DE19840777C2 - Verfahren und Anordnung zur Reinigung von kontaminiertem Erdreich - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Reinigung von kontaminiertem ErdreichInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Reinigung von
kontaminiertem Erdreich, wobei die gasförmigen und/oder leichtflüchtigen
Schadstoffe zusammen mit der im Erdreich befindlichen Luft über mindestens
eine in das kontaminierte Erdreich getriebene Bohrung mit gasdurchlässiger
Wandung abgesaugt werden. Dabei gehen die flüchtigen Schadstoffe von der
Flüssigphase in die Gasphase über und die mit Schadstoffen angereicherte
Bodenluft wird in einer Bodenluftreinigungsanlage abgereinigt.
Im Erdreich ehemaliger Industrieanlagen findet man häufig leichtflüchtige
Verunreinigungen. Die Standorte müssen ab einem bestimmten
Gefährdungspotential saniert werden. Diese Verunreinigungen liegen im
Boden als flüssige Phase und Bodenluft vor. Unter Bodenluft wird die
Gesamtheit der luftgefüllten Bodenporen in der ungesättigten Bodenzone
verstanden. Im Boden liegen die Schadstoffe als flüssige Phase und Bodenluft
vor. Die Wechselwirkung zwischen der flüssigen Phase und der Bodenluft und
somit der Konzentration der Bodenluft wird durch das Henry'sche Gesetz
beschrieben. Die Technik der Bodenluftabsaugung zur Entfernung
leichtflüchtiger Schadstoffe aus der ungesättigten Bodenzone beruht auf dem
Transport von leichtflüchtigen Schadstoffen in der Gasphase aufgrund eines
lokal erzeugten Unterdruckes.
Bisher entwickelte Methoden (DE 42 40 969 C2) zur weitgehenden Entfernung
solcher Verunreinigungen nutzen die Tatsache aus, daß solche Lösungsmittel
leicht flüchtig sind und zusammen mit der im Erdreich befindlichen Luft
abgesaugt und dann erforderlichenfalls abgeschieden werden, bevor die Luft in
die Atmosphäre abgegeben wird. Dabei wird so verfahren, daß in das
verseuchte Erdreich ein Schacht oder eine Brunnenbohrung eingebracht wird,
in welchem bzw. welcher ein in seiner Wandung durchlässiges Rohr, z. B. ein
Brunnenfilterrohr, abgesenkt wird, welches zweckmäßig noch mit einer
Kiesschüttung umgeben wird, wobei die Bohrung bis unmittelbar oberhalb des
Grundwasserspiegels geführt wird. Der Schacht wird dann bis auf das in
seinem oberen Bereich nicht mehr durchlässige Absaugrohr abgedichtet und
auch die anschließenden Oberflächenbereiche des zu reinigenden Erdreiches
müssen in irgendeiner Weise gegen den leichten Zutritt von Luft versiegelt
oder abgedichtet sein oder werden. Sofern eine solche Oberflächenabdichtung
infolge von jahrzehntelangem Begehen oder Befahren nicht vorhanden ist,
muß sie durch Aufbringen eines gasundurchlässigen Folienbelages geschaffen
werden. An das äußere Ende des in den Schacht niedergebrachten
Absaugrohres wird dann eine Saugpumpe, z. B. eine Seitenkanalpumpe,
saugseitig angeschlossen, welche ein Vakuum im Inneren des Saugrohres
erzeugt, wodurch aus dem umgebenden Erdreich Luft nachgesaugt wird,
welche mit den gasförmigen, leicht flüchtigen Verunreinigungen beladen ist.
Dabei fördert der entstehende leichte Unterdruck die Verdampfung von
eventuell noch in flüssiger Form vorliegenden Verunreinigungen. Die
angesaugte Luft kann neben den flüchtigen Bestandteilen auch noch
Wassertröpfchen und ggf. auch feste Verunreinigungspartikel enthalten, wofür
entsprechende Abscheider vorgesehen werden. Die eigentliche Reinigung des
angesaugten Gases von den Verunreinigungen erfolgt dann beispielsweise
durch Adsorption mittels Aktivkohle.
Da sich die Sanierungskosten stark nach dem Sanierungszeitraum richten, ist
es das Ziel, die Schadstoffe möglichst schnell aus dem Erdreich zu entfernen.
