DE3907946A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen dekontamination von boeden, die mit den fluechtige bestandteile ueberfuehrbaren stoffen verunreinigt sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Dekontamination von Böden, die mit in flüchtige Bestandteile überführbaren Stoffen verunreinigt sind gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Sanierung von Böden, welche durch aromatische und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, durch polyzyklische Kohlenwasserstoffe und/oder Zyanide gegebenenfalls auch durch eine Mehrzahl solcher Stoffe oder Stoffgruppen gleichzeitig kontaminiert sind. Gemeinsam haben diese und andere Bodenverunreinigungen, daß sie bei bestimmten Temperaturen flüchtig sind und ihre Gase oxydiert werden können. Solche Böden werden als sogenannte Altlasten z.B. auf ehemaligen Standorten von Kokereien oder auf Deponien angetroffen, welche der Bergbau in Anspruch genommen hat, kommen aber auch auf Mülldeponien vor. Daneben treten Verunreinigungen dieser Art durch aus­ laufende Kohlenwasserstoffe wie Öl, Teer o.dgl. auf, welche danach sofort saniert werden müssen.

Die thermische Reinigung derart kontaminierter Böden bezweckt die Entfernung der Verunreinigungen durch Überführen ihrer Bestandteile in ungefährliche Stoffe, vor allem in Kohlendioxyd und Wasser. Soweit infolge der begrenzten Prozeßtemperaturen neue Schadstoff­ verbindungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet werden, beispielsweise chlorierte Kohlenwasser­ stoffe, insbesondere gefährliche Dioxine und Furane, wird eine Abgaswäsche angewandt, um diese Stoffe von der Umgebung fernzuhalten.

Die Erfindung unterscheidet sich durch das Lösen des verunreinigten Bodenmaterials aus dem Bodenverband und dessen Überführung in mindestens einen geschlossenen Behälter von anderen Dekontaminierungsverfahren, welche als sogenannte in-situ-Verfahren das Bodenmaterial im Bodenverband belassen und in diesem die Verunreinigungen entfernen. Sie unterscheidet sich vorteilhaft von anderen Verfahren, welche als Hilfsmedium Dampf für die Aufheizung des verunreinigten Bodenmaterials und danach als Transportmedium für die flüchtigen Bestandteile der Verunreinigungen verwenden, weil diese Verfahren ver­ gleichsweise energieaufwendig sind. Außerdem unter­ scheidet sich die Erfindung von den sogenannten Extraktionsverfahren, bei denen Chemikalien in wässeri­ ger Lösung zum Abtreiben der Kontamination eingesetzt werden und durch die Umgehung der damit verbundenen Schwierigkeiten, die hauptsächlich in der Trennung der flüssigen Phase von dem gereinigten Material und dem Einsatz erheblicher Mengen teurer Chemikalien bestehen.

Die Erfindung geht deshalb beim vorbekannten thermischen Dekontaminationsverfahren aus. Hierbei wird in einer in Containerbauweise ausgeführten und daher mobilen Anlage das kontaminierte Material nach dem sogenannten on-site-Verfahren ausgegraben und nach Herunterbrechen auf ein einheitliches, oberes Grenzkorn, sowie Absiebung einer Drehrohrofenanlage aufgegeben. In dieser werden bei Temperaturen von 1200 Grad C und Aufenthaltszeiten von 30 Min. alle organischen Kontaminationen verbrannt. In einer Kühltrommel oder auf einem Austragsband wird das gereinigte Material abgekühlt. Eine mehrstufige Abgas­ reinigungsanlage dient zur Behandlung der Abluft, bevor diese unbedenklich in der Atmosphäre entlassen werden kann.

Das vorbekannte Verfahren erfordert eine ungewöhnlich aufwendige Anlage, welche bedarfsweise auf- und abgebaut werden muß und sich deswegen nur für große Massen eignet. Es kann nicht angewandt werden, wenn es darum geht, kleinere Bodenmengen zu sanieren, deren verun­ reinigtes Bodenmaterial mit tragbarem Aufwand trans­ portiert und nach seiner Dekontamination deponiert oder an die Ausgrabungsstelle zurückverbracht werden soll.

Hierbei ist es auch nachteilig, daß während des Transportes und in der Bereitstellungsphase des ver­ unreinigten Bodenmaterials für die Dekontamination durch die Bestandteile aus dem Material freiwerden können, die die Umgebung gefährden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbe­ kannte Verfahren so zu führen, daß es sich für die Dekontamination beliebiger Bodenmengen und damit auch geringer verunreinigter Bodenmassen eignet und bei seiner Durchführung keine Gefahr für seine Umgebung bedeutet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird das gelöste Bodenmaterial nach außen luft- bzw. gasdicht eingeschlossen und unter Verschluß gehalten, bis alle Verunreinigungen entfernt sind. Dadurch ist es möglich, alle durch unbeabsichtig­ tes Freiwerden von flüchtigen Bestandteilen entstehenden Gefahren zu vermeiden. Durch die Fassungskraft der im Einzelfall angewandten Behälter und/oder durch deren an sich beliebige Anzahl bei der Dekontamination einer vorgegebenen Bodenfläche läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren in jeweils vorgegebenen Mengen des aus dem Bodenverband gelösten kontaminierten Bodenmaterials anpassen. Die bei der Verbrennung auftretenden Gase ent­ halten die flüchtigen Bestandteile der Verunreinigungen in einer durch den Rauminhalt des Behälters bei vorge­ gebener Verunreinigung des eingefüllten Bodenmaterials bestimmten, in der Regel hohen Konzentration, wodurch der Einsatz von Fremdenergie für die Heizflamme stark herabgesetzt werden kann.

