DE4100804A1 - Verfahren zur entfernung von im grundwasser geloesten cyaniden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von im Grundwasser gelösten Cyaniden nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Boden und Grundwasser ehemaliger Industriestandorte sind vielfach mit organischen und anorganischen Ver­ bindungen belastet, die bei der Sanierung des Gebietes beseitigt werden müssen. Zur Beseitigung der im Boden und Grundwasser befindlichen Schadstoffe sind zwei Methoden bekannt. Nach der einen Methode wird das be­ troffene Erdreich abgetragen, thermisch oder mikrobio­ logisch aufbereitet und wieder verfüllt. Eine Sanierung läßt sich auf diese Weise schnell und gründlich durch­ führen, ist aber äußerst kostspielig. Die andere Methode ist eine Art Kreislaufverfahren, bei dem das belastete Grundwasser aus einem Förderbrunnen hochge­ pumpt wird, mit Sauerstoff angereichert wird und wieder in das Erdreich zurückgeleitet wird. Der Sauerstoffzu­ satz erleichtert es den im Boden befindlichen Mikro­ organismen viele Schadstoffe, insbesondere die ver­ schiedenartigsten Kohlenwasserstoffe, abzubauen. Diese Methode basiert auf einer Verfahrensweise, die ur­ sprünglich zur Entfernung von Eisen und Mangan aus Grundwasser entwickelt wurde und beispielsweise aus den deutschen Patentschriften 19 45 605 und 25 42 333 be­ kannt ist.

Das Kreislaufverfahren mit Sauerstoffanreicherung des Grundwassers hat sich jedoch als nicht effektiv er­ wiesen, wenn im Grundwasser auch gelöste Cyanide als Verunreinigung vorhanden sind. Dies ist vor allem an den Standorten ehemaliger Gaswerke und Kokereien der Fall, also nahezu auf dem Gelände jeder größeren Stadt. Auf dem Gelände dieser ehemaligen Gaswerke und Kokereien treten neben organischen Verunreinigungen, insbesondere aromatische und polyzyklische aromatische Kohlenwasser­ stoffe, im besonderen Maße Cyanide als Verunreinigungen auf. Cyanide wirken sich auf den Organismus von Mensch und Tier extrem gesundheitsschädlich aus. Die Toxizi­ tät des Cyanids beruht auf der Komplexbildung mit Eisen des Hämoglobins im Blut, so daß der Sauerstoff nicht mehr übertragen werden kann. Bereits Konzentrationen von weniger als 0,1 mg/l Wasser wirken auf Fische töd­ lich. In der Trinkwasserverordnung ist ein Grenzwert von 0,05 mg Cyanid/l angegeben. Diese im Grundwasser ge­ lösten Cyanide werden zwar auch allmählich durch im Boden befindliche Mikroorganismen abgebaut, jedoch er­ folgt der Abbau außerordentlich langsam und kann durch Zugabe von Sauerstoff nicht wesentlich beschleunigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum schnellen und effektiven mikrobiologischen Abbau von im Grundwasser gelösten Cyaniden unter Bei­ behaltung des kostengünstigen Kreislaufverfahrens zu schaffen.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be­ rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er­ findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, dem im Kreislauf geför­ deten Grundwasser nicht nur Sauerstoff, sondern auch stickstoff- oder phosphorhaltige Nährstoffe, beispiels­ weise Natriumhydrogenphosphat, zuzugeben, fördert über­ raschenderweise die Fähigkeiten von Mikroorganismen, Cyanide sowohl als Stickstoff- als auch als Kohlen­ wasserstoffquelle für ihren Stoffwechselumsatz aufzu­ nehmen und damit zu eliminieren. Der Abbau der Cyanide wird hierdurch stark beschleunigt. Gleichzeitig hat die erfindungsgemäße Maßnahme keinen Einfluß auf den Koh­ lenwasserstoffabbau durch Mikroorganismen, die Kohlen­ wasserstoffe als Energiequelle nutzen und sie zu Koh­ lendioxid und Wasser umsetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keinen Einsatz gezüchteter Bakterien, vielmehr beruht es auf der Maß­ nahme, die im Boden natürlich vorkommenden und an die jeweiligen Schadstoffe angepaßten Mikroorganismen op­ timal zu versorgen. Dazu gehört neben der ausreichenden Sauerstoffzufuhr auch die Zufuhr von Nährstoffen und die Möglichkeit für die Mikroorganismen, sich optimal vermehren zu können. Dies geschieht in einem Festbettfilter, welches im einfachsten Fall aus vorhandenem Erdreich besteht, vorzugsweise jedoch ein oder zwei in Serie geschaltete Kiesfilter ist. Ein Teil der im Boden angesiedelten Bakterien ist im Grundwasser frei beweglich und gelangt mit dem aus dem Förderbrunnen abgepumpten Grundwasser in das Festbettfilter. Auf den einzelnen Körnern der Schüttung bildet sich infolge der durch das erfindungsgemäße Verfahren gebotenen optimalen Lebensbedingungen ein kräftiger biologischer Bewuchs aus. Diese als Bewuchs nun ortsfestgebundenen Mikroorganismen bauen sowohl die im Wasser gelösten Cyanide als auch die anderen organischen Schadstoffe oberirdisch in großem Umfang ab. Parallel zu diesem Vorgang laufen identische biologische Vorgänge durch die im Boden selbst befindlichen Mikroorganismen ab, der Boden übernimmt also ebenfalls eine Filterfunktion.

