DE3605042A1 - Verfahren zur biologischen behandlung kontaminierter bodenkoerper und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behandlung kontaminierter Bodenkörper und eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, daß als Folge von Produktion und Ablage­ rung synthetischer organischer Substanzen es an zahl­ reichen Stellen zur Anreicherung solcher Substanzen im Boden kommt. Hierbei besteht die Gefahr der Grundwasser­ verunreinigung. Ferner sind die mit derartigen Substanzen verseuchten Grundstücke in der Regel als unverwertbar anzusehen. Zur Beseitigung dieser Bodenverseuchungen besteht die Möglichkeit einer chemischen oder thermischen Verbrennung. Die chemische Verbrennung erfordert die Auslaugung und Aufkonzentrierung der Schadstoffe als ersten Verfahrensschritt, was in den meisten Fällen nicht leicht möglich ist. Eine thermische Verbrennung ist wegen des hohen Gehaltes an nichtbrennbaren Substanzen und wegen des Umfanges der zu behandelnden Massen in vielen Fällen technisch und finanziell nicht realisierbar. Von den meisten auch der synthetischen organischen Substanzen ist anzunehmen, daß sie von den im Boden lebenden Mikro­ organismen biologisch abgebaut werden können. Die Ge­ schwindigkeit der Abbauvorgänge ist jedoch für manche Substanzen sehr langsam. Der Vorteil eines biologischen Abbaus der kontaminierenden Substanzen im Boden besteht darin , daß die Gefahr an Ort und Stelle beseitigt wird. Die Substanzen werden durch Stoffwechselprozesse und durch iterative Stoffumwandlung über mikrobielle Freß­ ketten mineralisiert und so in die natürlichen Ausgangs­ materialien umgewandelt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dadurch einen gezielten biologischen Abbau im Boden befindlicher syn­ thetischer organischer Substanzen zu ermöglichen, daß die hierzu befähigten Mikroorganismen so angereichert und aktiviert werden, daß die für eine Vermehrung sowie das Bestehen des Konkurrenz- und Überlebenskampfes erforder­ lichen Umweltbedingungen bereitgestellt werden, wobei auch ein Anreiz zur Verwertung komplizierterer orga­ nischer Substanzen geboten wird.

Erfindungsgem. erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß in den Bodenkörper in einem vorgegebenen Rasterab­ stand horizontal oder vertikal ein Nährstoffe für Mikro­ organismen enthaltendes Gas so eingebracht wird, daß sich im Bereich des jeweiligen Gaseintrags in dem Bodenkörper Mikroorganismen ansiedeln, die synthetische organische Bodensubstanzen auch komplizierten Aufbaus abbauen. Vorzugsweise wird das einzubringende Gas im Kreislauf durch im Bodenkörper rasterartig angeordnete Schlauch­ schleifen aus z. B. Silikonkautschuk geleitet. Hierbei ist zu beachten, daß die gezielte Anreicherung und Ak­ tivierung speziell befähigter Mikroorganismen nur ge­ lingt, wenn der Bodenkörper als biologischer Reaktor betrachtet und entsprechend betrieben wird. Nach der Erfindung wird auf die biologischen Vorgänge im Boden steuernd und regelnd entsprechend eingewirkt.

Weitere Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, an deren Bei­ spiel die Erfindung näher erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung zur Bodenbehandlung in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 den Einbau der Schläuche der Vorrichtung in den Bodenkörper in einer schematischen Ansicht.

