DE4208591C2 - Process for cleaning contaminated soil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von mit or ganischen Schadstoffen kontaminiertem Erdreich bei fortlau fender Umwälzung und Wasserdampf-Beaufschlagung des Erd reiches.The invention relates to a method for cleaning with or ganic contaminants contaminated soil at fortlau fender revolution and water vapor exposure to the earth rich.
Unter dem Begriff "Erdreich" werden im vorliegenden Zusammen hang außer Böden und Erdreich im engeren Sinne auch andere körnige Feststoffe oder Schlämme, wie Rückstände aus anderen Bodenwaschanlagen, Adsorbentien und dergleichen, verstanden, die, z. B. aus Gründen des Umweltschutzes, zu reinigen sind. Für die Dekontamination von Altlasten stehen hydraulische und pneumatische Maßnahmen, chemisch/physikalische und biolo gische Verfahren sowie die thermische Behandlung zur Verfü gung. In the present case, the term "earth" is used together slope other than soil and soil in the narrower sense granular solids or sludges, such as residues from others Floor washing systems, adsorbents and the like, understood, the, e.g. B. for reasons of environmental protection. Hydraulic and. Are available for decontamination of contaminated sites pneumatic measures, chemical / physical and biolo gische procedures as well as the thermal treatment available supply.
Thermische Reinigungsverfahren sind für sämtliche organische sowie für flüchtige anorganische Verunreinigungen einsetzbar und haben den höchsten Wirkungsgrad. Im Gegensatz zu zeitrau benden biologischen Verfahren ist der Sanierungserfolg kurz fristig zu erreichen und relativ leicht kontrollierbar. Der Vorteil gegenüber Bodenwaschanlagen auf chemisch/physika lischer Grundlage liegt in der vollständigen Erfassung auch der Schadstoffe, die in das Fein- und Feinstkorn adsorbiert sind. Demgegenüber haben Bodenwaschverfahren eine prinzipbe dingte Anwendungsgrenze bei Schluffanteilen des Erdreiches von größer als ca. 20%. Die hochbelastete Feinkornfraktion kann durch Bodenwaschung nicht dekontaminiert werden, sondern ist als Rückstand anderweitig zu entsorgen.Thermal cleaning processes are common to all organic as well as for volatile inorganic impurities and have the highest efficiency. In contrast to time-consuming biological processes, the renovation success is short to be reached on time and relatively easy to control. Of the Advantage over floor washing systems on chemical / physical agents The complete basis also lies in the listic basis of the pollutants that adsorbs into the fine and very fine grain are. In contrast, floor washing processes have a principle mandatory application limit for silt portions of the soil of greater than about 20%. The highly contaminated fine grain fraction cannot be decontaminated by washing the floor, but is to be disposed of elsewhere as a residue.
Ein thermisches Verfahren zum Reinigen von mit Kohlenwasser stoffen kontaminiertem Erdreich wird in der DE 36 04 761 A1 angegeben. Die Reinigung wird hierbei erreicht durch die Er hitzung des Erdreichs auf Siedetemperatur der darin enthalte nen Schadstoffe bei etwa atmosphärischem Druck. Die erforder liche Wärme wird indirekt zugeführt. Zum Abtransport der Schadstoffgase wird ein inertes Trägergas benutzt. Das aus inertem Trägergas, Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen beste hende Gemisch kann anschließend fraktioniert destilliert wer den. Das Erdreich wird bei diesem Verfahren auf etwa 400°C erhitzt.A thermal process for cleaning with hydro contaminated soil is described in DE 36 04 761 A1 specified. The cleaning is achieved by the Er heating of the soil to the boiling temperature of the contained therein NEN pollutants at about atmospheric pressure. The required Liche heat is supplied indirectly. To remove the An inert carrier gas is used for pollutant gases. The end inert carrier gas, water vapor and hydrocarbons best The resulting mixture can then be fractionally distilled the. With this method, the soil is heated to around 400 ° C heated.
In der DE 37 06 684 A1 wird ein Verfahren zum thermischen Ab trennen flüchtiger Schadstoffe aus kontaminiertem Erdreich beschrieben. Hierbei wird das Erdreich zusammen mit seinem Wasseranteil in einem Drehrohrofen mit Hilfe von Heißdampf allmählich auf 200 bis 700°C so erhitzt, daß die flüchtigen Schadstoffe verdampfen. Die auf diese Weise entstehenden was serdampf- und schadstoffhaltigen Gase werden einer anschlie ßenden Kondensation unterworfen, und der Hauptteil des Was serdampfes wird aus dem System auskondensiert sowie abgezogen und naßchemisch oder physikalisch von den Schadstoffen be freit. Nach diesem Verfahren lassen sich nur Schadstoffe ab trennen, die an sich bei den angegebenen Temperaturen flüch tig sind.DE 37 06 684 A1 describes a method for thermal ab separate volatile pollutants from contaminated soil described. Here, the soil together with its Water content in a rotary kiln with the help of superheated steam gradually heated to 200 to 700 ° C so that the volatile Evaporate pollutants. The resulting things Gases containing steam and pollutants are then added eats condensation, and the main part of what serdampfes is condensed out of the system and withdrawn and be wet chemical or physical from the pollutants free. Only pollutants can be removed using this process separate that cursed at the specified temperatures are active.
Schwerflüchtige Kontaminationen lassen sich nach dem Stande der Technik nur bei den hohen Temperaturen von Pyrolyse- und Verbrennungsverfahren - im Bereich von 350 bis 1200°C - abtrennen; diese Temperaturen bewirken aber nicht nur die Zersetzung der anthropogenen Verunreinigungen (Schadstoffe), sondern ebenfalls die Zerstörung der natürlichen organischen Bodenbestandteile (Nutzstoffe), das heißt vor allem der Hu minstoffe. Derart vorbehandelte Böden sind daher nur nach zusätzlicher Aufbereitung als Pflanzensubstrat nutzbar.Non-volatile contaminants can be classified according to the state technology only at the high temperatures of pyrolysis and Combustion process - in the range from 350 to 1200 ° C - split off; these temperatures do not only effect the Decomposition of anthropogenic impurities (pollutants), but also the destruction of the natural organic Soil constituents (useful substances), that means above all the Hu minerals. Soils pretreated in this way are therefore only after additional processing can be used as a plant substrate.
Weiterhin wird die in die Gasphase transferierte Kontamina tion bei thermischen Verfahren üblicherweise direkt oder in separaten Einheiten verbrannt. Die nachgeschaltete Rauchgas reinigung überschreitet hinsichtlich Anlagentechnik und Ko sten deutlich die entsprechenden Werte des Primärschritts, das heißt, des eigentlichen Reinigungsprozesses. Kostenintensive Maßnahmen zur Staubabscheidung, zur che mischen Wäsche, zur Entstickung sowie zur Adsorption von Schwermetallen und Ultragiften aus dem Abgasstrom führen zu Reinigungskosten von 500,- DM/t kontaminiertem Erdreich und mehr. Schließlich werden die thermischen Reinigungsverfahren wegen der nicht gänzlich auszuschließenden Emission von Ul tragiften (ökotoxikologische organische Substanzen) über den Abgasstrom von weiten Teilen der Bevölkerung nicht akzep tiert.Furthermore, the contamina transferred into the gas phase tion in thermal processes usually directly or in separate units burned. The downstream flue gas cleaning exceeds in terms of plant technology and knockout most clearly the corresponding values of the primary step, that is, the actual cleaning process. Cost-intensive measures for dust separation, for che mix laundry, for denitrification and for the adsorption of Heavy metals and ultra poison from the exhaust gas flow lead to Cleaning costs of 500, - DM / t contaminated soil and more. Finally, the thermal cleaning process because of the emission of Ul tragacs (ecotoxicological organic substances) over the Exhaust gas flow from large parts of the population is not acceptable animals.
