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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Entfernen
von Restschadstoffen aus Flüssigkeit,
und insbesondere die Anwendung eines Vakuums, um flüchtige organische Schadstoffe
in einer Zweiphasenströmung
aus dem flüssigen
Anteil zu dem dampfförmigen
Anteil als dem Strom zu transportieren. Die Phasen des Abwasserstromes
können
danach getrennt werden, und eine jede Phase kann weiterer Schadstoffentfernungsbehandlung
unterzogen werden.
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Das
Extraktionsverfahren 2-PHASETM (Warenzeichen
der Xerox Corporation) stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Entfernen von Chemikalien und anderen unerwünschten Stoffen aus einem belasteten
Bereich des Bodens bereit. Allgemein wird ein Absaugrohr oder ähnliches
in dem betroffenen Bereich platziert, und ein Vakuum wird aufgebracht,
um Bodendämpfe
und Grundwasser in den Schacht anzusaugen. Das Aufbringen des Vakuums auf
den Bodendampf löst
einen schnellen Dampfstrom an dem Boden des Brunnens aus, wobei
das belastete Grundwasser und Bodengas mitgerissen werden. Beide
Phasen werden danach als ein einzelner Zweiphasenstrom zu der Oberfläche angehoben. Die
Flüssigkeit
und der Dampf werden sodann getrennt, und eine jede Phase wird behandelt,
um Schadstoffe zu entfernen. Solche Verfahren werden in US-A 5,464,309,
US-A 5,441,365, US-A 5,358,357, US-A 5,197,541, US-A 5,172,764 und US-A
5,050,676 beschrieben.
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Schadstoffe
können
im oberflächennahen Boden
und im Grundwasser in der flüssigen
oder der gasförmigen
Phase vorliegen. Sie können
als unterscheidbare Stoffe vorliegen oder mit Grundwasser und Bodendämpfen gemischt
und/oder in diesen aufgelöst
sein. Solche Schadstoffe können
in der Zone des Sickerwassers (der ungesättigten Schicht, die zwischen
der Oberfläche
des Bodens und dem Wasserspiegel liegt), an der Grenzfläche zwischen
der Zone des Sickerwassers und dem Wasserspiegel und in der gesättigten
Zone unterhalb des Wasserspiegels vorliegen.
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Zahlreiche
Industrie- und Gewerbeanlagen sowie Abfallerfassungs- und Abfallentsorgungsstandorte
enthalten Boden- und Grundwasserverunreinigungen. Verschie dene Verfahren
sind zur Entfernung von Schadstoffen und zur Sanierung der betroffenen
Medien eingesetzt worden. Ein häufig
verwendetes Verfahren umfasst den Aushub und die Aufbereitung des
Erdreiches abseits von dem Standort. Ein anderes Verfahren umfasst
das Sättigen
des verunreinigten Erdreiches mit Wasser vor Ort, wodurch die Schadstoffe
durch das Wasser langsam aus dem Erdreich ausgelaugt werden. Das
verunreinigte Wasser kann dann entfernt werden.
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Ein
sehr wirksames Verfahren zum Entfernen von Chemikalien aus einem
belasteten Bodenbereich umfasst die Entfernung der Bodenschadstoffe
unter Verwendung des Bodenluftabsaugungsverfahrens 2-PHASETM. Das Verfahren umfasst allgemein die Bereitstellung
eines Bohrloches in dem belasteten Bereich, das Anordnen eines Vakuumbrunnens
in dem Bohrloch und das Aufbringen eines Vakuums auf den Brunnen,
so dass Dämpfe
und Flüssigkeit
aus dem Boden abgesaugt werden können. Die
Flüssigkeit
und der Dampf werden gleichzeitig als ein Zweiphasenstrom zu der
Oberfläche
transportiert. Nachdem er die Oberfläche erreicht, wird der Flüssigkeits-Dampf-Strom
in zwei unabhängige
Ströme
aufgeteilt. Danach wird ein jeder Strom zwecks Entfernung der Schadstoffe
behandelt.
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Verschiedene
Arten von Schadstoffen können
unter Verwendung eines Verfahrens, wie der Zweiphasenabsaugung,
aus dem Boden entfernt werden. Ein Abwasserstrom kann organische
und anorganische Stoffe beinhalten, ebenso wie lösliche, unlösliche, flüchtige und nichtflüchtige Stoffe.
Die verschiedenen Klassen von Schadstoffen werden einer Nachabsaugungsbehandlung
unterzogen, um sie aus dem Dampf oder aus der Flüssigkeit, in dem oder der sie
vorliegen, zu entfernen. Geeignete Nachabsaugungsbehandlungen zum
Entfernen von Schadstoffen sind unter anderem Filtration, Adsorption, Luftstrippen,
Ablagerung, Ausflockung, Ausfällung und
Waschen.
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Wenn
der Zweiphasenstrom aus dem Boden abgesaugt wird, bewirkt das Aufbringen
des Vakuums, dass ein großer
Teil der flüssigen
flüchtigen
organischen Schadstoffe zu Gasphasen-Schadstoffen umgewandelt werden;
messbare Mengen von Schadstoffen können jedoch in der flüssigen Phase verbleiben.
Wirksame Verfahren sind für
die Behandlung des dampfförmigen
Anteils des Stromes entwickelt worden, um dessen verbleibende Schadstoffe zu
entfernen. Behandlungen, die entwickelt worden sind, um Schadstoffe
aus dem flüssigen
Anteil des Abwassers zu entfernen, sind jedoch nicht so kostenwirksam
gewesen. Somit ist es wünschenswert,
eine Anordnung zum Übertragen
dieser flüchtigen
organischen Schadstoffe von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase
vor der Nachabsaugungsbehandlung bereitzustellen. Dies wird es ermöglichen,
das Abwasser am kostenwirksamsten aufzubereiten, was zu einem größtmöglichen
Maß an
Schadstoffbeseitigung zu relativ niedrigen Kosten führt.
