DE4411154C1

DE4411154C1 - Verfahren zur biologischen Behandlung von schadstoff-kontaminierten, Agglomerate enthaltenden Feststoffzusammensetzungen

Info

Publication number: DE4411154C1
Application number: DE4411154A
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenter Dipl I Knackstedt
Original assignee: Hgn Hydrogeologie Ingenie GmbH
Current assignee: HYDROGEOLOGIE GMBH, 99734 NORDHAUSEN, DE
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2014-03-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behand lung von mit Schadstoffen kontaminierten, Agglomerate enthal tenden Feststoffzusammensetzungen.

Biologische Verfahren zur Reinigung von Feststoffen werden der zeit lediglich bei Feinkorngehalten < 40% angewendet. Dabei wird der Feststoff erdfeucht gehalten. Die Schadstoffe sind jedoch in der Regel in erhöhtem Maße im Feinkornanteil enthal ten. Der Feinkornanteil ist häufig zu Klumpen gebunden, die nicht aufzulösen sind. Dies gilt auch bei Zugabe von Wasser. Diese Konglomerate weisen weiterhin eine ungünstige Verteilung der Mikroorganismen auf, da sie im Inneren arm an Sauerstoff und Wasser sind und die Mikroorganismen deshalb häufig nur an den Außenflächen der Agglomerate angesiedelt sind.

Dies führt dazu, daß feinkörnige Feststoffe derzeit nicht bio logisch gereinigt werden können. Die Reinigung, beispielsweise von feinkörnigen Böden, erfolgt daher üblicherweise durch Aus glühen des Materials. Dabei entsteht eine von allen organischen Bestandteilen freie Asche, die in dieser Form nicht mehr boden typisch eingebaut werden kann.

Darüber hinaus sind alle bisher bekannten Prozesse Batch-Pro zesse, die erheblichen Platz- und Raumbedarf aufweisen. Dies ist auch eine Folge der schlechten Rieselfähigkeit der zu be arbeitenden Feststoffe.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, durch das mit Schadstoffen kontaminierte, Ag glomerate enthaltende Feststoffzusammensetzungen mit einem ho hen Gehalt an feinen Teilchen einer biologischen Behandlung zugänglich gemacht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 näher gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Die erfindungsgemäß durchgeführte Zerkleinerung geht über das Maß der im Stand der Technik vorgeschlagenen Zerkleinerungen hinaus. Die im Stand der Technik durchgeführten Zerkleinerungen dienen dazu, bestimmte Korngrößenspektren herzustellen, zielen aber nicht darauf, die Einzelpartikel freizulegen. Es liegen deshalb weiterhin Partikel bzw. Körner als Partikelagglomerate vor. Diese Partikel sind beispielsweise mittels der zu entfer nenden Schadstoffe miteinander verklebt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten üblichen Zerkleinerungen zielen darauf, eine vorbestimmte Teilchengröße zu erreichen; erfindungsgemäß werden dagegen die schadstoffbeladenen Flächen soweit zerklei nert, bis die mit den Schadstoffen beladenen Grundpartikel freiliegen.

Der Gehalt an feinen Teilchen (Feinkorngehalt) liegt bei 35 Gew.-%. Der Feinkorngehalt kann auch größer als 40 Gew.-% betragen, beispielsweise 50 Gew.-%.

Die Agglomerate enthaltende Feststoffzusammensetzung ist bevor zugt ein mit Schadstoffen belasteter Boden.

Erfindungsgemäß werden demnach Feststoffe mit einem hohen Fein korngehalt derart behandelt, daß die festen Agglomerate zer stört und die mit den Schadstoffen kontaminierten feinen Teil chen einer biologischen Behandlung zugänglich gemacht werden. Hierdurch wird das Innere der Agglomerate freigelegt und die dort vorhandenen Schadstoffe werden bioverfügbar.

Als Zerkleinerungsvorrichtungen können beispielsweise Mühlen oder Mischvorrichtungen eingesetzt werden. Das zerkleinerte Gut kann, ggfs. nach Absiebung, einem biologischen Reinigungsver fahren kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt werden.

