DE4131216C2 - Verfahren zur Vermeidung einer Explosions- oder Vergiftungsgefahr bei der Entfernung eines im Boden über oder an einer Grundwasseroberfläche enthaltenen Schadstoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung einer Explosions- oder Vergiftungsgefahr bei der Entfernung eines im Boden über oder an einer Grundwasseroberfläche enthaltenen Schadstoffes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der Sanierung von nicht mit Wasser gesättigten Böden (Non-Aquifer), die u. a. mit Erdöl und Raffinerieprodukten aus Erdöl, besonders den mittel- und höhersiedenden Fraktionen wie Kraftstoffe für Otto- und Dieselmotoren, Heizöl, Kerosin, und/oder mit Mittelölen, schweren Heizölen, Raffinerierückständen (Sumpfphase) und vergleichbaren Produkten wie Schwelereiölen und -teeren, Kokereiölen und -teeren, Altölen sowie mittel- und höhersiedenden Organohalogenen und ähnlichen organischen Verbindungen wie nitrierten Kohlenwasserstoffen (nachfolgend "Ölprodukt" genannt) aber auch Cyaniden belastet sind, bestehen besondere Probleme: die genannten Schadstoffe entziehen sich weitgehnend aufgrund ihres chemisch-physikalischen Verhaltens den Methoden der traditionellen Bodengasabsaugung und haften an den Bodenpartikeln. Bei z. B. Benzinprodukten erzeugen leichtflüchtige Bestandteile wie Benzole Explosionsgefahr und Ausgasungen an explosiven, krebserzeugenden und/oder toxischen Stoffen.

Größere Mengen dieser Ölprodukte haben die Eigenschaft, auf dem Grundwasser aufzuschwimmen und einerseits das Grundwasser mit Schadstoffen zu belasten und andererseits die über dem Grundwasserleiter befindlichen Bodenhorizonte zu durchtränken und den Boden zum Speichergestein umzufunktionieren. Insbesondere bei Böden mit einem höheren Anteil an Feinkorn, beispielsweise Böden mit einem Durchlässigkeitsbeiwert k_f < = 10^-6 m/s, ist es bekannt, daß die Schadstoffe nicht oder nur zu einem geringen Teil mit den traditionellen Methoden des Abpumpens der flüssigen oder öligen Phase im Absenktrichter eines oder mehrerer Sanierungsbrunnen aus dem Boden entfernt werden können. Dieses Abpumpen erfaßt nur die im Boden freien Ölprodukte, während die Saugspannung gerade mehr oder minder bindiger Böden diese Produkte im Boden festhält und somit ihrer Entfernung aus dem Boden entzieht.

Sind keine freien Ölprodukte im Porenraum des Bodens vorhanden, versagt die Methode des Abpumpens vollständig. Dieses Abpumpverfahren, das Stand der Technik ist und bei der Ausbeutung von Erdölfeldern seit etwa hundert Jahren eingesetzt wird, ist nur teilweise erfolgreich. Die maximal mögliche Förderquote beträgt in Böden mit geringer Saugspannung nach Erfahrungswerten etwa 30 bis 35% der im Boden befindlichen Menge an Ölprodukten. Die bisherige Sanierungsmethode besteht im wesentlichen darin, den belasteten Boden auszuheben und außerhalb der Baustelle entweder thermisch oder mit Waschverfahren zu reinigen oder einen Bodenaustausch durchzuführen. Die genannten Verfahren sind kostenaufwendig.

Es sind Versuche bekannt geworden, wonach mit Hilfe von adaptierten Mikroorganismen die Ölprodukte im Boden zerlegt werden. Dieses Verfahren ist zunächst langwierig und löst nicht die Sicherheitsprobleme an der Boden- oder Geländeoberfläche. Zudem sind häufig in diesen Schadstoffen hochtoxische Substanzen wie PCB, Zyanide, Dioxine, Phenole und Phenolderivate usw. enthalten, die den mikrobiellen Abbau hemmen oder unmöglich machen. Bei der mikrobiellen Behandlung der Böden entstehen zudem Stoffwechselprodukte und Um- und Abbauprodukte, die zum Teil wie beispielsweise Schwefelwasserstoff, Hexanon usw. noch toxischer und wassergefährdender sind als die Ausgangsschadstoffe. Schließlich werden durch dieses Verfahren wertvolle Ressourcen einfach vernichtet.

Aus dem US-Patent 4 497 370 ist für den Sonderfall der auf dem Grundwasser aufschwimmenden flüssigen Phase eine Apparatur und eine Methode zum Auffangen flüssiger Kohlenwasserstoffe aus dem Grundwasser bekannt. Dieses Verfahren löst jedoch nicht das Problem der im darüberliegenden Speichergestein aufgrund der Saugspannung zurückgehaltenen Mengen an Ölprodukten.