In der nicht vorveröffentlichten DE 40 30 416 A1 wird ein Ver fahren zur Dekontamination von verunreinigten Böden be schrieben, bei dem der Boden in einer ersten Behandlungsstufe mit einem heißen Gas getrocknet und anschließend in einer zweiten Behandlungsstufe mit einem Desorptionsmedium, z. B. erhitztem Wasserdampf, durchspült wird. Ferner wird in der Druckschrift von Strip-Gasen gesprochen, durch die Desorption bzw. die Strip-Gase können Verunreinigungen aus dem jeweili gen Boden ausgespült werden. Das Austreiben erfordert aber ein Verdampfen der jeweiligen Kontamination bei deren normalen Siedepunkt. Die hierzu in vielen Fällen erforderli chen Temperaturen führen zu einer Zerstörung der natürlichen organischen Bodenbestandteile. In the unpublished DE 40 30 416 A1 a Ver drive to decontaminate contaminated soils wrote the floor in a first treatment stage dried with a hot gas and then in a second treatment stage with a desorption medium, e.g. B. heated steam is flushed out. Furthermore, in the Document spoken of strip gases by desorption or the strip gases can impurities from the respective be washed out to the floor. But driving out requires an evaporation of the respective contamination at their normal boiling point. The necessary in many cases temperatures lead to the destruction of natural organic soil components.
Aus US 41 79 462 ist ein Verfahren zum Reinigen des Bohr kleins von Erdölbohrungen in einer nicht oxidierenden Atmo sphäre bekannt. Bei diesem Verfahren werden organisch tote Materialien gereinigt; eine Rücksicht auf eventuelle orga nische Nutzstoffe steht offenbar nicht zur Debatte.From US 41 79 462 is a method for cleaning the drill small of oil drilling in a non-oxidizing atmosphere sphere known. In this process, organically dead people are killed Materials cleaned; a consideration of any organization There is apparently no question of any useful materials.
Weiterhin ist aus US 36 54 705 ein Verfahren zum Trocknen ei nes Materials bekannt, bei dem in dem Material enthaltene Substanzen durch Zuführen von Hitze verdampfen und mit einem Gasstrom abgeführt werden. In dem bekannten Trocknungsverfah ren müssen also die abzudampfenden Substanzen auf ihre norma le Siedetemperatur erhitzt werden.Furthermore, from US 36 54 705 a method for drying egg nes known material in the contained in the material Vaporizing substances by applying heat and using a Gas flow are discharged. In the known drying process The substances to be evaporated must therefore conform to their norm le boiling temperature to be heated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermisches Reinigungsverfahren zu schaffen, welches die Vorzüge eines hohen Wirkungsgrades, eines breiten Anwendungsfeldes und kur zer Sanierungszeiträume hat, ohne daß die oft hohen Siedetem peraturen der auszutreibenden organischen Schadstoffe einzu stellen wären.The invention has for its object a thermal To create cleaning process, which has the advantages of a high efficiency, a wide field of application and short has renovation periods without the often high boiling points temperatures of the organic pollutants to be expelled would be put.
Die erfindungsgemäße Lösung wird im Patentanspruch 1 angege ben. Durch die Erfindung wird eine Entkopplung des Dampfver brauchs für die Reinigung des Erdreichs einerseits und der Fluidisierung andererseits erreicht, so daß ein geringerer Dampfverbrauch (nur der tatsächlich für die Extraktion benö tigte Wasserdampf) erforderlich ist. The solution according to the invention is specified in claim 1 ben. The invention decouples the Dampfver need for cleaning the soil on the one hand and the Fluidization, on the other hand, is achieved so that less Steam consumption (only the one actually needed for the extraction steam) is required.
Erfindungsgemäß werden die organischen Schadstoffe nach dem Prinzip einer Wasserdampfdestillation mit Hilfe eines durch das fortlaufend im Sinne einer Oberflächenvergrößerung ver wirbelte Erdreich kontinuierlich geleiteten Wasserdampfstroms aus dem Erdreich ausgetrieben und abgetrennt. Das Erdreich wird mechanisch "verwirbelt" damit es dem Wasserdampfstrom eine möglichst große Oberfläche bietet. Je sorgfältiger das Erdreich verwirbelt wird, umso schneller können die orga nischen Schadstoffe bis auf den jeweils vorgeschriebenen Rest extrahiert werden. Ein im Sinne des erfindungsgemäßen Verfah rens ausreichendes Verwirbeln wird in einem Reaktor erreicht, dessen Einbauten ausreichend schnell arbeiten. Es genügt also nicht ein einfaches Umwälzen, wie in einem Drehrohrofen, vielmehr ist ein derart räumliches Verteilen der einzelnen Partikel des Erdreichs wünschenswert - insbesondere im Hin blick auf Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit - das der che mische Mechanismus der Wasserdampfdestillation praktisch im ganzen Volumen des Reaktors und praktisch zugleich an allen zu reinigenden Partikeln stattfinden kann.According to the organic pollutants after Principle of steam distillation with the help of a continuously ver in the sense of an increase in surface area swirled soil continuously conducted water vapor flow driven out of the ground and separated. The earth is mechanically "swirled" so that it is the water vapor flow offers the largest possible surface. The more careful that Soil is swirled, the faster the orga can niche pollutants except for the prescribed rest be extracted. A in the sense of the procedure according to the invention sufficient swirling is achieved in a reactor, whose internals work sufficiently quickly. So it's enough not a simple circulation like in a rotary kiln, rather, such a spatial distribution of the individual Particles of the soil desirable - especially in the back efficiency and economy - that of the kitchen Mixing mechanism of steam distillation practically in the entire volume of the reactor and practically at the same time on all particles to be cleaned can take place.
