DE19729691C1

DE19729691C1 - Verfahren zur Dekontaminierung von Gleisholzschwellen im Stück und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19729691C1
Application number: DE1997129691
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Schuldes; Matthias Dr Rer Nat Eisenbarth
Original assignee: Wolfgang Dr Ing Schuldes; Matthias Dr Rer Nat Eisenbarth
Current assignee: SCHULDES, WOLFGANG, DR.-ING., 07422 BAD BLANKENBUR
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2017-07-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Dekontaminierung von Gleisholzschwellen im Stück, bei gleichzeitig vollständigem, rückstandsfreiem Abbau von herausgelösten, ausgetriebenen, insbesondere organischen Schadstoffen.

Altholz kann auf verschiedene Arten, wie Verbrennung, Herstellung von Holzwerkstoffen oder Zuschlag für Kompost stofflich genutzt werden, wobei in jedem Fall seine jeweilige Belastung mit Schadstoffen zu berücksichtigen ist.

Wegen ihrer guten Eignung werden im Gleisbau bevorzugt an kritischen Stellen Holzschwellen zum Einsatz gebracht. Ein Wiedereinsatz benutzter und ausgebauter Schwellen ist wegen Kontaminierung durch Imprägnierstoffe und Verschmutzung mit Ölen und Fetten und unter Beachtung der Einstufung als Sondermüll ausgeschlossen.

Eine thermische Entsorgung belasteter Althölzer, besonders Gleisholzschwellen, ist schon durch den hohen Feuchtegehalt und der zunehmenden Sauerstoffverarmung problembehaftet, was dazu führt, daß neben Kohlendioxid auch Kohlenmonoxid, organische Säuren, Aldehyde und sehr toxische Substanzen über die Abluft in die Umwelt gelangen.

Eine naßmechanische Aufbereitung von kontaminierten Hölzern, wie sie von der Aufbereitung kontaminierter Böden durch Umverteilung der Schadstoffe in Mehrphasensystemen unter Einwirkung mechanischer Energie und chemischer Hilfsmittel bekannt ist, kann nicht auf Holz oder ähnliche Werkstoffe übertragen werden. Holz stellt ein einheitliches, poröses, organisches Material dar, was außer Zellulose, Lignin und Hemizellulose noch Harze, Fette, Öle, Gerb-und Farbstoffe, Eiweißstoffe, lösliche Polysaccaride, Alkaloide, Glukoside und andere organische sowie mineralische Stoffe enthält und einen Schadstoffumverteilungsprozeß aus dem Adsorbtionsverhalten heraus nicht zuläßt.

Bekannte Lösungen zur Aufbereitung kontaminierter Althölzer und Gleisholzschwellen gehen im Zusammenhang mit der technischen Durchführbarkeit des Herauslösens der gesamten Schadstoffe von einer vorangehenden Zerkleinerung bis zu Spänen aus.

Während die DE 44 12 237 A1 die Dekontaminierung von mit Holzschutzmitteln imprägnierten Althölzern in einer wäßrigen Phase durch oberflächenaktive Verbindungen unter Temperaturen bis zu 95°C im alkalischen Bereich beschreibt, ist die Dekontaminierung von zerkleinerten technischen Hölzern unter Behandlung mit einer wäßrigen Lösung eines tensidischen emulgierenden Stoffes aus biogenen Komponenten in DE 44 02 015 A1 und unter Behandlung mit einem wäßrigen alkalischen Extraktionsgemisch in DE 44 46 654 A1 dargestellt.

Eine Reinigung beziehungsweise Aufarbeitung solcher Hölzer ist ebenfalls in der Weise bekannt, daß die Entgasung von mit Teeröl imprägnierten Hölzern unter Luftabschluß und bei Wärmebehandlung zwischen 400 bis 700°C zu Holzkohle durchgeführt wird (DE 41 27 777 A1 und EP 0529203 A1).

Der Nachteil aller dieser bekannten und üblichen Dekonta minierungsverfahren und Einrichtungen für Hölzer besteht darin, daß eine Ganzholz-Behandlung (unzerkleinert) nicht oder nur mit einem unvertretbar hohen Aufwand an energetischen und zeitlichen Faktoren möglich wird, wobei ein Wiedereinsatz von Althölzern und Gleisholzschwellen im Stück auszuschließen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, schadstoffbelastete Gleisholzschwellen im Stück von Kontaminationen zu befreien und gleichzeitig einen vollständigen Abbau der ausgetriebenen, in die wäßrige Phase übertragen Schadstoffe, zu erreichen. Insbesondere sollen organische Schadstoffe aus den Hölzern herausgelöst und beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß besteht das Gesamtverfahren aus zwei Prozeßstufen. In der ersten Prozeßstufe, weiche zweckmäßiger weise aus mehreren parallel geschalteten vakuumdichten Heizbehältern besteht, werden die Hölzer behandelt. Öle, Fette, Imprägnierstoffe und Harze werden aus dem unzer kleinerten Holz entfernt. Im zweiten Prozeßabschnitt werden diese Schadstoffe nach dem Verfahrensablauf Extraktionsfilter- Photokatalyse-Kombination nahezu vollständig abgebaut. Durch das Zusammenwirken mit der Extraktionsfiltration wird die Wirksamkeit und die Einsatzbreite der Photokatalyse entscheidend erhöht.

