| Dokumentenidentifikation |
DE19914922B4 15.04.2004 |
| Titel |
Verfahren zum Entfernen von halogenierten Kohlenstoffverbindungen aus Böden |
| Anmelder |
Adolphi, Peter, Dipl.-Geol.Prof.Dr.rer.nat.habil., 17489 Greifswald, DE; Roth, Ulrich, Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.habil., 17498 Levenhagen, DE; Menyes, Ulf, Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., 17489 Greifswald, DE; Schmidt, Gerhard Wolfgang, Dipl.-Geol. Prof. Dr.rer.nat.habil., 09600 Oberschöna, DE |
| Erfinder |
Adolphi, Peter, Dipl.-Geol.Prof.Dr.rer.nat.habil., 17489 Greifswald, DE; Roth, Ulrich, Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.habil., 17498 Levenhagen, DE; Menyes, Ulf, Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., 17489 Greifswald, DE; Schmidt, Gerhard Wolfgang, Dipl.-Geol. Prof. Dr.rer.nat.habil., 09600 Oberschöna, DE |
| Vertreter |
Meyerhöfer, D., Dipl.-Ing. Faching. f. Schutzrechtswesen, Pat.-Anw., 17489 Greifswald |
| DE-Anmeldedatum |
01.04.1999 |
| DE-Aktenzeichen |
19914922 |
| Offenlegungstag |
05.10.2000 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
15.04.2004 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
15.04.2004 |
| IPC-Hauptklasse |
B09C 1/02
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ Sanierung von mit
halogenierten Kohlenwasserstoffen verunreinigten Böden. Das Anwendungsgebiet der
Erfindung ist die Umwelttechnik, insbesondere die Technologie der chemischen Altlastenbeseitigung.
Zur Dekontamination von Böden wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt,
die sich prinzipiell in on-site Behandlungen der belasteten Böden einerseits und
in in-situ Behandlungen von Böden andererseits unterscheiden lassen.
Durch Neumann, H. J. et al.: Tensidfluten – Ein Jahrzehnt Forschung,
veröffentlicht in der Zeitschrift Erdöl, Erdgas, Lagerstättentechnik, 102. Jahrgang,
Heft 9, 1986, ist bekannt, das mit Tensidgemischen mit einer anionaktiven und einer
nichtionogenen Komponente in einer Konzentration oberhalb der kritischen Micellbildungskonzentration
die Grenzflächenspannung an der Grenzfläche zwischen Wasser- und Ölphase im Porenraum
der Öllagerstätte abgesenkt und damit das Rohöl bei seiner Förderung für die bessere
Löslichkeit in Wasser mobilisiert werden kann.
In DE 39 08 171 A1
ist ein Verfahren zum Entfernen von kohlenwasserstoffhaltigen Ablagerungen in Erdböden
beschrieben, das ein Waschen des kontaminierten Erdbodens mit Wasser vorsieht, welches
ein oder mehrere grenzflächenaktive Stoffe wie Tenside enthält. Als geeignetes Waschmittel
wird die Zusammensetzung aus einem Fluid und einem Liposom vorgeschlagen.
Durch Spei, Brigitte: Reinigung mineralölkontaminierten Erdreichs
mit Tensiden, veröffentlicht in der Zeitschrift WLB Wasser, Luft und Boden, Heft
7-8, 1991, wird dargestellt, dass die Reinigungswirkung von Tensiden und ihre Fähigkeit
zur Bildung von stabilen Emulsionen sowie die Fähigkeit zur Erniedrigung der Oberflächenspannung
von Wasser auf ihrer Molekülstruktur beruht. Jedes Tensid besteht aus einer hydrophoben
und einer hydrophilen Baugruppe. Die hydrophile Baugruppe mit einer positiven Ladung
weist auf ein kationisches Tensid, mit einer negativen Ladung auf ein anionisches
Tensid und ohne Ladung auf ein nichtionisches Tensid hin. Besitzt das Molelül sowohl
positive als auch negative Ladungszentren, handelt es sich um amphotere Tenside.
