DE4410585A1 - Verfahren zum Entfernen von Schwermetallen aus Erdboden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Schwer­ metallen aus Erdboden gemäß dem ersten Patentanspruch.

Vielfach wurde bereits der Vorschlag gemacht, in schwermetall­ belastete Erdböden Ionenaustauscher in der üblichen, körnigen Form homogen verteilt einzubringen (z. B. G. Jansen und C. Van Assche in Plant and Soil, 49 (1978) 229-249; H. Heller in Landwirtsch. Forsch., 32(1-2) (1979) 138-149; H. D. Mohr in Z. Planzenernaehr. Bodenkd. 143 (1980) 494-504; G. Schönhard in Landwirtsch. Forsch. 32(4) (1979) 395-404).

Die Verwendung von chelatbildenden Ionenaustauscherharzen zur Substratbehandlung ist in der DE 24 34 593 A1 beschrieben. Auch hier wird vorgeschlagen, die Ionenaustauscher durch Har­ ken oder Umgraben mit dem Substrat, etwa mit schwermetallbela­ steten Erdböden, möglichst innig zu vermischen.

Bei diesen Vorschlägen handelt es sich nicht um Verfahren zum Entfernen von Schwermetallen aus Erdböden im eigentlichen Sinn, denn die Schwermetalle werden nicht aus dem Erdboden entfernt, sondern lediglich am Ionenaustauscher fixiert. Die Dauer der Fixierung hängt zudem von der Beständigkeit des Io­ nenaustauschers im Erdboden und vom Bodenmilieu ab; es ist zu erwarten, daß die fixierten Schwermetalle zumindest nach län­ gerer Zeit wieder freigesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen von Schwermetallen aus Erdböden vorzuschlagen, bei dem die Schwermetalle an Ionenaustauscher fixiert werden und bei dem es zugleich möglich ist, die fixierten Schwermetalle aus dem Boden zu entfernen. Die Entfernung der Schwermetalle soll in situ, somit ohne Ausheben des Bodens, möglich sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im ersten Pa­ tentanspruch beschriebene Verfahren gelöst. Die weiteren An­ sprüche beschreiben bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, den Io­ nenaustauscher in einer Weise in den Erdboden einzubringen, in der er rückholbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch er­ reicht, daß der Ionenaustauscher in der üblichen, körnigen Form in ein wasserdurchlässiges, unverrottbares Behältnis ein­ gefüllt und das mit Ionenaustauscher gefüllte Behältnis in den Erdboden eingesetzt wird.

Schwermetalle stellen im Erdboden vor allem dann eine Gefahr dar, wenn sie in ionischer Form vorliegen. Am häufigsten sind Böden durch Blei, Cadmium, Zink, Chrom und Nickel kontami­ niert. Pflanzen können Schwermetalle praktisch nur aus ihren wäßrigen Lösungen aufnehmen. Zur Verminderung der Schwerme­ tallkontamination eines Bodens müssen daher insbesondere die löslichen Schwermetallanteile entfernt werden. Der Ionenaus­ tauscher muß deshalb beim erfindungsgemäßen Verfahren für Lö­ sungen der Schwermetalle zugänglich sein. Als Material für das Behältnis sind aus diesem Grund alle Materialien geeignet, die für die wäßrigen Lösungen der Schwermetalle im Erdboden durch­ lässig sind und während der Verweilzeit im Boden nicht zer­ stört oder stark angegriffen werden. Das Behältnis kann eine weiche oder formstabile Umhüllung mit offenen Poren darstel­ len, wobei die Korngröße des Ionenaustauschers größer als die Porengröße sein sollte.

Bevorzugt wird als Behältnis ein Beutel aus einem gewebten, hydrophilen Stoff. Gewebe aus einem hydrophilen Material er­ scheinen besonders geeignet, weil ein Gewebe eine Vielzahl feiner Poren aufweisen, über die der Schwermetallaustausch zwischen Boden und Ionenaustauscher erfolgen kann. Die Fein­ heit der Poren in Gewebe verhindert gleichzeitig, daß der Io­ nenaustauscher mit feinen Bodenpartikeln in Berührung kommt und dadurch in seiner Austauschfähigkeit beeinträchtigt wird. Besonders geeignet erscheinen Gewebe aus einem Kunststoff. Als Kunststoff wird Polyester bevorzugt. Selbstverständlich muß das Material ausreichend dick sein, so daß das mit Ionenaus­ tauscher gefüllte Behältnis im Feldeinsatz nicht reißt.

Als Ionenaustauscher können alle bekannten Ionenaustauscher verwendet werden, die Schwermetalle adsorbieren. Ist bekannt, daß der Erdboden vorwiegend mit bestimmten Schwermetallen ver­ unreinigt ist, wird ein für diese Schwermetalle besonders ge­ eigneter Ionenaustauscher ausgewählt.

Die Größe des Behältnisses und und die enthaltene Menge an Io­ nenaustauscher richtet sich nach der Kapazität des Ionenaus­ tauschers, nach dem Grad der Schwermetallverseuchung und nach der vorgesehenen Verweilzeit im Boden. Bevorzugt hat das Be­ hältnis eine solche Form oder kann in eine solche Form ge­ bracht werden, daß es langgestreckt senkrecht in den Boden eingebracht werden kann und seine Länge der Pflugtiefe ent­ spricht.

Das Einbringen und Entnehmen des Behältnisses wird erleich­ tert, wenn in den Boden ein perforiertes Rohr in den Boden eingesetzt wird, das das Behältnis bereits enthält oder auf­ nehmen kann. Das Rohr ist vorzugsweise mindestens so lang, daß es sich bis zur Pflugtiefe in den Boden einsetzen läßt. Der Innendurchmesser des Rohres kann im Bereich von 1 bis 10 cm liegen. Es erweist sich als günstig, wenn das Rohr so weit aus dem Boden ragt, daß es später leicht wieder aufgefunden werden kann. Die Erkennbarkeit läßt sich durch eine auffällige Farbe verbessern.

