DE19851256C2 - Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen, Erdstoffen, Lockergestein oder recycelten Baumaterialien unter Verwendung von Tonmineralien und Bindemitteln.

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 wirtschaftli­ che 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 Makroeinkapselung 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 Gew.-% an Tonmineralien aufweisende Material mit einem Anteil an Einbindungsmittel von 1 bis 60 Gew.-%, 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.

Aus der DE 41 05 707 A1 ist ein Verfahren zum Aufbereiten von kontaminierten Gewässerse­ dimenten zu einem umweltverträglich auf einer Haldendeponie deponierbaren Material vor­ bekannt. Die zu konditionierenden kontaminierten Gewässersegmente werden in einem ers­ ten Schritt entwässert und anschließend homogen zerkleinert. Die so zerkleinerten Gewäs­ sersedimente werden dann mit einem kaolinitischen Tonmehl zu einer Sediment-Kaolinit-Mi­ schung homogen vermischt. Ganz speziell soll das dort eingesetzte Tonmehl nicht quellfähig sein, um ein innerkristallines Quellen auszuschließen. Zum Erhalt einer hohen Dauerfestigkeit wird dann der Sediment-Kaolinit-Mischung Kalkhydrat zugemischt oder es erfolgt eine Zu­ gabe 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 dor­ tigen Verhältniswerte insbesondere der Zugabe von Zement je Tonne Bohrschlamm lassen erkennen, dass im Vordergrund die Abbindung steht, um einen betonähnlichen Stoff zu er­ halten.

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 von schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen An­ fallstoffen anzugeben, das es gestattet, bei einem vertretbaren Aufwand von einzusetzenden Tonmineralien gegebenenfalls vorhandene Schadstoffkomponenten bereits in einer frühen Phase ausreichend und sicher zu binden, wodurch es möglich wird, ein Vor-Ort-Verfüllmate­ rial 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.

Das Verfahren kann auch für nichtkontaminierte Lockergesteine oder recycelte Materialien wie keramische und/oder mineralisch gebundene Baustoffe oder recycelte Straßenbaumate­ rialien angewendet werden.

Erfindungsgemäß wird verfahrensseitig zunächst eine wässrige Suspension enthaltend im wesentlichen 50 bis 100 g Tonmehl auf 1 l Wasser in einem intensiven Mischprozeß gebildet, wodurch sich ein Energieeintrag einstellt, welcher das Quellverhalten unterstützt und die Schichtzwischenräume der Tonminerale der Suspension vergrößert.

Durch das Vermischen der staubförmigen bis grobkörnigen Anfallstoffe mit der oben ge­ nannten Suspension können dann Schadstoffe bzw. Schadstoffkomponenten in die Schicht­ zwischenräume der Tonminerale aufgenommen bzw. eingelagert werden, wodurch der ge­ wünschte Adsorptions- und Bindungseffekt eintritt.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird anorganisches hydraulisches Bindemittel zum Verfestigen der Mischung zugegeben. Die Zugabe des anorganischen Bindemittels bewirkt demnach sowohl die Verfestigung der An­ fallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Wasser-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 wird diesen eine Menge von 10 bis 40 Masse-% Tonmehlsuspension und eine Menge von 1 bis 10 Masse-% anorganisches hydraulisches Bindemittel jeweils bezogen auf den Anfallstoff zugegeben. Bevorzugt wird als Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt. Bentonit ist ein Ton, der neben wenig Quarz überwiegend das Tonmineral Montmorillonit enthält und der aus der Verwitterung vulkani­ scher Aschen oder junger, heller, größtenteils glasig erstarrter Erdgußgesteine entstanden ist.

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

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

Bezogen auf das kontaminierte Ausgangsma­ terial, d. h. den Anfallstoff, wird eine Menge von 1 bis 10 Masse-% anorganisches hydraulisches Bindemittel dem Gemisch aus Anfallstoff/Tonmehlsuspension zugegeben, wobei sich die Tonminerale mit den angelagerten Schadstoffen in die Bindemittelmatrix einbinden und anschließend ein Aushär­ ten des Gemisches aus Tonmehl, Anfallstoff, anorganischem Bindemittel und Wasser erfolgt.

Um das Aus- bzw. Erhärtungsverhaften steuern zu können, besteht die Möglichkeit, dem Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Gemisch Abbindebeschleuniger oder -verzögerer zuzugeben. Entsprechende Abbindebeschleuniger oder Erstarrungsverzögerer sind aus der Bezontechno­ logie bekannt.

Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Verfestigen von unkonta­ miniertem Lockergestein natürlichen Ursprungs, wie Schluff, Sand, Kies oder dergleichen Materialien, aber auch von recyceltem Material, sogenanntem RC-Sand im Korngrößenbe­ reich von 0 bis 100 mm.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Beim Ausführungsbeispiel wurde von einem kontaminierten RC-Material vorliegend im Korn­ gemisch 0-8 mm ausgegangen.

Das recycelte Material kann auf eine bestimmte Korngröße verbrachtes Bauschuttmaterial, aber auch Material aus dem Straßenbausektor, z. B. Fahrbahnaltbeläge, welche Teer und andere Schadstoffe enthalten, umfassen.

Die durch intensiven Mischprozeß z. B. mit einem Kolloidial-Mischer gebildete Bentonitsuspen­ sion entstand durch Zugabe von 60 g Aktivbentonit auf 1 l Wasser.

Eine entsprechende Menge des RC-Materials wurde mit 16 Masse-% der Tonmehlsuspension ei­ nem weiteren Mischprozeß unterzogen.

Danach erfolgt eine Zugabe von Bindemittel, z. B. gemäß Ausführungsbeispiel 2 Masse-% Portlandzement CEM I 52,5 R.

Die Bentonitsuspension führte zu einem Absorbieren der Schadstoffe und einem Einbinden dieser, wobei die Portlandzement-Zugabe eine weitere Fixierung der Schadstoffe in der Mat­ rix sowie die gewünschte Verfestigung der Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Wasser-Mischung gewährleistet.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen, Erdstoffen, Lockergestein oder recycelten Baumaterialien mit folgenden Schritten:

• - Bilden einer wässrigen Suspension bestehend aus 50 bis 100 g Tonmehl je 1 Liter Wasser durch einen Intensiv-Mischprozess,
• - Vermischen der oben genannten Stoffe mit der vorbereiteten wässrigen Suspension,
• - Aushärten und Verfestigen der erhaltenen Mischung durch anorganisches hydraulisches Bindemittel, wobei den oben genannten Stoffen 10 bis 40 Masse-% Tonmehlsuspension und 1 bis 10 Masse-% anorganisches Bindemittel jeweils bezogen auf den jeweiligen oben genannten Anfallstoff zugegeben werden.

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

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

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