Das aus dem Festbettfilter austretende gereinigte Grundwasser wird in den Boden zurückgeführt, vorzugs­ weise durch ein kombiniertes System von Infiltrations­ brunnen und einer Beregnungsanlage. Es ist von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Verfahren unter Überdruck durchgeführt wird, da hierbei insbesondere die Sauer­ stoffzufuhr optimiert werden kann. Diese Vorteile gleichen die Mehrkosten durch die erforderliche druck­ feste Auslegung der Anlage aus. Bevorzugt werden hierbei Drücke von 1 bis 5 bar.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Form.

Dargestellt ist ein durch organische Verunreinigungen und Cyanide belasteter Boden. Diese finden sich sowohl im wassergesättigten Bereich 1 als auch gelöst im Grundwasserbereich 2. Aus einem Förderbrunnen 3 wird mit gelösten Verunreinigungen und Cyaniden belastetes Grundwasser an die Oberfläche gepumpt. Durch eine Rohr­ leitung 4 gelangt es in einen Oxidator 5, in dem es mit Sauerstoff angereichert wird. Die Sauerstoffzufuhr ist durch einen Pfeil angedeutet. Anschließend gelangt es in eine Anreicherungseinrichtung 6, in welcher ihm Nährstoffe zugesetzt werden. Die Nährstoffzufuhr ist ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet. Hierauf tritt das Grundwasser in ein Festbettfilter 7 ein, in welchem sich ein üppiger mikrobiologischer Bewuchs ausgebildet hat. Die dort vorhandenen Mikroorganismen beseitigen schnell und effektiv die gelösten Cyanide und anderen organischen Verunreinigungen. Nach dem Austritt aus dem Festbettfilter 7 wird das Grundwasser aufgeteilt. Ein Teilstrom wird über Infiltrationsbrunnen 8, die kreisförmig um den Förderbrunnen 3 angeordnet sind, in den kontaminierten Boden zurückgeführt. Der andere Teilstrom gelangt durch die Beregnungsanlage 9 in den Boden zurück. Die Wasserströmung ist durch Pfeile wie­ dergegeben. Die Anlage ist so ausgelegt, daß im Oxi­ dator 5, der Anreicherungseinrichtung 6 und dem Fest­ bettfilter 7 mit Überdruck gearbeitet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde auf dem Gelände eines ehemaligen Gaswerkes praktisch ausgeübt. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse werden nachfolgend wie­ dergegeben.

Auf einem Gaswerksgelände wurden um einen zentralen För­ derbrunnen vier Infiltrationsbrunnen in einem Abstand von 5 m niedergebracht. Mittels einer Tauchmotorpumpe wer­ den rd. 6 m³/h kontaminiertes Wasser gefördert. Nach einer Sauerstoffanreicherung auf 80 g/m³ und einer Nährstoffdosierung von rd. 100 mg/m³ Natriumhydrogen­ phosphat passiert die Wassermenge zwei in Serie ge­ schaltete Kiesfilter. Diese haben jeweils einen Durch­ messer von 0,8 m und eine Höhe von 4 m. Nach dem Fil­ terdurchgang werden über je einen Infiltrationsbrunnen rd. 1,5 m³/h Wasser wieder versickert. Das gesamte System arbeitet unter einem Überdruck von 4 bar.

Zu Beginn des Versuches (1986) lagen die im unbehandel­ ten Förderwasser analysierten gelösten Cyanide bei Wer­ ten bis zu 500 mg/m³. Neuere Messungen (1989) zeigen noch Werte um 150 mg/m³. Ein erheblich größerer Wir­ kungsgrad konnte durch die nachträgliche Installation von Kiesfiltern gemäß der Erfindung (1988) erreicht werden. In diesen Filtern werden Abreinigungsgrade von mehr als 90%, bezogen auf die im geförderten Wasser enthaltenen Cyanide, erzielt.

Zu Versuchsbeginn (1986) lagen die Gehalte an gelösten Kohlenwasserstoffen (im wesentlichen Benzol, Toluol und Xylol) bei 3000 mg/m³. Alleine durch die Bodenpassage wurden die Gehalte bis 1989 auf 600 mg/m³ reduziert. Für diese Stoffe zeigen die Kiesfilter gemäß der Erfindung Abreinigungsgrade von mehr als 95%, bezogen auf die im Wasser geförderten Kohlenwasserstoffe.

Claims (7)

1. Verfahren zur Entfernung von im Grundwasser gelösten Cyaniden, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundwasser aus einem Förderbrunnen (3) an die Oberfläche gepumpt wird, dort mit Sauerstoff und Nährstoffen angereichert wird, anschließend über mindestens ein Festbettfilter (7) geleitet und zu­ rück in den Boden geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung des Grundwassers mit stickstoff­ und/oder phosphorhaltigen Nährstoffen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung des Grundwassers mit Natrium­ hydrogenphosphat erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundwasser über Kiesfilter geleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung und Filterung des Grundwassers unter Überdruck erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung und Filterung des Grundwassers bei Drücken von 1 bis 5 bar erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundwasser über ein kombiniertes System von Infiltrationsbrunnen (8) und einer Beregnungsanlage (9) in den Boden geführt wird.