Das Rohr sollte ebenfalls aus einem nicht verrottbaren Mate­ rial, z. B. aus einem Kunststoff, bestehen. Für die Perforie­ rung bestehen prinzipiell keine Einschränkungen, solange die notwendige mechanische Stabilität für die Hantierung und das Einsetzen gewahrt bleibt. Es kann beispielsweise aus einem gitter- oder lochblechartigen Material mit Gitter- bzw. Loch­ weiten von 0,5 cm bis 2 cm hergestellt sein. Gut geeignet sind auch Rohre aus spiralförmig gewickelten Kunststoffstreifen, wie sie zur Bewässerung von Bäumen eingesetzt werden.

Das Rohr kann so geformt sein, daß es sich ohne Grabwerkzeug in den Boden einbringen läßt. Beispielsweise kann es einseitig mit einer nicht perforierten Spitze aus Edelstahl versehen sein, die das Einsetzen in den Boden erleichtert. Andernfalls kann mit Hilfe einer Eisenlanze oder eines Spiralbohrers ein für das Einsetzen des Rohrs ausreichend bemessenes Loch im Bo­ den angelegt werden.

Für größere Bodenflächen reicht es selbstverständlich nicht aus, ein einziges, mit Ionenaustauscher gefülltes Behältnis vorzusehen, denn die Diffusion der Schwermetalle im Boden er­ folgt langsam. In diesem Fall werden Behältnisse in größerer Anzahl in möglichst regelmäßigen Abständen, z. B. 1 bis 2 m, in den Boden eingebracht. Um den Ort des Behältnisses entsteht dabei eine Zone mit verminderter Schwermetallkonzentration, deren Größe und deren Konzentrationsprofil durch die Diffusi­ onsgeschwindigkeit der Schwermetalle und die Verweilzeit im Boden gegeben ist. Wegen des gestörten Schwermetall-Gleichge­ wichts am Ort des Ionenaustauschers diffundiert fortwährend Schwermetall von außen in die Zone ein.

Der Ionenaustauscher wird nach längerer Zeit, sinnvollerweise jedoch vor Erschöpfung des Ionenaustauschers, dem Boden wieder entnommen. Vorzugsweise wird das Behältnis zusammen mit dem Ionenaustauscher aus dem Boden entfernt; hierdurch wird die Entnahme und der Transport des Ionenaustauschers wesentlich vereinfacht. Die Menge an Ionenaustauscher wird vorzugsweise so bemessen, daß die Ionenaustauscher eine Vegetationsperiode im Boden belassen werden können. Die Wirkung des Ionenaustau­ schers wird unterstützt, wenn auf dem Boden nicht für den Ver­ zehr bestimmte Nutzpflanzen oder Energiepflanzen angebaut wer­ den. Eine zusätzliche Bewässerung vergrößert die Mobilität der Schwermetalle und damit die am Ionenaustauscher adsorbierbare Menge an Schwermetallen. Wurden die Behältnisse in ein perfo­ riertes Rohr eingesetzt, kann das Rohr selbst im Boden belas­ sen werden, sofern es bei der Bodenbearbeitung nicht stört.

Der Ionenaustauscher kann anschließend wieder regeneriert und erneut eingesetzt werden. Dieser Vorgang wird erleichtert, wenn der Ionenaustauscher während der Regenerierung im Behält­ nis verbleibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen auf. Die Schwermetalle werden im Boden nicht nur fixiert, sondern aus dem Boden entfernt. Da der Ionenaustauscher regeneriert werden kann, lassen sich die Kosten für Ionenaustauscher beträchtlich vermindern. Der Boden wird nicht verändert und insbesondere nicht durch Zusatz­ stoffe, insbesondere durch Chemikalien, belastet. Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit einfachen Hilfs­ mitteln und Gerätschaften einfach und kostengünstig durchfüh­ ren.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere zur Bo­ denreinigung auf schwermetallkontaminierten Flächen im Umkreis von Fabriken zur Metallgewinnung und -verarbeitung einsetzen. Zielgebiete sind Flächen, die durch Bergbau, Hüttenwesen, me­ tallverarbeitende Industrie mit Schwermetall belastet sind, außerdem Rieselfelder und klärschlammexponierte Areale. Solche Flächen können nach der Behandlung ggf. wieder landwirtschaft­ lich genutzt werden. Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht bei der Beseitigung von punktuellen Schwermetall-Spitzenkon­ zentrationen, etwa nach Havarien oder bei Industriealtlasten. Hier kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in Kombination mit anderen Verfahren angewandt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Entfernen von Schwermetallen aus Erdboden, bei dem

• a) ein die Schwermetalle adsorbierender Ionenaustauscher in mindestens ein für wäßrige Lösungen der Schwermetalle durchlässiges, unverrottbares Behältnis eingefüllt,
• b) das Behältnis mit dem Ionenaustauscher in den Erdboden eingebracht und
• c) vor Erschöpfung der Kapazität des eingefüllten Ionenaus­ tauschers der Ionenaustauscher dem Erdboden entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der mit Schwermetall be­ ladene Ionenaustauscher regeneriert und erneut eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die der beladene Ionen­ austauscher in dem Behältnis regeneriert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein perforiertes Rohr in den Erdboden eingebracht wird, das das Behältnis mit dem Ionenaustauscher umschließt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Be­ hältnis in Form eines Beutels aus einem hydrophilen Gewebe.

6. Verfahren nach Anspruch 5 mit einem Beutel aus Polyesterge­ webe.