Die erfindungsgemäße Extraktion organisch kontaminierter Bö den oder Rückstände mit Hilfe von Wasserdampf hat mit her kömmlichen thermischen Reinigungsverfahren gemein, daß ein Übertritt der Schadstoffe aus dem flüssigen bzw. adsorbierten Zustand in die Dampf- oder Gasphase erfolgt. Jedoch arbeitet die erfindungsgemäß angewendete Wasserdampfextraktion im all gemeinen bereits zufriedenstellend bei Temperaturen erheblich unter 200°C, höchstens bei sehr schwer flüchtigen Kontamina tionen, z. B. bei Teerrückständen, kommen höhere Betriebstem peraturen bis etwa 300°C in Frage. Auf das bei oxidativ - und eingeschränkt auch bei pyrolytisch - arbeitenden bekannten thermischen Verfahren notwendig hohe Temperaturniveau - in der genannten DE 37 06 684 A1 werden noch 200 bis 700°C bevorzugt - kann daher verzichtet werden. Die erfindungsgemäß niedrigen vorzugsweise zwischen 100 und 200°C liegenden Be triebstemperaturen führen zu wesentlich geringeren Verände rungen der physikalischen und chemischen Bodenstruktur und zu geringeren Betriebskosten des Reinigungsverfahrens.The extraction of organically contaminated gusts according to the invention the or residues with the help of water vapor conventional thermal cleaning methods common that a Transfer of pollutants from the liquid or adsorbed Condition in the vapor or gas phase. However works the water vapor extraction used according to the invention in space mean already satisfactory at temperatures considerably below 200 ° C, at most with very low volatile contamina tions, e.g. B. with tar residues, higher operating temperatures temperatures up to about 300 ° C in question. On the oxidative - and limited also with known pyrolytic working thermal process necessary high temperature level - in DE 37 06 684 A1 mentioned are still 200 to 700 ° C. preferred - can therefore be dispensed with. The invention low be preferably between 100 and 200 ° C. drive temperatures lead to significantly lower changes of the physical and chemical soil structure and lower operating costs of the cleaning process.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der durch das ver wirbelte Erdreich geleitete Wasserdampfstrom vorzugsweise auf einem Druck von (0,1 bis 7) 10⁵ Pa gehalten. Die Höhe des Drucks wird je nach Art der Kontamination im Sinne einer schnelleren Reaktion, insbesondere H₂O-Anlagerung, bzw. im Sinne einer Absenkung des Siedepunkts eingestellt. Im prak tischen Betrieb wird der Druck im allgemeinen nahe dem Nor maldruck von 10⁵ Pa gehalten. Bevorzugt werden hierbei Drücke von (1 bis 1,5) 10⁵ Pa. Wenn, namentlich bei normalerweise sehr hoch siedenden Kontaminationen, eine zusätzliche Siede punktserniedrigung gewünscht wird, kann es gemäß weiterer Er findung günstig sein, den Betriebsdruck im Reaktor, also den Betriebsdruck des Wasserdampfes, auf Werte bis herab zu 10⁴ Pa abzusenken. An sich würde man denken, daß im vorliegenden Zusammenhang sich die durch die Wasserdampfdestillation ein stellende Siedepunkterniedrigung und die durch Unterdruck begründete Siedepunkterniedrigung einfach addieren, über raschend hat sich aber bei der Erprobung des Verfahrens ge zeigt, daß ein Absenken des Drucks unter 10⁵ Pa auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Wasserdampfdestillation selbst zur Folge hat. In diesem Sinne kann es in vielen An wendungsfällen günstig sein, den Wasserdampfdruck in einem allgemein bevorzugten Bereich von (0,1 bis 1,5) 10⁵ Pa trotz des zusätzlichen Aufwandes für Abdichtungen in einen Bereich mehr oder weniger weit unterhalb 10⁵ Pa abzusenken. Bei allen aus den diversen Gründen angewendeten Betriebsdrücken ist es gemäß weiterer Erfin dung vorteilhaft, wenn der eingesetzte Wasserdampf ungesät tigt ist. Insbesondere soll Sattdampf normalerweise nicht eingesetzt werden, bevorzugt wird überhitzter Dampf.In the method according to the invention, the ver vortexed water vapor flow preferentially held at a pressure of (0.1 to 7) 10⁵ Pa. The amount of Depending on the type of contamination, pressure is in the sense of a faster reaction, especially H₂O addition, or in Adjusted to lower the boiling point. In practice tical operation, the pressure is generally close to the Nor painting pressure of 10⁵ Pa. Pressures are preferred from (1 to 1.5) 10⁵ Pa. If, especially at normally very high-boiling contaminations, an additional boil point lowering is desired, it can be according to further Er be favorable, the operating pressure in the reactor, that is Operating pressure of water vapor, down to 10 Werte Lower Pa. As such, one would think that in the present Does this relate to one another through steam distillation lowering of the boiling point and that caused by negative pressure just add justified boiling point depression, over It has been surprising when testing the method shows that lowering the pressure below 10⁵ Pa also a Improving the efficiency of steam distillation itself results. In this sense, it can be in many ways be favorable, the water vapor pressure in one generally preferred range from (0.1 to 1.5) 10⁵ Pa despite the additional effort for sealing in one area lower more or less below 10⁵ Pa. At all for various reasons it is operating pressures according to another inven advantageous if the water vapor used is not sown is done. In particular, saturated steam should not normally superheated steam is preferred.
Die Verwendung von Dampf ist überhaupt ein, wenn nicht das wesentliche Merkmal der Erfindung. Dabei dient der Dampf er findungsgemäß nicht in erster Linie zum Aufheizen der in mög lichst kleine Partikel verwirbelten Reinigungssubstanz, son dern dazu, den Siedepunkt dieser Substanz scheinbar herabzu setzen. Es wird erfindungsgemäß also nicht ein mehr oder we niger flüssiger, möglicherweise wie in einem Drehrohrofen langsam umgewälzter Sumpf mit Hilfe von Dampf aufgeheizt, derart, daß in dem Flüssigkeitssumpf vorhandene Kontaminatio nen infolge der höheren Sumpftemperatur verdampfen, sondern es werden die in den aufgewirbelten Partikeln des Erdreichs enthaltenen Kontaminationsmoleküle oder dergleichen durch Um hüllung mit H₂O-Molekülen aus den Partikeln herausgetrieben und mit dem Dampf abtransportiert.The use of steam is one at all, if not that essential feature of the invention. The steam serves according to the invention not primarily for heating the in poss Smallest particles swirling cleaning substance, son to seemingly lower the boiling point of this substance put. According to the invention, it is therefore not one more or more less liquid, possibly like in a rotary kiln slowly circulating swamp heated with the help of steam, such that contamination present in the liquid sump evaporate due to the higher bottom temperature, but they become those in the whirled up particles of the earth contained contamination molecules or the like by Um shell with H₂O molecules driven out of the particles and transported away with the steam.
Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bodenreinigung mit Wasserdampf ist die Anwendung der in der Großchemie ein gesetzten Wasserdampfdestillation. Hierbei handelt es sich um den wichtigsten Spezialfall der sogenannten Trägerdampfde stillation, mit der sich hoch siedende, hydrophobe Substanzen oftmals bereits bei 100°C abtrennen lassen. Wegen ihres ei gentlich sehr hohen Siedepunkts weisen solche Substanzen nor malerweise für sich allein einen entsprechend niedrigen Dampfdruck auf, der sich gemeinsam mit dem Wasserdampfdruck zum Gesamtdruck addiert (vgl. Dalton′sches Gesetz der Partialdrücke). Bei der Wasserdampfdestillation tritt jedoch eine Solvatation und daraus folgend eine erhebliche Siede punkterniedrigung der organischen Schadstoffe ein. Die Mole küle der zu destillierenden Substanz werden nämlich durch Wassermoleküle umhüllt, wodurch ihr eigentlicher chemischer Charakter maskiert wird. Diese "Quasi-Wasseratome" können schon bei relativ niedrigen Temperaturen abdestillieren.Basis of the method for floor cleaning according to the invention with water vapor is the application of one in large chemical set steam distillation. This is the most important special case of so-called carrier steam stillation with which high-boiling, hydrophobic substances often have it separated at 100 ° C. Because of their egg Such substances normally show a very high boiling point sometimes by itself a correspondingly low one Vapor pressure, which is common with the water vapor pressure added to the total pressure (cf. Dalton's law of Partial pressures). With steam distillation, however, occurs a solvation and consequently a considerable boiling point lowering the point of organic pollutants. The mole coolers of the substance to be distilled are namely through Water molecules enveloped, making their real chemical Character is masked. These "quasi-water atoms" can distill off at relatively low temperatures.
