DE19604754A1 - Verfahren zum Reinigen von durch Kohlenwasserstoffe verunreinigtem Boden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von durch Kohlenwasserstoffe verunreinigtem Boden, wobei der Boden in einem Reaktor, unter Vorhandensein von Sauerstoff, mit aeroben Mikroorganismen, die Kohlen­ wasserstoffe abbauen, in Kontakt gebracht wird.

Mikroorganismen, die Kohlenwasserstoffe abbauen, sind bekannt und in der Luft und im Boden vorhanden, vor allem vor Ort an verseuchten Stellen. Es reicht dann auch aus, den Boden mit Luft in Kontakt zu bringen, obwohl das Hinzufügen einer Vorkultur von Mikroorganismen, die von verseuchten Stellen stammen, für bestimmte Bodenarten erforderlich sein kann.

Der Sauerstoff stammt meistens aus der Luft.

Im allgemeinen wurde angenommen, daß die Kohlenwasser­ stoff-Verschmutzungsstoffe stark von den Bodenteilchen absorbiert sind und daß zum Erhalt eines guten Kontakts zwischen den Mikroorganismen und dem Boden dieser Boden in Suspension in Wasser gebracht werden mußte.

So wird bei den bekannten Verfahren der Boden in Form eines Breies mit einem Wassergehalt von 70 bis 80 Gewichtsprozent unter Vorhandensein von Luft behandelt.

Eigentlich geschieht die Reinigung gemäß den bekannten Techniken zur Wasserreinigung.

Die Übertragung von Sauerstoff über Wasser an die Mikroorganismen ist jedoch relativ schlecht, so daß für dieses bekannte Verfahren relativ große Luftmengen verwendet werden müssen und die Behandlung ziemlich träge verläuft.

Da die Mikroorganismen mesophil sind und bei Temperaturen um 28°C optimal arbeiten, ist es empfehlenswert, die Bodensuspension zu erwärmen, was aufgrund der großen Menge ziemlich teuer ist.

Es ist auch unmöglich, die verwendete Prozeßluft von verflüchtigten Verunreinigungen zu reinigen.

Aus diesen Gründen wird für die Sanierung des Bodens um Tankstellen und dergleichen meistens ein anderes Verfahren verwendet, wobei Luft aus dem Boden gesaugt und behandelt wird.

Dieses Verfahren vermeidet die Verwendung eines Reaktors, ist jedoch sehr träge.

Die Behandlung kann mehr als ein Jahr dauern.

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zum Reinigen von durch Kohlenwasserstoffe verunreinigtem Boden bereitzustellen, das sehr einfach und schnell ist, das weniger Sauerstoff erfordert und das relativ billig ist.

Zu diesem Ziel wird Luft durch den Mischreaktor geführt, mit einer Fördermenge zwischen 2 und 100 Liter pro Stunde pro Kilogramm Trockenmasse, und der Boden wird trocken, das heißt, mit einem Trockenmassegehalt von mehr als 65 Gewichtsprozent, in einem Mischreaktor mit Luft gemischt, so daß die verflüchtigte Kohlenwasserstoffphase ange­ sichts der niedrigen Luftfördermenge und des hohen Trockenmassegehalts ebenfalls mikrobiologisch abgebaut wird.

Mit Mischreaktor ist hier ein Reaktor gemeint, der mit einer Mischvorrichtung, wie etwa rotierenden Schaufeln oder Armen, versehen ist. Die Ausführung der Schaufeln ist aufgrund der hohen Kräfte, die beim Mischen dieser relativ trockenen Bodenmasse auftreten, von größter Bedeutung.

Durch, im Gegensatz zu dem gängigen Vorurteil, doch trocken zu arbeiten, kann eine hohe Abbaugeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffe erhalten werden.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Boden in einen geschlossenen Mischreaktor mit Luft als Sauerstoffquelle gebracht und werden die Luftzufuhr und -abfuhr kontrolliert.

Mit der Absicht, die Merkmale dieser Erfindung zu verdeutlichen, ist hiernach, als Beispiel ohne jeden einschränkenden Charakter, eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Reinigen von durch Kohlenwasserstoffe verunreinigtem Boden beschrieben, unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
die Fig. 1 bis 3 Diagramme darstellen, die den Verlauf der Ölmenge im Boden, beziehungsweise der Ölmenge in der Luft und der Menge von Mikroorganismen im Boden illustrieren, in Abhängigkeit von der Zeit, während der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung;
die Fig. 4 und 5 Diagramme darstellen, die die maximale Abbaugeschwindigkeit beziehungsweise den Ölgehalt nach dem Verfahren bei unterschiedlichem Trockenmassegehalt und für unterschiedliche Luftfördermengen illustrieren.

