Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Boden¬ behandlung,insbesondere Prüfung und Reinigung eines ver¬ smutzten Bodens. Das erfinduπgsgemaesse Verfahren wird insbesondere für mit chemmikalieπ oder Erdölderivaten verschmutzte Böden empfohlen, wo die Tiefe der Verunreinigung auf mehrere Meter geschaetzt werden kann.

Mit derartigen Verunreinigungen kann man in der Umgebung von industriellen Betrieben, Treibstoffbasen, Ölraffinerien, militaerischen Objekten rechnen. Abeweichend von den beispiel¬ weise aufgeführten Plaetzeπ,anderswo können auch Bodenver- unreinigungeπ vorkommen, so z.B. entlang der Verkehrslinien, z.B. anlaesslich Unfaelle. Gefaehrlichkeit der geschilderten Bodenveruπreiniguπgen ist bedeutend. Diese Tatsache wird offensichtlich, wenn wir es berücksichtigen, dass Verunreinigung des Bodens mittelbar oder unmittelbar, aber auf alle Faelle in der Nahrungsmittel¬ kette erscheint. Aus diesem Standpunkt ist es aeusserst wichtig, dass wir mit den wirksamsten Methoden im Interesse der Beseitigung der Verunreinigung kaempfen sollen und danach streben die schaedlichen Einflüsse wenigstens verringern zu können.

Die lokale Behandlung des Bodens gehört auch zum Gegeπstands- kreis der Erfindung; die Behandlung kann mit oder ohne Rein¬ igung vorgenommen werden. Im Sinne der Erfindung gehören alle Taetigkeiten zum Begriff "Behandlung", die den Boden mechanisch oder chemisch beeinflussen oder aeπdern.

Mit Hinsicht darauf, dass das erfiπduπgsgemaesse Verfahren in der Mehrheit zur Bodeπreinigung verwendet wird, werden wir in den Nachfolgenden hauptsaechlich die mit der Reinigung zu- sammenhaengeπden Keπtπisse beschreiben. Dieser Umstand bedeutet keinesfalls eine Beschraenkung, indem die Anwenduπgsmöglichkeit auf keinen Fall auf die Reinigung begraenzt wird.

Stand der Technik

Im Laufe der Reinigung der verunreinigten Böden können zwei Versionen der in Frage kommenden Methoden unterschieden werden, πae lich Austausch des Bodens oder die an Ort und Stelle vorgenommene Reinigung. Die Erfindung gehört zum letzt- erwaehnten Themenkreis, das heisst es wird ein neues Verfahren zur Reinigung an Ort und Stelle vorgeschlagen.

Im Laufe der bekannten Verfahren zur lokalen Reinigung ver- faehrt man so, indem man vertikale Bohrungen in der verunreinig¬ ten Schicht bohrt und hindurch diese, in der Abhaeπgigkeit der Natur der Verunreinigung chemische Wirkung ausübende Reiniguπgs- mittel, Bakterienstaemme oder Luft in die verunreinigte Schicht einführt. Die Wirksamkeit der Methode kann durch die Aenderung der Abstaende zwischen den einzeln Bohrungen geaendert werden,

oder die Permeabilitaet der verschmutzten Schicht wird durch Ex¬ plosion erhöht. Hingegen ist durch die Aenderungen erreichbare Wirkuπgszuπahme beschraenkt. Ein charakterisierendes Beispiel ist in der Zeitschrift "Wasser Luft Boden" (Nummer 11-12, ahr 1990., Seiten 94-95) auf¬ zufinden. Das hier geschilderte Beispiel bezieht sich auf eine Methode der in situ Sanierung von mit flüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen verunreinigten Böden, im Laufe deren die Bodenluft hin durch vertikale Bohrungen abgezogen wird. (Der guten Ordnung halber soll es bemerkt werden, dass aus dem Stand¬ punkt der Beschreibung und des Wesens der Erfindung unter Flüs¬ sigkeit -im weiteren Sinne genommen- alle Fluidien, so auch Gas verstanden wird.) Ein weiteres Beispiel wird an Seiten 90-91 der vorhererwaehn- ten Nummer der Zeitschrift "Wasser Luft Boden" geschildert. Die in der erwaehnteπ Drucksache geschilderte Lösung betrifft das Auswaschen des Bodens mit Hochdruck.

