DE3728201A1 - Soil-cleaning method and appliance for carrying it out - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung verunreinigter Böden. Gegenstand der Erfindung ist auch eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for cleaning contaminated soil. The invention also relates to a advantageous device for performing such Procedure.
Durch die intensive industrielle Nutzung von Grundstücken, z.B. durch Raffinerien, chemische Fabriken und Fertigungsbetriebe, man denke z.B. an Betriebe zum Galvanisieren, gelangten in den letzten Jahrzehnten oft beträchtliche Mengen sehr unter schiedlicher Schadstoffe in die Böden. In diesem Zusammenhang ist das besondere Problem der Bodenverunreinigung durch Haus müll-, Industriemüll- oder sogenannte wilde Deponien zu nennen.Through the intensive industrial use of land, e.g. through refineries, chemical factories and manufacturing plants, think e.g. to companies for electroplating came in Often considerable amounts have been very low in recent decades different pollutants in the soil. In this context is the particular problem of soil contamination from home waste, industrial waste or so-called wild landfills.
Ein Ansammeln der Schadstoffe kann das Rückhaltevermögen der Böden übersteigen, so daß z.B. Schadstoffe sowohl in die Umgebungsluft als auch in das Grundwasser, das für eine Trinkwasseraufbereitung zur Verfügung steht, gelangen können. Damit hier Abhilfe geschaffen werden kann, wäre die Reinigung der Böden mit einer mobilen Bodenwaschanlage auf dem betroffenen Grundstück eine Problemlösung. Die gereinigten Böden könnten dann unmittelbar nach dem Waschvorgang an Ort und Stelle wieder eingebracht bzw. verfüllt werden. Je nach Kapazität bzw. Größe einer solchen Bodenwaschanlage könnte es aber auch sinnvoll sein, diese stationär auszubilden und dann die zu reinigenden Bodenproben zu dieser zu transportieren.Accumulation of the pollutants can reduce the retention capacity of the Floors, so that e.g. Pollutants both in the Ambient air as well as in the groundwater, which for a Drinking water treatment is available. So that this can be remedied, the cleaning would be of the floors with a mobile floor washing system on the affected property a problem solving. The cleaned ones Floors could then and immediately after washing The site must be reintroduced or filled in. Depending on The capacity or size of such a floor washing system could be but it also makes sense to train them stationary and then to transport the soil samples to be cleaned to it.
Ausgehend von bekannten Waschverfahren, wie sie bei der Kies und Sandwäsche angewandt werden, wurden bereits verschiedene Bodenwaschanlagen konzipiert und im Versuchsfeld getestet. Es zeigte sich dabei, daß die Bodenfeinanteile mit einer Korngröße unter 200 µm praktisch nicht gereinigt werden können, da sie bei den angewandten verfahrenstechnischen Methoden (Trommeln, Bottiche mit Rührwerken, Spindeln und Strahlen) nahezu trägheitslos in der Waschlösung "mitschwimmen". Es ist bisher nicht gelungen, die auf der Partikeloberfläche der Böden haftenden Schadstoffe durch mechanische Reibkräfte bzw. Relativbewegungen zwischen den Bodenpartikeln und der Waschlösung ausreichend zu entfernen.Based on known washing processes, such as those used for gravel and sandwashing have been used have been various Floor washing systems designed and tested in the test field. It showed that the soil fine fractions with a grain size under 200 µm can not be cleaned practically because they in the applied process engineering methods (drums, Vats with agitators, spindles and jets) almost "swim" in the washing solution without any inertia. It is so far failed on the particle surface of the floors adhering pollutants due to mechanical friction or Relative movements between the soil particles and the Remove washing solution sufficiently.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung verunreinigter Böden anzugeben, mit dem sich die geschilderten Probleme überwinden lassen, indem auch die Feinanteile des Bodens mit einer Korngröße gleich oder kleiner 200 µm einem intensiven Reinigungsprozeß unterworfen werden.The invention has for its object a method for Specify cleaning of contaminated floors with which the overcome the problems outlined by the Fine parts of the soil with a grain size equal or smaller 200 µm are subjected to an intensive cleaning process.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem Verfahren zur Reinigung verunreinigter Böden gelöst, welches die folgenden Merkmale aufweist:According to the invention, the object is achieved using a method solved for cleaning contaminated floors, which the has the following characteristics:
- a) Die jeweilige Bodenprobe und eine diese aufschwemmende Waschlösung werden als Aufschlämmung in die Behandlungs kammer eines Behälters eingebracht und mit Kontaktflächen der Behandlungskammer in Kontakt gebracht,a) The respective soil sample and a floating sample Wash solution are used as a slurry in the treatment chamber of a container introduced and with contact surfaces brought into contact with the treatment chamber,
- b) durch die die zu reinigende Bodenprobe umgebende Kammer wandung hindurch wird wenigstens ein Hochdruck-Fluidstrahl gegen die Aufschlämmung gerichtet, welcher tangential und normal zur Kontaktfläche gerichtete erste und zweite Impulsvektor-Komponenten aufweist, wobei die ersten Impuls vektor-Komponenten in der Aufschlämmung eine Umlauf strömung und dabei Mikroturbulenzen unterschiedlicher Geschwindigkeitsprofile für die aufgeschlämmten Bodenpartikel erzeugen und wobei die zweiten Impulsvektor- Komponenten die Aufschlämmung gegen die Kontaktflächen der Kammerwandung pressen,b) through the chamber surrounding the soil sample to be cleaned through at least one high-pressure fluid jet directed against the slurry, which is tangential and first and second directed normal to the contact surface Has pulse vector components, the first pulse vector components in the slurry one circulation flow and thereby microturbulence of different Speed profiles for the slurried Generate soil particles and the second momentum vector Components the slurry against the contact surfaces of the Press chamber wall,
- c) von den Kontaktflächen der Kammerwandung her werden Ultraschall-Druckwellen in die Aufschlämmung eingestrahlt, welche den Bodenpartikeln eine ihrer Turbulenz-Bewegung überlagerte Longitudinalbewegung aufzwingen und die Bodenpartikel abwechselnd auf unterschiedliche Drehbewegungs- Radien und damit in Zonen unterschiedlicher Drehgeschwindig keiten verlagern.c) from the contact surfaces of the chamber wall Ultrasonic pressure waves radiated into the slurry, which gives the soil particles one of their turbulence movements impose superimposed longitudinal movement and the Soil particles alternating to different rotary motion Radii and thus in zones of different rotational speeds relocate.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Patentan spruch 1 sind in den Verfahrensansprüchen 2 bis 10 angegeben.Advantageous developments of the method according to patent claim 1 are given in the method claims 2 to 10 .
