DE4013552A1 - Verfahren zur biologischen bodensanierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung kontaminierten Bodens, wobei der kontaminierte Boden ausgehoben, ggf. zerkleinert und homogenisiert wird und in einem Reaktor biologisch behandelt wird.

Zur Sanierung von kontaminiertem Bodenmaterial wurden inzwischen verschiedene Techniken entwickelt, die auf eine Vernichtung, Abtrennung oder Umwandlung der kontaminierenden Stoffe abzielen. Bei den sog. on-site-Verfahren wird das kontaminierte Bodenmaterial ausgehoben und direkt vor Ort behandelt. Wird das Bodenmaterial in einer entfernten, stationären Behandlungsanlage dekontaminiert, so spricht man von einem off-site-Verfahren. Die Dekontamination des Bodenmaterials erfolgt vielfach mit Hilfe von Mikroorganismen, die in der Lage sind, die kontaminierenden Stoffe abzubauen. Das ausgehobene Bodenmaterial wird hierzu aufgeschüttet und ggf. mit für den Abbau der Schadstoffe geeigneten Mikroorganismen versetzt. Die Mikroorganismen werden über entsprechende Begasungseinrichtungen mit Sauerstoff versorgt. Auf diese Weise entsteht eine sog. Regenerationsmiete.

Das dekontaminierte Bodenmaterial wird schließlich wieder abgelagert. Derartige Mietenverfahren benötigen für einen weitgehenden Abbau der Schadstoffe mehr als acht Monate.

Aus Jager, Messerschmidt, Tiebel: "Kompostierung kontaminierter Böden", Altlasten 2, Technik-, Wirtschaft-, Umweltschutz, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, Seite 727 bis 737, ist es bekannt, geringe Mengen kohlenwasserstoff-kontaminierten Bodens in einem Trommelreaktor zur Abfallkompostierung mitzubehandeln. Der Trommelreaktor wird aktiv belüftet, und die Abluft wird über einen Biofilter gereinigt. Wasser, Nährsalzlösung und Trägermaterial können eingangsseitig zugegeben werden. Der Trommelreaktor kann jedoch nur kleine Mengen kontaminierten Erdreichs verarbeiten, da bei Zumischung größerer Mengen kontaminierten Bodens zum Abfall eine Wachstumshemmung der Biomasse erreicht wird. Außerdem muß das behandelte Erdreich auf einer Nachrotte nachbehandelt werden. Insgesamt sind auch bei diesem Verfahren Sanierungszeiten von mehreren Monaten erforderlich. Ein schneller Bioreaktor zur Bodendekontamination existiert bislang nicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch große Mengen kontaminierten Bodens in kurzen Sanierungszeiten dekontaminiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, auf einen Flüssigkeitsgehalt von ca. 40 bis ca. 80% aufgeschlämmt wird, die Aufschlämmung im Reaktor durchmischt wird und während der Durchmischung mindestens ein Oxidationsmittel zu der Aufschlämmung zugegeben wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der sog. "volumetrische Sauerstoff-Phasenübergangskoeffizient" (in der Literatur nach gängiger Konvention K_La genannt) die wichtigste Kenngröße für das scale-up von Labor- und/oder Pilotanlagen zur Bodendekontamination mittels aerober, mikrobiologischer Prozesse darstellt. Dieser Parameter beschreibt den Phasenübergang des Sauerstoffs von Gas zur wäßrigen Lösung und bestimmt ganz wesentlich die Kinetik aerober, biologischer Prozesse. Es wurde erkannt, daß bei biologischen Reaktoren zur Bodendekontamination dieser Parameter entscheidend erhöht werden kann, wenn man eine Aufschlämmung des Bodens herstellt und diese Aufschlämmung unter Zugabe eines Oxidationsmittels im Reaktor aktiv durchmischt. Zur Herstellung der Aufschlämmung kann einfaches Wasser verwendet werden. Es ist aber auch möglich, eine spezielle Nährstofflösung oder eine andere geeignete Flüssigkeit zur Aufschlämmung zu verwenden.

