DE4303811A1 - Verfahren zur Sanierung von kontaminierten Böden auf Basis pflanzlicher Auslaugung mit Wertstoffgewinnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung bzw. Revitalisierung von großflächig kontaminierten Boden­ flächen durch Auslaugung bzw. Aufnahme der Schadstoffe und umweltfreundliche Entsorgung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Aufarbeitung der auf kontaminierten Boden­ flächen gepflanzten und geernteten Pflanzen zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige großflächige Ländereien sind im Bereich der Industrie aber auch in anderen Bereichen vorhanden, wobei die Böden mit organischen und/oder anorganischen Schad­ stoffen belastet sind. Die Verunreinigung kann durch Schwer­ metalle, Cyanide, Salz u.ä. anorganisch oder durch Kohlen­ wasserstoffe, Chlorkohlenwasserstoffe u. ä. organischer Natur sein. Oftmals liegt aber eine Mischung aus diesen Verunreini­ gungen vor. Diese Verunreinigungen gehen meist auf ältere oder noch vorhandene Industriebereiche zurück. Mit zunehmen­ der Industrialisierung und immer dichterer Besiedlung kommt es aber auch zu großflächigen Verunreinigungen geringerer Konzentrationen. Die Revitalisierung dieser Bereiche kann der Natur allein nicht mehr überlassen werden, weil diese zuviel Zeit dazu braucht und weil die Bodenflächen für andere Zwecke benötigt werden. Insbesondere bei den großflächigen Verunreinigungen ist nur ein biologischer Weg der Dekonta­ mination möglich, da das Erdreich ansonsten zu stark gestreßt würde.

Bekannt sind als nichtbiologische Verfahren Waschen sowie thermische Maßnahmen und letztlich auch die Reinigung mit gezüchteten Mikroben. Diese Verfahren haben eine gewisse Erfolgsaussicht bei entsprechend hohen Konzentrationen und eingegrenzten und gering bemessenen Bodenflächen. Bei gering verunreinigten und große Flächen darstellenden Bereichen dagegen können diese bekannten Verfahren nicht eingesetzt werden, schon allein, weil sie viel zu teuer sind. Außerdem besteht dann die Gefahr, daß nur geringe Bereiche gesäubert werden, so daß von den nicht gesäuberten her eine erneute Verunreinigung eintreten wird. Die bekannten thermischen Verfahren haben darüber hinaus den Nachteil, daß das ge­ reinigte Material totgebrannt ist und nicht ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen wieder für den Pflanzenanbau geeignet ist.

Grundsätzlich bekannt ist, daß gewisse Pflanzen Schad­ stoffe in unterschiedlichen Konzentrationen aufnehmen. Diesem Phänomen wird in nächster Zeit sicherlich verstärkt nachge­ gangen werden. Durch Pflanzenzüchtungen und -kreuzungen wird man solche Gewächse erhalten, die eine besonders große Schadstoffaufnahme haben. Für die Rekultivierung oder besser gesagt für die Revitalisierung sind solche Pflanzen bisher nicht eingesetzt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, großflächige Bodenflächen auch mit geringerer Belastung mit Schadstoffen sicher und durchgehend zu entfrachten und die aufgenommenen Schadstoffe sicher zu entsorgen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flächen mit Pflanzen mit für die jeweiligen Schadstoffe optimaler Aufnahmekapazität bepflanzt, daß die Pflanzen unter Ausnutzung ihres Wachstumsziels geerntet und getrocknet und dann zerkleinert und schließlich pyrolisiert werden, daß das entstehende Pyrolysegas gereinigt und verwertet wird und daß der Pyrolysekoks gesichtet und dann elektro­ chemisch von den vor allem metallischen Schadstoffen ent­ frachtet wird.

