Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von kontaminierten Substanzen, insbesondere von kontaminierten Böden und kontaminierten

Flüssigkeiten.

Kontaminierte Substanzen, wie insbesondere kontaminierte Böden oder kontaminierte Flüssigkeiten, fallen vorzugsweise bei der industriellen Bearbeitung als Zwischen- oder End¬ produkte an oder sind weitverbreitet als sogenannte Alt- lasten an entsprechenden industriellen Standorten vorhan¬ den. Der bis vor kurzem praktizierte Weg, wonach man diese kontaminierten Substanzen endlagerte, ist wegen der fehlen¬ den Deponieflächen und der mit der Lagerung verbundenen Gefährdung nicht mehr praktikabel. Von daher werden zu- nehmend diese kontaminierten Substanzen aufgearbeitet.

Zur Aufarbeitung von kontaminierten Substanzen sind im Prinzip drei Verfahren bekannt.

Die thermischen Verfahren, die zwischenzeitlich einen hohen Entwicklungsstand erreicht haben, beinhalten den Nachteil, daß nicht umgesetzte oder bei der Verbrennung entstehende toxische Verbindungen aus der Abluft entfernt werden müssen.

Die biologischen Verfahren sind sehr zeitaufwendig, erfor- dern beträchtliche Flächen und können derzeit ausschließlich bei monokonta inierten Böden eingesetzt werden.

Die bisher bekannten Bodenwaschanlagen arbeiten mit einem Wirkungsgrad, der abhängig von der jeweiligen Kontamination zwischen etwa 14 % und etwa 50 % beträgt, d.h. nur etwa maximal die Hälfte der im Boden enthaltenen Kontaminationen werden durch die herkömmlichen Verfahren entfernt. Dies wiederum bedeutet, daß aufgrund der hohen Restkontamination eine Wiederverwertung der so behandelten Böden in vielen Fällen ausgeschlossen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Behandlung von konta¬ minierten Substanzen, insbesondere von kontaminierten Böden und kontaminierten Flüssigkeiten, zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der die Kontaminationen mit einem besonders hohen Wirkungsgrad aus den Substanzen entfernt werden kön¬ nen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung von kontaminierten Substanzen, insbesondere von kontaminierten Böden und kontaminierten Flüssigkeiten, wird eine Aufschläm¬ mung der kontaminierten Substanz in mindestens zwei kohären¬ ten Druckwasserstrahlen eingeführt. Hierbei werden die Was¬ serstrahlen derart aufeinander ausgerichtet, daß sie auf¬ einander prallen. Hiernach wird die so behandelte Aufschläm¬ mung Sofort in die Kontaminationen und die Substanz aufge¬ trennt.

Überraschend konnte festgestellt werden, daß durch Anwen¬ dung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eine besonders wirkungsvolle Auftrennung der Kontamination von den Substanzen herbeigeführt werden konnte. Dies wird darauf zurückgeführt, daß bei Einführung der Aufschlämmung in den Druckwasserstrahl Differenzen in der Relativbe¬ schleunigung aufgrund der unterschiedlichen Massen von Kontaminationen und Substanzen erzeugt werden, die eine sichere Abtrennung der Kontaminationen von den Substanzen bewirken. Des weiteren wird dieser Trenneffekt noch dadurch unterstützt, daß beim Aufeinanderprallen der zwei gegen¬ einander ausgerichteten Wasserstrahlen dementsprechend noch eine unterschiedliche Abbremsung der von der Masse her verschiedenen Kontaminationen und Substanzen bewirkt wird, wodurch eine restlose Trennung zwischen den Kontaminationen und den Substanzen herbeigeführt wird. Dies wiederum hat zur Folge, daß nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens entsprechend entkontaminierte Substanzen anfallen, deren Gehalt an Kontaminationen zwischen 0 Gew. % und maxi- mal 4 Gew. %, bezogen auf die ursprünglich vorhandenen

Kontaminationen, variiert. Eine derartige Substanz kann dann ohne Probleme wiederverwendet werden, während die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgetrennten Kontaminationen

__ 4 _

wahlweise als hG*_-_ι__<j___eπtrιerτ_.e Kontaminationen deponiert oder entsprechend aufgearbeitet und wiederverwendet werden.