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US-A
5,441,365 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Absaugen
von Schadstoffen aus einem kombinierten Dampf-Flüssigkeits-Strom. Die Gaskomponente
des Stromes wird mehrere Male gekühlt und erwärmt, um flüchtige organische Verbindungen
zu kondensieren und zu entfernen. Sie wird danach erneut mit dem
Rest des Austrages kombiniert, weiterer Behandlung unterzogen und
in die Umgebung abgegeben.
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US-A
5,358,357 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen
aus einem belasteten Bereich des Bodens mit einer Zone des Sickerwassers
und einem Wasserspiegel, das umfasst: Bereitstellen eines Bohrloches
in dem belasteten Bereich auf eine Tiefe unter den Wasserspiegel;
Platzieren einer gelochten Steigleitung, in der sich ein Bodenluftabsaugungsrohr
mit einer Bodenöffnung
in der gelochten Steigleitung befindet, in dem Bohrloch auf eine
Tiefe unterhalb des Wasserspiegels, wobei das Vakuumabsaugrohr vor
dem Aufbringen eines Vakuums auf dasselbe Grundwasser enthält, wobei das
Bodenluftabsaugrohr wenigstens einen Gaseinlass aufweist, der unterhalb
des Grundwasserspiegels in dem Bodenluftabsaugrohr angeordnet ist; während des
Einlassens eines Gases in die Steigleitung Aufbringen eines Vakuums
auf das Bodenluftabsaugrohr und Transportieren des Gases und der Flüssigkeit
zu der Oberfläche
als ein gemeinsamer Zweiphasenstrom; Einleiten eines Gases in das
Bodenluftabsaugrohr auf einer Höhe
unterhalb des Grundwasserspiegels in dem Bodenluftabsaugrohr, um
Zweiphasenströmung
in dem Bodenluftabsaugrohr auszulösen; aus dem gemeinsamen Strom
Ausbilden eines Stromes, der vorwiegend flüssig ist, und eines Stromes,
der vorwiegend gasförmig
ist; und getrennte Aufbereitung des getrennten Flüssigkeitsstromes
beziehungsweise Gasstromes.
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US-A
5,143,607 beschreibt eine Anordnung zum Austreiben von flüchtigen
Verunreinigungen aus dem Grundwasser unter Verwendung von Luft oder eines
anderen Gases. Ein Schacht, der angepasst ist, um sich in den Grundwasserbereich
hinein zu erstrecken, weist wenigstens örtlich eine wasserdurchlässige Wand
auf, die als eine andere Wand ausgebildet ist und wenigstens teilweise
eine Luftaufnahmekammer begrenzt, die mit Außenluft in Verbindung steht,
einen Lüfter,
der mit dem Schacht in Verbindung steht, um einen Unterdruck zu
erzeugen und Luft von einem Schachtabschnitt oberhalb des Grundwasserspiegels
anzusaugen. Ein Rohr erstreckt sich in den Schacht zu einem Bereich
unter dem Grundwasserspiegel, um die Luftaufnahmekammer auszubilden
und um Verbindung zu der Außenluft
bereitzustellen. Das Rohr weist einen inneren Endbereich auf, der
mit Düsenöffnungen
umgeben ist, eine Siebhülse,
die konzentrisch in Bezug auf das Rohr angeordnet ist und wenigstens
teilweise den Endbereich des Rohres abdeckt, das mit den Düsenöffnungen
versehen ist. Die Siebhülse
ist verschiebbar in Bezug auf das Rohr und in Bezug auf das Rohr und
einen mit dem Rohr verbundenen Schwimmkörper abgedichtet.
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US-A
5,122,165 beschreibt ein verfahrenstechnisches System und eine Vorrichtung
zum Entfernen von toxischen flüchtigen
organischen Wasserinhaltsstoffen, flüchtigen anorganischen Wasserinhaltsstoffen
und oberflächenaktiven
Stoffen aus einem belasteten Flüssigkeitsstrom,
insbesondere Grundwasser, durch eine Kombination aus pH-Wert-Einstellung,
chemischer Reaktion, Ultraviolettreaktion, Gasstrippen, Waschen,
Adsorption und Regeneration. Dieses verfahrenstechnische System umfasst
Flüssigkeitspumpen;
Flüssigkeitsaufbereitung
in einer geschlossenen verteilten Gasstrippkammer; Gasreinigung
durch einen Schaumsammler, einen Nasswäscher und einen selbstregenerativen Gasphasen-Kornkohle-Kontaktor
(GAC); und Rückführung von
GAC-gereinigtem
Gas für
weitere Flüssigkeitsaufbereitung
durch disperses Gasstrippen. Das verfahrenstechnische System ist äußerst kostenwirksam
für Entfernen
von flüchtigen
organischen Wasserinhaltsstoffen, flüchtigen anorganischen Wasserinhaltsstoffen
und oberflächenaktiven
Stoffen und beseitigt das Problem der sekundären Gasverunreinigung durch
herkömmliche
Luftstripptürme.
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US-A
5,116,515 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen
von flüchtigen organischen
Schadstoffen aus dem Boden aus der Zone des Sickerwassers. Das Verfahren
umfasst Ansaugen von Luft durch Rückgewinnungssonden, die in
dem Boden angeordnet worden sind. Ein Gebläse wird danach in Abständen zugeschaltet,
um gasförmige
Dämpfe
von dem Boden oberhalb des Wasserspiegels anzusaugen. Die Gase werden
in einem Wasserabscheiderbecken aufgefangen, wo sie von der zufäl lig aufgefangen
Flüssigkeit
abgeschieden werden. Die Gase werden dann durch einen Filtrierapparat
zwecks Reinigung hindurchgeleitet.
