WO1999052656A2 - Dekontaminieren von verunreinigten erdböden und schlämmen - Google Patents

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WO1999052656A2
WO1999052656A2 PCT/AT1999/000090 AT9900090W WO9952656A2 WO 1999052656 A2 WO1999052656 A2 WO 1999052656A2 AT 9900090 W AT9900090 W AT 9900090W WO 9952656 A2 WO9952656 A2 WO 9952656A2
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Bertwin Langenecker
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Bertwin Langenecker
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/02—Extraction using liquids, e.g. washing, leaching, flotation

Definitions

  • the invention relates to a process for the decontamination of soil of all kinds and sludge contaminated with hazardous waste and petroleum products, the Edreich being washed out with water and subsequently separated from the eluate, so that the volume in which the pollutants are removed from the eluate with a solid adsorbent is reduced withdrawn and then excreted together with the sorbent from the water.
  • the method is characterized in that water is added to the contaminated soil and the mixture is ground, while mechanically induced violent, turbulent currents lower the surface tension of the water and, under the effect of the alternating (pressure) forces, less contaminated larger particles of the soil from the stronger ones Contaminated smaller (fine-grained) are separated, after which in the reduced volume mixture of fine-grained soil and water, the pollutants are separated by means of mechano-chemically activated adsorption on a sorbent and excreted with this.
  • the soil, decontaminated according to the process does not endanger humans or animals and can therefore be used in an environmentally friendly manner and used without restrictions.
  • sludges and soils of all kinds are treated and cleaned of pollutants, so that these substances can be returned to their intended use.
  • the sorbent loaded with the pollutants is separated from the liquid phase of the mixture and disposed of in accordance with the prior art; The separated water is therefore relieved and can be discharged into surface water such as streams, rivers, ponds and lakes or used again in the operational cycle.
  • the invention further relates to devices for carrying out the present method.
  • the washing out of pollutants from contaminated soil is known and is used. Water can mechanically wash down foreign matter from the earth, from gravel and rock; and you can use water as a means of feasting and transport to separate smaller from larger particles and grains. The water is then contaminated with the pollutants from the soil and must be treated accordingly before it can be used again or discharged into water.
  • Chemical additives for washing water when washing material that contains environmentally hazardous pollutants should also be selected and used (WO 98/082; Ansaldo Voelund AS) so that they also have a stabilizing effect. This is to prevent environmentally harmful pollutants from being released during transport and / or when dumping. Corresponding process steps are necessary for this, such as oxidation, thermal treatment (up to 1300 ° C), as well as burning in rotary furnaces. In addition, concreting and covering with fly ash, lime etc. suggested. All in all, the proposed method is extensive, time consuming and costly.
  • the object of the present invention is to make soil remediation more economical and to provide a more efficient method. This is achieved with a method of the type mentioned at the outset if, according to the invention, two effects which have been known in physics and chemistry for more than a hundred years are combined with one another for soil remediation.
  • the present invention also goes far beyond the aims and possibilities of the methods and devices known from the prior art, in that one and the same method for decontaminating soil contaminated with hazardous waste can be used efficiently, even if the substances present in the soil to be decontaminated or sludge, are different in type, quantity and form of their occurrence.
  • One of the two physico-chemical effects used according to the invention results from the reduction of surface tensions in mechanically violently active, turbulent flowing water, the other is due to mechanochemical reactions.
  • the cleaning effect of soap and other detergents is based on the "surface activity", so that the water surface is less stable; the liquid becomes more mobile and more easily penetrates into capillary spaces, e.g. in roughened surfaces of earth, ore and rock; As a result of the reduced surface tension, the "access" of the adsorbing forces (van der Waals forces; unsaturated residual valences of the surface molecules) to foreign substances in water is favored.
  • the surface tension of water can be reduced very much in a purely physical way, even without the addition of soap or the like, by allowing an alternating mechanical field (acoustic, ultrasonic field) to act.
  • an alternating mechanical field acoustic, ultrasonic field
  • Such an alternating field can be generated in various ways, for example with “ultrasound converters”, which convert electrical signals into mechanical vibrations by means of magnetostrictive or piezoelectric components; or purely mechanically in air or liquid flows, for example by pins, rods or balls hitting each other, between which there is earth suspended with water.
  • Mechanochemical reactions are less well known than the effect of reducing surface tensions. While there has been an ancient Chinese method of making vermilion by shaking a mixture of mercury and sulfur for centuries, which is a typical case for mechanochemical synthesis, the first physico-chemical, well-defined explanations of the relationship between mechanical and chemical energy and the Conversion of these two types of energy into each other dates from the middle of the last century. However, they were not given much attention. Mineral transformations due to mechanical-mechanical deformations caused by rock pressure have long been known to geologists. However, while these are long-term processes in nature, mechanochemical reactions in the present process are carried out within seconds, and even in fractions thereof.
  • the description of the process in its entirety should now follow the list and brief description of the processes and technologies applicable to the current state of the art in soil remediation, and the memory of two relevant physico-chemical effects.
  • the process according to the invention comprises several process steps and is only so efficient in its entirety that it provides the decontamination of soil contaminated with hazardous waste, which is required by the environmentally oriented guidelines and regulations for pure soil, sludge, etc. 1 shows the block diagram of the method according to the invention in its entirety.
  • the contaminated soil (sludge or the like) is lifted using devices and devices that correspond to the state of the art (e.g. using a dredger) and introduced (using a conveyor screw or conveyor) into a mixing and grinding system.