Wie eingangs bereits erwähnt, ist Gegenstand der Erfindung auch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch einen langgestreckten Behälter mit einem Einlaß für die Aufschlämmung an einem Ende, einer an den Einlaß sich anschließenden Behandlungskammer und einem an die Behandlungskammer sich anschließenden Auslaß für die durchstrahlte Aufschlämmung und welche ferner dadurch gekennzeichnet ist, daßAs already mentioned at the beginning, the subject of the invention is also a device for performing the invention Procedure, which is characterized by a elongated container with an inlet for the slurry at one end, one adjoining the inlet Treatment chamber and one to the treatment chamber itself subsequent outlet for the irradiated slurry and which is further characterized in that
- - mindestens ein die Kontaktflächen für die Aufschlämmung aufweisender Wandbereich der Behandlungskammer rinnenförmig ist und dieser rinnenförmige Wandbereich die Führungsflächen für die Umlaufströmung bildet,- at least one of the contact surfaces for the slurry Wall area of the treatment chamber having a groove and this channel-shaped wall area is the guide surfaces for the circulation flow forms
- - und daß Ultraschallköpfe im rinnenförmigen Wandbereich befestigt sind, so daß ihre Ultraschallstrahlen die Ortsvektoren der Umlaufströmung schneiden,- And that ultrasonic heads in the channel-shaped wall area are attached so that their ultrasound beams Intersect location vectors of the circulation flow,
- - und daß Fluidstrahl-Düsenköpfe an der Kammerwandung so befestigt sind, daß sie die Aufschlämmung gegen die Kontakt flächen der Behandlungskammer pressen und der Aufschlämmung Umlauf-Geschwindigkeitskomponenten erteilen.- And that fluid jet nozzle heads on the chamber wall so are attached to the slurry against the contact Press the surfaces of the treatment chamber and the slurry Issue circulation speed components.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Einrichtung sind in den Patentansprüchen 12 bis 15 angegeben.Advantageous further developments of this device are in the Claims 12 to 15 specified.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile beruhen im Wesentlichen auf den ständig sich ändernden Beschleunigungs und Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen den Bodenpartikeln und der Waschlösung und führen zu einem Abscheren der durch chemische Hilfsmittel bereits angelösten Schadstoffe auf den Partikel-Oberflächen. Zusätzlich werden auch die Reibkräfte zwischen den Bodenpartikeln und damit die mechanischen Reinigungskräfte erhöht. Das Verfahren sowie die Einrichtung zu seiner Durchführung eignen sich im besonderen Maße für ein kontinuierliches Durchlaufverfahren und für ein Modulsystem, in dem mehrere gleichartig aufgebaute Reinigungsmodule zueinander parallelgeschaltet werden und so der erforderliche Durchsatz, z.B. Aufarbeitung von 20 t/h Boden pro Stunde, erreicht werden kann.The advantages that can be achieved with the invention are based on Essentially on the constantly changing acceleration and speed differences between the soil particles and the wash solution and shear off the chemical auxiliaries already dissolved pollutants on the Particle surfaces. In addition, the frictional forces between the soil particles and thus the mechanical Cleaning staff increased. The procedure and the setup are particularly suitable for its implementation continuous continuous process and for a modular system, in which several cleaning modules of the same design are connected in parallel to each other and so the required Throughput, e.g. Processing of 20 t / h soil per hour, can be reached.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung, in welcher zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zu seiner Durch führung noch näher erläutert. Darin zeigt in schematischer, vereinfachter Darstellung:The following are based on the drawing, in which two Embodiments of the invention are shown inventive method and the device for its through tour explained in more detail. It shows in a schematic simplified representation:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Einrichtung in einem Querschnitt durch die Behandlungskammer, welche eine die Ultraschallköpfe tragende rinnenförmige Kontaktwand und eine sich darüber wölbende Düsenwand aufweist. Fig. 1 shows a first embodiment of the device in a cross section through the treatment chamber, which has a trough-shaped contact wall carrying the ultrasound heads and an arching nozzle wall.
Fig. 2 die Draufsicht auf die Innenseite der Kontaktwand bei abgenommener Düsenwand. Fig. 2 is a plan view of the inside of the contact wall with the nozzle wall removed.
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung, bei welchem Kontakt- und Düsenwand der jeweiligen Behandlungskammer durch mehrere, parallel zueinander angeordnete und auch parallel zueinander von der Aufschlämmung und den Hochdruck-Düsenstrahlen beaufschlagbaren Rohren gebildet sind, welche jeweils zwischen den Düsenzonen die Ultraschallköpfe tragen. Fig. 3 shows a second embodiment in a perspective view, in which the contact and nozzle wall of the respective treatment chamber are formed by a plurality of tubes which are arranged parallel to one another and can also be acted upon by the slurry and the high-pressure nozzle jets and each carry the ultrasonic heads between the nozzle zones .
Fig. 4 die Einzelheit IV aus Fig. 3 im Schnitt, d.h., den Anschluß einer Düsenleitung an ein Behandlungsrohr. Fig. 4 shows the detail IV of Fig. 3 in section, that is, the connection of a nozzle line to a treatment tube.
Fig. 5 schematisch eine Anlage zur Bodenreinigung, in welche eine Einrichtung nach der Erfindung integriert ist. Fig. 5 shows schematically a plant for floor cleaning, in which a device according to the invention is integrated.
