DE4225125A1 - Vorrichtung zum Absaugen von Gasen aus dem Erdreich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absaugen von Gasen, insbesondere aus dem Erdreich, wie aus kontaminierten Böden und dgl., mit einem im oder auf dem Erdreich installierbaren Ansaugelement, einem nachgeschalteten Unterdruckerzeuger und einer die Schadstoffe auf nehmenden Einrichtung.

Absauganlagen, insbesondere Bodenluftabsauganlagen sind im allgemeinen bekannt. Diese Absauganlagen werden insbesondere dafür verwendet, um leichtflüchtige Stoffe aus kontaminierten Böden abzusaugen. Hierfür weist die Vorrichtung einen Seitenkanalverdichter auf, der einen Unterdruck von 250 bis 300 mbar, jedoch maximal einen Unterdruck von 500 mbar erzeugen kann. Dabei hat sich herausgestellt, daß zwar leichtflüchtige Gase, insbesondere aromatische Verbindungen einigermaßen gut abgesaugt werden können. Jedoch sinkt der Volumenstrom mit zunehmendem Unterdruck steil ab, so daß eine effektive Absaugung ab einem gewissen Unterdruck nicht mehr möglich ist. Aufgrund dieses Umstandes können schwerflüchtige Fluide, Fluidgemische und gesättigte Dämpfe nicht abgesaugt werden. Außerden muß für eine effektive Absaugung die Erdoberfläche im Bereich um die Absaugstelle gründlich abgedichtet werden, da ansonsten die über die Erdoberfläche angesaugte Luft eine Absaugung von Gasen aus dem Erdinneren verhindert.

Als weiterer Nachteil hat sich herausgestellt, daß mit derartigen Bodenabsauganlagen keine explosiven Gase abgesaugt werden können, da diese Anlagen keinen garantierten Explosionsschutz bieten. Werden über das Ansaugelement z. B. Quarzteilchen aus dem Erdreich mit angesaugt, besteht die Gefahr, daß diese Quarzteilchen im Seitenkanalverdichter eine Funkenbildung bewirken, die das explosive Gas oder Gasgemisch entzünden können. Eine Explosion der gesamten Anlage wäre unvermeidlich. Eine Vergrößerung der Spalte im Seitenkanalverdichter, wodurch die Funkenbildung reduziert werden könnte, ist aufgrund des dann geringeren erzielbaren Unterdrucks nicht möglich. Der Einsatz derartiger Bodenluftabsauganlagen in Gefahrenzonen ist nur mit aufwendigen Maßnahmen, wie Explosionsklappen usw. oder einem umfangreichen Splitterschutz möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit ihr höhere unterdrücke erzielt werden können und gleichzeitig die Gefahr einer Funkenbildung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Unterdruckerzeuger als Flüssigkeitsringpumpe ausgebildet ist und die die Schadstoffe aufnehmende Einrichtung der Flüssigkeitsringpumpe nachgeschaltet ist.

Aufgrund der Verwendung einer Flüssigkeits- oder Wasserringpumpe können die Spalte zwischen den einzelnen Ringzellen effektiv abgedichtet werden, wodurch extreme unterdrücke erzielbar sind. Die im Flüssigkeitsring sich befindenden Spalte weisen zudem den Vorteil auf, daß aus dem Erdreich angesaugte Quarzteilchen keine Funkenbildung bewirken können, da dieser Vorgang im Wasserring abläuft und daher getrennt von den explosiven Gasen. Es können also explosive und/oder zündfähige Gas-Luft-Gemische aus Tanks, Gebäuden oder aus dem Erdreich gefördert werden, wobei das Erdreich auch in Mieten oder Containern eingelagert sein kann. Mit der Flüssigkeitsringpumpe können Absolutdrücke bis zu 33 mbar erzielt werden. In der der Flüssigkeitsringpumpe nachgeschalteten Einrichtung werden die Schadstoffe aufgenommen und entweder angesammelt oder in nicht schädliche Stoffe umgewandelt.

