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Dokumentenidentifikation DE69229698T2 02.12.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0519897
Titel Nährstoff-Zuführungssystem in Dampfphase für biologische in-situ-Bodensanierung
Anmelder The IT Group, Inc., Torrence, Calif., US
Erfinder Graves, Duane A., Maryville, Tennessee 37804, US;
Leavitt, Maureen E., Knoxville, Tennessee 37922, US
Vertreter H. Weickmann und Kollegen, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69229698
Vertragsstaaten BE, DE, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 22.06.1992
EP-Aktenzeichen 928501527
EP-Offenlegungsdatum 23.12.1992
EP date of grant 04.08.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.12.1999
IPC-Hauptklasse B09B 3/00
IPC-Nebenklasse A62D 3/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Behandlung von Böden, die mit organischen Verbindungen kontaminiert sind und insbesondere betrifft sie ein System zur in situ Bioreinigung ("bioremedation")von Böden durch Zuführen von dampfförmigen Nährstoffen in den Boden zur Verwendung durch Mikroorganismen, die die organischen Verunreinigungn zu einer weniger unerwünschten Form metabolisieren.

Bioreinigung ist eine immer beliebter werdende Methode zur Behandlung von Matrizes, die mit organischen Verbindungen kontaminiert sind, welche durch vorhandene oder eingebrachte Mikroorganismen metabolisierbar sind. Zum Beispiel war eine Bioreinigung angewendet worden bei der Behandlung von unterirdischen Bodenbereichen, die durch Kohlenwasserstoffe wie im Fall von Undichtigkeit von Unterbodentanks oder Röhren, kontaminiert waren. Bioreinigung ist auch verwendet worden bei der Behandlung von Öl- und Gasverunreinigung in Wasser, wie etwa bei Tankerunglücken, Ölquellenlecken und ähnlichen.

Während sich der Ansatz der Verwendung von Mikroorganismen zur Reinigung (einigen Erfolges erfreute, bestehen Probleme bei der Umsetzung der verschiedenen Bioreinigungsverfahren, die vorgeschlagen wurden. Ein spezielles Problem ist die Tatsache, daß Bioreinigungsverfahren dazu tendieren eher ineffizient und zeitraubend bei einigen Anwendungen im Vergleich mit anderen unterschiedlichen Ansätzen zu sein, wie etwa chemischen oder thermischen Behandlungen und/oder einem Ausschachten oder Entfernen und Lagerung an anderer Stelle. Dies trifft insbesondere im Fall von relativ tiefer Verunreinigung einer Schicht unter der Oberfläche eines Bodens zu, wo der geringe Gehalt an Nährstoffen nur sehr geringe Populationen von Mikroorganismen ernährt, die in der Lage sind, Verunreinigungn zu metabolisieren und wo ein Transport jeglicher verfügbarer Nährstoffe zu den Bakterien durch bekannte Mittel und/oder einer Wanderung von Bakterien zu der Verunreinigung oft durch die Struktur der Stelle verhindert wird.

DE-A-36 05 042 betrifft eine in situ Behandlung von unterirdischen Bodenschichten, die mit organischen Verbindungen kontaminiert sind, worin sich Mikroorganismen auf der Oberflächenschicht der Bodenmasse niederlassen sollen und in den Hohlräumen der Röhren Nährstoffgas zuführen.

US-A-4 850 745 betrifft ein System zur Behandlung von Boden, der durch Erdölkohlenwasserstoffe kontaminiert ist.

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Bioreinigung von Boden bereitzustellen, der organische Verunreinigungen enthält.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System zur in situ Behandlung von Boden bereitzustellen, der organische Verunreinigungn enthält, die durch Mikroorganismen in dem Boden nahe der Substanz metabolisierbar sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein derart beschriebenes System bereitzustellen, welches die Zufuhr von Nährstoffen zu Mikroorganismen ermöglicht, um den Metabolismus der Verunreinigung durch die Mikroorganismen zu fördern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein derart beschriebenes System bereitzustellen, worin der Nährstoff leichter und schneller in den Boden dispergiert wird.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein derart beschriebenes System bereitzustellen, in dem der Nährstoff für einen relativ großen Bereich des Bodens verfügbar gemacht wird.

- Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein derart beschriebenes System bereitzustellen, in dem der Nährstoff in einer Form bereitgestellt wird, die durch die Mikroorganismen leicht verwertbar ist.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein derart beschriebenes System bereitzustellen, welches relativ unkompliziert aufzubauen und zu verwenden ist und welches eine wirksame Zufuhr von Nährstoffen zu den Mikroorganismen ermöglicht.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erreicht, welche ein Verfahren bereitstellt zur in situ Behandlung einer unterirdischen Bodenschicht, die eine organische Verunreinigung enthält, die durch Mikroorganismen in dem Boden metabolisierbar ist. Im allgemeinen umfaßt die Erfindung das Bereitstellen einer Zufuhrleitung im Boden von nahe der Oberfläche bis nahe einer Behandlungszone des Bodens, der die Mikroorganismen und die Verunreinigung enthält, um eine Fließverbindung zwischen dem Boden in der Behandlungszone und einer Quelle eines Gases herzustellen, die einen dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, ausgewählt aus der Klasse, bestehend aus dampfförmigen Ammoniak- und Phosphatverbindungen. Ein Gasstrom, der dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, wird dann durch die Zufuhrleitung von der Quelle eingeführt, so daß der dampfförmige Nährstoff in den Boden in der Behandlungszone abgegeben wird zur Verwendung durch die darin enthaltenen Mikroorganismen, um den Metabolismus der Verunreinigung zu fördern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Dampfabzugsleitung in dem Boden von nahe der Oberfläche bereitgestellt, um eine Fließverbindung zwischen der Abzugsleitung und dem benachbarten Boden zur Abgabe von Gas aus dem Boden herzustellen. Ein Vakuum wird in der Abzugsleitung aufgebaut, um einen Bereich mit vermindertem Druck in dem Boden nahe der Abzugsleitung herzustellen, um eine Einflußzone der Abzugsleitung in dem Boden zu bilden, um einen Dampfstrom durch den Boden durch die Einflußzone zur und in die Abzugsleitung zu induzieren. Die Abzugsleitung ist in Bezug auf die Zufuhrleitung so angeordnet, daß die Einflußzone mindestens einen Teil der Behandlungszone umfaßt, um ein Strömen des in die Behandlungszone aus der Zufuhrleitung abgegebenen Gases zur und in die Abzugsleitung zu bewirken.

