DE4233458A1 - Verfahren zur biologischen Reinigung von anorganischem grobkörnigem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von anorganischem, mit Kohlenwasserstoffen verunreinigtem, grobkörnigem Material.

Anorganisches, mit Kohlenwasserstoffen verunreinigtes, grobkör­ niges Material fällt in großen Mengen an und muß, bevor es weiterverwertet werden kann, von den Kohlenwasserstoffen befreit werden. So muß beispielsweise der Schotter im Gleisbett von Bahngleisen von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden. Der Schotter ist dann verunreinigt durch Dieselöle oder Schmier­ stoffe, die aus den darüberfahrenden Zügen herabtropfen. Weiterhin tritt bei Umbau oder Abbruch von Tankstellen durch Benzin und Diesel verunreinigter Bauschutt auf. Wenn die Verunreinigungen von diesem Material nicht entfernt werden, muß das gesamte Material als Sondermüll entsorgt werden, was aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht nachteilig ist.

Es sind nun Verfahren zur Entgiftung von mit Chemikalien belasteten Böden bekannt. Diese Verfahren dienen zur Entgiftung von Erdreich. Ein Überblick über derartige Verfahren ist beispielsweise dem Artikel von Dieter Martinetz in Chem. Techn. 1989, Seiten 342 bis 344, zu entnehmen. Bei dem beschriebenen Verfahren wird das Erdreich ausgehoben und entweder mit geeigneten Mitteln extrahiert oder thermisch behandelt. Ferner wird ein Verfahren beschrieben, bei dem adaptierte, aus dem kontaminierten Bodenbereich entnommene Mikroorganismen einge­ setzt werden, um bestimmte Verunreinigungen mikrobiologisch abzubauen.

Weiterhin ist aus DE-A 40 31 862 ein Verfahren bekannt zur Sanierung von kontaminiertem Erdreich, bei dem das Erdreich ausgehoben wird, in einem allseits geschlossenen Behälter mit Mikroorganismen in Kontakt gebracht wird, das Erdreich aufge­ lockert wird und die aus dem Erdreich austretenden leicht­ flüchtigen Kohlenwasserstoffe abgesaugt und ausgefiltert werden.

Die Vorteile dieser mikrobiologischen Verfahren suchte man sich zu Nutze zu machen, indem man verunreinigtes grobkörniges Material mit Erdreich vermischte, wobei die in dem Erdreich enthaltenen Mikroorganismen die Verunreinigungen des grobkörni­ gen Materials abbauen sollten. Ein Nachteil hierbei ist es, daß grobkörniges Material und Erdreich nach der Behandlung schwie­ rig voneinander zu trennen sind.

Es war nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustel­ len, mit dem grobkörniges Material, das mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt ist, in einfacher wirtschaftlicher Weise behandelt werden kann und wobei das behandelte Material einer Weiterver­ wertung zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur biologischen Reinigung von anorganischem, mit Kohlenwasserstoffen ver­ unreinigtem, grobkörnigem Material, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das grobkörnige Material und Wasser in wasser­ dichte Behälter in solchen Mengen einfüllt, daß das grobkörnige Material mit Wasser bedeckt ist, an die als Verunreinigung auf dem grobkörnigem Material vorhandenen Kohlenwasserstoffe adaptierte Mikroorganismen zugibt, weiterhin von den Mikroorga­ nismen benötigte Nährstoffe, Vitamine und Spurenelemente zusetzt, der wäßrigen Lösung Sauerstoff zuführt, das grobkörni­ ge Material in dem Behälter beläßt, bis die Verunreinigungen auf dem grobkörnigen Material im wesentlichen abgebaut oder abgelöst sind, das grobkörnige Material dem Behälter entnimmt, gegebenenfalls abspült und einer Verwertung zu führt und den zurückbleibenden Schlamm abzieht und entwässert, das Wasser, das die Mikroorganismen und gegebenenfalls noch Nährsalze enthält, in den Behälter zurückführt und den entwässerten Schlamm entsorgt.

Überraschenderweise gelingt es, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach und schnell die Verunreinigungen von dem anorganischen Material in solcher Weise zu entfernen, daß das grobkörnige Material weiterverwertet werden kann, wobei nur ein geringer Teil der Verunreinigung als Sondermüll zurückbleibt.

