DE19707792C2 - Verfahren zur Abtrennung von Kontaminanten aus kontaminierten Bodenkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von gelösten und/oder emulgierten und verdampfbaren Kontami­ nanten aus kontaminierten Bodenkörpern mittels einer nach dem Prinzip der Pervaporation arbeitenden Membran­ trenneinrichtung, auf die das mit Stoffen kontaminierte Medium geleitet wird, mittels der das Medium in ein mit den Stoffen angereichertes Permeat und ein mit den Stoffen abgereichertes Retentat getrennt wird, wobei die im Permeat enthaltenen Kontaminanten mittels eines nachfolgenden Trennvorganges wenigstens teilweise als flüssige Konzentrate erzeugt werden und das Permeat wenigstens von seinem wesentlichen Anteil an wäßrigem Medium, das mit dem zu trennenden wäßrigen Medium zugeführt wird, befreit wird.

Aus der DE-OS 42 22 089 ist eine Verfahrenskombination aus Pervaporation und Stripping bekannt. In diesem Dokument ist beschrieben worden, daß das eintretende Rohmedium nach Durchlaufen einer Membranstufe als möglichst hochgereinigtes Retentat in eine absolutieren­ de Strippingstufe gegeben werden und hochrein den Prozeß nach Durchlaufen der Strippingstufe nach einmaligem Prozeßdurchlauf die Verfahrensanordnung komplett verlas­ sen soll. Das bekannte Verfahren lehrt, daß Kontaminan­ ten mittels des Prinzips der Pervaporation möglichst vollständig und direkt entzogen werden sollen und das gereinigte Medium als Retentat direkt aus dem Verfah­ renszyklus entfernt werden soll mit dem Ziel, dieses direkt zu gewinnen.

Es sind bis zum heutigen Tage viele Versuche unternommen worden, in wäßrigen Medien, beispielsweise Wasser, gelöste und/oder emulgierte und verdampfbare Stoffe, die gewöhnlicherweise Kontaminanten genannt werden, aus Böden, Grundwasser, Deponiewasser, Polder- oder Sicker­ wasser, aus Wasser aus Absetz-, Klärbecken, Lösemittel­ fängern oder aus Prozeßabwässern oder dergleichen zu entfernen. Die dafür bisher herangezogenen Verfahren zeichnen sich regelmäßig dadurch aus, daß sie, soweit sie mittels Membrantrenneinrichtungen durchgeführt werden, einen extrem hohen Membranflächenbedarf haben, und deren Trennwirkung zu geringen Konzentrationen hin zudem noch durch wachsende Konzentrationspolarisations­ effekte zusätzlich negativ beeinflußt wird. Andere Aufbereitungsmethoden, die biologisch, per Adsorption oder mittels Trennung des kontaminierten flüssigen Mediums durch Wärme oder sogenanntes Steam- bzw. Air­ stripping arbeiten, beispielsweise das sogenannte Sulfosorbon-Verfahren, erfordern in der Regel einen sehr aufwendigen Reinigungsschritt der Gasphase, damit gültige Immissionsbestimmungen eingehalten werden können.

Auch sind sogenannte Hybridverfahren aus Adsorption, Umkehrosmose, Phasentrennung und Pervaporation vorge­ schlagen worden (Membranverfahren zur Fraktionierung von Gemischen mit organischen Komponenten, Rautenbach, Dahm, Herion, Janisch, Chemie Ing. Technik, 61, 1989, Nr. 7, S. 535-544). Rautenbach kommt bei einem Vergleich der Kosten des Hybridverfahrens mit anderen Verfahren zu dem Ergebnis, daß die geforderten Reinheiten von Einleit­ barkeit oder Sanierungsvorhaben nicht erreicht werden.

Alle voraufgeführten Verfahren, was generell auch für die übrigen im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Trennung wäßriger Medien von den eingangs genannten Kontaminanten gilt, sind so angelegt, daß das kontami­ nierte wäßrige Medium in Form von Wasser in einem Verfahrensdurchlauf komplett aufbereitet wird und dann abgeleitet wird, wobei bisweilen auch zur Reinigung des zu trennenden wäßrigen Mediums wenigstens zwei Verfahren unterschiedlicher Trenntechnik herangezogen werden.

