DE3716275A1

DE3716275A1 - Process and apparatus for the thermal decontamination of contaminated soils

Info

Publication number: DE3716275A1
Application number: DE19873716275
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof Dr Ing Falkenhain
Original assignee: WESTFAELISCHE BERGGEWERKSCHAFT
Current assignee: WESTFAELISCHE BERGGEWERKSCHAFT
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1988-11-24
Also published as: DE3716275C2

Abstract

In a process and apparatus for the thermal decontamination of contaminated soils, in which the contaminated material is heated at temperatures which convert the contaminants into their volatile components by means of thermal cleavage reaction and the volatile components are incinerated, it is provided according to the invention to carry out the thermal decontamination in the soil in situ and to effect the heating step in openings in the soil by means of heat which is emitted in the cross-section of the opening, by means of which the volatile components from the surrounding soil are transferred into the opening in question, where they are incinerated and then removed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Reinigung kontaminierter Böden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for thermal cleaning of contaminated floors according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Böden, welche mindestens durch aromatische, aber auch durch aliphatische Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls auch durch polyzyklische Kohlenwasserstoffe und Zyanide, gegebe nenfalls durch sämtliche dieser Stoffe oder Stoffgruppen gleichzeitig kontaminiert sind. Solche Böden werden als sogenannte Altlasten vor allem auf ehemaligen Standorten von Kokereien, aber auch auf Deponien angetroffen, welche der Bergbau in Anspruch genommen hat, kommen aber auch auf Mülldeponien vor. Die thermische Reini gung derart kontaminierter Böden bezweckt das Ausbrennen der Kontaminationen, wobei die organi schen Bestandteile im wesentlichen zu Kohlendioxyd und Wasser aufoxydiert werden. Je nach den aufgewandten Prozeßtemperaturen werden jedoch auch neue Schadstoffverbindungen, beispielsweise hochchlorierte Kohlenwasserstoffe, besonders Furane und Dioxine gebildet, die eine besondere Abgaswäsche erfordern. The invention relates in particular to Soils, which are at least aromatic, but also by aliphatic hydrocarbons, if necessary also by polycyclic Hydrocarbons and cyanides, given by all of these substances or Groups of substances are contaminated at the same time. Such soils are presented as so-called contaminated sites especially on former locations of coking plants, but also found in landfills which the Mining has taken place, however also on landfills. The thermal reini The purpose of soiled soils is Burning out the contaminants, the organi constituents essentially to carbon dioxide and water are oxidized. Depending on the However, process temperatures are used also new pollutant compounds, for example highly chlorinated hydrocarbons, especially Furans and dioxins are formed which are special Require exhaust gas scrubbing.

Die Erfindung unterscheidet sich dadurch von anderen thermischen Verfahren, bei denen u.a. Dampf als Medium für die Aufheizung und danach als Transport mittel für gasförmige Verunreinigungen verwendet wird, in vorteilhafter Weise, weil derartige Verfah ren energieaufwendiger sind. Die Erfindung unter scheidet sich auch von den Extraktionsverfahren, bei denen Chemikalien in wässriger Lösung zum Abtreiben der Kontaminationen eingesetzt werden, durch die Umgehung der damit verbundenen Schwierigkeiten, die hauptsächlich in der Trennung der flüssigen Phase von dem gereinigten Material und dem Einsatz erheblicher Mengen teurer Chemikalien bestehen.The invention differs from others thermal processes in which Steam as Medium for heating and then for transportation used for gaseous contaminants is advantageous because such procedures ren are more energy consuming. The invention under also differs from the extraction process which chemicals in aqueous solution to drive off of the contaminants used by the Bypassing the difficulties involved mainly in the separation of the liquid phase of the cleaned material and the use considerable quantities of expensive chemicals exist.