In der Chemietechnik erfolgt die Wasserdampfdestillation ent weder in Gemischen mit Wasser oder durch Einblasen von Was serdampf in den Blasensumpf (Destillierblase). Die Wasser dampfdestillation wird im Labor, z. B. bei der Stickstoffbe stimmung nach Kjeldahl, oder bei der Chinondarstellung einge setzt. In der Technik findet sie Anwendung bei der Fettsäure raffination sowie bei der Gewinnung ätherischer Öle und Essenzen.In chemical engineering, steam distillation takes place neither in mixtures with water or by blowing what Steam into the bubble sump (still). The water Steam distillation is carried out in the laboratory, e.g. B. in the nitrogen mood according to Kjeldahl, or in the representation of quinone puts. In technology it is used for fatty acids refining and in the production of essential oils and Essences.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Wasserdampfbehandlung zur Bodensanierung wurde herausgefunden, daß nicht nur - wie erwartet - leichtflüchtige, sondern überraschend auch schwer flüchtige organische Schadstoffe, die nach dem einschlägigen Stande der Technik einer Trennung durch Destillation aus Erd reich - bei den angewendeten Temperaturen - an sich gar nicht zugänglich sein sollten, rückstandsfrei abzutrennen sind und daß das behandelte Erdreich praktisch unverändert in seinen physikalischen Eigenschaften, z. B. betreffend die Korngrößen verteilung, bleibt. Als weiterer Vorteil kommt - wie gesagt - noch überraschend hinzu, daß die Nutzstoffe im wesentlichen erhalten bleiben. Dieser unvorhergesehene Effekt macht die Wasserdampfreinigung erfindungsgemäßer Art besonders wert voll, weil sie die in die Bodenmatrix eingebundenen Humin stoffe schont.When using the steam treatment according to the invention for soil remediation it was found that not only - how expected - volatile, but surprisingly difficult volatile organic pollutants according to the relevant State of the art of separation by distillation from earth rich - at the temperatures used - not at all should be accessible, must be separated without residue and that the treated soil is practically unchanged in its physical properties, e.g. B. regarding grain sizes distribution, remains. Another advantage is - as I said - still surprisingly, the useful substances are essentially remain. This unforeseen effect does that Steam cleaning of the type according to the invention is particularly worthwhile full, because it contains the humine embedded in the soil matrix gentle on fabrics.
Ein wesentlicher weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Rei nigungsverfahrens ergibt sich beim Trennen der organischen Schadstoffe vom Wasserdampf im Anschluß an das Extrahieren aus dem Erdreich. Eine aufwendige mehrstufige Gaswäsche ist beim erfindungsgemäßen Wasserdampfprozeß nämlich nicht erfor derlich, wenn die in dem vorgenannten ersten Verfahrens schritt abgetrennten und mit dem Wasserdampf abgeführten or ganischen Schadstoffe gemäß weiterer Erfindung in einem zwei ten Verfahrensschritt bei Gegenwart des Wasserdampfes durch Einsatz von Temperaturen bis zu etwa 500°C sowie Drücken von bis zu 7 10⁵ Pa gekrackt, also chemisch aufgespalten und/oder umgewandelt werden. Der Wasserdampf als Trägerkomponente wird damit wieder frei und kann im Kreislauf erneut zur Wasser dampfdestillation eingesetzt werden. Alternativ läßt sich der bereits vom Erdreich abgetrennte, schadstoffbeladene Brüden übrigens auch schon in dem ersten Verfahrensschritt allein - also ohne den zweiten Verfahrensschritt, das Kracken, kon densieren.Another essential advantage of the inventive Rei cleaning process results when separating the organic Water vapor pollutants following extraction from the ground. A complex multi-stage gas scrubbing is namely not required in the water vapor process according to the invention derlich if the in the aforementioned first procedure step separated or removed with the steam gan pollutants according to another invention in one two th process step in the presence of water vapor Use of temperatures up to about 500 ° C and pressures of cracked up to 7 10⁵ Pa, i.e. chemically split and / or being transformed. The water vapor as a carrier component thus free again and can return to water in the cycle steam distillation can be used. Alternatively, the vapors laden with pollutants already separated from the ground by the way, even in the first process step alone - without the second process step, cracking, kon densify.
Die bereits vom Erdreich abgetrennten Schadstoffe können un ter Zufuhr von Sauerstoff oder Luft weitgehend in einfachere, im wesentlichen unschädliche Stoffe umgewandelt bzw. aufge spalten werden. Die Schadstoffe können auch direkt zu H₂O, CO₂, NH₃ oder bei schwefelhaltigen oder halogenierten orga nischen Stoffen in die entsprechenden Mineralsäuren umgesetzt werden.The pollutants already separated from the soil can un The supply of oxygen or air largely in simpler, essentially harmless substances converted or added will split. The pollutants can also go directly to H₂O, CO₂, NH₃ or sulfur-containing or halogenated orga African substances implemented in the corresponding mineral acids become.
Die mit dem Wasserdampf bei den niedrigen Temperaturen aus dem kontaminierten Erdreich ausgetriebenen organischen Schadstoffe werden vorzugsweise in einer einzigen Apparatur bzw. in einem einzigen Behälter mit einer kälteren Zone bis zu etwa 200°C und einer heißen Zone bis zu etwa 500°C auf die für das Kracken jeweils vorgesehenen Temperatur und Druckwerte gebracht. Demgemäß werden die organischen Schadstoffe durch Dampfspaltung - gegebenenfalls zusätzlich unter oxidativen Reaktionsbedingungen zu einfachen - nicht oder weniger toxischen Molekülen, wie Alkoholen, Ammoniak, Kohlendioxid und/oder Wasser zersetzt. Alkohole entstehen beispielsweise durch Hydrolyse halogenierter Kohlenwasserstoffe. Organische Nitrile können mit Wasser bei höheren Temperaturen zu entsprechenden Carbonsäureaminen bzw. Carbonsäuren verseift werden. Those with the water vapor at the low temperatures organic soil expelled from the contaminated soil Pollutants are preferably in a single apparatus or in a single container with a colder zone up to to about 200 ° C and a hot zone up to about 500 ° C the temperature intended for the cracking and Brought pressure values. Accordingly, the organic Steam splitting pollutants - additional if necessary too simple under oxidative reaction conditions - not or less toxic molecules such as alcohols, ammonia, Decomposes carbon dioxide and / or water. Alcohols are created halogenated by hydrolysis, for example Hydrocarbons. Organic nitriles can with water higher temperatures to corresponding carboxylic acid amines or Carboxylic acids are saponified.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Extrahieren der orga nischen Schadstoffe kann im selben Reaktionsbehälter wie das nachgeschaltete Verfahren zum Aufspalten bzw. Umwandeln der organischen Schadstoffe erfolgen, wenn der jeweilige Reak tionsbehälter eine entsprechend kältere Zone und eine passend heißere Zone besitzt. Grundsätzlich, z. B. wenn unterschied liche Drücke gewünscht sind, ist es auch möglich, die beiden Verfahrensschritte in zwei hintereinander geschalteten Reak tionseinheiten auszuführen. In die erste Einheit wird dann das kontaminierte Erdreich eingebracht und unter ständigem Umwälzen durch Wasserdampfdestillation von den organischen Schadstoffen befreit. In der zweiten Einheit erfolgt die Auf spaltung und/oder Umwandlung der mit dem Wasserdampf mitge führten organischen Schadstoffe.The inventive method for extracting the orga niche pollutants can in the same reaction vessel as that downstream process for splitting or converting the organic pollutants occur when the respective reak a correspondingly colder zone and a suitable one hotter zone. Basically, e.g. B. if difference liche pressures are desired, it is also possible to use the two Process steps in two consecutive react execution units. Then in the first unit the contaminated soil is brought in and under constant Circulation by steam distillation from the organic Free pollutants. The opening takes place in the second unit cleavage and / or conversion of the mitge with the water vapor resulted in organic pollutants.
