DE19707096C1

DE19707096C1 - Method for cleaning floors

Info

Publication number: DE19707096C1
Application number: DE1997107096
Authority: DE
Inventors: Arne Faerber; Christoph Betz; Reinhard Schmidt; Helmut Kobus; Karsten Pruess
Original assignee: Individual
Current assignee: Betz Christoph De
Priority date: 1997-02-22
Filing date: 1997-02-22
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2017-02-23

Abstract

The floor cleaning progress is for cleaning dirty floors on the spot, using steam or steam-air mixture applied through injection devices and sucking out the exhaust mixture. The spatial expansion and temperature profile of the heat front (12) in the floor between the injection device (25) and the extraction device (30) is controlled by intermittent introduction of steam so that as much harmful matter as possible condenses out over the distance between the injection and extraction devices. The floor can be further decontaminated and cooled by the extraction device after the end of the injection process.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Böden nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for cleaning floors according to the Oberbe handle of claim 1.

Zur Sanierung von kontaminierten Böden ist bekannt, Bodenbereiche auszuheben und entweder zu deponieren oder zu reinigen, beispielsweise durch Bodenwäsche oder Ver brennung. Diese unter dem Oberbegriff Onsite- oder Offsite-Verfahren zusammengefaßten Sanierungsverfahren sind aufwendig und teuer und oftmals nicht durchführbar, wenn Bauwerke den kontaminierten Bereich abdecken. Daher ist bereits bekannt, Bodensanierun gen in-situ durchzuführen. Dazu werden Injektions- und Extraktionsrohre in den Boden eingebracht. Stand der Technik ist, daß die Verunreinigungen dem Boden entzogen werden, indem durch die Injektionsrohre entweder nichtkondensierbares Gas in Form von Kaltluft oder Heißluft oder kondensierbarer Dampf in Form von Wasserdampf in den Boden geleitet wird. Durch Extraktionsrohre können die Kontaminanten mitsamt dem injizierten Stoffstrom durch Anlegen eines Unterdruckes extrahiert werden.To remediate contaminated soils, it is known to excavate and either to deposit or to clean, for example by floor washing or Ver burn. These are summarized under the generic term on-site or off-site processes Remediation procedures are complex and expensive and often not feasible if Buildings cover the contaminated area. Therefore, floor remediation is already known gene in-situ. For this, injection and extraction pipes are placed in the ground brought in. State of the art is that the contaminants are extracted from the soil, by either non-condensable gas in the form of cold air through the injection pipes or hot air or condensable steam in the form of water vapor into the ground becomes. The contaminants together with the injected material flow can be extracted through extraction pipes can be extracted by applying a vacuum.

Die Injektion von kaltem, nichtkondensierbarem Gas ist als das Verfahren der Bodenluftabsaugung bekannt. Es hat den Vorteil, daß Schadstoffe nur in die Gasphase verfrachtet werden. Es findet keinerlei Schadstoffmobilisierung in flüssiger Form und damit auch keine Verfrachtung in tiefer gelegene Bodenschichten oder in das Grundwasser statt. Die Kaltluftströmung im Untergrund wird dabei i.d.R. nur durch Unterdruck an den Ex traktionsstellen erzeugt. Parallel dazu wird häufig auch eine biologische Reinigung betrieben, wobei gezielt Bakterien und Nährstoffe in den Boden eingebracht werden können.The injection of cold, non-condensable gas is considered the process of Soil air extraction known. It has the advantage that pollutants are only in the gas phase be shipped. There is no pollutant mobilization in liquid form and therefore also no shipment into deeper layers of the ground or into the groundwater. The cold air flow in the underground is usually only by negative pressure on the ex traction points generated. At the same time, biological cleaning is often carried out, where bacteria and nutrients can be specifically introduced into the soil.

Die Bodenluftabsaugung hat den Nachteil, daß nur die leichtflüchtigen Verunreinigun gen in sehr geringen Massenraten in die Gasphase übergehen und daher dem Boden nur sehr langsam entzogen werden können [Pederson, T.A., J.T. Curtis, Soil vapor extraction technology, Noyes Data Corporation, New Jersey, 1991]. Unterstützt man die Verdunstung der Kontaminanten, indem Heißluft eingeblasen wird, ist die Reinigung aufgrund der durch den Temperaturanstieg erhöhten Dampfdrücke der Schadstoffe wesentlich verbessert [Kalua rachchi, J.J., M.K.M. Islam, 1995, Thermal venting to recover less-volatile hydrocarbons from the unsaturated zone, J. Contam. Hydrol. 17 (293-311), Elsevier Sc. Publ., Am sterdam]. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, daß zur Aufheizung des gesamten Bodenmaterials und zur Verdampfung der Verunreinigungen viel Energie benötigt wird, und aufgrund der relativ geringen Wärmekapazität von Heißluft sehr große Massenströme injiziert werden müssen, so daß die erforderliche Energiemenge je nach Bodenart in den meisten Anwen dungsfällen nur sehr langsam eingebracht werden kann.Bottom air extraction has the disadvantage that only the volatile contaminants pass into the gas phase at very low mass rates and therefore only very much into the soil can be slowly withdrawn [Pederson, T.A., J.T. Curtis, Soil vapor extraction technology, Noyes Data Corporation, New Jersey, 1991]. If you support the evaporation The contamination by blowing hot air is due to the cleaning the rise in temperature increased vapor pressures of the pollutants significantly improved [Kalua rachchi, J.J., M.K.M. Islam, 1995, Thermal venting to recover less-volatile hydrocarbons from the unsaturated zone, J. Contam. Hydrol. 17 (293-311), Elsevier Sc. Publ., Am sterdam]. The disadvantage, however, is that the entire soil material is heated and a lot of energy is needed to evaporate the contaminants, and because of the relatively low heat capacity of hot air very large mass flows are injected must, so that the required amount of energy depending on the type of soil in most applications cases can only be introduced very slowly.

