DE3811856C2 - Verfahren zur biologischen Reinigung von Erdböden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Rei­ nigung von durch Schadstoffe kontaminierten Erdböden.

Das Problem der erforderlichen Reinigung kontaminierter Erd­ böden tritt nicht nur unmittelbar anschließend an entstande­ ne Verunreinigungen auf, wie z.B. bei Ölunfällen, sondern es häufen sich auch die Fälle, bei denen Erdböden großflächig aufgrund des Vorhandenseins sogenannter Altlasten gereinigt werden müssen. Typische Beispiele sind aufgelassene Indu­ striestandorte und dergleichen.

Grundsätzlich ist es möglich, jeweils die gesamte kontami­ nierte Erde abzutragen bzw. auszuheben, Reinigungs- und Auf­ bereitungsvorgängen zu unterwerfen und die gereinigte Erde dann ggfs. nach entsprechend langer Zeit wieder neu einzu­ bringen. Diese Vorgehensweise ist nicht nur mit sehr großem Arbeitsaufwand, sondern vor allem auf mit ganz erheblichen Kosten verbunden und führt in vielen Fällen wiederum zu schwer zu beseitigenden, stark konzentriertem Schadstoffan­ fall, der gesondert behandelt und beseitigt werden muß.

Aus der DE 36 01 979 A1 ist ein anderes Verfahren zur biotechnologischen Sanierung von Umweltschäden im Boden bekannt, bei dem der Boden oberhalb der Schadenszone mit einer Suspension spezieller Mikroorganismen beimpft und unterhalb der Schadenszone mit einem besonderen Gasgemisch begast wird, und zwar jeweils durch geeignete, im Boden vorgenommene Bohrungen. Dieses Verfahren erfordert allerdings die Herstellung der speziellen Mikroorganismen-Suspension sowie den Einsatz des zur Begasung vorgesehenen Gasgemisches.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur biologischen Reinigung von durch Schadstoffe kontaminierten Erdböden zu schaffen, welches besonders einfach und kosten­ günstig durchführbar ist und einen zuverlässigen Abbau der Schadstoffe gewährleistet.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Erdboden durch Sprengung mittels in den Boden eingebrachten Sprengstoffs aufgelockert wird und daß anschließend durch Einbringen von zumindest Nährstoffen, Sauerstoff und/oder Wasser das Wachstum von die Schadstoffe abbauenden Mikroor­ ganismen im Erdboden gefördert wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, in den durch Sprengung aufgeloc­ kerten Erdboden zusätzlich die die Schadstoffe abbauenden Bakterien einzubringen, für welche im Erdboden dann solche Bedingungen geschaffen werden, daß für eine rasche Vermeh­ rung gesorgt ist.

Mit der Sprengung und der sich daraus ergebenden Auflocke­ rung des Bodens wird eine künstliche Bodenstruktur mit einem ausgeprägten Belüftungs- und Bewässerungssystem geschaffen, welches den Eintrag von Bakterien, Nährstoffen, Sauerstoff, Wasser und/oder anderen dem Wachstum der Bakterien förderli­ chen Komponenten ermöglicht. Mit dem gezielten Eintrag derar­ tiger Komponenten in den Erdboden werden die für einen Abbau der Schadstoffe erforderlichen biologischen Prozesse geför­ dert, und es wird eine Beseitigung der Kontamination ohne das Erfordernis aufwendiger Aushubarbeiten erreicht.

Grundsätzlich ist denkbar, für eine Vermehrung der sich be­ reits im Boden befindenden Bakterien zu sorgen. Bevorzugt werden jedoch zusätzlich auf die jeweiligen Schadstoffe be­ sonders ansprechende Bakterien in den durch Sprengung aufge­ lockerten Erdboden eingebracht. Infolge der durch die Spren­ gung erzeugten Bodenauflockerung können die für den Bakte­ rienbestand sowie die gewünschte Bakterienvermehrung erfor­ derlichen Komponenten problemlos an die entsprechenden Berei­ che im Boden gebracht werden.

