DE3738264C1

DE3738264C1 - Verbessertes Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Boeden

Info

Publication number: DE3738264C1
Application number: DE19873738264
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Peter Walter
Original assignee: DVGW FORSCHUNGSSTELLE AM ENGLE
Current assignee: DVGW FORSCHUNGSSTELLE AM ENGLE
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1987-11-11
Publication date: 1989-03-30
Also published as: WO1989004356A3; WO1989004356A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Erdöl, Erdölfolgeprodukten und/oder teerartigen Substanzen als Schadstoffe aus Böden mit Hilfe von wäßrigen Extraktionsmitteln, wobei die Schadstoffe durch geeignete Zusatzstoffe mobilisiert werden.

Zur Sanierung kontaminierter Böden werden eine Anzahl von Verfahren beschrieben.

Die gebräuchlichste besteht darin, den kontaminierten Boden auszugraben und auf eine Deponie zu verbringen. Dieses Verfahren ist mit Nachteilen behaftet, wie normalerweise lange Transportwege, Ersatz des entfernten Bodens durch frischen.

In einem verbesserten Verfahren werden die kontaminierten Böden gegen die schadstofffreien abgedichtet oder die kontaminierten Böden entfernt und an einen abgedichteten Ort verbracht, anschließend extrahiert und der Extrakt auf physikalischem oder chemischem Wege gereinigt. Als Extraktionsmittel werden Wasser oder organische Lösungsmittel beschrieben (EP 59 020). Nachteilig ist hierbei, daß die organischen Lösungsmittel nach erfolgter Dekontamination aufwendig aus den sanierten Böden entfernt werden müssen. Bei Wasser wird die Dekontamination im allgemeinen durch den engen Verbund der Schadstoffe mit dem Bodenmaterial erschwert. Dies trifft insbesondere bei tonhaltigen Böden zu, wo der Schadstoff in die Bodenmatrix diffundiert ist und so bei Spülmaßnahmen nicht erfaßt wird. Die Aufbereitung der Kontamination durch chemisch-physikalische oder mikrobiologische Verfahren ist aber nur möglich, wenn die zu behandelnden Stoffe in die wäßrige Phase übergehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Problem zu überwinden und ein verbessertes Verfahren zu entwickeln, das den Übergang der Schadstoffe in die wäßrige Phase erhöht.

Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren gemäß Kennzeichen des Anspruches 1.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Kontaminierter Boden wird gegen schadstofffreien Boden abgedichtet mit Hilfe von wasserdichten oder weitgehend wasserdichten Trennwänden, die beispielsweise aus Ton bestehen. Vertikale Trennwände werden bis zu wasserundurchlässigen Erdschichten eingebaut oder, falls solche in Tiefen von 10 bis 15 m unter der Erdoberfläche nicht vorhanden sind, werden in dieser Tiefe auch horizontale wasserdichte oder weitgehend wasserdichte Trennwände, beispielsweise aus Ton, angebracht.

Der kontaminierte Boden kann auch aus seiner natürlichen Umgebung entfernt und an einen wasserdichten oder weitgehend wasserdichten Ort gebracht werden.

Der auf obige Weise abgedichtete kontaminierte Boden wird durch Extraktion von Schadstoffen befreit. Der Boden wird hierfür mit Rohrleitungen versehen, die bis in eine Tiefe unmittelbar über der horizontalen Trennschicht bzw. der wasserundurchlässigen Erdschicht vorgetrieben werden und im oberen und unteren Bereich mit Öffnungen versehen sind. Die Rohrleitungen befinden sich im gegenseitigen Abstand von 2 bis 3 m und sind an geeignete Pumpen angeschlossen. Es kann entweder Extraktionsmittel in die Rohrleitungen hineingepumpt werden, so daß das Extraktionsmittel im unteren Bereich aus den ggfs. mit Filtern versehenen Rohrleitungen austritt, im Laufe der Zeit den abgedichteten Bereich mit kontaminiertem Boden füllt und von der Oberfläche des Bodens als Extrakt ggfs. durch Abpumpen entfernt wird. Es kann alternativ auch durch Verrieselung Extraktionsmittel auf der Oberfläche des kontaminierten Bodens aufgebracht werden. Dieses sickert im Laufe der Zeit in die tieferen Schichten des abgedichteten Bereichs und wird als Extrakt vom Bodenbereich abgepumpt. Die Wahl der geeigneten Betriebsweise hängt von der Art des zu entsorgenden Schadstoffs ab. Man wird Schadstoffe mit einer Dichte über 1 vorzugsweise von der Bodenschicht und Schadstoffe mit einer Dichte unter 1 von der Deckschicht entfernen.

Es werden wäßrige Extraktionsmittel eingesetzt, die zur Mobilisierung der Schadstoffe erfindungsgemäß 0,1 bis 1,0% Natriumpyrophosphat oder Natriumoxalat enthalten. Beide Substanzen sprengen die Tonmineralien und setzen so die Schadstoffe frei. Bei sandigem oder kiesigem Boden ergibt sich ebenfalls eine Erhöhung des Stoffübergangs adsorptiv gebundener Schadstoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich zum einen von den bisher bekannten Methoden dadurch, daß der Übergang in die wäßrige Phase im Gegensatz zur Verwendung von Wasser allein verstärkt wird. Zum anderen sind bei der Verwendung von organischen Tensiden, die zwar auch eine Erhöhung der Löslichkeit bewirken, neben dem Problem der technischen Anwendung, insbesondere der Schaumbildung, noch die Schwierigkeiten der Entfernung der Tenside nach der Aufbereitung zu nennen. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erhöhung des Stoffübergangs von Schadstoffen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen in die wäßrige Phase bei gleichzeitiger positiver Wirkung der erfindungsgemäßen Zusatzstoffe bei der mikrobiologischen Entsorgung der Schadstoffe.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Aufgabe des Extraktionsmittels in Menge bzw. Volumen Extraktionsmittel pro Flächeneinheit am Erdboden.

