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Title:
METHOD FOR DECONTAMINATING SOILS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/055241
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for decontaminating contaminated soils in a related decontamination field (15) by introducing dosing materials (4) promoting autochthonous biocenosis into the saturated soil area (1) through injection holes (5) in superstructed decontamination fields (15) or decontamination fields covering a wide area. In order to avoid high expenditures and possible problems linked to washed-out contaminated materials, the invention provides for the following: the direction (F) and velocity of flow of the ground-water is determined in the saturated soil area (1); dosing materials (4) are hermetically introduced through the injection bore holes (5) in such a concentration so that an effective dilution is solely obtained with the ground-water in the saturated soil area (1) and the dosing materials (4) are only transported with the flowing ground-water; the injection bore holes (5) are disposed in the direction of flow (F) at distances which take into account the velocity of flow of the ground-water, thereby enabling the entire decontamination field (15) to be injected in specific places over a given time period and thus be substantially provided with dosing materials (4). The dosing materials (4) are preferably introduced by means of mobile dosing stations (6).

Inventors:
HARBORTH PETER (DE)
HANERT HANS HELMUT (DE)
KUCKLICK MARTIN (DE)
WASCHKE CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/DE1998/001468
Publication Date:
December 10, 1998
Filing Date:
May 29, 1998
Export Citation:
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Assignee:
HARBORTH PETER (DE)
HANERT HANS HELMUT (DE)
KUCKLICK MARTIN (DE)
WASCHKE CHRISTIAN (DE)
International Classes:
B09C1/00; B09C1/10; (IPC1-7): B09C1/10; B09C1/00
Domestic Patent References:
WO1993022241A11993-11-11
Foreign References:
US5605634A1997-02-25
US5133625A1992-07-28
US5006250A1991-04-09
GB2255556A1992-11-11
US5511907A1996-04-30
DE3937593C11991-02-28
Attorney, Agent or Firm:
Lins, Edgar (Braunschweig, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Dekontamination kontaminierter Böden in einem zusammenhängenden Dekontaminationsfeld (15) durch Einleitung von die autochthone Biozönose fördernden Do sierstoffen (4) in die gesättigte Bodenzone (1) durch Injektionsbohrungen (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Fließrichtung (F) und Fließgeschwindigkeit des Grundwas sers in der gesättigten Bodenzone (1) festgestellt wird, daß durch die Injektionsbohrungen (5) ein abgeschlossener Eintrag der Dosierstoffe (4) in einer solchen Konzentra tion erfolgt, daß eine wirksame Verdünnung erst mit dem Grundwasser in der gesättigten Bodenzone (1) erreicht wird und ein Transport der Dosierstoffe (4) nur mit dem fließenden Grundwasser erfolgt und daß die Injektionsboh rungen (5) mit die Fließgeschwindigkeit des Grundwasser berücksichtigenden Abständen in Fließrichtung (F) so an gelegt werden, daß in einem vorgegebenen Zeitraum im we sentlichen das gesamte Dekontaminationsfeld (15) mit Do sierstoffen (4) aufgrund der punktuellen Injektionen ver sorgt worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der Dosierstoffe (4) durch die Injek tionsbohrungen (5) mit einer mobilen Dosierstation (6) vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der Dosierstoffe (4), vorzugsweise durch Filterrohre, in den Injektionsbohrungen (5) unter Überdruck vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß in die Injektionsbohrungen (5) eine Mehrzahl von mit den hochkonzentrierten Dosierstoffen (4) gefüllten Depotbehältern (14) über die Tiefe der ge sättigten Bodenzone (1) voneinander beabstandet einge bracht werden, die so ausgebildet sind, daß über einen längeren Zeitraum hochkonzentrierte Dosierstofflösungen in die gesättigte Bodenzone (1) abgegeben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Depotbehälter (14) aus mit den Dosierstoffen (4) ge sättigten Adsorbern bestehen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß bezüglich der Flußrichtung (F) des Grundwassers stromabwärts von Injektionsbohrungen (5) Kontrollbohrungen (P) zur Überprüfung der biologischen Aktivität im durchströmten Bereich eingebracht werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die biologische Aktivität durch Fest stellung einer quantitativen Differenz von Kationen und Anionen des eingebrachten Dosierstoffes (4) bestimmt wird.
Description:
Verfahren zur Dekontamination von Böden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dekontamination kon- taminierter Böden in einem zusammenhängenden Dekontaminations- feld durch Einleitung von die autochthone Biozönose fördernden Dosierstoffen in die gesättigte Bodenzone durch Injektionsboh- rungen.

