DE19517904C2 - Vorrichtung zum Einkapseln von verunreinigten Böden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einkapseln von verunreinigten Böden.

Verunreinigungen oder Kontaminationen im Boden oberhalb des Grundwasserspiegels, aber auch im Grundwasserbereich stellen eine große Umweltgefährdung dar. Diese Verunrei­ nigungen sind in der Regel nur mit sehr hohem technischem und finanziellem Aufwand zu beseitigen. Der gesamte Boden muß ausgehoben bzw. abgetragen und an geeigneter Stelle derart deponiert werden, daß die Verunreinigungen nicht am Deponieort in den dortigen Boden eindringen können; der Aushub muß ersetzt werden. Wenn ein Kontaminationsbe­ reich überbaut ist, so kann dies dazu führen, daß die Bebauung zu entfernen ist, zumindest aber die Bodenplatte des Gebäudes zu entfernen ist, was zu einer einschneiden­ den und langdauernden Betriebsbehinderung oder sogar -stillegung führt. Solche Eingriffe in betriebliche Abläufe, die oft zeitlich nicht abzugrenzen sind, sowie die hohen Sanierungskosten stellen insbesondere für kleine und mittelständische Betriebe eine Existenzgefähr­ dung dar.

Die DE 43 00 353 A1 befaßt sich mit einem geotechnologi­ schen Verfahren zur Reinigung und Rekultivierung von mit Mineralölprodukten und anderen organischen Stoffen auch in größerer Tiefe verunreinigten Böden. Sie schlägt vor, daß mittels Injizieren von Bodenverfestigungsmitteln rund um die verseuchte Bodenstelle ein Schutzmantel geschaffen wird, der wenigstens bis zu der geschlossenkapillaren oder offenkapillaren Zone des Grundwassers, vorzugsweise jedoch bis zu der wasserundurchlässigen Schicht unterhalb des Grundwassers reicht und den verseuchten Boden vom unverseuchten Boden abschließt. Die Abdichtschicht soll durch Einspritzen von aus Polyisocyanaten und Polykiesel­ säuren hergestellten organisch-anorganischen Polymeren erzielt werden. Zum Injizieren werden in dem Boden Boh­ rungen angelegt, wobei deren Abstand mit 2 bis 5 m ange­ geben wird. Durch Perforationen der Bohrungen soll dann das in diese eingebrachte Verfestigungsmittel in den umgebenden Boden eindringen.

Der Kontaminationsbereich wird durch die Erfindung in seiner gesamten dreidimensionalen Erstreckung daran gehindert, sich räumlich zu verändern, insbesondere weiter auszubreiten. Flüssigkeiten und Gase können den Dichtkörper nicht durchströmen.

Vor Durchführung der Einkapselung werden in der Regel Voruntersuchungen vorgesehen, bei denen zunächst der einzuschließende Kontaminierungsbereich sowie die Art der Kontaminierung bestimmt wird, um gegebenenfalls die Abdichtmasse an diese anzupassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einkapseln von verunreinigten Böden zu schaffen, welches sehr schnell sicherstellt, daß Konta­ minationen sich zumindest nicht weiter ausbreiten können und nur besonders in einem Einlagerungsschritt ein voll­ ständiges Einkapseln der Kontamination ermöglicht; sodaß diese dann gegebenenfalls in sanfter, wenig einschneiden­ der Weise für die betroffenen Betriebe entfernt werden können.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zum Einkapseln von kontaminierten Böden, mit um einen Kontaminationsbereich herum einzu­ bringenden ersten, Injektionsöffnungen aufweisenden Hohllanzen zur Erstellung einer umgebenden Wandung durch Auspressen von Abdichtmasse und mit in den Bereich inner­ halb der Wandung einzubringenden zweiten Hohllanzen, die an ihrem unteren Ende zum Erstellen einer Sohle und in ihrem oberen Bereich zum Erstellen einer Abdeckung des Kontaminationsbereichs Injektionsöffnungen aufweisen.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einkapseln kontaminierter Böden kann also eine vollständige Abschot­ tung oder "Einhausung" des Kontaminationsbereiches durch ein Einpressen einer Abdichtmasse um den Bereich herum und unter sowie über diesen Bereich in einem Schritt vorgenommen werden, wobei die den Bereich umgebenden Wandungen mit den unter dem Bereich befindlichen Abdicht­ sohlen und dem oberen Abdichtdeckel dicht ver­ bunden werden. Hierdurch wird die Kontamination nach Aushärten der Abdichtmasse vom übrigen Bodenbe­ reich abgeschottet bzw. "eingehaust", so daß keine Konta­ minationen mehr aus dem abgeschotteten Bereich austreten können.