Aus Fig. 1 erkennt man von der Einrichtung nach der Erfindung die Behandlungskammer BK im Querschnitt, mit einer rinnenförmi gen Kontaktwand 1 und einer sich darüber wölbenden Düsenwand 2. Die Kontaktwand 1, bestehend z.B. aus nichtrostendem Stahl, ist in Durchflußrichtung y (Längsrichtung) langgestreckt; die Länge einer Behandlungskammer kann mehrere Meter betragen. Die Kontaktwand 1 hat einen Querschnitt nach Art eines flachen V. In regelmäßigen Abständen ist die Kontaktwand 1 mit Öffnungen 1.1 versehen, in welche von außen Ultraschall-Sendeköpfe, im folgenden abgekürzt als US-Köpfe 3 bezeichnet, eingesetzt sind. Dort, wo die plane Abstrahlwand 3.1 der US-Köpfe 3 an der Bodenwand 1 anliegt, ist diese innerhalb der kreisförmigen Zonen 1.2 plangeschliffen und abgestimmt, um so einen möglichst hohen Anteil des Ultraschalls in die Aufschlämmung 30 ein bringen zu können. Die US-Köpfe strahlen bevorzugt im Bereich zwischen 20 und 40 kHz. Ihre Frequenz kann von US-Kopf zu US-Kopf 3 auch variabel sein in Stufen von 20 über 30 zu 40 kHz usw. Die Befestigungsvorrichtung für die US-Köpfe ist nicht näher dargestellt, ebenso nicht ihr Inneres und die elektri schen Zuleitungen. Es handelt sich um US-Köpfe, wie sie z.B. von der Firma KLN in Heppenheim angeboten werden und welche Longitudinalwellen 4 abstrahlen, durch welche die in der Aufschlämmung 3 enthaltene Flüssigkeit und damit die in ihr enthaltenen Bodenpartikel bevorzugt zu longitudinalen Schwingungen angeregt werden. Im Inneren der US-Köpfe befinden sich Piezokristalle, z.B. aus Bariumtitanat, welche durch eine elektrische Schwingung in ihrer Eigenfrequenz angeregt werden und diese als Ultraschall abstrahlen.From Fig. 1 can be seen from the device according to the invention, the treatment chamber BK in cross section, with a rinnenförmi gene contact wall 1 and an arching nozzle wall 2nd The contact wall 1 , consisting for example of stainless steel, is elongated in the flow direction y (longitudinal direction); the length of a treatment chamber can be several meters. The contact wall 1 has a cross section in the manner of a flat V. At regular intervals, the contact wall 1 is provided with openings 1.1 , into which ultrasonic transmission heads, hereinafter abbreviated as US heads 3 , are inserted from the outside. Where the flat radiation wall 3.1 of the US heads 3 abuts the bottom wall 1 , it is face-ground and matched within the circular zones 1.2 so that the highest possible proportion of ultrasound can be brought into the slurry 30 . The US heads radiate preferably in the range between 20 and 40 kHz. Their frequency can also be variable from US head to US head 3 in steps of 20 over 30 to 40 kHz etc. The fastening device for the US heads is not shown in detail, nor is its interior and the electrical supply lines. These are US heads, such as those offered by the KLN company in Heppenheim and which emit longitudinal waves 4 , by means of which the liquid contained in the slurry 3 and thus the soil particles contained therein are preferably excited to longitudinal vibrations. Inside the US heads are piezo crystals, made of barium titanate for example, which are excited by an electrical oscillation at their natural frequency and emit them as ultrasound.
Die tunnelförmige Düsenwand 2 ist mit Flanschen 2.1 an ihren beiden Längsseiten an entsprechend geformten Gegenflanschen 1.3 der Kontaktwand 1 dichtend befestigt. In regelmäßigen Abständen über die Längenausdehnung y verteilt sind an der Düsenwand 2 Düsenköpfe 5 befestigt. Im dargestellten Beispiel sind fünf Düsenköpfe, die im einzelnen mit 5.1 bis 5.5 bezeichnet sind, über das Bogenstück der Düsenwand 2 verteilt angeordnet. Jeweils durch Bohrungen 6 in der Düsenwand 2 ist das Ende eines Düsenrohres 5 a mit einem schlankeren Halsteil 5 b gesteckt, und von innen, d.h. von der konkaven Seite der Düsenwand 2 her, sind die Düsenköpfe 5 mit einem Innengewinde auf das Außengewinde des jeweiligen Halsteils 5 b aufgeschraubt. Die Düsenköpfe 5 bzw. 5.1 bis 5.5 sind zu diesem Zweck jeweils mit einem Mehrkant 5 c zum Ansetzen von Gewindeschlüsseln bzw. Schraubwerkzeug versehen. Wie anhand des Düsenkopfes 5.2 darge stellt, sind die konvex gewölbten Stirnflächen der Düsenköpfe 5 mit einer Vielzahl von kleinen Düsenbohrungen 5 d versehen, durch welche das Fluid unter hohem Druck, bevorzugt im Bereich zwischen 50 und 200 bar, austritt und auf die in der Behandlungskammer BK jeweils befindliche Aufschlämmung 30 auf trifft. Als Hochdruck-Fluidstrahl kann die Waschlösung verwendet werden, die auch zur Aufschlämmung des zu reinigenden Bodens dient. Es kann jedoch auch Druckluft als Hochdruck-Fluid strahl dienen. Ebenso ist es möglich, einen Teil der Düsenköpfe 5 mit Waschlösung und einen anderen Teil mit Druckluft zu beaufschlagen. Die Hochdruck-Fluidstrahlen 7 (bei dem Düsenkopf 5.1 schematisch angedeutet) haben die Aufgabe, innerhalb der Aufschlämmung 3 eine intensiv gerichtete Umlaufströmung zu erzeugen, innerhalb welcher sich Mikroturbulenzen für die Bodenpartikel ergeben, und ferner, die Aufschlämmung 30 gegen die Kontaktwand 1, insbesondere gegen die Ultraschall- Einleitzonen 1.2 zu pressen. Im Beispiel nach Fig. 1 und 2 hat jeder der Düsenköpfe 5.1 bis 5.5 mit seiner Strahlachse 5′ bezüglich der Flanschebene 2.1-2.1 einen anderen Winkel, wodurch sich eine Vielfalt von Betriebsmöglichkeiten ergibt, um die Umlaufströmung zu erzeugen. Die generell mit 50 bezeichneten Fluidstrahl-Düsen ebenso wie die Düsenwand 2 bestehen hier ebenfalls aus korrosionsbeständigem Stahl, der ausreichend widerstandsfähig gegen die verwendete Waschlösung ist. Diese kann bestehen aus Säuren, Laugen, sonstigen Lösungsmitteln, Tensiden und Wasser als Verdünnungsmittel. Als sonstige Lösungsmittel kommen zum Beispiel in Betracht CH2Cl2 oder CHCl3, Cyclohexan oder Aceton.The tunnel-shaped nozzle wall 2 is fastened with flanges 2.1 on its two longitudinal sides to correspondingly shaped counter flanges 1.3 of the contact wall 1 . 