Der aufbereitete Feststoff, z. B. Boden, wird zunächst mit Flüs sigkeit, vorzugsweise Wasser, und weiteren Zusätzen, wie z. B. Tensiden, versetzt und homogenisiert. Ebenfalls können Nährsal ze und weitere für die spätere biologische Behandlung erforder liche Reaktionsstoffe zugesetzt werden. Ein erhöhter Wasserge halt verbessert die Bioverfügbarkeit der Schadstoffe und ver hindert in Verbindung mit der fortgesetzten Bewegung des Schlammes die Bildung neuer Agglomerate.

Der Bioreaktor wird bevorzugt mit solchen Mikroorganismen ver setzt, die zum spezifischen Abbau der Schadstoffe adaptiert wurden. Dies ist insbesondere deshalb notwendig, weil durch die Reibung während des Mahlvorganges Mikroorganismen zerstört wer den und weil die im Boden vorhandene natürliche Mikroflora nicht zwangsläufig optimal für den Abbau der Schadstoffe geeig net ist.

Durch die in diesem Reaktor entstehende Reibung zwischen den Partikeln wird der Feststoff weiter aufgeschlossen, und die Schadstoffe werden von den vorhandenen Oberflächen bereits teilweise abgelöst. Die mechanische Belastung des Schlammes ist dabei möglichst hoch einzustellen. Aus dem Mischbehälter wird der schadstoffbeladene Schlamm kontinuierlich oder diskon tinuierlich dem Bioreaktor zugeführt.

Es muß durch Einstellung der verfahrenstechnischen Parameter sichergestellt sein, daß der neu eingefüllte aufgeschwemmte Feststoff dort stets auf eine bereits vorbehandelte Menge an Schlamm trifft, der eine ausreichende Population von zum Abbau von Schadstoffen befähigten Mikroorganismen enthält. Dies ist in einem kontinuierlich arbeitenden Reaktor in der Regel der Fall. Bei einem diskontinuierlich arbeitenden Reaktor ist das Volumen des Bioreaktors so zu wählen, daß er aus der vorherge henden Charge stets noch einen Anteil an mit arbeitsfähigen Mikroorganismen versetzten Feststoff enthält, der dann mit dem vollen Inhalt des Aufschwemmreaktors aufgefüllt wird. Nach vor liegenden Erfahrungen sollte das Volumen das Bioreaktors ca. das 1,5fache dessen des Aufschwemmreaktors betragen.

Es ist aber auch möglich, den Mischer selbst als Bioreaktor zu betreiben. Dies kann jedoch nur bei diskontinuierlicher Fahr weise geschehen. Dazu ist die Bewegung des Mischers zu verrin gern und ihm ist mit Biomasse angereicherter schlammförmiger Boden von außen zuzuführen.

Im Bioprozeß wird der aufgeschwemmte Feststoff auf sehr scho nende Weise bewegt. Diese Bewegung dient lediglich der gleich mäßigen Verteilung der Mikroorganismen, ihrer Nährstoffe und dem Einbringen von Luft. Die Luft kann beispielsweise sowohl über die Absorption an der Schlammoberfläche als auch durch Düsen eingebracht werden.

Bei Bioreaktoren als gesonderten Apparateteil können übliche Reaktoren wie Rührkesselfermenter, Drehrohre oder ähnliches verwendet werden. Nach der biologischen Reinigung ist der Schlamm zu entwässern und kann dann wiederverwendet werden.

Erfindungsgemäß werden die feinkörnigen, feststoffhaltigen, mit Schadstoffen belasteten Feststoffzusammensetzungen vor, während oder nach dem Zerklei nerungsvorgang mit ein oder mehreren Silanen zur Verbesserung der Fließfähigkeit vermischt, worauf sich der Schadstoffabbau durch Mikroorganismen anschließt.

Durch Zugabe von Silanen wird der Stofftransport in den Fest stoffen oder Schlämmen erhöht.