Das Verfahren kann beispielsweise verwendet werden zur Reini­ gung von Schotter aus Gleisbetten, von verunreinigtem Bau­ schutt, z. B. von Tankstellen, oder von kontaminiertem Kies, z. B. von militärischen Anlagen.

Erfindungsgemäß wird das anorganische, mit Kohlenwasserstoffen verunreinigte, grobkörnige Material zusammen mit Wasser in einen wasserdichten Behälter eingefüllt. Hierzu können Behälter in beliebiger Form aus irgendeinem Material, das eine aus­ reichende Festigkeit hat, um das Gewicht von grobkörnigem Material und Wasser auszuhalten, verwendet werden, wobei die Behälter so ausgebildet sein müssen, daß die enthaltene Flüssigkeit nicht entweichen kann. Dies kann entweder erreicht werden, indem man Material verwendet, das selbst wasserdicht ist, oder den Behälter mit einer wasserdichten Folie oder wasserdichten Beschichtung auskleidet. Geeignet sind bei­ spielsweise Behälter aus Beton, die mit einer Kunststoffolie ausgekleidet sind.

Das zu behandelnde Material und das Wasser werden in einem solchen Verhältnis eingefüllt, daß das Material vollständig von Wasser bedeckt ist. Die Wassermenge hängt dabei von der Schüttdichte des Materials ab. Bei Schotter können beispiels­ weise pro 100 Teile Schotter 100 bis 150 Teile Wasser zugegeben werden. Die jeweils günstigste Menge kann leicht vom Fachmann ermittelt werden.

Um die Verunreinigungen auf dem grobkörnigen Material ab­ zubauen, werden dann an die auf dem grobkörnigen Material vorhandenen Kohlenwasserstoffe adaptierte Mikroorganismen zugegeben, wobei das grobkörnige Material als Träger für die Mikroorganismen dient. Unter dem Begriff "adaptierte Mikroorga­ nismen", wie er im Rahmen der Erfindung verwendet wird, sind sowohl Mikroorganismen zu verstehen, die sich in der natürli­ chen Umgebung, aus der das grobkörnige Material stammt, angesiedelt haben, als auch im Handel erhältliche Mikroorganis­ men, von denen bekannt ist, daß sie Kohlenwasserstoffe abbauen können. Bevorzugt werden die Mikroorganismen verwendet, die sich am Standort des zu behandelnden Materials angesiedelt haben. Um diese zu gewinnen, können in an sich bekannter Weise Erdproben gezogen werden. Diese Proben werden im Labor unter optimalen Wachstumsbedingungen bebrütet. Die erhaltene Bakte­ rienmischpopulation kann dann eingesetzt werden.

In einer anderen Ausführungsform werden Mikroorganismen aus einer Mikroorganismensammlung verwendet. Hierzu wird erst die Art der Verunreinigung auf dem zu behandelnden Material bestimmt, und dann werden zum Abbau der Verunreinigung geeig­ nete Mikroorganismen ausgewählt.

Die eingesetzten Organismen sollen die Verunreinigungen auf dem zu behandelnden Material auf Basis von Kohlenwasserstoffen als Kohlenstoffquelle verwerten. Ihr weiterer Nährstoffbedarf wird durch Zugabe entsprechender Verbindungen zu dem Wasser gedeckt. Es werden in der Regel eine Quelle für Stickstoff, eine Quelle für Phosphor, gegebenenfalls eine Quelle für Schwefel, falls nicht genug Schwefel durch die Verunreinigungen beigetragen wird, sowie die jeweils benötigten Vitamine und Spurenelemente zugesetzt. Es kommen die auf diesem Gebiet bekannten Materia­ lien zum Einsatz. So können als Quelle für Stickstoff bei­ spielsweise Ammoniumsalze, Peptone oder Hefeextrakte etc., als Quelle für Phosphor Phosphatverbindungen, z. B. Alkali- oder Erdalkaliphosphate, als Quelle für Schwefel Sulfate, z. B. Erdalkalisulfate, und zur Zufuhr von Vitaminen und Spuren­ elementen die üblichen Vitaminlösungen und Spurenelemente­ mischungen verwendet werden. Die jeweils optimale Nährstoff­ zusammensetzung kann vom Fachmann leicht in wenigen Versuchen bestimmt werden.