  • a dredger e.g., a dredger
  • the mixture is ground up while being kept in turbulent motion, so that the surface tensions decrease and the smaller solid particles separate from the larger solid particles under the prevailing alternating pressure forces. Grinding in the wet process under the superimposed turbulent activity in the mix and regrind can be accomplished with rod or ball mills in tube and drum design.
  • universal mills are suitable, which can be equipped with various grinding tools adapted to the respective tasks.
  • the coarse ground material is separated from the finer material, for example in a sedimentation tank with subsequent dewatering in belt presses or the like.
  • the soil separated from the water can its environmentally friendly determination.
  • the eluate from the (screen belt) press is conveyed into the adsorber with a metering pump and comes into contact with the adsorbent.
  • This adsorbent comes after comminution in a crusher and then grinding to fine powdery particles in a (universal) mill in the same adsorber.
  • Fine grinding creates new large surfaces on the adsorbent, which take full effect in the adsorber by the action of mechanical energy on the mixture of eluate and sorbent, so that the mechanochemical reactions described above are activated.
  • the mechanical energy is exerted on the mixture in a machine that is in principle very similar to the rod or ball mill, in which (in the preceding process step) the mixture of contaminated soil and service water is ground.
  • the two process steps can be carried out in one and the same machine if certain components are adapted or exchanged in each case.
  • the adsorbent is pulverized under protective gas (preferably under nitrogen) to avoid spontaneous combustion and (dust) explosions and to prevent the fresh surfaces of the sorbent from becoming contaminated before the sorbent reaches the adsorber.
  • protective gas can be used to determine the temperature profile in the adsorber by blowing in the gas at a certain temperature.
  • the mechanochemically activated process in the adsorber is followed by the separation of the solid phase from the (service) water, for example in a decanter, so that the relieved water (decontaminated service water) can be discharged into surface or other bodies of water or can be reused when the contaminated soil is rubbed wet .
  • the solid expelled from the decanter consists of the sorbent and the substances extracted from the decontaminated soil; this "hazardous waste" must be sent to the appropriate landfill or treated.
  • the volume of this "hazardous waste” is 1 to 1.5% of the volume of the originally contaminated earth; the present method thus brings a noticeable relief for the landfill problem.
  • the remaining volume to be deposited can be reduced even further if (brown) coal is used as an adsorbent and is burned (in systems equipped with flue gas cleaning). You use the thermal energy of the coal and only need to deposit the ash and the residue from the flue gas filter.
  • the funnel (bunker) is designated, in which the material to be decontaminated (i.e. the soil, sludge, or the like contaminated with hazardous waste and / or petroleum products) is introduced into the treatment plant, removed from here with a screw conveyor (2) and the mixing & grinding machine (3) is supplied.
  • the machine (3) service water is added through the feed line (4), and the mixture that is created with the contaminated material is set in violent, turbulent flows. This reduces the surface tension of the water and promotes the separation of smaller solid particles from the larger ones.
  • the mill (3) was used, which is equipped with a beater disk suitable for large-sized feed materials.
  • the mill (3) has a throughput of ⁇ 4 to / h at 3,000 rpm.
  • rod and ball mills are provided, which require drive powers of up to 1,000 kW in the wet process.
  • the mixture coming from the mixing and grinding machine (3) is left to gravity, then the sediment is discharged for the intended application, and the separation of the solids continues in a belt press (6).
  • the solids can be transported with a conveyor belt (7) into the container (8), which is designed so that it can be lifted hydraulically by an adapted truck and brought into the open air.
  • the poppy seed pump (9) conveys the eluate from the separation process carried out in (5) and (6) into the adsorber (10), which in the exemplary embodiment described here is a machine of the type shown in FIG. 3. For larger throughputs, what has been said about the mixing and grinding machine (3) applies.
  • the eluate meets the sorbent, which, after being crushed in the crusher (11), is introduced into the mill (13) with the screw conveyor (12) and ground there to form powder.
  • the mill (13) is equipped with an eddy current rotor; This grinding tool is particularly well suited for the fine grinding of brown coal to dust with particle sizes from a few micrometers to 0.1 mm. In terms of its design, the mill (13) looks exactly the same as the (universal) mill (3) illustrated in FIG. 3, but it is much smaller than this.
  • the mixture of eluate and sorbent enters the decanter (17), from where the separated solids (usually a sludge with residual moisture) reaches a collecting trough or bunker (19) via the conveyor (18), and can be transported away from there. Since it is the sorbent that is contaminated with the hazardous waste from the earth treated according to the process, this material must be brought to a corresponding landfill; However, the volume of this material is only 1 to 1.5% of the volume of the treated starting substance and thus represents a very considerable relief for the landfill problem, especially since the treatment mentioned above can achieve even smaller residual volumes.
  • the water from the decanter (17), if it complies with the specified quality, can be passed on via the intermediate tank (20) and the drain (21) or via the connections (22) and (4) for recycling in the mixing and grinding machine ( 3) be returned. If necessary, fresh water can be supplied via the connection (23).
  • Mill (13) and adsorber (10) of the system of the exemplary embodiment are installed in a weatherproof container (24) which also contains the control room (25) with the control panel (26) for the operation of the system and at (27) to the electrical one Power grid is connected.
  • the mill (13), adsorber (10) and mixing & grinding machine (13) of the demonstration system are externally identical universal mills of the type shown in FIG. 3. According to their different tasks, they are equipped with different grinding tools.
  • Machine (3) has an impact disk (indicated in FIG. 3)
  • machine (13) has an eddy current rotor
  • adsorber (10) has the grinding tool illustrated in FIGS. 4a and 4b.
