DE3800461A1

DE3800461A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von kontaminierten boeden

Info

Publication number: DE3800461A1
Application number: DE19883800461
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Eichler
Original assignee: Sanexen Environmental Services Inc
Current assignee: Sanexen Environmental Services Inc
Priority date: 1988-01-11
Filing date: 1988-01-11
Publication date: 1989-07-20

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur extraktiven Reinigung von ton- und lehmhaltigen Böden, die mit Lösungsmitteln, Ölen, Teeren und/oder chlorierten Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind und aus denen darüberhinaus gegebenenfalls auch anorganische Schadstoffe zu eliminieren sind. Die Einrichtungen zur Durchführung der Arbeiten sind vorrangig mobil installiert, so daß die Bodenreinigung am Anfallort durchgeführt werden kann. Der Boden muß dazu an der Sanierungstelle und nach einer eventuell notwenigen Grobklassierung in die Extraktionsmischer eingefüllt werden. Die Ablagerung des gereinigten Bodens kann unmittelbar an der Sanierungsstelle erfolgen.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

In den "Hinweisen zur Ermittlung und Sanierung von Altasten" des Ministers für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordhrein-Westfalen vom Oktober 1987 wird in der "Darstellung und Bewertung von Sanierungsverfahren" ein genauer und umfangreicher Überblick über den Stand der Technik unter anderem auch auf dem Gebiet der Bodensanierung gegeben. Dementsprechend werden alle Anlagen, in denen mit Wasch- und Spülvorgängen Reinigungsoperationen durchgeführt werden, in die Gruppe der Extraktionsverfahren eingegliedert.

Dabei werden folgende Lösungen dargestellt:

1. Hochdruckwaschanlage
Die Trennung der Schadstoffe vom Boden erfolgt in dieser Anlage mit Hilfe eines Hochdruckstrahlrohres bei Drücken bis zu 250 bar.
2. Naßextraktionsverfahren
Die Anlage arbeitet mit wäßrigen Extraktionsflüssigkeiten, wobei kontinuierliche Verfahrensstufe die Reinigung von Kies, Sand und Feinstkorn übernehmen.
3. Kontinuierliches Gegenstrom-Extraktionsverfahren
Der Boden wird kontinuierlich in einem Drehwendelförderer im Gegenstrom mit einem Extraktionsmittel gewaschen.
4. Oel-Crep-Verfahren
Zum Einsatz kommt in diesem Verfahren ein Demulgator. Das Verfahren wird zur Reinigung ölverschmutzter Strände eingesetzt.

In der Bewertung der Verfahren wird folgendes kritisch festgestellt:

"Bei den Extraktionsverfahren findet eine Verlagerung der Schadstoffe vom Boden insbesondere in das Extraktionsmittel bzw. in die Waschflüssigkeit (Wasser, organische Lösemitel) aber auch in die Abluft statt.
Diese Verlagerung erfordert wiederum entsprechende Aufbereitungstechniken, die von nicht minderer Bedeutung sind. So müssen z. B. aufwendige Abwasseraufbereitungsanlagen sowie Anlagen zur Behandlung der Abluft nachgeschaltet werden.
Je nach angewandtem Extraktionsverfahren bleiben Reste der Waschflüssigkeit bzw. der Extraktionsmittel im behandelten Boden zurück.
Außerdem werden je nach Extraktionsverfahren bindige Bestandteile des Ausgangsbodens den zu entsorgenden Schadstoffen zugeschlagen. Durch das Fehlen dieser Bestandteile im behandelten Boden ändern sich dessen physikalische Eigenschaften".

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine weitgehende Schadstoffentfernung, insbesondere von Lösungsmitteln, Ölen, Teeren und/ oder chlorierten Kohlenwasserstoffen, auch aus Böden, in denen bindige Bestandteile wie Lehm und Ton enthalten sind. Dabei kommt es darauf an, eine solche Verfahrensführung zu finden und einzusetzen, die neben der maximalen Eliminierung der Schadstoffe einen möglichst geringen Einsatz an Extraktionsmitteln erfordert und ein möglichst geringer Anteil desselben im gereinigten Boden verbleibt.

Weiterhin dürfen feste Feinanteile an organischem und anorganischem Material wie Humus, Lehm und Ton nicht aus dem Boden ausgewaschen werden. Die Möglichkeit der robusten Praxisanwendung ohne den Einsatz komplizierter Trenneinrichtungen ist eine weitere Zielstellung für das Verfahren der Bodensanierung.