Um zu gewährleisten, daß die Baktieren an möglichst alle kon­ taminierten Stellen im Erdboden gelangen, ist es wichtig, Nährbrücken für die Bakterien bildende Mittel oder Stoffe gut verteilt in die Erde einzubringen, was durch die mittels Sprengung erzielte Bodenauflockerung sehr begünstigt wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens liegt darin, daß insbesondere die die Auflockerung des Bodens betreffenden Kosten relativ gering sind und der verwendete Sprengstoff praktisch in Nährstoffe bildende Bestandteile zerfällt.

Bei größeren Bodenflächen ist es in der Regel erforderlich, mehrere Sprengstellen vorzusehen. In diesem Falle werden die Abstände zwischen den Sprengstellen und/oder die Mengen der jeweiligen Sprengladungen derart gewählt, daß sich die den einzelnen Sprengstellen zugeordneten Auflockerungsbereiche überschneiden. Dabei genügt in der Regel ein geringfügiges Überschneiden der genannten Bereiche. Damit ist gewährlei­ stet, daß sich auch auf größeren Flächen ein gleichmäßiger Abbau der Kontamination ergibt.

Eine Sprengladung führt in der Regel zu einem kugelförmigen Auflockerungsbereich. Werden die Sprengladungen beispielswei­ se infolge der unterschiedlichen Bodenbeschaffenheit in un­ terschiedlichen Tiefen eingebracht, so sind die Abstände der Sprengladungen entsprechend zu verändern.

Das Wasser, die für die Bakterien bestimmten Nährstoffe und ggfs. die Bakterien selbst werden vorzugsweise mittels eines über dem Erdboden installierten Bewässerungssystems in den bereits aufgelockerten Erdboden eingebracht.

Um eine gleichmäßige Verteilung der das gewünschte Bakterien­ leben erzeugenden Komponenten zu gewährleisten, ist gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, den durch die Sprengung aufgeloc­ kerten Erdboden zunächst mit Wasser bzw. einer die Bakterien sowie die Nährstoffe enthaltenden Lösung zu sättigen.

Das überschüssige Wasser wird vorteilhafterweise über Filter wieder abgepumpt, wobei die vorzugsweise durch das Zentrum der Sprengung eingeführten Filter bis an die untere Grenze der Kontaminierung in das Erdreich eingebracht werden. Zweck­ mäßigerweise wird dabei eine mit Saugfiltern versehene Vakuum-Pumpanlage verwendet.

In Verbindung mit dem Abpumpen des überschüssigen Wassers kann gewährleistet werden, daß der Boden auch eine hinrei­ chende Belüftung erfährt, indem die Vakuum-Pumpanlage weiter in Betrieb gehalten und Außenluft in den Boden gesogen wird.

Bei kälteren Außentemperaturen ist vorzugsweise vorgesehen, über die in den Erdboden eingebrachten Filter erwärmte Luft bzw. Sauerstoff in den Boden zu blasen oder zu saugen.

In der Regel wird das abgepumpte Wasser ebenfalls durch die Schadstoffe kontaminiert sein. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, daß dieses abgepumpte Wasser zum insbesondere bakteriellen Abbau der darin enthaltenen Schadstoffe einem Bioreaktor zugeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Sprenglageplan einer größeren kontaminier­ ten Fläche,

Fig. 2 den im Profil dargestellten Bodenaufbau nach der Sprengung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Einbringens der für das Bakterienleben er­ forderlichen Komponenten mittels einer Bewässe­ rungsanlage, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zum Abpum­ pen des überschüssigen Wassers verwendeten Vakuum-Pumpanlage.

Zur biologischen Reinigung kontaminierter Erden ist vorgese­ hen, den Erdboden zunächst durch Sprengung mittels in den Boden eingebrachten Sprengstoffs aufzulockern und anschlie­ ßend dafür zu sorgen, daß auf die betreffenden Schadstoffe ansprechende Bakterien und zumindest für diese Bakterien bestimmte Nähr­ stoffe, Sauerstoff und/oder Wasser sich mög­ lichst gleichmäßig im Erdreich verteilen. Die durch die Sprengung bedingte Bodenauflockerung gewährleistet, daß die für ein Bakterienleben zum Abbau der Schadstoffe erforderli­ chen Komponenten an die entsprechenden Stellen im Boden ge­ langen können.