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US-A
5,050,676 beschreibt ein Verfahren für Zweiphasen-Vakuumabsaugung
von Schadstoffen von dem Boden und umfasst Vakuumabsaugung von Flüssigkeitsphase
und Gasphase als ein gemeinsamer Strom, Abscheidung der Flüssigkeitsphase
und Gasphase und nachfolgende Aufbereitung der getrennten Flüssigkeitsphase
und Gasphase, um sauberes Abwasser zu erzeugen. Zweiphasen-Vakuumabsaugung
arbeitet mit einer einzelnen Vakuumerzeugungsvorrichtung, um Schadstoffe
aus dem Flüssigkeitsstrom
und den Bodengasen durch das Brunnenrohr zu entfernen.
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US-A
4,966,654 beschreibt ein System zum Entfernen von flüchtigen
Kohlenwasserstoffverunreinigungen aus Wasser und aus mit Feuchtigkeit
beladener Luft. Im Detail umfasst die Erfindung ein Strippsystem,
vorzugsweise ein Dampfstrippsystem, um das belastete Wasser mit
Wasserdampf bei einem Druck unter Atmosphärendruck zu mischen, wodurch Reinwasser
zur Wiederverwendung und belasteter Strom und verdampfte Kohlenwasserstoffverunreinigungen
bereitgestellt werden. Ein erster Kondensatorkühler nimmt den verunreinigten
Wasserdampf und die verdampften Kohlenwasserstoffschadstoffe auf
und kondensiert bei unter Atmosphärendruck einen Teil der verdampften
Schadstoffe und einen Teil des belasteten Wasserdampfes zu verschmutztem Wasser.
Ein zweiter Kondensatorkühler
kondensiert den Wasserdampf und den Kohlenstoffdampf danach weiter.
Ein Schwerkraftabscheider nimmt danach das verschmutzte Wasser aus
dem ersten und dem zweiten Kondensatorkühler auf, ebenso wie unkondensierten
Dampf und Kohlenwasserstoffverunreinigungen von dem zweiten Kondensatorkühler, und
stellt Förderströme bereit,
wie zum Beispiel abgeschiedenes verschmutztes Wasser zum Rückführen; kondensierte
Kohlenwasserstoffverunreinigungen zur Wiederaufbereitung; und übergibt
die unkondensierten Kohlenwasserstoffverunreinigungen an Aktivkohleabsorber.
Das mit verschmutzter Feuchtigkeit beladene Gas wird durch einen
dritten Kondensatorkühler
geleitet, der verschmutztes Wasser erzeugt, das in das Dampfstrippsystem
zurückgeführt wird,
und die verbleibenden unkondensierten Kohlenwasserstoffe werden
durch die Aktivkohleabsorber hindurchgeleitet.
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US-A
4,943,305 beschreibt eine Belüftungsvorrichtung
beziehungsweise einen Belüfter
zum Austreiben der Verunreinigungen aus dem Grundwasser, insbesondere
für Grundwasser
unter Überdruck,
wobei die Verunreinigungen ausgetrieben werden, indem ein Teilvakuum
in einem Belüftungsschacht
in der Nähe
des zu reinigenden Grundwassers erzeugt wird und indem Frischluft
unter den Wasserspiegel in dem Belüftungsschacht zugeführt wird,
wobei der Belüftungsschacht
an seinem oberen Ende mit einer druckbeaufschlagten Sammelkammer geschlossen
ist. Die druckbeaufschlagte Sammelkammer ermöglicht die Einleitung von Frischluft
bei einem Luftdruck, der den Grundwasserdruck ausgleicht. Darüber hinaus
ist ein Vakuumgenerator, der das Teilvakuum erzeugt, in der druckbeaufschlagten Sammelkammer
angeordnet.
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Wenngleich
bekannte Vorrichtungen und Verfahren für ihren beabsichtigten Verwendungszweck
geeignet sind, besteht nach wie vor Bedarf an Verfahren und Vorrichtungen
zum Vorwärmen
verunreinigter Flüssigkeiten
und Gase, die mit erhöhter Leistung
aus dem Boden gewonnen werden. Weiterhin besteht ein Bedarf an Verfahren
und Vorrichtungen zur Anreicherung der Konzentration flüchtiger Schadstoffe
in der Gasphase eines Abwassergemisches, wodurch die Konzentration
der Schadstoffe in der Flüssigkeitsphase
verringert wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kammer zum Verdampfen von
flüchtigen
Verbindungen in einem gemischten Flüssigkeits-Dampf-Strom bereitgestellt,
wobei der Strom einen im Wesentlichen flüssigen Anteil und einen im
Wesentlichen dampfförmigen
Anteil enthält; welche
umfasst: einen Fluidsammler; einen Einlass zu dem Fluidsammler zum
Einlassen des Stromes; ein Fluidtransportrohr mit einem ersten Ende,
das in dem Fluidsammler angeordnet ist; eine Vakuumverbindung mit
dem Fluidtransportrohr zum Ansaugen des Stromes in den Fluidsammler
und zum Verdampfen wenigstens eines Teiles der flüchtigen
Verbindungen in dem im Wesentlichen flüssigen Anteil, wodurch ein
Dampfvolumen flüchtiger
Verbindungen des im Wesentlichen dampfförmigen Anteils erhöht wird;
einen Ablauf, der mit dem Fluidsammler verbunden ist, der einen
Strom des im Wesentlichen flüssigen
Anteils von dem Fluidsammler steuert; sowie einen Auslass, der mit
dem Fluidtransportrohr verbunden ist, der einen Förderstrom
des im Wesentlichen dampfförmigen
Anteils von dem Fluidsammler steuert; dadurch gekennzeichnet, dass
das Fluidtransportrohr ein erstes Ende aufweist, das unterhalb einer
Oberfläche
des eingelassenen Mischstromes in dem Fluidsammler angeordnet ist.