Merkmale der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung der technischen Aufgabe besteht darin, daß gefunden wurde, daß die unterschiedliche Affinität und Oberflächenspannung zweier verschiedener Flüssigkeiten zur Abtrennung von Schadstoffen aus Böden herangezogen werden kann.

Erfindungsgemäß wird der Boden zuerst mit einem wasserunlöslichen Extraktionsmittel wie beispielsweise Hexan vermischt und eine ausreichende Zeit im Mischer gewalkt. Dabei erfolgt die Abtrennung der Lösungsmittel, Öle, Teere und auch vorhandener chlorierter Kohlenwasserstoffe von den Feststoffteilen des Bodens und die Lösung derselben im Hexan. Nach diesem Vorgang wird eine solche Menge an Wasser zugegeben wie für einen Teig aus Boden und Wasser notwendig ist. Die höhere Affinität des Wassers zu den Feststoffteilchen und die größere Oberflächenspannung drücken mit Unterstützung des Walkvorganges des geschlossenen Mischers das Lösungsmitetl aus der teigigen Masse des Bodens heraus. Bei schräger Anordnung des Mischers mit innenliegender Schnecke und einer Drehrichtung, die den Boden in den oberen Bereich des Mischers fördert, kann das Extraktionsmittel mit den Schadstoffen im unteren Bereich gesammelt und von dort aus mit einer Pumpe abgezogen werden.

Die danach noch im Mischer vorhandenen Restmengen an Extraktionsmittel werden mit Vakuum abgedampft. Der gereinigte teigige Boden kann nun so abgelagert werden, daß das eingebrachte Wasser langsam austrocknet oder versickert, und der Boden sehr bald wieder belastbar zur Verfügung steht.

Sollten sich im Boden zusätzlich zu den genannten organischen Schadstoffen andere lösliche oder mit Hilfsstoffen (Säuren, Laugen) in lösliche Form zu überführende Belastungen befinden, ist nach der Extraktion mit dem wasserlöslichen Extraktionsmittel soviel Wasser gegebenenfalls mit den erforderlichen Hilfsstoffen zuzugeben, daß nach wenigen Minuten Absetzzeit sich folgende 4 Zonen bilden:

- wasserunlösliches Extraktionsmittel
- Klarwasserbereich
- Schlammwasser (Ton, Lehm)
- Sedimentstoffe (Sand, Steine)

Bei einer Förderrichtung der Schnecke in den oberen Bereich des Mischers kommt es bei langsamer Drehung durch den Überlauf der Flüssigkeiten über die einzelnen Schneckengänge dazu, daß die Sedimente sich im oberen und das Extraktionsmittel sich im unteren Bereich des Extraktionsmischers befinden. Dazwischen liegen die beiden wäßrigen Phasen. Nach dieser Schichtung kann das Extraktionsmittel abgepumpt werden. Wird der Klarwasserbereich erreicht, erfolgt eine Zeitlang eine Umschaltung des Flüssigkeitsstrom in einen Absetzbehälter, um auch die Restmenge des Extraktionsmittels vom Wasser abzuscheiden.

Zum Abschluß des Vorganges wird auch hier zur Ausdampfung von Extraktionsmittelrückständen Vakuum an den Mischer angelegt. Das Boden-Wasser-Gemisch wird anschließend in einen Absetzbehälter entleert. Hier setzen sich nach Stunden alle Bodenbestandteile einschließlich Lehm und Ton ab. Das überstehende Wasser wird danach abgepumpt und einer Wasserreinigungsanlage, in der die löslichen Schadstoffe ausgeflockt werden, zugeleitet. Beim Einsatz mehrerer Extraktionsmischer kann das wasserunlösliche Extraktionsmittel von einem Mischer in den anderen gepumpt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, im Gegenstrom mit frischem Extraktionsmittel den bereits vorgereinigten Boden bzw. den belasteten Boden mit dem in der vorhergehenden Stufe benutzten Extraktionsmittel zu behandeln.

Das in der Anlage anfallende belastete Extraktionsmittel wird in einer Destillationsanlage gereinigt und in den Extraktionsprozeß zurückgeleitet. Der Destillationsrückstand wird gesammelt und gegebenenfalls in einer Hochtemperaturverbrennungsanlage entsorgt.

