DE4040838C2 - Verfahren zum Entfernen leichtflüchtiger Schadstoffe aus Böden und Grundwässern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen leichtflüchtiger Schadstoffe aus Böden und Grundwässern.

Bei einer Vielzahl sogenannter Altlastenfälle ist der Boden sowohl im mit Wasser ungesättigten Bereich als auch unterhalb des Grundwasserspiegels, also im gesättigten Bereich durch Schadstoffe belastet. Vielfach handelt es sich hierbei um leichtflüchtige Substanzen, vor allem leichtflüchtige Halogenwasserstoffe, Benzol, Toluol, Xylole und Diisopropylether. Bei den leichtflüchtigen Halogenwasserstoffen handelt es sich vor allem um Trichlorethen, Trochlormethan (Chloroform), Dichlormethan, Dichlorethan, Tetrachlorethan und Tetrachlormethan. Darüber hinaus kommen auch andere leichtflüchtige Substanzen vor, die im Zusammenhang mit chemischen Prozesses angefallen und aufgrund von Schadensfällen in den Untergrund gelangt sind. Es ist notwendig, diese Stoffe dem Boden und dem Grundwasser wieder zu entziehen, da von ihnen eine Umweltbelastung und von einigen eine toxische Wirkung auf den Menschen ausgeht.

Hierzu saugt man entweder die Bodenluft aus dem mit Wasser ungesättigten Bereich der Böden, oder man pumpt Wasser aus dem Grundwasserbereich, leitet es durch eine Desorptions- oder Strippanlage, in welcher die Schadstoffe abgetrennt werden, und fängt die in die Luft übergeführten Schadstoffe schließlich in Aktivkohlefiltern auf. Wegen der geringen Löslichkeit der meisten dieser Substanzen im Wasser dauern solche Sanierungsmaßnahmen sehr lange. Zeiträume von fünf oder mehr Jahren sind nicht ungewöhnlich. Es ist daher wünschenswert, diese langen Sanierungszeiten zu verkürzen.

Eine Beschleunigung der Reinigung im Grundwasserbereich läßt sich erreichen, indem man Luft in das Grundwasser einleitet. Oft handelt man sich dadurch aber neue Nachteile ein. So erfolgt vor allem bei hohen Eisengehalten im Grundwasser eine Ausfällung von Eisenhydroxid. An dessen großer Oberfläche reichern sich viele Schadstoffe an, welche somit der Reinigung entzogen werden. Ferner besteht bei einigen Schadstoffen, beispielsweise bei Benzol, die Gefahr, daß in der an der Bodenoberfläche abzusaugenden Luft explosive Gemische entstehen.

In der DE 34 37 195 A1 ist ein Verfahren zum Entfernen von leichtflüchtigen Flüssigkeiten aus kontaminiertem Boden und/oder Grundwasser beschrieben, bei dem aus dem kontaminierten, zur Oberfläche hin gasundurchlässig abgeschlossenen Bereich des Bodens mittels eines Unterdrucks kontinuierlich Gas abgesaugt wird und bei dem im unteren Bereich einer Grundwasserschicht Pressluft eingeblasen wird. Mit dem Verfahren sollen die hohen Kosten und langen Reinigungszeiten für die Beseitigung von Verunreinigungen vermieden werden.

Ferner ist in der DE 36 26 145 A1 ein Verfahren zum Austreiben leichtflüchtiger Verunreinigung aus dem Erdreich beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß im Zentrum eines zu säubernden Bodenbereichs, welcher mittels einer luftundurchlässigen Folie abgedeckt ist, ein Schacht mit gasdurchlässiger Schachtwandung ausgebildet wird, aus welchem Luft und Gas abgesaugt werden. Das Eindringen der Luft oder eines anderen Trägergases, beispielsweise N₂, wird durch am Rande des zu reinigenden Bodenbereichs ausgebildete Lufteindringöffnungen, beispielsweise Bohrschächte oder einen Ringgraben, begünstigt. Mit diesem Verfahren soll ein guter Wirkungsgrad und eine Kostenreduzierung erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen leichtflüchtiger Schadstoffe aus Böden und Grundwässern zu schaffen, welches zwar die Beschleunigung des Reinigungsverfahrens durch Eintragung eines gasförmigen Mediums in den Grundwasserbereich beibehält, andererseits die Bildung von Eisenhydroxid und explosiver Gemische auschließt.

Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik ist die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, anstelle von Luft ein inertes Gas, vorzugsweise Stickstoff oder Kohlendioxid bzw. ein Gemisch aus beiden, in den Grundwasserbereich einzuführen, wird die Bildung explosiver Gemische mit Sicherheit verhindert. Gleichzeitig wird die Gefahr ausgeschlossen, daß Eisen- und Manganschlamm ausgefällt wird, wodurch die Entfernung der Schadstoffe behindert wird.

Wesentlich für die Wirksamkeit des Verfahrens ist, daß neben der erfindungsgemäßen Einleitung eines inerten Gases in den Grundwasserbereich gleichzeitig eine Gasabsaugung aus dem wasserungesättigten oberen Bereich des Bodens und eine Grundwasserentnahme erfolgt und das abgesaugte Gas und das Grundwasser eigenen Reinigungsstufen zugeführt werden. Diese gleichzeitig durchgeführten Maßnahmen bewirken eine Mobilisierung der leichtflüchtigen Schadstoffe, wodurch diese sowohl in der Gasphase als auch aus dem Adhäsionswasser des Bodens in das freiströmende Grundwasser übertreten.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Gaseintragung nicht kontinuierlich, sondern pulsierend, vorzugsweise mit Frequenzen von 1 bis 100 kHz. Durch den pulsierenden Eintrag werden Schwingungen in das Grundwasser und in den vom Grundwasser ungesättigten Teil des Bodens übertragen. Diese Schwingungen tragen dazu bei, die an den Bodenkörnern adhäsiv haftenden Schadstoffe in verstärktem Maße abzulösen.

Die Eintragungsvorrichtungen für das Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, werden nach der Bodenbeschaffenheit und sonstigen örtlichen Gegebenheiten ausgewählt. Insbesondere sind herkömmliche Brunnenfilter mit unterschiedlicher Schlitzweite, Rohre mit verschieden großer Anzahl von Bohrungen mit verschiedenen Durchmessern und Rohre, an welchen Sintermetallfilter verschiedener Porosität angeschweißt sind, geeignet. Eine solche Eintragvorrichtung zeigt beispielsweise die DE 37 33 365 A1.

Alle diese Vorrichtungen müssen auf jeden Fall so gestaltet sein, daß der Gasaustritt je nach Erfordernis über die gesamte Mächtigkeit des Grundwasserleiters als auch abschnittsweise in verschiedenen Tiefen gewährleistet ist. Das eingetragene Inertgas breitet sich nach dem Austritt radialsymetrisch aus, perlt durch das Grundwasser nachoben und belädt sich hierbei mit den leichtflüchtigen Schadstoffen. Die belasteten Gase werden oberhalb des Grundwasserspiegels abgesaugt und über Aktivkohle gereinigt. Das gereinigte Inertgas kann im Kreislauf erneut in den Grundwasserbereich eingeleitet werden. Durch die Gasabsaugung werden gleichzeitig Restbelastungen oberhalb des Grundwasserspiegels erfaßt, so daß eine gesonderte Sanierungsmaßnahme für diesen Bereich entfällt.

Das erforderliche Inertgas, vorzugsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, wird zweckmäßigerweise in Vorratstanks in flüssiger Form bevorratet und über Luftverdampfer in den gasförmigen Zustand überführt. Durch die in den Tanks eingestellte Druckstufe können hierbei die Gase ohne zusätzliche Energie oder sonstige Aggregate direkt in den Grundwasserbereich eingeleitet werden.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Form.