2 nozzle heads 5 are distributed at regular intervals along the length dimension y to the nozzle wall mounted. In the example shown, five nozzle heads, which are denoted in detail by 5.1 to 5.5 , are arranged distributed over the arc piece of the nozzle wall 2 . In each case through holes 6 in the nozzle wall 2 , the end of a nozzle tube 5 a with a slimmer neck part 5 b is inserted, and from the inside, ie from the concave side of the nozzle wall 2 , the nozzle heads 5 are with an internal thread on the external thread of the respective neck part 5 b screwed on. For this purpose, the nozzle heads 5 and 5.1 to 5.5 are each provided with a polygon 5 c for the application of thread wrenches or screwing tools. As illustrated by the nozzle head 5.2 Darge, the convexly curved end faces of the nozzle heads 5 are provided with a large number of small nozzle bores 5 d through which the fluid exits under high pressure, preferably in the range between 50 and 200 bar, and onto which in the treatment chamber BK each slurry 30 on. The washing solution, which also serves to slurry the floor to be cleaned, can be used as a high-pressure fluid jet. However, compressed air can also serve as a high-pressure fluid jet. It is also possible to apply washing solution to some of the nozzle heads 5 and compressed air to another part. The high-pressure fluid jets 7 (indicated schematically in the nozzle head 5.1 ) have the task of generating an intensely directed circulation flow within the slurry 3 , within which microturbulences for the soil particles arise, and furthermore, the slurry 30 against the contact wall 1 , in particular against to press the ultrasonic introduction zones 1.2 . In the example according to FIGS. 1 and 2, each of the nozzle heads 5.1 to 5.5 with its jet axis 5 'with respect to the flange plane 2.1-2.1 has a different angle, which results in a variety of operating options in order to generate the circulating flow. The fluid jet nozzles, generally designated by 50 , as well as the nozzle wall 2 are also made of corrosion-resistant steel, which is sufficiently resistant to the washing solution used. This can consist of acids, alkalis, other solvents, surfactants and water as a diluent. Examples of other solvents are CH 2 Cl 2 or CHCl 3 , cyclohexane or acetone.
Mit der Einrichtung nach Fig. 1 und 2 kann man das Verfahren nach der Erfindung wie folgt durchführen:.With the device according to Fig. 1 and 2 can be the method of the invention carried out as follows :.
Es sei angenommen, daß die Aufschlämmung 30 im kontinuierlichen Durchlaufverfahren durch die Behandlungskammer BK hindurch wandert, z.B. mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 1 m/min. Dabei kann die Behandlungskammer horizontal verlaufen oder einen Neigungswinkel zur Horizontalen zwischen 0 und 90° aufweisen. Bei waagrechter Anordnung oder nur leichter Neigung muß ein Anteil der Hochdruck-Fluidstrahlen 7 Komponenten in Förderrichtung y aufweisen, bei steilerer Neigung kann das Eigengewicht der Aufschlämmung zum Vorschub ausgenutzt werden. Für das Verfahren ist wichtig, daß wenigstens ein Hochdruck- Fluidstrahl 7 (abgekürzt: HD-Fluidstrahl) durch eine der Düsen köpfe 5 gegen die Aufschlämmung 30 derart gerichtet wird, daß er tangential und normal zur Kontaktfläche der Kontaktwand 1 gerichtete erste und zweite Impulsvektor-Komponenten 7 a und 7 b aufweist. Die erste Impulsvektor-Komponente 7 a erzeugt in der Aufschlämmung 30 eine Umlaufströmung u, wie durch die Pfeile symbolisiert, wobei Mikroturbulenzen u′ unterschiedlicher Geschwindigkeitsprofile für die aufgeschlämmten Bodenpartikel entstehen, von denen einige schematisch angedeutet sind. Diese Mikroturbulenzen oder Wirbel u′ entstehen durch die hohe Strahl geschwindigkeit und die Verwirbelung an der Kontaktfläche 1.0 (der Aufschlämmung 30 zugewandte Fläche) der Kontaktwand 1. Die zweiten Impulsvektor-Komponenten 7 b wirken normal zur Kontakt fläche 1.0 und pressen deshalb die Aufschlämmung 30 gegen diese, so daß sich dynamische Andruckkräfte ergeben. Wie bereits erläutert, werden nun von den Kontaktflächen 1.0 der Kammerwandung bzw. Kontaktwand 1 her Ultraschall-Druckwellen in Form der Longitudinalwellen 4 in die Aufschlämmung 30 eingestrahlt, welche den Bodenpartikeln einer ihrer Turbulenz- Bewegung u, u′ überlagerte Longitudinalbewegung aufzwingen und dabei die Bodenpartikel abwechselnd auf unterschiedliche Dreh bewegungsradien und damit in Zonen unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten verlagern. Dabei werden die Bodenpartikel und die an ihnen noch lose anhaftenden Schadstoffe abwechselnd beschleunigt und verzögert, so daß die Schad- bzw. Belastungs stoffe sich ablösen.It is assumed that the slurry 30 travels through the treatment chamber BK in a continuous flow process, for example at a flow rate of 1 m / min. The treatment chamber can run horizontally or have an angle of inclination to the horizontal between 0 and 90 °. With a horizontal arrangement or only a slight incline, a portion of the high-pressure fluid jets must have 7 components in the direction of conveyance y ; with a steeper incline, the weight of the slurry can be used for feeding. It is important for the method that at least one high-pressure fluid jet 7 (abbreviated: HD fluid jet) is directed through one of the nozzle heads 5 against the slurry 30 such that it is directed tangentially and normal to the contact surface of the contact wall 1 first and second pulse vector Components 7 a and 7 b . The first pulse vector component 7 a generates a circulating flow u in the slurry 30 , as symbolized by the arrows, whereby microturbulence u 'different speed profiles arise for the slurried soil particles, some of which are indicated schematically. These microturbulences or vortices u 'arise from the high jet speed and the turbulence at the contact surface 1.0 (the surface facing the slurry 30 ) of the contact wall 1 . The second pulse vector components 7 b act normally to the contact surface 1.0 and therefore press the slurry 30 against them, so that there are dynamic pressure forces. As already explained, ultrasonic pressure waves in the form of the longitudinal waves 4 are now radiated into the slurry 30 from the contact surfaces 1.0 of the chamber wall or contact wall 1 , which impose a longitudinal movement on the floor particles and their turbulence movement u , u 'and thereby the floor particles alternately shift to different rotational radii and thus to zones with different rotational speeds. The soil particles and the pollutants still loosely adhering to them are alternately accelerated and decelerated, so that the pollutants or contaminants detach themselves.