  • This grinding tool consists of the stator (28) with the connection (29) to the poppy seed pump (9) filled in FIG. 2, which requires the eluate to the grinding tool, and of the rotor (30).
  • the sorbent comes at (A) from the central inlet opening of the front door (shown open in FIG.
  • the grinding gap is formed by the fins (32) of the rotor and the fins (33) of the stator, the conical arrangement of which is shown in Fig. 4b.
  • (34) denotes that point of the lamella (33) at which the grinding gap opens by the angle (*) in order to prevent the coarser material from entering the narrow grinding gap to facilitate the exit side (B).
  • Kink point (34) and angle (*) are aligned to the consistency of the eluate to be treated.
  • the fins (32) and (33) are designed and mounted with fuses (35) in the grinding tool in such a way that they can be easily replaced if this is expedient or necessary for regrinding or because of the choice of other materials.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zum Dekontaminieren von mit gefährlichen Abfällen und Erdölprodukten verunreinigten Erdböden aller Art und Schlämmen, wobei das Erdreich mit Wasser ausgewaschen und hernach vom Eluat getrennt wird, sodass die im Eluat mitgenommmenen Schadstoffe mit einem Adsorptionsmittel entzogen und anschliessend mitsamt dem Sorptionsmittel ausgeschieden werden können, während das gereinigte Erdreich wieder seiner Bestimmung zugeführt werden kann. Fig. 2 veranschaulicht das Prinzip der gleichzeitigen Einbringung von verunreinigtem Erdreich über die Förderschnecke (2) und dem zum Auswaschen zugesetzten Wasser über die Zuleitung (4) zur Misch- und Mahlmaschine (3), wo das Gemisch zerrieben wird, währenddem mechanisch bewirkte heftige turbulente Strömungen die Oberflächenspannung im Gemisch absenken und dadurch das Auswaschen begünstigen, sodass möglichst alle Schadstoffe im Eluat, welches anschliessend in Becken (5) und Presse (6) vom Erdreich oder Schlamm abgetrennt wird, zum Sorptionsmittel im Adsorber (10) mitgenommen und dort unter der überlagerten Wirkung mechanochemisch aktivierter Reaktionen an die (vorzugsweise pulverisierten Feststoff-) Sorptionsmittel abgegeben werden. Das vom Dekanter (17) in den Sammeltrog (19) ausgestossene Restvolumen der Schadstoffe mitsamt Sorptionsmittel beträgt 1 bis 1,5 % des ursprünglichen Volumens des aus dem Container (8) zu entnehmenden, verfahrensgemäss gereinigten Erdreichs bzw. der Schlämme, und ist entweder auf Deponie zu verbringen oder im Recycling zu verwerten.

Description

DEKONTAMINIEREN VON VERUNREINIGTEN ERDBOEDEN UND SCHLAEMMEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dekontaminieren von mit gefährlichen Abfällen und Erdölprodukten verunreinigten Erdboden aller Art und Schlammen, wobei das Edreich mit Wasser ausgewaschen und hernach vom Eluat getrennt wird, sodaß das Volumen reduziert ist, in welchem die Schadstoffe mit einem Feststoff- Adsorptionsmittel dem Eluat entzogen und anschließend mitsamt dem Sorptionsmittel aus dem Wasser ausgeschieden werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß dem verunreinigten Erdreich Wasser beigemengt und das Gemisch zerrieben wird, währenddem mechanisch bewirkte heftige, turbulente Strömungen die Oberflächenspannung des Wassers absenken und unter der Wirkung der alternierenden (Druck- ) Kräfte weniger kontaminierte größere Partikel des Erdreiches von den starker kontaminierten kleineren (feinkörnigeren ) getrennt werden, wonach in dem im Volumen reduzierten Gemisch von feinkörnigem Erdreich und Wasser die Schadstoffe mittels mechano-chemisch aktivierter Adsorption an einem Sorptionsmittel ab- und mit diesem ausgeschieden werden. Das verfahrensgemäß dekontaminierte Erdreich gefährdet weder Mensch noch Tier und kann daher umwβltgerecht ausgebracht und uneingeschränkt verwendet werden. Analog hiezu, werden erfindungsgemaß Schlämme und Böden aller Art, wie sandige, Schotteroder Steinböden, behandelt und von Schadstoffen gereinigt, sodaß diese Substanzen ihrer Bestimmung wieder zugeführt werden können. Das mit den Schadstoffen beladene Sorptionsmittel wird von der Flüssigphase des Gemisches separiert und dem Stand der Technik gemäß entsorgt; das abgetrennte Wasser ist mithin entlastet und kann in Oberflachengewasser, wie Bäche, Flusse, Teiche und Seen eingeleitet oder im betrieblichen Kreislauf wieder verwendet werden. Ferner betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens.
Bekanntlich hat das wachsende Umweltbewußtsein verschärfte Vorschriften zur Wahrung der Gesundheit von Mensch und Tier zur Folge, und daher ist es nicht mehr zulässig, verunreinigtes und verseuchtes Erdreich auf "wilden" Deponien abzulagern. "Geordnete" Deponien hinwiederum sind knapp und deshalb wird weltweit nach neuen und innovativen Methoden und Technologien für die Bodensanierung gesucht.