Insbesondere bei größeren Flächen werden die Sprengstellen SP so angelegt, daß ein geringfügiges Überschneiden der Auf­ lockerungsbereiche gegeben ist (vgl. Fig. 2). Damit ist letztendlich für einen gleichmäßigen Abbau der Kontamination auch auf großen Flächen gesorgt.

Gegebenenfalls im Boden verlegte Kabel, Leitungen usw. werden durch einen entsprechenden Besatz berücksichtigt, so daß einerseits eine Beschädigung ausgeschlossen und anderer­ seits dennoch eine möglichst weitgehende Auflockerung er­ zielt wird.

Eine jeweilige Sprengladung ergibt in der Regel einen kugel­ förmigen Auflockerungsbereich. Bei unterschiedlichen Tiefen ist der Abstand der Sprengladungen entsprechend zu verän­ dern.

Fig. 2 zeigt eine Profildarstellung des Erdbodens nach er­ folgter Sprengung, wobei im vorliegenden Falle drei nebenein­ ander liegende Sprengstellen dargestellt sind. Es sind drei im wesentlichen gleiche Auflockerungsbereiche 16 bis 20 er­ kennbar, die ineinander übergreifen. Die jeweiligen Spreng­ stellen SP liegen oberhalb des Grundwasserstands GW, und dieser Grundwasserstand GW über der unteren Grenze UGK der Kontaminierung.

Wie in der Darstellung gemäß Fig. 2 zu erkennen ist, ist durch die Sprengung im Untergrund ein wasserdurchlässiges, richtungsbestimmtes Entwässerungs- und Belüftungssystem ent­ standen. Ausgehend von jedem Sprengzentrum ergibt sich eine regelmäßige Struktur von groben und feinen Kanälen, durch die Bakterien und Nährstoffe an den Einsatzort gelangen können. Aufgrund des Ineinandergreifens der einzelnen Spreng­ stellen bzw. Auflockerungsbereiche 16, 18, 20 ist ein durch­ gehendes Entwässerungs- und Belüftungssystem entstanden.

Fig. 3 zeigt schematisch, wie die für das Bakterienleben er­ forderlichen Komponenten in das Erdreich verbracht werden.

Hierbei werden mittels einer Bewässerungsanlage 10 Wasser 12 sowie Bakterien und Nährstoffe 14 in den durch die Spren­ gung aufgelockerten Erdboden eingebracht. Zur vereinfachten Darstellung sind wiederum lediglich drei Auflockerungsberei­ che 16 bis 20 gezeigt. Die Bakterien sowie die für die Bakte­ rien bestimmten Nährstoffe 14 gelangen durch die groben und feinen Kanäle der durch die Sprengung erhaltenen Auflocke­ rungsbereiche 16 bis 20 problemlos an den Einsatzort. Die er­ haltenen Auflockerungsbereiche gewährleisten auch die erfor­ derliche Sauerstoffzufuhr. Über die groben und schließlich über die feinen Kanäle können die Bakterien, Nährstoffe, der Sauerstoff und das Wasser praktisch in sämtliche Bereiche des kontaminierten Erdbodens gelangen und damit zu einem gleichmäßigen Abbau der betreffenden Schadstoffe beitragen. Die erhaltene künstliche Bodenstruktur fördert demnach nach einem Eintrag von Bakterien, Nährstoffen, Sauerstoff, Wasser und anderen Komponenten die Entwicklung der biologischen Be­ dingungen im Erdboden, welche insbesondere für einen zuver­ lässigen und raschen Schadstoffabbau erforderlich sind.

