DE4141940C2

DE4141940C2 - Verfahren zum Entsorgen von Explosivstoffen

Info

Publication number: DE4141940C2
Application number: DE19914141940
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Prof Dr Knackmuss; Theo Dipl Chem Rosendorfer; Sabine Dipl Biol Ecker; Wolfgang Dipl Biol Haug
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: DE4141940A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entsorgen von Explosivstoffen, wie z. B. Hexogen, insbesondere zum Entsorgen von TNT.

Derzeit muß das Entsorgen von Explosivstoffen, wobei hier unter Explo sivstoffen alle in der Anlage 1 des deutschen Sprengstoffgesetzes aufge führten Stoffe sowohl einzeln als auch in Kombination untereinander mit oder ohne inerten Zusätzen gemeint sind, gemäß Richtlinie 5 der Unfall verhütungsvorschrift durch Verbrennen erfolgen. Auch wenn dies in Zu kunft nicht wie bisher durch offenes Verbrennen, bei dem alle entstehen den Schadgase in die Atmosphäre abgegeben werden, geschieht, sondern in geschlossenen Anlagen durchgeführt wird, in denen die entstehenden Abga se einer Abgaswäsche zugeführt werden, so ist diese Abgaswäsche auch nach dem derzeitigen Stand der Technik noch mit dem hohen Risiko einer Schadstoffemission verbunden. Dazu kommt, daß der Verbrennungsvorgang an sich ein gefährlicher Arbeitsschritt ist, der leicht in unkontrollierbar heftige Reaktionen übergehen kann. Das Verbrennen von Explosivstoff ist deshalb ein Vorgang, der nur unter entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen (Sicherheitsabstände, Schutzwälle, Betrieb unter Fernbedienung etc.) durchgeführt werden darf.

In verschiedenen Bänden der Zeitschrift "Chemical Abstracts" sind Zusam menfassungen von Aufsätzen enthalten, welche den mikrobiellen Abbau von Nitroaromaten, insbesondere von TNT, zum Gegenstand haben. Im einzelnen handelt es sich um folgende Literaturstellen:
Band 81 (1974): 60 631 p
Band 89 (1978): 125 844 x
Band 97 (1982): 86 308 u
Band 110 (1989): 198 598 g
Band 112 (1990): 164 588 e

Die beschriebenen Verfahren sind einstufig und lassen weder hinsichtlich der Abbaurate noch hinsichtlich der Abbaugeschwindigkeit Ergebnisse er warten, welche eine unter technisch/wirtschaftlichen Aspekten sinnvolle Anwendung rechtfertigen würden.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Entsorgen von Explosivstoffen anzugeben, welches bei wirtschaftlicher Arbeitsweise die Abgabe von Schadstoffen an die Umwelt zumindest wei testgehend verhindert und welches eine relativ sichere und unproblemati sche Handhabung der Explosivstoffe im Verfahrensablauf ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merk male gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entsorgen von Explosivstoffen umgeht die am Beispiel der Verbrennung beschriebenen Probleme in grundsätzli cher Weise, indem der Explosivstoff in wäßrigem Medium mikrobiell elimi niert wird. Für ein derartiges Verfahren genügt die, wenn auch geringe aber doch deutlich vorhandene Löslichkeit der organischen Explosivstoffe in Wasser. Z. B. beträgt die Löslichkeit von TNT etwa 0,5 mmol/l in Was ser. Ein weiterer großer Vorteil bei diesem Verfahren ist, daß Explosiv stoffe, wenn sie in Wasser suspendiert sind, ab einer Konzentration un ter etwa 30-35% nicht mehr initiiert werden können, bzw. eine Detona tion nicht mehr weiter leiten. Sie haben dann praktisch ihren Explosiv stoffcharakter verloren, wodurch die Sicherheitsvorkehrungen bei der Handhabung eines derartigen Sprengstoffwasserschlamms wesentlich verein facht werden.

Die Elimination der Explosivstoffe ist in zwei Stufen vorgesehen. In der ersten, anaeroben Stufe werden die Explosivstoffe in Gegenwart von leicht vergärbaren Substanzen reduziert, in der zweiten, aeroben Stufe werden die dabei entstehenden Zwischenprodukte eliminiert, wodurch ein schneller, vollständiger Abbau erst möglich wird.

Die Unteransprüche 2 bis 4 enthalten Verfahrensausgestaltungen, welche speziell den Abbau von TNT betreffen.

Der mikrobielle Abbau eines Explosivstoffes sei im folgenden beispiel haft am Abbau des Trinitrotoluols (TNT) beschrieben.

In Abwesenheit von O₂ und in Gegenwart von leicht vergärbaren Substra ten, wie Glukose oder anderen C-Quellen, werden Nitroaromaten und insbe sondere Polynitrokörper, wie das TNT, hydrierend angegriffen. Bei genü gend niedrigem Potential < -100 mV werden alle drei Nitrogruppen redu ziert, so daß Triaminotoluol (TAT) entsteht. Dieses ist aufgrund seiner nukleophilen (reduzierenden) Eigenschaft leicht oxidativ angreifbar und damit anschließend dem aeroben mikrobiellen Angriff zugänglich.

1. Anaerobe Behandlung von TNT

Eine TNT-Lösung von 0,3-0,5 mmol/l (dies entspricht der Löslichkeit in H₂O) in einem Mineralmedium wird in Gegenwart von Glukose oder an derer leicht vergärbarer C-Quellen kontinuierlich in einem anaeroben Festbett vollständig zu TAT reduziert.