Bei dem erfiπdungsgemäßen Verfahren werden unter den Begriff kontaminierte Substanzen nicht nur die bereits vorstehend genannten kontaminierten Böden oder kontaminierten Flüssig¬ keiten verstanden. Vielmehr fallen unter diesen Begriff auch Schlämme aller Art, bei der industriellen Verarbeitung an¬ fallende Flüssigkeiten, so z.B. Bohr- oder Prozeßöle, pulvrige und feinkörnige Schüttgüter sowie Stäube.

Bezüglich des Druckes der Wasserstrahlen ist festzuhalten, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dieser Druck zwischen 250 bar und 3000 bar, insbesondere zwischen 1000 bar und 2500 bar variiert. Hierbei hängt die Auswahl des zuvor genannten Druckbereiσhes davon ab, welche Konta¬ minationen vorliegen und wie fest diese Kontaminationen an der jeweiligen Substanz anhaften bzw. gebunden sind. So wird man dann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise in einem Druckbereich der Wasserstrahlen zwischen 1000 bar und 2500 bar arbeiten, wenn die Kontaminationen an schwer auf¬ schließbare Böden, die einen hohen Anteil an Tonen, Lehmen, Lettenkeupern oder bindigen Schluffen besitzen, gebunden bzw. angelagert sind. Bei leicht aufzuschließenden Böden, wie insbesondere Sandböden, und gut in Wasser löslichen, emulgierbaren oder dispergierbaren Kontaminationen, arbeitet man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Druckbe¬ reich zwischen etwa 250 bar und etwa 1000 bar, insbesondere in einem Bereich um 1000 bar (700 bar - 1300 bar) .

Die zuvor bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Ausrichtung der Wasserstrahlen aufeinander zu besitzt noch den weiteren Vorteil, daß abrasive Verschleißeffekte, die bei der Verwendung von einem Wasserstrahl an den Wandungen

eines hierfür eingesetzten Reaktionsraumes auftreten, wirk¬ sam verhindert werden, da durch das Aufprallen der beiden Wasserstrahlen aufeinander die hierin enthaltene Energie absorbiert wird. Dies trifft insbesondere für eine besonders geeignete Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens zu, bei dem man drei Wasserstrahlen aufeinander prallen läßt, wobei die Wasserstrahlen unter einem Winkel von 120° relativ zur Horizontalen zueinander ausgerichtet sind. Vorzugsweise sind diese Wasserstrahlen dann noch unter einem Winkel zwischen 10° und 80°, insbesondere unter einem Winkel von 45°, relativ zur Vertikalen ausgerichtet, so daß bei der zuvor beschriebenen Energieabsorption ggf. ent¬ stehende abrasive abgelenkte Teilströme der Wasserstrahlen nicht in dem Bereich der Reaktionskammer auftreffen, in dem die Düseneinrichtungen positioniert sind.

Bezüglich des Volumenstromes ist festzuhalten, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Wasserdurchsatz pro Wasser¬ strahl bis zu 70/min, insbesondere zwischen 10 1/min und 50 1/min, beträgt.

Die Geschwindigkeit der Wasserstrahlen am Austritt der

Düseneinrichtungen variieren zwischen 200 m/sec und

600 m/sec, insbesondere zwischen 250 m/sec und 400 m/sec.

Wenn vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von einer Aufschlämmung gesprochen wurde, so soll hierunter nicht nur eine wäßrige Suspension bzw. Dispersion eines entsprechend kontaminierten Feststoffes, sondern auch eine Emulsion einer Flüssigkeit, die vorzugsweise ebenfalls Wasser enthält, verstanden werden. Vorzugsweise wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein wäßriger Schlamm eingesetzt, bei dem die Feststoffe eine Korngröße kleiner als 2 m, insbesondere kleiner als 400 μm, besitzen. Hier

konnte festgestellt werden, daß ein derartiger Schlamm ohne Störungen einwandfrei in die Druckwasserstrahlen eingeführt werden konnte, ohne daß die bei dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren erforderlichen Düseneinrichtungen verstopfen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Aufschlämmung zwischen 10 Gew. % und 60 Gew. % Feststoffe mit einer Korngröße kleiner als 1 μm besitzt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens sieht vor, daß man die während der

Behandlung anfallenden gas- oder nebelartigen Schadstoffe abführt, insbesondere absaugt. Hierbei werden diese gas- oder nebelartigen Schadstoffe dann entweder an ein geeig¬ netes Ad- bzw. Absorptionsmittel angelagert, in eine ge- eignete Waschflüssigkeit eingeleitet oder durch Destilla¬ tion aufgetrennt.

Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Rekontaminie- rung der entkontaminierten Substanzen zu unterbinden, wird - die entsprechend behandelte Aufschlämmung sofort in die Kontaminationen und die Substanz aufgetrennt. Hierzu be¬ stehen mehrere Möglichkeiten.

So sieht eine erste, bevorzugte Verfahrensvariante vor, daß man der Aufschlämmung ein Bindemittel zusetzt und dann die Au schlämmung zusammen mit dem Bindemittel in die zwei kohärenten Druckwasserstrahlen einführt. Dies hat zur Folge, daß die Kontaminationen, die entsprechend von der kontami¬ nierten Substanz aufgrund der unterschiedlichen Massen und der hieraus resultierenden unterschiedlichen Beschleunigung abgetrennt werden, von dem Bindemittel adsorbiert, absor¬ biert und/oder eingelagert werden, so daß anschließend lediglich eine Auftrennung der mit den Kontaminationen beladenen Bindemitteln von der entsprechend gereinigten

Substanz erfolgen muß. Diese Auftrennung kann dann vor¬ zugsweise aufgrund von unterschiedlichen Dichten oder über entsprechende Filter erfolgen.

Eine zweite Ausführungsform sieht vor, daß man im Anschluß an die Wasserstrahlbehandlung die Auftrennung der Konta¬ minationen von der Substanz durch Koagulation durchführt. Hierbei wird dann die entsprechend behandelte Aufschlämmung sofort aus dem Reaktionsraum entfernt und in ein ent- sprechendes Becken überführt, wobei ein Zusatz von

Flockungsmitteln erfolgt. Bei diesen Flockungsmitteln kann es sich je nach Kontamination entweder um die klassischen Flockungsmittel, wie beispielsweise Eisenσhlorid, Eisen¬ sulfat, Aluminiumsulfat, oder um polymere Flockungsmittel, wie insbesondere Stärke, Leim, Polyacrylamid, Polyacrylate, Polyethylenimin oder Polyethylenoxid, handeln. Die dabei anfallenden Ausflockungen werden zur Entfernung der Konta¬ mination filtriert.

Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß man die behandelte Aufschlämmung zur Abtren¬ nung der Kontamination von der entkontaminierten Substanz einer Flotation unterzieht. Hierbei wird die behandelte Aufschlämmung, wie bereits vorstehend bei der Koagulation beschrieben, aus dem Reaktionsraum abgezogen und der Flo¬ tation zugeführt, wobei als Flotationsmittel die an sich bekannten anionenaktiven Tenside, kationenaktive Tenside und/oder amphotere Tenside eingesetzt werden.

Sollte die Kontamination Schwermetalle enthalten, bietet es sich an, zusätzlich oder an Stelle der zuvor beschriebenen Abtrennprozesse eine Elektrokoagulation durchzuführen.

Um das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll zu gestalten, bietet es sich an, das für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Wasser wieder zu verwenden. Hierzu kann es erforderlich werden, daß man gröbere Feststoffe durch Filtration entfernt.

um die Abtrennung der Kontaminationen von der Substanz zu beschleunigen, sieht eine weitere Ausführungsform des er¬ findungsgemäßen Verfahrens vor, daß man dem Wasserstrahl ein Tensld, ein organisches Lösungsmittel, ein Blockpolymerisat und/oder einen Entschäumer zusetzt. Hierbei variiert die Konzentration des Tensids zwischen 0,05 Gew. % und 0,0005 Gew. %, bezogen auf das Gewicht der kontaminierten Substanz.