Es ist beispielsweise durch DE 39 37 593 Cl bekannt, kontami- nierte Böden in situ dadurch zu sanieren, daß Dosierstoffe in den Boden eingeleitet werden, die die dort vorhandene mikro- biologische Aktivität fördern. Hierzu wird zwischen Injek- tionsbohrungen und Absaugbohrungen ein im wesentlichen ge- schlossener Kreislauf ausgebildet, in dem die Fließgeschwin- digkeit in der Bodenzone so eingestellt wird, daß keine Aus- wascherscheinungen auftreten. Das bekannte Verfahren ist sehr wirksam, da kontinuierlich eine geeignete Dosierung für die Dosierstoffe eingestellt werden kann, um im Bodenbereich opti- male Bedingungen für die Vermehrung der wirksamen Biomasse zu gewährleisten. Problematisch ist jedoch, daß das bekannte Ver- fahren ein im wesentlichen frei zugängliches Dekontaminations- feld voraussetzt, da die Abstände zwischen den Injektionsboh- rungen und den Absaugbohrungen nicht zu groß sein dürfen, um den im wesentlichen geschlossenen Kreislauf sicherzustellen.

Für sehr ausgedehnte Kontaminationsfelder wird darüber hinaus der Aufwand sehr hoch.

Viele Kontaminationsgebiete befinden sich im Innenstadtbereich gober Städte im Bereich dichter Bebauungen, so daß das be- kannte Verfahren nicht einsetzbar ist. Für diese Anwendungs- fälle ist es bekannt, mit hydraulischen Maßnahmen eine Reduk- tion der Bodenkontamination vorwiegend durch Auswascheffekte herbeizuführen. Zur Vermeidung einer ungewollten Ausbreitung des Kontaminationsgebiets ist es hierfür allerdings erforder- lich, das Kontaminationsgebiet wasserdicht einzugrenzen, also Spund-oder Schlitzwände oder Brunnengalerien zu setzen. Der

hierfür erforderliche Aufwand ist extrem hoch. Die Sanierung eines Bodens mit hydraulischen Maßnahmen bringt das grundsätz- liche Problem mit sich, daß der Schadstoffaustrag vom Boden lediglich an einen anderen Ort verlagert wird (Vorfluter oder Atmosphäre). Aus diesem Grund, insbesondere aber auch aus wirtschaftlichen Gründen, sind vielfach Sanierungsmaßnahmen in schwer zugänglichen Gebieten eingestellt worden. Dies ist ge- rade für die betroffenen besiedelten Innenstadtgebiete kein befriedigender Zustand, was keiner näheren Erläuterung bedarf.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung besteht somit darin, auch für schwer zugängliche Gebiete ein Bodensa- nierungsverfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, das eine Dekontamination von schwer zugänglichen Bodenbereichen oder sehr ausgedehnten Kontaminationsfeldern mit einem relativ geringen Aufwand ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß das Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Fließrichtung und die Fließgeschwindigkeit des Grundwassers in der gesättigten Bodenzone festgestellt wird, daß durch die Injektionsbohrungen ein abgeschlossener Eintrag der Dosier- stoffe in einer solchen Konzentration erfolgt, daß eine wirk- same Verdünnung erst mit dem Grundwasser in der gesättigten Bodenzone erreicht wird und ein Transport der Dosierstoffe nur mit dem fließenden Grundwasser erfolgt und daß die Injektions- bohrungen mit die Fließgeschwindigkeit des Grundwassers be- rücksichtigenden Abständen in Fließrichtung so angelegt wer- den, daß in einem vorgegebenen Zeitraum im wesentlichen das gesamte Dekontaminationsfeld mit Dosierstoffen aufgrund der punktuellen Injektionen versorgt worden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den bei den bisherigen Verfahren erforderlichen Aufwand für den Trans- port der eingebrachten Dosierstoffe einzusparen und den Trans- port der Dosierstoffe durch die Grundwasserströmung vorzuneh- men. Hierdurch wird der Gedanke verlassen, einen Kreislauf mit