Gemäß Fig. 1 trifft der Hochdruck-Fluidstrahl 7 auf die Aufschlämmung 30 derart auf, daß letztere in eine Umlauf strömung u versetzt wird, deren Achse parallel zu den Kontakt flächen 1.0 bzw. parallel zur Längsachse y verläuft. Gemäß einem günstigen Verfahrensschritt wird abwechselnd mit dem HD-Fluidstrahl 7 und dem gestrichelt angedeuteten HD-Fluid strahl 7′ durch den Düsenkopf 5.1 bzw. 5.5 eingedüst, so daß die Richtung der Umlaufströmung u mit jedem Umschaltvorgang abrupt umgekehrt wird.Referring to FIG. 1, the high-pressure fluid jet impinges on the slurry 7 to 30 such that the latter flow in a circulating u is displaced with its axis parallel to the contact surfaces 1.0 and is parallel to the longitudinal axis y. According to a favorable method step is alternately injected with the HD fluid jet 7 and the dashed HD fluid jet 7 'through the nozzle head 5.1 or 5.5 , so that the direction of the circulating flow u is abruptly reversed with each switching operation.
Die Einrichtung nach Fig. 1 und Fig. 2 läßt sich aber auch so betreiben, daß mehr als die zwei beschriebenen HD-Fluidstrahlen 7, 7′ gegen die Aufschlämmung 30 gerichtet werden. Dabei handelt es sich um die zusätzlichen HD-Fluidstrahlen 71, 72 und 73 der Düsenköpfe 5.2, 5.3 bzw. 5.4, welche impulsweise so eingeschaltet werden, daß jeder der HD-Fluidstrahlen zur Erzeugung wenigstens einer der beiden Impulsvektor-Komponenten 7 a bzw. 7 b beiträgt. Zum Beispiel könnten die Düsenköpfe 5.1 bis 5.5 nacheinander oder mit geringer Überlappung für jeweils zwei Sekunden eingeschaltet sein, so daß die einzelnen HD-Fluidstrahlen 7, 71, 72, 73, 7′, anschließend dann in der umgekehrten Reihenfolge 73, 72, 71, 7 usw. nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich gegeneinander phasenverschoben sind. Der mittlere Düsenkopf 5.3 liefert dabei im wesentlichen nur eine Impuls-Vektorkomponente 72 b, die normal zur Umlaufströmung u gerichtet ist. Aber auch diese Komponente liefert zusätzlich zu ihren Anpreßkräften Beiträge zur Erzeugung von Mikro turbulenzen u′.The device of Fig. 1 and Fig. 2 can also be operated so that more than the two described HD fluid jets 7 , 7 'are directed against the slurry 30 . These are the additional HD fluid jets 71 , 72 and 73 of the nozzle heads 5.2 , 5.3 and 5.4 , which are switched on in pulses so that each of the HD fluid jets for generating at least one of the two pulse vector components 7 a and 7 b contributes. For example, the nozzle heads 5.1 to 5.5 could be switched on one after the other or with a slight overlap for two seconds each, so that the individual HD fluid jets 7 , 71 , 72 , 73 , 7 ', then in the reverse order 73 , 72 , 71 , 7 etc. are phase-shifted not only spatially but also temporally. The middle nozzle head 5.3 essentially supplies only one pulse vector component 72 b , which is directed normally to the circulation flow u . But this component also contributes to the generation of micro turbulence u 'in addition to its contact forces.
Die Kontaktflächen 1.0 der Behandlungskammer BK sind bevorzugt konkav gewölbt, damit die Ausbildung der Umlaufströmung u begünstigt wird.The contact surfaces 1.0 of the treatment chamber BK are preferably concavely curved, so that the formation of the circulation flow u is favored.
Wie es später noch anhand von Fig. 3 und Fig. 4 erläutert wird, ist es auch möglich, daß wenigstens zwei HD-Fluidstrahlen aus verschiedenen Richtungen auf die Aufschlämmung derart auftreffen, daß die Aufschlämmung in eine Umlaufströmung versetzt wird, deren Drehachsen etwa senkrecht zu ihren Kontaktflächen verlaufen. Dies ist allgemein dann möglich, wenn eine Aufschlämmung in einer hohlzylindrischen Behandlungskammer um die Zylinderlängsachse in Drehung versetzt wird und der Ultraschall vom Zylindermantel her in die Aufschlämmung eingestrahlt wird.As will be explained again later with reference to FIG. 3 and FIG. 4, it is also possible that at least two HD-fluid jets impinge from different directions to the slurry such that the slurry is placed in a circulating flow, whose axes of rotation approximately perpendicular to their contact surfaces run. This is generally possible if a slurry is rotated in a hollow cylindrical treatment chamber about the cylinder longitudinal axis and the ultrasound is irradiated into the slurry from the cylinder jacket.