Verfahrenstechnisch wird die Holzbehandlung in den Behältern zeitlich aufeinanderfolgend wiederum in zwei Schritten vorgenommen. Unter Normaldruck erfolgt eine Aufheizung des Materials auf eine Temperatur zwischen 110 und 160°C. Nach einer über den gesamten Querschnitt der Hölzer temperatur ausgleichenden Haltezeit wird das Innere der Behälter einem Vakuum ausgesetzt. Dabei wird der mit der Normaldruckerwärmung der Hölzer entsprechend dem Dampfdruckverhalten der organischen Inhaltsstoffe auf ein hohes Niveau gebrachte Energieinhalt in der anschließenden Vakuumphase zu einer schlagartigen und intensiven Verdampfung geführt.

Die abgesaugten Dämpfe und Abgase werden nach der Vakuum erzeugung in den Prozeßwasserkreislauf einer Schadstoffauf bereitung eingespeist, kondensiert und damit im Wasser gelöst und der eigentliche Schadstoffabbau nach dem kombinierten Verfahren Extraktionsfilter-Photokatalyse durchgeführt.

Das von Schadstoffen befreite Prozeßwasser wird nachfolgend diskontinuierlich in eine Kanalisation geführt.

Das von Schadstoffen befreite Altholz wird den Behältern bei Normaldruck entnommen und kann bedenkenlos einer Wiederver wendung oder Weiterverwendung zugeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Schemazeichnungen Fig. 1 näher erläutert.

Die Darstellung der Fig. 1 zeigt das Komplettablaufschema einer Sanierung von Gleisholzschwellen mit gleichzeitigem Abbau der ausgetriebenen Schadstoffe.

Ausführungsbeispiel

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen imprägnierte, sowie polyzyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und phenolbelastete, im Gleisbau bereits verwendete Altholz schwellen beschädigungslos, das bedeutet ohne vorherige Zerkleinerung, dekontaminiert und gleichzeitig die ausgetriebenen Schadstoffe vollständig abgebaut werden. Die PAK-Belastung der unbehandelten Gleisholzschwellen liegt bei etwa 12 400 µg/kg und der Phenolindex bei etwa 123,5 µg/kg.

In den isolierten und vakuumdichten Behältern 1 werden die schadstoffbelasteten Gleisholzschwellen a auf Posten gestapelt und einem 110-120minütigem Aufheizprozeß bis zu einer Grenztemperatur von ca. 160°C unterzogen, der durch den Einsatz einer Mikrowellenstrahlung unterstützt werden kann. Eine konstante Durchwärmung des gesamten Holzvolumens wird hiermit begünstigt. An diese Aufheizphase schließt sich eine etwa 30minütige Vakuumbehandlung der Gleisholzschwellen in den Behältern 1 an. Das Vakuum wird mittels Wasserringpumpen 2 erzeugt, wobei ein Absolutdruck von 1333 Pa angestrebt wird.

Während dieser Vakuumphase wird eine intensive Verdampfung der PAK und Phenolgehalte des Holzes erreicht, da mit der Normaldruckerwärmung dem Holz ein hohes Maß an Verdampfungs wärme zugeführt wurde. Es kommt dabei zu einem intensiven Austreiben der Inhaltsstoffe über den gesamten Querschnitt der Hölzer.

Im weiteren Verfahrensablauf nach Fig. 1 werden die aus den Behältern 1 über die Brüdenabzugsleitung b ausgetriebenen Dämpfe in der Wasserringpumpe 2 einer Teilkondensation unterzogen. Das aus der Vakuumerzeugung austretende Dampf/Kondensatgemisch wird als teilkondensierte Brüden c entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Aufarbeitungsstufe Extraktionsfiltration/Naßoxidation behandelt. In dem im unteren Teil kegelförmigen Extraktions filter 3 , der mit Filter aus Metallgewebe der Maschenweite 80 µm bestückt ist und gleichzeitig für die Funktion eines Misch-, Filter- und Pufferbehälters ausgelegt wurde, wird das Dampf/Kondensatgemisch vollständig kondensiert.

Hierbei erfolgt gleichzeitig der Löseprozeß der aus dem Holz ausgetragenen Schadstoffe im Prozeßwasser.