Aus der DE 36 26 145 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem leichtflüchtige Verunreinigungen aus dem Erdreich durch Absaugen von Luft aus einem Schacht entfernt werden können, wobei das Eindringen der Luft oder eines anderen Trägergases in die tieferen Bodenbereiche dadurch erleichtert wird, daß am Rande des Schadensherdes Einbringöffnungen für Luft oder andere Gase geschaffen werden. Dieses Verfahren löst zum einen nicht die Probleme der genannten mittel- und höhersiedenden Fraktionen im Boden, da sie kaum in die Dampfphase übertreten und sich somit der Absaugung entziehen, zum anderen ist diese Anordnung bei größeren Schadensherden und/oder bindigen Böden nicht anwendbar, da der anlegbare Unterdruck im Hauptschacht nicht ausreicht, um über größere Distanzen durch einfaches Ansaugen der Umgebungsluft oder druckloses Einspeisen von anderen Gasen den Boden zu belüften oder zu begasen. Bei mit den genannten Ölprodukten getränkten Böden funktioniert dieses drucklose System nicht, da der Boden als gasdicht oder weitestgehend gasdicht gelten muß.

In den älteren deutschen Patentanmeldungen P 41 03 719.7 und P 41 12 893.1 ist ein Verfahren vorgeschlagen, das mit Hilfe eines definierten Gleichstromes durch Ingangbringen elektroosmotischer Vorgänge, unterstützt durch Zugabe anionischer Tenside die Auswaschung der Ölprodukte aus dem Boden zum Ziel hat. Dabei wird einer speziellen Anlage wie z. B. einem Koaleszenzölabscheider die ölige Phase von der wäßrigen Phase getrennt. Dieses Verfahren ist jedoch nur für den wassergesättigten Bereich geeignet.

Aus der DE-OS 40 40 838 geht ein Verfahren hervor, bei dem zur Verhinderung explosiver Gemische anstelle von Luft ein inertes Gas, vorzugsweise Stickstoff- oder Kohlendioxid, in das Grundwasser über Injektionsrohre eingeleitet wird. Das inerte Gas durchperlt danach das Grundwasser und belädt sich dabei mit leichtflüchtigen Halogenwasserstoffen. Das so beladene inerte Gas wird schließlich oberhalb des Grundwasserspiegels mit Absaugrohren abgesaugt. Ein Problem besteht dabei darin, daß die Effektivität dieses Verfahrens im Hinblick auf die Vermeidung einer Explosions- oder Vergiftungsgefahr insofern begrenzt ist, als das direkt an dem Schadstoffaustrag teilnehmende Inertgas lediglich vom Grundwasser aus senkrecht nach oben zu den Absaugbereichen aufsteigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Vermeidung einer Explosions- oder Vergiftungsgefahr bei der Entfernung eines im Boden über oder an einer Grundwasseroberfläche enthaltenen Schadstoffes zu schaffen, das ein sicheres Entfernen der Schadstoffe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei Bodensanierungen Explosions- oder Vergiftungsgefahren sicher vermeidbar sind.

Gemäß der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung wird - abhängig von den Umständen des Einzelfalles - im Boden über dem zu entfernenden Schadstoff, z. B. Ölprodukte, eine Schutzgasatmosphäre erzeugt und während der Dauer der Sanierung aufrechterhalten. Die Entfernung des Schadstoffes aus dem Boden wird vorzugsweise so vorgenommen, daß in dem von diesem Stoff eingenommenen Bodenbereich eine in Richtung zu einer im Boden angeordneten Auffangstelle für den Schadstoff, abfallende und eine Bewegung des Schadstoffes in die Auffangstelle bewirkende Druckdifferenz zum Bewegen erzeugt wird. Unter Schadstoff werden dabei auch mehrere unterschiedliche Schadstoffe einzeln oder in Kombination verstanden.

Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre wird der Boden über den Ölprodukten mittels einer oder mehreren Injektionslanzen mit einem Schutzgas unter Druck geflutet und die Flutung bis zum Abschluß der Entfernung des Stoffes aus dem Boden aufrechterhalten. Abfließende Mengen an Schutzgas werden ersetzt. Die Injektionslanzen werden vorzugsweise bis zur Oberkante des vom Schadstoff eingenommenen Bodenbereiches in den Boden eingebracht (Anspruch 3). Als Injektionslanze wird bevorzugt eine Lanze in Form eines Pegelrohres mit Filtergewebe verwendet (Anspruch 4).

Vorzugsweise wird ein Schutzgas verwendet, das CO₂ oder N₂ aufweist (Anspruch 5). Es können aber auch andere Schutzgase verwendet werden. Insbesondere kann auch ein Gemisch aus solchen Schutzgasen verwendet werden. Die Wahl der Schutzgase richtet sich nach den Stoffen, gegen welche der Bereich an oder über der Bodenoberfläche geschützt werden soll. Bei der Bodensanierung wird vorteilhafterweise die Schutzgasatmosphäre über dem Schadstoffherd bis zur Erreichung des Sanierungszieles aufrechterhalten.

Bei der Erzeugung der Schutzgasatmosphäre kann eine durch die Schutzgase bedingte elektrostatische Aufladung des Bodens auftreten. Als Abhilfe wird zweckmäßigerweise ein Potentialausgleich zur Vermeidung oder Beseitigung einer solchen elektrostatischen Aufladung des Bodens herbeigeführt (Anspruch 6). Dies kann beispielsweise durch Erdung der Injektionslanzen oder anderweitiger bekannter Mittel zur Erdung, des Bodens, beispielsweise mit zusätzlichen Erdungsstäben, vorgenommen werden.