Ausführungsbeispiel

Als wichtigste Einrichtung zur Reinigung kontaminierter Böden mit Feinanteilen wie Lehm und Ton wird ein modifiziertes Gerät verwendet, welches als Fahrmischer oder mobiler Betonmischer bekannt geworden ist.

Diese nachfolgend als Extraktionsmischer bezeichnete Einrichtung wird an der Sanierungsstelle über übliche Förder- und gegebenenfalls als Klassiereinrichtungen mit dem kontaminierten trockenen oder leicht feuchten Boden beladen und zur eigentlichen Behandlungsanlage gefahren. Diese befindet sich im Normalfall an einem festgelegten Standort auf dem Sanierungsgelände.

Wie in der Zeichnung zum Ausführungsbeispiel dargestellt wird die Extraktionsmischtrommel (1) mit innenliegender Schnecke, in der sich der zu behandelnde Boden (2) befindet, mit einem an der Behandlungsanlage vorhandenen Abschlußdeckel (3) verschlossen. Über die Drehdurchführung (4), die gleichzeitig als Aufhängung für den Abschlußdeckel dient, erfolgt die Begasung der Trommel mit Stickstoff (5), um eine Explosionsgefahr auszuschließen und die Befüllung der Mischtrommel mit den notwenigen Flüssigkeiten von der Extraktionsmittelstation (6) aus. In dieser Station befinden sich sowohl Lagertanks für gereinigtes und gebrauchtes Extraktionsmittel, wie auch Destillations- und Kondensationseinrichtungen zur Extraktionsmittelreinigung, die Dosiergeräte, Energieversorgungsanlagen und andere Nebeneinrichtungen.

Nach der Füllung der Extraktionsmischtrommel mit der festgelegten Menge an wasserunlöslichem Extraktionsmittel wird der kontaminierte Boden eine dem Verschmutzungsgrad entsprechenden Zeitdauer lang mit der Flüssigkeit gemeinsam durchmischt. Dabei kann die Drehrichtung der Trommel mehrmals verändert werden, so daß der Boden intensiv gewalkt wird. Damit erreicht das Extraktionsmittel alle Teile des verunreinigten Bodens. Die mechanischen Kräfte des Mischvorganges und die Fähigkeit des Extraktionsmittels, Lösungsmittel, Öle und Teere in sich aufzunehmen, gewährleisten die Überführung der den Boden verunreinigenden Stoffe in das Extraktionsmittel. Sollte ein solcher Grad an Bodenverunreinigung vorliegen, daß eine mehrfache Extraktion erforderlich ist, wird mit der nachfolgend beschriebenen Methode das überstehende Extraktionsmittel abgesaugt und durch frisches ersetzt.

Nach dieser Behandlungsstufe wird über den Befüllstützen des Abschlußdeckels eine solche Menge an Wasser dem Prozeß zugegeben, wie für die Herstellung eines homogenen mittelfesten Bodenteiges notwendig ist. Bei der weiteren Durchmischung lagert sich das Wasser durch die größere Oberflächenspannung und die höhere Affinität zu den Feststoffteilchen an die Bodensubstanz an und verdrängt so das wasserunlösliche Extraktionsmittel. Die wasserbenetzten Feinteile dringen in alle Zwischenräume der vorhandenen Sandanteile ein. Damit entsteht aus dem Boden-Wasser-Gemisch ein mittelfester Teig. In dieser Phase wird nun der Mischer in eine solche Drehrichtung gebracht, daß die Schnecke den Bodenteig in den oberen Bereich des Mischers fördert. Damit kann das die Schadstoffe transportierende Extraktionsmittel in den unteren Bereich des Mischers über die Schneckenwindungen abfließen. Gegebenenfalls können Schlitze in der Schnecke den Absaugbereich erweitern.

Von hier aus wird nun die Flüssigkeit über die zentrale Drehdurchführung des Extraktionsmischers abgesaugt. Dazu wird die Trommel in eine solche Stellung gebracht, daß das Ventil für das Saugrohr sich an der tiefsten Stelle befindet und über eine hydraulische Einrichtung (8) geöffnet werden kann.

Nachdem alles an Extraktionsmittel aus dem Mischer abgesaugt und das Ventil geschlossen ist, wird die Drehrichtung wieder geändert. Damit wird der Stutzen des Abschlußdeckels wieder frei. Mit einer Vakuumpumpe werden die letzten Reste an Extraktionsmittel aus der Trommel ausgedampft und gelangen zum Abscheiden in die Extraktionsmittelstation, aus der die nach der Destillation zurückbleibenden Schadstoffe (10) und die gereinigten Abgase (11) der Anlage abgeleitet werden können.

