierten Boden ca. 5 Gew.-% organische Substrate, vorzugs­ weise Torf, Rindenmulch, Stroh, Komposterde, Holzschnitzel, Klärschlamm einzeln oder als Gemisch zuzumischen. Dadurch wird der Boden aufgelockert, und es werden Oberflächen für die Adsorption von Mikroorganismen und damit insgesamt günstigere Bedingungen für den Schadstoffabbau geschaffen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß das Verfahren eine Kreislaufführung des Prozeßwassers ermöglicht. Das mit hydrophoben Mikroorganismen, Nähr- und Spurenstoffen sowie Komplexatoren versehene Prozeßwasser wird über den kontaminierten Boden verrieselt. Nach Durchdringen des Bodens wird das Prozeßwasser über ein Dränagesystem aufgefangen und anschließend werden die Schwermetalle entfernt. Nach Neuaufladung mit Mikroorganismen, Nähr- und Spurenstoffen sowie mit Komplexatoren wird das Prozeßwasser wiederum über dem zu sanierenden Boden zur Verrieselung gebracht.

Die Erstaufladung des Prozeßwassers mit Mikroorganismen, Nähr- und Spurenstoffen sowie mit Komplexatoren erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit vom Grad der Konta­ minierung des Bodens. Die Wiederaufladung des Wassers nach Durchdringung des Bodens und anschließender Schwermetallentfernung richtet sich nach dem jeweils erreichten Grad der Dekontaminierung. Nach einer analytischen Bestimmung der Konta­ mination hinsichtlich Art, Konzentration und Bioverfügbarkeit der Schadstoffe im Boden sowie der Bodenparameter incl. seiner biologischen Aktivität werden die technologischen Parameter der Prozeßführung festgelegt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in einem einstu­ figen Verfahren gleichzeitig der Abbau von organischen Schadstoffen und die Eliminierung der vorhandenen Schwermetalle in einem Kreislaufprozeß erfolgt, bei dem mit Ausnahme der Schwermetallrückstände keine weiteren Abfälle entstehen.

Claims (14)

1. Verfahren zur kombinierten Dekontaminierung von mit schwerabbaubaren organischen Schadstoffen und Schwermetallen belasteten Böden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit geringen Mengen von organischem Substrat zu vermischenden Böden mit Prozeßwasser in Kontakt gebracht werden, das Mikroorganismen, Nähr- und Spurenstoffe sowie einen oder mehrere Komplexatoren enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mikroorganismen mit einer hohen Affinität zu hydrophoben Schadstoffen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen der Gat­ tungen Mycobacterium, Nocardia, Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacterium, Micro­ bacterium, Pseudomonas, Rhodococcus eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nährstoffe anorganische N- und P-Verbindungen und als Spurenstoffe Salze der Metalle Mangan, Molybdän, Zink, Kupfer, Kobalt sowie Panthothensäure zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komplexatoren Schwer­ metallmobilisatoren verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwermetallmobilisatoren Hydroxyl-, Chlorid-, Sulfat-, Phosphat- oder Polyphosphationen sowie andere anorga­ nische Anionen zum Einsatz kommen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwermetallmobilisatoren Polyhydroxyverbindungen, Polycarbonsäuren, Oxy-, Amino- oder Nitrilocarbonsäuren und andere Chelatbildner angewendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise Zitronensäure, Oxalsäure und Nitrilotriessigsäure eingesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwermetallmobilisatoren Huminstoffe (Huminsäuren, Fulvosäuren) Anwendung finden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Substrat aus Torf, Rindenmulch, Stroh, Komposterde, Holzschnitzel und Klärschlamm einzeln oder als Gemisch besteht und mit ca. 5 Gew.-% dem Boden zugefügt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßwasser über den zu dekontaminierenden Boden verrieselt und nach Durchdringen des Bodens über ein Dränagesystem aufgefangen wird, anschließend eine Schwermetallentfernung erfolgt, und das Prozeßwasser nach Wiederaufladung mit Mikroorganismen, Nähr- und Spurenstoffen sowie mit Komplexatoren im Kreislauf über dem Boden zur Verrieselung gebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erstaufladung mit Mikroorganismen, Nähr- und Spurenstoffen sowie mit Komplexatoren in Abhängigkeit vom Grad der Kontaminierung der Böden und die Wiederaufladung vom jeweils erreichten Grad der Dekontaminierung der Böden erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Dekontamination sowohl als on- bzw. off-site-Mieten-Verfahren als auch in einem geschlossenen Bioreaktor ausgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Substrat, die Nähr- und Spurenstoffe und/oder die Mikroorganismen und/oder die Komplexatoren als Gemisch den zu dekontaminierenden Böden zu Beginn zugesetzt werden.