Als unterstützende Maßnahme zur Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre wird vorzugsweise die Oberfläche über dem vom Schadstoff eingenommenen Bodenbereich abgedichtet (Anspruch 7), sofern nicht bereits eine Versiegelung des Bodens vorhanden ist. Vorzugsweise wird die Bodenoberfläche oder das zu behandelnde Sanierungsgebiet mit einem Geotextil, vorzugsweise einem Geotextil mit Bentonit als Dichtmittel abgedichtet. Das Geotextil wird vorzugsweise bewässert und kann mit einem Beschwerungsmaterial, vorzugsweise Kies oder Sand, beschwert werden. Geotextilien mit Bentonit als Dichtmittel sind handelsüblich. Die Abdichtung hat ferner den Zweck, den Boden trocken zu legen und zu halten und die Vakuumtrocknung insbesondere bindiger Böden zwecks Erhöhung der Gasdurchlässigkeit zu ermöglichen.

Sollte sich eine Gasphase im Boden oder unter der abgedichteten Bodenfläche bilden, beispielsweise eine Gasphase aus leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen, wird diese zweckmäßigerweise abgesaugt.

Sofern in den Bodenbereich oberhalb der Ölprodukte enthaltenden Bodenhorizonte leichtflüchtige Substanzen auftreten oder ihr Auftreten erwartet werden kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung zum Aufbau und zur Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre vorzugsweise wie folgt ergänzt werden.

Eine oder mehrere der vorbeschriebenen Lanzen werden als Druck- und Injektionslanzen für das oder die Schutzgase organisiert, während eine oder mehrere andere Lanzen als Unterdruck- und Absauglanzen eingerichtet werden. An den Injektionslanzen wird das Schutzgas oder das Schutzgasgemisch unter Druck in den Bodenbereich oberhalb der Kontaminationszone eingedüst. Die Höhe des Druckes richtet sich nach dem Abstand zwischen der oder den Injektionslanzen und der oder den Absauglanzen sowie dem Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens.

Das Schutzgas wird sodann an der Absauglanze mittels einer Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdruckes, vorzugsweise einer Vakuumpumpe abgesaugt, wobei zwischen der Lanze und der Vakuumpumpe eine geeignete Gasreinigungsanlage, z. B. Molekularsiebe, "Kältefallen", Absorber usf., zwischengeschaltet ist. Das die leichtflüchtigen Substanzen enthaltende Schutzgas wird in der Gasreinigungseinrichtung gereinigt und sodann unter Druck über ein Hosenrohr (gabelförmiges Rohrstück, an das die Schutzgasversorgungsanlage angeschlossen ist, wieder in die Injektionslanze eingespeist. Über ein Regel- bzw. Mischerventil kann das Verhältnis von Kreislaufmenge zur Auffrischmenge des Schutzgases gesteuert werden. Die Gasabsaugung und die Abgasreinigung sind Stand der Technik.

Diese Verfahrensanordnung sei beispielhaft an einem Raffineriegelände von 22 ha Größe verdeutlicht. Auf diesem Gelände wird das Grundwasser in 8,35 m Tiefe ab der Geändeoberkante angetroffen. Auf dem Grundwasser schwimmt bis 3,75 m Tiefe unter der Geländeoberkante eine Phase aus Ottokraftstoffen auf und sättigt den Non-Aquifer, bestehend aus Lößlehm (bis 4,5 m Tiefe unter der Geländeoberkante) mit einem kf von 3,85 × 10^-8 m/s, darunter bis zum Aquifer Geschiebemergel mit einem kf von 1,75 × 10^-6 m/s.

Im Rastermaß von ca. 10 × 10 m werden abwechselnd Reihen von Injektions- und Absauglanzen bis ca. 3,6 m Tiefe ab Geländeoberkante bereits unter Schutzgas eingebracht. Als Schutzgas wird CO₂ eingesetzt, das aus Containern tiefkalt mit einem Druck von ca. 6,5 bar in dem Boden eingedüst wird. Die eingedüste CO₂-Menge beträgt ca. 1,5 m³/h. An die Absaugstellen wird ein Unterdruck von -0,9 bar (=90% Vakuum) bei einer Absaugleistung von ca. 1,6 m³/h angelegt. Teilbereiche des Geländes werden mit bewässerten Geotextilien abgedichtet. Die aus den Ottokraftstoffen ausgasenden Benzole und Xylole werden in einer mit CO₂ gekühlten Kältefalle auskondensiert und rückgewonnen. Das über A-Kohle nachgereinigte Schutzgas wird auf 6,5 bar verdichtet, mit CO₂ aus dem Container aufgefrischt und über die Injektionslanzen in den Boden zurückgefiltert. Die aus Stahl gefertigten Lanzen ebenso wie die mittig zwischen den Lanzenreihen angeordneten, bis ca. 3 m Tiefe eingebauten Erdungsstäbe aus Kupfer sind an Erdungsleitungen zum Potentialausgleich angeschlossen, um eine Selbstentzündung der Gase zu verhindern.

Die Sanierungsanordnung zur Entfernung der Ölprodukte wird vorzugsweise vom Schutzgassystem dissoziiert in den Boden eingebracht. Hierzu wird eine oder werden mehrere Injektionslanzen und Absauglanzen, deren Abstand voneinander nach den bodenphysikalischen Kenndaten bestimmt wird, vorzugsweise bis zum Grundwasserspiegel, und sofern kein Grundwasserspiegel nachweisbar ist, bis in Tiefen unterhalb des Kontaminationsherdes in den Boden eingebracht.