Bei der Injektion von kondensierbarem Wassersattdampf (die sogenannte Dampfinjek tion [WO 91/02849]) sind die injizierten Energiemengen aufgrund des sehr großen spezifi schen Energiegehaltes in Form der Verdampfungsenthalpie wesentlich größer als bei Heiß luft. Eine Sanierung dauert daher mit Dampf erheblich kürzer. Außerdem stabilisiert der Kondensationsprozeß des Dampfes beim Erhitzen des Bodens und Verdampfen des Schad stoffes die Wärmeausbreitungsfront. Es entsteht so eine um die Injektionsrohre zylinderför mig ausgebildete, bei kontinuierlicher Dampfinjektion sich immer weiter ausbreitende, stabile Wärme- und Kondensationsfront. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, daß beim Freiset zen der Verdampfungsenthalpie der Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert und damit Flüssigkeit in erhöhter Sättigung (Porenwassergehalt) an der stabilen, je nach Dampf rate sehr schmal ausgebildeten Kondensationsfront entsteht. Diese Sättigung überschreitet je nach vorliegender primärer Bodenfeuchte schnell die Restsättigung, also den Wassergehalt, den das poröse Medium Boden durch kapillare Kräfte zurückhalten kann. Das Überschreiten der Restsättigung bedeutet, daß die Flüssigkeit mobil wird und unter Schwerkrafteinfluß nach unten absinkt. Beim Durchströmen verunreinigter Bodenzonen trägt der Dampf nicht nur Wasser sondern auch Kontaminanten. Damit werden die Schadstoffe nicht nur wie bei der Gasströmung in den dampfförmigen Zustand gebracht, sondern kondensieren an der Wärme front wieder aus. Bei Überschreiten der Schadstoffrestsättigung werden die so wieder verflüssigten Kontaminanten an der Wärmefront mobilisiert und durch Schwerkrafteinfluß in tiefere Schichten des Bodens verfrachtet. Die absolute Masse der in der schmalen Wärme front auskondensierenden Schadstoffe nimmt mit zunehmender Ausbreitung der Wärmefront zu, da der ständig nachströmende reine Wasserdampf den Schadstoff aufnimmt und an die Wärmefront transportiert, wo dieser kondensiert und sich akkumuliert. Das bedeutet, daß sich die Gefahr einer Überschreitung der Restsättigung und damit einer Mobilisierung der flüssigen Phase proportional zur Ausbreitung der Wärmefront erhöht. Bei relativ hoher vorliegender Sättigung des Kontaminanten im Boden sinkt der mobile Schadstoff schon nach einer kleinen Wärmefrontausbreitung um die Injektionsstellen herum ab.When injecting condensable saturated steam (the so-called steam injection tion [WO 91/02849]) are the amounts of energy injected due to the very large speci The energy content in the form of the enthalpy of vaporization is considerably greater than that of hot air. Renovation with steam therefore takes considerably less time. In addition, the Condensation process of the steam when the soil is heated and the damage evaporates the heat propagation front. This creates a cylinder around the injection tubes mig trained, spreading with continuous steam injection, stable heat and condensation front. However, the disadvantage is that the free set zen the evaporation enthalpy of water vapor condenses into liquid water and thus liquid in increased saturation (pore water content) at the stable, depending on the vapor rate very narrowly formed condensation front arises. This saturation ever exceeds according to the primary soil moisture, the residual saturation, i.e. the water content, which the porous medium can hold back through capillary forces. Exceeding the residual saturation means that the liquid becomes mobile and under the influence of gravity sinks down. When flowing through contaminated soil zones, the steam not only carries Water but also contaminants. This means that the pollutants are not just like the Gas flow brought into the vapor state, but condense on the heat front again. If the residual pollutant saturation is exceeded, they become so again liquefied contaminants mobilized on the heat front and by gravity in deeper layers of the soil are shipped. The absolute mass of in the narrow heat Front condensing pollutants increases with increasing spread of the heat front to, since the constantly flowing pure water vapor picks up the pollutant and to the Transports heat front where it condenses and accumulates. It means that there is a risk of the residual saturation being exceeded and thus of mobilizing the liquid phase increased in proportion to the spread of the heat front. At relatively high If the contaminant is saturated in the soil, the mobile pollutant already sinks a small heat front spread around the injection sites.