Die bekannten Lösungen, nicht nur die obeπangeführteπ Bei¬ spiele, w&j-sen zahlreiche Nachteile auf. Einer der Nachteile zeigt sich darin, dass nur einzige Art der Bodeπreiniguπg reali¬ siert werden kann. Es wird die Möglichkeit nicht gegeben biolo¬ gische, physikalische und chemische Methoden simultan mitein¬ ander parallel an einer gegebenen Stelle, doch in verschieden¬ er Tiefe, anzuwenden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, dass diese wegen der vertikalen Bohrungen an saemtlicheπ Stel¬ len unverwendbar sind. So z.B. ist es offensichtlich, dass es

unmöglich ist anhand vertikaler Bohrungen in Bodenschichten ein¬ zudringen die unter Bauobjekten liegen, oder in Flussbetten, oder in Bergabhaengen vorhanden sind; übrigens können wir noch zahlreiche Beispiele erwaehπen.

Das Wesen der Erfindung

Es ist wohlbekannt, dass dreierlei Zustaeπde der Bodeπverun- reiniguπg unterschieden werden können, undzwar mit Qlveruπrein- igte Böden und jene mit Verunreinigung chemischen Charakters. Hier uπeterscheidet man zwischen gebundener Form, gelöster Form und freier Form. Bei einer in gebundener ^' Form erscheinenden Ver¬ unreinigung scheint die biologische Reinigung die zweckmaessig- ste zu sein. Wenn die Bodenverunreiπigung in gelöster Form vor- handen ist, scheint die chemische Methode die erfolgreichste zu sein. Zur Bodenreiπigung,-falls die Verunreinigung in freier Form vorhanden ist, wenden wir zweckdienstlich physikalische Me¬ thoden an. Der Erfindung wurde das Ziel gesetzt eine allgemein verweπd- bare Lösung zu schaffen, bei der die verschiedenen Behandlungs und/oder Reiniguπgsmethoden mit einander kombiniert werden können.

Das erfinduπgsgemaesse Verfahren erreicht das gesetzte Zi ^' el in erster Reihe dadurch, indem ein perforiertes Rohrsystem ver- wendet wird, das der dominierenden Richtung der zu reinigen be¬ absichtigten Schicht entsprechend positioniert ist. Das obene- rwaehnte Rohrsystem dient zur Ansammlung und Weiterförderuπg

der verunreinigenden Flüssigkeit, des verschmutzten Boden¬ wassers bzw. zur Einführung der verschiedenen Behaπdlungs-und Reinigungsmittel in die vorbestimmten Schichten. Unter dominierenden Richtung in Frage wird die räumliche Lage des überwiegenden Teils der betreffenden Schicht als hori¬ zontal betrachtet werden, wenn der überwiegende Teil der Masse - in der horizontaler Zone liegt, obzwar einige Strecken absteig¬ end sein können. Im Sinne des erfiπduπgsgemaesseπ Verfahrens ist auch das obeπerwaehnte Rohrsystem horizontal. Selbstverstaendlich ist das Rohrsystem mit schraegen An- schlussrohreπ verbunden und ist über diese mit den oberflaech- igen Einrichtungen (z.B. Pumpe) verbunden. Form und Anordnung der Perforation können woimmer in der Abhaeπgigkeit der ört¬ lichen Verhaeltnisse geaendert bzw. gewaehlt wer den. In der Hinsicht der Strömuπgstechπik kann das Rohrsystem aus mehreren Strömungskreiseπ bestehen; indiesem können gleichzeitig ver¬ schiedene Prozesse stattfinden;so z.B. können in dem einen Strömuπgskreis Sammlung des verunreinigten Bodenwassers und Förderung zur Oberflaeche erfolgen, in dem anderen Strömuπgs- kreis wird das Reinigungsmittel in die verunreinigte Schicht eingeführt. Nach dem bisher errungenen Erfahrungen kann das Rohrsystem bis einer Tiefe von 10 m problemlos eingebaut werden. Für das Rohrsystem und die sich anschliesseπde Rohre können an sich bekannte Kunststoffröhre Verwendung finden. Der Durch¬ messer aendert sich im Bereich bis 200 mm.

