DE3844689C2 - Cleaning contaminated ground in successive vertical operations - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung schadstoff­ haltiger Bodenschichten mittels eines in die Bodenschichten unter hohem Druck eingebrachten Reinigungsmediums, durch das die Schadstoffe von den gelockerten Bodenpartikeln in einem in senk­ rechter Richtung fortschreitenden Vorgang innerhalb einer rohr­ förmigen, in den Boden eingebrachten Kammer getrennt werden, die für den Fortschritt der Reinigung in waagerechter Richtung im Erdreich versetzt wird.

Das Entfernen von Schadstoffen aus Bodenschichten wird in vielen Fällen durch die wechselnde Lagerung verschiedener Boden­ schichten mit unterschiedlichen bodenmechanischen und physika­ lischen Eigenschaften behindert. In vielen Fällen müssen schad­ stoffbelastete Böden daher ausgehoben und außerhalb der eigentlichen Baugrube gereinigt werden. Kommen zum wechselnden Bodenaufbau beengte Platzverhältnisse und große Tiefen des ver­ unreinigten Bodens hinzu, werden die Kosten für den Bodenaushub durch umfangreiche Sicherungsmaßnahmen erhöht. In solchen Fällen ist es wünschenswert, den Boden vor Ort zu reinigen. Hierunter fallen unter anderem biologische Reinigungsverfahren, die jedoch insbesondere bei wechselnder Bodenschichtung nur bedingt an­ wendbar sind. Außerdem erstreckt sich der Zeitaufwand für biolo­ gische Reinigungsverfahren über mehrere Vegetationsperioden.

Ein bekanntes Verfahren zur Reinigung schadstoffhaltiger Boden­ schichten verwendet ein Bohrrohr, das aus einem das Reinigungs­ medium in die Bodenschichten führenden Kernrohr sowie einem das Kernrohr umgebenden Mantelrohr besteht. Das Kernrohr ist an seinem unteren Ende mit einer Bohrkrone versehen, oberhalb der sich eine Austrittsdüse für das unter hohem Druck stehende Reinigungsmedium befindet. Das Mantelrohr ist oberhalb der Austrittsdüse gegenüber dem Kernrohr abgedichtet und weist im Bereich seines unteren Endes eine Absaugöffnung für das schadstoffbeladene Reinigungsmedium auf. Über einen zwischen Mantelrohr und Kernrohr gebildeten Ringraum gelangt das schadstoffbeladene Reinigungsmedium unter der Wirkung einer Saugpumpe an die Erdoberfläche zurück und wird dort einer Auf­ bereitung zugeführt. Das mit der bekannten Vorrichtung durchführbare Bodenreinigungsverfahren wird entweder beim Absenken oder Ausfahren des sich drehenden Bohrrohres durchge­ führt. Das über das Kernrohr zugeführte Reinigungsmedium verläßt die Austrittsdüse unter hohem Druck und dringt als Schneidstrahl horizontal in die zu reinigende Bodenschicht ein. Auf diese Weise werden die Bodenkörner abgespritzt und Schadstoffe her­ ausgelöst.

Da die vom Reinigungsvorgang erfaßte Bodensäule in Abhängigkeit vom Aufbau der Bodenschicht und damit der Durchdringungstiefe des Schneidstrahles unterschiedliche Durchmesser hat, kann es zu einer unerwünschten Beeinflussung schon gereinigter und damit schadstofffreier Bodenbereiche durch vom Schneidstrahl nicht er­ faßte Bodenbereiche kommen. Aus diesem Grunde wird bei einem weiterentwickelten Reinigungsverfahren der in senkrechter Richtung fortschreitende Vorgang des Abtrennens der Schadstoffe von den Bodenpartikeln jeweils innerhalb einer rohrförmigen, in den Boden eingebrachten Kammer durchgeführt, die für den Fort­ schritt der Reinigung in waagerechter Richtung im Erdreich ver­ setzt wird. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die Grenze zwischen schadstoffhaltigen und gereinigten Bodenbereichen exakt festgelegt wird, so daß eine gezielte Bestimmung der noch einer Reinigung zu unterziehenden Bodenbereiche vorgenommen werden kann. Insbesondere wird verhindert, daß mit Schadstoffen be­ ladenes Reinigungsmedium in benachbarte, bereits gereinigte oder schadstofffreie Bereiche gelangen kann.