Die vorangehend beschriebenen Verfahren sind prinzipiell deshalb nachteilig, weil sie sehr aufwendige Anordnungen bzw. Apparaturen und eine Vielzahl von Verfahrens­ schritten benötigen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das als wäßriges Medium beispielsweise das Wasser nutzt, das den verfahrensmäßigen Trennvorgang bereits durchlaufen hat, d. h., daß das wäßrige Medium fortwährend als Schleppmittel zur Extraktion der Konta­ minanten aus dem zu reinigenden wäßrigen Medium dient, wobei eine Reduzierung der Stoffe bzw. Kontaminanten im Retentatstrom soweit ermöglicht wird, daß am Ende des bestimmungsgemäß zu erreichenden, festlegbaren Rein­ heitsgrades bis in den Bereich weniger ppm oder tiefer keine Erhöhung der Membranfläche und keine Einkopplung weiterer Verfahren nötig ist, so daß das Verfahren in hohem Maße wirtschaftlich durchgeführt werden kann und die bei der Aufnahme des Verfahrens anfängliche Spitzen­ fracht an Kontaminanten schneller und steiler abgebaut werden kann, wobei das Verfahren einfach und kostengün­ stig durchführbar sein soll und eine Anordnung bzw. eine Anlage zur Durchführung eines derartigen Verfahrens in hohem Maße störsicher arbeiten soll.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Retentat wenigstens teilweise dem kontaminierten Bodenkörper zugeführt wird, wobei die Membran der Membrantrenneinrichtung gegenüber den Kontaminanten eine hohe Affinität aufweist, wohingegen die Membran gegen­ über dem wäßrigen Medium eine geringe und gegenüber im wäßrigen Medium gelösten Salzen keine Affinität auf­ weist.

Der erfindungsgemäßen Lösung lag die Überlegung zugrun­ de, daß dem zu trennenden flüssigen Medium in der nach dem Prinzip der Pervaporation arbeitenden Membrantrenn­ stufe Kontaminanten entzogen werden können, wobei die Pervaporation den zugeführten Stoffstrom, d. h. das wäßrige Medium, systembedingt nur in zwei Teilströme aufteilt, nämlich in das erwähnte Retentat und das erwähnte Permeat. Das Retentat ist die Sammelfraktion aller Stoffe, die die Trennmembranen nicht durchdringen, wohingegen das Permeat die Sammelfraktion aller Stoffe ist, die durch die Trennmembranen permeieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so angelegt, daß die einzusetzenden Membranen gegenüber den Kontaminanten eine hohe Affinität haben, so daß diese permeieren können. Gegenüber dem wäßrigen Medium besteht eine geringe und zu gelösten Salzen keine Affinität, so daß Wasser deshalb überwiegend und die Salze vollständig im Retentat verbleiben müssen.

Die Permeate enthalten zudem bei der Kontaminantentren­ nung realer Gemische erhebliche, meist überwiegende Anteile des Mediums, von dem diese abgetrennt werden sollen, hier Wasser. Dieses gilt auch bei Membranen mit höchsten Trennfaktoren für Kontaminanten, z. B. Werten < α = 3000. Permeate von Gemischen können unmittelbar nicht als reine Stoffe anfallen. Die meisten realen Gemische enthalten neben den Hauptkontaminanten eine Anzahl von Nebenkontaminanten. Ein Boden- oder Wasser­ körper, der beispielsweise mit Schwefelkohlenstoff belastet ist, weist typisch immer auch Schwefelwasser­ stoff, Thiole, Thiorane usw. auf. Auch diese können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgetrennt werden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es zudem möglich, daß die Permeataufarbeitung in den Verfahrensprozeß inte­ griert ist, d. h. daß Folgeverfahren oder sogar ein Abtransport ungetrennter Gemische nicht nötig sind oder Hilfsstoffe (Adsorber) und wiederverwendbare Bestand­ teile nicht isoliert werden müssen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die Verfahrensschritte quasi kontinuierlich bis zum Erreichen einer vorbestimmten Abreicherung des kontaminierten Bodenkörpers wiederholt, wobei pro Durchlauf einer Volumenmenge des kontaminierten wäßrigen Mediums durch alle Verfahrensschritte die Konzentration der Kontaminanten auf 1/20 oder tiefer des Einlaufwertes abgesenkt wird bzw. abgesenkt werden kann.