Im Falle eines Schadstoffes, dessen spezifisches Gewicht geringer ist als das des Wassers, wird der Schadstoff beim Erreichen des Grundwasserspiegels auf dem Wasser aufschwimmen. Aus dem Kapillarsaum des Grundwassers ist der pure Schadstoff nur schwierig wieder zu entfernen, da die hier bestehende, geringere effektive Permeabilität der Gasphase eine ausreichende Wärmezufuhr und damit Aufheizung dieser Zone behindert. Ist das spezifische Gewicht des Schadstoffes größer als das des Wassers, kann der Kontaminant unterhalb des Grundwasserspiegels bis auf den Aquitard (Grundwasserstauer) herabsinken, wo er für eine weitere in-situ Sanierung weitgehend unzugänglich ist. Diese unerwünschte Mobilisierung von flüssigen Schadstoffen direkt an der Wärmefront schließt das Dampfinjek tionsverfahren für eine breite Palette von Anwendungsfällen aus, bzw. birgt ein hohes Risiko. Insbesondere bei den in der Praxis häufigen CKW-Schäden (chlorierte Kohlenwasser stoffe) besteht hier ein besonderes Risiko.In the case of a pollutant, the specific weight of which is less than that of the Water, becomes the pollutant when the groundwater level reaches the water swim up. The pure pollutant is only from the capillary hem of the groundwater difficult to remove again because the existing, lower effective permeability of the Gas phase an adequate supply of heat and thus heating of this zone hampers. Is the contaminant can have a specific weight of the pollutant greater than that of the water descend below the water table to the Aquitard (groundwater dam), where it is largely inaccessible for further in-situ renovation. This unwanted Mobilization of liquid pollutants directly on the heat front closes the steam injector processes for a wide range of applications, or hides a high one Risk. Especially in the case of CHC damage (chlorinated hydrocarbon substances) there is a particular risk here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermisches Verfahren zur in-situ-Reinigung von mit flüchtigen bis schwerer flüchtigen (sowohl wasserlöslichen als auch -unlöslichen) Substanzen verunreinigten Böden anzugeben, welches bei hoher Energiezufuhr in den Boden eine schnelle, hochwirksame Dekontamina tion erreicht, ohne daß Schadstoffe in flüssiger Form im Boden mobilisiert und in tiefergele gene Bodenschichten oder ins Grundwasser verfrachtet werden.The invention is based on the object Thermal process for in-situ cleaning of volatile to less volatile to indicate contaminated soils (both water-soluble and insoluble), which, with high energy input into the soil, makes a quick, highly effective decontamina tion achieved without mobilizing pollutants in liquid form in the soil and in deeper gels gene layers of soil or into the groundwater.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspru ches 1.This object is achieved by the features of claim ches 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der Vermeidung der uner wünschten Mobilisierung der flüssigen Schadstoffe und ihrem Absinken unter Schwerkraft einfluß in tiefer gelegene Bodenschichten. Dazu wird in Anlagenteilen vor der Injektion Wasserdampf und Luft in einem Mischer zu einem gesättigten bzw. schwach ungesättigten Wasserdampf/Luftgemisch vereinigt. Schwach ungesättigt bedeutet, daß die relative Luft feuchte z. B. durch nachgeschaltete Zwischenüberhitzung durchaus unter 100% sinken kann, aber noch soviel Wasserdampf enthalten ist, daß dieser im Vergleich zur Luft der Haupt energieträger bleibt. Ein stark ungesättigtes Gemisch würde bedeuten, daß praktisch reine Heißluft mit geringem Wasseranteil injiziert wird, die relative Luftfeuchte also weit un terhalb von 100% liegt, und das Gemisch damit zu wenig Wasserdampf enthält, um über die Abgabe seiner Verdampfungsenthalpie relevante Energiemengen in den Boden zu tragen. The advantages achieved by the invention are the avoidance of the un desired mobilization of the liquid pollutants and their sinking under gravity influence in deeper soil layers. This is done in plant parts before the injection Water vapor and air in a mixer to a saturated or weakly unsaturated Combined water vapor / air mixture. Weakly unsaturated means relative air moist z. B. may well drop below 100% due to subsequent reheating, but there is still so much water vapor that it is the main air energy source remains. A highly unsaturated mixture would mean practically pure Hot air with a small amount of water is injected, so the relative humidity is far un is below 100%, and the mixture contains too little water vapor to over the Release of its enthalpy of vaporization to carry relevant amounts of energy into the soil.

Je nach der eingestellten Zusammensetzung des injizierten gesättigten bzw. schwach ungesät tigten Luft/Wasserdampfgemischs stellt sich eine definierte Temperatur ein, bzw. läßt sich über die Zwischenüberhitzung gezielt einstellen. Bei der Injektion dieses Gemisches bildet sich ebenso wie beim Sattdampf eine stabile Wärmefront im Boden aus. Das Temperaturni veau ist aber im Vergleich zur bekannten Dampfinjektion entsprechend dem Luftanteil geringer, bzw. kann gezielt auf einem geringeren Temperaturniveau eingestellt werden. Dies hat zur Folge, daß die Dampfdrücke der Kontaminanten wesentlich geringer sind. Es verdampft somit zunächst weniger Schadstoff in die Gasphase und es kann auch entsprechend weniger Masse an der Wärmefront wieder auskondensieren, womit weniger Schadstoffkon densat mobil wird.Depending on the set composition of the injected saturated or weakly unsown air / water vapor mixture is a defined temperature, or can be selectively via the reheat. When injecting this mixture forms as with saturated steam, a stable heat front in the floor. The temperature ni In comparison to the known steam injection, however, veau corresponds to the proportion of air lower, or can be set specifically at a lower temperature level. This has the consequence that the vapor pressures of the contaminants are significantly lower. It thus initially evaporates less pollutant into the gas phase and it can also do so Condensate less mass on the heat front again, which means less pollutant con densat becomes mobile.