Bevorzugte Weiterbildungen zeichnen sich dadurch aus, daß die Injektionsöffnungen in um 180 versetzten Bereichen gerichtet in den Hohllanzen ausgebildet sind und daß die Injektionsöffnungen als Schlitze oder aber kreisförmig ausgebildet sind.

Zusätzlich kann in erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorge­ sehen sein, daß die Hohllanzen mit druckdichten Anschlüs­ sen und Mischköpfen versehen sind, über die eine Misch- und Druckstation mit den Hohllanzen verbindbar ist.

Es hat sich herausgestellt, daß zur Abdichtung insbeson­ dere eine Zweikomponenten-Abdichtmasse geeignet ist, deren beide Einzelkomponenten in den Bodenbereich einge­ preßt werden. Es erfolgt hierdurch ein sehr schnelles Abbinden und Aushärten der eingepreßten Masse und eine zuverlässige Abdichtwandungsbildung.

Äußerst vorzugsweise ist vorgesehen, daß organischer Mineralschaum oder -harz als Abdichtmasse eingepreßt wird.

In konkreter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß von der Oberseite her um den Kontaminationsbereich herum in den Boden Hohllanzen eingebracht werden, die über ihre gesam­ te Höhe hin Injektionsöffnungen aufweisen, und daß die Abdichtmasse durch die Injektionsöffnungen in den Boden eingepreßt wird. Im Kontaminationsbereich werden durch diesen hindurch bis unterhalb desselben an ihren unteren Enden und oberhalb des Kontaminationsbereichs Injektionsöff­ nungen aufweisende Hohllanzen in den Boden eingebracht, und die Abdichtmasse wird durch die Injektionsöffnungen in den Boden unterhalb und oberhalb des Kontaminationsbe­ reiches in den Boden eingepreßt.

Um die Dichtigkeit der erstellten, den Kontaminationsbe­ reich umgebenden Wanne aus Abdichtmasse zu überprüfen, kann vorgesehen werden, daß im Kontaminationsbereich in diesen bis nahe oberhalb einer eingebrachten Abdichtsohle eine Wassermeßstelle oder -einheit, ggf. mit einer Meß­ lanze, eingebracht wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Fließrichtung des Grundwassers bestimmt wird und in Fließrichtung stromauf und stromab des Kontaminations­ bereiches außerhalb der Abdichtwandungen Grundwassermeß­ stellen oder -einheiten, ggf. mit Meßlanzen, in den Boden eingebracht werden, womit dann wiederholt über die Meß­ lanzen die Verunreinigungskonzentration festgestellt wird.

Neben der Bestimmung der Konzentration kann die Dichtig­ keit auch dadurch überprüft werden, daß außerhalb der Abdichtschichten eine Grundwasserabsenkung vorgenommen und das Grundwasserniveau innerhalb des abgedichteten Bereiches bestimmt wird.

Nach der insofern vorgenommenen Abschottung bzw. Einhau­ sung des Kontaminationsbereiches kann im Rahmen des Verfahrens in bevorzugter Weiterbildung vorgesehen sein, daß durch den von Abdichtschichten umgebenen Bereich ein Fluid gefördert und gereinigt wird, um durch dieses aufgenommene Kontaminationen aus diesem zu entfernen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Verun­ reinigungen sieht in bevorzugter Ausgestaltung vor, daß die Hohllanzen über den größten Teil ihrer Höhe eine Vielzahl von Injektionsöffnungen aufweisen.

Zur Reduzierung der Konzentration der Kontamination im eingeschlossenen bzw. "eingehausten" Bereich kann eine Bodenreinigungseinrichtung mit in den Boden einzubringen­ den Zu- und Fortführrohren sowie einer Umwälzpumpe und Reinigungsfiltern vorgesehen sein.

Durch die Vorrichtung ist es möglich, ohne eine existen­ zielle Beeinflussung von betrieblichen Abläufen und ohne wesentliche bauliche Veränderungen auch bei kleinsten Räumen sowie zwischen laufenden Maschinen eine unterir­ dische Kontaminierung zu immobilisieren und den einge­ schlossenen Kontaminationsbereich dann in Ruhe grundwas­ serunabhängig zu reinigen bzw. zu sanieren.