Wie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung schon angesprochen, wird das abgereicherte wäßrige Medium, d. h. das Wasser, grundsätzlich nicht an die Umgebung abgegeben, sondern im Bereich der Entnahmestel­ le (quellenseitig) zurückgeführt oder über einen Schluckbrunnen versickert, so daß es sich mit den Kontaminanten erneut belädt und nach einer bestimmten Verweildauer wiederum in den Verfahrensprozeß zurückge­ führt wird, zur bestimmungsgemäßen Trennung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. D. h. mit anderen Worten, daß der Prozeßkreis geschlossen ist. Das kontaminierte wäßrige Lösungsmedium wird so zum kontinuierlichen Ausschleppmittel der Kontamination. Die erfindungsgemäße Verfahrensführung gestattet es somit gegenüber konven­ tionellem Abpumpbetrieb bzw. konventioneller bisheriger Verfahrensführung, das Verfahren gemäß der Erfindung länger im Bereich hohen Wirkungsgrads zu betreiben mit der Folge, daß die erforderliche Membranfläche kleiner wird bzw. die Aufarbeitungszeit verkürzt wird gegenüber einer Membrantrenneinrichtung mit gleicher Membranflä­ che, die konventionell im Abpumpbetrieb arbeitet. Erfindungsgemäß wird eine Ausschleppung in einen Vor­ fluter somit gänzlich vermieden.

Das Verfahren wird vorteilhafterweise so betrieben, daß das im Permeat unerwünscht in geringen Mengen anfallende Wasser wiederum dem mit Stoffen kontaminierten Medium quellenseitig zugeführt wird, wobei der Trennvorgang des Permeats in Wasser und Reststoffe (den Kontaminanten) vorzugsweise durch Kühlung und/oder Druck bewirkt werden kann.

Vorteilhaft ist es auch, daß die während des Trennvor­ gangs anfallenden kondensierbaren Bestandteile des Permeats phasensepariert werden, wobei die dabei anfal­ lende wäßrige Phase dem zu trennenden wäßrigen Medium quellenseitig zugeführt wird. D. h. mit anderen Worten, daß jeweils immer das bei einem Trennvorgang gemäß dem Verfahren im Permeat anfallende wäßrige Medium (Wasser), ob nun bei der Abscheidung mittels Kühlung und/oder Druck anfallend oder bei der Phasenseparation anfallend, immer wieder dem Medium zugeführt wird.

Um optimalen Betrieb der Membrantrennstufe zu erreichen, ist das Verhältnis des Partialdampfdrucks der Kontami­ nanten im zu trennenden Medium zu dem im Permeat bzw. im Permeatraum, auf vorbestimmte Weise wählbar und ein­ stellbar. Dieses optimierte Druckverhältnis ist die treibende Kraft beim Pervaporationsvorgang und liegt < 1,0, vorzugsweise im Bereich von < 1,4.

So kann beispielsweise vorteilhafterweise das Verhältnis des Partialdampfdruckes der Kontaminanten durch geeig­ nete Wahl der Temperatur des zu trennenden wäßrigen Mediums einstellbar sein und/oder vorzugsweise durch geeignete Wahl der Größe des permeatseitigen Vakuums der Membrantrenneinrichtung, wobei vorteilhafterweise die Wärme des Retentats zur Erwärmung des zu trennenden Mediums verwendet werden kann. Zur vakuumseitigen Druckeinstellung werden beispielsweise eine oder mehrere Vakuumpumpen eingesetzt, wobei vorteilhafterweise gegebenenfalls das Permeat dann nachfolgend wiederum verdichtet wird, beispielsweise mittels sogenannter Brüdenverdichter, so daß vorzugsweise der kompressions­ seitige Druck nach der Verdichtung ≧ 1 bar ist.

Allgemein kann gesagt werden, daß auch eine mehrstufige Brüdenverdichtung zum Einsatz kommen kann, beispiels­ weise durch eine Kombination sogenannter Rootspumpen, auch mit anderen Pumpen, Strahlerpumpen mit anderen Pumpen, Membranpumpen oder ein- bzw. mehrstufigen Flüssigringpumpen.