Für Bodenwaschanlagen on- und off-site stehen Tenside als Reinigungsmittel, deren
Ausgangsstoffe ausschließlich anionische und /oder nichtionische Tensidkombinationen
sind, sowie als Entschäumer, organische Emulsionsspalter, Adsorptionstrennmittel
und Flockungshilfsmittel zur Verfügung.
In DE 44 46 654 A1
wird ein Verfahren beschrieben, das die Behandlung von schadstoffbelasteten Stoffen
unter Verwendung von tensidiven und emulgierenden Extraktionsgemischen ermöglicht.
Nachteilig wirkt sich hier aus, dass es sich um ein on-site Verfahren handelt, bei
dem der zu reinigende Stoff zerkleinert und vorklassiert werden muß.
Das chemisch-biologische Boden-Recycling-Verfahren nach Fa. C. Baresel
arbeitet mit mobilen Anlagen on-site. Die chlorierten Kohlenwasserstoffe werden
während der Waschphase in die Abluft gestrippt und über ein Filtersystem abgereinigt.
Durch DE 42 10 949 A1
und DE 43 33 255 A1 ist zur Reinigung
kontaminierter Böden der kombinierte Einsatz von elektrischen Feldern, Schallfeldern,
Tensiden und/oder Oxidationsmitteln bekannt geworden. Diese Verfahren haben den
Nachteil, dass über einen langen Zeitraum hohe Energiemengen eingesetzt werden müssen
und eine hohe Tensidkonzentration erfordern.
In EP 0 761 323 A1
wird für ein in-situ Sanierungsverfahren ein Bohrkopf zum Injizieren von Waschmitteln
und das Herstellen von Bohrlöchern mit diesem Bohrkopf in dem kontaminierten Boden
dargestellt.
In DE 43 10 776 A1
wird bei der hydraulischen in-situ Sanierung kontaminierter Böden auf Probleme der
Tensidanwendung infolge einer starken Abnahme der Durchlassfähigkeit des organisch
kontaminierten Bodens hingewiesen, die durch Bildung viskoser Emulsionen im Boden
begründet ist. Diese störende Emulsionsbildung soll umgangen werden, wenn dem für
die jeweiligen Schadstoffe effektiven Emulgator in Form eines nichtionischen Tensids
mit niedrigem Ethoxylierungsgrad ein zweites Tensid mit deutlich höherem Ethoxylierungsgrad
oder mit anderem voluminösem polarem Molekülteil zugesetzt wird. Als Mittel für
die hydraulische in-situ Sanierung ist ein Gemisch aus mindestens zwei nichtionischen
Tensiden vorgeschlagen, das den kontamierten Boden durchströmt. Dadurch soll die
Emulgierfähigkeit, die Viskosität der Emulsionen sowie deren Stabilität herabgesetzt
werden. Durch einen weiteren Zusatz von anionischen Tensiden wird eine Minderung
der Tensidsorption erzielt, die durch die negative Oberflächenladung der Bodenbestandteile
entstehen kann.
In WO 98/47638 ist ein Verfahren zur in-situ Bodensanierung von mit
Schadstoff kontaminiertem Boden bei 0 bis 20 Grad Celsius beschrieben, bei dem der
Schadstoff aus dem Boden mittels einer Mikroemulsion extrahiert wird, die als Ölkomponente
eine oder mehere Triglyceride, ätherische Öle und/oder Fettsäureester und ein oder
mehrere verzweigte und/oder mehrkettige anionische Tenside enthält. Der Schadstoff
weist eine höhere Dichte als Wasser auf. Aufgrund ihrer geringeren Dichte transportieren
die Tenside, die dem kontamierten Boden zugeführt werden und dort die Mikroemulsion
bilden, den Schadstoff hinauf zur Erdoberfläche.