Mit der erfindungsgemäßen Absauganlage, die vorteilhaft als Bodenluftabsauganlage eingesetzt wird, können aufgrund des extrem hohen Unterdruckes nicht nur leichtflüchtige, sondern auch mittel- und schwerflüchtige Verbindungen, wie aromatische und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe abgesaugt werden, wie Benzol, Toluol, Xylol, Tri, Per, usw. Ferner kann die Anlage auch bei stark bindigen Böden und/oder wassergesättigten Bodenzonen mit guten Absaugresultaten eingesetzt werden. Schließlich stellt mit dem abgesaugten Gas mitgerissenes Wasser kein Problem für den Unterdruckerzeuger dar. Dieser ist sogar in der Lage, nur Flüssigkeit abzuschlürfen, wenn saugseitig Maßnahmen getroffen werden, die einen starken Druckgradienten in einer Düse bewirken, der so groß ist, daß die Förderhöhe überwunden wird. Mit der erfindungsgemäßen Anlage können Sanierungen in kürzeren Zeiten durchgeführt werden.

Vorteilhaft ist die die Schadstoffe aufnehmende Einrichtung als Luftaktivkohlefilter ausgebildet. Hierdurch wird eine optimale Reinigung der aus dem Erdreich abgesaugten Luft erzielt, wobei die Schadstoffe von der Aktivkohle adsorbiert werden. Die gesättigte Aktivkohle kann dann auf einfache Weise gegen frische und aufnahmefähige ersetzt werden.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß zwischen der Flüssigkeitsringpumpe und der die Schadstoffe aufnehmenden Einrichtung wenigstens ein Flüssigkeitsabscheider zwischengeschaltet ist. Über diesen Flüssigkeitsabscheider wird das aus der Flüssigkeitsringpumpe austretende Gas, welches eine relative Luftfeuchtigkeit von nahezu 100% besitzt, entfeuchtet, in dem die mit dem Luftstrom mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen ausgeschieden werden. Auf diese Weise wird das Adsorptionsvermögen des Luftaktivkohlefilters nicht durch eingeschlepptes Wasser vermindert.

Vorteilhaft ist der Flüssigkeitsabscheider als Zyklonabscheider ausgebildet. Mit diesem Zyklonabscheider wird eine wirkungsvolle mechanische Abtrennung der Flüssigkeitsteilchen aus dem Gasstrom erzielt, wobei der Zyklonabscheider selbst wartungsfrei arbeitet.

Bevorzugt sind wenigstens zwei Flüssigkeitsabscheider vorgesehen, wobei wenigstens der in Strömungsrichtung hinterste mit einer Füllkörperverpackung, insbesondere aus Polypropylen, versehen ist. Mit dieser Füllkörperverpackung wird die Abscheidewirkung verbessert. Um die Menge an abgeschiedener Flüssigkeit zu kontrollieren und ggf. abzulassen, ist der Flüssigkeitsabscheider mit einer Füllstandskontrolle sowie einem Entleerungsventil versehen. Eine Flüssigkeitszufuhr in den Flüssigkeitsring der Flüssigkeitsringpumpe wird bei Bedarf dadurch erzielt, daß der Flüssigkeitsring der Flüssigkeitsringpumpe mit dem Flüssigkeitsausgang des Flüssigkeitsabscheiders verbunden ist. Auf diese Weise wird die mit dem von der Pumpe geförderten Gas mitgerissene Flüssigkeit, die im Flüssigkeitsabscheider ausgeschieden wird, der Wasserringspumpe wieder zugeführt. Der effektive Flüssigkeitsverlust wird hierdurch auf ein Minimum beschränkt. Außerdem wird die durch das abgesaugte Gas kontaminierte Flüssigkeit in einem abgeschlossenen Kreislauf gehalten.

Um eine übermäßige Erwärmung der Flüssigkeit des Flüssigkeitsrings zu vermeiden, ist zwischen der Flüssigkeitsringpumpe und dem Flüssigkeitsabscheider ein Wärmetauscher zwischengeschaltet. Dieser Wärmetauscher kann über Frischwasser oder über die Umgebungsluft gekühlt werden.