Im Sinne der Erfindung wird die Verunreinigung der zu behand¬ eln beabsichtigten und/oder verschmutzten Schicht direkt oder indirekt geprüft. Die direkten Prüfung besteht darin, indem ein unabhaeπgiger Beobachtuπgsbruππen In vertikaler Richtung, von dem Rohrsystem unabhaengig ausgebaut wird und die von den in dem Brunnen eingebauten Fühlern abgegebenen Signale auf der Oberflaeche verarbeitet werden. Die in der geprüften Schicht herrschenden Zustaeπde können durch Laboranalyse ermesst werden. Eine indirekte Prüfmethode kann auch angewendet werden, undzwar so, dass das in dem Rohrsysem gesammelte und auf die Oberflaeche förderte, verunreinigte Bodenwasser analys¬ iert wird; aus dem Ergebnis der Analyse können wir die Verunreinigung des Bodens bestimmen. Es gibt eine weitere Methode zur Prüfung der Bodeπveruπreiniguπg, im Sinne deren ein Carottagekabel in das Rohrsystem oder in einen Teil davon ein¬ gebaut wird und mit Hilfe des Bohrloch uπtersuchungskabels, bzw. mit der, dem Kabel angeschlossenen Messeinheit lochgeophysikal¬ ische Messung in horizontaler Richtung durchgeführt wird. Im Sinne der Erfindung kann in das schraege und horizontale Rohrsystem nicht nur eine Carottagesonde, sondern jedwelche Sonde oder ein anderes Geraet eingebaut werden. Mit Hilfe dieser Einheiten kann die Aeπderung bzw. die Staendigkeit der physikalischen, chemischen und biologischen Zustaeπde kontinui¬ erlich oder diskontinuierlich, in der geprüften Schicht regist- riert werden.

Über das schraege und horizontale Rohrsystem können Kerπ- proben entnommen werden, durch Laboraπalyseπ derselben können

wir weitere, genauere Informationen erhalten; das bedeutet, da-is nicht ausschliesslich aus den vertikalen Bohrungen Kern¬ proben entnommen werden können. Es besteht die Möglichkeit das auf die Oberflaeche förderte Bodenwasser zu klaeren und gegebenfalls das Abwasser auf eine die ekologischen Standpunkte befriedigende Weise, verschlossen zu lagern. Im allgemeinen ist es zweckmaεssig das geklaerte Bodenwasser in die vorher als verunreinigt betrachtete Schicht zurückzuleiten. Nach erfolgter Reinigung der verunreinigten Schicht kann das eingebaute Rohrsystem derweise verwertet werden, indem damit ein Beobachtuπgssystem ausgestaltet wird.

Die wesentliche Charakteristik des erfindungsgemaesseπ Ver¬ fahrens besteht so darin, dass wir schraege Anschluss röhre und ein damit verbundenes Rohrsystem ausstalteπ, dessen Stellung sich der dominierenden Position der zu behandeln beabsichtigten, bzw. verunreinigten Schicht aπpasst, z.B. eine horizontale Stellung einnimmt, das Rohrsystem ist perforiert, entweder es bildet ein Ein heit oder ist aus Strömungskreiseπ zusammen- gesetzt. In dem Rohrsystem oder in einem dem Strömungskreis zugeordneten Teil werden die verunreinigende Flüssigkeit oder das verschmutzte Bodeπwasser abgefördert, waehrend duch den anderen Teil des Strömungskreises Behaπdluπgs und/oder Rein- .ngsmittel oder reines Wasser eingegeben werden. Bei einer zweckmaessigeπ Durchführung des erfindungs ge- maesseπ Verfahrens wird das auf die Oberflaeche förderte ver- un reinigte Bodeπwasser kontinuierlich oder diskontinuierlich analysier .