Zur Erzeugung der oben genannten Druckdifferenz wird vorzugsweise ein gasförmiges Medium unter Druck durch ein oder mehrere mit Abstand von der Auffangstelle in den Boden eingebrachte Pegelrohre mit einem Abschnitt aus Vollrohr über den Ölprodukten und einem Abschnitt aus Filterrohr im von den Ölprodukten eingenommenen Bodenbereich in den Boden gepreßt und die Auffangstelle (Absaugstelle) unter einem im Vergleich zu diesem Druck kleineren Druck gehalten (Anspruch 8).

Vorzugsweise wird ein Pegelrohr mit einem sich von der Bodenoberfläche bis unterhalb der Schutzgaszone erstreckenden Abschnitt aus Vollrohr und mit einem sich darunter befindlichen und bis zur Grundwasseroberfläche bzw. bis unterhalb des Kontaminationsbereiches reichenden Abschnitt aus Filterrohr (Anspruch 9) verwendet.

Vorzugsweise wird ein Pegelrohr aus Kunststoff und/oder Stahl verwendet.

Der Abstand eines Pegelrohres von der Auffangstelle errechnet sich unter anderem aus den bodenphysikalischen Parametern wie Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens. Vorzugsweise wird ein Pegelrohr in einem Abstand von 4 Meter bis 30 Meter von der Auffangstelle angeordnet (Anspruch 10).

Als gasförmiges Medium wird vorzugsweise gemäß Anspruch 11 Heißluft, Dampf, Oxidationsmittel, vorzugsweise Ozon und/oder Inertgas als Extraktionsmittel verwendet.

In einem Einphasenverfahren wird ein aus einer individuellen Substanz bestehendes gasförmiges Medium verwendet, während bei einem Mehrphasenverfahren mehrere individuelle Substanzen als gasförmiges Medium verwendet werden, wobei vorzugsweise die mehreren individuellen Substanzen alternierend oder sequentiell unter Druck in den Boden eingepreßt werden (Anspruch 13).

Die Auswahl des gasförmigen Mediums und die Festlegung der Verfahrensschritte richtet sich nach den chemisch-physikalischen Eigenschaften der Ölprodukte wie der Viskosität der Ölprodukte und dem Sanierungsziel.

Der Druck, mit dem das gasförmige Medium in den Boden einzupressen ist, richtet sich im wesentlichen nach dem Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens und dem Abstand der Injektionslanzen von den Absaugstellen, ebenso wie der Unterdruck an den Absaugstellen durch die gleichen Parameter bestimmt wird. Vorzugsweise wird das gasförmige Medium mit einem Druck von 0,5 bis 15 bar in den Boden eingebracht (Anspruch 14). Vorteilhafterweise wird an den Absaugstellen ein möglichst hoher Unterdruck, der u. a. nach den bodenphysikalischen und hydrogeologischen Daten bestimmt wird, ausgelegt.

Die Auffangstelle (Absaugstelle) kann vorteilhafterweise durch einen oder mehrere im Boden ausgebildete Auffangbrunnen definiert werden (Anspruch 15), wie er in der älteren deutschen Patentanmeldung P 40 06 435.2 vorgeschlagen und in seiner Ausstattung und Betriebsweise beschrieben ist.

Bei Verwendung eines oder mehrerer Auffangbrunnen, insbesondere eines oder mehrerer Auffangbrunnen, wie sie in der Patentanmeldung P 40 06 435.2 beschrieben sind, wird vorzugsweise an den Auffangbrunnen ein Unterdruck angelegt, dessen Parameter sich nach der Teufe der Grundwasseroberfläche und den physikalisch-chemischen Parametern des oder der auszutreibenden Stoffe, richtet.

Die auszutreibenden Stoffe werden durch das Druckgefälle zwischen den Pegelrohren und den Auffangbrunnen oder Auffangstellen, gegebenenfalls unterstützt durch weitere Phänomene wie Desorption von Ölprodukten durch das Inertgas oder gasförmige Medium und/oder Vakuumverdampfung und/oder durch Viskositätsänderungen und/oder oxidative Zerlegung der Ölprodukte in gasförmige Substanzen zu den Auffangstellen getrieben und können dort in situ in der Gasphase abgesaugt und/oder flotiert und/oder als auf dem Grundwasser aufschwimmende beispielsweise öige/flüssige Phase abgepumpt werden (Anspruch 16).

Vorzugsweise werden mehrere Pegelrohre und mehrere Auffangstellen verwendet, die rasterförmig mit einem vorbestimmten Rastermaß über der Bodenoberfläche verteilt sind (Anspruch 17). Das vorbestimmte Rastermaß beträgt vorzugsweise 4 × 4 Meter bis 30 × 30 Meter (Anspruch 18). Vorzugsweise werden die Pegelrohre und Auffangstellen in Reihen, Hexagonen und/oder anderen Polygonen angeordnet. Vorzugsweise wird für die Pegelrohre ein elektrostatischer Potentialausgleich, beispielsweise durch Erdung und/oder Einbau von Erdungsstäben geschaffen (siehe Anspruch 6).