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Vorzugsweise
umfasst die erfindungsgemäße Kammer
weiterhin eine Messvorrichtung, die mit dem Auslass verbunden ist,
um die Konzentration der flüchtigen
Verbindungen in dem im Wesentlichen dampfförmigen Anteil, der aus dem
Fluidtransportrohr austritt, zu messen.
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Vorzugsweise
umfasst die Messvorrichtung weiterhin einen Gaschromatographen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verdampfen flüchtiger
Verbindungen in einem gemischten Flüssigkeits-Dampf-Strom bereitgestellt,
wobei der Strom einen im Wesentlichen flüssigen Anteil und einen im Wesentlichen
dampfförmigen
Anteil beinhaltet, welches umfasst: eine Vakuumquelle, eine Leitung,
die eine Fluidquelle mit der Vakuumquelle verbindet, wobei die Leitung
eine Vielzahl von Einlässen
und Auslässen,
eine Vielzahl von Verdampfungskammern, gemäß dem ersten Aspekt, wobei
eine jede Verdampfungskammer einen Einlass und einen Auslass aufweist,
wobei ein jeder Verdampfungskammer-Einlass mit einem Leitungsauslass
verbunden ist, und wobei ein jeder Verdampfungskammer-Auslass mit einem
Leitungseinlass verbunden ist, eine Vielzahl von Schiebern, wobei
ein jeder Schieber zwischen einem Leitungsauslass und einem Verdampfungskammer-Einlass
angeordnet ist, sowie eine Vielzahl von Strömungsrichtern, die über die
gesamte Leitung verteilt sind, wobei ein jeder Strömungsrichter
in Bezug auf eine Verdampfungskammer so angeordnet ist, dass er
zwischen der Richtung von Fluid von der Fluidquelle in den Verdampfungskammer-Einlass
und der Richtung von Fluid hinter den Verdampfungskammer-Einlass
auswählen
kann.
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Vorzugsweise
umfasst das System gemäß dem zweiten
Aspekt ein Rückkopplungssystem,
das in Verbindung mit den Strömungsrichtern
und den Messvorrichtungen steht, wobei die Auswahl der Strömungsrichter
von der gemessenen Konzentration der flüchtigen Verbindungen abhängig ist.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Entfernen
flüchtiger Schadstoffe
aus einem belasteten Bereich des Bodens mit einem Wasserspiegel
und einer Zone des Sickerwassers oberhalb des Wasserspiegels bereitgestellt,
die umfasst: eine gelochte Steigleitung, die sich von einer Oberfläche nach
unten bis auf ein Niveau unterhalb des Wasserspiegels erstreckt;
ein Bodenluftabsaugrohr, das mit der gelochten Steigleitung verbunden
ist; eine Vakuumquelle in Fluidverbindung mit dem Bodenluftabsaugrohr,
wobei Dampf und Flüssigkeit
von dem Boden in die Steigleitung und von der Steigleitung in das
Bodenluftabsaugrohr angesaugt und als gemischter Flüssigkeits-Dampf-Strom
an die Oberfläche
transportiert werden können,
wobei der gemischte Flüssigkeits-Dampf-Strom
einen im Wesentlichen flüssigen Anteil
und einen im Wesentlichen dampfförmigen
Anteil aufweist; ein Verdampfungssystem, das wenigstens eine Kammer
gemäß dem ersten
Aspekt oder ein System gemäß dem zweiten
Aspekt umfasst, angeordnet zwischen dem Bodenluftabsaugrohr und der
Vakuumquelle, das den gemischten Flüssigkeits-Dampf-Strom aufnimmt
und wenigstens einen Teil der flüchtigen
Verbindungen in dem im Wesentlichen flüssigen Anteil verdampft, wodurch
ein Dampfvolumen flüchtiger
Verbindungen des im Wesentlichen dampfförmigen Anteils erhöht wird;
sowie einen Dampf-Flüssigkeits-Abscheider,
der den verbleibenden Dampf und die verbleibende Flüssigkeit
aufnimmt und diese in einen einzelnen Dampfstrom beziehungsweise
einen einzelnen Flüssigkeitsstrom trennt.
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Die
vorliegende Erfindung weist wesentliche Vorteile gegenüber aktuellen
Vorrichtungen und Systemen zur Behandlung eines verunreinigten Abwasserstromes
auf. Erstens stellt sie eine Vorrichtung zum Transportieren von
Schadstoffen von der flüssigen
Komponente des Abwasserstromes zu der dampfförmigen Komponente bereit. Dies
ermöglicht, dass
die Schadstoff-Nachtrennung vorwiegend auf die dampfförmige Komponente
des Abwasserstromes beschränkt
werden kann, wodurch die Leistung der Schadstoff-Absaugvorrichtung
erhöht
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung und Systeme
zur Vorbehandlung verunreinigter Flüssigkeiten und Dämpfe bereit,
die aus Böden
mit reduziertem Energiebedarf gewonnen werden. Dies wird erreicht,
indem eine Mehrheit der Schadstoffe mit dem Abwasser in der Phase
behandelt wird, die den geringsten Energieaufwand erfordert.
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Zusätzlich befriedigt
die vorliegende Erfindung einen Bedarf nach der Entwicklung von
Vorrichtungen und Systemen für
die Vorbehandlung von verunreinigten Flüssigkeiten und Dämpfen, die
aus Böden
unter Verwendung von relativ kompakten und kleinen Ausrüstungen
gewonnen werden.
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Konkrete
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die
anhängenden
Zeichnungen beschrieben werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Schadstoff-Absaugvorrichtung
nach dem Stand der Technik, die eingesetzt werden kann, um Bodenschadstoffe
von unterhalb der Bodenoberfläche
zu entfernen.