Vorteilhaft ist der Überlauf des Flüssigkeitsabscheiders mit einem Flüssigkeitsbehälter und insbesondere einem Flüssigkeitsaktivkohlefilter gekoppelt. Über den Flüssigkeitsbehälter kann aus dem Flüssigkeitsabscheider austretende Flüssigkeit angesammelt und im Flüssigkeitsaktivkohlefilter so behandelt werden, daß sie bedenkenlos an die Umwelt abgegeben werden kann. Dabei kann insbesondere auch Flüssigkeit behandelt werden, die über das aus dem Erdreich abgesaugte Gas mitgerissen wird. Diese Flüssigkeit ist in der Regel wie das abgesaugte Gas kontaminiert und bedarf einer Behandlung, die sie im Flüssigkeitsaktivkohlefilter erfährt.

Bevorzugt ist vor der die Schadstoffe aufnehmenden Einrichtung ein Drosselventil für die Zufuhr von Frischluft vorgesehen. Auf dieser Weise kann der Feuchtegehalt der die Schadstoffe auf nehmenden Einrichtung zugeführten Luft abgesenkt werden, insbesondere dann, wenn die zugeführte Frischluft vorher erwärmt worden ist. Auf diese Weise kann auch der Adsorptionsprozeß im Luftaktivkohlefilter beschleunigt werden.

Zur Steuerung und Kontrolle der gesamten Vorrichtung sind vorteilhaft Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitsmeßgeräte, sowie Schadstoffmeßgeräte, insbesondere mit Hilfe von Drägerröhrchen, vorgesehen. Mit diesen Instrumenten können Fehlfunktionen einzelner Anlageteile bzw. können Abweichungen einzelnen Systemwerte sofort erkannt werden, und es kann steuernd in den Prozeßablauf eingegriffen werden, so daß stets eine optimale und effektive Luftabsaugung über eine lange Zeit, d. h. über Wochen und Monate, beibehalten werden kann.

Bei einer besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung als mobile Anlage ausgebildet ist. Mobile Anlagen können innerhalb kürzester Zeit an ihren Einsatzort gebracht werden, was insbesondere bei Unglücksfällen, wo toxische Stoffe ins Erdreich eingetreten sind, besonders wichtig ist. Derartige Anlagen helfen bei Unglücksfällen, den Schaden zu minimieren und tragen insbesondere zu einer raschen Dekontamination des Erdreichs bei.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei zeigt die einzige Figur ein Verfahrensschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die in der Zeichnung dargestellte, insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Absaugen von Fluiden aus dem Erdreich weist als wesentliches Element eine Flüssigkeits- oder Wasserringpumpe 2 auf, die zwischen einem insgesamt mit 3 bezeichneten Ansaugelement und einer insgesamt mit 4 bezeichneten Einrichtung zur Aufnahme der Schadstoffe angeordnet ist. Das Ansaugelement 3 besteht in der Regel aus einer Mehrzahl von in das Erdreich eingelassenen Pegeln (nicht dargestellt), mit denen die Bodenluft über Ventile 5 angesaugt wird. Über die Pegel können aber auch Flüssigkeiten oder Gas-Flüssigkeitsgemische abgesaugt werden. Jeder Pegel kann unabhängig von den anderen Pegeln im Grundwasser oder oberhalb des Grundwassers liegen. Dabei können die einzelnen Absolutdrücke der einzelnen Bodenluftpegel an den MSR-Stellen 6 und der Vakuumgesamtdruck an einer zwischen den Ventilen 5 und der Wasserringpumpe 2 vorgesehenen MSR-Stelle 7 abgelesen werden. In der Regel werden die Pegel über eine Pegelbohrung in das Erdreich eingelassen, wobei die Pegelbohrung am unteren und am oberen Ende abgedichtet ist. Die Ansaugung der Fluide erfolgt über ein Filterrohr, welches zwischen zwei und zwanzig Meter unter der Erdoberfläche liegt. Die Abstände der einzelnen Pegelbohrungen können fünfzig bis sechzig Meter betragen. Bei stark kies- und sandhaltigen Böden kann die Erdoberfläche ggf. durch eine Folie abgedeckt bzw. abgedichtet werden.