Als vorteilhafte unterstützende Maßnahme wird vorzugsweise im von dem zu entfernenden Schadstoff eingenommenen Bodenbereich Schwingungsenergie erzeugt oder eingebracht. Es kann dabei beispielsweise Ultraschall, vorzugsweise im Frequenzbereich von 20 kHz bis 1 mHz als Schwingungsenergie eingesetzt werden und/oder im Bodenbereich eine Schwingung in Form von Druckimpulsen verwendet werden. Die entsprechenden Schwinger sind handelsüblich. Durch diese Maßnahme können die zu entfernenden Stoffe, z. B. in Aerosole überführt und somit der Absaugung zugänglich gemacht werden. Insbesondere ist diese Maßnahme bei mittel- und höhersiedenden Stoffen, beispielsweise den mittel- und höhersiedenden Ölprodukten vorteilhaft, weil dadurch diese Stoffe in Aerosole überführt und dadurch der Absaugung zugänglich gemacht werden.

Nach der Entfernung des Schadstoffes aus dem Bodenbereich kann eine Feinreinigung des Bodens vorgenommen werden. Diese Feinreinigung wird vorzugsweise mittels elektroosmotischen Transportvorganges und/oder Auswaschen des Bodenbereiches vorgenommen. Besonders geeignet dafür sind die bereits in den genannten älteren deutschen Patentanmeldungen P 41 03 719.7 und P 41 12 893.1 beschriebenen Verfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Entfernung der eingangs definierten Ölprodukte aus dem Non-Aquifer verwendbar (Anspruch 19).

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist mehrere rasterförmig über der Bodenoberfläche verteilte Pegelrohre im Boden mit jeweils einem Abschnitt aus Vollrohr über dem zu entfernenden Stoff und einem Abschnitt aus Filterrohr im vom Stoff eingenommenen Bodenbereich auf, wobei durch eine Gruppe Pegelrohre ein gasförmiges Medium in den Boden einpreßbar ist und eine andere Gruppe Pegelrohre als Auffangsstellen definiert ist. Diese Anordnung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die die Auffangsstellen definierenden Pegelrohre leicht zu Auffangbrunnen und leicht in die für die Auswaschung erforderlichen Einrichtungen umgerüstet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur in der nachfolgenden Beschreibung beispielhaft näher erläutert.

Die Figur zeigt ausschnitthaft einen Schnitt durch einen beispielhaften Boden mit einem von dem zu entfernenden Schadstoff eingenommenen Bodenbereich über einer Grundwasseroberfläche und mit in den Boden eingebrachten Injektionslanzen, Absauglanzen und Pegelrohren, von denen jeweils nur ein Exemplar gezeigt ist.

Die Figur ist schematisch und nicht maßstäblich.

Der Boden nach dieser Figur weist in der Tiefe einen grundwasserführenden Grundwasserleiter 1 (Aquifer) und einen darüber befindlichen, bis zur Bodenoberfläche 20 reichenden, nicht mit Wasser gesättigten Bodenabschnitt 2 mit einem von dem zu entfernenden Schadstoff eingenommenen Bodenbereich 4 auf. Das Liegende des Grundwasserleiters 1 ist mit 3 bezeichnet. Die Grundwasseroberfläche ist mit 10 bezeichnet. Die Oberkante des vom zu entfernenden Stoff eingenommenen Bodenbereich 4 ist mit 40 bezeichnet. In der Horizontalen erstreckt sich dieser Bodenbereich 4 über den Bereich 41.

Bis zur Oberkante 40 des Bodenbereiches 4 ist eine Injektionslanze 5, beispielsweise in Form eines Stahlpegelrohres mit Filtergewebe von 2,54 cm bis 2 × 2,54 cm Durchmesser eingebracht. Durch diese Injektionslanze 5 wird Schutzgas, beispielsweise CO₂ oder N₂, unter einem Druck p₁ von beispielsweise 2 bis 15 bar in dem Bodenhorizont 2 eingepreßt und dadurch der über dem Bodenbereich 4 liegende Bodenabschnitt 24 mit dem Schutzgas geflutet. Diese Flutung wird während der Dauer der Sanierung aufrechterhalten. Zur Vermeidung einer elektrostatischen Aufladung des Bodenabschnittes 24 werden das Rohr 5 und auch die später zu beschreibenden Pegelrohre 6 und 7 geerdet. Es können auch zusätzliche, nicht dargestellte Erdungsstäbe in den Boden eingebracht werden. Durch die Flutung mit dem Schutzgas wird im Bodenabschnitt 24 eine Schutzgasatmosphäre über dem Bodenbereich 4, beispielsweise ein Schadstoffherd, aufgebaut, der beispielsweise im Falle einer Bodensanierung bis zur Erreichung des Sanierungszieles aufrechterhalten wird. Als nicht immer notwendige unterstützende Maßnahme zur Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre kann die Bodenoberfläche, beispielsweise im Bereich des zu behandelnden Sanierungsgebietes, abgedichtet werden, vorzugsweise mit zu bewässernden und gegebenenfalls mit Kies, Sand oder Erdboden als Beschwerungsmaterial 9 zusätzlich zu beschwerenden, handelsüblichen Geotextilien 8 mit Bentonit als Füllmittel. In der Figur ist diese Abdichtung nur ausschnittsweise dargestellt. Zweckmäßigerweise würde sie sich über den ganzen Bereich 41 der Bodenoberfläche 20 erstrecken. Sollte sich eine Gasphase aus beispielsweise leichtflüssigen Kohlenwasserstoffen im Bodenhorizont oder nicht wasserführenden Bodenabschnitt 2 oder unterhalb der Abdichtung 8 gebildet haben, kann diese mit Methoden nach dem Stand der Technik abgesaugt werden, wobei diese Gasphase zusammen mit dem Schutzgas aus dem Pegelrohr 7 mittels einer Vakuumpumpe 17 o. ä. abgesaugt, in einer Gasreinigungsanlage 18 abgetrennt wird, wobei das gereinigte Schutzgas am Pegelrohr 6 wieder unter Druck in den Bodenbereich 24 eingegeben wird. In der Abbildung ist diese Anordnung nicht dargestellt.

