DE3605042A1 - process for the biological treatment of contaminated soils, and device for carrying out the process - Google Patents
process for the biological treatment of contaminated soils, and device for carrying out the processInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behandlung kontaminierter Bodenkörper und eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for biological Treatment of contaminated soil bodies and a pre direction to carry out the procedure.
Es ist bekannt, daß als Folge von Produktion und Ablage rung synthetischer organischer Substanzen es an zahl reichen Stellen zur Anreicherung solcher Substanzen im Boden kommt. Hierbei besteht die Gefahr der Grundwasser verunreinigung. Ferner sind die mit derartigen Substanzen verseuchten Grundstücke in der Regel als unverwertbar anzusehen. Zur Beseitigung dieser Bodenverseuchungen besteht die Möglichkeit einer chemischen oder thermischen Verbrennung. Die chemische Verbrennung erfordert die Auslaugung und Aufkonzentrierung der Schadstoffe als ersten Verfahrensschritt, was in den meisten Fällen nicht leicht möglich ist. Eine thermische Verbrennung ist wegen des hohen Gehaltes an nichtbrennbaren Substanzen und wegen des Umfanges der zu behandelnden Massen in vielen Fällen technisch und finanziell nicht realisierbar. Von den meisten auch der synthetischen organischen Substanzen ist anzunehmen, daß sie von den im Boden lebenden Mikro organismen biologisch abgebaut werden können. Die Ge schwindigkeit der Abbauvorgänge ist jedoch für manche Substanzen sehr langsam. Der Vorteil eines biologischen Abbaus der kontaminierenden Substanzen im Boden besteht darin , daß die Gefahr an Ort und Stelle beseitigt wird. Die Substanzen werden durch Stoffwechselprozesse und durch iterative Stoffumwandlung über mikrobielle Freß ketten mineralisiert und so in die natürlichen Ausgangs materialien umgewandelt.It is known that as a result of production and storage of synthetic organic substances rich places for the enrichment of such substances in the Ground is coming. Here there is a risk of groundwater pollution. Furthermore, those with such substances contaminated land is usually considered unusable to watch. To eliminate these soil contaminations there is the possibility of a chemical or thermal Combustion. Chemical combustion requires that Leaching and concentration of the pollutants as first process step, which in most cases is not is easily possible. Thermal combustion is due the high content of non-flammable substances and because of the volume of the masses to be treated in many Cases technically and financially not feasible. From most of them also synthetic organic substances can be assumed that they are from the micro living in the ground organisms can be biodegraded. The Ge however, the speed of mining operations is for some Substances very slowly. The advantage of a biological There is degradation of the contaminating substances in the soil in that the danger is eliminated on the spot. The substances are through metabolic processes and through iterative substance conversion via microbial feeding chains mineralized and so in the natural starting materials converted.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dadurch einen gezielten biologischen Abbau im Boden befindlicher syn thetischer organischer Substanzen zu ermöglichen, daß die hierzu befähigten Mikroorganismen so angereichert und aktiviert werden, daß die für eine Vermehrung sowie das Bestehen des Konkurrenz- und Überlebenskampfes erforder lichen Umweltbedingungen bereitgestellt werden, wobei auch ein Anreiz zur Verwertung komplizierterer orga nischer Substanzen geboten wird.The object of the invention is thereby one targeted biodegradation of syn thetic organic substances to enable the enabled microorganisms to do this be activated that for an increase and the Existence of competition and survival is required environmental conditions are provided, whereby also an incentive to recycle more complicated organization niche substances is offered.