Das Volumen des zu verwendenden Extraktionsmittels beträgt 50 bis 500 l/m² zu behandelndem Boden und Tag. Je nach Tiefe der Verunreinigung des Bodens wird diese Menge entsprechend lange aufgegeben.

Der Extrakt kann durch chemisch-physikalische Verfahren, beispielsweise Behandlung mit Aktivkohle, gereinigt werden. Die entfernten Schadstoffe werden beispielsweise durch Deponierung oder Verbrennung entsorgt. Das gereinigte Extraktionsmittel kann rezykliert werden. Soll im Falle der Verwendung von Natriumpyrophosphat das Extraktionsmittel nicht rezykliert werden, so kann das Phosphat ausgeflockt werden. Es hinterbleibt als Effluent im wesentlichen reines Wasser.

Wird der Extrakt durch mikrobiologische Verfahren gereinigt, so wirkt das zugesetzte Natriumpyrophosphat wachstumsfördernd und damit positiv auf den Aufbau. Oxalat wird bakteriell in die Endprodukte Wasser und Kohlendioxid überführt und damit vollständig aus dem System entfernt. Hinzu kommt noch, daß die in der Regel in geringen Konzentrationen vorliegenden Schadstoffe durch die Verwertung der leicht abbaubaren Oxalate cometabolisch besser umgesetzt werden.

Nachfolgend werden einige Ergebnisse bei Verwendung von Natriumpyrophosphat bei mit kokereispezifischen Substanzen verunreinigten Böden beschrieben, die die Wirkung des Verfahrens belegen.

Beispiel 1

50 g eines mergeligen tonmineralienhaltigen Bodens, der mit rund 1 g/kg Kohlenwasserstoff belastet war, wurde während 24 h mit 500 ml Wasser bzw. mit jeweils verschiedenen konzentrierten Natriumpyrophosphatlösungen während 10 Stunden geschüttelt und der Überstand anschließend auf den Gehalt an Kohlenwasserstoffen untersucht. Die Auftrennung erfolgte gaschromatografisch und die Identifizierung durch Massenspektrometrie. In Tab. 1 und 1a sind die Daten für die Einzelsubstanzanalyse zusammengefaßt, wobei es sich bei A und B jeweils um Doppelansätze handelt. Auffällig ist insbesondere die Konzentrationserhöhung bei Anthracen, Fluoren und Phenanthren. In Abb. 1 ist die Summe der freigesetzten Schadstoffe über die Pyrophosphatkonzentration aufgetragen. Der höchste Wirkungsgrad ist bei 0,5% Natriumpyrophosphat zu erkennen.

Beispiel 2

Analog Beispiel 1 wurde ein mit rd. 1 g/kg Kohlenwasserstoff verunreinigter Boden mit 500 ml Wasser bzw. 0,5% wäßriger Natriumoxalatlösung 8 Stunden lang geschüttelt und anschließend im Überstand die Schadstoffbestimmung durchgeführt.

Die in der Tabelle 2 aufgeführten Ergebnisse belegen eindeutig eine Verbesserung des Stoffübergangs durch die Verwendung von Natriumoxalat.

Tabelle 1 Erhöhung der Löslichkeit von Kohlenwasserstoffen aus Bodenproben (1 g Kohlenwasserstoff/kg Boden) in Abhängigkeit von der Natriumpyrophosphatkonzentration Aromatische Kohlenwasserstoffe + Teerinhaltsstoffe Auswertung: GC/MS; interne Standards Konzentrationsangaben in mg/kg

Tabelle 1a Erhöhung der Löslichkeit von Kohlenwasserstoffen aus Bodenproben (1 g Kohlenwasserstoff/kg Boden) in Abhängigkeit von der Natriumpyrophosphatkonzentration Aromatische Kohlenwasserstoffe + Teerinhaltsstoffe Auswertung: GC/MS; interne Standards Konzentrationsangaben in mg/kg

Tabelle 2 Erhöhung der Löslichkeit von Kohlenwasserstoffen aus Bodenproben (1 g Kohlenwasserstoff/kg Boden) in Abhängigkeit von der Natriumoxalatkonzentration Aromatische Kohlenwasserstoffe + Teerinhaltsstoffe Auswertung: GC/MS; interne Standards Konzentrationsangaben in mg/l

Abb. 1:
Abhängigkeit der Kohlenwasserstoffmenge im Wasser von der eingesetzten Natriumpyrophosphatkonzentration (50 g Boden, 500 ml Wasser)

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von Erdöl, Erdölfolgeprodukten und/oder teerartigen Substanzen als Schadstoffe aus Böden mit Hilfe von wäßrigen Extraktionsmitteln dadurch gekennzeichnet, daß man zur Mobilisierung dieser Schadstoffe Extraktionsmittel verwendet, die 0,1 bis 1,0% Natriumpyrophosphat oder Natriumoxalat enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe aus tonhaltigen Böden entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaminierte Bereich der Böden vor der Extraktion mit wasserdichten oder weitgehend wasserdichten Trennwänden abgedichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionsmittel durch Injektion oder Verrieselung appliziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionsmittel in einem Volumen von 50 bis 500 l/m² Boden und Tag angewandt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gebrauchte Extraktionsmittel durch chemisch-physikalische oder mikrobiologische Verfahren gereinigt wird.