Zum Reinigen von mit Kohlenwasserstoffen verunreinigtem Boden wird dieser Boden trocken, das heißt, mit einem Trockenmassegehalt von mehr als 65 Gewichtsprozent und vorzugsweise größer oder gleich 70 Gewichtsprozent, in einen Mischreaktor gebracht, worin der Boden mit Hilfe rotierender Schaufeln unter Vorhandensein von Luft mit sich selbst vermischt wird.

Zum Mischen werden Leistungen verwendet bis 44 W/kg, jedoch Mischleistungen rund 22 W/kg erwiesen sich als die geeignetsten.

Falls der verseuchte Boden Baggerschlamm ist oder Schlick ist, der vor dem Verpumpen mit Wasser verdünnt wurde, wird dieser Boden zuerst entwässert, beispielsweise auf sogenannten Rieselfeldern oder durch Pressen. Vor dem Pressen kann der Boden eventuell in Zyklonen in eine saubere Fraktion und eine stark verunreinigte Fraktion getrennt werden, wie in EP-A-538.932 beschrieben, wobei nur die letztere Fraktion weiter behandelt werden muß.

Aerobe Bakterien, die Kohlenwasserstoffe abbauen und die in der Luft und/oder im Boden vorhanden sind, sorgen für den Abbau der Kohlenwasserstoffe.

Der Abbau kann beschleunigt werden, indem dem Boden eine Bodenkultur, entnommen an verunreinigten Stellen, oder eine Vorkultur dieser Bakterien zugesetzt wird, beispielsweise ein selektierter Mikroorganismus mit Identifikationsnummer LH168 (Acinetobacter calcoaceti­ cus).

Angesichts dessen, daß diese Mikroorganismen bei Temperaturen um 28°C optimal arbeiten, wird der Mischreaktor bis auf diese Temperatur erwärmt.

Der verwendete Mischreaktor ist vom geschlossenen Typ, und die Mengen einströmender und ausströmender Luft werden kontrolliert, so daß es möglich ist, der Prozeßluft eine ausreichend lange Verweildauer im Mischreaktor zu geben, so daß die Mikroorganismen die Verunreinigungen auf ausreichend niedrige Konzentrationen verringern können.

Die Erfindung sorgt genau dafür, daß die flüchtigen Bestandteile, die in der Gasphase im Reaktor freikommen, durch auf Sandteilchen geladene Bakterien in einer Art Biofilterprozeß gleichzeitig gereinigt werden. Es ist keine gesonderte Behandlung der Luft erforderlich. Die Schaufeln, die den Boden mischen, sorgen dafür, daß der Boden sich durch die Luft bewegt, was einen Biofiltereffekt zur Folge hat.

Der Sauerstoffgehalt und der CO₂-Gehalt werden kontinuierlich gemessen. Die aus dem Reaktor entfernten Gase werden in einem Gaschromatographen analysiert.

Geeignete Luftfördermengen, die durch den Reaktor strömen, liegen zwischen 2 und 100 Liter pro Stunde und pro Kilogramm Trockenmasse.

Bis zu 5000 Milligramm Kohlenwasserstoffe pro Kilogramm Trockenmasse und pro Tag können auf diese Weise abgebaut werden, und der Boden, der den Mischreaktor verläßt, besitzt einen Gehalt an Kohlenwasserstoffen, der niedriger ist als 100 Milligramm pro Kilogram Boden.

Nicht nur der Boden wird gereinigt, sondern auch die verflüchtigten Verunreinigungen in der Luft werden großenteils abgebaut, und die Kohlenwasserstoffmenge in der Luft, die den Mischreaktor verläßt, ist niedriger als 10 Milligramm Kohlenwasserstoffe pro Kubikmeter Luft und Kilogramm Trockenmasse.

Die Erfindung soll näher präzisiert werden anhand folgender Beispiele:

Beispiel 1

In den Mischreaktor wurden 100 Kilogramm Boden eingebracht, verunreinigt mit 600 Gramm Dieselöl. Der Grund besaß einen Wassergehalt von 15 Gewichtsprozent und somit einen Trockenmassegehalt von 85%.

Diesem Boden wird eine Kultur eines selektierten Mikroorganismus Acinetobacter calcoaceticus mit der Identifikationsnummer LH168 zusammen mit den erforderlichen Nährstoffen zugesetzt.

Die Mischleistung betrug 2200 Watt, und der Reaktor wurde auf 28°C erwärmt.

Luft wurde zugeführt, an- und abgeführt aus einem Mischreaktor mit einer Fördermenge von 16 Litern pro Stunde.