Beispielhafte Zusammensetzung des Mineralmediums (g/l)
Na₂HPO₄ · 2 H₂O
7,1
KH₂PO₄	1,4
MgSO₄ · 7 H₂O	1,0
Eisen-III-Citrat	0,02
CaCl₂ · 2 H₂O	0,1
(NH₄)₂SO₄	0,13
1 ml Spurenelementlösung nach Pfennig

Kohlenstoff- und Energiequelle

Glukose, bei großtechnischer Anwendung entsprechend billige zucker- oder kohlenhydrathaltige Abfallstoffe.

Aufbau und Besiedelung des Festbettes

Eine Packung (z. B. Sinterglasfüllkörper, Partikeldurchmesser 3-5 mm, Porengröße 60-300 µm, Porosität ca. 60%, Oberfläche 74 m²/l) wird mit Mineralmedium + Glukose (wie oben beschrieben) von unten nach oben durchströmt (0,14 µl/(cm² · h)) und mit einer aus Flußsediment oder Faulschlamm entwickelten anaeroben Kultur beimpft. Nach ca. vier Tagen setzt eine lebhafte Vergärung der Glukose und eine Besiedelung des iner ten Trägers ein.

Beaufschlagung des Festbettes mit TNT

Beginnend mit niedriger Konzentration (0,2 mmol/l) werden steigende Kon zentrationen von TNT (bis 0,5 mmol/l entspricht gesättigter Lösung) dem Nährmedium beigemischt und kontinuierlich durch das anaerobe Festbett geleitet. Die Verweilzeit (ca. 70-80 h) im Reaktor wird so einge stellt, daß das gesamte im zufließenden Medium vorhandene TNT reduziert wird.

2. Aerobe Behandlung von TAT

Die aerobe Reaktionsstufe besteht aus einem intensiv belüfteten Reaktor. Der Reaktor ist als Chemostat und Rührkessel ausgelegt und weist einen z. B. von oben angetriebenen Blattrührer auf. Das aus dem anaeroben Fest bett austretende, TAT und Gärprodukte enthaltende Reaktionsgemisch wird direkt dem aeroben Reaktor zugeführt. Um der Biologie in dem aeroben Reaktor ausreichend Kohlenstoff- und Energiequellen zur Verfügung zu stellen, wird dem Reaktionsgemisch vor dem Eintritt in den aeroben Reak tor Glukose (bzw. eine entsprechende Kohlenhydratquelle) in dem Maße zu gefügt, daß eine Konzentration von ca. 5 mmol/l bezüglich Glukose er reicht wird. Zur Etablierung einer aeroben Mikroflora wird mit belebtem Schlamm (oder anaerob gezüchteten Populationen) beimpft. Da sich das Me dium durch die im anaeroben Reaktor entstehenden Gärprodukte ansäuert (auf pH-Werte um ca. 5), wird der Zulauf der Blasensäule durch Titration mit NaOH auf ca. pH 7 eingestellt.

Biologische Aktivitäten in den Reaktoren

Die Biologie im anaeroben Reaktor setzt das zugeführte TNT vollständig um. Bei einer Konzentration von ca. 0,5 mmol/l TNT beträgt die Umsatz geschwindigkeit unter den beschriebenen Bedingungen ca. 200 mg TNT/h · l. Hierbei wird die gesamte im Medium vorhandene Glukose vergoren. Das Reak tionsprodukt des TNT, das Triaminotoluol, wird in dem aeroben Reaktor nahezu vollständig eliminiert (Restkonzentration <0,014 mmol/l, im fortschreitenden Betrieb weiter abnehmend).

An dieser Stelle sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für TNT, sondern für alle Ex plosivstoffe eignet, welche eine gewisse Löslichkeit in Wasser aufweisen und durch kombiniert anaerob/reduktiven und aerob/oxidativen Angriff zu mindest weitgehend abbaubar sind. Darunter fallen auch aliphatische Ni tramine, wie z. B. Hexogen.

Claims

1. Verfahren zum Entsorgen von Explosivstoffen, insbesondere von TNT, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosivstoffe in wäßriger Lösung auf mikrobiologischem Weg mit Hilfe von unter bestimmten Bedingungen selektionierten Bakterienpopulationen abgebaut werden, und daß der Abbau zweistufig erfolgt, wobei die Explo sivstoffe in einer ersten, anaeroben Stufe in Gegenwart von leicht ver gärbaren Substanzen reduziert werden, und die dabei entstehenden Zwi schenprodukte in einer zweiten, aeroben Stufe vollständig oder nahezu vollständig eliminiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das TNT in der ersten, anaeroben Stufe in einer Lö sung von 0,3-0,5 mmol/l oder in Suspension (entspricht 2 mmol/l) in einem wäßrigen Mineralmedium in Gegenwart von Glukose und/oder ande rer leicht vergärbarer C-Quellen in einem Festbettreaktor kontinuierlich zu TAT (Triaminotoluol) reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu sammen mit Gärprodukten aus der anaeroben Stufe austretende TAT der zweiten, aeroben Stufe zugeführt und dort in einem intensiv belüfteten Reaktor vollständig oder nahezu vollständig eliminiert wird, wobei der Reaktor der aeroben Stufe als Chemostat und Rührkessel ausgeführt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem aus der anaeroben Stufe austretenden, angesäuerten Reaktionsgemisch aus TAT und Gärprodukten vor dem Eintritt in die aerobe Stufe Glukose und/oder andere C-Quellen in solcher Menge zugegeben werden, daß eine Konzentra tion von ca. 5 mmol/l bezüglich Glukose erreicht wird, und daß der pH- Wert des Reaktionsgemisches durch Titration mit NaOH etwa auf 7 einge stellt wird.