Die Erfindung hat den Vorteil einer umweltverträglichen thermischen Dekontamination von gelöstem Bodenmaterial, insbesondere durch mobilen Einsatz ohne lange Bau- und Vorbereitungszeiten. Der Energieeinsatz besteht vor­ zugsweise aus Gas, das selbst keine oder nur geringe Anteile an schädlichen Rauchgasen erzeugt, wobei hohe Temperaturen erreicht werden, die im allgemeinen eine Nachbehandlung der Rauchgase mit dem Ziel der Entfernung schädlicher Bestandteile entbehrlich macht. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren kann daher grundsätzlich an belie­ bigen Orten durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird der Füllkörper im Behälter so ausge­ bildet, daß er eine allseitige Durchlässigkeit für die in flüchtige Bestandteile überführten Verunreinigungen gewährleistet. Das gelingt mit den Merkmalen des Patent­ anspruches 2, der für die Durchlässigkeit des Füll­ körpers das im Vergleich mit dem Bodenverband geringere Schüttgewicht des Materials ausnutzt.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 3 wird ein längerer Transportweg des aus dem Bodenverband gelöst verunreinigten Materials vermieden. Insbesondere kann danach der Füllkörper ohne Zwischenlagerung des Boden­ materials aufgeschüttet werden. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich z.B. für die Behebung von Schäden durch undichte Öltanks, durch verunglückte Fahrzeuge oder durch Unfälle in Gewerbe- und Industrie­ betrieben.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 4 wird verhin­ dert, daß bei den eingangs erwähnten in-situ-Verfahren (DE-OS 37 16 275) anfallendes Bohrklein nicht angemessen dekontaminiert wird. Damit läßt sich das erfindungs­ gemäße Verfahren mit dem in-situ-Verfahren vorteilhaft kombinieren.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgen­ den beispielsweise anhand einer Vorrichtung näher erläu­ tert, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchge­ führt werden kann. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 1 und

Fig. 3 beispielsweise ein Wärmestrahlrohr, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden kann.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 wird das er­ findungsgemäße Verfahren in einer Schüttgutmulde (1) durchgeführt. Diese ist als Absetzkippbehälter ausgeführt, welche mit Hilfe seitlich angeordneter Kettenanschläge (2, 3) an ihren beiden Längswänden (4, 5) von einem Lkw mit Hebevorrichtung auf- und abgeladen werden kann. Die Schüttgutmulde (1) ist mit einem über ein Scharnier (6) angelenkten Deckel (7) versehen, mit dem der Innen­ raum der Schüttgutmulde luftdicht verschließbar ist. Zu diesem Zweck ist eine Hälfte der Schüttgutmulde (1) mit einem festen Deckel (8) dauernd verschlossen.

In eine der schrägen Stirnwände mündet ein allgemein mit (9) bezeichnetes Wärmestrahlrohr, welches etwa im unteren Drittel des Behälterinnenraumes über den Behälterboden (10) angeordnet ist. Auf dem Deckel (7) befindet sich ein Druckregler (11) zur Steuerung der Zufuhr von Verbrennungsluft in dem Behälterinnenraum. Ein Saugzuggebläse (12) ist mit seiner Ansaugöffnung (14) in den Behälterinnenraum geführt. Diese liegt unter der Behälteroberseite (15). Ein Druckrohr (18) des Saugzuggebläses (12) führt in das Wärmestrahlrohr (9). Aus dem Wärmestrahlrohr (9) zweigt ein Abgasrohr (17) ab.

Ein Ausführungsbeispiel für das Wärmestrahlrohr (9) ist aus Fig. 3 ersichtlich. Das Wärmestrahlrohr hat danach einen Kopf (18), welcher zur Halterung eines abgebrochen wiedergegebenen, konzentrisch äußeren Strahlrohres (19), eines konzentrisch inneren Verbrennungsrohres (20) und einer Brenngaslanze (21) dient, welche konzentrisch im Verbrennungsrohr (19) angeordnet ist.