Aus mindestens einem Extraktionsrohr wird die Gasphase abgesaugt. Damit ist die Gemisch-Injektion von einer Extraktion der Gasphase überlagert, und es wird ständig ver unreinigtes Gas abtransportiert. Dies geschieht auf einem geringen Schadstoffmassen-Niveau, da die extrahierte, nichtkondensierbare Bodenluft bis zum Durchbruch der Wärmefront am Extraktionsrohr nur Umgebungstemperatur hat, und daher die Massenraten der Schadstoffe in der Gasphase entsprechend der niedrigen Dampfdrücke gering sind. Diese extrahierte Schadstoffmasse verringert aber die sich an der Wärmefront ansammelnde flüssige Schad stoffphase und damit das Mobilisationsrisiko. Bei der bisher bekannten Dampfinjektion kann Schadstoff während der Injektion zwar parallel als Gasphase extrahiert werden, in die auf Siedetemperatur erhitzten Bereiche kann aus thermodynamischen Gründen jedoch keine Luft eintreten, und daher kann sie nicht durch die schadstoffreiche Temperaturfront durchströmen und sich mit Schadstoff voll anreichern. Gleichzeitig bedeutet reine Dampfinjektion, daß die Schadstoffe ihre bei dem entsprechenden Umgebungsdruck maximal möglichen Dampfdrücke erreichen. Es wird Schadstoff in thermodynamisch maximal möglichen Massenraten in die Gasphase verdampft und kondensiert in entsprechend hohen Massenraten an der Wärmefront. Durch die hohen Temperatur- und damit verbundenen Dampfdruckgradienten entsteht in der schmalen Kondensationsfront sehr viel Kondensat, welches durch den hohen Anreicherungs grad mobilisiert wird. Reine Dampfinjektion bedeutet somit immer Schadstoffverdampfung auf maximalem Massenniveau, womit große kondensierende Massen entstehen, die außer bei sehr schwach verunreinigten Böden praktisch immer zum Absinken des Schadstoffs führen.The gas phase is drawn off from at least one extraction tube. So that's it Mixture injection is superimposed by a gas phase extraction and it is constantly ver uncleaned gas removed. This happens at a low pollutant mass level, since the extracted, non-condensable soil air until the heat front breaks through on Extraction tube has only ambient temperature, and therefore the mass rates of the pollutants are low in the gas phase corresponding to the low vapor pressures. This extracted However, the mass of pollutants reduces the liquid damage that accumulates on the heat front material phase and thus the risk of mobilization. In the previously known steam injection can Pollutant are extracted during the injection as a gas phase in parallel Areas heated to boiling temperature cannot contain air for thermodynamic reasons occur, and therefore it cannot flow through the pollutant-rich temperature front and fully enrich themselves with pollutants. At the same time, pure steam injection means that the Pollutants are their maximum possible vapor pressures at the corresponding ambient pressure to reach. It is in the thermodynamically maximum possible mass rates in the pollutant Gas phase evaporates and condenses in correspondingly high mass rates on the heat front. The high temperature and associated steam pressure gradients result in the narrow condensation front a lot of condensate, which is due to the high concentration is currently being mobilized. Pure steam injection therefore always means evaporation of pollutants at maximum mass level, which creates large condensing masses that very weakly contaminated soils practically always lead to a decrease in pollutants.

Bei bekannter vorliegender aktueller Schadstoffsättigung im Boden und der Restsätti gung, die der Boden aufnehmen kann, läßt sich berechnen, wieviel Schadstoff noch an der Kondensationsfront akkumuliert werden darf, bevor Verunreinigungen durch Mobilisierung in flüssiger Form in tiefere Bodenschichten verfrachtet werden. Es muß folglich sicherge stellt sein, daß auf der Länge zwischen Injektionsrohren und Extraktionsrohren maximal soviel Schadstoff auskondensiert und damit akkumuliert wird, wie der Boden gemäß seiner Restsättigung kapillar zurückhalten kann. Die Injektionstemperatur und damit das Wasser dampf-Luft-Verhältnis wird gezielt so eingestellt, daß die Anreicherung abzüglich der ständig vom überlagerten Extraktionsstrom abgeführten Schadstoffmenge auf der vorgegebenen Länge die Rückhaltekapazität in Form der Restsättigung nicht überschreitet. Diese kon trollierte Injektionsmischung erzeugt dementsprechend kleinere Temperatur- und damit wesentlich kleinere Dampfdruckgradienten, und der verdampfende und wieder auskon densierende Schadstoff ist damit bezüglich der im Boden anfallenden Kondensatmassen voll ständig kontrollierbar.With known current pollutant saturation in the soil and the residual saturation tion that the soil can absorb can be calculated how much pollutant is still on the Condensation front may be accumulated before contamination by mobilization be transported in liquid form to deeper soil layers. It must therefore be secured represents that maximum on the length between injection tubes and extraction tubes as much pollutant is condensed out and thus accumulated as the soil according to its Capillary residual saturation can retain. The injection temperature and thus the water Steam-air ratio is specifically set so that the accumulation minus the constant amount of pollutant discharged from the superimposed extraction stream on the given Length does not exceed the retention capacity in the form of residual saturation. This con trolled injection mixture accordingly produces lower temperature and thus much smaller vapor pressure gradients, and the evaporating and again con the polluting pollutant is therefore full with regard to the mass of condensate accumulating in the soil constantly controllable.

Je nach Schadstoffgehalt im Boden, dessen Rückhaltekapazität und den Dampfdruck eigenschaften der Schadstoffe kann nun die Temperatur und damit das Wasserdampf-Luft- Verhältnis mit zunehmender Wärmefrontausbreitung kontinuierlich oder stufenweise ver größert werden. Durch diese, auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wärmefront und die Schadstoffeigenschaften abgestimmte, gezielt gesteuerte Steigerung der Temperatur läßt sich eine unerwünschte Schadstoffmobilisierung in flüssiger Form an der Front gänzlich ver meiden. Der gewünschte Effekt wird erreicht, indem die Breite der Temperaturfront gezielt steuerbar auseinandergezogen wird. Durch die stufenweise oder auch kontinuierliche Anhe bung der Injektionstemperatur kann eine breite Wärmeübergangszone geschaffen werden, in der aus dem erhitzten Bereich gasförmig transportierter Schadstoff kondensiert. Damit steht ein deutlich größeres Bodenvolumen zur Akkumulation des Schadstoffkondensats zur Verfügung, bis die volle Rückhaltekapazität des Bodens erreicht ist. Eine Mobilisierung der kondensierten Schadstoffphase kann dadurch gezielt umgangen werden.Depending on the pollutant content in the soil, its retention capacity and the vapor pressure Properties of the pollutants can now be the temperature and thus the water vapor air Ratio continuously or gradually as the heat front spreads be enlarged. Through this, on the rate of expansion of the heat front and the Pollutant properties coordinated, specifically controlled increase in temperature can be an undesired mobilization of pollutants in liquid form at the front avoid. The desired effect is achieved by targeting the width of the temperature front is controllably pulled apart. Due to the gradual or continuous increase A wide heat transfer zone can be created in the injection temperature the pollutant transported in gaseous form from the heated area condenses. With that stands a significantly larger soil volume for the accumulation of the pollutant condensate Available until the full retention capacity of the soil is reached. A mobilization of the condensed pollutant phase can thus be avoided.