Bei den Silanen handelt es sich um verzweigte oder unverzweigte Silicium-Wasserstoff-Verbindungen, die auch ringförmige Cyclo silane umfassen. Silane sind die Si-Homologen der Alkane, die binäre Verbindungen der allgemeinen Formel Si_nH_2n+2 darstellen. Im Gegensatz zu den Kohlenwasserstoffen sind die Silane sehr instabil. Die Silane hydrolysieren im leicht sauren pH von 6 und leicht basischen pH 8 Milieu, das bei schadstoffbelasteten Feststoffen in der Regel vorliegt oder durch geringe Zugabe von Säuren und Laugen leicht schadlos hergestellt werden kann. In diesen pH-Bereichen sind Mikroorganismen bevorzugt lebensfähig.

Die Silane sind ungiftige Stoffe und führen nicht zu einer Be einträchtigung der Umwelt. Dies ist wesentlich für die Weiter verwendung gereinigter Böden und Schlämme nach erfolgter Rei nigung. Silane gehen mit den Siliziumteilen im Feststoff (z. B. den Sand-, Ton- und Schluffanteilen von schadstoffbelasteten Böden) sehr feste Si-O-Si-Bindungen ein, und die Alkanreste schirmen dann z. B. ein Bodenpartikel gegen andere Feststoff teilchen ab. So ist die Bildung von Konglomeraten nicht mehr möglich. Zuvor in Zwickeln vorhandene Schadstoffe werden damit freigegeben. Das Fließverhalten der Schüttgüter wird ebenfalls verbessert. Auf diese Weise können für die schadstoffabbauenden Mikroorganismen die Arbeitsbedingungen verbessert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei der Reinigung von feinkörnigem Boden eingesetzt. Der Feinkorngehalt der Böden kann dabei bis zu 90 Gew.-% betragen. Der Feststoff gehalt beträgt bis ca. 85 Gew.-%, der Feuchtigkeitsgehalt bei 20 Gew.-%, bevorzugt bei ca. 15 Gew.-%. Die Korngröße des Feinkornanteils im Feststoff ist 4000 µm, bevorzugt 3000 µm, insbesondere bevorzugt 2000 µm. Solche Böden sind biolo gisch nur zu behandeln, wenn der Wassergehalt auf ca. 50 Gew.-% erhöht wird.

Die erforderliche Zugabemenge von Silanen für die Erhöhung der Fließfähigkeit von Feststoffen ist deutlich geringer als die entsprechend erforderliche Wassermenge. Geht man davon aus, daß bei einem typischen feinkörnigen Boden mit einem üblichen Wassergehalt von ca. 15 Gew.-% noch eine Wasserzugabe von mind. 20 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse, zur Einstellung guter Umgebungsverhältnisse für die Mikroorganismen erforderlich ist, so ist bei Zugabe von Silanen nur eine Zugabe von max. 1 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,2 Gew.-% erforderlich.

Nach Abschluß des biologischen Reinigungsprozesses ist es im Gegensatz zur Wasserzugabe beim Einsatz von Silanen nicht erfor derlich, diese wieder zu entfernen. Vorzugsweise werden die Silane nach Abbau der Schadstoffe durch die eingesetzten Mikroorganismen abgebaut. Sind die geeigneten Mikroorganismen nicht im Feststoff enthalten, werden sie von außen zugemischt. Durch Abbau der Alkanreste der Silane im Feststoffgemisch durch die Mikroorganismen wird der Feststoff wieder verfestigt. Im Feststoff verbleibt nur ein Si-O-Si-Rest, der überall in natürlicher Form vorkommt. Der Feststoff ist damit uneingeschränkt wieder verwendbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zur Reinigung von mit Kohlenwasserstoffen verunreinigten Feststoffen wie Bö den angewandt. Insbesondere können Schadstoffe wie Mineralöl kohlenwasserstoffe und polycyclische aromatische Kohlenwasser stoffe, aber auch andere schädliche organische Stoffe nach Zu gabe der Silane durch die zugesetzten Mikroorganismen abgebaut werden.

Beispielsweise wird ein feinkörniger schadstoffbelasteter Boden, beispielsweise in einer Wanne, mit Silan vermischt und so lange einer Zerkleinerungsbeanspruchung unterzogen, bis die festen Agglomerate zerstört und die mit den Schadstoffen konta minierten feinen Teilchen einer biologischen Behandlung zugäng lich sind. Der Boden wird dabei fließfähig. Gleichzeitig werden die Schadstoffe über das Silan in die Wasserphase überführt. Mit dem Silan werden gleichzeitig Nährstoffe für die Mikroorganismen eingebracht. Die Mobilität der Mikroorga nismen wird erhöht.

Das so erhaltene fließfähige Produkt wird mit Luft durchströmt, die über das vorhandene Wasser-Silan-Gemisch gleichmäßig ver teilt und darin gespeichert wird. So werden günstige Lebensver hältnisse für die Mikroorganismen hergestellt und ein beschleu nigter Abbau wird herbeigeführt.

Durch die eingebrachte Luft in Verbindung mit der Fließfähig keit des Produktes wird dieses zusätzlich vermischt. Dadurch wird ebenfalls ein gleichmäßiger und beschleunigter Schadstoff abbau ermöglicht.

Nach Abbau der Schadstoffe greifen die Mikroorganismen das Silan bzw. dessen Hydrolyseprodukte an. Anschließend wird der Boden aus der Wanne entfernt und kann als Auffüllmateri al ohne Einsatz zusätzlicher Prozesse verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur biologischen Behandlung von schadstoff-kon taminierten, Agglomerate enthaltenden Feststoffzusammen setzungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Agglomerate enthaltende Feststoffzusammensetzung mit 35 Gew.-% an feinen Teilchen mit einer Korngröße 4000 µm zumindest so lange einem Zerkleinerungsvorgang unterzogen wird, bis die Agglomerate soweit aufgeschlossen sind, daß die mit Schadstoffen kontaminierten inneren Oberflächen freigelegt sind, und wobei weiterhin vor, wäh rend oder nach dem Zerkleinerungsvorgang der Feststoffzu sammensetzung ein oder mehrere Silane zur Verbesserung der Fließfähigkeit der feinkörnigen Zusammensetzung beigemengt werden, worauf sich der Schadstoffabbau durch Mikroorga nismen anschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feststoffzusammensetzung mit einem Gehalt an fei nen Teilchen 40 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffzusammensetzung ein Boden eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschlossenen Feststoffzusammensetzungen einem Bioreaktor zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschlossenen Feststoffzusammensetzungen mit einer Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, vermischt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bioreaktor spezifisch auf den Abbau der Schadstof fe adaptierte Mikroorganismen zugeführt werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschluß in einer Mühle oder einer Mischvorrich tung vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Feststoffbestandteile abgesiebt werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor diskontinuierlich betrieben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer als Bioreaktor betrieben wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffzusammensetzungen mit einem Feinkorngehalt bis zu etwa 95 Gew.-%, bevorzugt bis zu 90 Gew.-%, verwen det werden.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffzusammensetzungen mit einer Korngröße des Feinkornanteils 3000 µm, bevorzugt 2000 µm, verwendet werden.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffzusammensetzungen mit einem Feuchtigkeitsge halt von 20 Gew.-%, bevorzugt 15 Gew.-%, verwendet werden.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß biologisch abbaubare Silane verwendet werden.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Silane in einer Menge von 1 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 0,2 Gew.-%, zuge setzt werden.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Kohlenwasserstoffen, insbesondere Mineralölkohlen wasserstoffen und/oder polycyclischen aromatischen Kohlen wasserstoffen kontaminierte Feststoffzusammensetzungen behandelt werden.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Silanen versetzte Zusammensetzung während des Abbaues der Schadstoffe durch die Mikroorganismen von Luft durchströmt wird, und/oder daß der Zusammensetzung Nährstoffe für die Mikroorganismen beigemengt werden und/- oder die Zusammensetzung auf eine solche Temperatur er wärmt wird, daß optimale Lebensbedingungen für die Mi kroorganismen entstehen.