Der gemeinsame Nachteil der in DE
43 10 776 A1 und WO 98/47638 beschriebenen technischen Lehren liegt darin
begründet, dass bei beiden in-situ Verfahren die für die Sanierung
des mit chlorhaltigen organischen Schadstoffen kontaminierten Bodens erforderliche
Emulsionsbildung das Einbringen von wässrigen Flüssigkeiten mit anionischen und
ionischen Tensiden in sehr hoher Konzentration erfordert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges und unweltfreudliches
in-situ Verfahren zum Entfernen von halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen
aus Böden, bei dem der erforderliche Mengenaufwand an Tensiden erheblich reduziert
wird, zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß zur in-situ Reinigung des mit halagenierten Kohlenwasserstoffen kontaminierten
Bodens diesem Baden eine wässrige Lösung aus einer Mischung aus anianischen und
nichtionischen Tensiden in einer solchen Konzentration zugeführt wird, dass die
Tensidkonzentrationen im Bodenvolumen unterhalb der kritischen Micellbildungskonzentration
(cmc) liegt und dass nach einer Verweilzeit van 12 bis 96 Stunden die sieh gebildete
fließfähige halogenierte Kohlenwasserstoffphase hydraulisch abgepumpt wird.
Mit diesen oberflächenakfiiven Stoffen wird die Grenzflächenspannung
zwischen den Schadstofftröpfchen und dem Grundwasser im Aquifer derart gesenkt,
dass durch Erhöhung der Mobilität des Schadstoffs dieser durch Wirkung der Schwerkraft
aus den Erdporen tritt und eine im Wasser unlösliche flüssige Phase bildet, die
ohne zusätzliche Wasserzugabe hydraulich-pneumatisch aus dem Boden gepumpt wird.
Micellbildungen sind dabei ausgeschlossen, da sie bekanntlich zur Stabilisierung
oder Destabilisierung des Synergieeffektes führen. Verfahrensgemäß erfolgt die Ermittlung
der Art und Konzentration der erforderlichen Tensidmischung vor dem eigentlichen
Sanierungsvorgang durch die vorangestellte Erkundung der geologischen, geografischen
und hydrogeologischen Gegebenheit des kontaminierten Bodens, die Lage, Art und Menge
des Schadstoffes und die Höhe des Salzgehaltes und des pH-Wertes des Bodens. Die
Tensidkonzentration unterhalb der kritischen Micellbildungskonzentration wird während
des Sanierungsverfahrens am Wert der Grenzflächenspannung, die an der Menge der
geförderten wässrigen Kohlenwasserstoffphase bestimmbar ist, kontolliert und beeinflusst.
Im nächsten Verfahrensschritt wird in den kontaminierten Boden eine
wässrige Tensidlösung mit einer Konzentration im prämicellaren Bereich in einer
solchen Menge in den Boden gebracht, daß alle Porenzwischenräume des kontaminierten
Erdreichs im Aquifer benetzt sind. Im nachfolgenden Verfahrensschritt erfolgt das
Abpumpen der durch die Mobilitätserhöhung aus den Erdporen herausgetretenen flüssigen
Kohlenwasserstoffphase. Eine Mikroemulsionsbildung des Schadstoffes ist nicht gegeben.
Da die flüssige Kohlenwasserstoffphase im Wasser unlöslich ist, kann das Grundwasser
verfahrenstechnisch im Boden verbleiben.
Das anionische Tensid ist eine Mischung aus sauerstoff- und/oder stickstofftunktionalisierten
Tensiden, die eine oder mehrere Carboxylgruppen enthalten und in deren hydrophobem
Molekülteil sich eine oder mehrere Doppelbindungen befinden.
Als nichtionische Tenside kommen Tenside zur Anwendung, die durch
Ethoxylierung H-acider Verbindungen erhalten werden.