Als* Entschäumer werden üblicherweise bei dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren entweder solche Entschäumer eingesetzt, die auf Silikonölbasis aufgebaut sind, oder die herkömm¬ lichen Entschäumer auf Basis von Mineralölen.

Als Tenside kommen die an sich bekannten anionischen und/ oder nichtionischen Tenside in Frage.

Besonders gute Ergebnisse werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dann erzielt, wenn man ein Tensid auf Basis eines Dioctylnatriumsulfosuccinats im vorstehend genannten Kon¬ zentrationsbereich einsetzt«

Der Einsatz von Blockpolymerisaten, insbesondere solchen aus Propylenoxid und Ethylenoxid, bietet sich immer dann an, wenn die Kontamination aus Teer, teerartigen oder teer¬ ähnlichen Stoffen besteht oder beinhaltet. Hier konnte fest¬ gestellt werden, daß derartige Kontaminationen sich insbe¬ sondere dann sehr schnell von der kontaminierten Substanz

trennen, wenn dieses Blockpolymerisat im Wasserstrahl an¬ wesend ist.

Als Lösungsmittel können bei dem erfindungsgemäßen Ver- fahren insbesondere Cχ-C4-Alkohole (Methanol, Ethanol, i- Propanol, n-Propanol und Butanol) eingesetzt werden.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche Was¬ sermenge richtet sich nach der Art der Substanz und dem chemischen Aufbau der Kontamination. Üblicherweise variiert die benötigte Wassermenge zwischen 15 1 bis 800 1 Wasser pro Tonne Substanz, wobei gut lösliche und leicht zugängliche Substanzen, wie beispielsweise entsprechend feinkörniger Sand, Wassermengen zwischen 15 1 und 100 1 pro Tonne Substanz, bei entsprechend schwereren Böden, Wassermengen zwischen etwa 100 1 und etwa 400 1 Wasser pro Tonne Boden und bei schlecht löslichen, schwer aufschließbaren Böden, die einen hohen Anteil an Tonen, Lehmen, Lettenkeupern und bindigen Schluffen aufweisen, Wassermengen zwischen etwa 400 1 bis etwa 800 1 pro Tonne Boden benötigt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Reaktionsraum auf, der mit drei Düseneinrichtungen zur Einführung von drei kohärenten Wasserstrahlen versehen ist. Hierbei sind die Düseneinrichtungen derart positioniert, daß die Wasser- strahlen in einem vorgegebenen Bereich innerhalb des Reak¬ tionsraumes aufeinander prallen.

Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung sind die Düseneinrichtungen derart

positioniert, daß sie über den Umfang des zylindrischen Reaktionsraumes gesehen relativ zur Horizontalen jeweils um 120° versetzt angeordnet sind. Insbesondere dann, wenn die Düseneinrichtungen relativ zur Vertikalen unter einem Winkel zwischen 10° und 80°, insbesondere unter einem Winkel von

45°, angeordnet sind, ist sichergestellt, daß die Wandungen des Reaktionsraumes und insbesondere des recht kosten¬ intensiven Kopfbereiches, an dem die Düseneinrichtungen vorgesehen sind, nicht aufgrund der abgelenkten abrasiven Wasserteilstrahlen geschädigt werden.

Eine verschleißfeste Innenauskleidung, mit der der Reak¬ tionsraum versehen ist, ermöglicht einen störungsfreien langen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Dies gilt insbesondere für eine besonders geeignete Aus¬ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der zylindrische Reaktionsrauam einen ersten Bereich zur Auf¬ nahme der Düseneinrichtungen und einen darunter angeordneten zweiten Bereich, der mit der verschleißfesten Innenausklei- duήg versehen ist, aufweist. Hierbei sind die beiden Be¬ reiche relativ zueinander bewegbar, insbesondere drehbar, so daß abrasive Streustrahlen, die beim Aufeinanderprallen der Wasserstrahlen entstehen, nicht ständig auf den selben Be- reich der Innenauskleidung auftreffen. Vielmehr wird durch die Bewegung und insbesondere durch die Drehung der beiden Bereiche relativ zueinander die verschleißfeste Innenaus¬ kleidung über den gesamten Umfang gleichmäßig belastet, wodurch die Standzeit einer derartigen Vorrichtung er- heblich verlängert wird.