Die intermittierende Verfahrensweise ermöglicht, daß die verfahrenstechnische Anlagen zur Dampferzeugung und zur Drucklufterzeugung nicht in einem Mischer zu sammengeführt werden müssen. Man erspart sich diesen Anlagenteil. Sattdampf wird in kurzen Impulsen injiziert. Nach der Aufheizung von wenigen Zenti- bis Dezimetern Boden wird die Dampfzufuhr jeweils abgeschaltet und nach dem Anschalten des Saugbetriebes aus mindestens einem Extraktionsrohr findet nun ein Transport dieser blockartigen, DIRAC-ähn lichen Energieimpulse durch den Boden statt. Durch Wärmeleitungseffekte wird der Impuls dabei räumlich auseinandergezogen, woraus sich eine Verringerung seiner Amplitude (hier die Temperatur) ergibt. Je nach Luftanteil im Porenraum ergibt sich nun in einem gewissen Abstand von der Injektionsstelle eine bestimmte, unter dem Siedepunkt liegende Temperatur. In die jetzt zur Atmosphäre wahlweise öffenbaren Injektionsrohre oder über die umliegenden Bodenbereiche strömt kalte Umgebungsluft nach. Drucklufterzeugung ist nicht mehr notwendig und der Mischungsprozeß von Wasserdampf und Luft wird nunmehr in den Boden verlagert, ohne daß im Schadstoffbereich zu hohe Temperaturen im Bereich des Siedepunkts herrschen, und damit eine zu große Verdampfung des Schadstoffs stattfindet.The intermittent procedure enables the procedural Installations for steam generation and for compressed air generation not in a mixer must be brought together. This part of the system is spared. Saturated steam is in injected short pulses. After heating up a few centimeters to decimeters of soil the steam supply is switched off and off after the suction mode is switched on at least one extraction tube is now transported by this block-like, DIRAC-like energy pulses through the ground. Due to heat conduction effects Impulse spatially pulled apart, resulting in a reduction in its amplitude (here the temperature) results. Depending on the proportion of air in the pore space, this now results in one certain distance from the injection site a certain, below the boiling point Temperature. In the injection tubes, which can now be opened to the atmosphere, or via the surrounding air flows in cold ambient air. Compressed air is not more necessary and the mixing process of water vapor and air becomes now shifted to the ground without there are too high temperatures in the area of the boiling point in the pollutant area, and so that there is too much evaporation of the pollutant.

In Patentanspruch 2 wird angegeben, daß die Sanierung abgeschlossen wird, indem nach Durchführung des gekoppelten Injektions- und Extraktionsverfahrens die Injektion beendet wird, und der Boden durch den weiteren Betrieb der Extraktion von noch darin befindlichen Restkontaminationen gereinigt und abgekühlt wird. Durch die kontinuierliche oder stufenweise Erhöhung des Dampfanteils bei der Injektion besteht der Injektionsstrom gegen Ende der Sanierung aus nahezu reinem Wasserdampf. Die Temperatur- und Dampf druckgradienten haben das Maximum erreicht. Die Injektion wird beendet, und die Ex traktion der Gasphase trägt die schwererflüchtigen Kontaminanten aus und kühlt gleichzeitig den Boden, da keine Energie mehr eingeleitet wird. Die Injektion und Extraktion wird solange aufrechterhalten, bis ein signifikanter Anteil der Kontamination aus dem Boden entfernt worden ist.In claim 2 it is stated that the renovation is completed by after performing the coupled injection and extraction procedure, the injection finishes, and the bottom continues to operate by extracting from it residual contamination is cleaned and cooled. Through the continuous or gradually increasing the amount of steam in the injection, the injection flow is made towards the end of the renovation from almost pure water vapor. The temperature and steam pressure gradients have reached the maximum. The injection is stopped and the ex traction of the gas phase removes the less volatile contaminants and cools at the same time the floor because no more energy is introduced. The injection and extraction will maintained until a significant proportion of the contamination from the soil has been removed.

Falls sich nach einmaliger Anwendung des Verfahrens noch ein signifikanter Schad stoffgehalt im Boden befindet, wird der Injektions- und Extraktionsbetrieb wiederholt angewendet, bis die Kontamination im gewünschten Maß beseitigt ist.If there is still significant damage after using the procedure once substance content in the soil, the injection and extraction operation is repeated applied until the contamination is removed to the desired extent.

Durch die nach Patentanspruch 2 erfolgte Abkühlung ist gewährleistet, daß sich im Boden die durch hohe Temperatur eventuell zerstörte biologische Aktivität erneut entwickeln kann. Durch Nachschaltung einer konventionellen biologischen in-situ Bodensanierung können Restkontaminationen entfernt werden.By cooling according to claim 2, it is ensured that in Soils that develop biological activity that may have been destroyed by high temperatures can. By adding a conventional biological in-situ soil remediation residual contamination can be removed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem in Zeichnungen dargestellten Aus führungsbeispiel näher erläutert.The invention is described below with reference to an illustration shown in the drawings management example explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine mögliche Variante der verfahrenstechnischen Anlage zur in-situ Bodensanie rung mittels eines Wasserdampf-/Luftgemischs. Fig. 1 shows a possible variant of the process plant for in-situ soil remediation by means of a water vapor / air mixture.