Die Vorrichtung 1 besteht aus einer Schlauchanordnung 17, die aus rasterartig in den Bodenkörper 2 eingebrachten Schläuchen 3 gebildet ist. Die Schläuche 3 sind zu Schlauchschleifen 11 geformt und über einen Vorlauf 18 und einen Rücklauf 16 zu einem Kreislauf zusammenge­ schlossen. Im Vorlauf 18 ist ein Wärmetauscher 6 und die Gaspumpe 5 angeordnet. Der Wärmetauscher 6 dient zur Temperierung des in den Bodenkörper 2 einzubringenden Gases während mittels der Gaspumpe neben der Umlauf­ förderung ggf. auch eine gezielte Druckerhöhung erfolgen kann. Der im Rücklauf 16 angeordnete Absorber dient zur Ausfilterung von unerwünschten Substanzen, die von dem aus dem Bodenkörper 2 zurückströmenden Gas aufgenommen worden sind. Um das in den Bodenkörper 2 einzubringende Gas hinsichtlich seiner Zusammensetzung den Bedürfnissen der im Bodenkörper 2 befindlichen Mikroorganismen an­ zupassen ist der Gaspumpe 5 eine Dosiereinrichtung 4 vorgeschaltet. Diese Dosiereinrichtung 4 weist eine Reihe von Dosierpumpen 19 auf, mit denen z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Methan, Ammoniak od. dgl. dem in den Bodenkörper 2 einzubringenden Gasgemisch beigemischt werden kann. Vorzugsweise ist die Dosiereinrichtung 4 programmgesteuert, wobei aufgrund von Analysen des im Rücklauf 16 strömenden Gases bzw. von Bodenproben eine gezielte Anpassung an die Erfordernisse im Bodenköper 2 erfolgt. Durch den Gaseintrag erfolgt an der Außenwand der nicht porösen gasdurchlässigen Schläuche 3 die Aus­ bildung eines Biofilms 20, der in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.

Zweckmäßig ist es, im Bereich der Schlauchanordnung 17 Brunnen 21 vorzusehen, mittels derer der Bodenkörper 2 berieselt werden kann. Dieser wird hierdurch feucht gehalten, was die Lebensbedingungen für die Mikroorganis­ men fördert. Durch Variation der applizierten Wassermenge werden die Transportvorgänge im Bodenkörper und damit der Transport zu den aktiven Zentren der Mikroorganismen in der Umgebung der Schläuche 3 beeinflußt. Das versickernde Wasser kann in Brunnen gefaßt und im Kreislauf geführt werden. Hierdurch ist es möglich, eine Ausbreitung der im Bodenkörper 2 befindlichen Schadstoffe unter Kontrolle zu halten. Gleichzeitig kann im Bereich des geschädigten Bodenkörpers eine Grundwasserabsenkung erfolgen, so daß ein Fortspülen von synthetischen organischen Substanzen durch Grundwasser verhindert wird.

Zur Ausbildung der Schlauchanordnung 17 werden in den Bodenkörper 2 in einem vorgegebenen Rasterabstand Rohre 18 eingetrieben, die kopfseitig eine Spitze 9 aufweisen (Fig. 2). Der Rasterabstand ist abhängig von den lokal­ gegebenen Verhältnissen des Bodenkörpers 2 und berück­ sichtigt die Transportraten im Boden. Die Rohrmäntel 22 der Rohre 8 sind beim Eintreiben in den Bodenkörper auf den Spitzen 9 abgestützt. Wenn die vorgesehene Schlauch­ tiefe erreicht ist, wird über eine Öse 12 an der Spitze 9 ein Schlauch 3 aus Kunststoff wie Silikonkautschuk in das Rohr 8 eingeführt. Der Schlauch 3 bildet hierbei eine Schlaufe und reicht bis zum Tiefpunkt des eingetriebenen Rohres 8. Um den auf- und absteigenden Schlauch 3 kann ein Stützgewebe 15 gelegt werden. Das Rohr 8 wird dann aus dem Bodenkörper 2 herausgezogen, wobei der Schlauch 3 mit dem Stützgewebe 15 im Bodenkörper 2 verbleibt. Die freien Endabschnitte des Schlauches 3 werden an oberir­ disch oder unterirdisch verlegte horizontal verlaufende Zulaufleitungen 13 und Ablaufleitungen 14 angeschlossen, die als Ver- bzw. Entsorgungsleitungen dienen. Diese Leitungen verbinden die in einem Rasten in den Boden­ körper 2 eingebrachten Schlauchschlaufen 11 untereinander sowie mit dem Vorlauf 18 und dem Rücklauf 16 und damit mit der Gaspumpe 5 sowie der Dosiereinrichtung 4. Mittels der Dosierpumpen 19 für die verschiedenen Gaskomponenten und der Gaspumpe 5 wird das durch die Schlauchanordnung 17 geführte Gas im Kreislauf geführt. Störende Fremdgase wie auch Kohlendioxyd können durch eine Reinigung des im Rücklauf 16 strömenden Gases in dem Absorber 7 in der Konzentration gemindert werden.