Mit einem derartigen Verfahren ist es möglich, auch sehr große Flächen mit nur geringer Kontamination in verhält­ nismäßig kurzer Zeit so zu revitalisieren, daß anschließend Kulturpflanzen wie Getreide, Ziersträucher oder Hackfrüchte den Boden besiedeln können, so daß er dementsprechend für den Menschen wieder zur Nutzung zur Verfügung steht. Wichtig ist, daß die zum Einsatz kommenden Pflanzen über das not­ wendige Wurzelwerk verfügen, damit sie die Schadstoffe auch ausreichend tief aufnehmen, wobei das Wurzelwerk tiefer sein muß, als das der später angesetzten oder eingesetzten Kulturpflanzen. Über die Wurzeln nehmen die Pflanzen die Schadstoffe auf und lagern sie in ihrem Gewebe bzw. in ihrem Pflanzengerüst ab. Hier werden diese Schadstoffe, egal, ob es sich um organische oder anorganische handelt, zunächst einmal so lange festgehalten, bis sie einer geschlossenen Pyrolysetrommel zugeführt sind, wo dann eine Schwelung er­ folgt. Die freiwerdenden Pyrolysegase werden über einen Elektrofilter geführt und gereinigt, so daß dann ein Gas zur Verfügung steht, das vorteilhaft thermisch verwertet werden kann. Die zurückbleibenden festen Reststoffe, d. h. vor allem der Pyrolysekoks enthält Carbonate und vor allem Metalle und Schwermetalle. Über die Sichtung erfolgt eine Abtrennung beispielsweise der schwereren Inertanteile wie Pottasche, so daß diese Stoffe schon einmal getrennt für eine Weiterverwertung beispielsweise in der Glasindustrie zur Verfügung stehen. Der eigentliche belastete Pyrolysekoks steht dann für die elektrochemische Behandlung zur Verfügung, wobei die belasteten Pyrolysekokspartikel die Anode bilden, während die metallischen Ionen an der Kathode abgeschieden werden. Damit ist eine erfolgreiche Abtrennung der metallischen Schadstoffe möglich, die dann wiederum entweder getrennt entsorgt oder für eine weitere Anwendung zur Ver­ fügung stehen.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Pyrolysegas unter Gewinnung von Dampf und Energie verbrannt wird. Das die Gasreinigung bzw. Ent­ staubung verlassende Pyrolysegas wird zur Erzeugung von Dampf und Energie verbrannt und hierzu beispielsweise über einen Dampfturbosatz geleitet. Im Rahmen dieser Dampf bzw. Energieerzeugung wird naturgemäß auch das an flüchtigen Bestandteilen insbesondere organischen Bestandteilen mitver­ brannt, was die Pflanzen im Rahmen ihrer Revitalisierungs­ aufgabe aus dem Boden aufgenommen haben. Ganz davon abgesehen kann aber auf diese Art und Weise Nutzen aus der Sanierungs­ aufgabe gezogen werden.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß das Pyrolysegas bei ca. 500°C isotherm verdichtet und anschließend zur Stromerzeugung in einer Gasturbine verbrannt wird, wobei die entstehende Abwärme getrennt genutzt wird. Hierbei handelt es sich um eine Variante der Gasausnutzung in Form von insbesondere Energiegewinnung.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung ist die, bei der das Pyrolysegas zu Spaltgas konvertiert und dann in einer Gasturbine verbrannt wird. Auch auf diese Art und Weise kann Strom erzeugt werden unter möglichst optimaler Ausnut­ zung des Pyrolysegases.

Um eine ausreichende Aufnahme und Säuberung des Erd­ bodens zu gewährleisten, sieht die Erfindung vor, daß Pflanzen, vorzugsweise C₄-Pflanzen mit genügendem Tiefgang (Wurzelwerk), großer Aufnahmekapazität, schnellem Wachstum und guter Erntefähigkeit gepflanzt und dann weiterverarbeitet werden. Derartige Pflanzen können zweckmäßigerweise gezielt gezüchtet und dann so eingesetzt werden, daß sie jeweils für die in den entsprechend zu sanierenden Bereichen vor­ handenen Schadstoffe optimal aufnehmen. Denkbar sind auch Mischpflanzungen, wenn auf diese Art und Weise der Boden günstig gereinigt wird. Mit der üblichen Landtechnik ist es dabei möglich, eine solche gezielte Mischpflanzung vorzu­ sehen, so daß schon in einer Pflanzperiode merkliche Erfolge oder gar eine vollständige Sanierung erreicht werden kann. Denkbar ist es aber auch, unterschiedliche Bepflanzungen über mehrere Jahre vorzusehen, um so einen Abbau bzw. ein gezieltes Auslaugen der entsprechenden Schadstoffe sicherzu­ stellen.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Anlage, bei der einem die Pflanzen zerschneidenden Shredder eine Trocknungseinrichtung vorgeordnet und ein Pyrolyseofen nach­ geordnet ist und bei dem schwelgasseitig eine Entstaubung und koksseitig eine Elektrolyse angeschlossen ist. Eine solche Anlage ermöglicht eine entsprechende Aufarbeitung kontaminierter Bodenflächen mit Hilfe bzw. auf der Basis pflanzlicher Auslaugung und Aufbereitung durch Verschwelung der entsprechenden Pflanzen. Um einen richtigen Aufschluß insbesondere auch der Metalle und Schwermetalle zu ermög­ lichen, ist eine vorherige Trocknung und Zerkleinerung unbe­ dingt notwendig. Im Pyrolyseofen erfolgt dann die Aufteilung in Pyrolysegas und Pyrolysekoks sowie sonstigen festen Be­ standteilen, die dann entsprechend weiter aufgearbeitet werden können, insbesondere über die Elektrolyse, um die Metalle herauszulösen und dann einen entsprechend sauberen Pyrolysekoks für weitere Zwecke zur Verfügung zu stellen.