Die über die Wasserringpumpe 2 abgesaugten Gase verlassen die Pumpe mit einer Temperatur von etwa 25°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von nahezu 100%. Die die Schadstoffe aufnehmenden Einrichtungen 4 sind als Luftaktivkohlefilter ausgebildet, wobei drei Filterkolonnen 8, 9 und 10 hintereinandergeschaltet sind. Da die Luftfeuchtigkeit des abgesaugten Gases für die in der Filterkolonne sich befindende Luftaktivkohle nicht über 60 bis 70% sein sollte und die Temperatur des Gases ebenfalls nicht allzu hoch sein sollte, sind der Einrichtung zwei Flüssigkeitsabscheider 11 und 12 vorgeschaltet. Der Flüssigkeitsabscheider 11 ist als Zyklonabscheider ausgebildet. Sie besitzen neben dem Eingang 13 und dem Ausgang 14 für die zu trocknende Gase Ausgänge 15 bis 18 für die abgeschiedene Flüssigkeit sowie einen Eingang 19 für Frischwasser. Der Ausgang 15 ist über einen Wärmetauscher 20 mit dem Wasserring der Wasserringpumpe 2 verbunden. Zur Kühlung ist der Wärmetauscher 20 über ein Ventil 22 an eine Frischwasserleitung 21 angeschlossen und steht mit dem Frischwasserablauf 23 in Verbindung. Über das Ventil 24 führt der Ausgang 16 in einen nicht dargestellten Aufnahmebehälter für die abgeschiedene Flüssigkeit. Der Ausgang 17 führt über einen Entwässerer 25 in einen Behälter 26, aus dem das anfallende Wasser bei Erreichen des maximalen Füllstandes mit einer Membranpumpe 27 einem Wasseraktivkohlefilter zugeführt wird, in dem die Schadstoffe abgetrennt werden. Ferner weist der Behälter 26 eine Belüftungsleitung 28 auf, die in einem Schnüffelventil 29 endet, welches mit der Saugseite der Wasserringpumpe 2 in Verbindung steht.

Die die beiden Flüssigkeitsabscheider 11 und 12 verlassende Bodenluft ist von freien Wassertröpfchen befreit und kann bei Bedarf über ein Gebläse 30 mit erwärmter Frischluft vermischt werden. Die Menge an Frischluft kann über ein Drosselventil 31 eingestellt werden, welches in Abhängigkeit eines Feuchtemeßgerätes 32 steht. Ferner kann die Temperatur des in die Einrichtung 4 eintretendes Gases über eine Meßeinrichtung 33 gemessen werden. Der Druck des eintretenden Gases wird dabei über eine Meßeinrichtung 34 gemessen. Die Filterkolonne 8, 9 und 10 weist Probeentnahmestellen 35, 36 und 37 auf, wobei an der Probeentnahmestelle 35 die KW- und die CKW-Beladung der Bodenluft mit Hilfe von Drägerröhrchen gemessen werden kann. An den Probeentnahmestellen 36 und 37 werden die Restbelastungen an KW und CKW der Filterluft gemessen. Die am Ausgang 38 anfallende Abluft kann bedenkenlos der Umgebung zugeführt werden.

Der Flüssigkeitsabscheider 11 ist so ausgestaltet, daß die in der Wasserringpumpe 2 mit Umlaufwasser und ggf. mit Grundwasser vermischte Bodenluft von der Flüssigkeit getrennt und in den nachgeschalteten Abscheider 12 geleitet wird, in dem dann die restlichen mitgerissenen Wassertropfen abgeschieden werden. Der Abscheider 12 weist eine Füllkörperverpackung aus Polypropylen auf, um die Abscheidewirkung zu verbessern.