Fig. 2 zeigt eine herkömmliche Sattdampfinjektion einschließlich des dazugehörigen Tempe raturverlaufs mit den andersgearteten physikalischen Prozessen und Effekten im Hinblick auf eine Dekontaminierung. Fig. 2 shows a conventional saturated steam injection including the associated temperature profile with the different types of physical processes and effects with regard to decontamination.

Fig. 3 zeigt die Injektions- und Extraktionsanordnung für die in-situ Sanierung mit einem Luft/Wasserdampf-Gemisch und den dazugehörigen Temperaturverlauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 3 shows the injection and extraction arrangement for the in situ remediation with an air / steam mixture and the corresponding temperature profile for performing the method according to the invention.

Fig. 4 zeigt beispielhaft einige Injektions- und Extraktionssysteme. Fig. 4 shows some examples of injection and extraction systems.

In Fig. 1 ist ein Bodenabschnitt 10 im Schnitt dargestellt, der mit einem Kontamina tionsbereich 11 versetzt ist, und über eine Oberflächenabdeckung 17 (z. B. Folie oder Beton) abgedichtet ist. Oberirdisch befindet sich die verfahrenstechnische Anlage. Der zu injizieren de Gasstrom 20 wird dabei in einem Mischer 21 erzeugt. Dazu wird Dampf aus dem Dampf erzeuger 22 und Luft aus einem Drucklufterzeuger 23 (z. B. Verdichter) dem Mischer zugeführt. Der Mischer kann beispielsweise ein einfaches Rohr sein, in dem die Gasströme vereinigt werden. Über einen Kondensatablaß 24 kann entstehendes Kondensat dem Gas strom vor der Injektion entzogen werden. Über Injektionsvorrichtungen 25 (z. B. konventio nelle verfilterte Injektionsrohre) wird das Luft/Wasserdampf-Gemisch dem Bodenabschnitt 10 zugeführt. Es entsteht aufgrund der Kondensation unter Wärmeabgabe eine stabile Wärmefront 12, die sich um die Injektionsvorrichtung 25 ausbreitet. Im Bereich hinter der Front 13 liegen höhere Temperaturen gemäß dem Mischungsverhältnis von Luft und Wasser dampf vor, im Bereich vor der Front 14 herrschen Umgebungstemperaturen. Injiziert wird in die ungesättigte Bodenzone. Unterhalb des Grundwasserspiegels 15 befindet sich die mit Grundwasser gesättigte Zone 16. Mit einer Tauchpumpe 31 wird durch die Extraktionsvor richtung 30, z. B. einem konventionellen, über seine gesamte Länge im Boden voll ver filterten Brunnen, das Grundwasser 16 abgepumpt. Die Vorrichtung 30 kann ebenfalls für die Extraktion des gasförmigen Wasserdampf-/Luft-/Schadstoffgemischs 41 verwendet werden. Im Grundwasser enthaltene pure Schadstoffphase wird in einem Schwerkraftabschei der 32 abgeschieden. Der wasserunlösliche Schadstoff 34 wird in Tanks 33 gesammelt, das mit gelösten Kontaminanten verunreinigte Grundwasser 35 strömt einer herkömmlichen Wasserreinigungsstufe 50 (z. B. Aktivkohlefilter) zu und fließt danach als gereinigtes Wasser 51 ab. Das über die Extraktionsvorrichtung 30 mittels Verdichter 40 abgesaugte Luft/-Wasser dampf/Schadstoff-Gemisch 41 wird in einem Kondensator 42 gekühlt. Die auskon densierte flüssige Phase wird über ein barometrisches Fallrohr 43 einem weiteren Schwer kraftabscheider 44 zugeführt. Der wasserunlösliche Schadstoff 45 wird in Tanks 47 gesam melt, das mit gelösten Kontaminanten verunreinigte Wasser 46 strömt der Wasserreinigungs stufe 50 zu. Der mit dem Verdichter 40 nichtkondensierbare Teil des Luft/Wasserdampf/-Schad stoff-Gemisch 41 wird über einen Tröpfchenabscheider 48 einer Luftreinigungsstufe 49 (z. B. Aktivkohlefilter oder katalytische Nachverbrennung) zugeführt. Die gereinigte Abluft verläßt den Prozeß.In Fig. 1, a bottom portion 10 is shown in section, which is offset with a Contamina tion area 11 , and is sealed by a surface cover 17 (z. B. foil or concrete). The process plant is located above ground. The gas stream 20 to be injected is generated in a mixer 21 . For this purpose, steam from the steam generator 22 and air from a compressed air generator 23 (e.g. compressor) are fed to the mixer. The mixer can be, for example, a simple pipe in which the gas flows are combined. Via a condensate drain 24 , condensate can be withdrawn from the gas stream before the injection. The air / water vapor mixture is fed to the bottom section 10 via injection devices 25 (e.g. conventional filtered injection pipes). A stable heat front 12 , which spreads around the injection device 25, arises due to the condensation with the emission of heat. In the area behind the front 13 there are higher temperatures according to the mixing ratio of air and water vapor, in the area in front of the front 14 there are ambient temperatures. It is injected into the unsaturated soil zone. Zone 16 saturated with groundwater is located below groundwater level 15 . With a submersible pump 31 is through the Extraktionsvor direction 30 , z. B. a conventional, over its entire length in the ground fully filtered well, the groundwater 16 pumped out. The device 30 can also be used for the extraction of the gaseous water vapor / air / pollutant mixture 41 . The pure pollutant phase contained in the groundwater is separated in a gravity separator 32 . The water-insoluble pollutant 34 is collected in tanks 33 , the groundwater 35 contaminated with dissolved contaminants flows to a conventional water purification stage 50 (e.g. activated carbon filter) and then flows off as purified water 51 . The air / water vapor / pollutant mixture 41 sucked off via the extraction device 30 by means of a compressor 40 is cooled in a condenser 42 . The condensed liquid phase is fed via a barometric downpipe 43 to another heavy-duty separator 44 . The water-insoluble pollutant 45 is collected in tanks 47 , the water 46 contaminated with dissolved contaminants flows to the water purification stage 50 . That part of the air / water vapor / pollutant mixture 41 which is not condensable with the compressor 40 is fed via an droplet separator 48 to an air cleaning stage 49 (for example activated carbon filter or catalytic afterburning). The cleaned exhaust air leaves the process.