Zweckmäßigerweise wird während der Durchmischung der Aufschlämmung Luft als Oxidationsmittel in die Aufschlämmung eingeblasen. Eine besonders hohe Reinigungsleistung kann erzielt werden, wenn zusätzlich oder alternativ technisch reiner Sauerstoff eingeblasen wird. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel in die Aufschlämmung einzutragen. Es ist auch möglich, Ozon einzublasen.

Die Aufschlämmung wird im Reaktor, vorzugsweise auf einer Temperatur von ca. 25° bis ca. 70°C gehalten, was beispielsweise durch indirekte oder direkte Beheizung des Reaktors bewerkstelligt werden kann. Bei diesen Temperaturen erfolgt der biologische Abbau der Schadstoffe durch thermophile Mikroorganismen, die für besonders hohe Umsatzraten sorgen.

Falls die ohnehin im Boden vorhandenen Mikroorganismen zum Abbau der Schadstoffe nicht genügen, wird vorgeschlagen, speziell gezüchtete Biomasse der Aufschlämmung zuzugeben. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um schwer abzubauende Schadstoffe handelt, die spezialisierte Mikroorganismen verlangen.

Auf jeden Fall wird empfohlen, der Aufschlämmung Nährsalze für die Biomasse zuzugeben. Außerdem wird vorzugsweise ein pH-Wert der Aufschlämmung im Reaktor von ca. 5,5 bis ca. 8,5 aufrechterhalten. Mit besonderem Vorteil wird eine Nährsalzmischung zugegeben, die gleichzeitig pH-Wert-regulierend wirkt.

Zweckmäßigerweise wird in einer dem Reaktor nachgeschalteten Trennstufe die Aufschlämmung einerseits in Flüssigkeit und Biomasse und andererseits in dekontaminierten Boden aufgetrennt. Die Flüssigkeit und die Biomasse werden zum Reaktor zurückgeführt. Die rückgeführte Biomasse dient als Impfmaterial für den Reaktor. Durch die Kreislaufführung der Flüssigkeit entfällt die Notwendigkeit einer Abwasserbehandlung. Der abgetrennte, dekontaminierte Boden wird abgezogen und kann wieder an der Entnahmestelle abgelagert werden.

Das im Reaktor entstehende Abgas wird abgeführt und ggf. mittels eines Biofilters gereinigt. Eine Reinigung des Abgases ist insbesondere bei Verwendung von Luft als Oxidationsmittel empfehlenswert. Der in der Luft enthaltene Stickstoff bewirkt nämlich einen gewissen Schadstoffaustrag aus der Aufschlämmung durch Strippung. Bei Verwendung von technisch reinem Sauerstoff ist die Strippung sehr viel geringer, so daß unter Umständen auf eine Reinigung der Abluft verzichtet werden kann. Das Abgas enthält in diesem Fall im wesentlichen Kohlendioxid und Sauerstoff.

Als Reaktor kann jeder Reaktortyp dienen, der eine möglichst vollständige Durchmischung der Aufschlämmung erlaubt. Insbesondere eignen sich Drehtrommel-Reaktoren und Pflugscharmisch-Reaktoren.

Je nach Art und Schwere der Kontamination sowie Art und Menge der eingesetzten Mikroorganismen sind Sanierungszeiten möglich, die deutlich unter den bei bisher eingesetzten Verfahren bekannten Werten liegen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Steigerung der Abbaugeschwindigkeit der Schadstoffe um einen Faktor von 10 bis 20 gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik erreicht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auch größere Mengen kontaminierten Bodenmaterials behandelt werden können, ohne daß eine Wachstumshemmung der Mikroorganismen eintritt.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Dekontamination von mit organischen Schadstoffen, wie kohlenwasserstoffverunreinigten Böden. Ein Beispiel dafür ist ölverseuchtes Erdreich.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden: Die Figur zeigt einen Pflugscharmisch-Reaktor zur biologischen Bodensanierung.