Der Kontaminationsbereich wird durch die Erfindung in seiner gesamten dreidimensionalen Erstreckung daran gehindert, sich räumlich zu verändern, insbesondere weiter auszubreiten. Flüssigkeiten und Gase können den Dichtkörper nicht durchströmen.

Vor Durchführung der Einkapselung werden in der Regel Voruntersuchungen vorgesehen, bei denen zunächst der einzuschließende Kontaminierungsbereich sowie die Art der Kontaminierung bestimmt wird, um gegebenenfalls die Abdichtmasse an diese anzupassen.

Weiterhin wird die Fließrichtung des Grundwassers festge­ stellt und eine Kontrolle der Ausbreitung der Kontaminie­ rung vorgenommen. Darüber hinaus ist die Untersuchung des Bodens bzw. Untergrundes hinsichtlich Porenvolumen, Durchlässigkeit, Kornzusammensetzung und Lagerungsdichte sinnvoll.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei­ bung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist.

Dabei zeigt:

Fig. 1a einen Kontaminationsbereich mit Hohllanzen zum Abschotten des Konta­ minationsbereichs und diesen umgeben­ den Dichtwänden im Horizontalschnitt entsprechend IA-IA der Fig. 1b;

Fig. 1b den Kontaminationsbereich, die Hohllanzen, Dichtwände und Dichtsohle sowie - gestrichelt - Dichtdeckel der Fig. 1a im Vertikalschnitt entsprechend IB-IB der Fig. 1a;

Fig. 2a den Kontaminationsbereich der Fig. 1a, 1b mit Meßstellen zur Überprüfung der Dichtigkeit der Abschottung in einem horizontalen Querschnitt ent­ sprechend dem der Fig. 1a;

Fig. 2b den Kontaminationsbereich der Fig. 1a, 1b mit Meßlanzen im Vertikal­ schnitt entsprechend dem der Fig. 1b;

Fig. 3a den Kontaminationsbereich und Ab­ schottung entsprechend den vorstehen­ den Figuren mit einer Einrichtung zum Reinigen des abgeschotteten Bereichs in Draufsicht; und

Fig. 3b Kontaminationsbereich und Abschottung entsprechend den vorstehenden Figuren im vertikalen Längsschnitt entspre­ chend IIIB-IIIB in Fig. 3a.

In der Fig. 1a ist im horizontalen Querschnitt ein Konta­ minationsbereich 1 dargestellt, der in Fig. 1b in einem vertikalen Schnitt zu sehen ist. Dieser Kontaminationsbe­ reich 1 wurde zunächst durch Messungen im einzelnen festgelegt.

Anschließend werden erfindungsgemäß in einem vorgegebenen Sicherheitsabstand von wenigen cm, beispielsweise 50 cm um den Kontaminationsbereich 1 wandbildende Hohllanzen 2 angeordnet, die voneinander einen Abstand im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel von weniger als 1 m aufweisen; ein bevorzugter Abstand liegt zwischen 50 cm und 1 m.

Die Hohllanzen 2 reichen bis deutlich, d. h. 50 cm oder mehr, unterhalb der Untergrenze der Kontamination. Sie weisen über ihre gesamte Länge hin Injektionsöffnungen 3 auf, die einen Relativabstand vorzugsweise in der Größen­ ordnung von 50 cm bis 1 m haben. Die Injektionsöffnungen 3 können gerichtet sein, beispielsweise weist eine Lanze in gegenüberliegenden, also um 180° versetzten Bereichen, Injektionsöffnungen auf, die beispielsweise schlitzartig ausgebildet sein können und sich um einen Teilumfang der Lanze hin erstrecken können. Die Hohllanzen 2 dienen zur Erzeugung von Abdichtwandungen 10.