Der Ausgang 15 ist mit einem Schwimmerschalter und einem Entleerungsventil 39 versehen, welches über eine Pumpe 40 und ein Ventil 41 mit dem Eingang 19 des Flüssigkeitsabscheiders 11 verbunden ist. Da beim Betrieb der Wasserringpumpe 2 vom geförderten Gas ständig Wasser aus dem Wasserring mitgerissen wird, wird aus dem Flüssigkeitsabscheider 11 über den Ausgang 15, den Wärmetauscher 20, der als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist und dessen Ausgangtemperatur von einem Temperaturmeßgerät 42 kontrolliert wird, dem Wasserring die verlorengegangene Flüssigkeit zugeführt. Zur Nachspeisung des Umlaufwassers wird der Frischwasserleitung 21 Wasser entnommen und über ein niveaureguliertes Schwimmerventil 43 einem Vorlagebehälter 44 zugeführt. Aus diesem gelangt das Wasser über ein Entleerungsventil 45 mit Schwimmerschalter zur Pumpe 40, von der es dem Flüssigkeitsabscheider 11 zugeführt wird. Befindet sich im Flüssigkeitsabscheider 12 genügend Flüssigkeit, dann öffnet das Ventil 39, ansonsten öffnet das Ventil 45.

Die Antriebe 46, 47 und 48 der Wasserringpumpe 2, der Pumpe 40, sowie des Gebläses 30 können von Elektromotoren und/oder Verbrennungsmotoren gebildet werden. Vorteilhaft sind die Antriebe wie Meßeinrichtungen und Ventile an eine Steueranlage angeschlossen, die die gesamten Meßdaten überwacht und bei Abweichungen vom Sollwert die entsprechenden Ventile und Antriebe selbsttätig ansteuert. Auf diese Weise ist die. Vorrichtung 1 für einen automatischen Dauerbetrieb ausgerüstet, so daß sie ohne Überwachungspersonal stets in einem optimalen oder in einem vorgegebenen Arbeitsbereich arbeitet. Selbst bei der Absaugung von explosiven Bodengasen herrscht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Gefahr einer Explosion, und es müssen keine speziellen Vorkehrungen getroffen werden, da die bewegten Elemente, die Funken erzeugen könnten, stets in einem Wasserring in der Wasserringpumpe 2 laufen. Eine Entzündung des explosiven Gase ist daher ausgeschlossen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Absaugen von Gasen, insbesondere aus dem Erdreich, wie aus kontaminierten Böden und dgl., mit einem im oder auf dem Erdreich installierbaren Ansaugelement (3), einem nachgeschalteten Unterdruckerzeuger und einer die Schadstoffe auf nehmenden Einrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckerzeuger als Flüssigkeitsringpumpe (2) ausgebildet ist, und die die Schadstoffe aufnehmende Einrichtung (4) der Flüssigkeitsringpumpe (2) nachgeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schadstoffe aufnehmende Einrichtung (4) als Luftaktivkohlefilter (8 bis 10) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Flüssigkeitsringpumpe (2) und der die Schadstoffe aufnehmenden Einrichtung (4) wenigstens ein Flüssigkeitsabscheider (11 bzw. 12) zwischengeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsabscheider (11 oder 12) als Zyklonabscheider ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Flüssigkeitsabscheider (11 und 12) vorgesehen sind, wobei wenigstens der in Strömungsrichtung hinterste mit einer Füllkörperverpackung, insbesondere aus Polypropylen, versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsring der Flüssigkeitsringpumpe (2) mit dem Flüssigkeitsausgang (15) des Flüssigkeitsabscheiders (11) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (20) zwischengeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flüssigkeitsabscheider (11) ein Flüssigkeitsbehälter (26) und insbesondere ein Flüssigkeitsaktivkohlefilter nachgeschaltet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der die Schadstoffe aufnehmenden Einrichtung (4) ein Drosselventil (31) sowie ein Gebläse (30) für die Zufuhr von Frischluft vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitsmeßgeräte, sowie Schadstoffmeßgeräte, insbesondere mit Hilfe von Drägerröhrchen vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) als mobile Anlage ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) auch zur Förderung von Flüssigkeiten oder Gas-Flüssigkeit- Gemischen geeignet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckerzeuger an einen oder mehrere Pegel angeschlossen ist, wobei jeder einzelne Pegel unabhängig von den anderen Pegeln im Grundwasser oder oberhalb des Grundwasserspiegels liegen kann.