Diese und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nun weiter beschrieben in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 ein Schaubild ist, das verschiedene Eigenschaften der vorliegenden Erfindung zur Zufuhr von dampfförmigen Nährstoffen in Boden veranschaulicht;

Fig. 2 ein Schaubild ist, das Eigenschaften einer bevorzugten Ausführungsform des Dampfphasennährstoffzufuhrsystems der Erfindung in einer Anwendung zur in situ Bioreinigung von Boden veranschaulicht;

Fig. 3 ein Schaubild ist, das Eigenschaften einer weiteren Ausführungsform des Dampfphasennährstoffzufuhrsystems der Erfindung zur in situ Bioreinigung von Boden veranschaulicht;

Fig. 4 ein Schaubild ist, das verschiedene Eigenschaften der Erfindung veranschaulicht, die mit der Retention von Ammoniak innerhalb der behandelten Böden in Verbindung steht;

Fig. 5 ein Schaubild ist, welches verschiedene Eigenschaften der Erfindung veranschaulicht, die mit dem pH der behandelten Böden in Verbindung sehen;

Fig. 6 ein Schaubild ist, das ein Verhältnis veranschaulicht zwischen der Zeit zum Durchdringen von dampfförmigem Ammoniak und der Fließgeschwindigkeit des Gases für Trockenböden, die in Übereinstimmung mit der Erfindung behandelt wurden;

Fig. 7 ein Schaubild ist, das ein Verhältnis veranschaulicht zwischen der Zeit zum Durchdringen von dampfförmigem Ammoniak und der Fließgeschwindigkeit des Gases für Feuchtböden, die in Übereinstimmung mit der Erfindung behandelt wurden;

Fig. 8 ein Schaubild ist, das ein Verhältnis veranschaulicht zwischen der Gasmenge, die den Boden hinsichtlich Porenvolumen durchflossen hat bis zum Durchdringen von dampfförmigem Ammoniak und der Fließgeschwindigkeit des Gases für Trockenböden, die in Übereinstimmung mit der Erfindung behandelt wurden und

Fig. 9 ein Schaubild ist, das ein Verhältnis veranschaulicht zwischen der Gasmenge, die den Boden hinsichtlich Porenvolumen durchflossen hat bis zum Durchdringen von dampfförmigem Ammoniak und der Fließgeschwindigkeit des Gases für Feuchtböden, die in Übereinstimmung mit der Erfindung behandelt wurden.

Es wird nun Bezug genommen auf die Abbildungen im weiteren Detail, wobei die allgemeineren Merkmale der Erfindung in dem Schaubild von Fig. 1 veranschaulicht sind, worin ein zu behandelnder Bodenbereich 20 eine organische Verunreinigung enthält, die metabolisierbar ist durch enthaltene oder eingebrachte Mikroorganismen in dem Boden. Zum Beispiel kann der Boden als die organische Verunreinigung verschiedene metabolisierbare Kohlenwasserstoffe enthalten, wie etwa Kraftstoffe, Öle und ähnliche sowie PCBs und Dioxine, von denen bekannt ist, daß sie vollständig oder teilweise zu weniger schädlichen Nebenprodukten durch Mikroorganismen metabolisierbar sind, die typischerweise in Böden bis zu einer beträchtlichen Tiefe enthalten sind. Die Terminologie "organische Verunreinigung" wie hierin verwendet, bezieht sich auf und schließt jede solcher metabolisierbarer organischer Substanzen ein, welche wünschenswerterweise aus der Erde durch Bioreinigungsverfahren entfernt werden soll.

Wie auf dem Gebiet verstanden wird, kann der verunreinigte Boden voraussichtlich innerhalb der sogenannten "Vadose"-Zone sein, welche der ungesättigte Bereich ist, der im allgemeinen zwischen der Oberfläche und dem Grundwasserspiegel lokalisiert ist. Jedoch kann der verunreinigte Boden sich auch in die Kapillarzone erstrecken, welche der Übergang zwischen dem Grundwasserspiegel und der Vadose-Zone ist und die Verunreinigung kann sich auch in den Grundwasserspiegel selbst erstrecken, wie im Fall von auf dem Wasser schwimmendem Kohlenwasserstoffilm.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein dampfförmiger Nährstoff, in einem Trägergas, wie etwa Luft, durch ein Zufuhrleitung 22 zu dem Bodenbereich 20 zugeführt, um das Wachstum von Mikroorganismen in dem Boden zu stimulieren, um den Metabolismus der Verunreinigung durch die Mikroorganismen zu fördern. Der Begriff "Dampf" bedeutet, wie hierin verwendet in Verbindung unter Hinweis auf den Nährstoff im wesentlichen die gasförmige Phase der Verbindung und ist somit ein Synonym zu dem Begriff "Gas". Auch bezieht sich der Begriff "Boden" im allgemeinen Sinn auf im wesentlichen feste teilchenförmige Matrixmaterialien, welche jeglichen verunreinigten Bereich in der Erdkruste ausmachen, die durch die Erfindung behandelt werden können und umfaßt deshalb natürlich vorkommende Materialien, wie etwa Sand, Tonerde, Schwemmsand, Schotter, Humus und ähnliches sowie alle künstlichen Matrizes, wie etwa Glas, Baumaterialien, Beton, Schlacke, Flugasche und andere derartige Materialien.