Da die die Verunreinigungen abbauenden Mikroorganismen in der Regel obligat aerob sind, muß für eine ausreichende Belüftung gesorgt werden. Die Belüftung erfolgt in an sich bekannter Weise. Bevorzugt wird von unten in den Behälter, der das grobkörnige Material und das Wasser enthält, sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Luft, eingeführt. Bevorzugt erfolgt die Belüftung in solcher Weise, daß eine Sauerstoffsättigung von mindestens 1 mg/l eintritt, bevorzugter mindestens 2 mg/l.

Das grobkörnige Material wird in dem Behälter so lange belas­ sen, bis die Verunreinigungen von dem grobkörnigen Material abgebaut bzw. abgelöst sind. Dies ist, abhängig von den Umgebungsbedingungen, dem Kontaminationsgrad und der Kontaminationsart, nach etwa 2 bis 16 Wochen der Fall. Bei wärmerer Umgebungstemperatur geht der Abbau schneller, während bei kühlerer Temperatur der Abbau langsam vorangeht. Um das Verfahren zu beschleunigen, kann eine Heizeinrichtung vorgesehen werden. Da dies jedoch sowohl apparativ als auch energetisch mit Aufwand verbunden ist, ist diese Ausführungsform weniger bevorzugt und wird nur für kältere Gebiete in Betracht gezogen.

Wenn die Verunreinigungen von dem Material entfernt sind, wird der Schotter aus dem Behälter entnommen, mit Wasser abgespült und kann dann einer weiteren Verwertung zugeführt werden. So kann der Schotter beispielsweise zu Splitt vermahlen und im Straßenbau eingesetzt werden.

Der biologische Abbau der Verunreinigungen kann analytisch überwacht werden. Dazu werden von Zeit zu Zeit Proben aus dem Behälter entnommen, abgespült und dann bestimmt, wieviel Verunreinigungen noch auf dem Material vorhanden sind. Sobald ein bestimmter Grenzwert an Verunreinigungen erreicht ist, kann die Behandlung des grobkörnigen Materials beendet werden. Dieser Grenzwert richtet sich nach der gewünschten weiteren Verwertung des grobkörnigen Materials. So wird beispielsweise, wenn das Material im Straßenbau eingesetzt werden soll, in der Regel das Material so lange behandelt, bis weniger als 500 mg Kohlenwasserstoffverbindungen pro kg Trockensubstanz vorhanden sind. Bei einer Verwendung im landwirtschaftlichen Bereich wird das Verfahren fortgesetzt, bis der Anteil an Kohlenwasserstoff­ verbindungen auf dem Material auf unter 150 mg/kg Trockensub­ stanz gesunken ist.

Weiterhin kann auch von Zeit zu Zeit das Überstandswasser auf seine Zusammensetzung analysiert werden. Bei Unterschreiten bestimmter Nährstoffkomponenten können dann Nährsalze zugegeben werden. Bei Überschreiten eines bestimmten CSB-Wertes oder auftretender Toxizität können ebenfalls entsprechende Maßnahmen getroffen werden.

Nach Entfernung des Schotters aus dem Behälter bleiben noch mineralische und organische Verunreinigungen zurück, die sich aus dem Auflagematerial der Kontamination, mineralisierten Abbauprodukten und zu einem geringen Teil aus abgestorbener Biomasse zusammensetzen. Diese restlichen Verunreinigungen bleiben als Schlamm in der Nährlösung zurück. Dieser noch verbleibende Schlamm wird entwässert und in bekannter Weise entsorgt, z. B. durch Verbrennen unter geeigneten Bedingungen. Das zurückbleibende Wasser, das die Mikroorganismen und gegebenenfalls noch Nährsalze enthält, wird, gegebenenfalls nach physikalischer Reinigung, in den Behälter zurückgeführt. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, den nach Entfernung des Schotters zurückbleibenden Schlamm in einem zweiten Behälter weiterzubehandeln, wobei vorzugsweise dieselbe Bakterienmischpopulation verwendet wird, wie bei der Behandlung im ersten Behälter. Es kann jedoch auch eine Bakterienkultur zugefügt werden, die für die Zusammen­ setzung des verbleibenden Schlammes besonders geeignet ist. Gegebenenfalls werden Nährkomponenten bei der Behandlung im zweiten Behälter ergänzt. Die Behandlung wird dann so lange fortgeführt, bis ein gewünschter Abbaugrad erreicht ist oder bis kein wesentlicher weiterer Abbau mehr stattfindet. Auch gemäß dieser Variante wird nach Beendigung der Behandlung der verbleibende Schlamm entwässert und dann in bekannter Weise entsorgt. Das zurückbleibende Wasser, das noch Mikroorganismen und gegebenenfalls Nährsalze enthält, wird dann wieder in den ersten Behälter zurückgeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der größte Teil der Verunreinigungen abgebaut, und es bleibt nur ein sehr geringer Anteil an nicht mehr abbaubaren Substanzen zurück, die leicht entsorgt werden können. Somit wird erfindungsgemäß ein Ver­ fahren zur Verfügung gestellt, mit dem verunreinigtes an­ organisches Material schnell, sicher und ohne hohen Aufwand gereinigt werden kann, das die Umwelt nicht belastet und eine Wiederverwertung des Materials möglich macht. Mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren können bis zu 90% der Verunreinigungen abgebaut werden, die restlichen Anteile bieten dann keine Probleme mehr für die Entsorgung.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel erläutert.

