DE19648928C2 - Verfahren und Vorrichtung zur in-situ-Behandlung schadstoffbelasteter Böden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur in-situ- Behandlung schadstoffbelasteter Böden gemäß der Gattung der Patentansprüche.

Verfahren und Anordnungen zur in-situ-Behandlung schadstoffbelasteter Böden sind grundsätzlich bekannt. Vorliegender Erfindung am nächsten kommen dabei Vorgehensweisen, bei denen das zu behandelnde Erdreich an Ort und Stelle verbleibt und zur Austreibung von Bodenkontaminationen eine Wärmebehandlung des Erdreichs erfolgt.

Dabei sind sowohl Verfahren bekannt, die Bödentemperaturen über 400°C anwenden (US-PS 5,370,477; EP 0 463 211 A1; DE 37 16 275 A1) als auch Verfahren, die bei Bodentemperaturen < 250°C arbeiten (US-PS 5,114,497; DE 36 01 490 A1; DE 43 37 192 A1). So beschreibt DE 37 16 275 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei der in das Erdreich Bohrungen größeren Durchmessers eingebracht werden, in die über ein Stahlrohr mit einer axialen Zuführung ein Brenngas eingeleitet wird und die entstehenden Rauchgase abgeleitet werden. In weiterer Verbesserung dieses Verfahrens schlägt EP 0 463 211 A1 vor, rohrförmige Verdrängungskörper in das zu behandelnde Erdreich einzurammen, in denen die Atmosphäre auf Temperaturen von ca. 900°C aufgeheizt wird, wodurch Kontaminationen in dem die Verdrängungskörper umgebenden Erdreich ausgetrieben, an die Erdöberfläche befördert und dort abgesaugt werden sollen. Ebenso ist es aus DE 36 01 490 A1 bekannt, Injektionssonden in Form von Blähschläuchen, die mit heißer Luft oder Heißdampf beschickt werden, in Bohrungen im Erdreich einzubringen, wodurch Kontaminationen in flüssiger oder gasförmiger Form an die Erdoberfläche gedrückt werden sollen.

Die Verfahren, bei denen gesonderte Bohrungen größeren Durchmessers in das Erdreich einzubringen sind, haben den Nachteil, daß der Bohraushub einer gesonderten, weiteren Behandlung zur Dekontamination zu unterwerfen ist. Desweiteren bedürfen die genannten Verfahren durch den Einsatz zu erhitzender Gase eines relativ hohen Energieaufwandes. Ein grundsätzlicher Nachteil der Verfahren, bei denen Wasserdampf als Energieträger zur Schadstoffaustreibung eingesetzt wird besteht jedoch darin, daß zusätzlich zu dem im Boden vorhandenen Wasser das Dampfkondensat eingebracht wird, wodurch die Gefahr eines Auswaschens der Schadstoffe in tiefere Bodenbereiche erhöht wird. Weiterhin sind aus DE 43 37 192 A1; US-PS 4,670,634 und US-PS 5,370,477 Verfahren bekannt, bei denen eine direkte Erwärmung des zu dekontaminierenden Erdreichs durch Einbringung von stab-, rohr- oder plattenförmigen Elektroden, die mit Radiowellen, Hochfrequenz oder Mikrowellen beaufschlagt werden, erfolgt. Jedoch auch bei diesem Verfahren müssen Energieverluste außerhalb der eigentlichen Wirkzone, in Form von hohen elektrischen Verlusten, in Kauf genommen werden. Außerdem ist für die Realisierung dieses Verfahrens ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur in-situ- Behandlung schadstoffbelasteter Böden, das eine nahezu vollständige Umsetzung der eingesetzten Energie in die zu behandelnden Bodenbereiche ermöglicht, das auch bei schweren Böden einsetzbar ist und das die Gefahr von Schadstoffauswaschungen in tiefere Bodenbereiche weitestgehend vermindert, sowie eine dieses ermöglichende Vorrichtung anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Die Erfindung soll nachstehend anhand schematischer Ausführungs­ beispiele und Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen beispielhaften Schnitt durch das Profil einer Einzellanze und

Fig. 3 eine Draufsicht mit beispielhaft drei hintereinander angeordneten, modulartig erweiterbaren Baugruppen einzelner Lanzenreihen.