Der Nährstoff, der eine dampfförmige Form einer Ammoniak- oder einer Phosphatverbindung ist, kann sich innerhalb des Trägergases befinden, in dem man das Gas durch eine oder mehrere Tanks 24 durchfließen läßt, die eine Lösung 26 enthalten, die in der Lage ist, eine dampfförmige Form des Nährstoffs in das Trägergas zu entlassen. Somit kann, um ein dampfförmiges Ammoniak in dem Trägergas als einen Nährstoff zur Verfügung zu stellen, Luft durch eine Lösung aus Ammoniumhydroxid in dem Tank 24 geführt werden. Um eine dampfförmige Phosphatverbindung bereitzustellen, und insbesondere eine Orthophosphatgruppe, kann die Luft durch eine Lösung aus Phosphorsäure geführt werden, so daß das Gas, das die Lösung anregt, Gas oder dampfförmiges Orthophosphat enthält. Die Luft wird eingeblasen oder versprengt in die Lösung aus einer Leitung 28 unter Zuhilfenahme einer Pumpe 30, die das Trägergas durch Leitung 32 von der Quelle, gezeigt bei 34, zieht, was einfach durch Einziehen von atmosphärischer Luft geschehen kann. Alternativ kann der dampfförmige Nährstoff in das Trägergas aus einem Gasstadium, wie etwa aus einem komprimierten Gaskanister, Tanks und ähnlichen, eingebracht werden.

Der dampfförmige Nährstoff und das Trägergas diffundieren leicht in und durch den Bodenbereich 20, wobei Nährstoffe für die Mikroorganismen in dem Boden bereitgestellt werden. Durch geeignete Kontrolle der Fließgeschwindigkeit des Trägergases und der Konzentration des Nährstoffs wird ein signifikanter Anstieg der Population der Mikroorganismen erreicht und eine erhöhte Fähigkeit der Mikroorganismen die Verunreinigung zu metabolisieren, um eine Reinigung des Bereichs zu bewirken.

Das Trägergas und jedweder restliche Nährstoff verläßt den Bodenbereich 20 durch Leitung 36 und kann in eine Lösungsfalle 38 gesprengt oder eingeblasen werden, die in einem Tank 40 enthalten ist, um restlichen Nährstoff aus dem Gas zu entfernen. Das gereinigte Gas wird dann aus dem Tank 40 durch Leitung 42 unter Zuhilfenahme von Pumpe 44 geführt und in die Atmosphäre in Leitung 46 entlassen oder weiterbehandelt, was nötig sein kann, wie bei 48 gezeigt. Das Gas in Leitung 36 kann auch rezirkuliert werden im Ganzen oder zum Teil durch Leitung 50 zu Zufuhrleitung 22 unter Zuhilfenahme von Pumpe 52, um restlichen Nährstoff dem Boden wieder zuzuführen und die Wirksamkeit des Verfahrens zu erhöhen. Abhängig von den Erfordernissen kann die Rezirkulierung zwischen verschiedenen Leitungen vor und nach Passage des Gases durch den Boden eingerichtet werden.

Während das System, das in Fig. 1 gezeigt ist, zwei Pumpen 30 und 44 verwendet, um einen Druck/Zug-Aufbau bereitzustellen, kann die Erfindung in einigen Anwendungen mit nur einer einzigen Pumpe entweder "durch Drücken" des Gases durch den Boden wie bei der Verwendung von Pumpe 30 oder "durch Ziehen" des Gases durch den Boden wie bei der Verwendung von Pumpe 44 durchgeführt werden. Auch kann in einigen Anwendungen die Verwendung einer Reinigungsvorrichtung, wie etwa dem Tank 40 und Lösung 38 weggelassen werden und dem Gas einfach erlaubt werden in den Boden zu diffundieren, um den dampfförmigen Nährstoff zu den Biota zu bringen mit keinem Versuch das Gas oder den Dampf zu entfernen oder die Leitung 36 mit oder ohne Pumpe 44 kann einfach als ein Abzug verwendet werden.

Als spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in Fig. 2 und 3 zwei Systeme zur Verteilung des dampfförmigen Nährstoffs zu einem zu behandelnden Boden gezeigt. Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 2 definiert ein Bodenbereich 60, der eine metabolisierbare Verunreinigung enthält, einen zylindrischen Abschnitt, der nach unten mit einer Tiefe "d" von der Oberfläche 62 des Bodens ausläuft. Testschachte können vorher gebohrt werden, um den Kontaminationsbereich bezüglich der Breite und Tiefe des Bodens und der Konzentration, Typs und der Verteilung von Mikroorganismen und Nährstoffen zu vermessen. Abhängig von der Konfiguration der Stelle und dem Kontaminationsbereich kann die Tiefe "d" nur wenige Fuß sein oder sie kann hunderte von Fuß ausmachen.

