Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Wasser oder

Luft

B e s c h r e i b u n g

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfer¬ nung von Schadstoffen aus einem Fluid insbesondere aus Wasser und Luft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Allein in der Bundesrepublik Deutschland gehen jährlich etwa 2 Mio. Tonnen organische Lösemittel bei ihrer indu¬ striellen Verwendung "verloren". Hinzu kommt eine nicht abzuschätzende Menge an bereits im Boden und Wasser be¬ findlichen Lösemitteln - die sogenannten Altlasten. Dieser ungeheuren Umweltbelastung muß dringend Einhalt geboten werden.

Stand der Technik

Die wichtigsten derzeit eingesetzten Verfahren, dieses

Problem zu lösen, sind

- direkte und indirekte Kondensation

- Absorption mittels Flüssigkeiten (kalte Wäsche)

- Adsorption an Feststoffen (z.B. Aktivkohle)

- Abtrennung über Membranen

- Verbrennung.

Die Verfahren unterscheiden sich zum einen stark in ihren Betriebs- und Anlagekosten. Beispielsweise in Abhängigkeit von der Schadstoffkonzentration ist einmal das eine oder das andere Verfahren im Vorteil. Wegen nicht zu eliminie¬ render Restschadstoffe, insbesondere aber aus Kostengrün¬ den, sind alle genannten Verfahren unbefriedigend.

Für einige Lösemittel wie z.B. Methylenchlorid wurden in¬ zwischen Bakterienstämme gefunden, die das Lösemittel bio¬ logisch abbauen. Dazu läßt man die Bakterien in der Regel an festen Oberflächen aufwachsen und führt daran das mit dem Lösemittel beladene Fluid (beispielsweise Luft oder Wasser) vorbei.

Oft sind die Oberflächen, auf denen die Mikroorganismen wachsen, Adsorbentien (z.B. Aktivkohle) . Die Konzentration der durch die Mikroorganismen abzubauenden Schadstoffe im Fluid schwanken jedoch häufig stark. Die Mikroorganismen können sich diesen Konzentrationsschwankungen nicht schnell genug anpassen, sodaß es zum Durchbruch an Schad¬ stoffen kommt.

Besonders schwierig wird es, wenn die Schadstoffkonzentra¬ tion für einen biologischen Abbau zu niedrig ist-, aber dennoch über dem zugelassenen Richtwert liegt. So darf beispielsweise Wasser mit einem Gehalt von 0,25 mg/1 leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW) für Trinkwasserzwecke nicht mehr verwendet werden. In zunehmendem Maße müssen Bodenverunreinigungen ("Alt¬ lasten") wegen der befürchteten Trinkwassergefährdung umgehend saniert werden. Eine häufig benutzte Methode ist die sog. "Bodenluftabsaugung" . Dabei wird ein Loch in den verunreinigten Boden gebohrt. Ein Lüfter erzeugt darin einen Unterdruck. Der mit den flüchtigen Lösemitteln bela¬ dene Luftstrom wird anschließend durch eine Adsorbersäule (meist Aktivkohle oder Harze) geblasen. Ist die Säule beladen, muß sie regeneriert werden. Anlage-.und Betrieb¬ skosten sind erheblich. Auch andere Industrien benutzen in Ermangelung besserer Verfahren die Adsorbersäule zur Rei¬ nigung Schadstoff-beladener Abluft.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Entfernung von Schadstoffen insbesondere aus Wasser und Luft anzugeben, mit dem Schad¬ stoffe über einen großen Konzentrationsbereich sicher entfernt werden können.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, daß sich für jede Klasse von Lösemitteln Polymere bzw. Polymermi¬ schungen angeben lassen, in denen sich die jeweiligen Lösemittel besonders gut lösen (hoher Verteilungskoef¬ fizient) . Dabei können bei geeigneter Auswahl der Polyme¬ ren (hohe Löslichkeit des Lösemittels bzw. große Anreiche¬ rungsfaktoren) Verteilungskoeffizienten bis zu 1000 er¬ reicht werden.