Fig. 2 zeigt, wie sich im Verlaufe der herkömmlichen reinen Dampfinjektion der Schadstoff (hier beispielhaft für einen Schadstoff, dessen spezifisches Gewicht geringer als das des Wassers ist) in der schmalen Wärmefront 12 akkumuliert und unter Schwerkraft einfluß nach unten absinkt. Die konstant hohe Temperatur bei der reinen Dampfinjektion ist so groß, daß die beim vorliegenden Umgebungsdruck maximal möglichen Dampfdrücke der Schadstoffe auftreten werden. Dadurch wird eine sehr große Schadstoffmasse verdampft. Es kann keine parallele Strömung von nichtkondensierbarer Luft als Trägergas für den Schad stoff durch diesen Bereich fließen, über die Schadstoff entfernt wird. Beim Auskondensieren in der schmalen Wärmefront ist die Schadstoffmasse zu groß, um im porösen Medium noch durch Kapillarkräfte gehalten werden zu können. Der flüssige Schadstoff wird mobil und sinkt ab. FIG. 2 shows how, in the course of conventional pure steam injection, the pollutant (here exemplified for a pollutant whose specific weight is less than that of the water) accumulates in the narrow heat front 12 and sinks down under the influence of gravity. The constant high temperature in the pure steam injection is so high that the maximum possible vapor pressures of the pollutants will occur at the present ambient pressure. This evaporates a very large mass of pollutants. No parallel flow of non-condensable air as a carrier gas for the pollutant can flow through this area, through which pollutant is removed. When condensing out in the narrow heat front, the pollutant mass is too large to be held in the porous medium by capillary forces. The liquid pollutant becomes mobile and sinks.

In Fig. 3 wird erfindungsgemäß ein Luft/Wasserdampf-Gemisch 20 injiziert. Durch die anfangs geringen Temperaturen wird nur wenig Schadstoff verdampft und in der Wärme front kondensiert. Durch die gleichzeitige überlagerte Extraktion des Luft/Wasserdampf/-Schad stoff-Gemisch 41 über das Extraktionsrohr akkumuliert nur so wenig Schadstoff in der Wärmefront, daß dieser in flüssiger Form nicht mobil wird und nicht absinkt. Durch stufenweise 60 oder kontinuierliche 61 Erhöhung der Temperatur und damit des Dampf anteils in dem injizierten Luft/Wasserdampf-Gemisch 20 wird die Wärmefront 12 räumlich auseinandergezogen. Es steht ein deutlich größeres Bodenvolumen für das Schadstoffkon densat zur Verfügung. Durch die infolge dieser Erfindung erheblich moderatere Energiezu fuhr in den Boden als bei reiner Dampfinjektion gelingt es, bei insgesamt ähnlichem energe tischen Wirkungsgrad den Boden ebenfalls sehr schnell zu reinigen, ohne die unerwünschte Mobilisierung des Schadstoffes in Kauf nehmen zu müssen. Dadurch kann dieses thermische in-situ Verfahren mit insgesamt höherer Reinigungsleistung und insgesamt geringerem Energieeinsatz betrieben werden (auf das Grundwasser absinkender Schadstoff ist auch bei der reinen Dampfinjektion i.d.R. schwieriger zu entfernen), und auf eine breitere Palette von Schadstoffen (z. B. CKW-Verunreinigungen mit höheren Schadstoffkonzentrationen im Boden) angewendet werden.In Fig. 3, an air / steam mixture 20 is injected according to the invention. Due to the initially low temperatures, only a small amount of pollutants are evaporated and condensed in the heat at the front. Due to the simultaneous superimposed extraction of the air / water vapor / pollutant mixture 41 via the extraction pipe, only so little pollutant accumulates in the heat front that it does not become mobile in liquid form and does not sink. By gradually 60 or continuously 61 increasing the temperature and thus the proportion of steam in the injected air / water vapor mixture 20 , the heat front 12 is spatially pulled apart. A significantly larger soil volume is available for the pollutant condensate. Due to the considerably more moderate Energiezu due to this invention drove into the ground than with pure steam injection, it is also possible to clean the floor very quickly with an overall similar energy efficiency without having to put up with the unwanted mobilization of the pollutant. As a result, this thermal in-situ process can be operated with an overall higher cleaning performance and lower energy consumption (pollutant sinking to the groundwater is usually more difficult to remove even with pure steam injection), and on a wider range of pollutants (e.g. CHC Impurities with higher pollutant concentrations in the soil) are used.