Zur Ausnutzung des Gases ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Beheizung des Pyrolyseofens mit dem gereinigten Pyrolysegas betreibbar ist, so daß die Anlage vom Prinzip her ohne Fremdenergie betrieben werden kann. Das restliche Pyrolysegas wird dann wie beschrieben zur Energiegewinnung eingesetzt, wobei es durchaus möglich ist, die Abgase der Beheizung wiederum zur Wärmerückgewinnung zu verwenden, so daß eine optimale Ausnutzung möglich wird.

Mit dem Aufarbeiten des Pyrolysekokses und der übrigen festen Bestandteile ist erstmalig die Möglichkeit gegeben, die enthaltenen bzw. aufgenommenen Schwermetalle so zurückzu­ gewinnen, daß sie keine weitere Gefährdung mehr darstellen bzw. keiner besonderen Entsorgungsmaßnahmen bedürfen. Da beim Schwelen naturgemäß auch bereits schwere Inertanteile vor allem Pottasche anfallen, die keine Schadstoffe mehr beinhalten, kann mit Hilfe eines Sichters die Arbeit der Elektrolyse wesentlich erleichtert werden, was gemäß der Erfindung dadurch bewerkstelligt wird, daß zwischen Pyrolyse­ ofen und Elektrolyse ein Sichter angeordnet ist. Über diesen Sichter lassen sich beispielsweise in der Glasindustrie vorteilhaft absetzbare Bestandteile wie die Pottasche herein­ gewinnen, wobei durch diese Maßnahme nicht nur ein zusätz­ licher Erwerbsweg geöffnet wird, sondern gleichzeitig auch die nachfolgende Elektrolyse vor Überlastung bzw. vor unge­ nauer Arbeit bewahrt werden kann, weil dann dort wirklich nur die Bestandteile, vor allem der Pyrolysekoks zur Reini­ gung anfallen, die wirklich auch noch einer Reinigung be­ dürfen.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verfahren und eine Anlage geschaffen sind, die eine den Boden schonende Revitalisierung ermöglichen, wobei sie sich insbesondere dort auszeichnen, wo die bisherigen bekann­ ten Verfahren überhaupt wegen der an sich zu geringen Ver­ unreinigung gar nicht arbeiten können. Darüber hinaus können gleichzeitig große Flächenbereiche revitalisiert werden und zwar auf eine ausgesprochen zugleich auch umweltfreund­ liche Art. Über die Pflanzenbiologie wird ein Reiniger zur Verfügung gestellt, der eben ausgesprochen umweltfreundlich ist und darüber hinaus auch noch eine umweltfreundliche Entsorgung ermöglicht. Die entsprechend vorbereiteten und verarbeiteten Pflanzen geben dann einen Rohstoff ab, der einmal die Verarbeitung der organischen Schadstoffe problem­ los ermöglicht und zwar unter gleichzeitiger Energiegewinnung und der zum anderen einen Koks zur Verfügung stellt und sonstige feste Reststoffe, die wiederum ihrerseits gut zu säubern und dann weiterzuverwerten sind. Eine optimale und vollständige Nutzung der eingesetzten Biomasse rundet Ver­ fahren und Anlage ab.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegen­ standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaubild des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens und

Fig. 2 ein Schema der Anlage zur Sanierung von Böden.

Fig. 1 zeigt zunächst einmal den mit zahlreichen Metal­ len und Schwermetallen verunreinigten Bodenbereich, wobei die Bodenfläche (1) hier naturgemäß bloß einen kleinen Bereich der zu reinigenden Bodenfläche darstellt. Auf dieser Bodenfläche (1) steht eine Pflanze (2), die über ein entspre­ chendes Wurzelwerk verfügt, über das die Schadstoffe, seien es organische oder anorganische, sicher aufgenommen werden. Die Pflanze wird dann wahrscheinlich zweckmäßigerweise mit dem Wurzelwerk als Erntegut (3) hereingewonnen, um in einem Shredder (4) zerkleinert zu werden. Das entsprechend zer­ kleinerte Gut, d. h. die Biomasse gelangt dann anschließend in einen Pyrolyseofen (5). Hier wird die Biomasse verschwelt.

Das Schwelgas wird zweckmäßigerweise nach entsprechender Reinigung über einen Gasgenerator und einen Elektrogenerator (7 und 8) geführt, um die gewonnene Energie dann in das Netz (9) einzuspeisen oder aber für andere Zwecke einzu­ setzen.