Erfindungsgem. erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß in den Bodenkörper in einem vorgegebenen Rasterab stand horizontal oder vertikal ein Nährstoffe für Mikro organismen enthaltendes Gas so eingebracht wird, daß sich im Bereich des jeweiligen Gaseintrags in dem Bodenkörper Mikroorganismen ansiedeln, die synthetische organische Bodensubstanzen auch komplizierten Aufbaus abbauen. Vorzugsweise wird das einzubringende Gas im Kreislauf durch im Bodenkörper rasterartig angeordnete Schlauch schleifen aus z. B. Silikonkautschuk geleitet. Hierbei ist zu beachten, daß die gezielte Anreicherung und Ak tivierung speziell befähigter Mikroorganismen nur ge lingt, wenn der Bodenkörper als biologischer Reaktor betrachtet und entsprechend betrieben wird. Nach der Erfindung wird auf die biologischen Vorgänge im Boden steuernd und regelnd entsprechend eingewirkt.According to the invention. the problem is solved by that in the soil body in a predetermined grid stood horizontally or vertically a nutrient for micro organism-containing gas is introduced so that in the area of the respective gas entry in the soil body Microorganisms settle, the synthetic organic Dismantle soil substances even complicated structures. The gas to be introduced is preferably circulated by means of a hose arranged in a grid pattern in the floor grind from z. B. silicone rubber. Here it should be noted that the targeted enrichment and Ak Activation of specially trained microorganisms only succeeds if the soil body acts as a biological reactor is considered and operated accordingly. After Invention is based on the biological processes in the soil controlling and regulating accordingly.
Weitere Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, an deren Bei spiel die Erfindung näher erläutert wird. Es zeigtFurther features of the invention are set forth in the dependent Described claims. There is one in the drawings Embodiment of the device for performing the represented method according to the invention, at whose case game the invention is explained in more detail. It shows
Fig. 1 die Vorrichtung zur Bodenbehandlung in einer schematischen Darstellung, Fig. 1, the apparatus for treating soil, in a schematic representation,
Fig. 2 den Einbau der Schläuche der Vorrichtung in den Bodenkörper in einer schematischen Ansicht. Fig. 2 shows the installation of the hoses of the device in the bottom body in a schematic view.
Die Vorrichtung 1 besteht aus einer Schlauchanordnung 17, die aus rasterartig in den Bodenkörper 2 eingebrachten Schläuchen 3 gebildet ist. Die Schläuche 3 sind zu Schlauchschleifen 11 geformt und über einen Vorlauf 18 und einen Rücklauf 16 zu einem Kreislauf zusammenge schlossen. Im Vorlauf 18 ist ein Wärmetauscher 6 und die Gaspumpe 5 angeordnet. Der Wärmetauscher 6 dient zur Temperierung des in den Bodenkörper 2 einzubringenden Gases während mittels der Gaspumpe neben der Umlauf förderung ggf. auch eine gezielte Druckerhöhung erfolgen kann. Der im Rücklauf 16 angeordnete Absorber dient zur Ausfilterung von unerwünschten Substanzen, die von dem aus dem Bodenkörper 2 zurückströmenden Gas aufgenommen worden sind. Um das in den Bodenkörper 2 einzubringende Gas hinsichtlich seiner Zusammensetzung den Bedürfnissen der im Bodenkörper 2 befindlichen Mikroorganismen an zupassen ist der Gaspumpe 5 eine Dosiereinrichtung 4 vorgeschaltet. Diese Dosiereinrichtung 4 weist eine Reihe von Dosierpumpen 19 auf, mit denen z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Methan, Ammoniak od. dgl. dem in den Bodenkörper 2 einzubringenden Gasgemisch beigemischt werden kann. Vorzugsweise ist die Dosiereinrichtung 4 programmgesteuert, wobei aufgrund von Analysen des im Rücklauf 16 strömenden Gases bzw. von Bodenproben eine gezielte Anpassung an die Erfordernisse im Bodenköper 2 erfolgt. Durch den Gaseintrag erfolgt an der Außenwand der nicht porösen gasdurchlässigen Schläuche 3 die Aus bildung eines Biofilms 20, der in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.The device 1 consists of a hose arrangement 17 which is formed from hoses 3 inserted into the base body 2 in a grid-like manner. The tubes 3 are formed into tube loops 11 and together via a flow 18 and a return 16 to form a circuit. A heat exchanger 6 and the gas pump 5 are arranged in the feed line 18 . The heat exchanger 6 is used to control the temperature of the gas to be introduced into the base body 2 , while the gas pump can be used to promote the circulation in addition to the circulation, possibly also to increase the pressure. The absorber arranged in the return 16 serves to filter out undesired substances which have been taken up by the gas flowing back from the base body 2 . In order to adapt the gas to be introduced into the soil body 2 with regard to its composition to the needs of the microorganisms located in the soil body 2 , the gas pump 5 is preceded by a metering device 4 . This metering device 4 has a number of metering pumps 19 with which, for. B. oxygen, nitrogen, hydrogen, methane, ammonia or the like. The gas mixture to be introduced into the soil body 2 can be admixed. The metering device 4 is preferably program-controlled, a specific adaptation to the requirements in the soil body 2 taking place on the basis of analyzes of the gas flowing in the return 16 or of soil samples. By introducing gas on the outer wall of the non-porous gas-permeable hoses 3, the formation of a biofilm 20 takes place , which is indicated schematically in FIG .
