Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dekontamination von Böden und Schlämmen sowie vergleichbaren Feststoffgemischen, die durch organische Stoffe oder organische Stoffe und Schwermetalle kontaminiert sind.

Solche Böden und Schlämme, die mit organischen Bestandteilen und Schwermetallen kontaminiert sind, sind etwa

• – durch Altlasten oder Unfälle kontaminierte Böden
• – Schlämme aus industriellen Prozessen
• – Schlämme aus Sandfängen und Ölabscheidern
• – Filteraschen

Der Stand der Technik besteht in der Behandlung mit Bakterien, die aber das Problem der Schwermetalle nicht lösen und bei lehmigen Böden sowieso versagen, in der Behandlung durch Abrösten, was nicht nur enorme Energie verbraucht, sondern das Schwermetallproblem ebenfalls nicht löst, und das Behandeln mit tensidischen Lösungen, bei denen die organischen Stoffe als Mizellen im Wasser gelöst werden, was aber bei Anwesenheit von Erdalkali nicht machbar ist, weil die oberflächenaktiven Funktionen blockiert werden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Feststoftgemische der genannten Art, insbesondere wenn sie einer herkömmlichen Behandlung nicht zugänglich sind, dadurch zu reinigen, dass in einem Waschverfahren Trennmittel zugegeben werden, die die organischen Stoffe über Pi-Bindungen und/oder mesomere Wechselwirkung molekular lösen und Schwermetalle als Chelate mobilisieren.

Der mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Lösungsweg wird in den Merkmalen der Patentansprüche wiedergegeben. Ein besonderer Vorteil ist ein mehrstufiger Waschprozess mit physikalisch-chemisch aufeinander abgestimmten Trennmitteln, bei denen eine Aufspaltung in bindige und rollige Materialien vorgeschaltet ist bzw eine Trennung in eine kohlenwasserstoffarme Wasserphase und eine angereicherte Organikphase vorgeschaltet wird. Diese Trennmittel werden abhängig von Art und Umfang der Verunreinigungen so ausgewählt, dass jeweils die wirkenden Bindungskräfte zwischen den Phasen "Fest/Flüssig" ("Oberflächenfilme") oder zwischen den Phasen "Flüssig/Flüssig" ("Emulsion") aufgelöst oder gelockert werden. Abhängig von den wirksamen Bindungskräften zwischen den verschiedenen Phasen und Komponenten des zu reinigenden Gemisches werden die Trennmittel so ausgewählt, dass ihre funktionellen Gruppen und die dadurch ausgeübten Wechselwirkungskräfte auf die jeweiligen Bindungskräfte abgestimmt sind. Solche physikalischchemischen Wechselwirkungskräfte können z.B. sein

• – polare oder unpolare Bindungen
• – Hydrathüllen
• – mesomere Bindungen an ungesättigten Elektronenpaaren
• – Chelatkomplexe bei der Bindung von Schwermetallen

Erfindungsgemäß werden durch die von den Trennmitteln ausgeübten Wechselwirkungskräfte die Bindungen soweit aufgebrochen, dass die Verunreinigungen in den Trennmitteln tatsächlich gelöst werden, wodurch auch die gelartige Struktur aufgebrochen wird und das Gemisch in dem oder den Trennmitteln gelöst vorliegt. Beispiele für Trennmittel im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Wasser gelöste Terpene, langkettige Äther und verwandte organische Trennmittel mit einer oder mehreren nicht ionischen funktionellen Gruppen sowie geeignete Mischungen aus den genannten Komponenten.

Die Praxis bietet eine große Auswahl von Trennmitteln, die hinsichtlich der Umweltbelastung und der biologischen Abbaubarkeit abhängig von der gestellten Reinigungsaufgabe ausgewählt werden können.

Kontaminierte Böden aus Altlasten oder Unfällen sind häufig gleichzeitig mit organischen Verunreinigungen und Schwermetallen belastet.

Zur Dekontamination solcher Böden werden üblicherweise eingesetzt:

• – Waschverfahren mit hohem Wassereinsatz, die anschließend die Reinigung großer Abwassermengen erfordern.
• – Biologische Verfahren, die sehr spezifisch auf die Art der Verunreinigungen ausgerichtet werden müssen. Diese biologischen Verfahren sind jedoch empfindlich gegenüber Schwermetallen oder organischen Verunreinigungen, die die Biologie schädigen, z.B. Phenole.

Waschverfahren mit Wasser, dem zur besseren Reinigungswirkung meist Tenside zugesetzt werden, stoßen grundsätzlich an Grenzen, wenn im Boden höhere Anteile von Erdalkalilonen vorhanden sind. Diese bilden mit den tensidischen Zusätzen Seifen, die für den Reinigungsprozess verloren gehen. Dadurch wird Waschmedium in einem Umfang gebraucht, dass das Verfahren zum einen wirtschaftlich untragbar macht, zum anderen die Kalkseifen sich nicht mobilisieren lassen. Ein schwieriges Problem für herkömmliche Waschverfahren ergibt sich auch bei dem Vorliegen von Tonen und Mergel. Die Feststoffe sind hier so fein verteilt und haften so stark zusammen, dass die vorhandenen Brocken und Klumpen durch das Waschmedium mechanisch nicht aufgebrochen werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in solchen Fällen eine geeignete mechanische Vorbehandlung vor, die das zu reinigende Gemisch den Trennmitteln zugänglich macht. Ton- und mergelhaltige Böden werden zunächst in einem mechanischen Brecher vorzerkleinert, in einem anschließenden Hochdruck-Waschprozess mit Trennmitteln weiter behandelt, wobei die aneinander haftenden Feststoffe feinteilig vom Trennmittel umgeben und dabei gelöst werden. Zur Abtrennung der Schwermetalle werden dem Trennmittel chelatbildende Additive beigegeben, so das auch die Schwermetalle in der flüssigen Phase gelöst werden.