Es wird als vorteilhaft betrachtet, wenn die zu behandeln be¬ absichtigte bzw. verschmutzte Schicht mit Hilfe eines von dem Rohrsystem unabhaeπgigen Brunnens überprüft wird. Eine weitere Art der Durchführung stellt diejenige Lösung dar, im Sinne deren die behandelte bzw. verunreinigte Schicht mit Hilfe eines, wenigstens in einem Teil des Rohrsystems ein¬ gebauten, der auf der Oberflaeche vorhandenen Messeiπheit ange¬ schlossenen Carottagenkabels oder eines Fühlorgaπes und/oder eines Messelemeπts geprüft wird. Eine weitere Version des erfinduπgsgemaesseπ Verfahrens be¬ steht darin, indem das auf die Oberflaeche geförderte Boden¬ wasser gereinigt und das gereinigte Bodenwasser in die veruπ- reingite Schicht zurückgeleitet wird. Im Laufe des erfiπdungsgemaesseπ Verfahrens können als Rein- igungsmittel dienende Bakterieπkulturen und/oder Che-miikalieπ eingesetzt werden.

Bevorzugte Verwirklichung der Erfindung

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter

Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Die Zeich¬ nung stellt die zur Realisierung des erfindungs gemaesseπ Ver¬ fahrens erforderlichen Ausrüstungen dar, wobei ein ausgebrochenes Detail des Bodens veranschaulicht wird. In dem hier beispiel- weise angegebenen Fall unter der oberen 3 Deckschicht des Bodens befindet sich die veruπ reinigte 1 Schicht, darunter liegt die wasserundurch laessige 2 Schicht. Die verunreinigte 1 Schicht,

als eine permeabile Schicht, enthaelt die Verunreinigung. Zwecks Beseitigung der Verunreinigung wird unter Anwendung irgendwelcher, an sich bekannten Methode (Bohrung,Verlegung von Rohren) das 6 Rohrsystem ausgestaltet. Wie es aus dem als Beispiel dieneden Fall hervorgeht, ist die dominierende Lage der zu reinigen beab¬ sichtigten, verunreinigten 1 Schicht horizontal, deπentsprecheπd nimmt das dem Reiniguπgsziel unmittelbar folgende 6 Rohrsystem eine horizontale Stellung ein. In der Figur wurde der komplette Ausbau des Rohrsystems nicht dargestellt, aber es soll bemerkt werden, dass dieses aus mehreren Strömuπgskreiseπ zusammenge¬ setzt werden kann; die einzelnen Strömuπgskreise können zu- sammeπhaengend sein, aber sie können auch unabhaeπgige Strömuπgs- kreis nilden. Das nier geschiderte 6 Rohrsystem schliesst sich über das 4 Anschlussrohr der 7 Pumpe und anhand des 5 Anschlussrohrs dem 8 Behaelter an. Das auf die Oberflaeche geförderte verun¬ reinigte Bodenwasser wird in dem 9 Reaktor unter Druck geleitet; das hier gereinigte Bodenwasser gelangt in den 8 Behaelter, wovon das Wasser hindurch das 5 Anschlussrohr in das 6 Rohr- system einfliesst.

Bei dem hier dargestellten Ausführuπgsbeispiel ist, von dem 6 Rohrsystem unabhaengige 10 Beobachtuπgsbruππe ausgebaut, in dem eine in sich bekannte Sonde oder ein Carottagenkabel (Bohrlochkabel) oder sontiges Fühlersystem eingebaut ist. Die sich aus dem System ergebenen Signale werden mit Hilfe des 10 Auswertungssystems ausgewertet. Als Ergebnis der diskonti¬ nuierlichen bzw. kontinuierlichen Prüfungen stehen weitere In-

formationen über den Verlauf der Reinigung der verunreinigten 1 Schicht zu Verfügung.

Kontrolle bzw. Prüfung können auch derweise stattfinden, indem in das 6 Rohrsystem selbst oder in einen Abschnitt dessen ein Bohrlochkabel eingebaut wird, wobei unter Anwendung der so gewonnenen Signale, auf der Oberflaeche mit wohlbekannten Mitteln die Signale verarbeitet werden. Auf diese Weise können wir den Aenderuπgeπ in der Verunreinigung folgen. Aenlicherweise kann man neben dem dargestellten Rohrsystem ein weiteres Rohrsystem ausbauen, hindurch welches Reinigungs¬ mittel, wie z.B. Bakterienkultur, Chemikalien in die verun¬ reinigte 1 Schicht eingegeben werden.

