DE4226584A1 - Verfahren zur Entfernung von organischen Schadstoffen aus kontaminierten Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ent­ fernung von organischen Schadstoffen aus kontaminier­ ten Materialien, insbesondere Böden und Ablagerungen.

Anthropogen bedingt, insbesondere seit Beginn der In­ dustrialisierung, kam und kommt es häufig zur Konta­ minierung von Materialien mit organischen Schad­ stoffen. Die Verunreinigung von Böden mit organischen Schadstoffen erfolgte früher häufig durch unachtsame Lagerung von Abfallprodukten der chemischen Industrie. Als ein weiteres Beispiel seien Altstandorte von Gas­ werken (Kokereien) genannt, die durch Kriegseinwir­ kung, durch Unfälle oder auch durch unachtsamen Be­ trieb mit beispielsweise polycyclischen Aromaten ver­ unreinigt wurden. Nicht zuletzt durch die jetzt vor­ liegenden gesetzlichen Vorgaben ist es notwendig ge­ worden, derart verunreinigtes Material zu sanieren, d. h. zu reinigen.

Bei den zu entfernenden Stoffen handelt es sich bei­ spielsweise um 1.2-Dichlorbenzol, 1.4-Dichlorbenzol, 1.2-Dichlormethan Ethylbenzol, Tetrachlorethan, Te­ trachlormethan, Hexachlorethan, leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe, Toluol, Trichlorethen, Trichlor­ methan, Xylol, Pyridin, polycyclische aromatische Koh­ lenwasserstoffe (PAK) und polychlorierte Biphenyle (PCB). Diese Stoffe müssen entweder einzeln oder im Gemisch aus den verunreinigten Materialien entfernt werden.

Im Stand der Technik ist es bekannt, Böden und Abla­ gerungen von den genannten Schadstoffen zu befreien, indem diese einer hochthermischen Behandlung bei über 1200°C unterworfen werden. Dabei werden die Schadstoffe entfernt und gleichzeitig zersetzt. Dieses Verfahren erfordert einen sehr hohen Energieaufwand, da das gesamte zu reinigende Material auf die sehr hohe Temperatur gebracht werden muß. Darüberhinaus sind bei diesem Verfahren zusätzlich Abluftprobleme zu lösen, die sich aufgrund der zersetzten Schadstoffe ergeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah­ ren zur Entfernung organischer Schadstoffe aus konta­ minierten Materialien bereitzustellen, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht auf­ weist. Insbesondere sollte ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, das einen geringen Energieaufwand er­ fordert und damit kostengünstig ist. Gegebenenfalls sollen die Ausgangsmaterialien wieder verwendet werden können.

Idee der vorliegenden Erfindung war es, daß ein sol­ ches Verfahren ermöglicht werden kann, in dem die Schadstoffe ohne Zersetzung abgetrennt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfah­ ren zur Entfernung organischer Schadstoffe aus konta­ minierten Materialien, das sich dadurch auszeichnet, daß die Schadstoffe mit einem Trägerdampf aus dem Ma­ terial ausgetrieben werden.

Durch die Behandlung der kontaminierten Materialien, insbesondere solcher Böden bzw. solcher Ablagerungen, ist es möglich, viele organische Schadstoffe mit Hilfe des Trägerdampfes und gemeinsam mit diesem abzu­ trennen. Die dafür erforderlichen Einrichtungen, ins­ besondere zur Aufnahme des Materials sind technisch einfach auszugestalten. Die Abtrennung kann bei rela­ tiv niedrigen Temperaturen erfolgen, was insgesamt zu einem sehr kostengünstigen Prozeß führt.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So wird als Trägerdampf bevorzugt Wasserdampf, insbe­ sondere überhitzter Wasserdampf verwendet. Wasserdampf zu verwenden, ist aus mehrere Gesichtspunkten vorteil­ haft. Er basiert auf einem leicht zugänglichen Ausgangsmaterial, das leicht zu handhaben ist, insbesondere im Hinblick auf seine Umweltfreundlichkeit. Zudem werden viele der organischen Schadstoffe nicht darin gelöst, so daß aufwendige Arbeitsschritte für die erforderliche Reinigung entfallen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Temperatur des Trägerdampfes 220°C. Für die Errei­ chung dieser Temperatur ist ein sehr geringer Energie­ aufwand erforderlich und dennoch werden die organi­ schen Schadstoffe aus dem kontaminierten Material überraschend und nahezu vollständig gut entfernt.

In einer ganz bevorzugten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wird der mit den Schadstoffen beladene Trägerdampf nach dem Austreiben der organi­ schen Stoffe aus dem kontaminierten Material konden­ siert, die organischen Stoffe werden abgetrennt und der verflüssigte Trägerdampf wird erneut verdampft und erneut dem Prozeß zugeführt. Dabei erfolgt die Konden­ sation ganz bevorzugt bei einer Temperatur von 85°C.

Durch diese Maßnahme wird ein Kreislaufprozeß ermög­ licht, der einen sehr geringen Energieaufwand erfor­ dert und damit auch kostengünstig ist. Der Trägerdampf bzw. der diesem zugrundeliegende Ausgangsstoff kann erneut dem Prozeß zugeführt werden, wobei eine sehr geringe Temperaturdifferenz überwunden werden muß, da sich das Kondensat des Trägerdampfes bereits auf er­ höhter Temperatur befindet, beispielsweise auf 85°C. Auch die abgetrennten organischen Schadstoffe können nach ihrer eventuellen Auftrennung einer anderen Ver­ wendung, beispielsweise als Lösungsmittel, zugeführt werden.