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2 enthält eine
detaillierte Veranschaulichung eines Ausführungsbeispieles einer Verdampfungskammer
der vorliegenden Erfindung.
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3 beschreibt
ein System zum Verdampfen von flüssigen
Schadstoffen unter Verwendung einer Reihe von Verdampfungskammern
der vorliegenden Erfindung; und
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4 veranschaulicht
eine mögliche
Art, in der die vorliegende Erfindung in eine Schadstoff-Absaugvorrichtung
eingebaut werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenluftabsaugungsvorrichtung
zum Entfernen von Schadstoffen und/oder Schadstoffe enthaltenden Dämpfen oder
Flüssigkeiten
aus dem Boden als einem Zweiphasen-Abwasserstrom. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erhöhung der
Anzahl der Schadstoffe, die von der Flüssigkeitsphase in die Gasphase überführt werden, bevor
die Phasen zwecks Entfernung oder nachfolgender Behandlung getrennt
werden.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschreiben sollen und die die Erfindung nicht einschränken sollen,
veranschaulicht 1 schematisch eine Vorrichtung
zum Durchführen
eines bekannten Verfahrens der Aufbereitung von Bodenflüssigkeiten
und Bodendämpfen,
die Schadstoffe enthalten. Eine Vakuuminduktionsvorrichtung 12 steht über ein
Rohr 14, einen Gas-/Flüssigkeits-Phasenabscheider 16,
wie zum Beispiel ein Flüssigkeitsabscheider
oder eine ähnliche
Vorrichtung, sowie ein Rohr 18 mit dem Rohrformstück 22 in
Fluidverbindung mit einem oder mehreren Vakuumbrunnen 20.
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In
einem repräsentativen
Zweiphasen-Schadstoff-Absaugverfahren bewirkt die Aktivierung der
Vakuuminduktionsvorrichtung 12, dass ein gemischter Flüssigkeits-Dampf-Strom 24 von
dem Boden angesaugt und über
einen Vakuumbrunnen 20 entfernt wird. Der Zweiphasen-Abwasserstrom 24 wird
danach durch das Rohr 18 und in den Phasenabscheider 16 angesaugt.
Das Abwasser wird danach in einen flüssigen Anteil und einen dampfförmigen Anteil
getrennt, die beide über
die Rohrleitungen 26 und 28 zwecks Entsorgung
oder nachfolgender Filtration oder sonstiger Aufbereitung aus dem
Phasenabscheider 16 entfernt werden.
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Bekannte
Verfahren der Aufbereitung verunreinigter Dämpfe sind weitaus wirksamer
und kostengünstiger
als solche, die für
die Aufbereitung von Flüssigkeiten
zur Verfügung
stehen. Aus diesem Grund ist es am besten, Flüssigkeitsphasen-Schadstoffe
in die Gasphase umzuwandeln, wenn eine solche Umwandlung überhaupt
möglich
ist. Eine gewisse Phasenumwandlung tritt natürlich auf, da das Aufbringen
des Vakuums bewirkt, dass ein Teil der flüssigen Teilchen verdampft,
wenn der Abwasserstrom 24 aus dem Boden abgesaugt wird.
Im Idealfall wird die Konzentration der flüchtigen Schadstoffe, die in der
flüssigen
Komponente des Abwassers verbleibt, bis zu einem Punkt reduziert
worden sein, an dem weitere Aufbereitung der Flüssigkeit nicht erforderlich ist,
wenn diese von dem Phasenabscheider 16 entfernt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 2 macht sich die vorliegende
Erfindung den Umstand zunutze, dass ein Teil der flüchtigen
Verbindungen aufgrund des Aufbringens des Vakuums, wenn der Abwasserstrom an
die Oberfläche
transportiert wird, natürlich
verdampft. Wie gezeigt wird, umfasst ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine Verdampfungskammer 100, die einen Fluidsammler 110 umfasst,
der einen Einlass 114 aufweist, durch den der Zweiphasen-Abwasserstrom
in die Verdampfungskammer 100 eintritt, nachdem er aus
dem Boden entfernt worden ist.
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Die
Verdampfungskammer 100 kann mit einem System zur Wiedergewinnung
von Grundwasser verbunden sein, das einen gemischten Flüssigkeits-Dampf-Strom
aufweist, und es kann verwendet werden, um die Menge belasteter
Flüssigkeit
zu reduzieren, indem der dampfförmige
Anteil erhöht
wird. Analog dazu kann die Verdampfungskammer 100 an ein
Bodenluftabsaugungs-, ein Luftverteilungs- oder ein Bioslur ping-Verfahren
angebunden werden. Wenngleich es richtig ist, dass die Schadstoffe,
die unter Verwendung dieser Verfahren entfernt werden, vorrangig
in der Gasphase vorliegen werden, werden die abgesaugten Dämpfe oft
wenigstens einige flüssige
Teilchen enthalten. Die vorliegende Erfindung kann problemlos angepasst
werden, um diese wenigen verbleibenden flüssigen Teilchen zu reduzieren oder
sogar zu eliminieren, wodurch sichergestellt wird, dass der abgesaugte
Dampf trocken ist.
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Noch
immer unter Bezugnahme auf 2 umfasst
die Verdampfungskammer 100 weiterhin ein Fluidtransportrohr 112.
Wie in der Veranschaulichung gezeigt wird, ist ein Ende des Fluidtransportrohres 112 in
dem Fluidsammler 110 angeordnet, und das andere Ende steht über den
Auslass 120 mit einer Vakuuminduktionsvorrichtung 12 in
Verbindung. In Betrieb bewirkt das Aufbringen des Vakuums, dass der
Abwasserstrom 24 durch den Einlass 114 in die Verdampfungskammer 100 angesaugt
wird. Fortgesetztes Aufbringen des Vakuums bewirkt, dass der Abwasserstrom 24 von
dem Fluidsammler 110 in das Fluidtransportrohr 112 und
aus der Verdampfungskammer 100 gesaugt wird. Wenngleich
die Schadstoffe vor dem Transport des Abwasserstromes 24 durch
die Verdampfungskammer 100 vorhanden waren, werden diese
Schadstoffe nunmehr in einem wesentlich größeren Dampfanteil vorliegen.
