DE19909817C2 - Verfahren zum Verfestigen schadstoffhaltiger flüssiger bis pastöser Anfallstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen schadstoffhaltiger flüssiger bis pastöser Anfallstoffe.

Es ist bekannt, daß in Böden eindringende Schadstoffe, insbesondere dann, wenn diese san­ dig und flüssigkeitsdurchlässig sind, das Grundwasser verunreinigen und somit zu einer Ge­ fährdung der Trinkwasserversorgung führen können. Gegebene technische und wirtschaft­ liche Nachteile bisher bekannter Sanierungsmaßnahmen, wie z. B. das Abtragen von Boden­ schichten, das Absenken des Grundwassers durch Einbringen von Barrieren in den Boden und/oder Abpumpen der Schadstofflösungen sowie die hier gegebenen Risiken haben zu Methoden geführt, bei denen vom Grundgedanken der Immobilisierung der Schadstoffe aus­ gegangen wird.

Zu den bekannten Immobilisierungs-Methoden gehört die Mikroeinkapselung, wobei hier eine Injektion von Verfestigungs- und Abdichtungsmitteln in den Schadstoffbereich erfolgt, um die Schadstoffe vor Ort zu binden. Das Umschließen eines Schadstoffbereichs mit einer bentonit- oder tonhaltigen vertikalen Abdichtung in Form einer Dichtwand wird als Makroein­ kapselung bezeichnet.

Aus der PCT WO 83/01204 ist ein Verfahren zur Lagerung von organisch belasteten Minera­ lien bekannt, welche zur Adsorption in einem organophilen Bentonit eingebunden werden. Nachteilig ist, daß dort der gesamte Müllkörper mit organischem Bentonit versetzt oder Sickerwasser durch einen Filterkörper aus organophilem Bentonit gepumpt werden muß. Zur Deponieabdeckung muß demnach eine Lage aus reinem organophilen Bentonit ausgebildet werden.

Aus der DE 43 22 331 A1 ist ein Verfahren zum Immobilisieren von in Mauerwerken enthal­ tenen Schadstoffen anorganischer oder organischer Natur mittels eines Einbindungsmittels, bestehend aus einem Tonmineralgemisch, Zement und/oder Flugasche vorbekannt. Gemäß der dortigen Aufgabenstellung sollen die mit Schadstoffen belasteten Materialien zu einem Abfallkörper ausgebildet werden, wobei dieser Körper selbst als Barriere wirksam wird und daher auf Deponien endgelagert werden kann.

Das nach DE 43 22 331 A1 verwendete Einbindungsmittel besteht aus einem Tonmineralge­ misch, Zement und/oder Flugasche, wobei das zu behandelnde, einen Gehalt von bis zu 60 M% an Tonmineralien aufweisende Material mit einem Anteil an Einbindungsmittel von 1 bis 60 M%, bezogen auf das Material und einen für die hydraulische Bindung erforderlichen Wasseranteil gemischt und in die Form eines dichten Bindemittel-Gesteingefüges gebracht wird. Hierfür muß das zu behandelnde Material vorab zerkleinert werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß enthaltene Schadstoffe verschiedener Natur nicht ausrei­ chend gebunden werden können, wodurch die Gefahr besteht, daß bei der Endlagerung un­ ter Wasserzufuhr entsprechende Schadstoffkomponenten herausgelöst werden und in das Grundwasser eindringen. Es wird zwar mit der bekannten Lösung durch die Bentonit-Anteile und das hierdurch gegebene Quellvermögen das Bindemittel-Gesteingefüge als Barriere ge­ genüber Drittschadstoffen wirksam, die Gefahr des Austretens von Schadstoffen aus dem Gesteingefüge selbst kann jedoch, wie dargelegt, nicht ausgeschlossen werden. Besonders problematisch ist darüber hinaus das Immobilisieren von Schadstoffen in flüssigen oder pastösen Stoffen.

Aus der DE 41 05 707 A1 ist ein Verfahren zum Aufbereiten von kontaminierten Gewässer­ sedimenten zu einem umweltverträglich auf einer Haldendeponie deponierbaren Material vorbekannt. Die zu konditionierenden kontaminierten Gewässersegmente werden in einem ersten Schritt entwässert und anschließend homogen zerkleinert. Die so zerkleinerten Ge­ wässersedimente werden dann mit einem kaolinitischen Tonmehl zu einer Sediment-Kaolinit- Mischung homogen vermischt. Ganz speziell soll das dort eingesetzte Tonmehl nicht quellfä­ hig sein, um ein innerkristallines Quellen auszuschließen. Zum Erhalt einer hohen Dauerfes­ tigkeit wird dann der Sediment-Kaolinit-Mischung Kalkhydrat zugemischt oder es erfolgt eine Zugabe von Zement.