Das Tensidgemisch wird bei geringen Tiefen des Schadstoffes im Boden
über Gräben versickert. Befindet sich der Schadstoff in Bodentiefen von über 5 Metern,
erfolgt die Einspülung der Tensidmischung in die kontaminierte Bodenzone mittels
Spüllanzen oder über Schluckbrunnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Beispiel 1:
In ein feinkörniges Sediment, das mit Trichlorethylen belastet ist,
wird eine wässrige Lösung aus anionischen und nichtionischen Tensiden in einer solchen
Konzentration eingebracht, daß die Tensidkonzentration im kontaminierten Bodenvolumen
unterhalb der kritischen Micellbildungskonzentration liegt und die erforderliche
Erniedrigung der Grenzflächenspannung zwischen den Schadstofftröpfchen und dem Grundwasser
erzielt wird. Dieses wird während des Verfahrens über die Verfolgung der Oberflächenspannung
des Grundwassers aus geeigneten Monitoringpegeln kontolliert und beeinflusst. Nach
einer Verweilzeit von 12 – 96 Stunden wird die sich gebildete flüssige Trichlorethylenphase
aus dem Aquifer hydraulisch gefördert. Die Tensidgabe wird wiederholt, bis die Kohlenwasserstoffkonzentrationen
im Förderstrom innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte liegen. Anschließend wird der
Boden solange mit Wasser gewaschen, bis im Förderstrom kein Tensid mehr nachweisbar
ist.
Beispiel 2:
Aus einem Sandboden, der mit Kohlenwasserstoff belastet ist, wird
mittels hydraulischer Verfahren das Wasser und die vorliegende Kohlenwasserstoffphase
abgezogen. Anschließend wird eine wässrige Lösung aus anionischen und nichtionischen
Tensiden in einer solchen Menge eingebracht, daß sich die Tensidkonzentration im
Boden unterhalb der kritischen Micellbildungskonzentration befindet. Dieses wird
während des Verfahrens über die Verfolgung der Oberflächenspannung des Grundwassers
aus geeigneten Monitoringpegeln kontolliert und beeinflusst. Nach
einer Verweilzeit von 12 Stunden wird die wässrige Tensidlösung und die neugebildete
Kohlenwasserstoffphase hydraulisch gefördert. Die Tensidgabe wird wiederholt, bis
die Kohlenwasserstoffkonzentrationen im Förderstrom innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte
liegen. Anschließend wird der Boden solange mit Wasser gewaschen, bis im Förderstrom
kein Tensid mehr nachweisbar ist.
Dieses wird während des Verfahrens über die Verfolgung der Oberflächenspannung
des Grundwassers aus geeigneten Monitoringpegeln kontolliert und beeinflusst.
Beispiel 3:
In ein feinkörniges Sediment, das mit Trichlorethylen belastet ist,
wird eine wässrige Lösung aus anionischen und nichtionischen Tensiden in einer solchen
Konzentration eingebracht, dass die Tensidkonzentration im kontaminierten Bodenvolumen
unterhalb der kritischen Micellbildungskonzentration liegt. Dieses wird während
des Verfahrens über die Verfolgung der Oberflächenspannung des Grundwassers aus
geeigneten Monitoringpegeln kontrolliert und beeinflusst. Nach einer Verweilzeit
von 12 – 96 Stunden wird das Grundwasser und die Trichlorethylenphase hydraulisch
gefördert. Anschließend wird das noch im Boden befindliche Trichlorethylen mittels
einer Bodenluft-Absaugung pneumatisch gefördert. Der zeitliche Einsatz der Bodenluft-Absaugung
lässt sich nach der vorgenommenen Tensidanwendung um den Faktor 4 – 5 verkürzen.
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| Anspruch[de] |
- Verfahren zum in-situ Entfernen von halogenierten Kohlenwasserstoffen aus Böden,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Boden eine wässrige Lösung einer Mischung
aus anionischen und nichtionischen Tensiden in einer solchen Konzentration zugeführt
wird, dass die Tensidkonzentration im kontaminierten Bodenvolumen unterhalb der
kritischen Micellbildungskonzentration liegt und dass nach einer Verweilzeit von
12 bis 96 Stunden die sich gebildete fließfähige halogenierte Kohlenwasserstoffphase
hydraulisch abgepumpt wird.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen
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