Weiterhin ist es billiger, Bodenluft mit hoher Konzentration zu reinigen als
Bodenluft mit geringer Konzentration.
Die DE 196 48 928 A1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur In
Situ Behandlung schadstoffbelasteter Böden durch die Nutzung von elektrisch
beheizten Lanzen, wobei der Erfolg der Dekontamination erst durch das
Herausziehen dieser Lanzen während des Betriebes erreicht wird.
Absaugbohrungen sind nicht vorgesehen und die Lanzen müssen während der
Dekontamination bewegt werden.
Aus der WO 97/48504 ist ein thermisches in situ Verfahren und System zur
Desorption von schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen bekannt. Der
kontaminierte Boden wird dabei über horizontal einzubringende Heizlanzen
erwärmt. Eine Befeuchtung des Bodens ist nicht vorgesehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Steigerung des Austrages von flüchtigen Verunreinigungen aus dem
Erdreich zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1
und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils
zugehörigen Ansprüchen 2 bis 5 bzw. 7 und 8 enthalten.
Demnach beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von
kontaminiertem Erdreich, wobei die gasförmigen und/oder leichtflüchtigen
Schadstoffe zusammen mit der im Erdreich befindlichen Luft über mindestens
eine in das kontaminierte Erdreich getriebene Bohrung und einem darin
eingebrachten Absaugpegel mit gasdurchlässiger Wandung abgesaugt
werden, wobei die flüchtigen Schadstoffe von der Flüssigphase in die
Gasphase übergehen und die mit Schadstoffen angereicherte Bodenluft in
einer Bodenluftreinigungsanlage abgereinigt wird. In unmittelbarer Umgebung
zum Absaugpegel wird dabei mindestens eine Heizlanze in das Erdreich
niedergebracht, wobei die Bodenluft und das Erdreich durch Erwärmung über
die Heizlanze auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden. Dadurch
wird das Phasengleichgewicht der flüchtigen Schadstoffe zwischen Gas- und
Flüssigphase zur Gasphase verschoben und die Konzentration an gasförmigen
Schadstoffen in der abzusaugenden Bodenluft wird erhöht.
Die Heizlanze wird dazu in einer Bohrung niedergebracht, wobei zwischen
Heizlanze und Bohrwandung ein Füllmaterial zu Schaffung eines optimalen
Wärmeübergangs zwischen Heizlanze und Erdreich eingebracht wird. Das von
der Heizlanze umgebene Erdreich und/oder Füllmaterial wird bei Verringerung
der Wärmeleistung durch an der Heizlanze angeordnete Rohre mit einer
wässrigen Flüssigkeit befeuchtet.
Der Dampfdruck eines Schadstoffes ist das direkte Maß für das Bestreben
einer Komponente, in die Gasphase (hier Bodenluft) überzugehen und ist
direkt von der Temperatur abhängig. Wird die Temperatur erhöht, verschiebt
sich das Phasengleichgewicht zwischen Gas und Flüssigkeit weiter zur
Gasphase. Bei einer Temperaturerhöhung von 15 K verdoppelt sich der
Dampfdruck z. B. von Trichlorethen und damit steigt auch die
Sättigungskonzentration in der Gasphase auf das Doppelte an. Diesen
physikalischen Grundsatz macht sich das erfindungsgemäße Verfahren
zunutze. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die erforderliche
Energie in das Erdreich gebracht, um das Erdreich und die Bodenluft auf ein
höheres Temperaturniveau zu bringen und somit das Phasengleichgewicht
zwischen Gas- und Flüssigphase auf die Gasphase zu verschieben. Durch das
erfindungsgemäße Verfahren wird der Schadstoffaustrag gesteigert und somit
der Sanierungszeitraum verkürzt.
Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Heizlanze
doppelwandig ausgeführt und wird von einem erwärmten Wärmeträgermedium
aus einem in einem Wärmeübertragungskreislauf angeordneten und mit der
Heizlanze verbundenen Erhitzer durchströmt, wobei das Wärmeträgermedium
im Vorlauf durch den Mantel der Heizlanze seine Wärme an das Erdreich
abgibt und das abgekühlte Wärmeträgermedium über ein in der Heizlanze
angeordnetes Innenrohr wird zurück zum Erhitzer geleitet und dort wieder auf
Vorlauftemperatur erwärmt. Der Energieeintrag der Heizlanze in das Erdreich
wird durch die treibende Temperaturdifferenz bestimmt, da im Betrieb sowohl
der Wärmedurchgangskoeffizient zwischen Wärmeträgermedium und Boden
als auch die Fläche konstant sind. Als Wärmeträgermedium können nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung Sattdampf und/oder überhitztes
Wasser und/oder heißes Wasser und/oder weitere umweltvertägliche
Wärmeträger eingesetzt werden. Durch die Wahl von geeigneten
Wärmeträgermedien kann die treibende Temperaturdifferenz zwischen
Erdreich und Wärmeträger festgelegt werden. Bei sehr hohen
Wärmedurchgangskoeffizienten zwischen Wärmeträgermedium und Boden im
Erdreich muß auch der alpha - Wert der Wärmeträger - Heizlanze optimal sein.
Dies wird durch Sattdampf als Wärmeträgermedium erreicht. Durch den
Einsatz von überhitztem Wasser kann der Wärmegradient zwischen Heizlanze
und Boden sehr hoch eingestellt werden. Eine Gefährdung der Umwelt durch
Undichtigkeiten ist bei diesem Medium ausgeschlossen. Sollte ein geringer
Wärmegradient ausreichen, kann man mit warmen Wasser (bis ca. 95°C und
Normaldruck) auskommen.
Zur Schaffung eines optimalen
Wärmeübergangs zwischen Heizlanze und Erdreich wird zwischen Heizlanze
und Bohrwandung ein Füllmaterial eingebracht. Das Füllmaterial wird
bevorzugt aus einer Mischung aus 8,5 Vol.-% Bentonit, 13,0 Vol.-% Zement,
26,5 Vol.-% Quarzsand und 52 Vol.-% Wasser angesetzt.
Das von der Heizlanze
umgebene Erdreich und/oder Füllmaterial wird mit einer wässrigen Flüssigkeit
befeuchtet. Um die Heizlanzen besteht die Gefahr, daß das Erdreich
austrocknet und der Wärmeübergang sinkt. In diesem Fall könnte nicht mehr
genügend Energie übertragen werden, um die Bodenluft zu erwärmen. Über
die erfindungsgemäße Anordnung von Befeuchtungsrohren an der Heizlanze
kann das Erdreich und das Füllmaterial befeuchtet werden, was wiederum zu
einem besseren Wärmeübergang führt. Diese Befeuchtung wird eingeleitet,
sobald sich die übertragene Wärmeleistung (im stationären Zustand)
verringert. Durch die lokale Befeuchtung wird außerdem ein Verschleppen der
Schadstoffe unterbunden.
Nach der Erfindung soll mindestens eine Heizlanze je nach Untergrund im
Abstand von 1 bis 10 m zum Absaugpegel in das Erdreich niedergebracht
werden. Das Verfahren eignet sich somit für lokale und großflächige
Sanierungsverfahren. Ein besonderes Merkmal der Erfindung beinhaltet
jedoch, daß die Erwärmung des Erdreiches lokal gebunden wird, indem
mindestens zwei Heizlanzen gegenüberstehend und jeweils im Abstand von 1
bis 10 m zum Absaugpegel in das Erdreich niedergebracht werden. Bei einer
derartigen Anordnung wird erreicht, daß die Erwärmung lokal gebunden wird
und die Verluste minimiert werden. Dadurch, daß die Strömungsrichtung der
Bodenluft entgegengesetzt zur Wärmeausbreitung verläuft, wird dieser
Vorgang der lokalen Erwärmung weiter unterstützt.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch eine Anordnung zur Reinigung von
kontaminiertem Erdreich. Die vorstehende Beschreibung des
Reinigungsverfahrens läßt ansich bereits die wesentlichen Komponenten der
zugehörigen Anordnung erkennen. Im übrigen wird diesbezüglich auf die
nachstehende Figurenbeschreibung verwiesen, die insoweit auch
allgemeingültige Merkmale enthält. Die Erfindung soll nachstehend anhand
eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.
In der Zeichnung zeigen die
Fig. 1: Prinzipskizze des Verfahrens und einer beispielhaften Anordnung,
Fig. 2: schematischer Aufbau einer Heizlanze.
