DE4100804C2 - Verfahren zur Entfernung von im Grundwasser gelösten 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 Industriestand­ orte sind vielfach mit organischen und anorganischen Verbindungen belastet, die bei der Sanierung des Ge­ bietes beseitigt werden müssen. Zur Beseitigung der im Boden und Grundwasser befindlichen Schadstoffe sind zwei Methoden bekannt. Nach der einen Methode wird das betroffene Erdreich abgetragen, thermisch oder mi­ krobiologisch aufbereitet und wieder verfüllt. Eine Sa­ nierung läßt sich auf diese Weise schnell und gründlich durchführen, ist aber äußerst kostspielig. Die andere Methode ist eine Art Kreislaufverfahren, bei dem das belastete Grundwasser aus einem Förderbrunnen hoch­ gepumpt wird, mit Sauerstoff angereichert wird und wieder in das Erdreich zurückgeleitet wird. Der Sauer­ stoffzusatz erleichtert es den im Boden befindlichen Mi­ kroorganismen viele Schadstoffe, insbesondere die ver­ schiedenartigsten Kohlenwasserstoffe, abzubauen. Die­ se 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 bekannt 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 Verunreini­ gungen, insbesondere aromatische und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, im besonderen Maße Cyanide als Verunreinigungen auf. Cyanide wirken sich auf den Organismus von Mensch und Tier extrem ge­ sundheitsschädlich aus. Die Toxizität des Cyanids be­ ruht auf der Komplexbildung mit Eisen des Hämoglo­ bins im Blut, so daß der Sauerstoff nicht mehr übertra­ gen werden kann. Bereits Konzentrationen von weniger als 0,1 mg/l Wasser wirken auf Fische tödlich. In der Trinkwasserverordnung ist ein Grenzwert von 0,05 mg Cyanid/l angegeben. Diese im Grundwasser gelösten Cyanide werden zwar auch allmählich durch im Boden befindliche Mikroorganismen abgebaut, jedoch erfolgt 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 mikrobiologi­ schen Abbau von im Grundwasser gelösten Cyaniden unter Beibehaltung des kostengünstigen Kreislaufver­ fahrens zu schaffen.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß 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 geförderten Grundwasser nicht nur Sauerstoff, sondern auch stickstoff- oder phosphorhaltige Nährstoffe, bei­ spielsweise Natriumhydrogenphosphat, zuzugeben, för­ dert überraschenderweise die Fähigkeiten von Mikro­ organismen, Cyanide sowohl als Stickstoff- als auch als Kohlenwasserstoffquelle für ihren Stoffwechselumsatz aufzunehmen und damit zu eliminieren. Der Abbau der Cyanide wird hierdurch stark beschleunigt. Gleichzeitig hat die erfindungsgemäße Maßnahme keinen Einfluß auf den Kohlenwasserstoffabbau durch Mikroorganis­ men, die Kohlenwasserstoffe als Energiequelle nutzen und sie zu Kohlendioxid und Wasser umsetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keinen Einsatz gezüchteter Bakterien, vielmehr beruht es auf der Maßnahme, die im Boden natürlich vorkommenden und an die jeweiligen Schadstoffe angepaßten Mikroor­ ganismen optimal zu versorgen. Dazu gehört neben der ausreichenden Sauerstoffzufuhr auch die Zufuhr von Nährstoffen und die Möglichkeit für die Mikroorganis­ men, 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 Grundwas­ ser frei beweglich und gelangt mit dem aus dem Förder­ brunnen abgepumpten Grundwasser in das Festbettfil­ ter. 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 orts­ festgebundenen Mikroorganismen bauen sowohl die im Wasser gelösten Cyanide als auch die anderen organi­ schen Schadstoffe oberirdisch in großem Umfang ab.

Parallel zu diesem Vorgang laufen identische biologi­ sche Vorgänge durch die im Boden selbst befindlichen Mikroorganismen ab, der Boden übernimmt also eben­ falls eine Filterfunktion.

Das aus dem Festbettfilter austretende gereinigte Grundwasser wird in den Boden zurückgeführt, vor­ zugsweise durch ein kombiniertes System von Infiltra­ tionsbrunnen und einer Beregnungsanlage. Es ist von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Verfahren unter Überdruck durchgeführt wird, da hierbei insbesondere die Sauerstoffzufuhr optimiert werden kann. Diese Vor­ teile gleichen die Mehrkosten durch die erforderliche druckfeste Auslegung der Anlage aus. Bevorzugt wer­ den hierbei Drücke von 1 bis 5 bar.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung in schematischer Form.

Dargestellt ist ein durch organische Verunreinigun­ gen 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 bela­ stetes Grundwasser an die Oberfläche gepumpt. Durch eine Rohrleitung 4 gelangt es in einen Oxidator 5, in dem es mit Sauerstoff angereichert wird. Die Sauerstoffzu­ fuhr ist durch einen Pfeil angedeutet. Anschließend ge­ langt 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 ande­ re Teilstrom gelangt durch die Beregnungsanlage 9 in den Boden zurück. Die Wasserströmung ist durch Pfeile wiedergegeben. 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 Ge­ lände eines ehemaligen Gaswerkes praktisch ausgeübt. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse werden nachfol­ gend wiedergegeben.

Auf einem Gaswerksgelände wurden um einen zen­ tralen Förderbrunnen vier Infiltrationsbrunnen in einem Abstand von 5 m niedergebracht. Mittels einer Tauch­ motorpumpe werden rd. 6 m³/h kontaminiertes Wasser gefördert. Nach einer Sauerstoffanreicherung auf 80 g/m³ und einer Nährstoffdosierung von rd. 100 mg/m³ Natriumhydrogenphosphat passiert die Wassermen­ ge zwei in Serie geschaltete Kiesfilter. Diese haben je­ weils einen Durchmesser von 0,8 m und eine Höhe von 4 m. Nach dem Filterdurchgang werden über je einen Infiltrationsbrunnen rd. 1,5 m³/h Wasser wieder versic­ kert. Das gesamte System arbeitet unter einem Über­ druck von 4 bar.

Zu Beginn des Versuches (1986) lagen die im unbe­ handelten Förderwasser analysierten gelösten Cyanide bei Werten bis zu 500 mg/m³. Neuere Messungen (1989) zeigen noch Werte um 150 mg/m³. Ein erheblich größe­ rer Wirkungsgrad konnte durch die nachträgliche In­ stallation von Kiesfiltern gemäß der Erfindung (1988) erreicht werden. In diesen Filtern werden Abreinigungs­ grade von mehr als 90%, bezogen auf die im geförder­ ten Wasser enthaltenen Cyanide, erzielt Zu Versuchsbeginn (1986) lagen die Gehalte an gelö­ sten Kohlenwasserstoffen (im wesentlichen Benzol, To­ luol und Xylol) bei 3000 mg/m³. Alleine durch die Bo­ denpassage 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 Kohlenwasser­ stoffe.

Claims (6)

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 zurück in den Boden geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anreicherung des Grundwassers mit stickstoffund/oder phosphorhaltigen Nährstof­ fen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anreicherung des Grundwassers mit Natriumhydrogenphosphat 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 er­ folgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, 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 Infiltrations­ brunnen (8) und einer Beregnungsanlage (9) in den Boden geführt wird.