In den Prozeßwasserkreislaufstrom von bestrahlungsfähigem Prozeßwasser d und entkontaminiertem Prozeßwasser e wird zwischen Extraktionsfilter 3 und Naßoxidation 4 stündlich etwa 10-15 l Wasserstoffperoxid als Oxidationshilfsmittel g zugegeben.

Die Leistung der UV-Strahler der Naßoxidation 4 liegt bei etwa 10-12 kW. Entsprechend der Pufferkapazität des Extraktionsfilters 3 sollte der Prozeßwasserkreislaufstrom im Zusammenwirken mit dem Prozeßwasservorratsbehälter 5 ,der Prozeßwasserregeneration j und der Frischwasserzuführung h so eingestellt werden, daß die Verweilzeit im Extraktionsfilter 3 von 48 Minuten nicht überschritten wird. In der Aufarbeitungs stufe entsprechend Fig. 1 wird eine Reduzierung der Schadstoff konzentration von bis zu 92% nachgewiesen und das dekonta minierte Prozeßwasser aus dem Prozeßwasservorratsbehälter 5 einem Kanalablauf i zugeführt.

Nach der erfindungsgemäßen Behandlung werden die sanierten Gleisholzschwellen f unter Normaldruck den Behältern 1 entnommen. Es wird eine Restkonzentration im entkontaminierten Altholz f von PAK 3500 µg/kg eingestellt.

Die Holzbehandlung ergibt eine Reduzierung der PAK-Konzen tration von bis zu 72%.

Hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäß vorgestellte Technologie einen emissionsfreien Betrieb gestattet.

Bezugszeichenliste

1

Behälter

2

Wasserringpumpe

3

Extraktionsfilter

4

Naßoxidationsstufe

5

Prozeßwasservorratsbehälter
a kontaminiertes, unbehandeltes Holz
b Brüdenabzugsleitung
c Leitung für teilkondensierte Brüden
d bestrahlungsfähiges Prozeßwasser
e entkontaminiertes Prozeßwasser
f entkontaminiertes, behandeltes Holz
g Oxidationshilfsmittel
h Frischwasser
i Kanalablauf
j Prozeßwasserregeneration

Claims

1. Verfahren zur Dekontaminierung von Gleisholzschwellen im Stück, dadurch gekennzeichnet, daß diese in Behältern unter Normaldruck auf eine Temperatur zwischen 110 und 160°C aufgeheizt, nachfolgend unter Beibehaltung der Temperatur mittels einer Wasserringpumpe, durch vorgeschaltete Pufferbehälter unterstützt, einem Druck von 666-1333 Pa ausgesetzt und die schlagartig erzeugten, mit organischen Schadstoffen belasteten Dämpfe nach Teilkondensation in der Wasserringpumpe in den Prozeßablauf einer fotokatalytischen Aufbereitungsanlage mit Extraktionsfilter und Naßoxidations stufe eingeleitet und die Hölzer aus den nach einer Haltezeit zwischen 25 und 45 min auf Normaldruck gebrachten Behältern entnommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Behältern abgesaugten Dämpfe über die Pumpe direkt in den Prozeßwasserkreislauf des Aufbereitungssystems eingeleitet werden, indem über ein absperrbares Leitungssystem Dämpfe und Kondensat bis in das Prozeßwasser des Extraktionsfilters hinein und/oder in den Rücklauf der Naßoxidationsstufe eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Behältern während der Aufheizung entweichenden Dämpfe und Kondensat über ein absperrbares Leitungssystem direkt in das Prozeßwasser des Aufbereitungssystems eingebracht werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dicht abschließbarer, wärmeisolierter, beheizbarer Behälter (1) oder mehrere solcher Behälter (1) parallel miteinander über ein Leitungssystem mit einem Extraktionsfilter (3) und über Brüdenabzugsleitung (b) und Pufferbehälter mit einer Wasserringpumpe (2) verbunden sind und die Wasserringpumpe (2) ausgangsseitig eine direkt in den Extraktionsfilter (3) geführte Leitung für teilkonden sierte Brüden (c) aufweist, während über ein mit Schiebern ausgestattetes Leitungssystem der Extraktionsfilter (3) mit der Naßoxidationsstufe (4) und deren Rücklauf sowie einem Prozeßwasservorratsbehälter (5), der einen Frischwasser zulauf (h) und einen Kanalablauf (i) besitzt, gekoppelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behältern (1) eine zusätzliche Mikrowellenheizung installiert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem der Brüdenab führung (b) isoliert ist und eine Mindestnennweite von 100 mm (DN 100) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung für teilkondensierte Brüdenabführung (c) in das Prozeßwasser des Extraktions filters (3) hinein bis über den im unteren Teil befindlichen Filter geführt ist.