Wie eingangs erwähnt, ist das Permeat eine Sammelfrak­ tion aller Stoffe, die die Membranen der Membrantrenn­ einrichtung durchdringen konnte, wobei somit im erhal­ tenen Permeat auch z. B. H₂S-reiche Gase, wie auch andere säurebildende Gase (Sauergase), enthalten sein können. Vorteilhafterweise können diese Sauergase mittels eines Waschprozesses in Salze überführt werden, wobei eben­ falls vorzugsweise der Waschprozeß mittels der Betriebs­ flüssigkeit einer die Verdichtung des Permeats bewirkenden Flüssigringpumpe betrieben werden kann. Der pH-Wert der Ringflüssigkeit kann mittels geeigneter Maßnahmen auf alkalischem Niveau gehalten werden, wobei die Alkalidosierung beispielsweise aus einem Vorrat in die Ringflüssigkeit bzw. in den Ringflüssigkeitskreis­ lauf erfolgen kann. Die anfallenden wasserlöslichen Salze im Waschprozeß verbessern beispielsweise die Abscheidung der flüssigen Kontaminanten bei der Phasen­ separation des Permeats im Phasenseparator.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die bei der Phasenseparation des Permeats anfallenden gasförmigen Kontaminanten mittels einer nach dem Prinzip der Dämpfepermeation arbeitenden Membrantrenneinrichtung abgetrennt. Mittels dieser Membrantrenneinrichtung werden verfahrensintern die nicht kondensierten oder die im Phasenseparator ausge­ dampften Kontaminanten in das System zurückgeführt, so daß kontaminierte Gase den Verfahrenskreislauf nicht verlassen.

Die bei der Phasenseparation des Permeats anfallenden gasförmigen Kontaminanten können auch durch Tieftempe­ raturkondensation und/oder Druckwechseladsorption und/oder Adsorption abgetrennt werden.

Das Retentat, das die nach dem Prinzip der Pervaporation arbeitende Membrantrenneinrichtung verläßt, wird, soweit es nicht dem mit Stoffen kontaminierten Medium quellen­ seitig zugeführt wird, einer Nachreinigung bis zum Erreichen eines vorbestimmbaren Reinheitsgrades unter­ worfen, d. h. es kann auch zumindest ein Teil des Reten­ tats der Membrantrenneinrichtung als Nutz- bzw. Brauch­ wasser aus dem Kreislauf entfernt werden und zu einem vorbestimmten Nutzeffekt verwendet werden oder in geforderter Reinheit als Abwässer an- oder abgeleitet werden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach­ folgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Aus­ führungsbeispieles eingehend beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise auf einer Stoffdeponie im Schnitt, wobei über auf der Deponie verteilte Saugleitungen kontaminiertes wäßriges Medium der Anordnung zugeführt wird und wobei das die Anordnung verlassende stoffabgereicherte flüs­ sige Medium in Form von Wasser, d. h. das Retentat, über einen Schluckbrunnen der Deponie wiederum zugeführt wird,

Fig. 2 im Blockschaltbild einen prinzipiellen Aufbau einer Anordnung zur Ausführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens,

Fig. 3 eine Anordnung zur Ausführung gemäß dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren, jedoch gegenüber der Ausgestaltung von Fig. 2 um bestimmte Anord­ nungskomponenten abgemagert, unter Einsatz einer erfindungsgemäß integrierten Dämpfeperme­ ationsanordnung als Beispiel für Verhinderung von Emissionen dampfförmiger Stoffe,

Fig. 4 eine Anordnung gemäß Fig. 3 als Beispiel bei dem erfindungsgemäß anstelle der Dämpfeperme­ ationsanordnung eine Adsorbtionseinrichtung fungiert, hier in der Art der Druckwechselad­ sorption (DSA),

Fig. 5 eine Anordnung gemäß Fig. 3 als Beispiel, bei dem erfindungsgemäß anstelle der Dämpfeperme­ ation eine pendelnd betriebene Tieftemperativ­ kondensation fungiert,

Fig. 6 die Trennkennlinie einer sogenannten POMS- Membran für die Trennung von Schwefelkohlen­ stoff/Wasser, wie sie bei beiden Membrantrenn­ einrichtungen gemäß der Anordnung und dem Verfahren verwendet wird, mittels der die Anordnung betrieben wird,

Fig. 7 eine Kennlinie für eine 1,2-Dichlorethan/Was­ sertrennung als Beispiel für andere Stoffe und

Fig. 8 einen graphischen Vergleich zwischen dem zeitlichen Verlauf eines Falles mit 500 ppm Startbelastung bis zur Restabreicherung auf 1 ppm, wobei die Berechnung berücksichtigt, daß abgepumptes Wasser, das nach der Reinigung fortgeleitet wird, durch Nachströmen sauberen Wundwassers in der Kontaminationszone einge­ setzt wird und dort Verdünnung bewirkt.