Bei bestimmten Bodenarten und Schadstoffen ist es schwierig oder sogar unmöglich, die von den Bodenpartikeln durch den Schneid­ strahl des Reinigungsmediums gelösten Schadstoffe innerhalb der in das Erdreich eingebrachten Kammer von den gereinigten Boden­ partikeln zu trennen. Insbesondere dann, wenn sich innerhalb der Kammer ein Schlammgemisch aus gereinigten Bodenpartikeln, Schad­ stoffen und Reinigungsmedium bildet, ist eine Trennung der Schlammgemisch-Bestandteile innerhalb der Kammer ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren zur Reinigung schadstoffhaltiger Boden­ schichten derart weiterzubilden, das es auch für in der Kammer entstehende Schlammgemische angewendet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das in der Kammer entstehende Schlammgemisch aus gereinigten Bodenpartiklen, Schadstoffen und Reinigungsmedium mittels einer Feststoffpumpe aus der Kammer an die Bodenoberfläche ausgetragen und dort einer die Bodenpartikel von den Schadstoffen trennenden Reinigungsanlage zugeführt wird und daß die Bodenpartikel in die Kammer zurückgeführt werden, bevor diese im Erdreich versetzt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine sichere Trennung der innerhalb der Kammer an Ort und Stelle von den Schadstoffen gereinigten Bodenpartikeln von den Schadstoffen er­ reichen, wenn sich innerhalb der Kammer durch das unter hohem Druck eingebrachte Reinigungsmedium aufgrund der vorhandenen Bodenart und im Hinblick auf die beim Reinigungsprozeß ein­ tretende Auflockerung der Bodenpartikel ein Schlammgemisch aus­ bildet. Mittels der Feststoffpumpe kann ein derartiges Schlamm­ gemisch aus gereinigten Bodenpartikeln, Schadstoffen und Reinigungsmittel auch aus größeren Tiefen sicher aus der Kammer zu der an der Bodenoberfläche befindlichen Reinigungsanlage ge­ fördert werden. Aus dieser Reinigungsanlage werden die nunmehr schadstofffreien Bodenpartikel in die Kammer zurückgeführt, so daß diese wieder mit Bodenpartikeln gefüllt wird, bevor ein Ver­ satz der Kammer in einen noch ungereinigten Teil des Erdreiches erfolgt.

Um beim erfindungsgemäßen Verfahren einen hydraulischen Grund­ bruch am Fuße der Kammer zu vermeiden, kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Förderleistung der Feststoffpumpe derart gesteuert werden, daß der Grundwasserspiegel in der Kammer eine vorgegebene Tiefmarke nicht unterschreitet. Zur Steuerung des Grundwasserspiegels in der Kammer kann erfindungs­ gemäß zusätzlich Wasser in die Kammer eingespeist werden. Außerdem ist es erfindungsgemäß möglich, den gereinigten Boden innerhalb der Kammer mechanisch zu verdichten und den ge­ reinigten Boden durch Zugabe von Bindemittel und/oder weiteren Stoffen zu optimieren.

Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kammer bzw. Teile der Kammer in der Weise versetzt, daß die jeweils in Gestalt eines Vielecks ausgebildeten Kammern ein waagerecht fortschreitendes Wabenmuster bilden. Alternativ können die in den Boden eingebrachten rohrförmigen Kammern nacheinander so angeordnet werden, daß sich die zu reinigenden Bereiche überschneiden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit mehreren Kammern gleich­ zeitig gearbeitet, wobei die Arbeitsbereiche "Einbau der Kammern" - "Bodenreinigung" - "Ausbau der Kammern" räumlich getrennt voneinander durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird gleichzeitig mit der Kammer ein das Reinigungsmedium führendes Bohrrohr in die Bodenschichten eingebracht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Zeichnungen, in denen be­ vorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der hierfür verwendeten Vorrichtung dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer in den Boden ab­ gesenkten Vorrichtung zur Reinigung von Boden­ schichten innerhalb einer Kammer mit einer Feststoffpumpe zur Förderung des Schlammgemisches in eine oberirdische Reinigungsanlage;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Verfahrensablauf zur Reinigung von schadstoffhaltigen Bodenschichten in drei aufeinanderfolgenden Stufen;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Verfahren zur Reinigung von schadstoffhaltigen Bodenschichten mit einem im Vergleich zu Fig. 2 anderen Aufbau der Kammer;