Während der erste Verfahrensschritt bei für eventuelle Humin stoffe und dergleichen im wesentliche unschädlichen Tempera turen ausgeführt wird, können im zweiten Verfahrensschritt wesentlich höhere Temperaturen eingesetzt werden, da es hier lediglich um die Umwandlung oder Zersetzung der organischen Schadstoffe geht und Nutzstoffe nicht mehr nachteilig beein flußt werden können. Zur Energieersparnis und gegebenenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann es jedoch vorteil haft sein, in dem sich an das erfindungsgemäße Verfahren an schließende Umwandlungs-Schritt einen Katalysator oder eine Reaktionsmasse einzusetzen. During the first process step for possible humine substances and the like in essentially harmless tempera tures can be carried out in the second step much higher temperatures are used because it is here only about the conversion or decomposition of the organic Pollutants go and no longer adversely affect useful materials can be flowed. To save energy and if necessary however, it can be beneficial to improve efficiency be adhering to the process of the invention final conversion step a catalyst or a Use reaction mass.
Bei Einsatz des Extraktionsverfahren kann die Korngröße der zu reinigenden Materialien auf einen Bereich von 0,001 bis 20 mm umfassen. Bei diesen Körnungswerten lassen sich ausrei chend kurze Diffusionswege für den Wasserdampf einerseits und die abzutrennenden organischen Schadstoffe andererseits ge währleisten. When using the extraction process, the grain size of the materials to be cleaned in a range of 0.001 to 20 mm include. With these granular values it is sufficient accordingly short diffusion paths for water vapor on the one hand and the organic pollutants to be separated on the other hand ge guarantee.
Anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen werden wei tere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:Based on exemplary embodiments and drawings tere details of the invention explained. Show it:
Fig. 1 eine Anlage zur Wasserdampfextraktion orga nisch kontaminierter Böden und dergleichen; Figure 1 is a plant for water vapor extraction organically contaminated soils and the like.
Fig. 2 ein Ionenstromchromatogramm, das die Kontamina tion einer Bodenprobe vor der Behandlung dar stellt; Figure 2 is an ion current chromatogram showing the contamination of a soil sample prior to treatment.
Fig. 3 ein Ionenstromchromatogramm des Bodens von Fig. 2 nach der Behandlung (T = 100°C, p = 1 bar); Fig. 3 is an ion current chromatogram of the bottom of Fig. 2 after treatment (T = 100 ° C, p = 1 bar);
Fig. 4 ein Ionenstromchromatogramm des Kondensats von Fig. 3 während der ersten dreißig Minuten; Fig. 4 is an ion current chromatogram of the condensate of Fig. 3 during the first thirty minutes;
Fig. 5 ein Ionenstromchromatogramm des Kondensats von Fig. 3 während der auf die ersten 30 Minuten folgenden halben Stunde nach Beginn der Extrak tion; Fig. 5 is an ionic flow chromatogram of the condensate of Fig. 3 during the half hour following the first 30 minutes after the start of the extraction;
Fig. 6 ein Ionenstromchromatogramm des Kondensats von Fig. 3 in der Zeit von sechzig bis einhundert zwanzig Minuten nach Beginn der Extraktion; Fig. 6 is an ionic flow chromatogram of the condensate of Fig. 3 from sixty to one hundred and twenty minutes after the start of extraction;
Fig. 7 ein Ionenstromchromatogramm, das die Kontamina tion einer im Labor vorbereiteten Wasserprobe vor der für eine Detoxikation auszuführenden Wasserdampfdestillation darstellt; Fig. 7 is an ion current chromatogram showing the contamination of a water sample prepared in the laboratory before the steam distillation to be carried out for detoxification;
Fig. 8 ein Ionenstromchromatogramm nach Wasserdampf destillation über Quarzglas bei T = 500°C ei nes aus der Wasserprobe nach Fig. 7 erhaltenen Kondensats; Fig. 8 is a Ionenstromchromatogramm by steam distillation over silica glass at T = 500 ° C ei nes condensate obtained from the water sample shown in FIG. 7;
Fig. 9 ein Ionenstromchromatogramm nach Wasserdampfde stillation über Kupfer bei T = 500°C aus der Wasserprobe nach Fig. 7 erhaltenen Kondensats; und FIG. 9 shows an ion flow chromatogram after water vapor distillation over copper at T = 500 ° C. from the condensate obtained from the water sample according to FIG. 7; and
Fig. 10 ein Ionenstromchromatogramm, das die Restkonta mination des Destillationssumpfes der Wasser probe von Fig. 7 darstellt. Fig. 10 is an ion current chromatogram, which represents the residual contamination of the distillation bottoms of the water sample of Fig. 7.
Im folgenden wird in einem ersten Beispiel (Fig. 2 bis 6) die erfindungsgemäße Wasserdampfextraktion eines organisch konta minierten Bodens beschrieben. In einem zweiten Beispiel (Fig. 7 bis 10) werden Ergebnisse der Detoxikation organischer Kon taminationen eines Wasserdampfstroms angegeben.The water vapor extraction according to the invention of an organically contaminated soil is described below in a first example ( FIGS. 2 to 6). In a second example ( FIGS. 7 to 10) results of the detoxification of organic contaminations of a water vapor stream are given.
Fig. 1 zeigt eine Versuchsanlage zur Wasserdampfextraktion organisch kontaminierter Böden oder Rückstände. Mit Hilfe ei nes Dampferzeugers 1 wird Dampf 2 über ein Ventil 3 in einen (beheizten) Reaktionsmischer 4 geleitet. In den Reaktions mischer 4 wird auf der Eingabeseite 5 kontaminierter Fest stoff 6, z. B. kontaminiertes Erdreich, in Pfeilrichtung ein getragen. Auf der Ausgabeseite 7 wird der gereinigte Fest stoff 8 in Pfeilrichtung ausgetragen. Innerhalb des Mischers 4 wird der eingebrachte Feststoff 6 ständig mit Hilfe von Schaufeln 9 verwirbelt, so daß sich fortwährend neue Oberflächen des gekörnten Feststof fes ausbilden. Zugleich wird der Wasserdampf 2 ständig direkt durch den verwirbelten Feststoff hindurchgeleitet. Der Reak tionsmischer 4 nach Fig. 1 besitzt einen Heizmantel mit Ein laß 11 und Auslaß 12 für ein Heizmedium, z. B. Dampf. Fig. 1 shows a test facility for water vapor extraction of organically contaminated soils or residues. With the aid of a steam generator 1 , steam 2 is passed via a valve 3 into a (heated) reaction mixer 4 . In the reaction mixer 4 5 contaminated solid material 6 , z. B. contaminated soil, worn in the direction of the arrow. On the output side 7 , the cleaned solid material 8 is discharged in the direction of the arrow. Within the mixer 4 , the introduced solid 6 is constantly swirled with the help of blades 9 , so that new surfaces of the granular solid matter are continuously formed. At the same time, the water vapor 2 is continuously passed directly through the swirled solid. The reac tion mixer 4 of FIG. 1 has a heating mantle with a passage 11 and outlet 12 for a heating medium, for example. B. steam.