Zweckmäßig ist es, im Bereich der Schlauchanordnung 17 Brunnen 21 vorzusehen, mittels derer der Bodenkörper 2 berieselt werden kann. Dieser wird hierdurch feucht gehalten, was die Lebensbedingungen für die Mikroorganis men fördert. Durch Variation der applizierten Wassermenge werden die Transportvorgänge im Bodenkörper und damit der Transport zu den aktiven Zentren der Mikroorganismen in der Umgebung der Schläuche 3 beeinflußt. Das versickernde Wasser kann in Brunnen gefaßt und im Kreislauf geführt werden. Hierdurch ist es möglich, eine Ausbreitung der im Bodenkörper 2 befindlichen Schadstoffe unter Kontrolle zu halten. Gleichzeitig kann im Bereich des geschädigten Bodenkörpers eine Grundwasserabsenkung erfolgen, so daß ein Fortspülen von synthetischen organischen Substanzen durch Grundwasser verhindert wird.It is expedient to provide in the area of the hose arrangement 17 wells 21 , by means of which the floor body 2 can be sprinkled. This keeps it moist, which promotes living conditions for the microorganisms. The transport processes in the soil body and thus the transport to the active centers of the microorganisms in the vicinity of the tubes 3 are influenced by varying the amount of water applied. The infiltrating water can be put in wells and circulated. This makes it possible to keep the spread of the pollutants in the soil body 2 under control. At the same time, groundwater can be lowered in the area of the damaged soil body, so that synthetic organic substances are prevented from being washed away by groundwater.
Zur Ausbildung der Schlauchanordnung 17 werden in den Bodenkörper 2 in einem vorgegebenen Rasterabstand Rohre 18 eingetrieben, die kopfseitig eine Spitze 9 aufweisen (Fig. 2). Der Rasterabstand ist abhängig von den lokal gegebenen Verhältnissen des Bodenkörpers 2 und berück sichtigt die Transportraten im Boden. Die Rohrmäntel 22 der Rohre 8 sind beim Eintreiben in den Bodenkörper auf den Spitzen 9 abgestützt. Wenn die vorgesehene Schlauch tiefe erreicht ist, wird über eine Öse 12 an der Spitze 9 ein Schlauch 3 aus Kunststoff wie Silikonkautschuk in das Rohr 8 eingeführt. Der Schlauch 3 bildet hierbei eine Schlaufe und reicht bis zum Tiefpunkt des eingetriebenen Rohres 8. Um den auf- und absteigenden Schlauch 3 kann ein Stützgewebe 15 gelegt werden. Das Rohr 8 wird dann aus dem Bodenkörper 2 herausgezogen, wobei der Schlauch 3 mit dem Stützgewebe 15 im Bodenkörper 2 verbleibt. Die freien Endabschnitte des Schlauches 3 werden an oberir disch oder unterirdisch verlegte horizontal verlaufende Zulaufleitungen 13 und Ablaufleitungen 14 angeschlossen, die als Ver- bzw. Entsorgungsleitungen dienen. Diese Leitungen verbinden die in einem Rasten in den Boden körper 2 eingebrachten Schlauchschlaufen 11 untereinander sowie mit dem Vorlauf 18 und dem Rücklauf 16 und damit mit der Gaspumpe 5 sowie der Dosiereinrichtung 4. Mittels der Dosierpumpen 19 für die verschiedenen Gaskomponenten und der Gaspumpe 5 wird das durch die Schlauchanordnung 17 geführte Gas im Kreislauf geführt. Störende Fremdgase wie auch Kohlendioxyd können durch eine Reinigung des im Rücklauf 16 strömenden Gases in dem Absorber 7 in der Konzentration gemindert werden.To form the hose arrangement 17 , tubes 18 are driven into the base body 2 at a predetermined grid spacing, which have a tip 9 on the head side ( FIG. 2). The grid spacing depends on the locally given conditions of the soil body 2 and