Die übrigen Feststoffe verlassen den Pyrolyseofen (5) und werden in der Elektrolyse (11) so beeinflußt, daß sich die Schwermetalle in der Elektrolysezelle an der Anode und die metallischen Ionen an der Kathode abscheiden. Von dort aus kann einmal das Metall bzw. Schwermetall und zum anderen der gereinigte Koks abgenommen und weiterverarbeitet werden, wobei mit (13) die Metallablagerung und mit (14) die Koks­ ablagerung bezeichnet ist. (12) zeigt einen Sichter, der dazu verwendet werden kann, vorab schon angereicherte Inert­ anteile wie Pottasche herauszusortieren, um so eine entspre­ chende Eingabe in die Elektrolyse (11) überflüssig zu machen.

Fig. 2 gibt das Schema der entsprechenden Anlage wieder, wobei die Pflanzen (2) bzw. das Erntegut (3) zunächst über eine Trocknungseinrichtung (16) laufen und dann erst über den Shredder (4) entsprechend zerkleinert werden. Diese zerkleinerte Biomasse wird dann, wie weiter oben schon er­ wähnt, im Pyrolyseofen (5) geschwelt.

Die Schwelgase verlassen den Pyrolyseofen (5) und werden zunächst in einer Entstaubung (17) so weit gereinigt, daß dann eine direkte Verwendung dieses Gases möglich ist. Vorge­ sehen ist einmal, zumindest mit einem Teilbereich, eine Beheizung (18) des Pyrolyseofens (5). Ein weiterer und vor allem der größere Teil des Pyrolysegases gelangt zur Direkt­ verbrennung (19) oder zur Gasturbine (20) oder zum Konverter (21) und Gasmotor. Ziel all dieser Einrichtungen ist es vor allem, Strom herzustellen, um diesen dann über das Netz (9) zu verwerten.

Die festen Bestandteile aus dem Pyrolyseofen (5) werden im Sichter (12) zunächst von schwereren Inertanteilen be­ freit, wobei diese Inertanteile vor allem Pottasche zusammen mit dem Staub (22) aus der Entstaubung (17) entsprechend als Inertfraktionslagerung (23) zwischengelagert und dann auf zweckmäßige Art und Weise verwertet werden.

Es zeigt sich also, daß mit einer derartigen Einrich­ tung bzw. einer derartigen Anlage zumindest in mehreren Bepflanzungsschritten eine Bodenreinigung bzw. besser gesagt eine Bodensanierung über große Bodenflächen (1) möglich ist, ohne den Boden als solchen umzuwälzen, thermisch zu beheizen oder sonst wie zu beeinflussen, indem "der natür­ liche Weg" beschritten wird durch entsprechende Aufnahme der Schadstoffe durch Pflanzen und durch Verwertung dieser Pflanzen mit der Möglichkeit, zumindest die Schwermetalle und Metalle so hereinzugewinnen, daß sie selbst keine weitere Gefährdung für die Umwelt mehr darstellen.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfin­ dungswesentlich angesehen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Sanierung bzw. Revitalisierung von großflächig kontaminierten Bodenflächen durch Auslaugung bzw. Aufnahme der Schadstoffe und umweltfreundliche Entsorgung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen mit Pflanzen mit für die jeweiligen Schad­ stoffe optimaler Aufnahmekapazität bepflanzt, daß die Pflanzen unter Ausnutzung ihres Wachstumsziels geerntet und getrocknet und dann zerkleinert und schließlich pyro­ lisiert werden, daß das entstehende Pyrolysegas gereinigt und verwertet wird und daß der Pyrolysekoks gesichtet und dann elektrochemisch von den vor allem metallischen Schad­ stoffen entfrachtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pyrolysegas unter Gewinnung von Dampf und Energie verbrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pyrolysegas bei ca. 500°C isotherm verdichtet und anschließend zur Stromerzeugung in einer Gasturbine verbrannt wird, wobei die entstehende Abwärme getrennt genutzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pyrolysegas zu Spaltgas konvertiert und dann in einer Gasturbine verbrannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Pflanzen, vorzugsweise C₄-Pflanzen mit genügendem Tief­ gang (Wurzelwerk), großer Aufnahmekapazität, schnellem Wachs­ tum und guter Erntefähigkeit gepflanzt und dann weiterver­ arbeitet werden.

6. Anlage zur Aufarbeitung der auf kontaminierten Boden­ flächen gepflanzten und geernteten Pflanzen, nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem die Pflanzen (2) zerschneidenden Shredder (4) eine Trocknungseinrichtung (16) vorgeordnet und ein Pyrolyse­ ofen (5) nachgeordnet ist und daß sich schwelgasseitig eine Entstaubung (17) und koksseitig eine Elektrolyse (11) an­ schließen.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung des Pyrolyseofens (5) mit dem gereinigtem Pyrolysegas betreibbar ist.

8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pyrolyseofen (5) und Elektrolyse (11) ein Sichter (12) nachgeordnet ist.