Fig. 4 ein Detail zu Fig. 3 und

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Verfahrensablauf zur Reinigung schadstoffhaltiger Bodenschichten bei Ein­ satz einer oder von mehreren rohrförmigen Kammern.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Reinigung von tief­ liegenden, schadstoffhaltigen Bodenschichten umfaßt eine rohr­ förmige Kammer 1, die in horizontaler Richtung in den einer Reinigung zu unterziehenden Boden 2 eingebracht wird. Innerhalb dieser Kammer 1 ist ein Bohrrohr 3 angeordnet, dessen unteres Ende mit einer Bohrkrone 4 versehen ist. Knapp oberhalb der Bohrkrone 4 weist das Bohrrohr 3 mindestens eine seitliche Aus­ trittsdüse 5 auf.

Über eine nicht dargestellte Vorrichtung ist das Bohrrohr 3 drehbar und mit einer axialen Kraft beaufschlagbar, so daß das Bohrrohr 3 axial in das Erdreich vorgetrieben werden kann. Die Verdrängung des Erdreiches erfolgt hierbei durch die mit ent­ sprechenden Arbeitsflächen versehene Bohrkrone 4.

Über eine Hochdruckpumpe 6 wird ein Reinigungsmedium in das Innere des Bohrrohres 3 gefördert, aus dem das Reinigungsmedium unter hohem Druckabfall, aber mit großer Geschwindigkeit durch die Austrittsdüse 5 in die jeweilige Bodenschicht eindringt. Das stark gebündelt austretende Reinigungsmedium umspült dabei die jeweils erfaßten Bodenpartikel und entfernt dabei die an diesen anhaftenden Schadstoffe. Durch den sehr hohen Druck im Bohrrohr 3 ist die Wirkung des austretenden Reinigungsmediums ähnlich der eines Schneidstrahles, wodurch zusätzlich eine Auflockerung der beaufschlagten Bodenschichten erfolgt. Durch die sowohl axiale als auch drehende Bewegung des Bohrrohres 3 bestreicht das aus der Austrittsdüse 5 austretende Reinigungsmedium eine zylindrische Bodensäule. Der Durchmesser der Bodensäule hängt hierbei von der Reichweite des Schneidstrahles ab, die ihrerseits durch die Beschaffenheit des Bodens beeinflußt wird.

In Fig. 1 zu erkennen, daß das Bohrrohr 3 innerhalb der in den Boden 2 eingelassenen, als zylindrisches Rohr ausgebildeten Kammer 1 geführt ist. Die Kammer 1 ist stets soweit in den Boden 2 abgesenkt, daß ihre Unterkante tiefer liegt als die Austritts­ düse 5 des Bohrrohres 3 in dessen Arbeitsstellung.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 sind die Kammer 1 und das Bohr­ rohr 3 axial zueinander verschiebbar angeordnet. Vor Einbringen des Bohrrohres 3 in den Boden 2 und damit vor Beginn des eigentlichen Reinigungsverfahrens wird die Kammer 1 senkrecht in den Boden 2 eingebracht, beispielsweise mit Hilfe entsprechender hydraulischer Geräte. Anschließend beginnt mit dem Einfahren des Bohrrohres 3 der Reinigungsvorgang.

Der Durchmesser der Kammer 1 ist auf die Stärke des in Form eines Schneidstrahles aus der Austrittsdüse 5 austretenden Rei­ nigungsmediums abgestimmt, so daß gewährleistet ist, daß der Schneidstrahl sicher die Innenwand der Kammer 1 erreicht und damit die gesamten, innerhalb der Kammer 1 befindlichen Boden­ schichten gereinigt werden.

Abweichend von der Ausführung nach Fig. 1 ist auch eine axial unverschiebbare Anordnung von Bohrrohr 3 und Kammer 1 möglich.