In Fig. 4 sind beispielhaft einige Injektions- und Extraktionssysteme in der Draufsicht dargestellt. Je nach Geometrie des Kontaminationsbereiches 11 kann eine Wechsel-Anord nung 70, eine Pseudo-zweidimensionale-Anordnung 80 oder eine Ring-Anordnung 90 gewählt werden. Die Injektionsvorrichtungen sind dabei alle an die Erzeugung des injizierten Luft/Wasserdampf-Gemisch 20 (Fig. 1 und 3) z. B. über Schläuche angeschlossen. Ebenso ist die Extraktion des Luft/Wasserdampf/Schadstoff-Gemisch 41 über Rohre oder Schläuche an die oben beschriebene verfahrenstechnische Anlage angeschlossen. Bei der Wechsel-Anord nung 70 lassen sich größere Felder durch regelmäßige Abwechslung von Injektions- und Ex traktionsstellen 25 und 30 abdecken. Teilbereiche eines umfangreichen Kontaminations bereiches 11 können abschnittsweise erfindungsgemäß behandelt werden. Bei der Pseudo zweidimensionalen-Anordnung 80 werden über eine bestimmte Breite abwechselnd Reihen von Injektions- und Extraktionsstellen 25 und 30 installiert. Die einzelnen sich daraus ergebenden Felder werden quasi zweidimensional durchströmt und damit erfindungsgemäß saniert. Für kleine begrenzte Kontaminationsbereiche kann eine Sanierung in einem Schritt erwogen werden. Eine ringförmige Anordnung von mehreren Injektionsstellen 25 (minde stens sechs) um den Kontaminationsbereich 11 treibt dabei den Kontaminanten auf eine zentrale Extraktionsstelle 25 zu. Zwischenformen dieser beispielhaften Grundformationen sind je nach vorliegenden Randbedingungen zu wählen.A top view of some injection and extraction systems is shown in FIG. 4 by way of example. Depending on the geometry of the contamination area 11 , a change arrangement 70 , a pseudo-two-dimensional arrangement 80 or a ring arrangement 90 can be selected. The injection devices are all involved in the generation of the injected air / water vapor mixture 20 ( FIGS. 1 and 3) z. B. connected via hoses. Likewise, the extraction of the air / water vapor / pollutant mixture 41 is connected to the process engineering system described above via pipes or hoses. With the change arrangement 70 , larger fields can be covered by regularly alternating injection and extraction sites 25 and 30 . Sub-areas of an extensive contamination area 11 can be treated in sections according to the invention. In the pseudo two-dimensional arrangement 80 , rows of injection and extraction sites 25 and 30 are installed alternately over a certain width. The individual fields resulting therefrom are quasi two-dimensionally flowed through and thus renovated according to the invention. For small limited contamination areas, one-step remediation can be considered. A ring-shaped arrangement of several injection sites 25 (at least six) around the contamination area 11 drives the contaminants to a central extraction site 25 . Intermediate forms of these exemplary basic formations are to be selected depending on the existing boundary conditions.

Reference list

Bodenbereich:
Floor area:

1010th

Bodenabschnitt
Bottom section

1111

Kontaminationsbereich
Contamination area

1212th

Wärmefront
Heat front

1313

Bereich hinter der Wärmefront
Area behind the heat front

1414

Bereich vor der Wärmefront
Area in front of the heat front

1515

Grundwasserspiegel
Groundwater level

1616

Grundwasser
Groundwater

1717th

Oberflächenabdeckung
Anlagenteil Gasinjektion:
Surface coverage
Plant part gas injection:

2020th

injizierter Gasstrom
injected gas flow

2121

Mischer
mixer

2222

Dampferzeuger
Steam generator

2323

Drucklufterzeuger
Compressed air generator

2424th

Kondensatablaß
Condensate drain

2525th

Injektionsvorrichtung
Anlagenteil Flüssigphasenextraktion:
Injection device
Plant part liquid phase extraction:

3030th

Extraktionsvorrichtung
Extraction device

3131

Tauchpumpe
Submersible pump

3232

Schwerkraftabscheider
Gravity separator

3333

Schadstofftank
Pollutant tank

3434

wasserunlöslicher Schadstoff
water-insoluble pollutant

3535

mit gelösten Kontaminanten verunreinigtes Grundwasser
Anlagenteil Gasphasenextraktion:
groundwater contaminated with dissolved contaminants
Plant phase gas phase extraction:

4040

Verdichter
compressor

4141

Luft/Wasserdampf/Schadstoff-Gemisch
Air / water vapor / pollutant mixture

4242

Kondensator
capacitor

4343

barometrisches Fallrohr
barometric downpipe

4444

Schwerkraftabscheider
Gravity separator

4545

wasserunlöslicher Schadstoff
water-insoluble pollutant

4646

mit gelösten Kontaminanten verunreinigtes Kondensatwasser
condensate water contaminated with dissolved contaminants

4747

Schadstofftank
Pollutant tank

4848

Tröpfchenabscheider
Droplet separator

4949

Luftreinigungsstufe
Air purification level

5050

Wasserreinigungsstufe
Water purification level

5151

gereinigtes Abwasser
Wärmefront:
purified wastewater
Heat front:

6060

stufenweise Erhöhung der Temperatur
gradual increase in temperature

6161

kontinuierliche Erhöhung der Temperatur
Injektions- und Extraktionssysteme:
continuous increase in temperature
Injection and extraction systems:

7070

Wechselanordnung
Exchange arrangement

8080

Pseudo-zweidimensionale-Anordnung
Pseudo-two-dimensional arrangement

9090

Ringanordnung
Ring arrangement

Claims

1. Process for in-situ cleaning of volatile to less volatile substances contaminated soils where water vapor or a water vapor / air mixture over Injection devices are directed into the ground and an air / pollutant vapor / water vapor mixture is suctioned off via extraction devices while increasing a negative pressure being, the spatial extent and temperature profile of the soil between the injection and extraction device forming heat front by regulation the injection temperature via the water vapor / air composition or by intermit animal introduction of water vapor is controlled so that the length between injection and extraction device condensed out as much pollutant as possible Soil can retain capillary according to its residual saturation property.

2. The method according to claim 1, wherein the soil after completion of the injection operation an extraction device is further decontaminated and cooled again.