Nach Ausbildung der Schutzgasatmosphäre im Bodenabschnitt 24 werden Pegelrohre 6 und 7, vorzugsweise aus Stahl oder Kunststoff, in den Boden bis in das Liegende 3 des Grundwasserleiters 1 eingebaut. Diese Pegelrohre 6 und 7 bestehen in einem oberen Abschnitt 61, vorzugsweise bis unter die Oberkante 40 des von dem zu entfernenden Schadstoff eingenommenen Bodenbereiches 4 aus Vollrohr, sodann in einem unteren Abschnitt 62 bis zum Grundwasserleiter 1 aus Filterrohr. Diese Pegelrohre 6 und 7 sind beispielsweise in Reihen, Hexagonen und/oder anderen Formen angeordnet. Das Rastermaß dieser Pegelrohre ist von den Umständen des Einzelfalles abhängig und errechnet sich unter anderem aus den bodenphysikalischen Parametern wie Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens und beträgt vorzugsweise zwischen 4 × 4 Meter und 30 × 30 Meter.

Eine Gruppe Pegelrohre, die Pegelrohre 6, dienen als Versorgungsstelle für das gasförmige Medium, das aus inertem Gas, vorzugsweise CO₂ oder N₂, Oxidationsmitteln, vorzugsweise Ozon und Peroxide, und/oder Heißluft und/oder Dampf bestehen kann. Die genannten individuellen Substanzen werden im Einphasenverfahren einzeln oder in einem Mehrphasenverfahren sequentiell oder alternierend unter einem Druck p₂ von vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 bar oder mehr in dem von zu entfernendem Schadstoff eingenommenen Bodenbereich 4, beispielsweise den mit Ölprodukten belasteten Bodenbereich 4 des nichtwasserführenden Bodenabschnitts 2 eingepreßt. Die Wahl dieses Druckes p₂ richtet sich insbesondere nach dem Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens. Die Auswahl der individuellen Substanzen und des gasförmigen Mediums richtet sich nach u. a. den chemisch- physikalischen Parametern wie z. B. der Viskosität der auszutreibenden Stoffe oder Ölprodukte.

Die andere Gruppe Pegelrohre, die Pegelrohre 7, dienen als Auffangstelle (Absaugstelle) für die auszutreibenden Schadstoffe. Bei Bedarf können diese Auffangstellen zu Auffangpegeln erweitert werden, deren Ausstattung und Betriebsweise sich nach der genannten deutschen Patentanmeldung P 40 06 435.2 richtet. Jedoch wird vorzugsweise an diese Pegelrohre 7 ein Unterdruck angelegt, dessen Parameter sich nach der Teufe der Grundwasseroberfläche 10, den physikalisch- chemischen Parametern der zu entfernenden Schadstoffe usw. richtet. Die zu entfernenden Schadstoffe werden nunmehr durch das in Richtung des Pfeiles 67 zur Auffangstelle 7 gerichtete Druckgefälle zwischen den Pegelrohren 6 und 7, unterstützt durch weitere Phänomene wie Vakuumverdampfung und/oder Desorption von Ölprodukten durch das Inertgas und/oder gasförmige Medium und/oder durch Viskositätsänderungen zu den Auffangstellen/-brunnen 7 getrieben und können dort entweder in situ in der Gasphase abgesaugt und/oder, je nach Art der Auffangstelle aus dem Grundwasser flotiert, beispielsweise mit Hilfe einer in der Auffangstelle 7 beim Grundwasser angeordneten Flotationspumpe 14 oder aber als ölige/flüssige Phase auf dem Grundwasser aufschwimmend, abgepumpt und der Wiederaufarbeitung bzw. Entsorgung zugeführt werden.

In geeigneter Tiefe, vorzugsweise im mittleren oder unteren Bereich des Bodenbereiches 4, wird entsprechend der geringen Wirkreichweite ein (oder mehrere) Ultraschallschwinger 81 mit 20 kHz bis 1 mHz und maximal 6 kW Leistungsaufnahme bzw. Druckimpulsgeber (max 200 bar, 260 Nm, 900 Pulse/min) 81 mittig zwischen den Pegeln 6 und 7 eingebaut und entweder intermittierend oder dauernd betrieben.

In der dritten Verfahrensstufe erfolgt die Feinreinigung des Bodens. Hierzu wird nach dem Verfahren der genannten deutschen Patentanmeldung P 41 03 719.7 und P 41 12 893.1 vorgegangen und die Pegelrohre 7 entsprechend ergänzt oder umgerüstet.