Eine Zeit lang waren Verbrennen und / oder Vergraben von Schadstoffen üblich (letzteres nachdem die gefährlichen Stoffe konzentriert in Zement, Glas uam. eingegossen worden sind); so werden beispielsweise Metalle bei ~ 1.600 C° in glasartige Strukturen geschmolzener Silikate eingekapselt ( In Situ Vitrifikation ) . In den letzten Jahren hat man zusehends auch andere Technologien anzuwenden begonnen, so z.B. Technologien zur Bodensanierung aufgrund von biologischen In Situ und Ex Situ Aktivitäten (Mikroorganismen werden in den Boden eingebracht oder dem abgegrabenen Erdreich beigegeben, um chemische oder / und physikalische Wirkungen zu verursachen; typische Endprodukte sind CO2 und H2O).
Es gibt weiters chemische Verfahren (gefährliche Schadstoffe werden in chemischen Reaktionen zu weniger gefährlichen Substanzen übergeführt, meist durch Reduktion, gelegentlich durch Oxidation), sowie Extraktion von Schadstoffen mittels Lösungsmittel.
Beim In Situ Spülen werden schadstoffhaltige Bereiche im Erdboden oder im Grundwasser mit großen Mengen an Wasser weggesprült (wobei vorausgesetzt wird, daß das eingebrachte Spülwasser effizient isoliert, erfaßt werden kann). Anstatt mit Wasser, entfernt man verflüchtlgbare organische Stoffe aus dem Erdreich auch mit (Heiß-) Dampf, man muß aber in der Regel das entzogene Produkt nachbehandeln.
Bekannt ist und angewendet wird das Auswaschen von Schadstoffen aus kontaminiertem Erdreich. Wasser kann mechanisch Fremdstoffe vom Erdeich, von Schotter und Gestein, hβrunterwaschen; und man kann mit Hilfe von Wasser als Schlemm- und Transportmittel kleinere von größeren Teilchen und Körnern voneinander trennen. Das Wasser ist dann mit den Schadstoffen aus dem Erdreich belastet und muß dementsprechend behandelt werden, bevor es wieder verwendet oder in Gewässer eingeleitet werden darf.
Um die reinigende Wirkung eines Waschwassers zu verstärken, wurde empfohlen (DE 195 23 007 A1 ; Duro Galvanit Chemie), Reinigungshilsmittel zuzusetzen und den Waschbehälter, der das zu reinigende Material enthält, von unten nach oben durchströmen zu lassen. Vorzugsweise sollen dem Waschwasser oberflächenaktive Substanzen und/oder Komplexierungsmittel als Renigungshilfs- mittel zugesetzt werden. Die erfindungsgemäß aufwärts gerichtete Flüssigkeitsströmung im Waschbehälter soll, bei entsprechender Strömungsgeschwindigkeit, die Bildung eines Fließbettes aus Schüttgut gewährleisten. Mehrstufige Waschvorgänge und kontinuierlich oder intermittierend auszuschleusende Teilströme des Waschwassers vervollständigen den Prozess der Reinigung des kontaminierten Materials, sie bedeuten aber auch, daß neben chemischen Reinigungshilfsmitteln mehrere Reinigungsstufen anzuwenden sind, die schließlich auch geraume Zeit beanspruchen. Ebenfalls chemische Zusatzmittel zum Waschwasser beim Waschen von Material, welches umweltgefährdende Schadstoffe enthält, sollen dahingehend ausgewählt und angewendet werden (WO 98/082; Ansaldo Voelund AS), daß sie auch stabilisierend wirken. Dadurch soll verhindert werden, daß beim Transportieren oder/und beim Deponieren umweltbβlastende Schadstoffe freigesetzt werden. Hierzu sind entsprechende Verfahrensschritte notwendig, wie Oxidation, thermische Behandlung (bis zu 1300 °C), sowie Verbrennen in Drehöfen. Zusätzlich werden auch Einbetonnieren sowie Abdecken mit Flugasche, Kalk udglm. vorgeschlagen. Alles in allem ist die vorgeschlagene Methode umfangreich, zeitaufwendig und kostspielig. Sie fügt sich in das Gesamtbild ein, wonach man je nach Art, Menge und Form des Vorkommens der Schadstoffe im Erdreich bzw. in Schlämmen mehrere Methoden und Technologien kombiniert, wenn verschiedenartige Schadstoffe zu eliminieren sind, die beim jetzigen Stand der Technik nicht mit nur einer einzigen Technologie erfaßt werden können. Das verteuert die Bodensanierung und verlängert den Zeitbedarf für die Abwicklung der Projekte merklich, nachdem die einzelnen, zusammenzufügenden Technologien zu ihrer Abwicklung an und für sich schon meist längere Zeit beanspruchen. Kosten und Zeitbedarf hemmen daher auch die Verwirklichung ehrgeiziger Projekte, wie " Cleaning Up the Nation's Waste Sites" der EPA (Environmental Protection Agency der USA; s. EPA 542-R-96-005A / 1996 Edition), welches auf 20 bis 30 Jahre veranschlagt, pro Jahr einige Milliarden US Dollar kostet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bodensanierung wirtschaftlicher zu machen und ein effizienteres Verfahren bereitzustellen. Erreicht wird dies mit einem Vefahren der eingangs erwähnten Art, wenn erfindungsgemäß zwei in der Physik und Chemie seit mehr als hundert Jahren bekannte Effekte miteinender kombiniert, zur Bodensanierung angewendet werden. Die vorliegende Erfindung geht überdies weit über die Ziele und Möglichkeiten der beim bisherigen Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen hinaus, indem ein und dasselbe Verfahren zum Dekontaminieren von mit gefährlichen Abfällen belastetem Erdreich effizient anwendbar ist, auch wenn die Substanzen, die im zu dekontaminierenden Erdreich oder Schlamm vorkommen, in Art, Menge und Form ihres Vorkommens voneinander verschieden sind. Der eine der beiden erfindungsgemäß angewendeten physikalisch-chemischen Effekte rührt vom Abbau von Oberflächenspannungen in mechanisch heftig aktivem, turbulent strömendem Wasser her, der andere ist in mechanochemischen Reaktionen begründet.