Vertikal orientierte Nährstoffzufuhrleitungen oder Schächte 64 werden hinunter in den Bodenbereich 60 an voneinander entfernten Stellen bis zu einer Tiefe ungefähr gleich der Tiefe "d" eingerichtet und werden perforiert, geschlitzt oder anderweitig nahe ihren unteren Enden wie bei 66 konfiguriert, um Gas aus den Schächten in den umgebenden Boden von gut verteilten Stellen unterhalb der Oberfläche 62 abzugeben. Geeignete Schachtkonstruktionen für diesen Zweck sind beschrieben im Handbuch: Remedial Action at Waste Disposal Sites, EPA Report Nr. A-620/6-82-006, vom März 1982, Seiten 235-282, dessen Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird.

Die Schächte 64 sind durch einen Verteiler 70 miteinander verbunden, welcher durch Leitung 72 von einem Nährstoffspendertank 74 und angeschlossener Pumpe 76 führt und zu dem Tank 74 durch Leitung 80 von Einlaßleitung 82 Luft zuführt. Der Verteiler 70 kann oberhalb der Erde wie gezeigt sein oder kann leicht unterhalb der Oberfläche 62 eingebracht sein. Der Nährstoffversorgungstank 74 kann eine Lösung aus Ammoniumhydroxid im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis zu dem am höchsten gewerblich erhältlichen Prozentsatz zur Freigabe von Ammoniakdampf zur Luft eingeblasen oder versprengt durch die Lösung von Leitungs 80, enthalten. Derselbe Tank oder ein anderer Tank kann verwendet werden, um eine Lösung bereitzustellen zur Versorgung von dampfförmigem Phosphat zu dem Gas, das in die Leitung 64 aus Verteiler 70 eintritt. Zum Beispiel kann eine Lösung aus Phosphorsäure im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 85 Gew.-% verwendet werden, um das dampfförmige Orthophosphat dem Trägergas bereitzustellen. Die Dosis oder Konzentration des dampfförmigen Nährstoffs in dem Gas und die Fließgeschwindigkeit durch die Leitungen 64 kann wie notwendig verändert werden, um eine Zufuhr der erforderlichen Menge von Nährstoff zu den Mikroorganismen in dem Bodenbereich 60 zu erreichen.

Eine zentral angeordnete Dampfabzugsleitung oder ein Schacht 90 entläßt Dampf aus dem Bodenbereich 60. Der Auslaßschacht 90 kann in einer ähnlichen Weise wie die Zufuhrschächte 64 konstruiert sein, die einen niedrigeren perforierten oder gasdurchlässigen Abschnitt 92 verwenden, der Dampf in den Schacht aus dem umgebenden Boden hineinläßt. Eine Vakuumpumpe oder ein Saugverdichter 94 steht in Fließverbindung mit dem Extraktionsschacht 90 durch Leitungen 96 und 98 und Tank 100, der jedweden restlichen Nährstoff aus dem Gas, wie oben beschrieben, unter Bezugnahme auf Fig. 1, entfernt. Alles oder ein Teil des Gases, welches aus dem Boden entzogen wird, kann rezirkuliert werden aus Leitung 98 zu Zufuhrleitung 70 sowie in Leitung 102 unter Zuhilfenahme der Pumpe 104.

Die Konfiguration des Abzugschachts 90 einschließlich des Ausmaßes der Vakuumkraft, die auf den Boden ausgeübt wird, ist ausreichend, um eine Einflußzone zu schaffen oder verminderten Druck innerhalb des Bodenbereichs 60 nahe des Schachts, um Strömen jeglichen Gases innerhalb des Bereichs zur Mitte und in den Schacht zu bewirken. Die Zufuhrschächte 64 geben jeweils einen Strom von Nährstoff enthaltendem Gas in ihre entsprechenden nahen Bodenbereiche ab. Der Einfluß des Abzugschachts 90 zieht das abgegebene Gas zu der Stelle des Schachts, so daß ein Zugtropftypverteilungsbereich erreicht wird um jeden Zufuhrschacht, wie gezeigt durch die gestrichelten Linien 102, die am Mittelpunkt zusammenlaufen, wie Speichen eines Rades. Der Abstand der Zufuhrschächte 64 in Bezug auf einander stellt eine im wesentlichen vollständige Abdeckung des betroffenen Bodenbereichs 60 sicher.

Unter den Vorteilen der Ausführungsform von Fig. 2 ist die Tatsache zu nennen, daß eine im wesentlichen laterale Bewegung des Nährstoff beladenen Gases erreicht wird durch den betroffenen Bodenbereich 60, während eine im wesentlichen vollständige Deckung des relativ großen Bereichs sichergestellt wird. Auch ist die Zufuhr des Nährstoffs durch radial nach innen fließendes Gas vorteilhaft in Bezug auf den erwarteten abnehmenden Konzentrationsgradienten von der Abgabe zum Auslaß, während der Nährstoff durch die Mikroorganismen verwendet wird oder sonstwie getrennt wird von dem Gas durch Adsorption, Absorption oder Kondensation. Somit wird die Tatsache, daß die Ströme sich hin zum Mittelpunkt vereinigen nicht notwendigerweise eine unerwünschte Erhöhung der Konzentration des Nährstoffs in der Richtung des Abzugschachts 90 bewirken, aber der Anstieg wird dabei helfen eine relativ einheitliche Konzentration über den Bereich beizubehalten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 kann eine zusätzliche Ausführungsform des Behandlungssystems der Erfindung die Verwendung eines Gasverteilers einer Schicht unter der Oberfläche 110 von miteinander verbundenen perforierten Röhren oder Leitungen, die im wesentlichen unter oder durch einen betroffenen Bodenbereich ausgelegt sind, beinhalten. Die Bestandteile von Fig. 3 Ausführungsform, welche im wesentlichen identisch sind mit denen von Fig. 2, werden identifiziert unter Verwendung desselben Bezugscharakters mit einem '-Zusatz. Somit tritt in dem System von Fig. 3 der dampfförmige Nährstoff in den Verteiler 110 von Leitung 70' kommend von Tank 74' ein, der die Lösung enthält, die den Nährstoff in das Trägergas entläßt, das in Leitung 76 von Pumpe 76' eintritt. Somit erstreckt sich die Einflußzone des Abzugschachts 90' in den betroffenen Bodenbereich 60', der zu einer Tiefe d' von der oberen Oberfläche 62' ausläuft. Jedoch sind die Bodenbereiche, in die der Nährstoff abgegeben wird, im wesentlichen horizontal angeordnete Zylinder entlang den Leitungen des Verteilers 110 und die Anordnung, Abstand, Druck und Fließgeschwindigkeit des Nährstoff-beladenen Gases, das von den Leitungen in den Boden diffundiert ist derart, daß die zylindrischen Bereiche überlappen und eine Verteilung des Nährstoffs in den betroffenen Bereich erreichen. In dieser Ausführungsform kann der perforierte Teil des Abzugschachts 90' unterhalb der Ebene des Verteilers 110 liegen, um eine radial und lateral einwärts und nach unten gerichtete Bewegung des diffundierenden Gases zu bewirken. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein bei relativ flachen Kontaminationsbereichen, wo die Verteilerröhren durch Ausschachten installiert werden können.