Nach drei Tagen war die Ölmenge im Boden auf 65 Gramm gesunken. Ungefähr 50 Gramm Öl wurden verdampft. 99% dieses Öls wurde jedoch im Mischreaktor abgebaut.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch mit einem Trockenmassegehalt von 70 Gewichtsprozent und einer Luftfördermenge von 100 Litern pro Stunde.

In Fig. 1 ist der Verlauf der Ölmenge im Boden in g/kg in Abhängigkeit von der Zeit in Stunden dargestellt.

In Fig. 2 ist der Abbau des Öls in der Gasphase dargesellt, nämlich der Prozentsatz Öl in Bezug zur gesamten verdampften Ölmenge in Abhängigkeit von der Zeit in Stunden.

Fig. 3 stellt den Verlauf der Menge von Mikroorganismen als Logarithmus von der Anzahl pro Gramm Boden in Abhängigkeit von der Zeit in Stunden dar, wobei die oberste Linie sich auf alle Mikroorganismen zusammen bezieht und die unterste auf die Mikroorganismen, die Öl abbauen.

Beispiel 3

Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch mit unterschiedlichen Luftfördermengen.

In Fig. 4 ist die maximale Abbaugeschwindigkeit in Abhängigkeit der Luftfördermenge in Litern pro Stunde dargestellt, während in Fig. 5 die Ölmenge, die nach dem Reinigen im Boden übrigbleibt, in Milligramm pro Kilogramm - in Abhängigkeit dieser Luftfördermenge in Litern pro Stunde dargestellt ist.

Referenzbeispiel

Schließlich wurde Beispiel 2 auch wiederholt, jedoch mit einem Trockenmassegehalt von 50% und somit nicht gemäß der Erfindung.

Die Abbaugeschwindigkeit und die Ölmenge, die nach dem Reinigen im Boden übrigbleibt, sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt.

Wie daraus abgeleitet werden kann, ist die Reaktionsgeschwindigkeit viel niedriger und ist die erreichte Endkonzentration nach dem Sanieren viel höher.

Mit dem hiervor beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung kann die Reinigung von mit Kohlenwasserstoffen verunreinigtem Boden viel schneller stattfinden als mit den bekannten Verfahren, wobei der Boden mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt behandelt wird. Ein Endwert bis zu 100 mg Kohlenwasserstoffen pro kg Trockenmasse kann erreicht werden, was niedriger ist als die unter anderem in den Niederlanden geltende Norm.

Im Mischreaktor wird nicht nur der Boden gereinigt, sondern auch die Kohlenwasserstoffe, die durch Verdampfen in den Luftstrom gelangen, werden in großem Maße abgebaut. Charakteristisch für das Verfahren gemäß der Erfindung ist das Senken des Gehalts an Öl in Gasform in der Prozeßluft im Vergleich zu den bekannten Verfahren.

Das Mischen selbst des Bodens scheint eine Auswirkung auf die Geschwindigkeit des Reinigens zu haben. Es wurde festgestellt, daß eine höhere Mischleistung nicht unbedingt eine schnellere Reinigung bewirkt, im Gegenteil. Es hat sich erwiesen, daß eine Mischleistung von maximal 22 Watt pro Kilogramm Trockenmasse das beste Ergebnis lieferte.

Die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die hiervor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr kann ein derartiges Verfahren in unterschiedlichen Varianten ausgeführt werden, ohne den Rahmen der hieran beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Reinigen von durch Kohlenwasserstoffe verunreinigtem Boden, wobei der Boden in einem Reaktor, unter Vorhandensein von Sauerstoff, mit aeroben Mikroorganismen, die Kohlenwasserstoffe abbauen, in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß Luft durch den Mischreaktor geführt wird, mit einer Fördermenge zwischen 2 und 100 Liter pro Stunde pro Kilogramm Trockenmasse, und der Boden trocken, das heißt, mit einem Trockenmassegehalt von mehr als 65 Gewichtsprozent, in einem Mischreaktor mit Luft gemischt wird, so daß die verflüchtigte Kohlenwasserstoffphase angesichts der niedrigen Luftfördermenge und des hohen Trockenmassegehalts ebenfalls mikrobiologisch abgebaut wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden in einem geschlossenen Mischreaktor mit Luft als Sauerstoffquelle gebracht wird und die Luftzufuhr und -abfuhr kontrolliert werden.

3. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Behandeln des Bodens bei einem Trockenmassegehalt des Bodens geschieht, der höher ist als oder gleich 70 Gewichtsprozent.

4. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Boden im Mischreaktor mit einer Mischleistung von maximal 22 Watt pro Kilogramm Trockenmasse gemischt wird.