Das hier geschilderte Rohrsystem kann auch peirodisch ange¬ wendet, mal für die Eingabe der Bakterienkultur und der chemi- sehe Reinigungsmittel, mal für die Weiterleirung des verunrein¬ igten Bodenwassers bzw. des gereinigten Bodenwassers.

Falls die Lage und Charakter der Verunreinigung von der Art sind, indem die verunreinigende Flüssigkeit in flüssigem Zu¬ stand einen vorbestimmten Raum ausfüllt, so kann man mit Hilfe des in dem betreffenden Raum angeordneten 6 Rohrsystems die flüssige Verunreinigung auf die Oberflaeche fördern. Auf Grund des beschriebenen Beispieles es ist klar, dass im Laufe der Anwendung des erfiπduπgsgemaesseπ Verfahrens, in Kenntnis der in-situ Zustaende die wirksamste Methode gewaehlt werden kann; es besteht die Möglichkeit die günstigste chemische und biologische Zusa meπetzung, Konzentration einzustellen. Im Zusammenhang mit dem horizontal angeordneten Rohrsystem bietet

die realisierbare Lochgeophysik ein genaues Bild zur Bestimmung der Ansaat und Feststellung der in der Naehe der Oberfaeche liegenden Schichtgreπzen. Es soll betont werden, dass erfiπdungsgemaess physikalische, chemische und biologische Bodeπreiniguπg auch separat ange¬ wendet werden können, aber eine gleichzeitige Kombination ist auch möglich. Die Erfindung im Auge haltend, in Abhaengigkeit der geologischen Situation and Charakter der Verunreinigung wird die zweckdienstlichste Methode ausgewaehlt. uf Grund der vorgenommenen Experimente kann es festgelegt weisen, dass die Wirksamkeit der Bodeπreiπiguπg -im Vergleich mit den bisherigen Lösungen um eine Grösseπordπuπg erhöht werden konnte. Auch die spzifische Kosten sind bedeutend niedriger; sie machen nicht selten ein Fünftel, ein le tel der Kosten des bis¬ her bekannten Verfahrens aus. Unter Anwendung des erfiπduπgsgeπaesseπ Rohrsystems können zahlreiche Aufgaben in der Hinsicht der sich unter der Ober¬ flaeche liegenden Bodeπschichte gelöst werden. Als Beispiel möchten wir einige erwaehnen die mit dem Begriff "Behandlung" gedeckt sind. Es besteht die Möglichkeit flüssiger Stickstoff zirkulieren zu lassen, wodurch die Erde und die in den Poren enthaltene Flüssigkeit in einer Tiefe von mehreren Metern zu¬ gefroren werden. Weiterhin eine thermische Behandlung ist auch möglich, wodurch die Kohlenwasserstoffe flüchtig werden. Durch die Anwendung kann der Stand des Bodenwassers erhöht bzw. ver¬ ringert werden; die Möglichkeit der Bodenbelüftuπg ist gegeben;

der Boden kann mit irgendwelchem Gas in Kontakt gebracht werden. Falls Schwermetalle in der Verunreinigung vorhanden sind, kann die Schaedlichkeit beseitigt werden. In diesem Fall werden einfassende Materialien, die die Wasserunlöslichkeit der Schwermetalle ermöglichen, in den Unterboden in ektiert. Neben geschilderten akzessorischeπ Erfolgen besteht der Über¬ wiegende Vorteil darin,dass das Verfahren überall Verwendung findet, wo traditionelle Technologien unverwendbar sind, so z.B. unter Betrieben, Fabriken, Seen und Flüssen, sowie dicht angeordneten Bauobjekten, wo Bodenverunreinigung wegzuschaffen ist.

Es soll noch bemerkt werden, dass das erfindungsgemaesse Ver¬ fahren mit traditionellen Technologien (so z.B. vertikale Bohrungen) kombiniert werden kann, wodurch die Vielseitigkeit der Erfindung erhöht wird.