Die Erfindung geht von einem vorbekannten thermi schen Verfahren aus. Hierbei wird in einer in Containerbauweise ausgeführten und daher mobilen Anlage das kontaminierte Material nach dem sogenannten on-site Verfahren ausgegraben und nach Herunterbrechen auf ein einheitliches oberes Grenzkorn, sowie Absiebung einer Drehrohrofenanlage aufgegeben. In dieser werden bei Temperaturen von über 1200 Grad C und Aufenthaltszeiten von 30 min alle organischen Kontaminationen verbrannt. In einer Kühltrommel oder auf einem Austragsband wird das gereinigte Material abgekühlt. Eine mehrstufige Abgasreinigungsanlage dient zur Behandlung der Abluft, bevor diese unbedenklich in die Atmosphäre entlassen werden kann. The invention is based on a known thermi procedures. Here, in a Container construction and therefore mobile Plant the contaminated material after the excavated so-called on-site procedures and after breaking down to a uniform top Grenzkorn, and screening of a rotary kiln plant given up. In this are at temperatures of over 1200 degrees C and residence times of 30 min all organic contaminants burned. In a Cooling drum or on a discharge belt that will cleaned material cooled. A multi-stage Emission control system is used to treat the Exhaust air before it is released into the atmosphere can be fired.

Das vorbekannte Verfahren erfordert mithin eine ungewöhnlich aufwendige Anlage, welche bedarfsweise auf- und abgebaut werden muß. Es verlangt außerdem die Bewegung großer Massen beim Ausheben des Bodens mit der Gefahr, daß hierbei leicht flüchtige Kontaminationen freigesetzt werden und in die Atmosphäre unbeabsichtigt entweichen. Auch sind die zu bewegen den Massen erheblich, die im Anschluß an die Reinigung auf eine Deponie verbracht oder an die Ausgrabungsstelle zurückverbracht werden müssen.The previously known method therefore requires one unusually complex system, which if necessary must be built and dismantled. It also requires the movement of large masses when digging the ground with the risk that this is volatile Contaminations are released and released into the atmosphere escape unintentionally. They can also be moved the masses that followed the Cleaning brought to a landfill or to the Excavation site must be returned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das ein gangs als bekannt vorausgesetzte Verfahren so zu führen, daß der für seine Durchführung erforderli che Aufwand herabgesetzt werden kann.The invention is based, the task initially known as known processes lead that the necessary for its implementation che effort can be reduced.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Zweckmäßige Ausführungs formen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche.The invention solves this problem with the features of claim 1. Appropriate execution Forms of the invention are the subject of the sub Expectations.

Gemäß der Erfindung werden durch die in einer von dem kontaminierten Material umgebenen Bodenöffnung freigesetzte Wärme die Kontaminationen zunächst in die Gasphase übergeführt, deren Gasdruck bei weiterer Erwärmung so weit ansteigt, daß die flüchtigen Bestandteile schließlich in die Boden öffnung übertreten. In dieser geraten sie in den Bereich der Brenngase, die mit erheblichem Luft überschuß verbrannt werden, so daß die flüchtigen Bestandteile aufoxydiert werden. Deswegen verlassen die Bodenöffnungen nur unschädliche Verbindungen, soweit nicht die eingangs beschriebenen Schadstoffe bei der Verbrennung entstehen, welche aber durch eine nachgeschaltete Rauchgasreinigung beseitigt werden können.According to the invention by the in one of the floor opening surrounding the contaminated material Released heat initially in the contaminants transferred the gas phase, the gas pressure at further warming rises so far that the volatile components eventually into the soil Exceed opening. In this they get into the Area of the fuel gases with considerable air excess burned so that the volatile Components are oxidized. Therefore leave the floor openings only harmless connections, unless the pollutants described above occur during combustion, but which are caused by downstream flue gas cleaning eliminated can be.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt außer der meistens erforderlichen Herstellung von Boden öffnungen keine Bodenbewegungen voraus und ist deshalb nicht mit diesem Aufwand belastet. Es kann daher auch nicht zur Freisetzung leicht flüchtiger Bestandteile kommen, was beim Abgraben des Bodens häufig unvermeidlich ist. Da außerdem die Boden partikel in ihrem Verband verbleiben, braucht man regelmäßig auch keine Entstaubungsanlage, was den apparativen Aufwand weiter senkt. Im Prinzip ist lediglich die Bereitstellung des erforderlichen Brenngases und der Verbrennungsluft erforderlich, was mit Hilfe vorhandener, als Energiequelle für im Bauwesen verwendete Druckluftwerkzeuge benutzten Luftkompressoren und von Flüssiggasbehältern gewährleistet werden kann.The method according to the invention is based on mostly required manufacture of soil openings no ground movements ahead and is therefore not burdened with this effort. It can therefore not more volatile for release Ingredients come out when digging the ground is often inevitable. Since also the floor you need particles to remain in their dressing regularly also no dedusting system, what further reduces the expenditure on equipment. Basically is merely the provision of the necessary Fuel gas and combustion air required what with the help of existing ones as an energy source for use pneumatic tools used in construction Air compressors and LPG tanks can be guaranteed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die erforderlichen Temperaturen und Aufenthaltszeiten für die Beseitigung organischer Kontaminationen bis hin zu den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasser stoffen und den Zyaniden erreichen. Eine besondere Abkühlung des gereinigten Materials ist nicht erforderlich, weil es im Bodenverband verbleibt.With the method according to the invention, the required temperatures and residence times for the removal of organic contamination up to towards the polycyclic aromatic hydrocarbon substances and reach the cyanide. A special Cooling of the cleaned material is not required because it remains in the soil structure.

Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Patent anspruches 2 stellt man die erforderlichen Boden öffnungen künstlich her, wobei man nach Maßgabe der adsorptiven und desorptiven Wechselwirkung zwischen Schadstoffen und Boden die Abstände der Bohrungen voneinander wählt. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat auch den Vorteil, daß mit den Bohrungen Deckschichten leicht durchteuft werden können, die anderenfalls abgeräumt werden müßten, bevor der Boden ausgehoben wird.Preferably and with the features of the patent Claim 2 provides the necessary floor openings artificially, whereby according to the requirements the adsorptive and desorptive interaction the distances between pollutants and soil Select holes from each other. This embodiment of the method according to the invention also has the Advantage that with the holes cover layers easily which can otherwise be cleared would have to be before the ground is excavated.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 3 kann man die Aufheizung mehrerer Bodenöffnungen so mitein ander kombinieren, daß in den dazwischenliegenden kontaminierten Bodensegmenten eine Aufheizung von mehreren Seiten erfolgt, was einen auf eine oder mehrere Bodenöffnungen gerichteten Gasdruck ermög licht, so daß die flüchtigen Bestandteile in bestimmten Bodenöffnungen austreten und dort ver brannt werden.With the features of claim 3 you can heating up several floor openings combine others that in between contaminated soil segments multiple pages, one on one or several bottom openings directed gas pressure light so that the volatile components in emerge from certain floor openings and ver be burned.

Sofern der kontaminierte Boden schwer zugänglich ist, empfiehlt sich die Ausführungsform nach dem Patentanspruch 4. Hierbei erfolgt die Aufheizung unterhalb einer Verrohrung, die das Einstürzen der Bodenöffnung verhindert, Dabei kann die Ver rohrung dem absatzweise z.B. von unten nach oben oder auch umgekehrt aufgeheizten Boden folgen, wodurch Störungen durch nicht standfeste Boden formationen vermieden werden.If the contaminated soil is difficult to access is, the embodiment is recommended after Claim 4. Here, the heating takes place underneath a pipeline that is causing the collapse of the Bottom opening prevented, the ver pipe to the paragraph e.g. from the bottom up or follow the heated floor in reverse, causing interference from non-stable floors formations are avoided.

Im folgenden wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch, d.h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten teilweise im Schnitt die erfindungs gemäße Vorrichtung an Ort und Stelle.The following is an implementation device of the method according to the invention using the Drawing explained in more detail. The drawing shows schematic, i.e. leaving everyone for that Understanding of the invention is not required Details partly in section the fiction appropriate device in place.

