DE4323610C1 - Biopolder zur biologischen Reinigung von Böden und Schlämmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Biopolder nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1. Als Biopolder ist hierbei ein Zwischenlager für die zu reinigenden Böden oder Schlämme zu verstehen, in welchem biologische Prozes­ se ablaufen.

Aus der DE 35 08 916 A1 sind ein Verfahren und eine Anlage zum Reinigen von Abwasser mit Hilfe von Pflan­ zen, deren Wurzeln im Zusammenwirken mit Bodensub­ straten und Mikroorganismen im Abwasser enthaltende Schmutzsubstanzen binden und abbauen, bekannt. Dabei werden in einer ersten Reinigungsstufe unter aeroben Verhältnissen dem Abwasser Sauerstoff zugeführt und im Abwasser enthaltene Stickstoffverbindungen nitri­ fiziert. In einer zweiten Reinigungsstufe werden die Stickstoffverbindungen unter schwach anaeroben Ver­ hältnissen dem Abwasser durch Denitrifikation entzo­ gen.

Weiterhin werden in Kraft, H.: "Zur Problematik der Konstruktion von Sumpfpflanzenkläranlagen" in DE-Z Korrespondenz Abwasser, 31. Jahrgang, 10/1984, Seiten 840 bis 846, verschiedene Systeme von Sumpfpflanzen­ kläranlagen beschrieben. In diesen wird rohes oder unterschiedlich, üblicherweise mechanisch vorbehan­ deltes Abwasser in mit Helophyten besetzten und mit unterschiedlichen Filtermaterialien wie Sande und Kiese oder humushaltige Böden gefüllten Pflanzenbek­ ken durch vertikale oder horizontale Filtration im Wurzelraum sowie auch durch Passage der Halmzone ge­ reinigt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Biopolder zur biologischen Reinigung und/oder Minera­ lisierung von Böden und Schlämmen sowie zur biologi­ schen Reinigung von Abwasser, die mit organischen und anorganischen Schadstoffen belastet sind, zu schaf­ fen, in welchem sowohl die organischen als auch die anorganischen Schadstoffe weitestgehend in unschädli­ che Substanzen oder in schwer- bzw. unlösliche Ver­ bindungen umgewandelt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfin­ dungsgemäßen Biopolders ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Dadurch, daß mindestens ein aerober Bereich und ein anaerober Bereich übereinander angeordnet sind, der­ art, daß die im aeroben Bereich nicht beseitigten Schadstoffe durch die Schwerkraft aus dem aeroben Bereich in den anaeroben Bereich gelangen, wodurch sie aufeinanderfolgenden oxidativen und reduzierenden Prozessen unterworfen sind, können nicht nur rein organische, sondern auch anorganische Schadstoffe in Form von Salzen biologisch abgebaut sowie auch etwai­ ge Schwermetalle in schwerlösliche Verbindungen umge­ wandelt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Diese zeigt einen Biopolder im Querschnitt.

Der in das Erdreich 1 eingelassene Biopolder weist diesem gegenüber eine Abdichtung in Form einer was­ serdichten Folie 2 auf. Der Boden des Biopolders ist mit einer relativ groben Drainageschüttung 3 mit ei­ ner Höhe von etwa 10 cm bedeckt, die den anaeroben Bereich des Biopolders darstellt. Diese ist entweder mit Eisenverbindungen, z. B. Eisen-III-Oxidhydrat, versetzt oder besteht vollständig aus partikulären Eisenverbindungen, beispielsweise Raseneisenerz.

Oberhalb der Drainageschüttung 3 befindet sich eine Boden- oder Schlammschicht 4 mit einer Höhe von etwa 75 cm, die mit organischen und anorganischen Schad­ stoffen belastet ist. Diese Schicht 4 stellt den aer­ oben Bereich des Biopolders dar, in welchem die Schadstoffe durch Mikroorganismen - soweit dies mög­ lich ist - durch aerobe Prozesse abgebaut werden. Um diese Prozesse zu fördern, wird die Schicht 4 nach ihrem Einbringen in den Biopolder mit geeigneten Pflanzen 5 oder entsprechenden Rhizomen bepflanzt, durch deren feine Wurzeln 6 atmosphärischer Sauer­ stoff in die Schicht 4 gelangt. Der Sauerstoff dif­ fundiert aus den Wurzeln in das nähere Umfeld des Wurzelbereichs. Hierdurch werden aerobe Mikroorganis­ men ausreichend mit Sauerstoff versorgt, wodurch es möglich ist, daß diese die organischen Schadstoffe auf aeroben Weg oxidieren.

Zwischen der Drainageschüttung 3 und der Boden- oder Schlammschicht 4 ist ein wasserdurchlässiges Vlies 7 angeordnet, das das Eindringen sowohl des Bodenmate­ rials oder Schlamms als auch der Wurzeln 6 in die Drainageschüttung 3 verhindern soll. Das Vlies 7 kann durch einen Kunststoffrost gegen mechanische Einwir­ kungen geschützt sein, insbesondere, wenn der Biopol­ der mehrmals mit Bodenmaterial oder Schlamm gefüllt und wieder entleert wird.

Durch eine Seitenwand 8 mit eingebautem Wasserstands­ regler 9 kann eine geeignete Wasserstandshöhe im Bio­ polder eingestellt werden. Das aus dem Biopolder aus­ tretende überschüssige Wasser wird entweder durch ein Grabensystem oder eine Pumpe 10 abgeführt.