Im derart durch die wandbildenden Hohllanzen 2 abgegrenz­ ten Bereich werden weitere - sohlenbildende - Hohllanzen durch den Kontaminationsbereich 1 in den Boden bis deut­ lich unter den Kontaminationsbereich 1 eingebracht. Die Hohllanzen 4 weisen zumindest an ihrem unteren, deutlich unter der Untergrenze des Kontaminationsbereich 1 liegen­ den Ende Injektionsöffnungen 5 auf. Sie weisen weiterhin in einem Bereich oberhalb des höchsten Grundwasserstandes 6 Injektionsöffnungen 7 auf. Die Injektionsöffnungen 5 dienen zur Erzeugung einer Abdichtsohle 8 unterhalb des Kontaminationsbereichs 1, während mittels der Injektions­ öffnungen 7 ein Abdichtdeckel 9 oberhalb des Kontamina­ tionsbereichs und oberhalb des höchsten Grundwasserstan­ des 6 geschaffen werden kann.

Die Hohllanzen 2, 4 dienen der gezielten Positionierung des Injektionsgutes in den Boden. Die Hohllanzen 2, 4 sind runde PVC-Röhren mit definierten Injektionsöffnungen 3, 5, 7 in Form von Schlitzen oder Löchern. Der Austritt des Injektionsgutes kann sowohl in der Tiefenlage wie auch in der Richtung gesteuert werden. Die Eingabe des Injektionsgutes in die Hohllanzen 2, 4 erfolgt über an sich bekannte druckdichte Anschlüsse und Mischköpfe. Der Druck sowie die Komponentenmischung kann über eine (nicht dargestellte) Misch- und Druckstation gesteuert werden.

Die Hohllanzen 2, 4 können in den Boden eingerammt bzw. eingerüttelt werden. Bei stark unterschiedlichen bzw. problematischen Böden werden für die Hohllanzen 2, 4 Kleinbohrungen hergestellt, in die die Hohllanzen 2, 4 dann eingebracht werden.

Durch die Lanzen wird anschließend eine Abdichtmasse, vorzugsweise in Form eines zweikomponentigen organischen Mineralharzschaumes, in den Boden eingepreßt. Die aus zwei Lanzen gegeneinander verpreßte Masse tritt dabei in innige Verbindung, so daß sich die Abdichtwandungen 10 und die Dichtsohle 8 bilden, die derart nach Aushärten bzw. Abbinden der Abdichtmasse eine dichte, den Kontami­ nationsbereich 1 abschottende oder "einhausende" Wanne 11 formen, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Es wird ein Abdichtdeckel 9 gebildet. Die Hohllanzen 2, 4 können gegebenenfalls verbleiben oder aber entfernt werden, woraufhin die Löcher, in denen sie sich befanden, eben­ falls mit der Abdichtmasse ausgefüllt werden. Es wurde festgestellt, daß die genannte Abdichtmasse gegen fluo­ rierte und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe resistent ist. Die erzeugte Abschottung hat eine Druckfestigkeit und eine Dichte, die mit Beton vergleichbar sind. Die Viskosität der beiden Komponenten der Abdichtmasse ist derart, daß sie auch in feinste Poren eingepreßt werden kann. Auch bei einem eventuell notwendigen Nachinjizieren nimmt das frische Injektionsgut eine wasserdichte Verbin­ dung mit den bereits vorher geschaffenen Schottwandungen auf. Die Abbindezeiten können über Druck und Menge der eingebrachten Materialien gesteuert werden.

Insgesamt wird derart eine dichte Abschottung oder "Ein­ hausung" des Kontaminationsbereiches 1 geschaffen. Dies kann in der in den Fig. 2a und 2b dargestellten Weise anschließend überprüft werden.

Zur Überprüfung der Dichtigkeit der durch die Dicht-Wände 10, -Sohle 8 und -Deckel 9 gebildeten Einhausung (Wanne 11 mit Deckel 9) wird eine Wassermeßstelle errichtet, indem in die Wanne 11 bis dicht über die Sohle 8 gegebe­ nenfalls eine erste Meßlanze 21 eingebracht wird, über die eine Wasserprobe von der Sohle 8 der Wanne 11 zur Überprüfung entnommen werden kann. Weiterhin werden unter Berücksichtigung der Fließrichtung F des Grundwassers stromauf und stromab der Wanne 11 bzw. des Kontamina­ tionsbereiches 1 Grundwassermeßstellen eingerichtet, indem dort weitere Meßlanzen 22, 23 in den Boden einge­ bracht werden, über die Grundwasser-Meßproben zur Über­ prüfung entnommen werden können. Bei den Meßlanzen 21-23 handelt es sich ebenfalls um Rohre, die über eine hinrei­ chende Höhe hin mit Schlitzöffnungen 24 versehen sind.