Hat das Polymer seine Sättigungskonzentration erreicht, muß es regeneriert werden, d.h. das Lösemittel wird dem Polymer wieder entzogen. Hier bieten sich alternativ oder kumulativ zwei Lösungsmöglichkeiten als besonders bevor¬ zugt an:

Gemäß Anspruch 2 erfolgt eine zyklische Extraktion mittels kritischem bzw. überkritischem C0 ₂ (flüssiges CO«) :

E findungsgemäß wird zur Reinigung die Erkenntnis ausge¬ nutzt, daß C0 ₂ in kritischem bzw. überkritischem Zustand sehr gut insbesondere leichtflüchtige chlorierte Kohlen¬ wasserstoffe LCKW löst. Wird es anschließend entspannt, gibt es das Lösemittel wieder in flüssiger Form ab.

Gemäß Anspruch 3 erfolgt eine kontinuierliche Entfernung durch Mikroorganismen:

Die Mikroorganismen benutzen den Schadstoff als Kohlen¬ stoff- und Energiequelle und bauen ihn dabei biologisch ab.

Ferner ist erfindungsgemäß erkannt worden, daß aus folgen¬ dem Grunde die Vorrichtung zur Durchführung des in den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichneten Verfahrens verschiede¬ ne besondere Merkmale aufweisen muß:

Da das dampfförmige Lösemittel diffusiv durch das Polymer wandert, sollte dessen Dicke nicht zu groß sein. Hier bieten sich zwei Wege an, ein großes Verhältnis Oberflä¬ che/Volumen zu erreichen:

1. Kugelförmige Partikeln

2. Dünnwandige Röhrchen; sogenannte Hohlfasern.

Deshalb ist gemäß Anspruch 4 die erfindungsgemäße Vorrich¬ tung zur Realisierung der vorstehend unter 1. aufgeführten Möglichkeit derart aufgebaut, daß die Mikroorganismen auf partikelförmigen Trägern oder einem Fluid aufwachsen, die_ von einem Polymerfilm bzw. einer Polymermembran umgeben sind, der den Schadstoff besonders gut löst.

Zur Realisierung der unter 2. aufgeführten Möglichkeit ist gemäß Anspruch 5 der Polymerfilm als Rohr bzw. Hohlfaser ausgebildet, auf dessen dem Fluidstrom abgewandter Seite Mikroorganismen wachsen, die den Schadstoff biologisch abbauen.

Um zu verhindern, daß plötzliche Spitzen in der Lösend. -

telkonzentration zu einem Durchbruch führen, wird in der im Anspruch 6 gekennzeichneten besonders vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung der Luftstrom nach Passieren des mit Mikroorganismen beladenen Festbettes noch durch eine Adsorbersäule oder eine Molekularsieb-Säule geführt. Diese nimmt dann die verbleibenden Schadstoffe auf.

Bei Verwendung von partikelformigen Trägern für die Mikro¬ organismen ist es selbstverständlich möglich, die Träger in einem Stützgewebe zu fixieren, wie dies für Chromato- grafie- bzw. Adsorber-Material in der deutschen Patentan¬ meldung P 37 38 691.3 des selben Anmelders beschrieben ist.

Hierzu sind die Partikel in einem Stützgewebe fixiert, das beiderseits von Porenmembranen bzw. feinmaschigem Gewebe verschlossen ist. Hierdurch wird zum einen erreicht, daß die feste Phase weder durch ihr Eigengewicht noch durch von außen angelegte Drücke beschädigt wird, zum anderen ist eine leichte Handhabbarkeit gewährleistet (Anspruch 7) . In diesem Falle ist es auch möglich, anstelle der Entfernung des Schadstoffs die kugelförmigen Partikel aus dem "Wickel" zu entnehmen und zu entsorgen sowie den Wik- kel mit neuen Partikeln zu beladen.