Die folgenden nicht begrenzenden Beispiele werden angeführt, um die verschiedenen Aspekte der Erfindung weiter zu veranschaulichen. Wenn nicht anders angegeben ist, sind alle Temperaturen Grad Celsius und alle Prozentangaben nach Gewicht.

BEISPIEL I

Luft wurde bei Raumtemperatur durch eine Flasche geblasen, die verdünntes Ammoniumhydroxid enthielt und dann in eine andere Flasche geführt, die eine pH 10 gepufferte Lösung enthielt. Ammoniakakkumulation in der zweiten Flasche wurde beobachtet unter Verwendung einer Ammoniak-sensitiven Elektrode. Ein ähnlicher Test wurde durchgeführt unter Verwendung von konzentrierter Phosphorsäure. Die Einfanglösung enthielt Natriumbicarbonat. Orthophosphat wurde spektrophotometrisch bestimmt. Die Ammoniakkonzentration in der Ammoniakfanglösung stieg an von 0 auf 250 ppm über 90 Minuten und die Phosphatkonzentration in der Orthophosphatfanglösung stieg von 0 auf 11.000 ppm über denselben Zeitraum an, was zeigt, daß sowohl Ammoniak als auch Orthophosphat in der Dampfphase transportiert werden kann.

BEISPIEL 11

Um die Zufuhr von Ammoniak in Boden nachzuweisen, wurde eine 12" · 3/8" Säule feinverteilter Erde, die 25 g wog, in eine Glassäule geladen. Der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens betrug ungefähr 15%.

Luft wurde durch eine 10% wäßrige Lösung Ammoniumhydroxid geblasen, durch die Bodensäule geführt und schließlich in eine Fanglösung, wie oben beschrieben in Bezug auf Fig. 1, geblasen. Der Test wurde durchgeführt bis ein Durchdringen auftrat. Die Ammoniakquelle wurde dann von der Luftzufuhr entfernt und die Bodensäule wurde mit Luft gespült bis der Ammoniakgehalt in dem Fangpuffer sich stabilisierte. Der Boden in der Säule wurde in drei Zonen gepreßt. Der Ammoniakgehalt und pH wurden gemessen. Tabelle 1 unterhalb zeigt die Ergebnisse dieses Tests.

Tabelle 1 - Ammoniaktransport durch eine Bodensäule

Ein Bodensäulentest mit einer 85% wäßrigen Lösung Phosphorsäure wurde durchgeführt unter Verwendung des gleichen Aufbaus wie der Ammoniaktest und einer Fanglösung, die Natriumbicarbonat enthielt. Die Ergebnisse dieses Tests sind unterhalb in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2 - Orthophosphattransport durch eine Bodensäule

BEISPIEL III

Die Zufuhr eines dampfförmigen Nährstoffs in einen Boden wurde gezeigt durch Packen von 12" · 2,5" Glassäulen mit Sand (ungefähr 650 ml Gesamtvolumen). Luft wurde durch die Säulen mit drei unterschiedlichen Geschwindigkeiten gepreßt, 500 ml/min. 1000 ml/min und 2000 ml/min. Dampfförmiger Ammoniak wurde bereitgestellt durch Blasen von Luft durch eine 10% NH&sub4;OH-Lösung bevor sie durch die Sandsäule geführt wurde. Die Säulen wurden mit Trockensand und mit Sand gefahren, der 10% Feuchtigkeit enthielt. Ammoniakdurchdringen wurde bestimmt unter Verwendung einer Ammoniakelektrode, die in der Falle, wie beschrieben in Beispiel 1, plaziert wurde. Nachdem das Durchdringen auftrat, wurde der Sand in der Säule entfernt in entweder drei oder fünf getrennte Einheiten. Zone 1 repräsentiert die erste Probe, die von der Hochstromseite der Säule genommen wurde, wobei die anderen der Reihe nach folgen. Der pH des Bodens wurde in jedem Fall vor und nach dem Test gemessen. Der Boden wurde auch zur Messung der Ammoniakkonzentration gepreßt. Fig. 4 zeigt den Ammoniak in dem Boden am Durchdringen für Naß- und Trockensand bei verschiedenen Fließgeschwindigkeiten im Vergleich mit der anfänglichen Ammoniakkonzentration. Wie in Fig. 4 gezeigt wurde, unter Verwendung von sowohl Trocken- als auch Naß- (10% Feuchtigkeit) Sand, waren die Ammoniakkonzentrationen zwei- bis dreifach in dem Sand erhöht, indem man Ammoniak beladene Luft durch den Sand führte.