Bei den Verfahren zur Bindung anorganischer Substanzen und anderer Stoffe in Rückständen aus Müllverbrennungsanlagen nach DE 195 20 393 A1, werden feste Schadstoffe intensiv mit den Oberflächen zugemischter Tonmineralien unter kontrollierter Wasserzugabe in Kontakt gebracht, um ein bodenähnliches Stabilat zu erhalten, dessen Eluat-Werte gesetzlich vorgegebene Grenzwerte zur Deponierung und/oder Wiederverwendung nicht überschreiten. Irgendwelche Hinweise auf eine Verwendung von aktivierten Bentonit oder die einzuhaltenen Zugabemengen von Bentonit oder quellfähigem Tonmehl je Menge kontaminierter Flüssigkeit sind diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen.

Bei dem Verfahren nach der US-PS 4,547,290 handelt es sich um ein Aufbereiten von flüssi­ gen sauren oder alkalischen Abfällen, jedoch ist dort eine dreistufige Behandlung erforder­ lich. So muß nach dem Vormischschritt ein Neutralisieren unter Beachtung der pH-Grenz­ wertproblematik vorgenommen werden, wonach dann in einem dritten Schritt die Zugabe von z. B. hydraulischem Bindemittel zum endgültigen Verfestigen erfolgt. Irgendwelche Hin­ weise auf die spezielle Verwendung von Bentonit oder einem besonders quellfähigen Ton­ mehl sind nicht zu entnehmen.

Bei dem Aufbereitungsverfahren von Ton oder tonigen Massen nach DE 38 12 705 A1 geht es darum, das aufbereitete Material für einen späteren Einsatz bei Deponieabdichtungen oder Deponieauskleidungen zu verwenden. Um einen aktivierten Ton zu schaffen, muß nach diesem Stand der Technik zunächst für ein Austreiben des Kapillarwassers gesorgt werden, wobei gleichzeitig lösliche Verunreinigungen zu entfernen sind.

Die DE 39 39 513 A1 stellt auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Bohrschlamm ab. Die dortigen Verhältniswerte insbesondere der Zugabe von Zement je Tonne Bohrschlamm las­ sen erkennen, dass im Vordergrund die Abbindung steht, um einen betonähnlichen Stoff zu erhalten.

Bei dem Verfahren zur Entsorgung von nicht aufarbeitbaren Altölen und Ölersatzstoffen nach DE 36 01 357 A1 wird der zu entsorgende Stoff mit einem aus einem feindispersen Partikel­ system bestehenden Zuschlag versetzt und es ist ein Anmachwasser vorhanden, das mit einem hochpolymeren organischen Kleber versehen wird. Eine separate Suspension mit sehr geringen Zugabemengen von quellfähigem Tonmehl liegt dort nicht vor.

Die DE 42 24 537 A1 lehrt zwar den Einsatz quellfähiger Tone oder anderer quellfähiger Schichtsilikatverbindungen als Viskositätsbildner, jedoch werden keine Hinweise gegeben, die in einen Bereich orientieren, der auf geringe Tonmehlzugabemengen zielt.

Letztendlich ist das Behandlungsverfahren für gefährliche Abfallstoffe nach DE 690 20 886 T2 auf ein Tonprodukt, nämlich einen sogenannten verbrauchten Ton gerichtet. Es geht also dort um das Stabilisieren von Alttonen, welche selbst kontaminiert sind, in Beton, wobei die Abfallstoffe einer aufwendigen Vorbehandlung zu unterziehen sind.

Es ist unter Berücksichtigung des geschilderten Standes der Technik Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verfestigen schadstoffhaltiger Anfallstoffe anzugeben, das es gestattet, bei einem vertretbaren Aufwand von einzusetzenden Tonmineralien die Schadstoffkompo­ nenten bereits in einer frühen Phase ausreichend und sicher zu binden, wodurch es möglich wird, ein Vor-Ort-Verfüllmaterial zu schaffen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß Definition nach der Lehre des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Demnach werden verfahrensseitig zunächst die Anfallstoffe in einem intensiven, kurzzeitigen Mischprozeß mit Tonmehl vermengt, wodurch sich ein Energieeintrag einstellt, welcher das Quellverhalten des Tonmehls unterstützt und die Schichtzwischenräume der Tonmineralien vergrößert.

In die Schichtzwischenräume können dann Schadstoffe bzw. Schadstoffkomponenten aufge­ nommen bzw. eingelagert werden, wodurch der gewünschte Adsorptions- und Bindungsef­ fekt eintritt.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann unmittelbar im Anschluß an den Intensiv­ mischprozeß oder im vorgegebenen Maße zeitlich beabstandet der Mischung anorganisches Bindemittel zum Verfestigen zugegeben. Die Zugabe des anorganischen Bindemittels bewirkt demnach sowohl die Verfestigung der Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Flüssigkeit-Mischung als auch dadurch bedingt das Einbinden der Schadstoffe in die gegebene Matrix.