Ferner ist es selbstverständlich möglich, das sich dann ergebende flächige System gemäß Anspruch 8 in mehreren Schichten aufgewickelt, so daß die Gesamtabmessungen des Systems praktikabel sind.

Auch ist es gemäß Anspruch 9 möglich, durch Abstandhalter, die wenigstens ein zwischen den Schichten vorgesehenes weiteres Stützgewebe bildet, eine über die ganze Fläche gleichmäßige Flüssigkeitszu- und abfuhr zu erreichen.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn - wie im Anspruch 10 gekennzeichnet - zwei Stützgewebe als Abstandshalter vorgesehen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie¬ ben, in der zeigen:

Fig. la einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbei- spiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 1b den bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Träger für Mikroorganismen,

Fig. 2a einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungs¬ beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2b den bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Träger für Mikroorganismen,

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit partikelformigen Trägern für Mikroorganismen. Die Mikroorganismen (1) , die den Schadstoff als alleinige Kohlenstoff- und Energiequel¬ le nutzen, wachsen auf Partikeln (2) (z.B. Aktivkohle), die vom betreffenden Polymer als dünner Film oder Membran (3) umhüllt sind (Fig. lb) .

Die Partikeln werden als Festbett (4) von dem mit Schad¬ stoff beladenen Luftstrom (5) angeströmt. Die Mikroorga¬ nismen - im Beispiel des Schadstoffes Methylenchlorid kann es sich beispielsweise um einen Methylenchlorid-abbauenden Hyphomcrobium-Stamm handeln - entnehmen dem Luftstrom den Schadstoff und den benötigten Sauerstoff. Auf diese Weise ist der Luftstrom auf das zulässige Minimum an Lösemittel

reduziert. Das Festbett kann dabei in der in der Anmeldung P 37 38 691.3 des selben Anmelders beschriebenen Weise ausgebildet sein.

Um zu verhindern, daß plötzliche Spitzen in der Lösemit¬ telkonzentration zu einem Durchbruch führen, wird in einer besonders vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung der Luftström nach Passieren des mit Mikroorganismen beladenen Festbettes noch durch eine Adsorbersäule oder eine Moleku¬ larsieb-Säule (6) geführt. Diese nimmt dann die verblei¬ benden Schadstoffe auf (Fig. la) .

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin¬ dung, bei dem die Mikroorganismen (1) nicht auf partikel¬ formigen Trägern, sondern auf schlauchförmigen Elementen aufwachsen. Hierzu ist das Polymer als dünner Schlauch bzw. Hohlfaser (7) ausgebildet (Fig. 2b) . Auf der dem Luftstrom abgewandten Seite wachsen die Schadstoff-abbau- enden Mikroorganismen (1) .

Für die Beseitigung der Restschadstoffe gelten die Ausfüh¬ rungen zu Fig. 1: der Luftstrom strömt, nachdem er das Rohr-bzw. Hohlfaserbündel (8) , das aus den in Fig. 2b dargestellten Elementen besteht, passiert hat, durch die Adsorber- bzw. Molekularsieb-Säule (6) (Fig. 2a) .

Gewerbliche Anwendbarkeit

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in der Umwelttechnologie zu den verschie¬ densten Reinigungsvorgängen, beispielsweise zur Entfernung von Lösemitteln, die als Schadstoffe ins Grundwasser ein¬ gedrungen sind, eingesetzt werden.

Dabei richtet sich die Auswahl der Polymere und der Mikro¬ organismen nach dem aufzuarbeitenden bzw. reinigenden Fluid. Ein Beispiel für bei dem Schadstoff Methylenchlo¬ rid, der beispielsweise bei Reinigungsvorgängen in das Grundwasser oder in die Raumluft geraten kann, verwendba¬ re Mikroorganismen sind Methylenchlorid-abbauende Hyphom- crobium-Stämme. Die Auswahl entsprechender Mikroorganismen und Polymere für andere Schadstoffe kann ein auf dem ein¬ schlägigen Gebiet tätiger Fachmann jederzeit aufgrund der vorstehenden Beschreibung treffen.