In Fig. 1 ist im seitlichen Schnitt schematisch eine Lanzenreihe 20 dargestellt, die in der gewünschten Ausgangsposition in kontaminiertes Erdreich 1 eingebracht ist. Die gegenseitige seitliche Beabstandung der Lanzen 2 ist in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs 1 variabel zwischen 40-70 cm einstellbar. Entsprechend dieser vorgegebenen seitlichen Beabstandung werden zunächst in Fig. 1 nicht dargestellte Rammkernsonden oder Rohre mit ca. 25 mm Durchmesser in das Erdreich 1 eingerammt, wobei in der Rammkernsondierung übliche Teuftiefen in der Größenordnung von 5 m erreichbar sind. In diese geschaffenen Löcher bzw. in diese Rohre werden weitestgehend anliegend, ohmsch beheizbare Lanzen 2 derart eingebracht, daß die Eindringtiefe der Heizlanzen in Randbereichen 3 im Vergleich zur tiefsten Einbringungstiefe in einem Mittenbereich 4 ca. 20-40 cm niedriger festgelegt ist. Am erdoberflächigen Ende werden zumindest die Lanzen einer Reihe 20 von in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Haltemitteln 5 erfaßt.

Die spezielle Ausbildung einer einzelnen Heizlanze 2 ist in Fig. 2 näher dargestellt. Auf einem einem stab- oder rohrförmigen Körper 21, der selbst als elektrischer Isolator ausgebildet oder umfangseitig mit einer elektrischen Isolierung versehen ist, ist eine ohmsche Heizwendel 22 bevorzugt derart aufgewickelt, daß in einem Kopfbereich 23, der etwa einem Drittel der Lanzenlänge entspricht, bis zu 60% der gesamten pro Lanze von einer Energieversorgungseinheit 11 eingespeisten Heizleistung abgegeben werden. Die im oberen Lanzenbereich eingebrachte Energie dient der Vorwärmung des Bodens und damit der Verhinderung einer Kondensatbildung. Pro Einzelheizlanze soll dabei die einbringbare Heizleistung zwischen 0,6-2 kW festgelegt sein. Damit sind maximale Temperaturen der Heizlanze von ca. 600 bis 750°C erreichbar, welche einer diesbezüglichen Regelung zu unterwerfen ist, womit in unmittelbarer Nähe der Heizlanze Bodentemperaturen von 250-450°C erreichbar sind.

In gleicher Weise, wie die Beabstandung der einzelnen Heizlanzen 2 zueinander (wie zu Fig. 1 beschrieben) in einer Reihe festgelegt ist, erfolgt die Beabstandung mehrerer Reihen von denen in Fig. 3 drei Reihen 200-202 in Draufsicht dargestellt sind. Der Abstand der Reihen 200, 201, 202 zueinander beträgt hierbei wiederum zwischen 40-70 cm. Kommt bspw. eine ebensolche Anzahl von Reihen zustande, wie in Fig. 1 einzelne Heizlanzen 2, also dreizehn, vorgesehen sind, sollte ein sich entlang einer Ebene X-X (Fig. 3) ergebendes Schnittbild eine analoge Verteilung der Eindringtiefen der einzelnen Heizlanzen 2, wie in Fig. 1 dargestellt aufweisen. Über Trommeln 6 werden im übrigen in Fig. 3 nicht näher dargestellte elektrische Kabel, an die die einzelnen Heizlanzen 2 angeschlossen und mit einer Energieversorgungseinheit 11 verbunden sind, und ggf. weitere Halteseile zugeführt.

Nachdem in ein vorgegebenes Gebiet die Heizlanzen in oben beschriebener Weise eingebracht worden und sämtliche erforderlichen Anschlüsse hergestellt sind, werden die Heizwendel 22 mit Energie beaufschlagt. Es bildet sich rund um jede einzelne Heizlanze 2 eine Temperaturzone aus, deren Gradientenrichtung in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist. Die Ausgangsstellung der Heizlanzen in ihrer tiefsten eingebrachten Stellung wird solange beibehalten, bis sich eine Temperaturwanne innerhalb des von den Heizlanzen umfaßten Gebietes ausgebildet hat, da auch in der Wannenmitte eine Temperatur von 97-120°C, gemessen bei Normaldruck, erreicht sein soll. Dabei werden an Erdreich vorhandene Schadstoffe, wie hoch- als auch niedrigsiedende organische, insbesondere auch chlororganische Schadstoffe in flüchtige Bestandteile überführt, wobei durch den im Boden entstehenden Wasserdampf eine sogenannte Wasserdampfstripdestillation erfolgt. Um diesen Prozeß durchführen zu können, sind bereits Wassergehalte von 5-20% des Bodens ausreichend. Sollten diese Wassergehalte in Ausnahmefällen nicht vorhanden sein, kann der Boden durch vorherige Bewässerung auf einen solchen Feuchtigkeitsgrad gebracht werden. Durch ein langsames gleichzeitiges Heben der Lanzen, in Richtung Erdoberfläche mit Geschwindigkeiten von 0,05-5 cm/h wird die Temperaturwanne, die einen negativen Temperaturgradienten, in Abhängigkeit von der Bodenart, in Richtung zur Wannenmitte von 30-200°C/m und in Richtung zur Erdoberfläche von 30-250°C/m aufweist, in Richtung der Erdoberfläche bewegt. Die jeweils einzustellenden Hubgeschwindigkeiten werden in Abhängigkeit der erreichten Bodentemperatur und der zu entfernenden Schadstoffart und -menge und dem als Zielwert vorgebbaren Dekontaminationsgrad anpaßbar eingestellt. Auch ist es möglich, das Vorantreiben der Temperaturwanne und/oder die Energieeinbringung bis zur Erreichung der gewünschten Temperatur zyklisch zu unterbrechen.