Der in Fig. 1 zur Bodenbehandlung eingesetzte Reaktions mischer 4 kann mit einem üblichen Dampferzeuger 1 mit vorzugsweise überhitz tem Dampf beschickt werden. Nach Durchströmung des im Reak tionsmischer 4 befindlichen Feststoffs können die mit der Kontamination beladenen Brüden über eine Leitung 13 - eventuell mit Ventil 14 - in einen Kondensator 15 geleitet, dort niedergeschlagen und in einem (nicht gezeichneten) Pa rallelplattenabscheider einer Phasentrennung unterzogen wer den. Das Kondensat 16 kann den Kondensator 15 über einen Aus gang 17 verlassen. Das Ventil 14 dient ebenso wie das Ventil 3 dazu, im Reaktionsmischer 4 einen bestimmten Dampfzustand einzustellen bzw. aufrechtzuerhalten.The reaction used in Fig. 1 for treating soil mixer 4 may be charged with a conventional steam generator 1 with preferably Bulb temperature steam system. After flowing through the solid in the reac tion mixer 4 , the vapors laden with the contamination can be passed via a line 13 - possibly with a valve 14 - into a condenser 15 , where they are deposited and subjected to a phase separation in a parallel plate separator (not shown). The condensate 16 can leave the condenser 15 via an output 17 . The valve 14 , like the valve 3 , serves to set or maintain a specific vapor state in the reaction mixer 4 .
Den Untersuchungen lag eine Anlage gemäß Fig. 1 zugrunde. Als Einsatzmaterial (Feststoff) wurde kontaminiertes Erdreich ei nes Altablagerungsstandortes benutzt. Der Boden hatte vor der Behandlung ein dunkelbraunes bis schwarzes Aussehen und be stand vorwiegend aus Mittelsand mit kiesigen und schwach schluffigen Nebenbestandteilen. Tabelle 1 zeigt die chemischen Parameter der eingesetzten Probe des Alt lastengeländes. The investigations were based on a system according to FIG. 1. Contaminated soil from an old deposit site was used as the feed material (solid). Before the treatment, the floor had a dark brown to black appearance and consisted mainly of medium sand with gritty and slightly silty secondary components. Table 1 shows the chemical parameters of the sample used on the contaminated site.
Zusätzlich wurde das Erdreich mit einem Phenolmix (Tracer) künstlich kontaminiert. Es handelt sich um ein Gemisch glei cher Massenanteile aus 2-Chlorphenol, 2,4-Dichlorphenol, m -Kresol, 2,4,6-Trichlorphenol mit Siedepunkten zwischen 180 und 230°C. Der Boden wurde mit H₃PO₄ auf pH 3 angesäuert.In addition, the soil was treated with a phenol mix (tracer) artificially contaminated. It is a mixture cher mass fractions of 2-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol, m -Cresol, 2,4,6-trichlorophenol with boiling points between 180 and 230 ° C. The soil was acidified to pH 3 with H₃PO₄.
Die Fig. 2 bis 6 zeigen Ionenstromchromatogramme der Extrakte des Bodens vor und nach der Behandlung, sowie der verschiede nen während der Versuchsdauer kontinuierlich gezogenen kon densatproben. Die Abszisse stellt jeweils die Retentionszeit (Zeitschritte) der Probeninhaltsstoffe dar. Der an der rech ten Ordinate vermerkte Intensitätswert dient der Gegenüber stellung verschiedener Chromatogramme. Identische oder ähn liche Zahlenwerte lassen den unmittelbaren Vergleich der Peakhöhen und somit auch in erster Näherung der Konzentration zu. Auf der linken Ordinate wird der detektierte, relative Ionenstrom (relative ion current = RIC) aufgetragen. Dem höchsten erfaßten Peak wird automatisch der Wert 100% zugeordnet.The Figs. 2 to 6 show Ionenstromchromatogramme of the extracts of the soil before and after treatment, as well as the densatproben Various NEN during the experimental period continuously drawn kon. The abscissa represents the retention time (time steps) of the sample constituents. The intensity value noted on the right ordinate is used to compare different chromatograms. Identical or similar numerical values allow a direct comparison of the peak heights and thus also a first approximation of the concentration. The detected relative ion current (RIC) is plotted on the left ordinate. The highest recorded peak is automatically assigned the value 100%.
Zusätzlich zur Angabe der chemischen Summenparameter des ver
unreinigten Bodens in Tabelle 1 erlaubt das Chromatogramm von
Fig. 2 (Boden vor Behandlung) eine Charakterisierung des Kon
taminationsspektrums. In den Fig. 2 bis 6 bedeuten:
1 o-Kresol
2 2-Chlorphenol
3 2,4-Dichlorphenol
4 2,4,6-Trichlorphenol
5 C₁₂H₂₆
6 C₁₃H₂₈
7 C₁₄H₃₀
8 C₁₅H₃₂
9 C₁₆H₃₄
10 C₁₇H₃₆
11 Tributylphosphat
12 Hexaclorbenzol (HCB)
DCB DichlorbenzolisomereIn addition to specifying the total chemical parameters of the contaminated soil in Table 1, the chromatogram of FIG. 2 (soil before treatment) allows the contamination spectrum to be characterized. In Figs. 2 to 6 denote:
1 o-cresol
2 2-chlorophenol
3 2,4-dichlorophenol
4 2,4,6-trichlorophenol
5 C₁₂H₂₆
6 C₁₃H₂₈
7 C₁₄H₃₀
8 C₁₅H₃₂
9 C₁₆H₃₄
10 C₁₇H₃₆
11 tributyl phosphate
12 hexaclorobenzene (HCB)
DCB dichlorobenzene isomers
Vor der Dampfbehandlung werden verschiedene Alkane C₁₂ bis C₁₇, Hexachlorbenzol (Originalkontamination) sowie Tributyl phosphat (Weichmacher) nachgewiesen. Die Anteile des zum un behandelten Boden zugegebenen Phenolmix (0,4 g/Kg) werden mittels GD/EDC-Analyse näherungsweise wiedergefunden (GD/EDC = Gas Chromatography/Electron Detecture Capture).Before the steam treatment, various alkanes are C₁₂ to C₁₇, hexachlorobenzene (original contamination) and tributyl phosphate (plasticizer) detected. The shares of the at un treated soil added phenol mix (0.4 g / kg) approximately recovered using GD / EDC analysis (GD / EDC = Gas Chromatography / Electron Detecture Capture).
Im folgenden sind die relevanten Prozeßparameter zusammenfassend
aufgelistet:
Einwaage: 90 kg Bodenprobe
Kontamination: ca. 8,5 g/kg KW (K.W = Kohlenwasserstoff). Zu
sätzliche Dotierung mit 0,4 g/kg Phenolmix.