Über die Absauglanze 10 kann das in den Boden eingebrachte Schutzgas zusammen mit einer Gasphase aus dem zu entfernenden Schadstoff beispielsweise mittels einer einen Unterdruck P₄ erzeugenden Vakuumpumpe 11 abgesaugt und nach einer Reinigung in einer Gasreinigungsanlage 12, die wie die Anlage 18 Aktivkohle enthalten kann, als gereinigtes Schutzgas wieder durch die Injektionslanze 5 unter dem Druck P₁ im Boden eingebracht werden.

Die aus dem Grundwasser entfernten Ölprodukte, beispielsweise die mit der Flotationspumpe ausflotierten Schadstoffe, können z. B. mittels eines Koaleszenzölabscheiders 15 zur Entsorgung und/oder zum Recycling aufbereitet werden.

bei dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Verfahren, bei dem der zu entfernende Schadstoff in Gegenwart einer Schutzgasatmosphäre entfernt wird, kann neben den vorstehend bereits angegebenen Verfahren zur Entfernung der Schadstoffe vorteilhaft auch folgendes Verfahren verwendet werden.

In den die Schadstoffe enthaltenden Stoffherd bzw. Bodenbereich wird ein die Schadstoffe mobilisierendes und/oder zerlegendes Medium unter Überdruck eingebracht und die mobilisierten Stoffe und/oder aus diesen gewonnenen Zerlegungsprodukte werden aus dem Boden entfernt. Das an einer Stelle unter Überdruck eingebrachte Medium wird vorzugsweise an einer anderen Stelle abgesaugt. Dabei können leicht flüchtige Stoffbestandteile und/oder Zerlegungsprodukte sowie Aerosole aus dem Boden gleich mitentfernt werden. Als Medium eignen sich vorteilhaft Oxidationsmittel wie beispielsweise Ozon, CO₂, N₂ und/oder Heißluft und/oder Dampf. Durch Oxidationsmittel, insbesondere hochaggressive Oxidationsmittel, insbesondere Ozon, ist eine in situ Zerstörung von Schadstoffen wie Cyaniden, öligen und festen Schadstoffen, PCB usw. möglich.

Mittels CO₂, N₂, Heißluft und Dampf ist eine Extraktion der Schadstoffe möglich. Zu beachten ist hierbei, daß Dampf in bindigen Böden nicht anwendbar ist, da das Kondensat den tonhaltigen Boden quellen läßt und diesen somit gasdicht macht.

Dieses Verfahren ist insbesondere im Bereich des nicht mit Wasser gesättigten Bodens anwendbar und beruht auf den zum Teil alternativen, zum Teil komplementären Wirkungsmechanismen:

• - Absaugen leichtflüchtiger Bestandteile und von Zerlegungsprodukten,
• - in situ Zerstörung von Schadstoffen durch hochaggressive Oxidationsmittel,
• - Aerosolbildung und Absaugung von Aerosolen, und
• - Strippen (Extraktion) der Schadstoffe mittels eines oder mehrerer Gase.

Ein besonderer Vorteil der beschriebenen vorliegenden Verfahren besteht darin, daß sie mit ein und derselben Anordnung durchgeführt werden können, d. h., daß mehrere Sanierungsstrategien mit ein oder derselben Anordnung verfolgt werden können.

Diese vorteilhafte Anordnung ist gekennzeichnet durch jeweils mindestens eine an ein Schutzgas und ein Schadstoff mobilisierendes und/oder -zerlegendes Medium enthaltende Überdruckquelle 11, 17 anschließbare Lanze 5, 6 zum Einbringen des Schutzgases und Mediums, und durch mindestens jeweils eine in den Boden eingebrachte und an eine Unterdruckquelle 11, 17 anschließbare Lanze 10, 7 zum Absaugen des Schutzgases und Mediums zusammen mit im Boden enthaltenen oder erzeugten leichtflüchtigen Schadstoffbestandteilen, Zerlegungsprodukten und/oder Aerosolen.

Ist der Grundwasserspiegel bis 6 Meter unter dem Stoffherd bzw. dem vom Schadstoff eingenommenen Bodenbereich 4, oder kann der Boden bewässert werden, so ergibt sich die Möglichkeit, zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Verfahren die elektrochemische Bodenwäsche einzusetzen. Bei Benzinschäden muß notwendigerweise die elektrochemische Bodenwäsche diese Verfahren ergänzen, da der Grundwassersaum (Kapillarraum) nur so saniert werden kann.

Zum besseren Verständnis des vorliegenden Verfahrens dienen folgende Beispiele:

Im nicht wasserführenden Bodenabschnitt 2 sind Vorprodukte aus der TNT-Herstellung, d. h., deren zum Teil feste Abbauprodukte wie Amine, und TNT vorhanden. Diese Produkte werden mittels Ozon in situ zerstört und die bisher öligen bzw. festen Substanzen in ihre gasförmigen Ausgangsprodukte wie CO₂, Wasser und gegebenenfalls Ammoniak zerlegt, die abgesaugt werden.

Ein Gelände, bei dem der Grundwasserspiegel in 60 Meter Tiefe unterhalb der Geländeoberkante liegt, ist mit Altölen, PCB und anderen Organohologenen belastet. Hier wird im Zweiphasenverfahren zunächst mit Ozon das Altöl einschließlich PCB zerstört und anschließend mit CO₂ ausgetrieben. Das CO₂ kann durch Heißluft mit 120°C ersetzt werden.