Der Kopf weist eine axiale Zuführung (22) für die über das Rohr (16) oder über einen weiteren geregelten An­ schluß an die Außenluft zugeführte Verbrennungsluft gemäß dem Pfeil (23) auf. Die Verbrennungsluft wird ferner über das Rohr (16) gemäß dem Pfeil (24) zuge­ führt. Diese Verbrennungsluft wird durch Rekuperatoren (26) aufgeheizt und dem Brenner (26) zugeführt, in dem eine Zündkerze untergebracht ist, mit der Brenngas entzündet werden kann. Dieses Gas wird radial gemäß dem Pfeil (27) und axial durch ein konzentrisches Innenrohr dem Brenner (26) zugeführt. Aus einem nicht dargestellten Flüssigkeitstank kann das Brenngas über einen Schlauch dem Rohrstutzen (28) zugeführt werden.

Nach Zündung des Brenngases entsteht in dem konzen­ trisch inneren Verbrennungsrohr (20) eine heiße Flamme, welche am unteren Ende (29) des Verbrennungs­ rohres austritt und in das Strahlrohr (19) umgelenkt wird. Dadurch wird das Strahlrohr (19) aufgeheizt. Die Wärmestrahlung erhitzt den durch den offenen Deckel eingeschütteten Füllkörper des aus dem Boden­ verband gelösten, kontaminierten Bodenmaterials. Diese Aufheizung überführt die Kontaminationen in dem Bodenmaterial in eine gasförmige Phase, die bei steigendem Druck an der Oberseite des Füllkörpers austritt. Das Gebläse (12) saugt diese Gase an und führt sie gemäß dem Pfeil (24) in die Verbrennungs­ flamme ein. Die entstehenden Rauchgase dienen zur Aufladung der Rekuperatoren (25) und verlassen das Strahlrohr über den Rohrstutzen (30) gemäß dem Pfeil (31), bevor sie in das Abgasrohr (17) übertreten.

Die mit einem Lkw transportierte leere Schüttgut­ mulde (1) kann an der Ausgrabungsstelle der kontaminierten Verunreinigungen abgesetzt werden. Bei geöffnetem Deckel (7) wird das aus dem Boden­ verband durch Ausgraben gelöste kontaminierte Material in die Mulde eingefüllt. Nach Bildung eines Schüttkörpers, der mit seiner Oberseite im Abstand von der Oberseite (15) der Mulde liegt, wird der Deckel (7) geschlossen. Den Zutritt von Außenluft bestimmt danach der Druckregler (11). Er wird nach dem Unterdruck gesteuert, den das Saug­ zuggebläse (12) in dem verbleibenden Luftraum der Mulde erzeugt. Die wie vorstehend beschrieben thermisch ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile der Verunreinigungen werden dadurch mit einer vor­ gegebenen Menge von Verbrennungsluft verdünnt. Nach dem Ausbrennen der Verunreinigungen kann der Behälter an Ort und Stelle gekippt und dadurch entleert werden. Das gereinigte Bodenmaterial bleibt daher am Ort der Ausgrabungsstelle oder läßt sich gefahrlos abtransportieren.

Claims (6)

1. Verfahren zur thermischen Dekontamination von Böden, die mit in flüchtige Bestandteile überführbaren Stoffen verunreinigt sind, bei dem verunreinigtes Bodenmaterial aus dem Bodenverband gelöst, in wenigstens einen geschlossenen Behälter gefüllt und in diesem auf Temperaturen aufgeheizt wird, bei denen die Verunreinigungen in flüchtige Bestand­ teile überführt werden, welche anschließend verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter ein aus dem verunreinigten Bodenmaterial bestehender Füllkörper gebildet, dieser nach außen abgeschlossen und bei ruhendem Behälter von seinem Inneren her durch Wärmestrahlung aufgeheizt wird, um die flüch­ tigen Bestandteile aus dem Füllkörper auszu­ treiben, die aus dem Behälter abgesaugt und in die zur Aufheizung dienende Flamme zurückge­ führt werden, in der ihre Verbrennung statt­ findet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Füllkörper im Behälter auf­ geschüttet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschütten des Füllkörpers unmittelbar neben der Lösung des verunreinigten Bodenmaterials aus dem Bodenverband ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper aus Bohrklein aufgeschüttet wird, dessen im Boden niedergebrachte Bohrungen zur in-situ-Reinigung in einem biologischen, thermischen oder anderen Verfahren dienen oder zur Hebung von Deponie­ wasser oder zur Erkundung oder Analytik von Altlasten erforderlich sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schüttgutmulde (1) mit luftdicht verschließbarem Deckel (7) zum luftdichten Verschluß des Behälter­ innenraumes, ein in den Behälter (1) ragendes und über dessen Boden (10) liegendes Wärme­ strahlrohr (9), einen auf dem Behälter (1) angeordneten Druckregler (11) zur Steuerung der Verbrennungsluft, ein Saugzuggebläse (12) mit einer unter der Behälteroberseite (15) angeordneten Ansaugöffnung (14) und mit Anschluß (16) an das Wärmestrahlrohr (9) und durch einen außerhalb des Behälters (1) ange­ ordneten Rauchgasabgang (17) aus dem Wärme­ strahlrohr (9).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schüttgutmulde (1) als Absetzkippbehälter ausgeführt ist.