Um eine gleichmäßige Verteilung der für das Bakterienleben erforderlichen Komponenten im gesamten kontaminierten Erd­ reich zu gewährleisten, sollte der Boden mit Wasser bzw. mit der zusätzlich die Nährstoffe und die Bakterien enthaltenden Lösung gesättigt werden.

Nachdem die Bakterien und Nährstoffe sich im Boden festge­ setzt haben, wird das überschüssige Wasser abgepumpt. Hierzu wird im vorliegenden Fall eine Vakuum-Pumpanlage mit Saugfil­ tern 24 installiert, deren Leitungssystem 22 in Fig. 4 sche­ matisch angedeutet ist. Die Filter 24 werden jeweils durch das Zentrum der Sprengung bis an die untere Grenze UGK der Kontaminierung in das Erdreich eingebracht. Die verwendeten Saugfilter stellen hierbei sicher, daß die Bakterien sowie die Nährstoffe im Boden verbleiben. Die jeweiligen Filter können sich über den ganzen Bereich der in das Erdreich ein­ gebrachten Rohrabschnitte 24 des Leitungssystems 22 der Vakuum-Pumpanlage erstrecken oder über diese Abschnitte ver­ teilt sein.

Um schnellstmöglich eine gute Belüftung zu erreichen, wird bereits während der Besprühung des Erdbodens mittels der Be­ wässerungsanlage 10 mit dem Absaugen des Wassers durch die Vakuum-Pumpanlage begonnen.

Wird die Pumpanlage anschließend weiterbetrieben, so kann durch die aufrechterhaltene Saugwirkung der Vakuumanlage der nötige Sauerstoff in den Erdboden gebracht bzw. warme Außen­ luft in den Boden gesogen werden.

Bei kälteren Außentemperaturen wird über die Filter im Boden erwärmter Sauerstoff in den Boden geblasen. Durch das Ein­ bringen über Druckluft erhitzten Sauerstoffs in das Erdreich werden die gewünschten biologischen Reaktionen weiter akti­ viert.

Das abgepumpte Wasser kann zur Aufbereitung einem Bioreaktor zugeführt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von durch Schadstof­ fe kontaminierten Erdböden, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdboden durch Sprengung mittels in den Boden eingebrachten Sprengstoffs aufgelockert wird, und daß anschließend durch Einbringen von zumindest Nährstoffen, Sauerstoff und/oder Wasser das Wachstum von die Schadstoffe abbauenden Mikroorganismen im Erdboden gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mikroorganismen Bakterien eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den durch Sprengung aufgelockerten Erdboden zusätzlich die die Schadstoffe abbauenden Bakterien eingebracht werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei an mehre­ ren Stellen im Erdboden durchgeführten Sprengungen die Abstände zwischen den Sprengstellen und/oder die Mengen der jeweiligen Sprengladungen derart gewählt werden, daß sich die den einzelnen Sprengstellen zugeordneten Aufloc­ kerungsbereiche überschneiden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser, die Bakterien sowie die für die Bakterien bestimmten Nährstoffe mittels eines über dem Erdboden installierten Bewässerungssystems in den aufgelockerten Erdboden einge­ bracht werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Sprengung aufgelockerte Erdboden zunächst mit Wasser bzw. einer die Bakterien sowie die Nährstoffe enthalten­ den Lösung gesättigt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüs­ sige Wasser über in den Erdboden eingebrachte Filter wieder abgepumpt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugswei­ se durch das Zentrum der Sprengung eingeführten Filter bis an die untere Grenze der Kontaminierung in das Erd­ reich eingebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüs­ sige Wasser durch eine mit Saugfiltern versehene Vakuum-Pumpanlage abgepumpt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Vakuum-Pumpanlage warme Außenluft in den Erdboden einge­ sogen wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei kälteren Außentemperaturen über die in den Erdboden eingebrachten Filter erwärmter Sauerstoff in den Boden geblasen wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abgepumpte Wasser zum vorzugsweise bakteriellen Abbau der in diesem Wasser enthaltenen Schadstoffe einem Bioreaktor zuge­ führt wird.