Auf einem 6700 qm großen Gelände wurden zum Ausgleich von Geländeunebenheiten Gaswerkschlacken in das Gelände eingebaut, die extrem hoch mit Cyaniden (Berliner Blau), Polyziklen und anderen Stoffen belastet sind. Hier erfolgt die Zerstörung der Cyanide durch Ozon mit anschließender Gasspülung. (CO₂). Hier ist der Aufbau einer Schutzgasatmosphäre erforderlich, nicht weil etwa die Schadstoffe explosibel wären, sondern weil sich Blausäure aus dem Berliner Blau abspaltet.

Auf einem Raffineriegelände schwimmt bis 4,8 Meter über dem Grundwasserspiegel eine Öl- und Kraftstoffschicht auf, auf der, über MAK-Werte liegend, Benzole in die Umgebungsluft diffundieren, die eine entsprechend hohe Krebsrate der dort Beschäftigten hervorrufen. Die Öle und Kraftstoffe sättigen den bindigen Boden (Lößlehm und Geschiebemergel) und bilden auf dem Grundwasser eine Kontaminationszone. Hier ist sowohl die Schutzgasatmosphäre als auch die Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der elektrochemischen Bodenwäsche und dem CO₂-Stripping-Verfahren (CUS) erforderlich.

Was generell die Schutzgasatmosphäre betrifft, so genügt nicht eine einfache Flutung des Bodens, da das Gas abwandert. Es sollte aufgefrischt und ergänzt, und vorzugsweise im Kreislauf geführt werden.

Die eigentliche Bodensanierung setzt entweder chemisch- physikalische Methoden ein (Desorption durch z. B. CO₂, Aerosolbildung, Vakuumverflüssigung oder -verdampfung) oder zerstörte Schadstoffe werden im Boden durch Oxidationsmittel zerstört. Dies hat zwei Vorteile: es gibt kaum Entsorgungsprobleme auf der Erdoberfläche und der Grundwasserleiter bleibt unangetastet mit allen Vorteilen.

Claims (20)

1. Verfahren zur Vermeidung einer Explosions- oder Vergiftungsgefahr bei der Entfernung eines im Boden über oder an einer Grundwasseroberfläche enthaltenden Schadstoffes, wobei eine Schutzgasatmosphäre im Boden über dem zu entfernenden Schadstoff durch Einbringen eines Schutzgases erzeugt wird, das über wenigstens eine Injektionslanze (5) und einem Druck (p₁) zur Flutung des Bereiches über dem Schadstoff eingebracht wird, wobei die Flutung während der Dauer der Schadstoffentfernung aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung des Schadstoffes in dem von diesem eingenommenen Bodenbereich (4) eine Bewegung des Schadstoffes in eine im Boden angeordnete Auffangstelle (7) bewirkende Druckdifferenz (p₂-p₃) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanzen (5) bis zu einer Oberkante (40) des vom Schadstoff eingenommenen Bodenbereiches (4) in den Boden eingebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Injektionslanze (5) in Form eines Pegelrohres mit Filtergewebe verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein CO₂ oder N₂ aufweisendes Schutzgas verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Potentialausgleich zur Beseitigung einer schutzgasbedingten elektrostatischen Aufladung des Bodens herbeigeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenoberfläche (20) über dem vom Schadstoff eingenommenen Bodenbereich (4) abgedichtet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Druckdifferenz (p₂-p₃) ein gasförmiges Medium unter Druck (p₂) durch ein oder mehrere mit Abstand von der Auffangstelle (7) in den Boden eingebrachte Pegelrohre (6) mit einem Abschnitt (61) aus Vollrohr bis zu dem oder bis in den vom Schadstoff eingenommenen Bodenbereich (4) und einem Abschnitt (62) aus Filterrohr im vom zu entfernenden Schadstoff eingenommenen Bodenbereich (4) in den Boden gepreßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pegelrohr (6) mit einem sich durch den vom Schadstoff eingenommenen Bodenbereich (4) und bis zur Grundwasseroberfläche (10) des Grundwassers erstreckenden Abschnitt (62) aus Filterrohr verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pegelrohr (6) in einem Abstand von 4 Meter bis 12 Meter von der Auffangstelle (7) angeordnet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Heißluft, Dampf, gasförmiges Oxidationsmittel, CO₂ und/oder Inertgas, insbesondere N₂, verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein CO₂ und/oder N₂ und/oder Ozon und/oder Peroxid aufweisendes Inertgas verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche gasförmige Medien alternierend unter Druck (p₂) eingebracht werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium mit einem Druck (p₂) von 0,5 bis 15 bar in den Boden eingepreßt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Auffangstelle (7) zumindest ein im Boden ausgebildeter Auffangbrunnen verwendet wird.

16. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Auffangstelle (7) bewegte Schadstoff als Gasphase abgesaugt und/oder flotiert und/oder als auf dem Grundwasser aufschwimmende Phase abgepumpt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pegelrohre (6) und Auffangstellen (7) verwendet werden, die rasterförmig mit einem vorbestimmten Rastermaß über der Bodenoberfläche (20) verteilt sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorbestimmtes Rastermaß von 4 × 4 Meter bis 30 × 30 Meter verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Schadstoffe ein oder mehrere Ölprodukte entfernt werden.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch wenigstens eine in den Boden eingebrachte Injektionslanze (5), die mit einer Überdruckquelle (11) verbunden ist, die das Schutzgas enthält.