In Fig. 1 ist ein typischer Querschnitt durch einen kontaminierten Bodenbereich dargestellt, der mittels der Anordnung 10, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, gereinigt werden soll, d. h. dort im Boden enthaltene wäßrige Medien 11, beispielsweise Wasser, in denen verdampfbare Stoffe (Kontaminanten) gelöst und/oder emulgiert sind. Die Anordnung der Ansaugstellen (Saugbrunnen) zur Rückleitstelle (Schluckbrunnen) hängt von der Art und Beschaffenheit des Objekts ab, so daß die Darstellung gemäß Fig. 1 hier nur beispielhaft zu verstehen ist. Bei kontaminierten Grundwasser- und Bodenlinsen werden die Saugbrunnen am Rande der Linse konzentrisch kranzförmig und in der Tiefe gestaffelt angeordnet, die Rückleitung für das Retentat 14 über Schluckbrunnen erfolgt im zentralen Bereich in Tiefen der flacheren Saugbrunnen, wie in Fig. 1 prinzipiell ersichtlich. Bei der hydraulischen Ex­ traktion von Baggergut in Wannen oder in Poldern wird am Boden abgesogen, wohingegen die Rückleitung im Oberflä­ chenbereich erfolgt. In Tanks und Behältern werden Ansaug- und Rückstromeintritt so angelegt, daß Strö­ mungskurzschlüsse ausgeschlossen sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die das Trennverfahren gemäß der Erfindung ausführende Anordnung 10 im ein­ zelnen beschrieben.

Das von dem Saugbrunnen gemäß Fig. 1 geeignet zur Anordnung 10 geförderte, mit gelösten und/oder emul­ gierten und verdampfbaren Stoffen (Kontaminanten) beladene, zu trennende wäßrige Medium 11 wird auf einen Pufferbehälter 100 gegeben, und zwar mittels hier nicht dargestellter Pumpen. Vom Pufferbehälter 100 gelangt das wäßrige Medium 11 auf eine Filtereinrichtung 101, in der im wäßrigen Medium 11 enthaltene, mitgeförderte teil­ chenförmige Verunreinigungen zurückgehalten werden. Das wäßrige Medium 11 gelangt dann über eine Pumpenein­ richtung 102 auf eine nach dem Prinzip der Pervaporation arbeitende Membrantrenneinrichtung 12, in der das zu trennende wäßrige Medium 11 in ein mit den Stoffen (Kontaminanten) angereichertes Permeat 13 und ein mit den Stoffen (Kontaminanten) abgereichertes Retentat 14 getrennt wird.

Das Retentat 14, das von Kontaminanten weitestgehend befreit ist, wird wenigstens teilweise dem mit Stoffen kontaminiertem Medium 11, vergleiche Fig. 1, über den dortigen Schluckbrunnen und somit dem mit Stoffen kontaminierten Medium 11 quellenseitig wiederum zuge­ führt. Die Verfahrensführung kann so gewählt werden, daß das Retentat 14 auch vollständig dem mit Stoffen konta­ minierten Medium 11 quellenseitig wieder zugeführt wird, es kann aber auch so gewählt werden, was zum Schluß weiter unten noch beschrieben wird, daß ein Teil des Retentats 14, gegebenenfalls nach vorgeschalteter, hier nicht dargestellter weiterer gesonderter Trennstufe, als Nutz- oder Brauchwasser zu bestimmungsgemäßen Zwecken abgeführt wird, d. h. dem Verfahren entzogen wird oder als schadstoffbefreit in öffentliche Abwassernetze oder Vorfluter abgegeben wird.