An der dem Bodenkörper 2 zugekehrten Oberfläche und in der Umgebung der Schläuche 3 sollen sich die Mikroor­ ganismen ansiedeln. Die hierzu benötigten Bau-und Be­ triebsstoffe werden über den Gasstrom innerhalb der Schläuche 3 und durch die Diffusion der Gasmoleküle durch das Schlauchmaterial bereitgestellt. Die Gaszusammen­ setzung wird so gewählt, daß die Ansprüche der Mikro­ organismen an das Nährstoffangebot zumindest zeitweise befriedigt werden. Es soll die Möglichkeit zur einfachen und schnellen Proteinsynthese gegeben werden. Durch periodisches Wechseln der Gaszusammensetzung kann ein Anreiz zur Verarbeitung der aus den Boden herangetragenen organischen Substanzen geschaffen werden. Durch perio­ disches Wechseln zwischen aeroben und anaeroben Be­ dingungen, Vermehrungsbedingungen und Mangel an leicht verwertbaren Substanzen wird eine Kontrolle über die Lebensgemeinschaft in der Umgebung der Schläuche 3 aus­ geübt und ein Anreiz zum Abbau komplizierter synthe­ tischer organischer Substanzen geschaffen. Gleichzeitig erfolgt die Anreicherung und Aktivierung von Mikroor­ ganismen und damit eine Erhöhung des biologischen Rei­ nigungsvermögens im Boden.

Nach dem Einbau der Schläuche 3 in den Bodenkörper 2 und vor dem Ziehen der Rohre 8 können in die Freiräume zwischen den Schläuchen 3 und den Rohren 8 Bakteriensus­ pensionen eingebracht werden. Bei der Auswahl der be­ treffenden Bakterienkulturen muß auf die spezielle Ab­ baueigenschaft geachtet werden, auf die Vermehrungsfähig­ keit unter den durch den Nährstofftransport über die Schläuche 3 gegebenen Bedingungen sowie auf Konkurrenz­ eigenschaften anderen Bodenbakterien gegenüber. Wenn bewährte Schläuche eingesetzt werden, kann das Gasgemisch mit erhöhtem Druck durch die Schläuche 3 geleitet werden. Durch eine Temperaturerhöhung mittels des Wärmetauschers 6 wird die Flüchtigkeit vor allem der organischen Gas­ komponenten begünstigt und eine Verminderung der Ab­ hängigkeit der biologischen Reaktionen von der Boden­ temperatur erreicht. Es lassen sich somit mittels der Vorrichtung 1 hohe Reaktionsgeschwindigkeiten ganzjährig einstellen.

Mittels der Vorrichtung 1 kann das beschriebene Verfahren angewendet werden um verseuchte Bodenkörper in situ zu behandeln. Die gasdurchlässigen Schläuche 3 werden in diesem Fall vertikal in den Bodenkörper 2 eingebracht. Es ist aber auch möglich, das beschriebene Verfahren zur Behandlung ausgekofferter Böden anzuwenden. Hierzu wird der ausgebaggerte Boden schichtweise aufgetragen. Die gasdurchlässigen Schläuche 3 werden in z. B. Furchen horizontal verlegt, so daß ein Sandwich-Aufbau erfolgt. Auch in diesem Fall erfolgt durch das durch die Schlauch­ anordnung 17 strömende Gasgemisch eine Beeinflussung der im Erdreich befindlichen Mikroorganismen, die zum Abbau synthetischer organischer Substanzen führt. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es auch ge­ eignet ist, den Prozeß der Kompostierung zu optimieren. Hierzu werden Schläuche 3 als Schlauchschleifen matten­ förmig in das zu kompostierende Gut eingelegt wobei mittels eines Stützgewebes 15 verhindert wird, daß die Schläuche 3 beim Ein- und Ausbauen beschädigt werden. Zur Optimierung des Kompostierungsprozesses werden die Schläuche 3 vorzugsweise mit reinem Sauerstoff durch­ strömt da dieser die Reaktionen der im zu kompostierenden Gut befindlichen Mikroorganismen besonders beeinflußt.