dem kontaminierten Bodenbereich auszubilden. Erfindungsgemäß wird vielmehr lediglich einmal eine hohe Konzentration der Dosierstoffe über die Injektionsbohrung in den Boden einge- bracht, wobei ggfs. sogar eine momentane toxische Wirkung an der Injektionsstelle in Kauf genommen wird. Die die Biozönose fördernde Verdünnung der Dosierstoffe stellt sich dabei erst im Grundwasserbereich ein und wird mit dem fließenden Grund- wasser durch die gesättigte Bodenzone transportiert. Übliche Fließgeschwindigkeiten von Grundwasser betragen beispielsweise 30 bis 100 m pro Jahr, so daß für einen angenommenen Zeitraum von 2 Jahren nächste Injektionsbohrungen in einem Abstand von 60 bis 200 m in Fließrichtung des Grundwassers angeordnet wer- den, um so zu einer flächendeckenden Verteilung der Dosier- stoffe zu gelangen. Der Abstand der Injektionsbohrungen quer zur Fließrichtung des Grundwassers hängt von der jeweiligen Durchlässigkeit des Bodens ab, da diese die seitliche Ausbrei- tung der Dosierstoffe bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt somit lediglich ein Raster von Injektionsbohrungen, wobei die regelmäßig zahlreich vorhandenen Grundwasserbrunnen als Injektionsbohrungen ausge- nutzt werden können, da die Einbringung der Dosierstoffe je- weils eine abgeschlossene Maßnahme darstellt, nach der die Injektionsbohrung ggfs. über viele Monate für das erfindungs- gemäße Verfahren nicht mehr benutzt wird.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die erfindungsgemäße Ein- bringung der Dosierstoffe durch die Injektionsbohrungen mit einer mobilen Dosierstation vorgenommen wird, mit der die In- jektionsbohrungen nacheinander abgefahren werden, um die Do- sierstoffe in den Boden zu bringen.

Die Einbringung der Dosierstoffe kann durch Überdruck vorge- nommen werden, indem die Injektionsbohrung auf der Oberseite abgeschlossen wird und die Lösung mit den Dosierstoffen in die Bohrung eingepreßt wird. Hierzu ist es besonders vorteilhaft,

wenn sich in der Injektionsbohrung ein Filterrohr mit Durch- gangsöffnungen in den Mantelwänden befindet.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens werden in die Injektionsbohrungen eine Mehrzahl von mit den hochkonzen- trierten Dosierstoffen gefüllte Depotbehältern über die Tiefe der gesättigten Bodenzone voneinander beabstandet eingebracht, wobei die Depotbehälter so ausgebildet sind, daß über einen längeren Zeitraum hochkonzentrierte Dosierstofflösungen in die gesättigte Bodenzone abgegeben werden. Unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Dosierstoffe hochkonzen- triert in die Bodenzone einzubringen und die wirksame Konzen- tration erst durch Verdünnung mit dem Grundwasser herzustel- len, hat die Verwendung von Depotbehältern den Vorteil, daß die hochdosierte Abgabe der Dosierstoffe über einen längeren Zeitraum erfolgen kann, wodurch eine stärkere Verbreitung und erhöhte Wirksamkeit erzielt wird. Die Vorratsbehälter können übliche hohle Behälter sein, aus denen die Dosierstoffe nur langsam austreten können, beispielsweise durch poröse Wände oder Austrittsöffnungen mit einem hohen Strömungswiderstand.