Fig. 5 zeigt die pH-Messungen vorher und nachher. Die Daten von Fig. 5 weisen darauf hin, daß der pH des Sands durch das Ammoniakzufuhrsystem beeinflußt wurde. Die pH-Veränderung in dem Sand war weniger stark in dem feuchten Sand. Der Ausgangs-pH des Sands betrug 7,3 und eine Anwendung von dampfförmigem Ammoniak erhöhte den pH auf 7,5 bis 8,7. Während das obere Ende dieses pH- Bereichs ziemlich hoch ist für Bioreinigungssysteme, wird davon nicht erwartet, daß es zu schwerwiegenden Durchführungsschwierigkeiten führt. Die Retentionszeit von Ammoniak in den Sandsäulen ist in Fig. 6 und 7 gezeigt, wobei Fig. 6 die Durchdringkurve für Trockensand darstellt und

Fig. 7 die Durchdringkurve für Naßsand. Die Daten weisen darauf hin, daß bei schnelleren Fließgeschwindigkeiten das Ammoniakdurchdringen schneller auftritt. Auch beeinflußt der Feuchtigkeitsgehalt des Sandes die Retentionszeit von Ammoniak, wobei das Durchdringen sehr viel später auftritt für Naßsand. Fig. 8 und 9 stellen die Porenvolumina von Gas dar, die durch den Sand geführt wurde, für Trocken- bzw. Feuchtsand. Die Porenvolumina, die vor dem Auftreten des Durchdringens erforderlich waren, waren signifikant erhöht, wenn der Sand 10% Feuchtigkeit enthielt.

BEISPIEL IV

Die Toxizität von gasförmigem Ammoniak, die Verwendung von Ammoniak und das Wachstum von mikrobiellen Populationen, die aus einem Dampfphasenammoniakzufuhrsystem in Boden resultieren, wurde untersucht unter Verwendung von drei Säulen, die mit 10% feuchtem Sand gefüllt waren, wobei zwei davon 0,2% Glucose enthielten. Eine Feuchtsandsäule und eine Glucose enthaltende Säule wurden nur mit Luft behandelt, während die andere Glucose enthaltende Säule mit Luft behandelt wurde, die durch eine 10% Ammoniaklösung geblasen wurde.

Die mikrobielle Populationsdichte der Proben wurde vor und nach jedem Test bestimmt durch eine modifizierte Verteilungsplattenmethode, wie beschrieben in Standard Methods For The Examination of Water and Waste Water, 17. Ed. 1989.

Tabelle 3 zeigt die anfängliche mikrobielle Populationsdichte des Sandes und jeder Säule nach fünf Tagen Inkubation in Gegenwart von Luft- oder Ammoniak-beladener Luft.

Tabelle 3 - Mikrobielle Populationsdichten und Antwort auf Ammoniakzufuhr in Feuchtsandsäulen

Probe mikrobielle Dichte koloniebildende Einheiten/g

anfängliche mikrobielle Dichte 5 · 10&sup6;

Feuchtigkeit und Luft, Zone 1 2 · 10&sup7;

Feuchtigkeit und Luft, Zone 2 3 · 10&sup6;

Feuchtigkeit und Luft, Zone 3 4 · 10&sup6;

Feuchtigkeit, Glucose und Luft, Zone 1 1 · 10&sup8;

Feuchtigkeit, Glucose und Luft, Zone 2 2 · 10&sup9;

Feuchtigkeit, Glucose und Luft, Zone 3 3 · 10&sup6;

Feuchtigkeit, Glucose und NH&sub4;, Zone 1 4 · 10&sup7;

Feuchtigkeit, Glucose und NH&sub4;, Zone 2 2 · 10&sup7;

Feuchtigkeit, Glucose und NH&sub4;, Zone 3 9 · 10&sup6;

Wie in Tabelle 3 gezeigt, zeigte die Behandlung mit glucosefreier Luft keine Veränderung in der mikrobiellen Dichte. Beide Glucose enthaltende Behandlungen zeigten leichte Anstiege in den gesamtmikrobiellen Dichten. Diese Daten weisen darauf hin, daß die Zugabe von dampfförmigem Ammoniak bei einer relativ hohen Konzentration nicht toxisch war für die Mikroorganismen.

Tabelle 4 zeigt die Entfernung von Glucose aus denselben Sandsäulen, wie sie oben beschrieben wurden.

Tabelle 4 - Gesamtgehalt von organischem Kohlenstoff von Bodensäulen vor und nach der Behandlung

Die Daten von Tabelle 4 zeigen, daß im allgemeinen der Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff des Glucose-angereicherten Sandes geringer war bei der Behandlung, die Ammoniak erhielt. Entsprechend war der Gehalt an anorganischem Kohlenstoff signifikant höher bei der Ammoniakangereicherten Behandlung, was auf erhöhte biologische Aktivität hinweist.