Schließlich kann die Seitenwand 8 im oberen Bereich mit einem Wehr 11 versehen sein, welches verhindert, daß der Biopolder bei starkem Regenfall geflutet wird.

Die Arbeitsweise des Biopolders ist wie folgt.

Die im Boden oder Schlamm vorhandenen organischen Schadstoffe, z. B. Mineralöle, werden durch aerobe Mikroorganismen oxidiert (mineralisiert), wobei im wesentlichen Kohlendioxid (CO₂), Wasser (H₂O), Phos­ phorsäure (H₃PO₄), Salpetersäure (HNO₃), Schwefelsäure (H₂SO₄) und Zellsubstanz bzw. Asche entstehen. Nitrate werden im aeroben Bereich durch nitrifizierende Mi­ kroorganismen in Stickstoffdioxid (NO₂) und Wasser umgesetzt.

Die Aktivität der aeroben Mikroorganismen kann durch gezielte Zugabe von Nährstoffen und/oder Zuschlag­ stoffen gefördert oder stabilisiert werden. Ein ge­ eigneter Zuschlagstoff ist beispielsweise Calciumkar­ bonat, das zur pH-Pufferung dient. Aufgrund der aer­ oben Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen ent­ stehen unter anderem Säuren, die durch das einge­ brachte Calciumkarbonat gepuffert werden, so daß die Lebensbedingungen für die Mikroorganismen weitgehend konstant gehalten werden können. Diese Pufferung ver­ hindert ebenfalls einen Verlust der Selektivität der Zellenmembranen der Wurzeln 6 für die notwendigen Nähr- und Spurenstoffe.

Durch den Regeneintrag erfolgt eine Wanderung von im aeroben Bereich nicht umgesetzten Schadstoffen sowie von Umwandlungsprodukten der aeroben Prozesse, z. B. von Salzen, wie Sulfaten oder Phosphaten, sowie von Schwermetallen aus dem aeroben in den anaeroben Be­ reich.

Im anaeroben Bereich werden beispielsweise Sulfate durch Mikroorganismen zu Sulfid (S^2-) reduziert. Die­ ses reagiert mit Schwermetallen zu schwerlöslichen Metallsulfiden, z. B. mit Quecksilber zu Quecksilber­ sulfid oder mit Eisen zu Eisensulfid.

Phosphate reagieren mit den in der Drainageschüttung 3 vorhandenen Eisenverbindungen, so beispielsweise FeO(OH) mit H₃PO₄ zu FePO₄ und 2H₂O.

Stickoxide schließlich werden im anaeroben Bereich durch denitrifizierende Mikroorganismen in Stickstoff und Sauerstoff bzw. Wasser umgesetzt.

Beim Einsatz des Biopolders für die Reinigung von Abwasser wird dieses von oben in den Biopolder einge­ leitet. Das Abwasser durchströmt zunächst den aeroben und dann den anaeroben Bereich, wobei die gleichen Reinigungsprozesse wie vorstehend beschrieben ablau­ fen. Das gereinigte Wasser wird über das Grabensystem oder durch die Pumpe 10 abgeführt.

Damit die Umsetzungsprozesse im Biopolder möglichst schnell ablaufen, können diese insbesondere durch folgende Maßnahmen gefördert werden: Pflege der Pflanzen, Regelung des Wasserstands, Überwachung der Nährstoffkonzentration und des Schadstoffabbaus.

Claims (10)

1. Biopolder zur biologischen Reinigung und/oder Mineralisierung von Böden und Schlämmen sowie zur biologischen Reinigung von Abwasser, die mit organischen und anorganischen Schadstoffen bela­ stet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein aerober Bereich (4) und ein anaerober Bereich (3) übereinander angeordnet sind, derart, daß im aeroben Bereich (4) nicht beseitigte Schadstoffe durch die Schwerkraft aus dem aeroben Bereich (4) in den anaeroben Bereich (3) gelangen, wodurch sie aufeinanderfolgend oxidativen und reduzierenden Prozessen unterwor­ fen sind.

2. Biopolder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der aerobe Bereich (4) durch den zu reinigenden und/oder zu mineralisierenden Boden oder Schlamm selbst gebildet wird.

3. Biopolder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der aerobe Bereich (4) zur Sauerstoffzuführung bepflanzt ist.

4. Biopolder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem aeroben Bereich (4) und dem anaeroben Bereich (3) ein wasserdurchlässiges Vlies (7) angeordnet ist.

5. Biopolder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der anaerobe Bereich durch eine Dränageschüttung (3) gebildet ist.

6. Biopolder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der anaerobe Bereich (3) zur Festlegung von Phosphaten mit Eisenver­ bindungen versetzt ist oder vollständig aus Ei­ senverbindungen besteht.

7. Biopolder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Eisenverbindungen Eisen-III-Oxidhy­ drat oder Raseneisenerz sind.

8. Biopolder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (9) zur Regelung des Wasserstandes in diesem vorge­ sehen ist.

9. Biopolder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß dem zu reinigenden Boden oder Schlamm (4) Nährstoffe für die die Reinigung bewirkenden Mikroorganismen und/oder die Reinigung fördernde Zuschlagstoffe beigefügt sind.

10. Biopolder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zuschlagstoffe den pH-Wert regeln.