Das Permeat 13 wird unter Vakuum einer Trenneinrichtung 18 zugeführt, die hier beispielsweise eine erste Frak­ tionierungsstufe für das Permeat 13 darstellt. Die Trenneinrichtung 18 ist hier beispielsweise ein Konden­ sator, der flüssiges Medium in Form von Wasser auskon­ densiert, wobei dieses über eine Pumpeneinrichtung 103 dem zu trennenden wäßrigen Medium 11 quellenseitig oder in den Pufferbehälter 100 zurückführt. Zwischen der Trenneinrichtung 18 und der Pumpeneinrichtung 103 kann auch noch ein Behälter 104 vorgesehen sein, in den das vom Kondensator kommende flüssige Medium 17 zunächst eingeleitet wird, wobei mittels einer hier nicht darge­ stellten Niveausteuerung das im Behälter 104 enthaltene flüssige Medium 17 periodisch über die Pumpe 103 in das wäßrige Medium 11 quellenseitig geleitet wird. Das flüssige Medium 17 ist mit Kontaminanten nur minimal belastet und könnte grundsätzlich auch dem Retentat 14 zugeleitet werden.

Der Teil des Permeats 13, der durch die in der Trenn­ einrichtung 18 unter Vakuum unkondensierten Kontaminan­ ten enthält, wird auf eine aus zwei hintereinanderge­ schalteten Verdichtern 22, 23 bestehende Verdichterein­ richtung geleitet, die als Brüdenverdichter bezeichnet werden. Von dort gelangen die unkondensierten Kontami­ nanten des Permeats in einen Phasenseparator 20, der gekühlt gehalten wird. Das Druckniveau im Phasense­ parator 20 wird auf einem Druck von 1,0 bis 1,5 bar gehalten. In dem hier in den Figuren gezeigten Beispiel ist als Verdichter 22, der den Vorverdichter darstellt, ein Gasstrahler gewählt, der sein Strahlgas aus einer Leitung 105 aus dem Gasraum des Phasenseparators 20 bezieht. Die Hauptverdichtungsarbeit leistet in den in den Figuren dargestellten Anordnungen 10 eine ein- oder zweistufige Flüssigringpumpe, hier Verdichter 23, die mittels der über die Leitung 106 umlaufenden gekühlten Ringflüssigkeit und Kompression das Kondensieren der Kontaminanten bewirkt.

Im Phasenseparator 20 erfolgt nach Überschreiten der Sättigungsgrenze die bestimmungsgemäße Phasenabscheidung der Kontaminanten. Die Lösemittelphase, d. h. das flüs­ sige Konzentrat 16, wird, gegebenenfalls periodisch geregelt, über eine Pumpeneinrichtung 107 in einen Sammeltank 108 gefördert und kann dort von Zeit zu Zeit abgefüllt werden.

Das die Membrantrenneinrichtung 12 verlassende Permeat 13 enthält häufig neben den kondensierbaren Kontaminan­ ten und Wasser auch gelöste Gase wie CO₂, Sauerstoff, HCl, Methan, Schwefelwasserstoff und dergleichen.

H₂S-reiche und/oder andere zur Säurebildung befähigte Gase, sogenannte Sauergase, werden in diesem Beispiel direkt durch die Ringflüssigkeit der Flüssigkeitsring­ pumpe (Verdichter 23) absorbiert, wobei der pH-Wert der Ringflüssigkeit durch Regelungsmaßnahmen auf alkalischem Niveau gehalten wird. Eine Alkalidosierung kann bei­ spielsweise aus einem Vorratsbehälter 109 erfolgen, und zwar über geeignete Inbetriebsetzung einer dem Vorrats­ behälter 109 nachgeschalteten Pumpeneinrichtung 110, in der das alkalische Material in den Ringflüssigkeits­ kreislauf geführt wird. Die sauren Komponenten der Gase, wie z. B. H₂S, werden in wasserlösliche Salze überführt, deren Anwesenheit die Abscheidung der flüssigen Kontami­ nanten im Phasenseparator 20 verbessert. Eine Gaswäsche kann aber ebenso in einen hier nicht dargestellten, nachfolgenden Waschkreislauf mit Rieselkolonne verlagert werden. Eine derartige Verfahrensführung ist insbeson­ dere dann vorteilhaft, wenn alkalische Gase (Ammoniak) per Säurewaschung entfernt werden müssen. Eine Gaswasch­ einrichtung kann in einem derartigen Falle zwischen einer nachfolgend noch gesondert zu erwähnenden Membran­ trenneinrichtung 24 und einer ebenfalls noch zu erwäh­ nenden Filtereinrichtung 26 vorgesehen werden.