Geringe Mengen im Kondensat gelöster Schadstoffe, bei­ spielsweise polare polycyclische aromatische Kohlen­ wasserstoffe, werden bevorzugt durch Extraktion aus dem Trägerdampf entfernt. Eine zusätzliche Extraktion des Trägerdampfes mit einem Extraktionsmittel ist auch denkbar, falls dieser für andere Zwecke eingesetzt werden soll und deshalb gänzlich von Schadstoffen befreit sein soll.

Anhand des in Fig. 1 dargestellten Fließdiagrammes soll das Verfahren nun näher erläutert werden.

In einem Dampferzeuger 1 wird das Ausgangsmaterial für den Trägerdampf, beispielsweise Wasser, auf eine Tem­ peratur oberhalb des Siedepunktes erhitzt. In einer Aufbereitungseinheit 2 wird eine Charge des kontami­ nierten Materials, bevorzugt Boden, möglichst feintei­ lig eingebracht. Der Wasserdampf wird mittels geeigne­ ter Zuführleitungen in die Aufbereitungseinheit 2 ein­ geleitet. Der Wasserdampf, insbesondere überhitzter Wasserdampf, passiert den kontaminierten Boden und wird mit den organischen Schadstoffen beladen. Der so beladene Dampf wird von der Aufbereitungseinheit 2 ab­ gezogen und im Normalfall direkt einer Kondensations­ einheit 5 zugeleitet. Hier wird der Wasserdampf und die organischen Substanzen kondensiert. Bei stark schwefelhaltigen Verunreinigungen ist dieser Konden­ sationseinheit 5, wie gezeigt, eine weitere Vorrich­ tung, bestehend aus Einheiten 4 und 9 vorgeschaltet, in welchen der Dampf vorgekühlt und sublimierter Schwefel abgeschieden wird. Das Kondensat wird dann einem Ab­ scheider 6 zugeführt, in welchem die organische Phase von der Wasserphase abgetrennt wird. Aufgrund der höheren Dichte der organischen Phase, scheidet sich diese unter der Wasserphase ab und kann beispielsweise mittels eines Hahnes abgelassen werden. Die Wasser­ phase kann dann entweder direkt der Dampferzeugung er­ neut zugeführt werden oder, wie gezeigt, in eine Wasseraufbereitungseinheit 7 eingeleitet werden. Dort wird sie mittels des Gegenstrom-Extraktionsverfahrens von eventuell im Wasser noch gelösten Schadstoffen (polare PAK) befreit. Zur Extraktion wird dann bevor­ zugt Cyclohexan verwendet. Die vereinigten Wassereluate werden dann der erneuten Dampferzeugung zugeführt. Dem Wasseraufbereitungsschritt kann noch ein Waschmittelaufbereitungsschritt (Einheit 8) nach­ geschaltet werden. Das daraus gewonnene Eluat wird in die Wasseraufbereitungseinheit 7 zurückgeführt.

Nach beendetem Aufbereitungsprozeß wird das gereinigte Material entweder der Aufbereitungseinheit 2 entnommen und einer Nachbehandlung, z. B. Inertisierung, unterworfen, oder nochmals gereinigt werden, falls erforderlich. Die Erforderlichkeit kann durch Entnahme einer Probe aus der Aufbereitungseinheit 7 und Analyse derselben bestimmt werden. Der vorstehend beschriebene Prozeß kann auch kontinuierlich geführt werden.

Die Ausführbarkeit und Überlegenheit des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird anhand des nachfolgend angegebenen Beispiels gezeigt.

Proben eines Bodens eines Gaswerkstandortes enthiel­ ten:
263 mg/kg PAK.

Nach einer Behandlung mit Heißdampf (200°C) über 20 Minuten (mit einem Gewichtsverhältnis Dampf/Boden von 2 : 1) ergab sich im Boden noch ein Anteil an mit Wasser eluierbaren PAK (nach: Deutschen Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung S8) von:
vor Behandlung 132 µg/l
nach Behandlung 3,8 µg/l.

Der schadstoffbeladene Dampf wurde kondensiert. Aus dem Kondensat wurden die Schadstoffe im Gegenstrom mit Cyclohexan extrahiert. Nach der Extraktion kann die wäßrige Phase wieder zur Herstellung von Heißdampf verwendet werden. Da die Schadstoffgehalte im Boden­ eluat sehr weit abgesunken sind, kann dieser nach ei­ ner Inertisierung durch Verfestigung (und damit weite­ ren Herabsetzung der Eluierbarkeit) wieder eingebaut werden.

Das Verfahren ist nicht auf die Reinigung kontaminier­ ter Böden bzw. Ablagerungen beschränkt, sondern kann ganz allgemein zur Entfernung von Kontaminierung ver­ schiedenster Materialien bzw. Substrate angewendet werden. Die Verwendung von Wasserdampf ist zwar bevor­ zugt, es können jedoch auch andere Flüssigkeiten ver­ dampft und zur Austreibung verwendet werden, sofern sich die abzutrennenden Schadstoffe nicht oder nur un­ wesentlich darin lösen. Die Art des zu verwendenden Trägerdampfes hängt weitgehend von der Art der zu ent­ fernenden Schadstoffe ab.

Claims (10)

1. Verfahren zur Entfernung organischer Schadstoffe aus kontaminierten Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe mit einem Trägerdampf aus dem Material ausgetrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerdampf Wasserdampf ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerdampf überhitzt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kontaminierte Material Boden bzw. Ablagerung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe wasserdampfflüchtig sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerdampf eine Temperatur von 220°C besitzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beladene Trägerdampf nach dem Austreiben der organischen Stoffe kondensiert wird, die organischen Stoffe abgetrennt werden und der verflüssigte Trägerdampf erneut verdampft und dem Prozeß erneut zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 85°C kondensiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung durch Extraktion erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion mittels Cyclohexan vorgenommen wird.