Unterhalb der Erdoberfläche (1) befindet sich eine Deckschicht (2), unter der eine kontaminierte Boden schicht (3) verborgen ist. Ein im oberen Teil bei (4) verrohrtes Bohrloch (5) ist senkrecht in den Boden gestoßen und hat die Schichten (2 und 3) durchteuft. Die Verrohrung (4) reicht bis zur Grenzfläche (6) der kontaminierten Bodenschicht (3) und der Deckschicht (2).Below the earth's surface ( 1 ) there is a cover layer ( 2 ), under which a contaminated soil layer ( 3 ) is hidden. A borehole ( 5 ) cased in the upper part at ( 4 ) has pushed vertically into the ground and has intersected the layers ( 2 and 3 ). The piping ( 4 ) extends to the interface ( 6 ) of the contaminated soil layer ( 3 ) and the cover layer ( 2 ).

An einem Bockgerüst (7) ist über ein Seil (8) ein Wärmestrahlrohr (9) aufgehängt, das in den unver rohrten Teil (10) des Bohrloches eingelassen ist. Das Wärmestrahlrohr hat einen Kopf (11), welcher zur Halterung eines konzentrisch äußeren Stahlrohres (12), eines konzentrisch inneren Verbrennungsrohres (14) und einer Brenngaslanze (15) dient. Diese ist konzentrisch im Verbrennungsrohr (14) angeordnet. A heat radiation pipe ( 9 ) is suspended from a trestle frame ( 7 ) via a rope ( 8 ) and is let into the un-pipe section ( 10 ) of the borehole. The heat radiation tube has a head ( 11 ) which serves to hold a concentrically outer steel tube ( 12 ), a concentrically inner combustion tube ( 14 ) and a fuel gas lance ( 15 ). This is arranged concentrically in the combustion tube ( 14 ).

Der Kopf weist eine axiale Zuführung über einen Rohr stutzen (16) für die mit einem nicht dargestellten Schlauch aus einem Kompressor (17) zugeführte Verbrennungsluft auf. Die Verbrennungsluft wird ferner gemäß dem Pfeil (18) radial dem Kopf (11) zugeführt. Die Verbrennungsluft wird durch Rekuperatoren (19) aufgeheizt und einem Brennerkopf (20) zugeführt. Eine Zündkerze (21) dient zur Zündung des Brenngases, welches gemäß dem darge stellten Ausführungsbeispiel ebenfalls radial bei (22) zugeführt wird und durch die Brenngaslanze bis zum Brennerkopf (20) strömt. Das Brenngas wird aus einem Flüssiggastank (23) über einen ebenfalls nicht dargestellten Schlauch zugeführt.The head has an axial feed pipe ( 16 ) for the combustion air supplied with a hose, not shown, from a compressor ( 17 ). The combustion air is also fed radially to the head ( 11 ) according to the arrow ( 18 ). The combustion air is heated by recuperators ( 19 ) and fed to a burner head ( 20 ). A spark plug ( 21 ) is used to ignite the fuel gas, which is also supplied radially at ( 22 ) according to the embodiment shown and flows through the fuel gas lance to the burner head ( 20 ). The fuel gas is supplied from a liquid gas tank ( 23 ) via a hose, also not shown.

Nach Zündung der Brenngase entsteht in dem kon zentrisch inneren Verbrennungsrohr (14) eine Flamme, welche am unteren Ende (24) des Verbren nungsrohres (14) austritt und in das Strahlrohr (12) umgelenkt wird. Dadurch wird das Strahlrohr (12) aufgeheizt. Die Wärmestrahlung erhitzt die nicht ausgebauten Bohrlochstöße (25). Diese Auf heizung überführt die Kontaminationen in der Boden schicht (3) in eine gasförmige Phase, die bei steigendem Druck aus den Bohrlochstößen austritt. Durch die Hitze und die im Überschuß zugeführte Verbrennungsluft erfolgt die Oxidation der flüchti gen Bestandteile in der eingangs beschriebenen Weise. Rauchgase werden bei (26) abgeführt und zusammen mit etwa entstandenen Schadstoffen über eine nicht dargestellte Schlauchleitung einer Abgasreinigungsanlage (27) zugeführt.After ignition of the combustion gases a flame exiting the Burn drying tube (14) at the lower end (24) and is deflected in the beam tube (12) is formed in the con centric inner combustion tube (14). This heats the jet pipe ( 12 ). The thermal radiation heats the undismounted borehole joints ( 25 ). This heating converts the contamination in the soil layer ( 3 ) into a gaseous phase, which emerges from the borehole joints as the pressure increases. Due to the heat and the combustion air supplied in excess, the oxidation of the volatile components takes place in the manner described above. Flue gases are removed at ( 26 ) and fed to an exhaust gas cleaning system ( 27 ) together with any pollutants that have arisen via a hose line (not shown).