Die Heizlanzen sind gemäß Fig. 2 doppelwandig (Außenrohr 1 und Innenrohr
2) ausgeführt. Das Wärmeträgermedium strömt über den Anschluß Vorlauf 1a
im Außenrohr/Vorlaufrohr 1 durch den Mantel und gibt seine Wärme an den
Boden ab. Über das Innenrohr/Rücklaufrohr 2 wird das abgekühlte
Wärmeträgermedium über den Anschluß Rücklauf 2a zurück zum Erhitzer
(nicht dargestellt) geleitet und dort wieder auf Vorlauftemperatur gebracht. Die
Heizlanze ist mit Mitteln zur Befeuchtung des von der Heizlanze umgebenen
Erdreiches und/oder Füllmaterials versehen, wie hier die Befeuchtungsrohre 3
und 4 mit Perforierungen. Die Befeuchtungsrohre sind über die Halterungen 5
mit dem Außenrohr/Vorlaufrohr 1 der Heizlanze verbunden.
In der Fig. 1 ist das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer
beispielhaften Anordnung dargestellt.
Dort ist dargestellt, wie versucht wird, mittels vier (zwei davon sichtbar) in den
Boden eingebrachter Heizlanzen 6 einen Deponiekörper 7 zu erwärmen. Die
Heizlanzen wurden 4 m tief als Eckpunkte eines Quadrates mit der Seitenlänge
1,5 m, symmetrisch um den Absaugpegel 8 in den Deponiekörper eingebracht.
Zur Schaffung eines optimalen Wärmeübergangs zwischen Heizlanze und
Erdreich wird zwischen Heizlanze und Bohrwandung ein Füllmaterial 10
eingebracht. Das Füllmaterial wird bevorzugt aus einer Mischung aus
8,5 Vol.-% Bentonit, 13,0 Vol.-% Zement, 26,5 Vol.-% Quarzsand und 52 Vol.-%
Wasser angesetzt. Als Wärmeübertragungsmedium wurde Wasser bei
einer Temperatur von 130°C und einem Druck von ca. 3 bar eingesetzt. Somit
war ein hoher Wärmegradient (dT/dx) über die gesamte Versuchsdauer
gewährleistet. Das Wasser wurde mit einem Volumenstrom zwischen 2 und 3 m3/h
im Kreislauf geführt. Zur Erwärmung und Umwälzung der Heizflüssigkeit
wurde ein elektrisch betriebenes Temperiergerät mit der notwendigen Leistung
verwendet (Anschluß zum Wärmeträgerkreislauf 9).
Die Temperaturen wurden einige Tage vor Versuchsbeginn, während des
Versuchs und einige Tage nach dem Versuch gemessen und aufgezeichnet.
Diese Temperaturmeßwerte des beheizten Bodenluft-Pegels wurden mit
Temperaturen verglichen, die an einem Bodenluftpegel im nicht beheizten
Bereich aufgenommen wurden. Der Versuch wurde mit folgenden Parametern
durchgeführt:
V Luft = 30 m3/h
T Heizwasser = 130°C
V Heizwasser = 2-3 m3/h
V Luft = 30 m3/h
T Heizwasser = 130°C
V Heizwasser = 2-3 m3/h
Die wesentliche, sich ändernde Zustandsgröße des Versuches stellt die
Bodentemperatur im beheizten Bereich dar. Im Deponiekörper um den
Luftpegel, der mittels der 4 Heizlanzen erwärmt wurde, konnten
Temperaturänderungen von bis zu ΔT = +35°C gemessen werden. Dies
entspricht einer Absoluttemperatur von bis zu 45°C. Das System erreichte den
stationären Zustand bezüglich des Wärmeübergangs in den Boden nach
einigen Tagen. Dies zeigte sich durch eine konstante Temperaturdifferenz
zwischen Vor- und Rücklauf von etwa 2,5°C.
Die vom Heizmedium abgegebene Leistung lag je nach Temperaturdifferenz
zwischen 6,65 kW und 10,15 kW. Es wurde keine Veränderung des
Wärmeübergangswiderstandes beobachtet, was zu der Schlußfolgerung führt,
daß sich die Eigenschaften des Bodens durch den Versuch nicht veränderten.