Ablagerungen verschiedener Materialien, wie zum Beispiel von Bodenteilchen
oder Calciumablagerungen, können sich
an dem Boden des Fluidsammlers 110 ansammeln. Diese Materialien
können
problemlos aus dem Fluidsammler entfernt werden, indem der Ablauf 118 geöffnet wird,
wodurch das Material zwecks Entsorgung oder Aufbereitung ausgetragen
werden kann. Analog dazu kann der verdampfte Abwasserstrom 24 über den
Auslass 120 zwecks Phasentrennung und nachfolgender Aufbereitung
und Rückführung einer Phase
oder beider Phasen aus dem Fluidtransportrohr 112 entfernt
werden. Es ist zu beachten, dass der Auslass 120 und/oder
der Ablauf 118 auch genutzt werden können, um nach Bedarf die Strömung von
Dampf durch das Fluidtransportrohr 112 und den Fluidsammler 110 zu
verhindern.
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Das
Vakuum, das auf den Vakuumbrunnen 20 aufgebracht wird,
wird aufgrund der Reibungsverluste, die durch den Vakuumbrunnen 20 und
die Rohrleitung 18 auftreten, typischerweise geringer sein
als das Vakuum, das auf die Verdampfungskammer 100 aufgebracht
wird. Die Veränderung
des Vakuumverlustes wird vorrangig von den Oberflächenbedingungen
abhängig
sein. Zum Beispiel können
in einem Ausführungs beispiel
der Erfindung die Vakuumgefälle
zwischen 29,9 und 18 Zoll Quecksilbersäule (0,94 und 0,56 bar) betragen.
Andererseits werden Verluste typischerweise nicht in Verdampfungskammern 100 auftreten,
das heißt
die Vakuumniveaus in den verschiedenen Verdampfungskammern werden
typischerweise konstant bleiben. Wenn dies erwünscht ist, können die
Vakuumniveaus in einigen oder in allen Verdampfungskammern 100 durch
das Stellventil 120 beeinflusst werden. Die Erfindung wird
in dieser Schrift mit einer einzelnen Vakuuminduktionsvorrichtung 12 beschrieben,
die in Verbindung mit der Verdampfungskammer 100 und dem
Vakuumbrunnen 24 steht, jedoch ist die Erfindung nicht
auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Es ist möglich,
die Erfindung so auszulegen, dass das auf die Kammer 100 und
den Vakuumbrunnen 20 aufgebrachte Vakuum von verschiedenen
Quellen kommt. Es ist an dieser Stelle zu beachten, dass eine Messvorrichtung 124,
wie zum Beispiel ein Gaschromatograph oder eine ähnliche Vorrichtung, die den
Feuchtigkeitsgehalt eines Dampfes detektiert, in dem Auslass 120 angeordnet
werden kann, um die Dampfkonzentration des Abwasserstromes 24 zu
messen, wenn dieser aus der Verdampfungskammer 100 austritt.
Eine solche Vorrichtung kann verwendet werden, um zu bestimmen,
ob Flüssigkeitsaufbereitung
nach Absaugung für
den Abwasserstrom 24 bereitgestellt werden muss, um Schadstoffe
weiter zu entfernen.
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Unter
Bezugnahme auf 3 umfasst ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein System 200 zum Verdampfen flüchtiger
Verbindungen, welches den Anschluss von zwei oder mehr Verdampfungskammern 100 untereinander
sowie Verbindung einer Kammer 100 mit dem Auslass eines Schadstoff-Absaugungssystems
erfordert. Der Einsatz eines Verdampfungssystems 200 anstelle
einer einzelnen Verdampfungskammer 100 zum Verdampfen flüssiger Schadstoffe
vor dem Trennen der Phasen zwecks nachfolgender Aufbereitung wird üblicherweise
ermöglichen,
dass ein größeres Volumen des
flüssigen
Anteils des Abwassers in Dampf umgewandelt werden kann als jenes,
das aus der Verwendung von nur einer Kammer resultiert.
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Wie
gezeigt wird, steht die Vakuuminduktionsvorrichtung 12 über das
Rohr 18 in Fluidverbindung mit dem Abwasserstrom 24.
In diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist das Rohr 18 mehrere Öffnungen
auf, die über
seine gesamte Länge für Bewegung
von Fluid in das und aus dem Rohr verteilt sind, auf. Insbesondere
ist ein jeder Auslass 120 mit einer Öffnung in dem Rohr 18 verbunden,
wodurch ermöglicht
wird, dass verdampftes Abwasser in das Rohr 18 eintritt,
wenn es durch die Fluidtransportrohre 112 aus den Verdampfungskammern 100 austritt.
Zusätzlich
ist ein jeder Einlass 114 der mehreren Verdampfungskammern 100 über ein
Verbindungsrohr 204 mit einer Öffnung in dem Rohr 18 verbunden.
Ein Schieber 202 ist in einem jeden Rohr 204 zwischen
der Öffnung
in dem Rohr 18 und dem entsprechenden Einlass 114 angeordnet,
um Strömung
von Abwasser in die jeweilige Verdampfungskammer 100 nach
Bedarf zu verhindern. Weiterhin können alle Schieber verwendet
werden, um das Verdampfungssystem 200 erforderlichenfalls
zu umgehen. Strömungsrichter 206a, 206b und 206c sind
in dem Rohr 18 angeordnet, um erforderlichenfalls den Durchgang
von Fluid zu verhindern.