Claims (25)

1. Verfahren zur biologischen Behandlung kontaminierter Bodenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bodenkörper in einem vorgegebenen Rasterabstand horizontal oder vertikal ein Nährstoffe für Mikro­ organismen enthaltendes Gas so eingebracht wird, daß sich im Bereich des jeweiligen Gaseintrags in dem Bodenkörper Mikroorganismen ansiedeln, die synthe­ tische organische Substanzen auch komplizier­ teren Aufbaus abbauen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder mit dem Gaseintrag eine Bakterien­ suspension in den Bodenkörper eingebracht wird, deren Bakterienkulturen eine an die synthetischen orga­ nischen Substanzen des Bodenkörpers angepaßte spe­ zielle Abbaueigenschaft aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch periodische Änderung der Gas­ zusammensetzung der in dem Bodenkörper befindliche Biofilm wechselweise sich ändernden Umweltbedingungen ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Biofilm wechselweise anaeroben oder aeroben Umweltbedingungen ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gas durch horizontal oder vertikal im Bodenkörper eingebrachte Schläuche aus nicht porösem gasdurchlässigen Werkstoff geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlauch aus einem Kunststoff wie Silikon- Kautschuk od. dgl. verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspurch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlauch mit Bewehrung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gas durch schlaufenförmig verlegte Schläuche im Kreislauf geführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Außenfläche des Schlauches ein Bio­ film zur Entwicklung gebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bakteriensuspensionen außerhalb des Schlauches in den Bodenkörper eingebracht werden.

11. Verfahren nach Anspruch 5 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gas mit erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur in den Bodenkörper eingebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 5 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bodenkörper durch Berieselung mit Wasser feucht gehalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die applizierte Wassermenge zur Beeinflussung der Transportvorgänge im Boden variiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Einbau der Schläuche in den Boden­ körper in von lokal gegebenen Verhältnissen ab­ hängigem Rasterabstand Rohre eingetrieben werden, dann ein Schlauch schlaufenförmig in jedes Rohr eingebracht wird, dann die Rohre aus dem Bodenkörper herausgezogen werden und dann die Endabschnitte der Schlauchschlaufen mit Ver- und Entsorgungsleitungen verbunden werden, die mit Dosierpumpen für die ver­ schiedenen Gaskomponenten verbunden sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den Freiräumen zwischen den Schläuchen und den Rohren jeweils eine Bakteriensuspension eingebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß um die Schläuche in den Rohren jeweils ein Stützgewebe gelegt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche horizontal verlegt und mit ausgebaggertem Boden schichtweise belegt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche in zu kompostierenden Boden einge­ legt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Proteinsynthese von aus dem Boden an den Biofilm herangetragenen organischen Substanzen als Grundnähr- und Betriebsstoffe in periodischem Wechsel Gaskomponenten wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Ammoniak, leicht flüchtige und gut abbaubare organische Substanzen wie Methan od. dgl. durch die Schläuche geführt werden.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 19, gekennzeichnet durch rasterförmig in den Bodenkörper (2) eingebrachte Schläuche (3) aus Kunststoff wie Silikon-Kautschuk od. dgl. die von einem Gas oder Gasgemisch mit Nährstoffen für Mikro­ organismen durchströmt und endabschnittseitig mit einer ggf. programmierbaren Dosiereinrichtung (4) verbunden sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rücklauf (16) der Schlauchanordnung (17) ein Absorber (7) angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Vorlauf (18) der Schlauchanordnung (17) eine Gaspumpe (5) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Vorlauf (18) ein Wärmetauscher (6) angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 20 bis 23 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gaspumpe (5) saugseitig mit der Dosiereinrichtung (4) verbunden ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtung (4) Dosierpumpen (19) für in den Bodenkörper einzubringende Gaskomponenten aufweist.