Im Gegensatz zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Kopf (11) so ausgebildet sein, daß sämtli che Zufuhr- und Abfuhrwege axial angeordnet sind. Dann läßt sich das Wärmestrahlrohr besser durch eine verziehbare Verrohrung bewegen, wobei der Außendurchmesser nur wenig kleiner als der Innen durchmesser der Verrohrung zu sein braucht. Am Fuß des Wärmestrahlrohres (12) bringt man in diesem zweckmäßig Durchtrittsmöglichkeiten für Gase und Dämpfe z.B. in Form von Schlitzen an.In contrast to the illustrated embodiment, the head ( 11 ) can be designed so that all feed and discharge paths are axially arranged. Then the heat radiation pipe can be moved better by a deformable piping, the outer diameter only having to be slightly smaller than the inner diameter of the piping. At the foot of the heat radiation tube ( 12 ), it is expedient to provide passage possibilities for gases and vapors, for example in the form of slots.

Bei der Erwärmung des Erdreiches werden zunächst destillierbare Stoffe freigesetzt, wie z.B. Benzol, Toluol und Xylole (BTX), die in die Luft entweichen können. Die beschriebenen Durchtritts möglichkeiten für Gase und Dämpfe sorgen dafür, daß diese in die Flamme innerhalb des Rohres gelangen und dort zu unschädlichen Verbrennungs produkten verbrennen. Hierfür ist ein Saugzug gebläse vorgesehen, das nicht dargestellt ist, mit dem aber die Rauchgase und die unschädlichen Ver brennungsprodukte abgezogen werden. Dadurch steht die Bohrung unter dem erforderlichen Unterdruck, so daß die Gase und Dämpfe abgesaugt werden.When the soil is warmed up first released distillable substances, e.g. Benzene, toluene and xylenes (BTX) in the air can escape. The passage described possibilities for gases and vapors ensure that this is in the flame inside the tube get there and to harmless combustion burn products. For this is an induced draft provided blower, which is not shown with but the smoke gases and the harmless ver combustion products are withdrawn. This means drilling under the required negative pressure, so that the gases and vapors are extracted.

Claims

1. A method for the thermal cleaning of contaminated soils, in which the contaminated material is heated to temperatures which convert the contaminants into their volatile constituents by thermal decomposition reaction, which are burned, characterized in that the thermal cleaning in the soil left in place performed and the heating is carried out in floor openings by heat released in the opening cross section, with which the volatile constituents are transferred from the surrounding floor into the respective opening, burned in this and then removed.

2. The method according to claim 1, characterized in net that the bottom openings by drilling in Distances according to the gas pressure burning volatile components will.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the heating in made several floor openings at the same time becomes.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heating of the surrounding soil under an expanding soil opening with an open flame against the impact the bottom opening is covered by heat radiation occurs.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the bottom opening pressurized and the burned volatile components together with the Flue gases from the heat generation are removed.

6. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, marked by a jet pipe ( 9 ) with axial supply of a fuel gas, and the combustion air and axial discharge of the flue gas, as well as the burned volatile constituents of the contaminations in a header ( 11 ), which is used to hold an outer, gas discharge jet tube ( 12 ), a concentrically inner combustion tube ( 14 ) guiding the combustion gases and a fuel gas lance ( 15 ) provided for supplying the heating gas, which is concentric in the combustion tube ( 14 ) is arranged, is used, with openings in the jet pipe ( 12 ) for introducing the burned, volatile constituent parts of the contaminants and for their removal by a suction fan together with the flue gases.