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In
Betrieb ermöglicht
diese Konfiguration, bei der die Einlässe 114 und die Auslässe 120 der
mehreren Verdampfungskammern 100 mit den Öffnungen
in dem Rohr 18 verbunden sind, dass die meisten oder alle
flüchtigen
Verbindungen des ursprünglichen
verunreinigten Abwasserstromes 24 verdampft werden, wodurch
die Notwendigkeit der Entfernung oder Aufbereitung flüchtiger
Schadstoffe praktisch beseitigt wird.
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Nach
wie vor unter Bezugnahme auf 3 bewirkt
das Aufbringen des Vakuums von der Vakuuminduktionsvorrichtung 12,
dass der Strom 24 verunreinigten Abwassers von dem Boden
und dem Vakuumbrunnen 20 in das Rohr 18 strömt. Erneut
ist die Verwendung einer einzelnen Vakuuminduktionsvorrichtung 12 in
Verbindung mit dem Vakuumbrunnen 20 und einer Verdampfungskammer 100 oder
mit mehreren Verdampfungskammern 100 für eine erfolgreiche Ausführung der
Erfindung nicht erforderlich. Es ist möglich, die Erfindung so zu
konfigurieren, dass verschiedene Vakuumquellen mit dem Vakuumbrunnen 20 und
mit einer Verdampfungskammer 100 oder mit mehreren Verdampfungskammern 100 in Verbindung
stehen. Der erste Strömungsrichter 206a wird
so angeordnet, dass er Fluid von dem Vakuumbrunnen 20 entweder
zu der Verdampfungskammer 100 oder hinter die Verdampfungskammer
und in das Rohr 18 umleitet.
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Wenn
der Strömungsrichter 206a geschlossen
ist, wird verunreinigtes Abwasser 24 durch das Rohr 204 und
den Einlass 114 in die erste Verdampfungskammer 100 strömen, wodurch
bewirkt wird, dass ein großer
Teil der flüchtigen
Verbindungen verdampft wird, wenn der Abwasserstrom durch das Fluidtransportrohr 112 hindurchgeht.
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Erneut
kann verbleibendes Abwasser über den
Ablauf 118 aus dem Fluidsammler entfernt werden. Solange
der Auslass 120 geöffnet
ist, wird der Abwasserstrom 24 durch das Rohr 18 hindurch
und zu dem Punkt A gehen.
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Ein
offensichtlicher Grund, eine Verdampfungskammer 100 oder
mehrere Verdampfungskammern 100 zu umgehen, wäre es, deren
Nutzung zu verhindern, wenn bei dieser oder diesen eine Betriebsstörung vorliegt.
Umgehung der Kammer oder Kammern wäre darüber hinaus für routinemäßige Wartungsarbeiten
an einer Kammer oder an allen Kammern erforderlich. Zusätzlich kann
eine Kammer 100 oder können
mehrere Kammern 100 betrieben werden, um die gewünschte Verdampfung
flüchtiger Verbindungen
aus dem Flüssigkeitsstrom
zu erzielen. Wenngleich es bei der Installation als notwendig erscheinen
mag, eine Vielzahl von kammern innerhalb eines einzelnen Systems 200 anzuschließen, um
die entsprechende Menge von Schadstoffen zu verdampfen, können es
nachfolgende Bodenbedingungen ermöglichen, zu einem späteren Zeitpunkt weniger
als alle kammern zu betreiben. Der Einbau von Ventilen 202 und 206 wäre unter
solchen Umständen
offensichtlich vorteilhaft, da diese verwendet werden können, um
die entsprechende Anzahl von kammern 100 jederzeit zu betreiben
und/oder abzuschalten. Zum Beispiel kann ein System 200,
das mehrere kammern 100 enthält, an einem Standort installiert
werden, der zu bestimmten Zeiten des Jahres ein großes Volumen
von Grundwasser enthält
und zu anderen Zeiten ein weitaus kleineres solches Volumen. Alle
kammern würden
bei Installation und in der Zeit des Jahres, in der der Boden gesättigt ist,
genutzt werden, während
eine Kammer oder mehrere kammern umgangen werden kann oder können, wenn
der Boden trockener ist. Die umgangenen Kammern 100 würden offensichtlich
später
erneut genutzt werden, wenn der Boden zur Sättigung zurückkehrt, wodurch zusätzliche
Verdampfung flüchtiger
Verbindungen erforderlich ist.
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Wen
die Einlässe 202a und 202b geschlossen
sind und wenn die Strömungsrichter 206a und 206b geöffnet sind,
wird der verdampfte Abwasserstrom 24 die zweite Verdampfungskammer 100 umgehen
und zwecks Phasentrennung und anderer notwendiger Aufbereitungen
aus dem Rohr 18 austreten.
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Wenn
jedoch der Abwasserstrom 24 einen Punkt A erreicht, wenn
der Einlass 202b geöffnet
und der Strömungsrichter 206b geschlossen
ist, wird der Abwasserstrom 24 durch deren Einlass 114 in
die zweite Verdampfungskammer 100 eintreten, und noch in
dem Abwasserstrom 24 verbleibende flüchtige Verbindungen werden
erneut verdampft. Dies bewirkt, dass eine noch größere Menge
von flüchtigen Verbindungen
vor der Phasentrennung in die Gasphase eintreten werden. Ein Teil
des Abwassers kann erneut in dem zweiten Fluidsammler 110 in
der Flüssigkeitsphase
verbleiben und über
den Ablauf 118 entfernt werden. Unter der Annahme, dass
der zweite Auslass 120b geöffnet ist, wird der Abwasserstrom 24 in
das Rohr 18 eintreten und sich zu dem Punkt B bewegen.