Beispiel

In einen Behälter wurde Gleisschotter eingebracht. Anschließend wurde eine Nährsalze und Mikroorganismen enthaltende Lösung so eingefüllt, daß der gesamte Schotter mit Lösung bedeckt war. Die Lösung enthielt die folgenden Nährsalze:

(NaH₄)₂SO₄
47,5 g
NaH₂PO₄ · 2H₂O
33,4 g
KH₂PO₄	8,5 g @	K₂HPO₄	21,8 g

Der pH der Lösung war 6,8. Dieser Lösung wurde eine standort­ eigene Bakterienmischpopulation zugegeben, und es wurde bei einer Temperatur von 27°C kultiviert. Der Gehalt an Gelöstsau­ erstoff im Fermentationsmedium betrug 2 mg/l. Unter Beibehal­ tung dieser Prozeßparameter fand in dem Behälter ein biologi­ scher Schadstoffabbau statt. Während einer Behandlungsdauer von 15 Tagen wurden die Schadstoffe zu ca. 88% abgebaut.

Claims (9)

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von anorganischem, mit Kohlenwasserstoffen verunreinigtem, grobkörnigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man
das grobkörnige Material und Wasser in wasserdichte Behälter in solchen Mengen einfüllt, daß das grobkörnige Material mit Wasser bedeckt ist,
an die als Verunreinigung auf dem grobkörnigem Material vorhandenen Kohlenwasserstoffe adaptierte Mikroorganismen zugibt,
weiterhin von den Mikroorganismen benötigte Nährstoffe, Vitamine und Spurenelemente zusetzt,
der wäßrigen Lösung Sauerstoff zuführt,
das grobkörnige Material in dem Behälter beläßt, bis die Verunreinigungen auf dem grobkörnigen Material im wesentlichen abgebaut oder abgelöst sind,
das grobkörnige Material dem Behälter entnimmt, gegebenen­ falls abspült und einer Verwertung zuführt,
anschließend den Schlamm abzieht und entwässert, das Wasser, das die Mikroorganismen und gegebenenfalls noch Nährsalze enthält, in den Behälter zurückführt und den entwäs­ serten Schlamm entsorgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als grobkörniges anorganisches Material mit Kohlenwasser­ stoffen verunreinigten Schotter, Bauschutt oder Kies behandelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als an die als Verunreinigung auf dem grobkörnigen Material vorhandenen Kohlenwasserstoffe adaptierte Mikroorganismen eine standorteigene Bakterienmischpopulation verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als an die als Verunreinigung auf dem grobkörnigen Material vorhandenen Kohlenwasserstoffe adaptierte Mikroorganismen solche zugibt, die bei einer Hinterlegungs­ stelle für Mikroorganismen erhältlich sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Nährstoffe für die Mikro­ organismen eine Quelle für Stickstoff, eine Quelle für Phos­ phor, eine Quelle für Schwefel sowie die jeweils von den Mikroorganismen benötigten Vitamine und Spurenelemente zusetzt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man der wäßrigen Lösung Sauerstoff zuführt, indem man Luft einbläst.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in dem ersten Behälter so lange fortgeführt wird, bis der Anteil an biolo­ gisch abbaubaren Verunreinigungen auf dem anorganischen Material kleiner 500 mg/kg Trockensubstanz ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung im ersten Behälter so lange fortgeführt wird, bis der Anteil an biologisch abbaubaren Verunreinigungen auf dem anorganischen Material weniger als 150 mg/kg Trockensub­ stanz beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in solcher Menge in die Lösung eingetragen wird, daß der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Fermentationsmedium 1 bis 15 mg/l beträgt.