Bekanntlich beruht die reinigende Wirkung der Seife und anderer Waschmittel (infolge des besonderen Baues der In ihnen vorhandenen Anionen und deren Anreicherung in den oberflächlichen Zonen von Wasser) in der "Oberflächenaktivität", so daß die Wasseroberfläche weniger zusammenhält; die Flüssigkeit wird beweglicher und dringt leichter in kapillare Räume ein, so z.B. in aufgerauhten Oberflächen von Erdreich, Erz und Gestein; infolge reduzierter Oberflächenspannung ist auch der "Zugriff" der adsorbierenden Kräfte (van der Waalsche Kräfte; unabgesättlgte Rest- valenzen der Oberflächenmoleküle) auf Fremdstoffe in Wasser begünstigt.
Die Oberflächenspannung von Wasser kann auch ohne jegliche Zugabe von Seife o.dgl.m., auf rein physikalischem Wege sehr stark reduziert werden, indem man ein mechanisches Wechselfeld (Schall-, Ultraschallfeld) einwirken läßt. Ein solches Wechselfeld kann auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden, wie beispielsweise mit "Ultraschall-Konvertern", die elektrische Signale mittels magneto- striktiven oder piezoelektrischen Bauelementen in mechanische Schwingungen umwandeln; oder rein mechanisch in Luft- oder Flüssigkeitsströmen, zum Beispiel durch aneinander vorbeischlagende Stifte, Stäbe oder Kugeln, zwischen denen sich mit Wasser aufgeschlemmte Erde befindet.
Weniger bekannt als der Effekt des Abbauens von Oberflächenspannungen sind mechanochemische Reaktionen. Zwar gibt es seit Jahrhunderten eine alte chinesische Methode zur Herstellung von Zinnoberrot durch Rütteln eines Gemisches von Quecksilber und Schwefel, die ein typischer Fall für mechanochemische Synthese ist, aber die ersten physiko-chemischen, wohldefinierten Erläuterungen über die Beziehungen zwischen mechanischer und chemischer Energie und der Umwandlung dieser beiden Energiearten ineinander datieren von der Mitte des vorigen Jahrhunderts. Sie wurden allerdings nicht sonderlich beachtet. Den Geologen sind Mineralumwandlungβn infolge mechano-chβmischer Deformationen, verursacht durch Gebirgsdruck, schon lange bekannt. Während es sich aber hierbei um Langzeitprozesse in der Natur handelt, werden mechanochemische Reaktionen im vorliegenden Verfahren binnen Sekunden, und sogar in Bruchteilen davon, abgewickelt.
Auf die erfolgte Aufzählung und Kurzbeschreibung der beim derzeitigen Stand der Technik in der Bodensanierung anwendbaren Verfahren und Technologien, und auf die Erinnerung an zwei relevante physiko-chemische Effekte, soll nun die Beschreibung des Verfahrens in seiner Gesamtheit folgen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt mehrere Verfahrensschritte und ist nur in seiner Geamtheit so effizient, daß es jene Dekontaminiβrung von mit gefährlichen Abfällen verunreinigtem Erdreich liefert, die durch die umweltorientierten Richtlinien und Vorschriften für reines Erdreich, Schlämme, uam., gefordert werden. Fig. 1 stellt das Blockschema des erfindungsgemäßen Verfahrens In seiner Gesamtheit dar.
Das verunreinigte Erdreich (Schlamm, o.dgl.m.) wird mit Geräten und Vorrichtungen, die dem Stand der Technik entsprechen (z.B. mittels Trockenbagger) abgehoben und (mit Föderschnecke oder -band) in eine Misch- & Mahlanlage eingebracht. Hier kommt (Gebrauchs-) Wasser hinzu. Das Gemisch wird zerrieben, währenddem es in turbulenter Bewegung gehalten wird, sodaß die Oberflächenspannungen absinken und sich unter den herrschenden Wechseldruckkräften die kleineren von den größeren Feststoffteilchen trennen. Das Zerreiben im Naßverfahren unter der überlagerten turbulenten Aktivität im Misch- und Mahlgut kann mit Stab- oder Kugelmühlen in Rohr- und Trommelausführung bewerkstelligt werden. Für kleinere Durchsätze sind Universalmühlen geeignet, die mit verschiedenen, an die jeweiligen Aufgaben angepaßten Mahlwerkzeugen ausgerüstet werden können.