Wie bereits erwähnt, kann man die Düsen 50 bzw. die einzelnen Düsenköpfe 5.1 bis 5.5 auf vielerlei Weise ausnutzen, indem durch einige dieser Düsenköpfe nicht die Waschlösung, sondern Druckluft eingeblasen wird. Wenn die Aufschlämmung im kontinuierlichen Verfahren durch die Behandlungskammer BK durchgeschleust wird, so kann man kurz vor dem Ausschleusen der Aufschlämmung durch die Düsen 50 auch Waschwasser (reines Wasser) zum Auswaschen der Waschlösung und der durch diese gelösten Schadstoffe in die Behandlungskammer einleiten. Über die Länge der Behandlungskammer BK folgen eine Mehrzahl der in Fig. 1, Fig. 2 gezeigten Düsen/US-Kopf-Anordnungen 50/3, so daß die Aufschlämmung 30 auf ihrem Weg mehrfach hintereinander intensiv von der Waschlösung und dem Ultraschall durchstrahlt wird.As already mentioned, the nozzles 50 or the individual nozzle heads 5.1 to 5.5 can be used in a variety of ways, by blowing in compressed air rather than the washing solution through some of these nozzle heads. If the slurry is passed through the treatment chamber BK in a continuous process, shortly before the slurry is discharged through the nozzles 50 , washing water (pure water) can also be introduced into the treatment chamber to wash out the washing solution and the pollutants dissolved by it. Over the length of the treatment chamber BK follow a plurality of nozzles / US head assemblies 50/3 shown in Fig. 1, Fig. 2, so that the slurry is several times consecutively irradiated 30 on their way intensively from the wash solution and the ultrasound.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 sind die rinnenförmige Kontaktwand 1 und die Düsenwand 2 baulich zu einer Rohrleitung 10 vereinigt, welche in ihrem Inneren die Behandlungskammer BK jeweils aufnimmt. Das Gemisch aus Boden und Waschlösung, die Aufschlämmung 30, gelangt vom oberen Ende mehrerer achsparallel zueinander angeordneter Rohrleitungen 10 gemäß Pfeil 30.1 in die jeweilige Behandlungskammer BK. Die Einlaßenden der Rohrleitungen 10 sind mit 10.1 bezeichnet, ihre Auslaßenden mit 10.2, die Rohrachsen mit 10.0. Die Düsen sind wieder generell mit 50 bezeichnet, pro Rohrleitung 10 sind jeweils zwei Düsengruppen 50 a und 50 b vorgesehen, die etwa einander diametral gegenüber liegen und den Fluidstrahl schräg zur Rohrachse 10.0, und zwar mit einer radialen Impulsvektor- Komponente und einer axialen, der Zuströmrichtung 30.1 entgegengerichteten Impulsvektor-Komponente, einstrahlen. Die Düsenpaare 50 a, 50 b sind innerhalb mehrerer, über die Rohrlänge axial verteilter Düsenzonen 8 vorgesehen, wobei die Hochdruck- Fluidstrahlen eine Umlaufströmung der Aufschlämmung 30 um die Rohrachse 10.0 erzeugen. Jeweils zwischen den Einmündungen der Düsen 50 a, 50 b befinden sich Ultraschallkopfzonen 9, wobei jede dieser Ultraschallkopfzonen 9, vorzugszweise ebenfalls diametral einander gegenüberliegende, Ultraschallköpfe 3 aufweist, deren Ultraschallstrahlen die Strömungslinien der Umlaufströmung der Aufschlämmung 30 schneiden. Zwischen den Ultraschallkopfzonen 9 befinden sich weitere zusätzliche Ultraschallköpfe 3 im Bereich der Düsenzonen 8, weil letztere nicht den gesamten Rohrumfang beanspruchen.In a second embodiment according to FIGS. 3 and 4, the channel-shaped contact wall 1 and the nozzle wall 2 are structurally combined to form a pipeline 10 , which in each case accommodates the treatment chamber BK in its interior. The mixture of soil and washing solution, the slurry 30 , reaches the respective treatment chamber BK from the upper end of a plurality of pipelines 10 arranged axially parallel to one another according to arrow 30.1 . The inlet ends of the pipes 10 are designated 10.1 , their outlet ends 10.2 , the pipe axes 10.0 . The nozzles are again generally designated 50 , two nozzle groups 50 a and 50 b are provided per pipe 10 , which are approximately diametrically opposite one another and the fluid jet obliquely to the pipe axis 10.0 , namely with a radial pulse vector component and an axial one Direction of inflow 30.1 opposite impulse vector component. The nozzle pairs 50 a , 50 b are provided within a plurality of nozzle zones 8 , which are axially distributed over the tube length, the high-pressure fluid jets generating a circulating flow of the slurry 30 about the tube axis 10.0 . Ultrasonic head zones 9 are located between the mouths of the nozzles 50 a , 50 b , each of these ultrasonic head zones 9 , preferably also diametrically opposite one another, having ultrasonic heads 3 , the ultrasonic beams of which intersect the flow lines of the circulating flow of the slurry 30 . Between the ultrasound head zones 9 there are further additional ultrasound heads 3 in the area of the nozzle zones 8 , because the latter do not take up the entire tube circumference.