Das den Phasenseparator 20 verlassende nicht absorbierte gasförmige Kontaminat 25 wird auf eine Membrantrennein­ richtung 24 gegeben, die nach dem Prinzip der Dämpfe­ permeation arbeitet. Das diese Membrantrenneinrichtung 24 verlassende Permeat 27 wird an die Vakuumseite des Permeatsystems der Membrantrenneinrichtung 12 gegeben, d. h. zum Permeat 13, das die kondensierbaren Bestandtei­ le 19 des Kontaminats enthält. Die Membrantrenneinrich­ tung 24 ist mit gleichen oder ähnlichen Membranen wie die Membrantrenneinrichtung 12 bestückt. Die Aufgabe der Membrantrenneinrichtung 24 ist die Rückführung nicht kondensierter oder im Phasenseparator ausgedampfter Kontaminanten, so daß das Retentat 28 der Membranein­ richtung 24 diese Kontaminanten nicht austragen kann. Anstelle der Membrantrenneinrichtung 24 kann auch ein Tieftemperaturkondensator oder eine Druckwechseladsorp­ tionseinrichtung vorgesehen sein (nicht dargestellt).

Das die Membrantrenneinrichtung 24 verlassende Retentat 28, d. h. der gereinigte Gasstrom, wird in die Atmosphäre 29 abgeführt. Aus Sicherheitsgründen kann zwischen der Membrantrenneinrichtung 24 und dem Austritt in die Atmosphäre 29 in den Strom des Retentats 28 eine Sorp­ tions-Filtereinrichtung 26 zwischengeschaltet sein, beispielsweise in Form eines Aktivkohlefilters bei zu erwartendem schwallartigen Gasaustoß, wie er beispiels­ weise bei der Betriebsaufnahme der Anordnung 10 oder nach Betriebsunterbrechungen zu erwarten ist, wenn der begaste Permeatraum zunächst wieder auf Betriebsvakuum gebracht werden muß.

Die im Phasenseparator 20 anfallende wäßrige Phase 21 wird, gegebenenfalls über eine gesonderte Niveausteue­ rung über eine Pumpeneinrichtung 111 in kleinen Mengen in das mit Stoffen kontaminierte Medium 11 quellenseitig zurückgeführt, sobald die wäßrige Phase 21, d. h. der Wasseranteil des Permeats 13, den Ringbehälter über einen Grenzwert hinaus auffüllt.

Die Ausgestaltung der Anordnung 10 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Fig. 3 weist grund­ sätzlich einen gleichen Aufbau wie die Anordnung von Fig. 2 auf. Für gleiche Elemente der Anordnung 10 werden gleiche Bezugszeichen verwendet. In der Anordnung 10 gemäß Fig. 2 wird jedoch auf die Rückführung des flüssi­ gen Mediums 17 an dieser Stelle und somit auf den Behälter 104 sowie die Pumpeneinrichtung 103 verzichtet. Bei der Ausgestaltung der Anordnung 10 gemäß Fig. 3 wird das Vorkondensat (kondensierbare Bestandteile 19) mittels der Verdichter 22, 23 in den Phasenseparator 20 geführt. Die in Fig. 3 dargestellte Ausgestaltung der Anordnung 10 bzw. die dortige Verfahrensführung ist bei kleineren Anlagengrößen kostengünstig. Die Auskondensa­ tion des Wassers vor den Verdichtern 22, 23 (Brüdenver­ dichter) erfolgt wie in der Anordnung gemäß Fig. 2, jedoch wird abgeschiedenes Wasser nicht unter Vakuum in einen Behälter geleitet, sondern gemeinsam mit den Restbrüden durch die Vakuumpumpen ausgetragen. Diese Mischphasenaustragung wird erfindungsgemäß durch Flüs­ sigringpumpen, Strahlerpumpen oder Kombinationen beider bewältigt. Die Teilkondensation vor den Verdichtern 22, 23 mindert das Kompressionsvolumen auf ca. 1/40 und reduziert die Größe und den Arbeitsbedarf der Aggregate entsprechend. Die kostengünstigere Ausführungsform der Anordnung 10 bzw. des damit ausführbaren Verfahrens nach Fig. 3 ist jedoch nur dann sinnvoller, wenn die Lös­ lichkeit der Kontaminanten in Wasser besonders gering ist, die Phasentrennung im Phasenseparator spontan erfolgt und Schaum- und Emulsionsbildung ausgeschlossen werden können.