Nach einer gewissen Zeit nach Erstellung der Einhausung, wie beispielsweise nach 48 Stunden, werden Meßproben aus den Meßlanzen 22 und 23 entnommen, und der Kontaminie­ rungsgrad wird untersucht. Darüber hinaus kann vorzugs­ weise an die in Fließrichtung F des Grundwassers stromab gelegene Meßlanze 23 eine Pumpe angeschlossen werden, mit der das Grundwasser aus dem die Wanne 11 umgebenden Bereich abgepumpt und damit der Grundwasserspiegel 26 außerhalb der Wanne 11 gegenüber dem Grundwasserspiegel 27 innerhalb der Wanne 11 abgesenkt wird. Auch dabei wird die Wasserqualität untersucht. Weiterhin kann hierdurch die Dichtigkeit der Wanne überprüft werden; solange der Grundwasserspiegel 27 innerhalb der Wanne 11 konstant bleibt und sich nicht aufgrund des Abpumpens außerhalb der Wanne 11 erniedrigt, kann mit Sicherheit von einer Dichtigkeit der Wanne ausgegangen werden.

Sollte eine Undichtigkeit feststellbar sein, so können weitere Injektionen der Abdichtmasse vorgenommen werden, so daß letztendlich auch dann eine zuverlässige Dichtig­ keit erreicht wird.

Über die Meßlanzen 21-23 können im übrigen die Wasserqua­ lität des die Wanne 11 umgebenden Grundwassers sowie die Dichtigkeit dauernd überprüft werden.

Nachdem eine Abschottung oder "Einhausung" des Kontamina­ tionsbereichs 1 vorgenommen wurde, um eine weitere Verun­ reinigung der Umgebung dieses Bereiches zu unterbinden, kann zur weiteren Behandlung der Kontamination auch eine Sanierung des Kontaminationsbereiches 1 vorgenommen werden. Hierzu wird vorzugsweise, wie in den Fig. 3a und 3b dargestellt, innerhalb der Wanne ein geschlossener Fluid-Kreislauf aufgebaut. Bei dem Fluid kann es sich vorzugsweise um Wasser oder aber auch um Luft handeln. Hierzu werden mehrere Absaugrohre 31, 32 sowie Zuführroh­ re 33 in den Boden innerhalb der Wanne 11 eingebracht und über eine Pump- und Filtereinheit 34 miteinander verbun­ den. Die in der Einheit 34 enthaltene Vakuumpumpe saugt aus dem Inneren der Wanne 11 Flüssigkeit über die Saug­ rohre 31, 32 an und durch (nicht dargestellte) Filter innerhalb der Einheit 34 hindurch und preßt das gereinig­ te Fluid (Wasser oder Luft) durch das Zuführrohr 33 wieder in den Bodenbereich hinein. Hierdurch wird eine permanente Reinigung des Inneren der Wanne 11 und insbe­ sondere des Kontaminationsbereiches 1 erreicht, indem die Konzentration der Verunreinigung derart kontinuierlich reduziert wird.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Einkapseln von kontaminierten Böden, mit um einen Kontaminationsbereich (1) herum einzu­ bringenden ersten, Injektionsöffnungen (3) aufwei­ senden Hohllanzen (2) zur Erstellung einer umgeben­ den Wandung (10) durch Auspressen von Abdichtmasse und mit in den Bereich innerhalb der Wandung (10) einzubringenden zweiten Hohllanzen (4), die an ihrem unteren Ende zum Erstellen einer Sohle (8) und in ihrem oberen Bereich zum Erstellen einer Abdeckung (9) des Kontaminationsbereichs (1) Injektionsöffnun­ gen (5, 7) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Hohllanzen (2) über den größten Teil ihrer Höhe eine Vielzahl von Injektionsöffnungen (3) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Injektionsöffnungen (3) in um 180° versetzten Bereichen gerichtet in den ersten Hohl­ lanzen (2) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Injektionsöffnungen (3, 5, 7) als Schlitze ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Injektionsöffnungen (3, 5, 7) kreisförmig sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hohllanzen (2, 4) mit druckdichten Anschlüssen und Mischköpfen versehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge­ kennzeichnet durch eine mit den Hohllanzen (2, 4) verbundene Misch- und Druckstation.