Reaktordruck/-temperatur: p in 10⁵ Pa, T = 100°C.
Dampfdurchsatz: mp = 65 kg/h
Versuchsdauer: 120 Minuten
Probenahme Boden: vor/nach Versuch
Probenahme Kondensat: Mischproben 0-30′, 30-60′, 60-120′.The relevant process parameters are summarized below:
Weight: 90 kg soil sample
Contamination: approx.8.5 g / kg KW (KW = hydrocarbon). Additional doping with 0.4 g / kg phenol mix.
Reactor pressure / temperature: p in 10⁵ Pa, T = 100 ° C.
Steam throughput: mp = 65 kg / h
Test duration: 120 minutes
Soil sampling: before / after trial
Sampling condensate: mixed samples 0-30 ′, 30-60 ′, 60-120 ′.
Die Analyse Bodenprobe nach der Wasserdampfbehandlung bei T = 100°C und p = 10⁵ Pa zeigt gemäß Fig. 3 (Boden nach Be handlung) ein vollkommen anderes Bild als das Ausgangsma terial.The analysis of the soil sample after the steam treatment at T = 100 ° C and p = 10⁵ Pa shows a completely different picture than the starting material according to Fig. 3 (soil after treatment).
Die vor der Behandlung gefundenen Alkane sind, ebenso wie der "Berg" der Alkanabbauprodukte, bis auf geringste Rückstände C₁₄ und C₁₅ verschwunden. Das trifft ebenso auf Hexachlor benzol zu. Die Tracersubstanzen (Phenolmix) sind bis unter die Nachweisgrenze abgereichert. Lediglich der Weichmacher widersetzt sich der Wasserdampfextraktion.The alkanes found before treatment are as well as the "Mountain" of alkane degradation products, except for the slightest residue C₁₄ and C₁₅ disappeared. This also applies to hexachlor benzene too. The tracer substances (phenol mix) are up to below depleted the detection limit. Only the plasticizer opposes water vapor extraction.
Die Analysen der gewonnenen Kondensate spiegeln die Abreiche rung des Bodens hinsichtlich der Kontamination wider. So fin det sich in einer aus den ersten dreißig Minuten stammenden Kondensatmischprobe (0-30 min; Fig. 4, T = 100°C, p = 10⁵ Pa) ein Großteil der Alkane, deren biologische Abbauprodukte ("Berg"), das schwerflüchtige Hexachlorbenzol (Siedepunkt 322°C) sowie die Tracersubstanzen wider. Weiterhin läßt sich 9-Ethylcarbazol als stickstoffhaltige Verbindung identifizie ren. Ebenfalls nachgewiesenes Dichlorbenzol ist auf Rückstän de aus anderen Versuchsserien zurückzuführen.The analyzes of the condensates obtained reflect the depletion of the soil with regard to contamination. A majority of the alkanes, their biodegradation products ("mountain"), are found in the condensate mixed sample (0-30 min; Fig. 4, T = 100 ° C, p = 10⁵ Pa) from the first thirty minutes Hexachlorobenzene (boiling point 322 ° C) as well as the tracer substances. Furthermore, 9-ethylcarbazole can be identified as a nitrogen-containing compound. Dichlorobenzene, which has also been detected, can be attributed to residues from other test series.
Dieses Kontaminationsspektrum setzt sich in den Extrakten der weiteren Kondensatproben (T = 100°C, p = 10⁵ Pa) zunehmend abgeschwächt fort (Fig. 5 und 6; Kondensat aus der Zeit 30′- 60′ bzw. 60′-120′ nach Beginn der Extraktion).This contamination spectrum continues to weaken in the extracts of the further condensate samples (T = 100 ° C, p = 10⁵ Pa) ( Fig. 5 and 6; condensate from the period 30'- 60 'or 60'-120' after the start extraction).
Tributhylphosphat wurde aus dem Erdreich nicht ausgetrieben (Fig. 2 und 3), es findet sich auch nicht in den Kondensat- bzw. Wasserproben (Fig. 4 bis 6).Tributyl phosphate was not driven out of the soil ( Fig. 2 and 3), nor is it found in the condensate or water samples ( Fig. 4 to 6).
Im Kondensat der ersten halben Stunde (0-30′) sind schät zungsweise 90% der Kontamination enthalten. Zwischen dreißig und sechzig Minuten (30′3-60′) nach Beginn der Wasserdampfbe handlung werden 5-8%, in den folgenden sechzig bis hun dertzwanzig Minuten (60′-120′) werden nur noch 2 bis 5% der Kontamination gefunden.The condensate of the first half hour (0-30 ′) is rough contain approximately 90% of the contamination. Between thirty and sixty minutes (30'3-60 ') after the start of the Wasserdampfbe action will be 5-8%, in the following sixty to hun Twenty minutes (60'-120 ') only 2 to 5% of the Contamination found.
Das Beispiel 1 zeigt, daß bereits beim Einsatz von Dampf mit 100°C das gesamte vorhandene Kontaminationsspektrum aus dem Erdreich entfernt werden konnte. Auch vorhandene schwerflüch tige Substanzen wurden bis unter die Nachweisgrenze ausge trieben. Beispielsweise werden alle Kohlenwasserstoffe und Hexachlorbenzol als Beispiel schwerflüchtiger Verunreinigungen nach zweistündiger Behandlungszeit zu über 98% entfernt. Be reits bei einer Dampftemperatur von 100°C wurden die als Tracer eingesetzten chlorierten Phenole vollständig ausgetrieben.Example 1 shows that when using steam with 100 ° C the entire existing contamination spectrum from the Soil could be removed. Even existing curses term substances were released to below the detection limit drove. For example, all hydrocarbons and Hexachlorobenzene as an example of less volatile impurities after two hours of treatment over 98% removed. Be Already at a steam temperature of 100 ° C the as Tracer used chlorinated phenols completely expelled.
In Laborversuchen wurde Wasser mit Kontaminanten, hier halo
genorganische Verbindungen, gemischt (Fig. 7, Kontamination
der Wasserprobe vor Wasserdampfdestillation). Mit dieser Mi
schung wurde eine Laborapparatur beschickt. In den Fig. 7 bis
10 werden die folgenden Substanzen gekennzeichnet:
1 Hexachlorbutadien
2 Tetrachlorbenzol
3 Hexachlorcycloheptadien
4 Tetrachlorbenzol
5 Bromtrichlorbenzol
6 Pentachlorbenzol
7 Hexachlorbenzol
8 Octachlornaphtalin
X₁-X₁₀ weitere vorhandene halogenierte Substanzen
XN neugebildete, halogenierte Substanz,
p PhthalatIn laboratory tests, water was mixed with contaminants, here halogen-organic compounds ( FIG. 7, contamination of the water sample before steam distillation). A laboratory apparatus was loaded with this mixture. The following substances are identified in FIGS. 7 to 10:
1 hexachlorobutadiene
2 tetrachlorobenzene
3 hexachlorocycloheptadiene
4 tetrachlorobenzene
5 bromotrichlorobenzene
6 pentachlorobenzene
7 hexachlorobenzene
8 octachlorophthalene
X₁-X₁₀ other halogenated substances present
X N newly formed halogenated substance,
p phthalate
In die mit der vorbereiteten Mischung beschickte Apparatur wurde Wasserdampf mit einer Temperatur von 100°C unter Nor maldruck eingeleitet. Der austretende, mit Kontaminationen beladene Dampf gelangte anschließend in ein Quarz-U-Rohr (Länge 80 cm, Durchmesser 1,8 cm) und wurde darin auf 500°C erhitzt (Rohrofen). Der hocherhitzte Wasserdampf wurde dann in einem Kühler kondensiert, das Kondensat wurde auf Raumtemperatur gebracht.In the equipment loaded with the prepared mixture was steam at a temperature of 100 ° C under Nor painting started. The emerging, with contamination loaded steam then entered a quartz U-tube (Length 80 cm, diameter 1.8 cm) and was at 500 ° C heated (tube furnace). The superheated steam was then condensed in a cooler, the condensate was on Brought to room temperature.