Sollte dennoch ein Verschleiß der Innenauskleidung auf¬ treten, so sieht eine weitere Ausgestaltung der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung vor, daß zusätzlich noch oder anstelle

der zuvor beschriebenen Drehung die beiden Bereiche relativ zueinander axial verschiebbar sind. Hierdurch wird sicher¬ gestellt, daß bei einem festgestellten Verschleiß lediglich eine axiale Verschiebung erforderlich wird, um die erfin- dungsgemäße Vorrichtung ohne Unterbrechung weiterbetreiben zu können.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung weist einen Reaktionsraum auf, der eine kopfseitige Absaugöffnung eine der Absaugöffnung entgegengesetzt ange¬ ordnete Austragsöffnung besitzt. Hierbei werden über die kopfseitige Absaugδffnung die bei dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren entstehenden gasförmigen bzw. nebelartigen Schad¬ stoffe aus dem Reaktionsraum abgezogen, während die Aus- tragsöffnung, die sich vorzugsweise über die gesamte Grund¬ fläche des zylindrischen Reaktionsraumes erstreckt, zur Abführung der behandelten Aufschlämmung dient.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver- fahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht (im Schnitt) der Aus¬ führungsform; und

Figur 2 eine Seitenansicht mit teilweise heraus¬ gebrochener Wandung.

In den Figuren 1 und 2 sind die selben Teile mit den selben Bezugsziffern versehen.

Eine insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist einen zylindrischen Reaktionsraum 2 auf, der mit drei Düsen¬ einrichtungen 3, 4 und 5 versehen ist. Hierbei dienen die drei Düseneinrichtungen 3-5 zur Einführung von drei kohä¬ renten Wasserstrahlen.

Wie am besten in der Figur 1 zu erkennen ist, sind die drei Düseneinrichtungen relativ zur Horizontalen unter einem Winkel 06 von 120° ausgerichtet und so positioniert, daß die von den Düseneinrichtungen 3-5 erzeugten kohärenten Was¬ serstrahlen in der Mitte der Reaktionskammer 2 aufein¬ anderprallen, wie dies durch die Bezugsziffer 6 in Figur 1 dargestellt ist.

Wie am besten aus Figur 2 erkennbar ist, sind die Düsenein¬ richtungen 3-5 relativ zur Vertikalen unter einem Winkel von 45° angeordnet.

Der Reaktionsraum 2 weist einen ersten Bereich 8.zur Auf¬ nahme der Düseneinrichtungen 3-5 und einen darunter ange¬ ordneten zweiten Bereich 9 auf, der mit einer verschlei߬ festen Innenauskleidung 10 versehen ist. Hierbei handelt es sich um ein keramisches Material, ein elastomer beschichte- tes Material, ein Hartmetall oder um eine Borcarbid-Innen- auskleidung.

Der zweite Bereich 9 ist drehbar an dem ersten Bereich 8 angeordnet, wobei ein Drehkranz 11 die drehbare Lagerung sicherstellt. Zwei mit Dichtungen versehene Nuten 12 stellen sicher, daß die Verbindung der beiden Bereiche 8 und 9 fluiddicht ist.

Während des Betriebes der Vorrichtung 1 erfolgt eine kon¬ tinuierliche Drehung des zweiten Bereiches 9. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Innenauskleidung 10 gleichmäßig durch abrasive Streustrahlen verschleißt, so daß eine punktuelle oder bereichsweise Belastung der Innenausklei¬ dung verhindert ist. Ist nunmehr die Innenauskleidung durch den Gebrauch der Vorrichtung verschlissen, wird lediglich der zweite Bereich, der entsprechend kostengünstig her¬ stellbar ist, ausgetauscht. Eine untere Austragsöffnung 13 dient zur Abführung der behandelten Aufschlämmung, während über eine kopfseitig vorgesehene Absaugöffnung 14 die bei der Behandlung entstehende gasförmige oder nebelartigen Schadstoffe abgesaugt werden.