Unter einem Pflugscharmisch-Reaktor versteht man einen rohrähnlichen Reaktor 1 mit auf seiner Achse 2 angebrachten pflugscharenähnlichen Einbauten 3, die bei Drehung der Achse 2 den Reaktorinhalt umwälzen. Das mit Kohlenwasserstoffen verunreinigte Erdreich wird dadurch zerkleinert und homogenisiert. Das Erdreich 4 wird der Einfülleinrichtung 5 zugeführt. Andererseits werden über Leitung 6 Wasser, Nährsalze und auf den Abbau der Kohlenwasserstoff spezialisierte Mikroorganismen in die Einfülleinrichtung 5 eingeleitet. Im Reaktor 1 wird eine Aufschlämmung des Erdreichs mit einem Wassergehalt von ca. 60% hergestellt. Die Aufschlämmung wird durch Drehung der Achse 2 von den pflugscharenähnlichen Einbauten durchmischt wird. Während der Durchmischung wird über eine Dosiereinheit 7 und eine Leitung 8 technisch reiner Sauerstoff in den Reaktor 1 eingeleitet. Aufgrund der vollständigen Durchmischung der Aufschlämmung mit dem eingetragenen Sauerstoff ergibt sich ein großer, volumetrischer Sauerstoff-Phasenübergangskoeffizient, was zu einer hohen mikrobiologischen Abbauleistung führt.

Die Reaktorwand wird über in der Zeichnung nicht dargestellte Heizeinrichtungen aufgeheizt, so daß der Reaktorinhalt wahlweise auf einer Temperatur von z. B. 30-50°C gehalten wird. Bei dieser Temperatur erfolgt der Abbau der Kohlenwasserstoffe durch thermophile Bakterien, die einen besonders hohen Stoffumsatz aufweisen. Die über Leitung 6 zugeführte Nährsalzlösung wirkt zugleich pH-regulierend, so daß ein pH-Wert der Aufschlämmung von ca. 7 gewährleistet ist. Die Aufschlämmung wird bis ca. 30 Tage im Reaktor behandelt. Die behandelte Aufschlämmung wird über Leitung 9 aus dem Reaktor 1 abgezogen und einer Trennstufe 10 zugeführt. Dort wird die Aufschlämmung in mikroorganismen­ enthaltendes Wasser einerseits und dekontaminiertes Erdreich andererseits aufgetrennt. Das die Mikroorganismen enthaltende Wasser wird über Leitung 11 zur Mischkammer 5 zurückgeführt. Die rückgeführten Mikroorganismen dienen als Impfmaterial für den Reaktor. Aufgrund der Kreislaufführung des Prozeßwassers ist keine Abwasseraufbereitung nötig. Das dekontaminierte Erdreich wird über Leitung 12 abgezogen. Es weist eine natürliche Feuchte auf und kann an der Entnahmestelle wieder abgelagert werden. Das im Reaktor 1 entstehende Abgas wird über Leitung 13 abgezogen und an die Atmosphäre abgegeben. Im Fall der Begasung des Reaktors mit technisch reinem Sauerstoff erfolgt ein wesentlich geringerer Schadstoffaustrag infolge von Strippung, so daß die Reinigung des Abgases wesentlich vereinfacht wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Sanierung kontaminierten Bodens, wobei der kontaminierte Boden ausgehoben, ggf. zerkleinert und homogenisiert wird und in einem Reaktor biologisch behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, auf einen Flüssikeitsgehalt von ca. 40 bis ca. 80% im Reaktor aufgeschlämmt, durchmischt und während der Durchmischung mindestens ein Oxidationsmittel zu der Aufschlämmung zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung im Reaktor auf einer Temperatur von ca. 25 bis ca. 70°C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Luft verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel technisch reiner Sauerstoff verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlämmung Nährsalze für die Biomasse zugegeben werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein pH-Wert der Aufschlämmung im Reaktor von ca. 5,5 bis ca. 8,5 aufrechterhalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dem Reaktor nachgeschalteten Trennstufe die Aufschlämmung einerseits in Flüssigkeit und Biomasse und andererseits in dekontaminierten Boden aufgetrennt wird, wobei die Flüssigkeit und die Biomasse zum Reaktor zurückgeführt werden, während der dekontaminierte Boden abgezogen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktor entstehendes Abgas abgeführt und ggf. mittels eines Biofilters gereinigt wird.