In der Zeichnung ist ein mit leichtflüchtigen Halogenwasserstoffen belasteter Boden dargestellt, der aus einer Abdeckung 1, einer wasserungesättigten Schicht 2, einer wassergesättigten Schicht 3 und einer Grundwasser nicht leitenden Schicht 4 besteht. Belastet sind hierbei die Schichten 2 und 3. Der Grundwasserspiegel ist durch die Linie 5 und die Grundwasserfließrichtung durch den Pfeil 6 wiedergegeben. Zur Sanierung des Bodens ist sowohl eine Absaugung der Bodenluft aus der wasserungesättigten Schicht 2 als auch eine Grundwasserförderung aus der wassergesättigten Schicht 3 vorgesehen. Die Absaugung der Bodenluft erfolgt durch Absaugrohre 7 mittels des Lüfters 8. Anschließend erfolgt eine Reinigung im Aktivkohlefilter 9 bzw. Aktivkohlefilter 10. Die das mit Halogenwasserstoffen belastete Gas führenden Leitungen 11 und 12 sind kurzgestrichelt eingezeichnet, die Strömungsrichtung durch Pfeile angegeben.

Das belastete Grundwasser wird aus dem Sanierungsbrunnen 13 gefördert und durch die als Vollinie dargestellte Leitung 14 der Strippanlage 15 zugeführt. Hier erfolgt eine Abtrennung der Halogenkohlenwasserstoffe, welche mittels der kurzgestrichelt dargestellten Leitung 16 ebenfalls dem Aktivkohlefilter 9 zugeführt werden. Das gereinigte Grundwasser gelangt aus der Strippanlage 15 durch die langgestrichelt dargestellte Leitung 17 und den Infiltrationsbrunnen 18 zurück in die mit Grundwasser gesättigte Schicht 3. Der Strömungsweg des Grundwassers in der wasserungesättigten Schicht ist durch die gestrichelte und mit Pfeilen versehenen Linien 19 wiedergegeben.

Zur Beschleunigung dieser Sanierung wird gemäß der Erfindung Stickstoff in die wassergesättigte Schicht 3 eingetragen. Das Gas wird in flüssiger Form im Vorratstank 20 bereitgehalten, im Verdampfer 21 in den gasförmigen Zustand übergeführt und durch die strichpunktiert dargestellten Leitungen 22 und die Injektionsrohre 23 in die mit Grundwasser gesättigte Schicht 3 eingeleitet. Das breitet sich nach dem Austritt aus den Injektionsrohren 23 radialsymmetrisch aus, perlt durch das Grundwasser nach oben und belädt sich hierbei mit den leichtflüchtigen Halogenwasserstoffen. Das belastete Gas wird oberhalb des Grundwasserspiegels mittels der Absaugrohre 7, wie zuvor beschrieben, abgesaugt. Die Gasströmung im Boden ist durch die mit Pfeilen versehenen, gestrichelt dargestellten Linien 24 wiedergegeben. Der von den Halogenkohlenwasserstoffen befreite Stickstoff kann aus dem Aktivkohlefilter 9 durch die strichpunktiert dargestellte Leitung 25 ins Freie entlassen werden. Er kann jedoch auch ganz oder teilweise erneut den Injektionsrohren 23 zugeführt werden. Dies erfolgt durch die aus dem Aktivkohlefilter 10 führende, strichpunktiert dargestellte Leitung 26.

Claims (7)

1. Verfahren zum Entfernen leichtflüchtiger Schadstoffe aus Böden und Grundwässern, bei dem ein inertes Gas oder inertes Gasgemisch in das Grundwasser eingeleitet wird, belastetes Grundwasser abgesaugt und einer Reinigungsstufe (15) zugeführt wird, und Bodenluft aus dem wasserungesättigten oberen Teil des Bodens (2) ebenfalls abgesaugt und einer Reinigungsstufe (9, 10) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid eingeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintragung pulsierend erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragung mit Frequenzen von 1 bis 100 kHz erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeleitete Gas zumindest teilweise im Kreislauf geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schadstoffe leichtflüchtige Halogenwasserstoffe, insbesondere Trichlorethen, Trichlormethan, Dichlormethan, Dichlorethan, Tetrachlorethen und Tetrachlormethan, sowie Benzol, Toluol, Xylole und Diisopropylether entfernt werden.