Obwohl die Erfindung oberhalb in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben worden war, soll es so verstanden werden, daß die Beschreibungen hierin ausschließlich zum Zweck der Veranschaulichung sind und es ist zu erwarten, daß die Erfindung verschiedene Formen und Ausführungsformen annehmen kann und zahlreichen Veränderungen, Modifikationen oder Substitutionen innerhalb der Definition der folgenden Ansprüche unterliegt.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur in situ Behandlung einer unterirdischen Bodenschicht, die eine organische Verunreinigung enthält, welche durch Mikroorganismen in dem Boden metabolisierbar ist, wobei das Verfahren umfaßt Bereitstellen einer Zufuhrleitung im Boden von nahe der Oberfläche bis nahe einer Behandlungszone des Bodens, welche die Mikroorganismen und die Verunreinigung enthält, um eine Fließverbindung zwischen dem Boden in der Behandlungszone und einer Quelle eines Gases herzustellen, das einen dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, ausgewählt aus der Klasse, bestehend aus Ammoniak und Phosphaten in Dampfphase und Induzieren eines Stromes des Gases, das den dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, durch die Zufuhrleitung aus der Quelle, so daß der dampfförmige mikrobielle Nährstoff in den Boden in der Behandlungszone aus der Leitung zur Verwendung durch Mikroorganismen in entfernt von der Leitung befindlichen Bereichen der Behandlungszone abgegeben wird, um den Metabolismus der Verunreinigung durch Mikroorganismen in Bereichen der Behandlungszone, die von der Leitung entfernt sind, zu fördern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin umfaßt, Bereitstellen einer Abzugsleitung in dem Boden von nahe der Oberfläche, um eine Fließverbindung zwischen der Abzugsleitung und dem benachbarten Boden zum Abzug von Gas aus dem Boden herzustellen, Aufbauen eines Vakuums in der Abzugsleitung, um einen Bereich mit vermindertem Druck in dem Boden nahe der Abzugsleitung bereitzustellen, um eine Einflußzone der Abzugsleitung in dem Boden zu erzeugen und einen Gasstrom durch den Boden in der Einflußzone zur und in die Abzugsleitung zu induzieren und Anordnen der Abzugsleitung in Bezug auf die Zufuhrleitung so, daß die Einflußzone der Abzugsleitung mindestens einen Teil der Behandlungszone einschließt, um ein Strömen von Gas, das in die Behandlungszone aus der Zufuhrleitung abgegeben wurde, zur und in die Abzugsleitung zu bewirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein Strom des Gases, das den dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, durch die Zufuhrleitung induziert wird durch Anlegen eines Vakuums an einen Bereich des Bodens nahe der Zufuhrleitung, so daß ein Strom des Gases aus der Quelle durch die Leitung und in den Boden bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein Strom des Gases, das den dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, durch die Zufuhrleitung durch Anlegen eines Drucks an die Quelle induziert wird, so daß ein Strom des Gases aus der Quelle durch die Rohrleitung und in den Boden bewirkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zufuhrleitung im wesentlichen vertikal orientiert wird, und mehrere Zufuhrleitungen mit Abstand zueinander um eine zentral angeordnete Abzugsleitung zum Abziehen von Dämpfen aus der Behandlungszone angeordnet werden und worin ein Strom des Gases, das den dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, durch die Zufuhrleitungen durch Anlegen eines Druckes an die Quelle induziert wird, um einen Strom des Gases aus der Quelle, durch die Zufuhrleitungen und in die Behandlungszone zu bewirken und mindestens ein Teil des aus den Zufuhrleitungen abgegebenen Gases aus der Behandlungszone durch Anlegen eines Vakuums an die Abzugsleitung abgezogen wird, um einen Strom von Gas durch die Behandlungszone in die Abzugsleitung zu induzieren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Gas, das den dampfförmigen Nährstoff enthält, bereitgestellt wird durch Inkontaktbringen des Gases mit einer Lösung, die eine Verbindung enthält, die in gelöster Form in der Lösung den Nährstoff in Dampfform in das Gas entläßt, welches mit der Lösung in Kontakt steht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin umfaßt, Induzieren eines Stromes des aus der Zufuhrleitung abgegebenen Gases durch die Behandlungszone zu einer Abzugsleitung, worin das Gas an die Oberfläche entfernt wird und anschließendes Behandeln des Gases, um darin enthaltenen restlichen dampfförmigen Nährstoff zu entfernen, und um das Gas in eine zum Ablassen in die Umgebung annehmbare Form zu bringen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin umfaßt, Induzieren eines Stromes des aus der Zufuhrleitung abgegebenen Gases durch die Behandlungszone zu einer Abzugsleitung, worin das Gas an die Oberfläche entfernt wird und anschließendes Rezirkulieren mindestens eines Teils des Gases aus der Abzugsleitung zu der Zufuhrleitung.

9. Verfahren zur in situ Behandlung einer unterirdischen Bodenschicht, die eine organische Verunreinigung enthält, welche durch Mikroorganismen in dem Boden metabolisierbar ist, wobei das Verfahren umfaßt Bereitstellen einer Zufuhrleitung im Boden von nahe der Oberfläche bis nahe einer Behandlungszone des Bodens, welche die Mikroorganismen und die Verunreinigung enthält, um eine Fließverbindung zwischen dem Boden in der Behandlungszone und einer Quelle eines Gases herzustellen, das einen dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, ausgewählt aus der Klasse, bestehend aus Ammoniak und Phosphatverbindungen in Dampfphase, Bereitstellen einer Abzugsleitung im Boden von nahe der Oberfläche, um eine Fließverbindung zwischen der Abzugsleitung und dem Boden zum Abziehen von Gas aus dem Boden herzustellen, Induzieren eines Stromes des Gases, das den dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, durch die Zufuhrleitung von der Quelle, so daß der dampfförmige mikrobielle Nährstoff abgegeben wird in die Behandlungszone aus der Zufuhrleitung zur Verwendung durch die Mikroorganismen in Bereichen der Behandlungszone, die von der Leitung entfernt sind, um den Metabolismus der Verunreinigung durch Mikroorganismen in Bereichen der Behandlungszone, die von der Leitung entfernt sind, zu fördern, Aufbauen eines Vakuums in der Abzugsleitung, um einen Bereich mit vermindertem Druck in dem Boden nahe der Abzugsleitung bereitzustellen, um eine Einflußzone der Abzugsleitung im Boden zu erzeugen und einen Strom von Gas durch den Boden in der Einflußzone zur und in die Abzugsleitung zu induzieren, und Anordnen der Abzugsleitung in Bezug auf die Zufuhrleitung so, daß die Einflußzone der Abzugsleitung mindestens einen Teil der Behandlungszone einschließt, um ein Strömen von aus der Zufuhrleitung abgegebenem Gas in die Behandlungszone zur und in die Abzugsleitung zu bewirken.