Das Austrocknen des Bodens wird wahrscheinlich über einen längeren
Zeitraum erfolgen, ihm kann im Bedarfsfall mittels Bewässerung
entgegengewirkt werden. Das Verfahren ist für den Betrieb in fast allen
Bereichen und Umgebungen, z. B. auch Wohngebieten, geeignet.
Claims (8)
1. Verfahren zur Reinigung von kontaminiertem Erdreich, wobei die
gasförmigen und/oder leichtflüchtigen Schadstoffe zusammen mit der im
Erdreich befindlichen Luft über mindestens eine in das kontaminierte
Erdreich getriebene Bohrung und einem darin eingebrachten Absaugpegel
mit gasdurchlässiger Wandung abgesaugt werden, wobei die flüchtigen
Schadstoffe von der Flüssigphase in die Gasphase übergehen und die mit
Schadstoffen angereicherte Bodenluft in einer Bodenluftreinigungsanlage
abgereinigt wird, und wobei in unmittelbarer Umgebung zum Absaugpegel
mindestens eine Heizlanze in das Erdreich niedergebracht wird, wobei die
Bodenluft und das Erdreich durch Erwärmung über die Heizlanze auf ein
höheres Temperaturniveau gebracht werden, wodurch das
Phasengleichgewicht der flüchtigen Schadstoffe zwischen Gas- und
Flüssigphase zur Gasphase verschoben wird und die Konzentration an
gasförmigen Schadstoffen in der abzusaugenden Bodenluft erhöht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlanze in einer Bohrung
niedergebracht wird, wobei zwischen Heizlanze und Bohrwandung ein
Füllmaterial zur Schaffung eines optimalen Wärmeübergangs zwischen
Heizlanze und Erdreich eingebracht wird, und dass das von der Heizlanze
umgebene Erdreich und/oder Füllmaterial bei Verringerung der
Wärmeleistung durch an der Heizlanze angeordnete Rohre mit einer
wässrigen Flüssigkeit befeuchtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizlanze
verwendet wird, die doppelwandig ausgeführt ist und von einem erwärmten
Wärmeträgermedium aus einem in einem Wärmeübertragungskreislauf
angeordneten und mit der Heizlanze verbundenen Erhitzer durchströmt wird,
wobei das Wärmeträgermedium im Vorlauf durch den Mantel der Heizlanze
seine Wärme an das Erdreich abgibt und das abgekühlte
Wärmeträgermedium über ein in der Heizlanze angeordnetes Innenrohr
zurück zum Erhitzer geleitet und wieder auf Vorlauftemperatur erwärmt wird.
3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
als Wärmeträgermedium Sattdampf und/oder überhitztes Wasser und/oder
heißes Wasser eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Füllmaterial aus einer Mischung aus 8,5 Vol.-% Bentonit, 13,0 Vol.-%
Zement, 26,5 Vol.-% Quarzsand und 52 Vol.-% Wasser angesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine Heizlanze im Abstand von 1 bis 10 m zum Absaugpegel in
das Erdreich niedergebracht wird.
6. Anordnung zur Reinigung von mit gasförmigen und/oder leichtflüchtigen
Schadstoffen kontaminiertem Erdreich mit einer in das kontaminierte
Erdreich getrieben Bohrung und einem darin eingebrachten Absaugpegel
mit gasdurchlässiger Wandung, einer an den Absaugpegel
angeschlossenen Bodenluftreinigungsanlage und einer Heizlanze, wobei die
Heizlanze doppelwandig ausgeführt ist, zwischen der Heizlanze und dem
Erdreich ein Füllmaterial zur Schaffung eines optimalen Wärmeübergangs
angeordnet ist und die Heizlanze mit Mitteln zur Befeuchtung des die
Heizlanze umgebenden Erdreichs versehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur
Befeuchtung Befeuchtungsrohre mit Perforierungen sind, die an den
Heizlanzen angeordnet sind.
8. Anordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Heizlanze im Abstand von 1 bis 10 m zum
Absaugpegel im Erdreich angeordnet ist.
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1998
- 1998-09-07 DE DE1998140777 patent/DE19840777C2/de not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Tiefbau 2/1997, S. 62-65 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19840777A1 (de) | 2000-03-09 |
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