Vom Extraktionsmischer kann nun der Abschlußdeckel entfernt werden. Der gereinigte Boden wird zur Verfüllung zur Sanierungsstelle gebracht und dort vom Extraktionsmischer selbstständig ausgetragen. Das zugegebene Wasser trocknet aus bzw. versickert, so daß der Boden sehr schnell wieder belastet werden kann.

Claims

1. Verfahren zur extraktiven Reinigung von lehm- und tonhaltigen Böden, die mit Lösungsmitteln, Ölen, Teeren und/oder chlorierten Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind, mit Hilfe von Extraktionsmischern und Extraktionsflüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Extraktionsvorgang in einem rotierenden, mit einer Schnecke ausgerüsteten, geschlossenen Mischer durchgeführt wird, dessen Rotationsachse 10-15° gegenüber der Horizontalen geneigt ist und dem Boden während des Mischvorganges in der ersten Phase ein wasserunlösliches Extraktionsmittel zugegeben wird, der Extraktionsvorgang eine Zeitlang erfolgt und danach, in der zweiten Phase eine solche Menge an Wasser zugegeben wird, daß aus dem Boden eine Teigmasse entsteht und somit die wasserunlösliche Extraktionsflüssigkeit, bei einer Drehrichtung der Trommel, die den Bodenteig in den oberen Bereich des Mischers transportiert, aus dem Boden verdrängt wird, in den unteren Trommelbereich abläuft und dort über einen Bodenablaß abgesaugt werden kann, so daß nach einer Restaustrocknung mit Vakuum der gereinigte Boden zum Abtransport zur Verfügung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Nutzung der als Beton- Fahrmischer mit Rohrdurchführung am Zentralantrieb bekannten Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Füllung des Mischers mit dem verunreinigten Boden die Öffnung desselben mit einem Deckel verschlossen wird, durch den als erstes der Mischer mit Stickstoff gespült und danach das Extraktionsmittel und das Wasser eingefüllt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrdurchführung am Zentralantrieb als Leitung an einen solchen Punkt der Trommel weitergeführt wird, daß bei einer bestimmten Stellung derselben sich die Absaugöffnung am tiefsten Punkt des Extraktionsmischers befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenabsaugöffnung bei einer Drehrichtung der Trommel in der Richtung, in der der Boden sich im unteren Bereich der Trommel befindet, fest verschlossen ist und erst geöffnet wird, wenn durch Wechsel der Drehrichtung der Boden im oberen Bereich der Trommel liegt und die Bodenablauföffnung, durch die das verdrängte wasserunlösliche Extraktionsmittel abgesaugt wird, sich an der tiefsten Stelle befindet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Reinigung von Böden, die zusätzlich mit anderen, beispielsweise anorganischen Stoffen verunreinigt sind und eine Lösung oder Extraktion ins Wasser durch pH-Wert-Änderung oder andere chemisch-physikalische Eingriffe ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Behandlung mit wasserunlöslichem Extraktionsmittel eine solche Menge an Wasser mit den entsprechenden Hilfsstoffen zugegeben wird, daß nach einer festgelegten Behandlungs- und Absetzzeit die Sedimente auf Grund der entsprechenden Drehrichtung sich im oberen Bereich der Trommel befinden, in der nächst tieferen Zone das Ton-Lehm-Wasser, darunter das Klarwasser und darunter das Extraktionsmittel sammelt, welches über den Bodenablauf getrennt abgesaugt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugöffnung bereits in einer seitlichen Stellung geöffnet und durch die langsame Drehung der Trommel im offenen Zustand an die tiefste Stelle der Trommel gebracht wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Absaugleitung eine Sonde eingebaut wird, mit der beim erreichen der Grenzschicht zwischen der wasserunlöslichen Extraktionsflüssigkeit und dem abgesetzten Wasser eine Umschaltung des Flüssigkeitsstromes in einen gesonderten Absetzbehälter ausgelöst wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das benutzte abgesaugte Extraktionsmittel bei Anwendung mehrerer Extraktionsmischer und mehrerer Extraktionsfolgen in den nachfolgenden gepumpt wird und erst nach dem Extraktionsvorgang mit dem zuletzt angelieferten Boden aus dem Prozeß herausgeführt wird.