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Wenn
analog dazu der Einlass 202c geschlossen ist und der Strömungsrichter 206c geöffnet ist,
wird der Abwasserstrom 24 die dritte Verdampfungskammer 100 umgehen
und aus dem Rohr 18 austreten, um in eine flüssige Komponente
und eine gasförmige
Komponente getrennt zu werden und um notwendige Aufbereitung nach
dem Trennen zu untergehen. Wenn jedoch der Einlass 202c geöffnet ist und
der dritte Strömungsrichter 206c geschlossen ist,
wird der Abwasserstrom 24 in die dritte Verdampfungskammer 100 eintreten,
um die verbleibenden flüchtigen
Verbindungen einem weiteren Verdampfungsschritt zu unterwerfen,
nachdem der Abwasserstrom 24 zu dem Rohr 18 zurückgeführt und
abtransportiert wird zwecks Trennung und Aufbereitung nach der Trennung.
Wenngleich das Verdampfungssystem 200 hierin in Verbindung
mit drei Verdampfungskammern beschrieben wird, kann eine beliebige
Anzahl von Verdampfungskammern 100 auf die oben beschriebene
Art und Weise angeschlossen werden, und die Erfindung ist nicht
auf die Verwendung von drei Kammern beschränkt. Somit kann der verdampfte
Abwasserstrom 24 wie in der Veranschaulichung angedeutet
aus dem Verdampfungssystem 200 austreten oder aber durch
den vierten und durch nachfolgende Einlässe 202 und in zusätzliche
Verdampfungskammern 100 strömen.
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Wie
weiter oben bereits ausgeführt
wurde, kann eine Messvorrichtung 124 in beliebigen oder
allen Auslässen 120 angeordnet
werden, um die Dampfkonzentration in dem Abwasserstrom 24 zu messen,
wenn dieser aus der Verdampfungskammer 100 austritt. Wenn
sie in dieser Konfiguration beinhaltet ist, kann die Messvorrichtung 124 verwendet
werden, um die Richtung der Strömung
des Abwasserstroms 24 zu steuern. Somit kann der Abwasserstrom 24 entweder
hinter verbleibende Strömungsrichter 206 und
aus dem System hinaus strömen
oder aber in zusätzliche
Verdampfungskammern 100 hinein, um das Dampfvolumen des
Abwasserstroms 24 ausgehend von den Daten der Messvorrichtung 24 weiter
zu erhöhen.
Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die durch die Strömungsrichter 206 vorgegebene
Strömungsrichtung
manuell ausgewählt
werden kann oder aber durch Einbau eines automatischen Rückkopplungssystems,
das Messdaten von der Messvorrichtung 124 an die Strömungsrichter 206 überträgt, so dass
der Strömungsrichter 206 den
Abwasserstrom aus dem System hinaus leiten wird, wenn die Dampfkonzentration
von flüchtigen
Schadstoffen ausreichend hoch ist, oder dass er den Abwasserstrom 24 in
eine andere Verdampfungskammer 100 leiten wird, wenn die
Dampfkonzentration für
die wirkungsvollste Nachaufbereitung zu niedrig ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 umfasst ein anderes Ausführungsbeispiel
der Erfindung den Anschluss entweder einer Verdampfungskammer 100 oder
einer Vielzahl von Kammern, die ein Verdampfungssystem 200 ausbilden,
an einen Vakuumbrunnen 20 oder an eine ähnliche Vorrichtung zum Entfernen
flüssiger
und/oder gasförmiger
Schadstoffe aus einem belasteten Bereich des Bodens. Eine Art von Schadstoff-Absaugvorrichtung
umfasst eine gelochte Steigleitung 302, die sich von der
Oberfläche
des Bodens nach unten bis auf ein Niveau unterhalb des Wasserspiegels 306 erstreckt.
Ein Bodenluftabsaugrohr ist mit der gelochten Steigleitung 302 verbunden, und
eine Vakuuminduktionsvorrichtung 12 steht in Fluidverbindung
mit dem Bodenluftabsaugrohr 304, um zu bewirken, dass Dampf
und Flüssigkeit
von dem Boden in die Steigleitung und von der Steigleitung in das
Bodenluftabsaugrohr angesaugt und als gemischter Flüssigkeits-Dampf-Strom 24 zu
der Oberfläche
transportiert werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann oder können
eine Verdampfungskammer 100 oder mehrere Verdampfungskammern 100 in
dem Rohr 18 zwischen dem Bodenluftabsaugrohr 304 und der
Vakuuminduktionsvorrichtung 12 angeordnet werden. Der gemischte
Flüssigkeits-Dampf-Strom 24 wird
durch den Einlass 114 transportiert, und wenigstens ein
Teil der flüchtigen
Schadstoffe in Flüssigkeitsphase
des Abwasserstromes 24 wird verdampft. In dem Fall einer
einzelnen Verdampfungskammer 100 kann das verdampfte Abwasser 24 danach
zu einem Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 16 (wie
er in 1 veranschaulicht wird) transportiert werden,
der den verbleibenden Dampf und die verbleibende Flüssigkeit
aufnimmt und diese zwecks nachfolgender Aufbereitung in einen einzelnen
Dampfstrom und einen einzelnen Flüssigkeitsstrom trennt. Wenn
ein Verdampfungssystem 200 verwendet wird, wird der flüs sige Dampfstrom 24 mehrmals
einer Verdampfung unterzogen, wenn er durch eine oder mehrere zusätzliche
Verdampfungskammern 100 hindurchgeht, wobei sich die Menge
der in der Gasphase vorliegenden flüchtigen Verbindungen jedes
Mal erhöht, wenn
der Strom durch eine Kammer 100 hindurchgeht.
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Erneut
können
Messvorrichtungen 124 mit den Auslässen 120 verbunden
werden, um die Dampfkonzentration des austretenden Abwasserstromes
zu messen. Die Strömungsrichter 206 können manuell
oder automatisch angesteuert werden, um die Strömung des Abwasserstromes 24 zu
der wirkungsvollsten Nachaufbereitung zu richten.