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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Urbarmachen bzw.
Wiederaufbereiten von feuchten Böden,
die durch organische Verbindungen belastet sind.
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Das
Problem von durch organische Verunreinigungen, wie beispielsweise
Kohlenwasserstoffe, polynukleare Aromaten, organochlorierte Produkte, verschmutzter
Erde wird in industriellen Ländern
immer dramatischer, nicht nur bezüglich Eingriffen in den Boden
und bezüglich
Untergrundwasserschädigung,
sondern auch hinsichtlich der Notwendigkeit der Wiederaufbereitung
von Gebieten zur möglichen industriellen
und zivilen bzw. baulichen Nutzung.
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Ein
weiteres Problem, das für
die Erdölindustrie
typisch ist, ist die Behandlung von Bohrabraum vor der Entsorgung
in die See.
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Es
gibt viele Formen der Verschmutzung und verschiedene Eigenschaften
des einer Verschmutzung ausgesetzten Grundes. Diese Umstände erfordern
die Verfügbarkeit
von zahlreichen möglichen
Lösungen.
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Die „Bodenwasch"technik, die das
Waschen mit Wasser und gegebenenfalls Additiven (im Allgemeinen
Tensiden) beinhaltet, wird vielfach verwendet. Diese Technik hat
jedoch den Nachteil der Verwendung großer Wassermengen und die Wiedergewinnung
des oberflächenaktiven
Mittels ist eher schwierig und kostenaufwändig.
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Andere
Verfahren auf dem bekannten Fachgebiet sind jene, die organische
Lösungsmittel,
wie beispielsweise Methylenchlorid oder verflüssigte C2-C4-Kohlenwasserstoffe verwenden. Verschmutze Erde,
die hohe Mengen Wasser aufweist, ist mit Hilfe der Extraktion mit
einem Lösungsmittel
schwierig zu behandeln.
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Bezüglich Böden mit
hohen Wassermengen bis zu der Feldsättigungsgrenze gibt es auf
dem bekannten Stand der Technik ein Patent (
US 5 585 002 ), das ein extrahierendes
Gemisch betrifft, welches aus einem Lösungsmittel-Colösungsmittel
(unter bevorzugten Bedingungen Ethylacetat-Aceton oder Essigsäure) in
solchen Verhältnissen
besteht, dass das in der Erde enthaltene Wasser eine einzige Phase
bildet. Ein Großteil
an von Schadstoffen gereinigter Bodenfraktion wird zusammen mit
einer flüssigen
Phase erhalten, die die feine Fraktion (weniger als 106 Mikrometer)
des Bodens und ebenfalls die Schadstoffe enthält. Bei diesem Verfahren ist
deshalb ein Gewinnungsschritt der feinen Erdfraktion notwendig.
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Wir
haben nun überraschenderweise
gefunden, dass diese Art von Erde, die dann mit einem Wassergehalt
von mehr als 10% entweder schlammig oder tonhaltig ist, eine feine
Bodenfraktion von mehr als 15–20%
hat; mit dem Lösungsmittel
Ethylacetat allein behandelt werden kann. Auf diese Weise wird das
Verfahren stark vereinfacht, da der Boden von Schadstoffen gereinigt
und aus sowohl einer groben als auch feinen Fraktion bestehend erhalten wird.
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In Übereinstimmung
damit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Abtrennung
von organischen Schadstoffen aus einer Verbindung, bestehend aus
Erde mit einem Wassergehalt von 10% bis zur Feldsättigungsgrenze
und besagten organischen Schadstoffen. Das Verfahren beinhaltet
folgende Stadien:
- (a) Mischen besagter Verbindung
mit Ethylacetatlösungsmittel
im Gewichtsverhältnis
von 0,5–2 zum
Boden;
- (b) Entfernen des Lösungsmittels
vom Boden durch Dekantieren;
- (c) Trockenlegung des Bodens im Stadium gemäß (b), wobei besagter Boden
sowohl die groben als auch die feinen und mit Wasser geklumpten
Teile umfasst;
- (d) Wiedergewinnung des Lösungsmittels
im Stadium gemäß (b) durch
Evaporation.
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Das
in Schritt (a) verwendete Lösungsmittel (Ethylacetat)
ist nicht toxisch, ist leicht bioabbaubar und ist deshalb für die Umgebung
sehr akzeptabel.
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Das
optimale Lösungsmittelverhältnis Gewicht/Gewicht
zum Boden liegt zwischen 0,5 und 2 und unter den bevorzugten Bedingungen
liegt es zwischen 0,5 und 1.
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Das
Trennen gemäß Schritt
(b) findet sofort am Ende des Mischens aufgrund der Tatsache statt, dass
die feine Fraktion in dem Boden durch das Wasser in geklumpter Form
gehalten wird, und, falls überhaupt,
nur ein kleiner Teil in das Extraktionslösungsmittel gelangt. Zum Trocknen
des Bodens (Schritt c) kann ein Drehtrommeltrockner, ein Band oder
eine andere kommerzielle Ausrüstung
bei einer Temperatur von etwa 80°C
verwendet werden, um die Rückstände des
Extraktionslösungsmittels
zu entfernen. Die Wiedergewinnung von erschöpftem Lösungsmittel (Schritt d) kann
mit einem Dünnfilmverdampfer
mit rauen Wänden,
der bei Atmosphärendruck
oder leichtem Druck arbeitet, ausgeführt werden, unter Gewinnung
der Fraktion, die aus dem Boden extrahiert wurde, und minimalen
Mengen Wasser am Boden des Kessels und einer Fraktion am Kopf, die
aus Extraktionslösungsmittel,
wie Schritt (a), besteht.
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Mit
dem gemäß der Erfindung
beschriebenen Verfahren ist es deshalb möglich, mit einem einzigen apolaren
Lösungsmittel
im Wesentlichen dekontaminierte Erde zu erhalten, die Wasser bei
Feldsättigungsgrenzen
enthält,
unter Gewinnung von Ergebnissen, die mit dem vorstehend beschriebenen System
mit zwei mit Wasser mischbaren Komponenten vergleichbar sind.
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Außerdem ist
die Ausführung
dadurch einfacher, dass:
- – die Trennung der inerten
Fraktion (insbesondere die feine Fraktion) von dem Lösungsmittel
durch einfaches Dekantieren erhalten wird;
- – das
erschöpfte
Lösungsmittel
leichter wiederzugewinnen ist, weil es arm an Wasser ist;
- – die
agronomischen Eigenschaften des Bodens unverändert verbleiben, da das daran
gebundene Wasser nicht von dem Lösungsmittel
entfernt wird, wodurch die Textur unverändert bleibt.
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BEISPIEL 1
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Eine
Bodenprobe, die von einer durch aromatische polycyclische Kohlenwasserstoffe
(IPA) verunreinigten Stelle entfernt wurde, hat die nachstehenden
Eigenschaften:
pH in wässriger
Lösung
6,96; in KCl 1 N 7,23
Feuchtigkeitsgehalt 25,3
Leitfähigkeit
1,07 mS/cm
Salzkonzentration 6,58 mÄquiv./100 g
Gesamt-IPA
2500 ppm (bestimmt durch Gaschromatographie)
Agronomische Charakterisierung:
Sand 59%, Schlamm 21%, Ton 19%.
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Ein
Kilogramm dieser Erde wird in einen rotierenden Zylinder, zusammen
mit 500 g Ethylacetat, gegeben und bei Raumtemperatur für 30 Minuten
unter Rühren
gesetzt. Nach Absetzen der Erde für 5 Minuten wird die flüssige Phase
auf einem Teflonfilter mit 0,46 μm
Löchern
filtriert, um das Gewicht der feinen Fraktion, die durch das Lösungsmittel
abgezogen wurde, zu bestimmen, was sich als 0,9% des Gewichts der
Erde erweist.
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Das
Ethylacetat wird aus der flüssigen
Fraktion durch Destillation an einem Rotationsverdampfer bei 90°C gewonnen.
470 g des Lösungsmittels
werden wiedergewonnen, das mit Zusatz von weiteren 30 g frischem
Ethylacetat, das für
einen zweiten Waschzyklus des Bodens verwendet wird, gewonnen wird.
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Die
Konzentration an IPA in dem Boden nach dieser zweiten Behandlung
nach Trocknen in Luft für 24
Stunden beläuft
sich auf 80 ppm. Dieser Wert liegt unterhalb der Höchstgrenze,
die durch das Gesetz zum Wiederverwenden von Flächen für industrielle Zwecke ((Bollettino
Ufficiale) Amtsblatt für
die Toskana Nr. 36, 16. Juni 1993) erlassen wurde.
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BEISPIEL 2
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Eine
Probe von 1 kg Boden von Beispiel 1 wird an der Luft für 48 Stunden
getrocknet, bis der Wassergehalt von 25,3 auf 3,2% vermindert ist
und dann wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt. Ein Mitreißen von
150 g feiner Fraktion der Probe in das Lösungsmittel wird beobachtet.
Diese Dispersion bleibt für
einige Stunden stabil, wodurch Zentrifugierung erforderlich wird,
um den Feststoff von der Flüssigkeit
zu trennen.
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Das
durch Destillation gewonnene Lösungsmittel
wird für
ein zweites Waschen des Bodens verwendet. Nach dem zweiten Zentrifugieren
werden die zwei feinen Fraktionen des Bodens mit der großen Fraktion
vereinigt und an der Luft für
24 Stunden getrocknet.
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Die
Konzentration an IPA in dem Boden nach der zweiten Behandlung ist
357 ppm; ein Wert, der 200 ppm höher
als die maximale Grenze ist, die durch das Gesetz zur Wiederverwendung
der Stelle ausgewiesen ist.
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BEISPIEL 3
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Eine
Bodenprobe wird wie in Beispiel 2 getrocknet und Wasser wird dann
zugesetzt, um den Feuchtigkeitsgehalt auf die ursprünglichen
25% zu bringen.
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Nach
Behandlung wie in Beispiel 1 wird angemerkt, dass das Lösungsmittel,
das durch einfaches Dekantieren erhalten wird, weniger als 0,9%
feine Fraktion enthält.
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Analyse
des IPA weist eine restliche Konzentration von 74 ppm aus; ein Wert,
der die Ergebnisse von Beispiel 1, sowohl bezüglich Urbarmachung des Bodens
als auch Einfachheit der Wiedergewinnung des Lösungsmittels, bestätigt.
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BEISPIEL 4
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Eine
Bodenprobe, entfernt von der Schädigungsstelle,
enthält
23,2% Feuchtigkeit, eine feine Fraktion von weniger als 100 μm von etwa
35 Gewichtsprozent, 1100 ppm polyhalogenierte aromatische Kohlenwasserstoffe.
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Ein
Kilogramm dieses Bodens wird mit 500 g Ethylacetat, wie in Beispiel
1 beschrieben, behandelt, und die vollständige Abwesenheit der feinen
Fraktion von Erde in dem gewonnenen Lösungsmittel wird beobachtet.
Nach einer zweiten Behandlung mit der gleichen Menge Ethylacetat
ist die Konzentration an polyhalogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen
in dem Boden insgesamt 28 ppm, mit einer Konzentration von jeder
einzelnen Verschmutzung von weniger als 10 ppm, die als Höchstgrenze
durch das Gesetz zum Wiederverwenden von Gebieten für industrielle
Zwecke festgesetzt ist.
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BEISPIEL 5
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Ein
Boden enthält
15% Feuchtigkeit, eine feine Fraktion (weniger als 100 μm) etwa 40
Gewichtsprozent und 1200 ppm von polyhalogenierten aliphatischen
und aromatischen Kohlenwasserstoffen. Eine Probe von 1 kg dieses
Bodens wird wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt. Nach dem zweiten
Waschen ist die Konzentration an Kohlenwasserstoffen in dem Boden
insgesamt 10 ppm, mit einer Konzentration von jeder einzelnen Verunreinigung
von weniger als der Höchstgrenze,
die durch das gültige
Gesetz zur Wiederverwendung von verschmutzten Gebieten für industrielle
Zwecke festgesetzt ist.