Die Vorratsbehälter können aber auch mit den Dosierstoffen gesättigte Adsorber sein, also beispielsweise aus Aktivkohle, Adsorberharzen oder-gelen bestehen.

Da das erfindungsgemäße Verfahren kein Abpumpen von Wasser aus der gesättigten Bodenzone vorsieht, besteht nicht die Möglich- keit, durch Untersuchung des abgepumpten Wassers die biolo- gische in situ-Aktivität zu überprüfen. Um eine derartige Überprüfung zumindest stichprobenartig vornehmen zu können, kann es zweckmäßig sein, Kontrollbohrungen zur Überprüfung der biologischen Aktivität im durchströmten Bereich bezüglich der Fließrichtung des Grundwasser stromabwärts von Injektionsboh- rungen einzubringen. Durch die Kontrollbohrungen kann festge- stellt werden, ob die Dosierstoffe den Ort der Kontrollbohrun- gen erreichen, wenn die Dosierstoffe, beispielsweise durch Farbe, fluoreszierende oder radioaktive Stoffe markiert worden sind. Eine besonders vorteilhafte Überprüfung der biologischen

Aktivität kann dadurch vorgenommen werden, daß in der Kon- trollbohrung die quantitative Differenz von Kationen und Anionen des eingebrachten Dosiermittels bestimmt wird. Wird beispielsweise eine Nitratzufuhr durch Kaliumnitrat als Do- sierstoff vorgenommen, kann der Nitratverbrauch durch aktive Mikroorganismen dadurch bestimmt werden, daß an der Kontroll- bohrung die Menge der Kaliumionen und die Menge der Nitratio- nen bestimmt wird. Ist die Menge gleich, hat keine biologische Aktivität stattgefunden. Ein großer Überschuß an Kaliumionen zeigt hingegen an, daß aktive Mikroorganismen einen großen Teil der Nitrationen verbraucht haben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen : Figur 1-eine schematische Darstellung der Einbringung eines Dosierstoffes über eine Injektionsbohrung mit Hilfe einer mobilen Dosierstation, Figur 2-eine schematische Darstellung der Einbringung von Dosierstoffen mit Depotbehältern, wobei zwei Phasen der Einbringung dargestellt sind, Figur 3-eine beispielhafte kartografische Darstellung eines Dekontaminationsfeldes mit Angabe der Strömungsrichtung des Grundwassers und der sich hieraus ergebenden Anordnung von Injektionsboh- rungen.

In Figur 1 ist eine grundwasserführende, gesättigte Bodenzone 1 zwischen einem wasserundurchlässigen Grundwasserstauer 2 und einer zur Bodenoberfläche ragenden ungesättigten Bodenzone 3 dargestellt. Zur Einbringung eines Dosierstoffes 4 dient eine Injektionsbohrung 5, die sich im wesentlichen bis über die ge- samte Tiefe der gesättigten Bodenzone erstreckt. Zur Einbrin-

gung der Dosierstoffe 4 in die Injektionsbohrung 5 dient eine mobile Dosierstation 6, die aus einem Kleinlastfahrzeug 7 mit einem (nicht dargestellten) großen Vorratstank für Wasser be- steht. Im Ladebereich des Fahrzeugs 7 dient eine Dosiereinheit V zur Herstellung der benötigten Konzentration des Dosierstof- fes, der über eine Pumpe 8 in eine Leitung 9 gepumpt wird, die durch einen oberen Abschluß 10 der Injektionsbohrung 5 in die- se etwa bis in den Bereich der gesättigten Bodenzone hinein- ragt. Der Dosierstoff 4 wird unter dem Überdruck der Pumpe 8 in die Injektionsbohrung 5 eingepreßt und tritt in die ge- sättigte Bodenzone 1 ein. Figur 1 zeigt mit dem Pfeil F die Fließrichtung des Grundwassers in der gesättigten Bodenzone 1, so daß die Dosierstoffe 4 entsprechend der Fließrichtung F in der gesättigten Bodenzone 1 von der Injektionsbohrung 5 weg- transportiert werden, wie dies durch Pfeile D angedeutet ist.