10. Vorrichtung zur in situ Behandlung einer unterirdischen Bodenschicht, die eine organische Verunreinigung enthält, welche durch Mikroorganismen in dem Boden metabolisierbar ist, wobei die Vorrichtung umfaßt ein Zufuhrleitungsmittel in dem Boden, das sich von nahe der Oberfläche bis nahe einer Behandlungszone des Bodens erstreckt, die die Mikroorganismen und die Verunreinigung enthält, wobei das Zufuhrleitungsmittel angeordnet ist, um eine Fließverbindung zwischen dem Boden in der Behandlungszone und einer Quelle eines Gases herzustellen, das einen dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, ausgewählt aus der Klasse, bestehend aus Ammoniak und Phosphatverbindungen in Dampfphase, und ein Mittel zum Induzieren eines Stromes des Gases, das den dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, durch das Zufuhrleitungsmittel aus der Quelle, so daß der dampfförmige mikrobielle Nährstoff abgegeben wird aus dem Zufuhrleitungsmittel in den Boden in der Behandlungszone zur Verwendung durch die Mikroorganismen in Bereichen der Behandlungszone, die von der Leitung entfernt sind, um den Metabolismus der Verunreinigung durch Mikroorganismen in Bereichen der Behandlungszone, die von der Leitung entfernt sind, zu fördern.

11. Vorrichtung zur in situ Behandlung einer unterirdischen Bodenschicht, die eine organische Verunreinigung enthält, die durch Mikroorganismen in dem Boden metabolisierbar ist, wobei die Vorrichtung umfaßt ein Dampfzufuhrleitungsmittel in den Boden, das sich von nahe der Oberfläche bis nahe einer Behandlungszone des Bodens erstreckt, die die Mikroorganismen und die Verunreinigung enthält, zum Herstellen einer Fließverbindung zwischen dem Boden in der Behandlungszone und einer Quelle von Gas, das einen dampfförmigen mikrobiellen Nährstoff enthält, ausgewählt aus der Klasse, bestehend aus Ammoniak und Phosphatverbindungen in Dampfphase, ein Dampfabzugsleitungsmittel zum Herstellen einer Fließverbindung zwischen dem Boden in der Behandlungszone und dem Dampfabzugsleitungsmittel zum Abziehen von Dämpfen aus dem Boden, ein Mittel zum Induzieren eines Stromes des Gases, das den dampfförmigen Nährstoff enthält, durch das Zufuhrleitungsmittel aus der Quelle, so daß der dampfförmige Nährstoff abgegeben wird aus dem Dampfzufuhrleitungsmittel in den Boden in der Behandlungszone zur Verwendung durch die Mikroorganismen in Bereichen der Behandlungszone, die von der Leitung entfernt sind, um den Metabolismus der Verunreinigung durch Mikroorganismen in Bereichen der Behandlungszone, die von der Leitung entfernt sind, zu fördern, ein Mittel zum Aufbau eines Vakuums in dem Abzugsleitungsmittel, um einen Bereich mit vermindertem Druck in dem Boden nahe dem Abzugsleitungsmittel bereitzustellen, um eine Einflußzone des Abzugsleitungsmittels in den Boden zu erzeugen und einen Strom von Dämpfen durch den Boden in der Einflußzone zur und in das Abzugsleitungsmittel zu induzieren und wobei das Abzugsleitungsmittel in Bezug auf das Zufuhrleitungsmittel so angeordnet ist, daß die Einflußzone des Abzugsleitungsmittels mindestens einen Teil der Behandlungszone umschließt, um Strömen von aus dem Zufuhrleitungsmittel in die Behandlungszone abgegebenen Dämpfen zum und in das Abzugsleitungsmittel zu bewirken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, umfassend die Zufuhrleitung im wesentlichen vertikal orientiert und mehrere Zufuhrleitungen, die mit Abstand zueinander um eine zentral angeordnete Abzugsleitung zum Abziehen von Dämpfen aus der Behandlungszone vorgesehen sind, ein Mittel zum Anlegen eines Druckes an die Quelle, um einen Strom des Gases aus der Quelle durch die Zufuhrleitungen und in die Behandlungszone zu bewirken und ein Mittel zum Anlegen eines Vakuums an die Abzugsleitung, um einen Strom von Gas durch die Behandlungszone in die Abzugsleitung zu induzieren.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, worin die Zufuhrleitungen nahe ihren unteren Enden perforiert, geschlitzt oder anders aufgebaut sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, worin der Abzugsschacht einen unteren perforierten oder gasdurchlässigen Abschnitt aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, die eine unterirdische Gasverteilungseinrichtung aus miteinander verbundenen perforierten Rohren oder Leitungen umfaßt, die im wesentlichen unter oder durch einen betroffenen Bodenbereich gelegt sind, wobei die Rohre oder Leitungen horizontal in Bezug auf den Abzugsschacht angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Abzugsschacht unterhalb der Höhe der Verteilungseinrichtung perforiert ist.







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