Feststoffe mit rolligem Material werden anschließend gespült, filtriert und ggf getrocknet. Schlecht filtrierbare Feinstoffe werden zunächst in einem Dekanter abgetrennt und anschließend weiter gewaschen und getrocknet. Besonders günstig hat sich hier eine Dekantierzentrifuge erwiesen.

Nach dieser mechanischen Vorbehandlung befinden sich sowohl die organischen Verunreinigungen, als auch die Schwermetalle in der Flüssigphase, die aus einem oder mehreren Trennmitteln gebildet wird. Die Abtrennung vom Trennmittel erfolgt abhängig von der physikalisch-chemischen Natur der Verunreinigungen. Flüchtige organische Verunreinigungen können durch Erwärmen und "Strippen" entfernt werden. Weniger flüchtige Verunreinigungen werden entweder durch die Membranfiltration oder Destillation abgetrennt. Als Trennmittel wurden in praktischen Versuchen mit Erfolg eingesetzt: Limonen sowie langkettige substituierte Äther.

Häufig kann durch Wahl des Komplexbildners vorherbestimmt werden, in welchem Trennmittel sich die Schwermetalle anreichern sollen. Die Abtrennung der Schwermetallkomplexe aus dieser Phase wird durch einen abschließenden Extraktionsschritt erreicht.

Abhängig vom Reinheitsgrad, in dem das Trennmittel nach der Destillation anfällt, kann anschließend noch bei Bedarf eine Membranfiltration, eine Destillation mit partieller Kondensation oder eine Rektifikation durchgeführt werden.

Als Schlämme im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens werden "Öl/Wasser/Sand-Gemische" oder "ölhaltige Suspensionen" bezeichnet.

Beispiele sind etwa

• – Schleif-/oder Polierschlämme aus der mechanischen Bearbeitung und Obertlächenbehandlung von Metallen
• – Bohrschlämme oder -spülungen
• – Schlämme aus Sandfängen und Ölabscheidern

Kennzeichen dieser Art von Schlämmen ist eine hochviskose, gelatineartige Konsistenz mit "Thixotropie-Verhalten".

Solche Schlämme sind mit mechanischen Verfahren wie Filtration oder Zentrifugation nicht zu trennen. Üblich ist deshalb eine schwerkraftmäßige Trennung in großen Absetzbecken. Die damit erreichte Trennleistung ist jedoch sehr gering. Ein Problem dabei ist vor allen Dingen, dass die verbleibenden Rückstände aufgrund des Öl-Schwermetall-Anteils zukünftig nicht mehr deponiefähig sind und deshalb aufwändig durch Verbrennen u.ä. entsorgt werden müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet nun eine effektive technische Lösung, die genannten Schlämme aufzutrennen. Die Lösung liegt in der Zugabe eines oder mehren geeigneter Trennmittel, die die Öl/Wasser-Emulsion spalten und das Öl lösen. Durch Aufbrechen der Oberflächenkräfte zwischen Feststoff und flüssiger Phase wird durch Einwirkung des Trennmittels der Schlamm in drei deutlich voneinander getrennte Phasen aufgetrennt:

Der Feststoffanteil "Sand" als Bodensatz, darüber die wässrige Phase und oben das Trennmittel mit den gelösten Ölanteilen. Geeignete Lösemittel hierfür sind etwa Terpene, langkettige Äther oder zyklische Alkohole und Ketone.

Im Schlamm enthaltene Schwermetalle können erfindungsgemäß durch Zugabe von Chelatbildnern, die dem Trennmittel hinzugefügt werden und dort löslich sind, abgetrennt werden.

Die weitere Auftrennung des Gemisches bereitet keine Schwierigkeiten. Der Feststoff wird von der wässrigen Phase durch Zentrifugieren oder Filtrieren mechanisch getrennt. Die überstehende Öl/Trennmittel-Phase wird destillativ aufgetrennt. Die Schwermetall-Chelatkomplexe aus dem Trennmittel werden anschließend durch Extraktion mit einem geeigneten Extraktionsmittel abgezogen. Das gewählte Trennmittel steht danach erneut für einen weiteren Trenngang zur Verfügung. Erfindungsgemäß liegt einer der wesentlichen Vorteile dieses Trenngangs darin, da das Trennmittel am Ende des Prozesses in unveränderter Form immer wieder zur Verfügung steht, so dass mit relativ geringen Mengen gearbeitet werden kann.

Die Reinigung der Schlämme stellt im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Sonderfall dar, da das Trennmittel nicht mit einem anderen Trennmittel, sondern direkt mit der Ölphase wechselwirkt, und zwar in der Form, dass die die Emulsion stabilisierenden Kräfte aufgehoben werden.