Wie es Fig. 4 näher zeigt, wird die Aufschlämmung durch die ihr aufgezwungene Umlaufströmung an die Innenflächen der Rohrleitungen 10 gepreßt, und die Umlaufströmungslinien werden durch die im wesentlichen radial einstrahlenden Ultraschall köpfe 3 geschnitten. Eine Düse 50 bzw. 50 a, 50 b kann aus einer Mehrfachdüsenanordnung bestehen, mit einer Düsenzuleitung 51 für mehrere Waschdüsen, nämlich Waschlösung in Form von Tensiden, Lösungsmittel, Säuren, Laugen oder reines Wasser oder Luft, wobei je nach Reinigungsbedarf diese Mittel einzeln oder kombiniert oder nacheinander angewendet werden können. As shown in Fig. 4 in more detail, the slurry is pressed by the their forced circulation flow to the inner surfaces of the pipes 10, and the circulating flow lines by the heads substantially radially irradiating ultrasonic 3 cut. A nozzle 50 or 50 a , 50 b can consist of a multiple nozzle arrangement, with a nozzle feed line 51 for several washing nozzles, namely washing solution in the form of surfactants, solvents, acids, alkalis or pure water or air, these agents individually or depending on the cleaning requirements can be combined or applied sequentially.
Aus Fig. 4 sind zwei Düsenmündungen 50.1 und 50.2 erkennbar, eine weitere (dritte) ist vorgesehen.From Fig. 4, two nozzle orifices are 50.1 and 50.2 apparent, a further (third) is provided.
Fig. 3 zeigt, daß in Parallelschaltung mehrere Rohrleitungen 10 als Rohrfeld RF in den Knotenpunkten 11 eines Gitters 12 ange ordnet sind, wobei zu denjenigen Düsenzonen 8 der parallel zueinander angeordneten Rohre 10, die in der gleichen rohrqueren Ebene liegen, gemeinsame Einspeiseleitungen 13 führen, welche im einzelnen mit 13.1 bis 13.6 bezeichnet sind. Dabei gehören die Einspeiseleitungspaare 13.1-13.2, 13.3-13.4 und 13.5-13.6 jeweils zu einer gemeinsamen Düsenzone 8 einer Flucht der Rohrleitungen 10. Fig. 3 shows that in parallel connection several pipes 10 are arranged as a pipe field RF in the nodes 11 of a grid 12 , leading to those nozzle zones 8 of the pipes 10 arranged in parallel to one another, which lie in the same pipe-transverse plane, common feed lines 13 , which are specifically identified with 13.1 to 13.6 . The feed line pairs 13.1-13.2 , 13.3-13.4 and 13.5-13.6 each belong to a common nozzle zone 8 of an escape of the pipelines 10 .
Fig. 3 zeigt ferner, daß die Längsachsen 10.0 der Rohrleitungen 10 im wesentlichen vertikal und die Längsachsen 13.0 der Einspeiseleitungen 13 im wesentlichen horizontal verlaufen. Fig. 3 zeigt ferner, daß die in die jeweilige Rohrachse 10.0 projizierten Düsenstrahl-Komponenten der Förderrichtung 30.1 der Aufschlämmung 30 entgegengesetzt sind, wie bereits erwähnt. Man erreicht damit, daß ausreichende Verweilzeiten der Auf schlämmung 30 innerhalb der Rohrleitungen 10 erreicht werden und daß sich die gewünschte Umlaufströmung innerhalb der Düsenzonen 8 in gewünschtem Maße ausbilden kann, wobei die beiden Düseneinmündungen 50 a, 50 b des jeweiligen Düsenpaares 50 alternierend betrieben werden können. Fig. 3 also shows that the longitudinal axes 10.0 of the pipelines 10 are substantially vertical and the longitudinal axes 13.0 of the feed lines 13 are substantially horizontal. Fig. 3 further shows that the projected into the respective pipe axis 10.0 jet components of the conveying direction of the slurry are opposite to 30.1 30, as already mentioned. It is achieved that sufficient residence times of the slurry 30 can be achieved within the pipes 10 and that the desired circulating flow can form within the nozzle zones 8 to the desired extent, the two nozzle orifices 50 a , 50 b of the respective pair of nozzles 50 can be operated alternately .
Die schematische Darstellung nach Fig. 5 zeigt den vollständigen Durchlauf einer Bodenprobe, beginnend bei einem in einen Trichter auslaufenden Behälter 14 für den verunreinigten Boden 15. Letzterer gelangt über eine Förderschnecke 16 in den Behälter eines Mischers 17, welcher mit einem Rührwerk 18 versehen ist. In den Mischer wird die Waschlösung 19 eines Waschlösungsbehälters 20 über Pumpe 21 und Rohrleitung 22 mit Ventilen 23 eingedüst, es bildet sich im Mischer 17 die Auf schlämmung 30 aus. Letztere wird mittels Pumpe 24 und Rohrleitung 25 einer Verteilleitung 26 zugeführt, an welche die einzelnen Rohrleitungen 10 mit ihren Behandlungskammern BK und Fluidstrahldüsen 50 angeschlossen sind. Zu letzteren führen die Einspeiseleitungen 13, welche von einer gemeinsamen Haupt einspeiseleitung 130 über eine Pumpe 27 mit der Waschlösung 19 versorgt werden. An die Zonen der Behandlungskammern BK schließen sich Spülzonen SZ der Rohrleitungen 10 an, wobei hier die Spülwasserdüsen 28 von entsprechenden Spülwasserleitungen 28.1 und eine Spülwasserpumpe 28.2 versorgt werden. Die gespülte Aufschlämmung gelangt aus den Spülzonen SZ der Rohrleitungen 10 über eine Förderschnecke 29 in ein Absetzbecken und Filter 31, welches eine pyramidenstumpfförmige oder konische Bodenpartie 31.1 aufweist mit einer bodenseitigen Sammelkammer 31.2 für die Bodenpartikel, die sich aus der Aufschlämmung abgesetzt haben. Von der Sammelkammer 31.2 gelangt der vorgereinigte Boden, z.B. über eine weitere Förder schnecke 32 in einen Spülbehälter 33, welchem über Leitung 34 sauberes Waschwasser unter Druck zugeführt wird. Diese zweite Aufschlämmung gelangt dann über eine Verbindungsleitung 35 mit Pumpe 36 zu einer Zentrifuge 37, welche einen weitgehend entwässerten Boden 38 ausschleudert und in ihrem Zentrum das verunreinigte erste Waschwasser über eine Leitung 39 entläßt, von welcher Leitung dieses verunreinigte Waschwasser als erstes Spülwasser von der Pumpe 28.2 angesaugt wird. Das Wasser, welches über einen Saugrüssel 40 am oberen Wasserspiegel des Absetzbeckens 31 über Pumpe 41 abgesaugt wird, wird in eine Wiederaufarbeitungsstrecke 