takes into account the transport rates in the soil. The pipe jackets 22 of the pipes 8 are supported on the tips 9 when driven into the base body. When the intended hose depth is reached, a hose 3 made of plastic such as silicone rubber is inserted into the tube 8 via an eyelet 12 at the tip 9 . The hose 3 forms a loop and extends to the low point of the driven tube 8 . A support fabric 15 can be placed around the ascending and descending hose 3 . The tube 8 is then pulled out of the base body 2 , the tube 3 with the support fabric 15 remaining in the base body 2 . The free end sections of the hose 3 are connected to horizontally extending inlet lines 13 and outlet lines 14 laid above or below ground, which serve as supply and disposal lines. These lines connect the hose loops 11 introduced into the base body 2 in a detent with one another and with the flow 18 and the return 16 and thus with the gas pump 5 and the metering device 4 . By means of the metering pumps 19 for the various gas components and the gas pump 5 , the gas passed through the hose arrangement 17 is circulated. Interfering foreign gases as well as carbon dioxide can be reduced in concentration by cleaning the gas flowing in the return 16 in the absorber 7 .
An der dem Bodenkörper 2 zugekehrten Oberfläche und in der Umgebung der Schläuche 3 sollen sich die Mikroor ganismen ansiedeln. Die hierzu benötigten Bau-und Be triebsstoffe werden über den Gasstrom innerhalb der Schläuche 3 und durch die Diffusion der Gasmoleküle durch das Schlauchmaterial bereitgestellt. Die Gaszusammen setzung wird so gewählt, daß die Ansprüche der Mikro organismen an das Nährstoffangebot zumindest zeitweise befriedigt werden. Es soll die Möglichkeit zur einfachen und schnellen Proteinsynthese gegeben werden. Durch periodisches Wechseln der Gaszusammensetzung kann ein Anreiz zur Verarbeitung der aus den Boden herangetragenen organischen Substanzen geschaffen werden. Durch perio disches Wechseln zwischen aeroben und anaeroben Be dingungen, Vermehrungsbedingungen und Mangel an leicht verwertbaren Substanzen wird eine Kontrolle über die Lebensgemeinschaft in der Umgebung der Schläuche 3 aus geübt und ein Anreiz zum Abbau komplizierter synthe tischer organischer Substanzen geschaffen. Gleichzeitig erfolgt die Anreicherung und Aktivierung von Mikroor ganismen und damit eine Erhöhung des biologischen Rei nigungsvermögens im Boden.On the surface facing the body 2 and in the vicinity of the hoses 3 , the microorganisms should settle. The building materials and supplies required for this are provided via the gas flow within the tubes 3 and through the diffusion of the gas molecules through the tube material. The gas composition is chosen so that the demands of the microorganisms on the nutrient supply are satisfied at least temporarily. The possibility of simple and fast protein synthesis should be given. By periodically changing the gas composition, an incentive to process the organic substances brought in from the soil can be created. By periodically changing between aerobic and anaerobic conditions, propagation conditions and lack of easily usable substances, control over the community in the vicinity of the tubes 3 is exercised and an incentive to break down complicated synthetic organic substances is created. At the same time, microorganisms are enriched and activated, thus increasing the biological cleansing capacity in the soil.