In den Versuchen wurden zwei verschiedene Varianten getestet:Two different variants were tested in the tests:
- a) Destillation des Dampfes über Quarz bei 500°Ca) Steam distillation over quartz at 500 ° C
- b) dito, jedoch über Kupfergranulat (⌀ rund 1 mm)b) Ditto, but over copper granulate (⌀ around 1 mm)
Fig. 8 zeigt das - nach Durchströmung des Quarzglasrohres - im kondensierten Brüden gefundene Stoffspektrum (Kondensat nach Wasserdampfdestillation über Quarzglas bei T = 500°C). FIG. 8 shows the spectrum of substances found in the condensed vapors after flowing through the quartz glass tube (condensate after steam distillation over quartz glass at T = 500 ° C.).
Die Aufarbeitung der Kondensate erfolgte durch Ausrühren mit einem Gemisch aus Hexan und Aceton (9 : 1). Nach Trocknen über Na₂SO₄ wurden die Extrakte auf ein Volumen von 1 ml einge engt. Die Analyse erfolgte mittel GC/MS (Gas Chromatography- /Mass Spectrometry). Das Volumen der gleichartig behandelten Referenzlösung (Kontamination ohne Wasserdampfbehandlung) be trug 0,5 ml, das heißt die Lösung war doppelt so konzentriert wie die der Extrakte.The condensates were worked up by stirring with a mixture of hexane and acetone (9: 1). After drying over Na₂SO₄ the extracts were turned into a volume of 1 ml tight. The analysis was carried out using GC / MS (Gas Chromatography / Mass Spectrometry). The volume of the same treated Reference solution (contamination without water vapor treatment) be carried 0.5 ml, which means the solution was twice as concentrated like that of the extracts.
Die Anwesenheit von alkylierten Aromaten sowie das Auftreten von polyaromatischen Verbindungen, wie z. B. Naphthalin, im Kondensat des Destillationsversuches über Quarzglas bedeutet, daß Kohlenstoff-Halogen-Bindungen in den Molekülen gebrochen wurden. Die mittlere Aufenthaltszeit des Dampfes im heißen Quarz-U-Rohr lag bei ca. 1 Sekunde.The presence of alkylated aromatics as well as the occurrence of polyaromatic compounds, such as. B. naphthalene, in Condensate from the distillation experiment over quartz glass means that carbon-halogen bonds broken in the molecules were. The mean residence time of the steam in the hot Quartz U-tube was around 1 second.
Auch wenn die Kontaminationen im beschriebenen Versuch men genmäßig, wie aufgrund der kurzen Einwirkzeit der hohen Tem peratur erwartet, kaum abgenommen haben, lassen diese Ergeb nisse den Schluß zu, daß bei verlängertem Aufenthalt des Dampfes in der heißen Zone der Apparatur eine zunehmende Zahl von Kohlenstoff-Halogen-Bindungen brechen und somit die Ver bindungen zu weniger toxischen Substanzen abgebaut werden können.Even if the contamination occurs in the test described reasonable, as due to the short exposure time of the high tem expected temperature, have hardly decreased, let this result agree that if the Steam in the hot zone of the apparatus an increasing number break of carbon-halogen bonds and thus the ver bonds to less toxic substances are broken down can.
Bei Einsatz eines katalytisch wirkenden Elements, wie Kupfer (Variante b), ist die mengenmäßige Abnahme relativ zu den ur sprünglich vorhandenen Kontaminationsmengen augenscheinlich (Fig. 9: Kondensat nach Wasserdampfdestillation über Kupfer bei T = 500°C ). So fehlen Verbindungen, wie Hexachlorbuta dien, die hochchlorierte Verbindung Octachlornaphthalin sowie die halogenierte Verbindung X₉ (Fig. 7) ganz. Ein Vergleich mit den Inhaltsstoffen (Restkontamination) des Destillations sumpfes (Fig. 10) schließt aus, daß dieses das Resultat eines scheinbaren Abbaus, hervorgerufen durch eine unvollständige Wasserdampfdestillation, sein könnte. Substanzen mit ver gleichbaren Retentionszeiten und Massenspektren werden in al len Chromatogrammen gleich bezeichnet.When using a catalytically active element, such as copper (variant b), the decrease in quantity relative to the originally present contamination levels is evident ( Fig. 9: condensate after steam distillation over copper at T = 500 ° C). Thus, compounds such as hexachlorobutane, the highly chlorinated compound octachloronaphthalene and the halogenated compound X₉ ( FIG. 7) are completely absent. A comparison with the ingredients (residual contamination) of the distillation sump ( Fig. 10) excludes that this could be the result of an apparent degradation caused by incomplete steam distillation. Substances with comparable retention times and mass spectra are identified in the same way in all chromatograms.
Auch die bei der Destillation über Quarzglas gefundenen Al kylverbindungen lassen sich nicht mehr nachweisen. Das deutet auf eine weitergehende Zerstörung bzw. Dechlorierung der ent sprechenden Moleküle sowohl durch die katalytische Wirkung des Kupfers als auch durch die längere Verweilzeit infolge der niedrigeren Durchlässigkeit des verwandten Kupfergranula tes hin. Die mittlere Aufenthaltszeit lag bei etwa 2 bis 3 Sekunden. Auch hier ergibt sich entsprechend längerer Einwirkungszeit eine noch höhere Effizienz.The Al. Found during the distillation over quartz glass alkyl compounds can no longer be detected. That means for further destruction or dechlorination of the ent speaking molecules both through the catalytic effect of copper as well as due to the longer dwell time the lower permeability of the related copper granules there. The mean stay was around 2 to 3 Seconds. Here too, the result is longer Exposure time an even higher efficiency.
Insgesamt zeigten die Versuche mit altlastentypischen Konta minationen, daß das Verfahren schon in der einfachen, nicht optimierten Version zur angestrebten Detoxikation des Wasser dampfstromes von ausgetriebenen Schadstoffen vorteilhaft ist. Die Versuche belegen exemplarisch, daß die Detoxikation halo genorganischer Verbindungen bei bestimmten Reaktionsbedingun gen durch das Auftreten von Kohlenstoff-Halogen-Bindungsbrü chen erfolgreich durchgeführt werden kann.All in all, the tests with Konta typical of contaminated sites showed minations that the process is simple, not optimized version for the targeted detoxification of water steam flow of expelled pollutants is advantageous. The experiments prove that the detoxification halo genomic compounds in certain reaction conditions gene by the appearance of carbon-halogen bond bridges Chen can be carried out successfully.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |