NL8602985A

NL8602985A - Werkwijze voor het reinigen van met organische stoffen verontreinigde grond alsmede inrichting, geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.

Info

Publication number: NL8602985A
Application number: NL8602985A
Authority: NL
Original assignee: Rijkslandbouwhogeschool
Priority date: 1986-11-24
Filing date: 1986-11-24
Publication date: 1988-06-16

Description

' 1 "Τ' Ν.0. 33957 ν *

Werkwi.jze voor het reinigen van met organische stoffen verontreinigde grond alsmede inrichting, geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het reinigen van met organische stoffen verontreinigde grond.

Aan het biotechnologisch reinigen van grond, welke met organische stoffen van velerlei aard en eigenschappen is verontreinigd wordt in veel geïndustrialiseerde landen een hoge prioriteit gegeven. De aan 10 fysisch-chemische behandelingsmethoden verbonden kosten zijn namelijk vaak hoog en leveren veelal grondsystemen af, welke voor gedurende lange tijd niet geschikt zijn voor agrarische of recreatieve doeleinden. Daar-entegen heeft het bovengenoemde biotechnologisch reinigen het voordeel, dat het een zogenaamde “milde" behandelingsmethode is, waarbij de ecolo— 15 gische waarde van de te zuiveren grond op een zo hoog mogelijke waarde wordt gehouden en het kostenaspect ervan in vergelijking met dat van de energieintensieve fysisch-chemische behandelingsmethoden aanvaardbaar kan worden geacht.

Meer in het bijzonder is uit de stand der techniek als biologisch 20 reaktorsysteem het z.g. "land-farming" bekend, welk type reaktorsysteem eenvoudig en betrekkelijk goedkoop in uitvoering is (Veerkamp W., en Zewald C.A., Land + Water - nu/Milieutechniek, oktober 1985 en Zewald C.A. et al, PT/Civiele Techniek 39 (1984) nr.6 en het boek "Petroleum Microbiology", R.M. Atlas (ed.), Macmillan Publishing Company, New York, 25 1984) biz. 569-570.

Volgens deze "land-farming"-methode wordt verontreinigde grond gelijkmatig over een plastic folie uitgespreid in de open lucht of met een plastic folie bedekt. Gewoonlijk wordt het drainagewater van het systeem verzameld en, indien nodig, behandeld. Actieve microorganismen, welke in 30 staat zijn de organische verontreinigingen af te breken, kunnen reeds in de verontreinigde grond aanwezig zijn of kunnen daaraan worden toegevoegd. Voor het optimaliseren van de behandelingsomstandigheden kan de grond worden bebouwd, het oppervlak van de verontreinigde grond van een vegetatie worden voorzien en het watergehalte en de temperatuur ervan 35 worden geregeld. Het voordeel van een dergelijk systeem zijn de daaraan verbonden geringe kosten. Een belangrijk nadeel van deze methode is echter de variabele betrouwbaarheid gezien de problemen aangaande het regelen/beheersen van de bodeminhomogeniteiten en de behandeling ervan alsook de ecologische parameters.

40 Een tweede systeem omvat het composteren van verontreinigde grond 8602985 6 * 2 (Zewald C.A. et al. PT/Civiele Techniek 39 (1984) nr.6. De belangrijkste verschillen met de bovenbeschreven ''land-farming"-methode zijn een verhoogde temperatuur en een grotere bewerkingsintensiteit. Het voordeel van dit laatstgenoemde systeem lijkt te zijn gelegen in een verhoogde 5 biodegradatiesnelheid maar het voornaamste nadeel is echter weer gelegen in de problemen aangaande het regelen/beheersen van de bodeminhomogeni-teiten. Een extra nadeel kan het eventueel vervluchtigen van de in de verontreinigde grond aanwezige organische stoffen zijn bij de toegepaste verhoogde temperatuur, wat weer in luchtverontreinigingsproblemen resul-10 teert.

Als karakteristiek voorbeeld van een tamelijk moeilijk uit verontreinigde grond te verwijderen stof wordt hexachloorcyclohexaan (HCH) genoemd. Het is namelijk gebleken dat aanzienlijke hoeveelheden HCH nog steeds in hoge concentraties in grond aanwezig zijn, die 30 jaar geleden 15 door een chemische fabriek is verontreinigd (Slange, J·, M.S. Thesis, LH Wageningen, 1984). Alhoewel aangetoond is dat HCH biodegradeerbaar is met behulp van gemengde en zuivere microorganismecultures (Hill en McCarty, Water Pollution Control Federation Meeting, Kansas City, 1966; Haider, K., c.s. Arch. Microbiol. 104, 1975, biz. 113-121 en Tu, C.M., 20 Arc. Microbiol. 108, 1976, biz. 259-263) blijkt de microbiële omzetting van HCH in een natuurlijke omgeving sterk te worden beperkt door niet-ideale omstandigheden.

Gevonden werd een semi-continue of ladingsgewijs uitgevoerde werkwijze, welke de voordelen van de eenvoud van het "land-farming"-systeem 25 zonder de nadelen ervan aangaande de beperkte regelbaarheid bezit. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het reinigen van met organische stoffen verontreinigde grond, waarbij de verontreinigde grond continu door verkleining van de gronddeeltjes wordt gehomogeniseerd en in beweging gehouden, tijdens welke bewerking de ver-30 ontreinigde grond bloot staat aan de inwerking van microorganismen, welke de organische stoffen kunnen afbreken. Bij voorkeur past men de procesomstandigheden zodanig aan, dat voor de microorganismen optimale omstandigheden worden verkregen. Voorbeelden van dergelijke gunstige omstandigheden zijn een temperatuur in bijvoorbeeld het traject van 35 20-30°C, en het toevoegen aan de verontreinigde grond van voor een aero be microbiële omzetting benodigde hoeveelheid lucht (zuurstof) van bij voorkeur meer dan 5 vol.% alsook benodigde hoeveelheid water of eventueel voor de microorganismen benodigde voedingsstoffen, zoals N en P in de vorm van ammoniak en fosfaat.

40 Door het homogeniseren van de verontreinigde grond worden de daarin 8692985 3 aanwezige klonten en dergelijke sterk verkleind· In dergelijke grond zijn ook de aanwezige verontreinigingen zo homogeen mogelijk verdeeld en is de toegankelijkheid ervan voor microorganismen, welke in staat zijn deze verontreinigingen af te breken, optimaal. Onder andere is door de 5 verspreiding van de verontreinigingen over de totale hoeveelheid grond tevens de toxiciteit van de verontreinigingen, welke bij niet-gehomoge-niseerde grond veelal geconcentreerd aanwezig zullen zijn, sterk afgeno-jnen, zodat vaak nu pas de inwerking van microorganismen goed mogelijk is· 10 Door het instellen van optimale condities voor de betreffende microorganismen is enerzijds een optimale groei van de microorganismen en anderzijds een optimale afbraak van de verontreiniging(en) mogelijk· Op grond van de optimale groei van de microorganismen zullen deze zich namelijk in aantal sterk vermeerderen zodat een zeer snelle afbraak van 15 de organische verontreinging(en) optreedt. Deze afbraak is in vergelijking met die van de bovenbesproken bekende methoden ("land-farming" en compostering) qua snelheid bijzonder goed te noemen.

Vanwege de zeer goede homogenisering van de verontreinigde grond, welke tijdens de behandeling (nagenoeg) continu wordt voortgezet, is de 20 massatransport-factor niet meer de beperkende factor zoals bij de bovengenoemde bekende methoden.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding maakt men gebruik van reeds in de bodem aanwezige microorganismen of men ent, indien nodig, de verontreinigde grond met (in een laboratorium) gekweekte bodemmicroorganis-25 men of aktief slib e.d·· Op deze wijze verkrijgt men gereinigde grond, welke in ecologisch opzicht aanvaardbaar en mogelijkerwijs waardevol is. Een belangrijk voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is het volledig ontbreken van bijprodukten, welke vaak bij de fysisch-ehemische behandelingssystemen worden verkregen.

30 Als voorbeelden van organische verontreinigingen, welke door micro— organismen kunnen worden afgebroken, kunnen de in de onderstaande Tabel A opgenomen stoffen met de daarbij behorende microorganismen worden genoemd· 8602985 * 4 _TABEL A_

Stoffen Organismen Conditie3)

Koolwaterstoffen bodem-, water- en zeeorganismen ae (aardolie) zoals Pseudomonas, Achromobacter,

Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia,

Vibrio, Acinobacter, Brevibacterium,

Candida, Trichosporon cutaneum,

Cunninghamella, Flavobacterium,

Corynebacterium, Mycobacterium,

Cladosporium, Aspergillus,

Penicillium

Vertakte alkanen P.aeruginosa, Corynebacterium, Brevi- ae bacterium

Cyclische alifatische Pseudomonas, bodem-microorganismen, ae koolwaterstoffen gemengde cultuur van Mycobacterium en Arthrobacter, Nocardia, Acinetobacter

Aromatische koolwater- Bodem-microorganismen, Pseudomonas, ae stoffen Arthrobacter, Nocardia, Candida

Polycyclische aroma- Pseudomonas, Flavobacterium, alsook ae tische koolwaterstoffen verscheidene gisten, fungi en algen N-butylbenzeen, Pseudomonas ae n-propylbenzeen

Fenol, tolueen, Trichosporon cutaneum ae cresolen

Fenol, cresolen Bacillus stearothermophilus ae

Fenol, benzoaat anaerobe microorganismen an

Fenol, benzoaat, anaëroob slib, Moraxella, an cresolen,monohydroxy- Pseudomonas benzoaten

Benzoaat,hydroxy- Rhodopseudomonas an benzoaten

Ftalaat-esters Pseudomonas acidovorans, verschei- ae dene bodem-microorganismen

Ftalaat-esters en Micrococcus, Nocardia, ae ftaalzuren Arthrobacter, Pseudomonas 8602985 » 5 (Tabel A vervolg)

Stoffen_Organismen_ Conditie3)

Ftaalzuren Gemengde cultures an

Trichloormethaan, Actief slib, grondwater an broomdichloormethaan, dibroomchloormethaan, tribroommethaan

Dichloormethaan Gemengde cultuur, Pseudomonas, ae

Hyphomicrobium, actief slib 3- Chloorbenzoaat, Pseudomonas ae 4- chloorbenzoaat, 4-chloorfenol,3-5-di- chloorbenzoaat,4-fluor- benzoaat 2-Fluorbenzoaat Pseudomonas, Alcaligenes ae 4-Fluorobenzoaat Pseudomonas ae 2-Chloorfenol, Bodemorganismen, Pseudomonas, ae 4-chloorfenol,2,4-di- Alcaligenes chloorf enol, 2,6-di- chloorfenol,2,4,6-tri- chloorfenol

Pentachloorfenol Gemengde cultuur ae 1,2,3- en 1,2,4-Tri- Bodemorganismen, gemengde ae chloorbenzeen cultuur

Monochloorbenzoaten, Sewage ae 3.4- dichloorbenzoaat 2-,3-,4-Chloorbenzo- Methanogene consortia an aat, 2-,3-,4-ioodben-zoaat, 2,4-, 2,5-, 3,4-, 3.5- Dichloorbenzoaat, en 2,3,6-Trichloorbenzoaat 2,4-Dichloorfenoxy- Achromobacter, Flavobacterium, ae acetaat, 3*methyl~4- Arthrobacter, Pseudomonas chloorfenoxyacetaat

Chloorfenoxybutyraten Nocardia opaca ae 8602985 6 (Tabel A vervolg)

Stoffen Organismen Conditie3) 2,4,5-Trichloorfenoxy- Pseudomonas cepacia ae acetaat DDT Verscheidene bacteriën, fungi an(ae) en algen; Pseudomonas en Fusarium

Lindaan (gamma-HCH) Bodem-ecosystemen, bodem micro1- ae,an organismen; Pseudomonas, Clostridium

Aldrin Bodemmicroorganismen ae

Dieldrin Pseudomonas, Bacillus, Trichoderma ae

Arthrobacter, Nocardia, bodem-orga-nismen 2,2-Dichloorpropionaat Pseudomonas ae

Chlooracetaat, fluor- Pseudomonas, Moraxella ae acetaat

Parathion Pseudomonas, gemengde cultures ae

Triazinen Pseudomonas, lebsiella ae

Fenylurea Bacillus, Fusarium ae

Carbamaten Verscheidene microorganismen ae

Dioxinen, b.v.dibenzo- Beyerinckia ae -p-dioxine» 1- en 2-chloordibenzo-p- dioxine, 2,3-, 2,7- en 2,8-dichloordibenzo-p- dioxine TCDD Verscheidene microbiële cultures ae

Gechloreerde bifenylen Alcaligenes, Acinetobacter, ae

Achromobacter, actief slib 8602985 7 » (Tabel A vervolg)

Stoffen_Organismen_Conditie3)

Cyaniden Bacillus, Chromobacterium, ae

Stemphilium, actief slib

Nltrilen, b.v· aceto- Pseudomonas, Corynebacterlum, ae nitrile, propionitrile Nocardia, Brevibacterium en acrylonitrile a) ae = aëroob; an * anaëroob 8602985 8

De werkwijze volgens de uitvinding wordt in een bioconversie-reac-tor uitgevoerd, die gekenmerkt wordt door een container, welke voorzien is van ten minste een als vul- en losopening dienst doende losneembare deksel alsook van een reeks keerschotten, welke op de binnenwand van de 5 container zijn aangebracht en waarbij de keerschotten aan de van de con-tainerwand afgekeerde zijde de vorm van snij- of steekorganen bezitten alsmede van een aandrijfinrichting, welke dient voor het roteren van de container.

Een uitvoeringsvorm van een voor het uitvoeren van de werkwijze 10 volgens de uitvinding toe te passen reactor wordt in fig. 1 weergegeven. Meer in het bijzonder wordt deze reactor gekenmerkt door een cilindervormige container (1), voorzien van ten minste een als vul- en losopening dienst doende losneembare deksel (2) alsook van een spiraalvormige reeks keerschotten (3), aangebracht op de binnenwand van de container. 15 Deze container omvat voorts toevoeropeningen (4) resp. (5) voor het toevoeren van water, lucht, chemische toevoegsels e.d.. Bovendien zijn deze openingen eveneens geschikt voor het trekken van monsters, zodat de voortgang van het proces op adequate wijze kan worden gevolgd. Voorts is de reactor volgens de uitvinding voorzien van een aandrijfinrichting 20 (6), welke dient voor het roteren van de cilindervormige container om de longitudinale as.

Fig. 2 illustreert een zijaanzicht van een keerschot (3), dat aan de van de containerwand afgekeerde zijde een mesvorm (7) bezit en bovendien aan ten minste een zijde voorzien is van vleugelachtige organen 25 (8).

In fig. 3 wordt een bovenaanzicht van een deel van het keerschot (3) geïllustreerd, waarbij duidelijk de vleugelvormige organen (8) zijn afgebeeld.

Met betrekking tot de afmetingen van de reactor volgens de uitvin— 30 ding wordt opgemerkt, dat deze al naar gelang de gewenste capaciteit groot of klein kan zijn. De in de container aanwezige keerschotten bezitten een aan de inwendige diameter van de container afhankelijke hoogte welke bij voorkeur 5-20% van de inwendige containerdiameter bedraagt. Met voordeel bedraagt de hoogte van de keerschotten ongeveer 10% van de 35 inwendige diameter van de container. De bovenzijde van de keerschotten is met voordeel uitgevoerd in de vorm van messen of een zaag waarbij de hoogte van de mesvormige punten een waarde van ongeveer d/25 bezit (d = inwendige diameter van de container). De aan de zijkant van de keerschotten aangebrachte vleugelvormige organen welke voor het optimaal 40 mengen van de verontreinigde grond dienen, bezitten een lengte van onge- 8602985 9 veer d/10 en zijn onder een hoek van 10-45° met voordeel ten opzichte van de containerwand aangebracht· De spoed van de keerschottenspiraal bedraagt ongeveer 0,5-2 m/360°, bij voorkeur ongeveer 1 m/360°.

De bovengenoemde maten voor de afmetingen reap, uitvoeringen van de 5 keerschotten en daarop aangebrachte organen voor het optimaal mengen en verkleinen van de verontreinigde grond kunnen, indien nodig of gewenst, aan de eigenschappen van de te reinigen grond aangepast worden·

De gunstige resultaten van de werkwijze volgens de uitvinding resp* het gebruik van de bovenbesproken reactor volgens de uitvinding worden 10 aan de hand van de in de voorbeelden I-III aangeduide fig· 4-7 nader toegelicht·

VOORBEELD I

In fig. 4 wordt de afbraaksnelheid voor hexachloorcyclohexaan (HCH) in verontreinigde grond bij een temperatuur van 30°C voor de land- 15 -farming-methode en de werkwijze volgens de uitvinding weergegeven. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt de verontreinigde grond in een gesloten container in beweging gehouden en mede door verkleinen van de gronddeeltjes gehomogeniseerd· Inzake de parameters van de beide processen wordt naar de onderstaande Tabel B verwezen.

20

TABEL B

Parameters Reactor Systeem Land-farming-systeem 25 Hoeveelheid behandelde grond Kilo's Kilo's

Vochtgehalte suspensie van 100 g 20 vol.% droge stof/1

Zuurstofgehalte 22 vol.% (lucht) 22 vol.% (lucht); lagere grondlagen 30 kunnen een lager zuurstofgehalte bezitten.

Uit deze fig. 4 kan worden afgeleid, dat met behulp van de werkwij- 35 ze volgens de uitvinding het HCH in een periode van 20-30 dagen volledig is verwijderd. In vergelijking met de eveneens in fig. 4 weergegeven afbraaksnelheid van HCH voor het land-farming-systeem blijkt, dat met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding een aanzienlijk beter resultaat wordt bereikt.

40 VOORBEELD II

In fig. 5 wordt overeenkomstig de in voorbeeld I beschreven wijze 8602985 , 10 de omzettingssnelheid van HCH bij de voor Nederlandse begrippen meer realistische temperatuur van 10°C weergegeven. Ten aanzien van fig. 4 blijkt dat de omzettingssnelheid van HCH voor beide systemen aanzienlijk is afgenomen· Echter is de werkwijze volgens de uitvinding veruit supe-5 rieur ten opzichte van het "land-farming"-systeem.

Uit het bovenstaande blijkt tevens, dat voor het af breken van HCH een gemiddelde temperatuur van meer dan 10°C noodzakelijk is. Een dergelijke temperatuurregeling kan gemakkelijk in een reactor volgens de uitvinding worden gerealiseerd. Op grond hiervan kan derhalve worden ge-10 steld, dat de werkwijze volgens de uitvinding, uitgevoerd in een reactor volgens de uitvinding, veruit superieur is ten aanzien van het land-farming-systeem.

VOORBEELD III

In de fig. 6 en 7 wordt naast een hoge homogenisatiegraad en een 15 temperatuur van 30QC de invloed van andere parameters zoals redox-omstandigheden, d.w.z. de hoeveelheid zuurstof, aanwezig in de verontreinigde grond (zie fig.6; zuurstofgehalte van 22 vol.% voor de aerobe microorganismen en 0 vol.% voor de anaerobe microorganismen), alsook het toevoegen van allerlei typen microorganismen (zie fig. 7; 20 zuurstofgehalte van 22 vol.% voor de aerobe microorganismen en 0 vol.% voor de anaerobe microorganismen) weergegeven. Uit deze fig. 6 en 7 kan worden afgeleid, dat voor een succesvolle reiniging van verontreinigde grond dergelijke parameters van belang zijn. Duidelijk is in dit verband, dat het regelen resp. beheersen van dergelijke parameters 25 makkelijker gaat in een reactor volgens de uitvinding dan bij een land-f arming-sys t eem.

Ter illustratie worden in de onderstaande Tabel C enkele optimale omstandigheden voor de HCH-degradatie weergegeven.

30 TABEL C

Parameters Waarde

Temperatuur 20-30°C

Zuurstofgehalte 10-20 vol.% (lucht) 35 Watergehalte 40-60 vol.% 8602985

Claims

1. Werkwijze voor het reinigen van met organische stoffen verontreinigde grond met behulp van microorganismen, met het kenmerk, dat men 5 de verontreinigde grond continu onder verkleining van de gronddeeltjes homogeniseert en in beweging houdt waarbij de grond aan de inwerking van microorganismen, welke deze organische stoffen kunnen afbreken, wordt blootgesteld·

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de 10 procesomstandigheden voor de microorganismen optimaliseert·

3· Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat men de verontreinigde grond op een temperatuur in het traject van 20-30°C verwarmt.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat men aan 15 de verontreinigde grond de voor een aerobe microbiële omzetting optimale hoeveelheid zuurstof toevoert.

5. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 2-4, met het kenmerk, dat men aan de verontreinigde grond de voor de microbiële omzetting optimale hoeveelheid water toevoegt.

6. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 2-5, met het kenmerk, dat men aan de verontreinigde grond voedingsstoffen voor de microorganismen zoals stikstof en fosfor in de vorm van bijvoorbeeld ammoniak en fosfaat toevoegt.

7. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-6, met het 25 kenmerk, dat men de verontreinigde grond met extra cultures van bodem- microorganismen ent.

8. Bioconversie-reactor, gekenmerkt door een container, voorzien van ten minste een als vul- en losopening dienst doende losneembare deksel alsmede van een reeks keerschotten, aangebracht op de binnenwand van 30 de container, welke keerschotten aan de van de containerwand afgekeerde zijde de vorm van snij- of steekorganen bezitten alsmede door een aan-drijfinrichting, geschikt voor het roteren van de container.

9. Reactor volgens conclusie 8, gekenmerkt door een horizontale cilindervormige container (1) voorzien van ten minste een als vul- en 35 losopening dienst doende losneembare deksel (2) alsook van een spiraalvormige reeks keerschotten (3), aangebracht op de binnenwand van de container, welke keerschotten aan de van de containerwand afgekeerde zijde de vorm van snij- of steekorganen bezitten alsmede door een aandrijfin-richting (6) geschikt voor het roteren van de container om de longitudi— 40 nale as. 8602985 t

10. Reactor volgens conclusie 8 of 9, gekenmerkt doordat de daarin aanwezige keerschotten (3) voorzien zijn van mesvormige punten (7).

11. Reactor volgens een of meer der conclusies 8-10, gekenmerkt doordat de in de container aanwezige keerschotten (3) aan ten minste een 5 zijde, nagenoeg loodrecht op het keerschot van een vleugelvormig orgaan (8) zijn voorzien.

12. Reactor volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het vleugelvormige orgaan (8) onder een hoek van 10-45° ten opzichte van de con— tainerwand zijn aangebracht.

13. Reactor volgens een of meer der conclusies 8-12, met het kenmerk, dat de hoogte van het keerschot een waarde van 5-20% van de inwendige containerdiameter, de hoogte van het mespunten (7) een waarde van 2-10% van de inwendige containerdiameter en de lengte van het vleugelvormige orgaan (8) een waarde van 5-15% van de inwendige contai-15 nerdiameter bedraagt.

14. Reactor volgens een of meer der conclusies 8-13, met het kenmerk, dat de containerwand voorzien is van monster/toevoeropeningen (4) en (5). ***** 8602985