Im anschließenden Verfahrensschritt trennt man das grobe Mahlgut vom feineren Gut, beispielsweise in einem Absetzbecken mit anschließender Entwässerung in Siebbandpressen, odglm. Das vom Wasser separierte Erdreich kann seiner umweltgerechten Bestimmung zugeführt werden. Das Eluat aus der (Siebband-) Presse wird mit einer Dosierpumpe in den Adsorber befördert und kommt dort mit dem Adsorptionsmittel in Berührung. Dieses Adsorptionsmittel (Braunkohle ist ein bevorzugtes Adsorbens) kommt nach Vorzerkleinerung in einem Brecher und anschließendem Vermählen zu pulverförmig feinen Partikeln in einer (Universal-) Mühle in denselben Adsorber. Beim Feinvermahlen entstehen neue große Oberflächen am Adsorptionsmittel, die im Adsorber voll zur Wirkung kommen, indem mechanische Energie auf das Gemisch aus Eluat und Sorptionsmittel einwirkt, sodaß die weiter oben beschriebenen mechanochemischen Reaktionen aktiviert werden. Die mechanische Energie wird auf das Gemisch in einer Maschine ausgeübt, die im Prinzip ganz ähnlich gebaut ist wie die Stab- oder Kugelmühle, in der (im vorgelagerten Verfahrensschritt) das Gemisch aus kontaminiertem Erdreich und Gebrauchswasser zerrieben wird. Grundsätzlich können die beiden Verfahrens- schritte in ein- und derselben Maschine gemacht werden, wenn jeweils bestimmte Bauelemente adaptiert bzw. ausgetauscht werden.
Das Adsorptionsmittel wird unter Schutzgas (vorzugsweise unter Stickstoff) pulverisiert, damit Selbstentzündungen und (Staub-) Explosionen vermieden werden, und um die frischen Oberflächen am Sorptionsmittel vor dem Kontaminieren zu bewahren, bevor das Sorptionsmittel in den Adsorber gelangt. Überdies kann man mit dem Schutzgas das Temperaturprofil im Adsorber bestimmen, indem man das Gas bei einer bestimmten Temperatur einbläst.
Auf den mechanochemisch aktivierten Prozess im Adsorber folgt die Trennung der Feststoff phase vom (Gebrauchs-) Wasser, beispielsweise in einem Dekanter, sodaß das entlastete Wasser (dekontaminiertes Gebrauchswasser) in Oberflächen- oder sonstige Gewässer eingeleitet oder beim Naßzerreiben des kontaminierten Erdreiches wieder verwendet werden kann.
Der vom Dekanter ausgestoßene Feststoff besteht aus dem Sorptionsmittel und aus den dem dekontaminierten Erdreich entzogenen Substanzen; dieser "gefährliche Abfall" ist auf entsprechende Deponien zu verbringen oder nachzubehandeln. Das Volumen dieses "gefährlichen Abfalles" beträgt 1 bis 1 ,5 % des Volumens der ursprünglich kontaminierten Erde; somit bringt das vorliegende Verfahren auch eine merkliche Entlastung für die Deponieproblematik. Das zu deponierende Restvolumen kann noch weiter reduziert werden, wenn (Braun-) Kohle als Adsorbens verwendet und (in mit Rauchgasreinigung ausgerüsteten Anlagen) verbrannt wird. Dabei nützt man die Wärmeenergie der Kohle und braucht nur die Asche und den Rückstand aus dem Rauchgasfilter zu deponieren.
Anstatt in Richtung Deponie zu gehen, wird erwogen die Substanzen, die als gefährlicher Abfall das Erdreich, Steine, Schotter, Sand oder Schlamm kontaminiert haben, und die man mit dem Sorptionsmittel "in den Griff" bekommen kann, vom Adsorbens zu trennen und (wieder) zu verwerten. Beim heutigen Stand der Technik ist das aber wenig lohnend und erfolgversprechend.
Nachstehend werden anhand der Zeichnung in Fig. 2 die Verfahrensschritte einer erfindungsgemäßen Anlage veranschaulicht und mit Kenngrößen belegt. Mit (1 ) ist der Trichter (Bunker) bezeichnet, in dem das zu dekontaminierende Material (d.s. die mit gefährlichen Abfällen oder/und Erdölprodukten verunreinigten Erdböden, Schlämme, odglm.) in die Aufbereitungsanlage eingebracht, von hier mit einer Förderschnecke (2) entnommen und der Misch- & Mahlmaschine (3) zugeführt wird. In der Maschine (3) kommt durch die Zuleitung (4) Gebrauchswasser hinzu, und das mit dem belasteten Material zustandekommende Gemisch wird in heftige, turbulente Strömungen versetzt. Dadurch verringert man die Oberflächenspannung des Wassers und fördert die Separation von kleineren Feststoffpartikeln von den Größeren. im Ausführungsbeispiei wurde eine (Universal-) Mühle (3) in der in Fig. 3 gezeigten Bauform verwendet, die mit einer für grobstückige Aufgabematerialien geeigneten Schlagscheibe ausgerüstet ist. Mit einem 37 kW Elektromotor hat die Mühle (3) bei 3.000 UpM einen Durchsatz < 4 to/h. Für sehr viel größere Durchsätze, in der Größenordnung von 100 to/h, sind Stab- und Kugelmühlen vorgesehen, die im Naßverfahren Antriebsleistungen bis zu 1.000 kW benötigen.
Im Absetzbecken (5) überläßt man das aus der Misch- & Mahlmaschine (3) kommende Gemisch der Schwerkraft, entlädt dann das Sediment zur bestimmungs- gemäßen Ausbringung, und setzt die Ausscheidung der Feststoffe in einer Siebbandpresse (6) fort. Die Feststoffe können mit einem Förderband (7) in den Container (8) transportiert werden, welcher so ausgeführt ist, daß er von einem angepaßten LKW hydraulisch anzuheben und ins Freigelände zu bringen ist.
Die Mohnopumpe (9) befördert das Eluat aus dem in (5) und (6) vollzogenen Trennverfahren in den Adsorber (10), der im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Maschine der in Fig. 3 gezeigten Bauart ist. Für größere Durchsätze gilt das zur Misch-& Mahlmaschine (3) gesagte.