Beim gesamten Prozeß des Vorantreibens der sich bildenden Temperaturwanne werden die flüchtigen Schadstoffe in Richtung der Erdoberfläche ausgetrieben. Dabei wird oberhalb der Austrittsebene an der Erdoberfläche eine Dampfsperre 7 durch Abschluß bspw. mit einer Abdeckhaube 8 erzeugt. Innerhalb der Dampfsperre 7 wird durch kontinuierliches Absaugen ein Unterdruck von ca. 0,5-3 kPa aufrechterhalten. Die abgesaugten Dämpfe werden in üblicher Weise Kondensationsbaugruppen 9 und Adsorptionsfiltersystemen 10 zugeführt und entsprechend entsorgt.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen dann, daß im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren der Dekontaminierungsaufwand erheblich gesenkt werden kann, ein gerichteter Temperaturgradient das Ausdiffundieren von Schadstoffen in unbelastete Bereiche verhindert und eine Dekontaminierung auch unterhalb von versiegelten Flächen, z. B. innerhalb von Gebäuden, möglich ist, wobei die eingesetzte Energie nahezu vollständig umgesetzt wird und die Gefahr des Auswaschens der Schadstoffe verhindert wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur in-situ-Behandlung schadstoffbelasteter Böden, bei dem das zu behandelnde Erdreich auf Temperaturen aufgeheizt wird, bei denen Kontaminationen durch thermische Behandlung in flüchtige Bestandteile überführt und an der Erdoberfläche abgesaugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgebbaren Gebiet des kontaminierten Erdreichs, das einen Wassergehalt von 5% bis zu 20% aufweist oder auf einen solchen Wert gebracht wird, eine Temperaturwanne mit einem negativen Temperaturgradienten in Richtung zur Wannenmitte und zur Erdoberfläche erzeugt wird und diese Temperaturwanne mit einer Geschwindigkeit von 0,05-5 cm/h, in Abhängigkeit von der erreichten Bodentemperatur und der Schadstoffart und -menge und dem gewünschten Dekontaminationsgrad, in Richtung der Erdoberfläche vorangetrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Temperaturwanne eine Temperatur von 97-120°C, gemessen bei Normaldruck, eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorantreiben der Temperaturwanne und/oder die Energieeinbringung bis zur Erreichung der gewünschten Temperatur zyklisch unterbrochen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in Kopfabschnitten (23) mit ohmschen Heizmitteln beheizbare Lanzen (2) rasterförmig verteilt derart in das zu behandelnde Erdreich (1) eingebracht sind, daß ihre Einbringungtiefe in Randbereichen (3) ansteigend niedriger festgelegt ist als in Mittenbereichen (4),
die Lanzen (2) vermittels wenigstens einer Hubvorrichtung in Richtung der Erdoberfläche bewegbar sind und
daß das von den Lanzen (2) eingenommene gesamte Projektionsgebiet an der Erdoberfläche mit einer Abdeckhaube (8) in Form einer absaugbaren Dampfsperre (7) überdeckt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzen (2) zueinander in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens in einem variablen Abstand von 40-70 cm angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Eindringtiefen der Lanzen in den Randbereichen (3) 20-40 cm niedriger festgelegt ist als in den Mittenbereichen (4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzen (2) in Rammkernlöcher oder in eingerammte Rohre eingelassen sind, wobei sie mit ohmschen Heizmitteln (22) derart versehen sind, daß im Lanzenkopfbereich (23), der etwa ein Drittel der Lanzenlänge beträgt, bis zu 60% der Heizleistung abgegeben werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzen (2) jeweils für eine Heizleistung zwischen 0,6 und 2 kW ausgelegt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lanzen (2) zu einer Lanzenreihe (20) zusammengefaßt sind und mehrere Lanzenreihen (200, 201, 202) modulartig eine Erweiterung der Gesamtvorrichtung zulassen.