42 eingespeist, welche nicht näher dargestellt ist und der Wiedergewinnung der Chemikalien für die Waschlösung dient sowie der Abtrennung der Bodenverunreinigun gen, also z.B. Öl, Bleibestandteile oder Quecksilber od.dgl.The schematic representation according to FIG. 5 shows the complete passage of a soil sample, starting with a container 14 for the contaminated soil 15 that runs into a funnel. The latter reaches the container of a mixer 17 , which is provided with an agitator 18 , via a screw conveyor 16 . In the mixer, the washing solution 19 of a washing solution container 20 is injected via pump 21 and pipeline 22 with valves 23 , it forms the slurry 30 in the mixer 17 . The latter is fed by means of pump 24 and pipeline 25 to a distribution line 26 , to which the individual pipelines 10 with their treatment chambers BK and fluid jet nozzles 50 are connected. To the latter lead the feed lines 13 , which are supplied by a common main feed line 130 via a pump 27 with the washing solution 19 . Rinse zones SZ of the pipelines 10 are connected to the zones of the treatment chambers BK, the rinse water nozzles 28 being supplied here by corresponding rinse water lines 28.1 and a rinse water pump 28.2 . The rinsed slurry arrives from the rinsing zones SZ of the pipelines 10 via a screw conveyor 29 into a settling basin and filter 31 which has a truncated pyramid or conical bottom part 31.1 with a bottom collecting chamber 31.2 for the bottom particles which have settled out of the slurry. From the collecting chamber 31.2 , the pre-cleaned floor, for example via a further conveyor screw 32 , reaches a rinsing tank 33 , which is supplied with clean washing water under pressure via line 34 . This second slurry then passes through a connecting line 35 with pump 36 to a centrifuge 37 , which spins a largely drained bottom 38 and in its center releases the contaminated first wash water via a line 39 , from which line this contaminated wash water is the first rinse water from the pump 28.2 is sucked in. The water, which is sucked off via a suction nozzle 40 at the upper water level of the settling tank 31 via pump 41 , is fed into a reprocessing section 42 , which is not shown in more detail and is used to recover the chemicals for the washing solution and to separate the soil contaminations, for example, for example Oil, lead components or mercury or the like.
Claims (15)
- a) Die jeweilige Bodenprobe und eine diese aufschwemmende Waschlösung werden als Aufschlämmung in die Behandlungs kammer eines Behälters eingebracht und mit Kontaktflächen der Behandlungskammer in Kontakt gebracht,
- b) durch die die zu reinigende Bodenprobe umgebende Kammer wandung hindurch wird wenigstens ein Hochdruck-Fluidstrahl gegen die Aufschlämmung gerichtet, welcher tangential und normal zur Kontaktfläche gerichtete erste und zweite Impulsvektor-Komponenten aufweist, wobei die ersten Impuls vektor-Komponenten in der Aufschlämmung eine Umlauf strömung und dabei Mikroturbulenzen unterschiedlicher Geschwindigkeitsprofile für die aufgeschlämmten Bodenpartikel erzeugen und wobei die zweiten Impulsvektor- Komponenten die Aufschlämmung gegen die Kontaktflächen der Kammerwandung pressen,
- c) von den Kontaktflächen der Kammerwandung her werden Ultraschall-Druckwellen in die Aufschlämmung eingestrahlt, welche den Bodenpartikeln eine ihrer Turbulenz-Bewegung überlagerte Longitudinalbewegung aufzwingen und die Bodenpartikel abwechselnd auf unterschiedliche Drehbewegungs- Radien und damit in Zonen unterschiedlicher Drehgeschwindig keiten verlagern.
- a) the respective soil sample and a wash solution suspended in it are introduced as a slurry into the treatment chamber of a container and brought into contact with contact surfaces of the treatment chamber,
- b) through the chamber surrounding the soil sample to be cleaned, at least one high-pressure fluid jet is directed against the slurry, which has tangential and normal to the contact surface directed first and second pulse vector components, the first pulse vector components in the slurry circulating flow and thereby generate microturbulences of different velocity profiles for the slurried soil particles and the second pulse vector components press the slurry against the contact surfaces of the chamber wall,
- c) from the contact surfaces of the chamber wall, ultrasonic pressure waves are radiated into the slurry, which impose a longitudinal movement superimposed on their turbulence movement and which shift the soil particles alternately to different rotational motion radii and thus to zones of different rotational speeds.
- - mindestens ein die Kontaktflächen für die Aufschlämmung aufweisender Wandbereich der Behandlungskammer rinnenförmig ist und dieser rinnenförmige Wandbereich die Führungsflächen für die Umlaufströmung bildet,
- - und daß Ultraschallköpfe im rinnenförmigen Wandbereich befestigt sind, so daß ihre Ultraschallstrahlen die Ortsvektoren der Umlaufströmung schneiden,
- - und daß Fluidstrahl-Düsen an der Kammerwandung so befestigt sind, daß sie die Aufschlämmung gegen die Kontaktflächen der Behandlungskammer pressen und der Aufschlämmung Umlauf- Geschwindigkeitskomponenten erteilen.
- at least one wall region of the treatment chamber having the contact surfaces for the slurry is channel-shaped and this channel-shaped wall region forms the guide surfaces for the circulating flow,
- and that ultrasound heads are fastened in the channel-shaped wall area so that their ultrasound beams intersect the location vectors of the circulating flow,
- - And that fluid jet nozzles are attached to the chamber wall so that they press the slurry against the contact surfaces of the treatment chamber and give the slurry circulation speed components.
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