Bezugszeichenliste

10

Anordnung

100

Pufferbehälter

101

Filtereinrichtung

102

Pumpeneinrichtung

103

Pumpeneinrichtung

104

Behälter

105

Leitung

106

Leitung

107

Pumpeneinrichtung

108

Sammeltank

109

Vorratsbehälter

110

Pumpeneinrichtung

111

Pumpeneinrichtung

11

wäßriges Medium

12

Membrantrenneinrichtung

13

Permeat

14

Retentat

15

16

flüssiges Konzentrat

17

flüssiges Medium (Anteil)

18

Trenneinrichtung

19

kondensierbare Bestandteile

20

Phasenseparator

21

wäßrige Phase

22

Verdichter

23

Verdichter/Flüssigringpumpe

24

Membrantrenneinrichtung

25

gasförmiges Kontaminat

26

Filtereinrichtung

27

Permeat

28

Retentat

29

Atmosphäre

Claims (12)

1. Verfahren zur Abtrennung von gelösten und/oder emulgierten und verdampfbaren Kontaminanten aus konta­ minierten Bodenkörpern mittels einer nach dem Prinzip der Pervaporation arbeitenden Membrantrenneinrichtung, auf die das mit Stoffen kontaminierte Medium geleitet wird, mittels der das Medium in ein mit den Stoffen angereichertes Permeat und ein mit den Stoffen abgerei­ chertes Retentat getrennt wird, wobei die im Permeat enthaltenen Kontaminanten mittels eines nachfolgenden Trennvorganges wenigstens teilweise als flüssige Kon­ zentrate erzeugt werden und das Permeat wenigstens von seinem wesentlichen Anteil an wäßrigem Medium, das dem zu trennenden wäßrigen Medium zugeführt wird, befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Retentat wenig­ stens teilweise dem kontaminierten Bodenkörper zugeführt wird, wobei die Membran der Membrantrenneinrichtung gegenüber den Kontaminanten eine hohe Affinität auf­ weist, wohingegen die Membran gegenüber dem wäßrigen Medium eine geringe und gegenüber im wäßrigen Medium gelösten Salzen keine Affinität aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte quasi kontinuierlich bis zum Erreichen einer vorbestimmten Abreicherung des kontami­ nierten Bodenkörpers wiederholt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Trennvorgang innerhalb des Permeats durch Kühlung und/oder Druck bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Trennvorganges anfallenden konden­ sierbaren Bestandteile des Permeats phasensepariert werden, wobei die dabei anfallende wäßrige Phase dem zu trennenden wäßrigen Medium quellenseitig zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme des Reten­ tats zur Erwärmung des zu trennenden Mediums verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Permeat nach Austritt aus der Membrantrennein­ richtung verdichtet wird und daß der kompressionsseitige Druck nach der Verdichtung 1 bar ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus den Partialdampfdrücken der Kontaminanten von Anlauf­ seite zu Permeatseite < 1,0 gewählt wird, vorzugsweise < 1,4.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Permeat enthaltene säurungsbildende Gase, wie H₂S, oder laugenbildende Gase, wie Ammoniak, mittels eines Waschprozesses in Salze überführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Waschprozeß mittels der Betriebsflüssigkeit einer die Verdichtung des Permeats bewirkenden Flüssig­ ringpumpe bewirkt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Phasen­ separation des Permeats anfallenden gasförmigen Kontami­ nanten mittels einer nach dem Prinzip der Dämpfepermea­ tion arbeitenden Membrantrenneinrichtung abgetrennt werden.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Phasen­ separation des Permeats anfallenden gasförmigen Kontami­ nanten durch Tieftemperaturkondensation und/oder Druck­ wechseladsorption und/oder Adsorption abgetrennt werden.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Retentat, soweit es nicht dem kontaminierten Bodenkörper zugeführt wird, einer Nachreinigung bis zum Erreichen eines vorbestimm­ baren Reinheitsgrades unterworfen wird.