In diesem Fall werden das Bohrrohr 3 und die Kammer 1 gleichzeitig in den Boden 2 eingebracht. Dies kann entweder durch gleichzeitiges Eindrehen beider Teile geschehen oder durch Einrammen der Kammer 1 unter gleichzeitiger Mitnahme des sich drehenden Bohrrohres 3. Der eigentliche Reinigungsvorgang ist sowohl beim Absenken als auch beim Aufholen von Kammer 1 und Bohrrohr 3 durchführbar.

Innerhalb der Kammer 1 ist zusätzlich zum Bohrrohr 3 mit der Austrittsdüse 5 eine Feststoffpumpe 7 angeordnet, die über eine Förderleitung 8 mit einer auf der Erdoberfläche angeordneten Reinigungsanlage 9 verbunden ist. Die Förderleistung der Feststoffpumpe 7 kann derart gesteuert werden, daß nur so viel Schlammgemisch aus Bodenpartikeln, Schadstoffen und Reinigungsmittel gefördert wird, daß der sich innerhalb der Kammer 1 ausbildende Grundwasserspiegel im Verhältnis zum Grundwasserspiegel 10 außerhalb der Kammer 1 nicht unter eine vorgegebene Tiefmarke 10a absinken kann. Die Feststoffpumpe 7 fördert das Schlammgemisch in die oberirdische Reinigungsanlage 9, nachdem innerhalb der Kammer 1 die Schadstoffe mit Hilfe des aus der Austrittsdüse 5 in der Art eines Schneidstrahles austretenden Reinigungsmediums von den Bodenpartikeln getrennt worden sind. In der Reinigungsanlage 9 erfolgt lediglich die Trennung der gereinigten Bodenpartikel von den Schadstoffen und ggf. dem Reinigungsmedium. Die gereinigten Bodenpartikel werden in die geleerte Kammer 1 zurückgeführt und hier ggf. verdichtet, bevor die Kammer 1 aus dem Boden 2 entfernt wird.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren zur Reinigung von schad­ stoffhaltigen Bodenschichten nach dem in Fig. 2 in drei Stufen dargestellten Ablaufschema durchgeführt. Im oberen Teil von Fig. 2 ist zu erkennen, wie in der schraffiert dargestellten Reihe von Kammern 1a der Reinigungsprozeß bereits abgeschlossen ist, während nahezu zwei weitere Reihen von unschraffiert darge­ stellten Kammern 1b bereits in den Boden abgesenkt sind, ohne daß der Reinigungsprozeß begonnen hat. Mittelachsen noch zu setzender Kammern sind in Fig. 2 mit einem kleinen Kreuz be­ zeichnet.

Im mittleren Teil der Fig. 2 ist ein fortgeschritteneres Ver­ fahrensstadium dargestellt, in dem bereits zwei Kammern dem Boden 2 wieder entnommen und in die noch unvollständige Reihe noch nicht gereinigter Kammern 1b eingesetzt sind. Die ge­ reinigten Bodensäulen 1c sind durch doppelte Schraffur gekenn­ zeichnet. Der Reinigungsprozeß ist bereits bis zur Hälfte der mittleren Reihe von Kammern 1a fortgeschritten.

In dem im unteren Teil von Fig. 2 dargestellten, weiteren Ver­ fahrensstadium ist bereits mehr als eine komplette Reihe von Kammern dem Boden wieder entnommen und in Arbeitsrichtung weiter vorne eingesetzt worden.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, müssen die Kammern 1 nicht als zylindrische Rohre ausgebildet sein; sie können auch die Gestalt von Vielecken aufweisen, die sich aus mehreren vertikal in den Boden eingelassenen Schalen 11 zusammensetzen. Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß sich eine den Querschnitt eines Sechsecks auf­ weisende Kammer aus jeweils 4 Schalen 11 zusammensetzen läßt, wobei diese Schalen 11 die Form eines an seiner Längsseite offenen Trapezes haben.

In Fig. 4 ist schließlich dargestellt, daß die trapezförmigen Schalen 11 durch ineinanderschiebbare Kupplungsstücke 11a, 11b miteinander verbunden werden können. Auf diese Weise werden die Schalen 11 während des Einbringens in den zu reinigenden Boden 2 geführt, wobei als zusätzlicher Vorteil ein Entweichen von schadstoffbeladenem Reinigungsmedium in benachbarte Kammern 1 durch die Kupplungsstücke 11a, 11b weitgehend vermieden wird.