In Abhängigkeit von den Eigenschaften bzw. der Zusammensetzung des oder der Anfallstoffe werden diesen 50 bis 100 g Tonmehl je 1 l Anfallstoff zugegeben. Bevorzugt wird als Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt. Bentonit ist ein Ton, der neben wenig Quarz überwie­ gend das Tonmineral Montmorillonit enthält und der aus der Verwitterung vulkanischer Aschen oder junger, heller, größtenteils glasig erstarrter Erdgußgesteine entstanden ist.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß innerhalb der angegebenen Bereichsgrenzen der Zu­ gabe von Tonmehl bzw. von anorganischem Bindemittel die Endfestigkeiten je nach dem sich anschließenden Verwendungszweck oder der Art der Endlagerung eingestellt werden können, ohne daß sich die vorteilhaften Eigenschaften bezüglich des Einbindens der Schad­ stoffe nachteilig verändern.

Als anorganisches Bindemittel wird bevorzugt auf Zement, Flugasche oder gebrannten Kalk bzw. aus einem Gemisch dieser zurückgegriffen.

Es wird bezogen auf das kontaminierte Ausgangsma­ terial, d. h. den Anfallstoff, eine Menge von 2 bis 10 Gew.-% anorganisches Bindemittel dem Gemisch aus Anfallstoff/Tonmehl zugegeben, wobei sich die Tonminerale mit den angela­ gerten Schadstoffen in die Bindemittelmatrix einbinden und anschließend ein Aushärten des Gemisches aus Tonmehl, Anfallstoff, anorganischem Bindemittel und Wasser erfolgt.

Um das Aus- bzw. Erhärtungsverhalten steuern zu können, besteht die Möglichkeit, dem Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Gemisch Abbindebeschleuniger oder -verzögerer zuzugeben. Entsprechende Erstarrungsverzögerer sind aus der Betontechnologie bekannt, wobei wir­ kungsseitig die Hydratationswärmeentwicklung entsprechend der gewünschten Verzögerung langsamer verläuft.

Die Wirkung von Beschleunigern geht auf den Einsatz von Salzen wie z. B. Carbonaten, Alu­ minaten, Silikaten, Nitriten oder Formiaten zurück.

Pastösen Anfallstoffen wird zunächst Wasser zugeführt, so daß diese eine flüssige Konsistenz erhalten. Im Anschluß wird dem quasi verflüssigten Anfallstoff das Tonmehl wie vorstehend beschrieben zugegeben.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Erfolgreiche Versuche wurden bei der Verfestigung von Spülschlamm aus dem Tagebaurest­ loch Großkayna vorgenommen.

Je 1 l Spülschlamm wurde eine Zugabe von 60 bis 75 g Aktivbentonit vorgenommen und es erfolgte ein intensives Mischen mit Hilfe eines kolloidalen Mischers. Entscheidend ist das be­ sonders intensive Vermischen des Gemenges in einer kurzen Zeit, so daß Ausmischeffekte vermieden werden können. Der Mischprozeß dient dem Energieeintrag dergestalt, daß die Schadstoffe in sich ausbildende Schichtzwischenräume der Tonmineralien bzw. des Aktiv­ bentonits eingebunden und dort fixiert werden können.

Das so dem Intensivmischen unterzogene Gemenge wird im Anschluß mit anorganischem hydraulischem Bindemittel, beim Ausführungsbeispiel Portlandzement CEM 1 52,5 R in einer Menge von 97 g je 1 l Spülschlamm versetzt.

Die Portlandzementzugabe führt zu einem Verfestigen der Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel- Mischung.

Das so verfestigte Gebilde kann dann einer Endlagerung zugeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verfestigen schadstoffhaltiger flüssiger bis pastöser Anfallstoffe mit folgen­ den Schritten:

• - der oder die Anfallstoffe werden intensiv mit einem quellfähigen Tonmehl vermischt, wobei pastöse Anfallstoffe zunächst durch Wasserzugabe in eine flüssige Konsistenz überführt und dem Anfallstoff 50 bis 100 g quellfähiges Tonmehl je 1 Liter kontaminierter Flüssigkeit zugegeben werden.
• - unmittelbar im Anschluss an den Intensiv-Mischprozess oder zeitlich beabstandet wird der Mischung 2 bis 10 Gew.-% anorganisches Bindemittel, bezogen auf den Anfallstoff zugegeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als quellfähiges Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als anorganisches Bindemittel Zement und/oder Flugasche und/oder gebrannter Kalk eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Gemisch aus Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel Abbindebeschleuniger oder -verzögerer zur Steuerung des Aushärtevorgangs zugegeben wird.