Nach dem Einbau der Schläuche 3 in den Bodenkörper 2 und vor dem Ziehen der Rohre 8 können in die Freiräume zwischen den Schläuchen 3 und den Rohren 8 Bakteriensus pensionen eingebracht werden. Bei der Auswahl der be treffenden Bakterienkulturen muß auf die spezielle Ab baueigenschaft geachtet werden, auf die Vermehrungsfähig keit unter den durch den Nährstofftransport über die Schläuche 3 gegebenen Bedingungen sowie auf Konkurrenz eigenschaften anderen Bodenbakterien gegenüber. Wenn bewährte Schläuche eingesetzt werden, kann das Gasgemisch mit erhöhtem Druck durch die Schläuche 3 geleitet werden. Durch eine Temperaturerhöhung mittels des Wärmetauschers 6 wird die Flüchtigkeit vor allem der organischen Gas komponenten begünstigt und eine Verminderung der Ab hängigkeit der biologischen Reaktionen von der Boden temperatur erreicht. Es lassen sich somit mittels der Vorrichtung 1 hohe Reaktionsgeschwindigkeiten ganzjährig einstellen.After installation of the tubes 3 into the bottom body 2 and prior to drawing of the tubes 8 may be in the free spaces between the tubes 3 and the pipes 8 Bakteriensus be introduced inns. In the selection of the bacterial cultures concerned, attention must be paid to the special degradation properties, to the ability to reproduce under the conditions given by the transport of nutrients via the tubes 3 , and to competition with other soil bacteria. If proven hoses are used, the gas mixture can be passed through the hoses 3 with increased pressure. By increasing the temperature by means of the heat exchanger 6 , the volatility, especially of the organic gas components, is favored and the dependence of the biological reactions on the soil temperature is reduced. The device 1 can thus be used to set high reaction speeds all year round.
Mittels der Vorrichtung 1 kann das beschriebene Verfahren angewendet werden um verseuchte Bodenkörper in situ zu behandeln. Die gasdurchlässigen Schläuche 3 werden in diesem Fall vertikal in den Bodenkörper 2 eingebracht. Es ist aber auch möglich, das beschriebene Verfahren zur Behandlung ausgekofferter Böden anzuwenden. Hierzu wird der ausgebaggerte Boden schichtweise aufgetragen. Die gasdurchlässigen Schläuche 3 werden in z. B. Furchen horizontal verlegt, so daß ein Sandwich-Aufbau erfolgt. Auch in diesem Fall erfolgt durch das durch die Schlauch anordnung 17 strömende Gasgemisch eine Beeinflussung der im Erdreich befindlichen Mikroorganismen, die zum Abbau synthetischer organischer Substanzen führt. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es auch ge eignet ist, den Prozeß der Kompostierung zu optimieren. Hierzu werden Schläuche 3 als Schlauchschleifen matten förmig in das zu kompostierende Gut eingelegt wobei mittels eines Stützgewebes 15 verhindert wird, daß die Schläuche 3 beim Ein- und Ausbauen beschädigt werden. Zur Optimierung des Kompostierungsprozesses werden die Schläuche 3 vorzugsweise mit reinem Sauerstoff durch strömt da dieser die Reaktionen der im zu kompostierenden Gut befindlichen Mikroorganismen besonders beeinflußt.Using the device 1 , the described method can be used to treat contaminated soil bodies in situ. In this case, the gas-permeable hoses 3 are introduced vertically into the base body 2 . However, it is also possible to use the described method for treating excavated soils. For this, the dredged soil is applied in layers. The gas-permeable hoses 3 are in z. B. furrows laid horizontally, so that a sandwich structure takes place. In this case, too, the gas mixture flowing through the hose arrangement 17 influences the microorganisms located in the soil, which leads to the degradation of synthetic organic substances. Another advantage of the method is that it is also suitable to optimize the composting process. For this purpose, tubes 3 are inserted as tube loops in the form of mats in the material to be composted, a support fabric 15 preventing the tubes 3 from being damaged during installation and removal. In order to optimize the composting process, the tubes 3 are preferably flowed through with pure oxygen since this particularly influences the reactions of the microorganisms in the material to be composted.
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