Im Adsorber (10) trifft das Eluat auf das Sorptionsmittel, welches nach dem Vorzerkleinern im Brecher ( 11 ) mit der Förderschnecke (12) in die Mühle ( 13) eingebracht und dort zu Pulver vermählen worden ist. Die Mühle ( 13) ist mit einem Wirbelstromrotor ausgerüstet; dieses Mahlwerkzeug eignet sich besonders gut für die Feinvermahlung von Braunkohle zu Staub mit Teilchen-Korngrößen von einigen Mikrometer bis 0, 1 mm. In ihrer Bauform schaut die Mühle (13) äußerlich genauso aus, wie die in Fig. 3 veranschaulichte (Universal-) Mühle (3), sie ist aber viel kleiner als diese. Bei einer Antriebsleistung von ~ 6 kW liefert sie < 70 kg/h Braunkohle-Staub, wovon für das Eluat, das von der im Anwendungsbeispiel vewendeten Misch- & Mahlmaschine (3) mit ihrem Durchsatz von < 4 to/h herrührt, 40 bis 60 kg/h benötigt und von der Dosierschleuse (16) dem Durchsatz angepaßt, in den Adsorber (10) eingelassen werden. Um Staubexplosionen auszuschließen, wird die Braunkohle unter Inertgas vermählen. Das Schutzgas aus dem Behälter (14) wird über die Zuleitung (15) auch noch aus einem anderen Grund kontinuierlich in die Mühle (13) eingeblasen. Beim Vermählen der Braunkohle entstehen neue Oberflächen, die bis zum Sorptionsprozess im Adsorber (10) wirksam gehalten werden müssen. Da es ohnedies nur 30 bis 50 m 2/g sind, ist es angebracht, Verluste zu vermeiden. (Anm.: Handelsübliche Aktivkohlen können wirksame Oberflächen von mehreren hundert m 2/g (bis zu etwa 700 m2/g) haben; trotzdem ist die Braunkohle mit 30 - 50 m /g an aktiver Oberfläche, verfahrensgemäß verwendet, um ein Vielfaches kostengünstiger als Aktivkohle.] Zur Wahrung der vereinfachten Darstellung wird davon abgesehen, in Fig. 2 die Vorrichtung einzuzeichnen, mit der dem Inertgas bestimmte Temperaturen gegeben werden können, um das Temperaturprofil im Adsorber (10) zu steuern. Es wird auch davon abgesehen einzuzeichnen, daß der pH-Wert des Eluats durch Zudosieren von Säuren oder Basen optimiert werden kann; bekanntlich haben die meisten Sorptionsmittel das beste Adsorptionsvermögen im schwach alkalischen Bereich (8 - 11 pH). Nach dem Adsorber ( 10) kommt das Gemisch aus Eluat und Sorptionsmittel in den Dekanter ( 17), von wo der ausgeschiedene Feststoffanteil ( meist ein mit Restfeuchtigkeit behafteter Schlamm ) über die Fördervorrichtung ( 18) in einen Sammeltrog oder -bunker (19) gelangt, und von dort wegtransportiert werden kann. Da es sich um das Sorptionsmittel handelt, das mit den gefährlichen Abfällen der verfahrensgemäß behandelten Erde belastet ist, muß dieses Material auf eine entsprechende Deponie gebracht werden; das Volumen dieses Materials beträgt aber nur 1 bis 1 ,5 % vom Volumen der behandelten Ausgangssubstanz und stellt somit eine ganz erhebliche Entlastung der Deponieproblematik dar, zumal mit der weiter oben erwähnten Behandlung noch kleinere Restvolumina zu erzielen sind.
Das Wasser aus dem Dekanter ( 17) kann, wenn es der vorgeschriebenen Güte entspricht, über den Zwischenbehälter (20) und den Abfluß (21 ) fortgeleitet oder über die Anschlüsse (22) und (4) zur Wiederverwertung in die Misch- & Mahlmaschine (3) zurückgeführt werden. Im Bedarfsfall kann man Frischwasser über den Anschluß (23) zuleiten.
Mühle ( 13) und Adsorber ( 10) der Anlage des Ausführungsbeispieies sind In einem wetterfesten Container (24) installiert, der auch den Schaltraum (25) mit dem Steuerpult (26) für den Betrieb der Anlage enthält und bei (27) an das elektrische Stromnetz angeschlossen ist.
Mühle ( 13), Adsorber (10) und Misch- & Mahlmaschine ( 13) der Vorfuhranlage sind äußerlich gleichartige Universalmuhlen der in Fig. 3 gezeigten Bauart. Ihren unterschiedlichen Aufgaben entsprechend, sind sie aber mit verschiedenen Mahlwerkzeugen ausgerüstet. Maschine (3) hat eine (in Fig. 3 angedeutete) Schlagscheibe, Maschine (13) einen Wirbelstromrotor, und Adsorber ( 10) das in Fig. 4a und 4b veranschaulichte Mahlwerkzeug. Dieses Mahlwerkzeug besteht aus dem Stator (28) mit dem Anschluß (29) zu der in Fig.2 angefüllten Mohnopumpe (9) die das Eluat zum Mahlwerkzeug fordert, und aus dem Rotor (30). Das Sorptionsmittel kommt bei (A) aus der zentralen Einlaßöffnung der Frontture ( in Fig. 3 geöffnet gezeigt) und wird vom konischen Deckel (31 ) des Rotors (30) zum Mahlspalt hin gelenkt. Der Mahlspalt wird von den Lamellen (32) des Rotors und den Lamellen (33) des Stators gebildet, deren konische Anordnung in Fig. 4b dargestellt ist. In der in Fig. 5 vergrößert gezeigten oberen Hälfte von Fig. 4a ist mit (34) jene Stelle der Lamelle (33) gekennzeichnet, an der sich der Mahlspalt um den Winkel (*) öffnet, um gröberem Gut den Einlaß zum engen Mahlspalt gegen die Austrittsseite (B) hin zu erleichtern. Knickpunkt (34) und Winkel (*) richtet man auf die Konsistenz des zu behandelnden Eluatβs aus.