Im unteren Bereich der Infiltrationsbohrung 5 kann eine Pumpe 11 angeordnet sein, mit der aus dem Bereich der Infiltrations- bohrung 5 Wasserproben an die Oberfläche gepumpt werden, um beispielsweise in der hierfür eingerichteten Dosierstation 6 in einer Meßanordnung AS auf verschiedene Parameter wie Leit- fähigkeit, Sauerstoffgehalt, Gehalt an Elektrodenakzeptoren (z. B. Nitrat/Nitrit), Gehalte an Elektroden Donatoren (z. B.

Ethanol) usw. untersucht werden, um hieraus Informationen über die biologische Aktivität im Boden zu erlangen. Diese Überprü- fung muß nicht zeitlich mit der Einbringung der Dosierstoffe 4 in Verbindung stehen, sondern kann beispielsweise einige Wochen nach der Einbringung der Dosierstoffe 4 in die ge- sättigte Bodenzone 1 erfolgen.

Figur 1 läßt stromabwärts von der Injektionsbohrung 5 eine Kontrollbohrung P erkennen, mit der eine Überprüfung der bio- logischen Aktivität aufgrund der in die Injektionsbohrung 5 eingebrachten Dosierstoffe vorgenommen werden kann.

Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel sieht eine mobile Dosierstation 6 vor, an der ein Ausleger 12 befestigt

ist mit dem an einer Kette 13 untereinander aufgereihte Depot- behälter 14 in die Injektionsbohrung 5 absenkbar sind. Die Depotbehälter sind mit dem Dosierstoff gefüllt, sei es als Hohlbehälter oder als Adsorber, so daß sie eine hochkonzen- trierte Lösung des Dosierstoffs im Kontakt mit dem Grundwasser langsam abgeben.

In der in Figur 2 dargestellten Phase b ist das Absenken und Aufnehmen von in der Dosierstation 6 gefüllten Depotbehältern 14 dargestellt, während die Phase a die abgesenkten Depotbe- hälter 14 zeigt.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Dekontamina- tionsfeldes 15 mit seiner Umgebung, wobei die Strömungsrich- tung des Grundwassers mit Pfeilen F dargestellt ist.

Entsprechend der festgestellten bzw. abgeschätzten Strömungs- geschwindigkeit des Grundwassers sind im wesentlichen senk- recht zur Strömungsrichtung Injektionsbrunnen 5 nebeneinander angeordnet, wobei die Anordnung so erfolgt, daß sich in Strö- mungsrichtung F gesehen hintereinander Injektionswellen auf- bauen, die durch die Injektionsbrunnen 5 verbindende Linien 16 dargestellt sind.

Der Abstand der Injektionsbrunnen 5 in Strömungsrichtung F ist so gewählt, daß nach einem vorgegebenen Zeitraum, von bei- spielsweise 2 Jahren, der in einen Injektionsbrunnen 5 einge- brachte Dosierstoff den Bereich des in Strömungsrichtung F folgenden Dosierbrunnens 5 der nächsten Injektionswelle 16 erreicht hat, so daß nach dem genannten Zeitraum das gesamte Dekontaminationsgebiet 15 von Dosierstoff erfaßt sind.

Als Dosierstoff kommen insbesondere Elektronenakzeptoren (Oz, N03', S04-u. a.), aber auch Elektronendonatoren (Ethanol, Lac- tat, Methanol, Methan u. a.) in Frage. Im Einzelfall sind auch Zudosierungen von Nährstoffen (Stickstoff, Phosphor, Kalium usw.) denkbar.