In Fig. 5 ist schließlich dargestellt, daß die einzelnen rohr­ förmigen Kammern 1 mit kreisförmigem Querschnitt auch so ange­ ordnet werden können, daß sich ihre Bereiche überschneiden. Im oberen Teil der Fig. 5 ist zu erkennen, daß in den doppelt schraffiert dargestellten Kreisen mit gereinigten Bodenspulen 1c der Reinigungsprozeß abgeschlossen und das Kammerrohr wieder ausgebaut ist, wogegen in dem daneben gezeichneten Kammerrohr 1a gerade gereinigt wird. Die Mittelachsen noch zu setzender Kammern 1b sind mit einem kleinen Kreuz bezeichnet, die Umrisse der Kammern 1b sind mit dünnerer Strichstärke angedeutet. Der gesamte Reinigungsvorgang wird bei diesem Ausführungsbeispiel nur mit einer rohrförmigen Kammer 1, die jeweils umgesetzt wird, durchgeführt. Im unteren Teil der Fig. 5 ist schematisch darge­ stellt, daß aber auch gleichzeitig zwei oder mehr Kammern 1 im Einsatz sein können, wobei die Einsatzstellen so gewählt werden, daß sich die zu reinigenden Bereiche im vorgegebenen Maß über­ schneiden.

Bezugszeichenliste

 1 Kammer
 1a Kammer während des Reinigungsvorganges
 1b eingebrachte Kammer
 1c gereinigte Bodensäule
 2 Boden
 3 Bohrrohr
 4 Bohrkrone
 5 Austrittsdüse
 6 Hochdruckpumpe
 7 Feststoffpumpe
 8 Förderleitung
 9 Reinigungsanlage
10 Grundwasserspiegel
10a Tiefmarke
11 Schale
11a Kupplungsstück
11b Kupplungsstück

Claims (9)

1. Verfahren zur Reinigung schadstoffhaltiger Bodenschichten mittels eines in die Bodenschichten unter hohem Druck einge­ brachten Reinigungsmediums, durch das die Schadstoffe von den gelockerten Bodenpartikeln in einem in senkrechter Richtung fortschreitenden Vorgang innerhalb einer rohr­ förmigen in den Boden eingebrachten Kammer getrennt werden, die für den Fortschritt der Reinigung in waagerechter Richtung im Erdreich versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Kammer (1) entstehende Schlammgemisch aus ge­ reinigten Bodenpartikeln, Schadstoffen und Reinigungsmedium mittels einer Feststoffpumpe (7) aus der Kammer (1) an die Bodenoberfläche ausgetragen und dort einer die Bodenpartikel von den Schadstoffen trennenden Reinigungsanlage (9) zuge­ führt wird und daß die Bodenpartikel in die Kammer (1) zu­ rückgeführt werden, bevor diese im Erdreich versetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Feststoffpumpe (7) derart gesteuert wird, daß der Grundwasserspiegel (10) in der Kammer (1) eine vor­ gegebene Tiefmarke (10a) nicht unterschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Grundwasserspiegels (10) in der Kammer (1) zusätzlich Wasser in die Kammer (1) eingespeist wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gereinigte Boden innerhalb der Kammer (1) mechanisch ver­ dichtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gereinigte Boden durch Zugabe von Bindemittel und/oder weiterer Stoffe optimiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) bzw. Teile (11) der Kammer (1) in der Weise ver­ setzt werden, daß die jeweils in Gestalt eines Vielecks aus­ gebildeten Kammern (1) ein waagerecht fortschreitendes Wabenmuster bilden (Fig. 3, Fig. 4).

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Boden eingebrachten rohrförmigen Kammern (1) nachein­ ander so angeordnet werden, daß sich die zu reinigenden Be­ reiche überschneiden (Fig. 5).

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit mehreren Kammern (1) gleichzeitig gearbeitet wird, wobei die Arbeitsbereiche "Einbau der Kammern" - "Boden­ reinigung" - "Ausbau der Kammern" räumlich getrennt von­ einander durchgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Kammer (1) ein das Reinigungsmedium führendes Bohrrohr (3) in die Bodenschichten eingebracht wird.