Die Lamellen (32) und (33) sind so ausgeführt und solcherart mit Sicherungen (35) im Mahlwerkzeug montiert, daß sie bequem ausgewechselt werden können, wenn das zum Nachschleifen oder wegen der Wahl anderer Werkstoffe, zweckmäßig oder notwendig ist.
Patentansprüche:

Claims

Pat en tans p rü c h e
1. Verfahren zum Dekontaminieren von mit gefährlichen Abfällen und Erdölprodukten verunreinigten Erdboden aller Art und Schlämmen, wobei das verunreinigte Material mit Wasser ausgewaschen und hernach vom Eluat getrennt wird, sodaß die im Eluat mitgenommenen Schadstoffe mit einem Adsorptionsmittel entzogen und anschließend mitsamt dem Sorptionsmittel aus dem Wasser ausgeschieden werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus verunreinigtem Erdreich oder Schlamm und dem zum Auswaschen zugesetzten Wasser zerrieben wird, währenddem mechanisch bewirkte heftige, turbulente Strömungen die Oberflächenspannung des Wassers absenken und unter der Wirkung der mechanischen, alternierenden (Druck-) Kräfte die weniger kontaminierten größeren Partikel des Erdreichs oder Schlammes von den stärker kontaminierten kleineren (feinkörnigen) getrennt werden, welche die kontaminierenden Schadstoffe zugleich mit dem Eluat an die im mechanischen Kraftfeld mechanochemisch aktivierten Sorptionsmittel abgeben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man dem Wasser vor dem Eluieren von Erdreich und Schlammen, Chemikalien zusetzt, die das Eluieren unterstutzen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel in festem, flüssigen oder gasformgem Zustand dem Eluat zugesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Sorptionsmittel vor, wahrend oder nach dem Zerkleinern in kleinste Partikel dem Eluat zugesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Adsorptionsmittel unter Inert-Schutzgas zerkleinert wird, um Staubexplosionen zu verhüten und das Kontaminieren der beim Zerkleinern entstehenden neuen Oberflächen zu vermeiden, bevor das Sorbens mit dem Eluat vermengt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Zugabe von Säuren oder Basen zum Wasser oder Eluat einen schwach alkalischen Bereich (8 bis 11 pH) einstellt, welcher die Adsorption begünstigt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einem Bunker (1 ) mit Einfülltrichter für das zu dekontaminie- rende Material, Entnahme- und Fördereinrichtungen (2), (7), (12) und (18) zum Einbringen und Weiterbefördern des zu dekontaminierenden Materials zu und von den einzelnen Bau- und Anlageelementen, uzw. der Misch- und Mahlmaschine (3), dem Adsorber (10), Sorptlonsmittel-Brecher ( 11 ), Mühle (13), ferner Behälter und Entwässerungsgeräten wie Absetzbecken (5), (Siebband-) Presse (6), Dekanter (17), (Gebrauchswasser-) Zwischenbehälter (20), Schutzgas-Behälter ( 14) mit Zuleitung (15) zur Mühle (13), (Feststoff-) Container (8) und (Sorptionsmittel-) Sammeltrog (19), dadurch gekennzeichnet, daß das zu dekontaminierende Material in der Misch- und Mahlmaschine (3) mit über die Zuleitung (4) beigemengtem (Gebrauchs-) Wasser zu einem Gemisch vermengt wird, welches zwischen Kugeln oder Stangen in Rohr- und Trommelmühlen zerrieben wird, oder mittels Scheiben mit Stiften oder Pendelschlägern, Schlagkreuzen oder -Scheiben, Wirbelstromrotoren oder Rotoren mit Schneidmesser, in Relativbewegungen der Maschinenelemente, wodurch heftige turbulente Strömungen Zustandekommen, die die Oberflächenspannungen der Flüssiganteile merklich herabsetzen, sodaß das Auswaschen des verunreinigten Materials gefördert und das Trennen von größeren und kleineren Materialpartikeln beschleunigt werden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel nach dem Vorzerkleinern im Brecher (11 ) in der Mühle (13) unter Schutzgas-Atmosphäre pulverisiert wird, sodaß Staubexplosionen vermieden und das vorzeitige Kontaminieren von sorptionsaktiven Oberflächen verhütet werden, bevor das Sorptionsmittel im Adsorber (10) mit dem Eluat vermengt und zur Wirkung gebracht wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Adsorber (10) mit den in Anspruch 7 aufgezählten Mahlwerkzeugen mechanische Energie auf das Eluat mit dem zugesetzten Sorptionsmittel ausgeübt wird, sodaß das Sorptionsvermögen des Sorptionsmittels mechanochemisch aktiviert wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung des Eluats von der Presse (6) zum Adsorber (10) eine Dosierpumpe (9) und für das Sorptionsmittel zwischen Mühle (13) und Adsorber eine Dosierschleuse (16) vorgesehen sind, um die Einbringung in den Adsorber (10) nach Bedarf zu regeln.
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