DE2456225A1

DE2456225A1 - Verfahren zur beseitigung von abwasserschlamm und dessen verwendung

Info

Publication number: DE2456225A1
Application number: DE19742456225
Authority: DE
Inventors: Ronald Francis Dr Cotts; Robert Gudmendsen Hilton; William Charles Webster
Original assignee: I U CONVERSION SYSTEMS Inc
Current assignee: I U CONVERSION SYSTEMS Inc
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-11-28
Publication date: 1975-06-12
Also published as: FR2278648A1; CA1035796A; ES432737A1; GB1455917A; AU7548174A

Description

Dr. Hans-HeinrichVillrath

Dr. Dieter Weber DipL-Phys. Klaus Seiffert

PATENTANWÄLTE File 1262-74

D- 62 WIESBADEN P°^{stfach 1327}

Gustav-Freytag-Straße 25 S (06121) 3727 20 Telegrammadresse: WILLPATENT

27. November 1974

IU Conversion Systems, Inc., 1616 Walnut Street,
Philadelphia, Pennsylvania / USA

Verfahren zur Beseitigung von Abwasserschlamm und

dessen Verwendung

Prioritätent 30. November 1973 in USA,
Serial-No. 420 364 und
2.August 1974 in USA,
Serial-No. 494 338

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung und Verwendung von Abfallmaterial aus städtischen Abwasseranlagen, insbesondere des ausgefaulten AbwasserSchlammes,
der bei der Behandlung städtischen Abwassers in üblicher Weise anfällt, und zwar durch Vereinigung solchen Schlammes mit gewissen Arten erhärtender Reaktionsbestandteile

/2

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und gegebenenfalls weiteren Zusätzen anderer Verbindungen oder inerter Stoffe. Die Erfindung betrifft auch die behandelten Massen und deren erhärtete Produkte .

In einer üblichen Abwasser-Primärbehandlung läßt man

rohes Abwasser sich Absetzen, dann wird der Unterlauf in einer gegen die Atmosphäre abgeschlossenen Kammer anaerob bei einer Temperatur in der Größenordnung von 35 ⁰C (95 °F) ausgefault. Die Verweilzeit des Abwassers in dieser Kammer liegt im allgemeinen bei etwa 5 bis 30 Tagen. Ausgefaulter koagulierter Unterlauf oder Schlamm wird vom Boden dieser Kammer entfernt. Biologische Aktivität und Schwermetal!bestandteile in diesem Schlamm sind gerade zwei einer Anzahl gegebenenfalls schädliche Eigenschaften, die bei seiner Beseitigung/ Behandlung oder Lagerung berücksichtigt werden müssen.

In manchen Abwasseranlagen wird der überlauf der Primärbehandlung oder Absetzung einer aeroben Zersetzung z. B. durch Belüftung oder Tropffilterbehandlung unterzogen. Diese Sekundärbehandlung kann auch eine Schlammrückleitung umfassen ,und in diesem Fall wird das Schlammprodukt gewöhnlich als aktivierter Schlamm bezeichnet. Infolge der aeroben bakteriologischen Zersetzung der weniger beständigen organischen Verbindungen im Primärüberlauf ist dar Sekundärschlamm allgemein stabilisiert oder nicht

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faulend. In dem Ausmaße wie diese Zersetzung in der Sekundärbehändlung unvollständig ist und unstabile organische Verbindungen im Sekundärschlamm verbleiben* kann er auch zusammen mit dem Primärschlamm anäerob gefault werden. Die Beseitigung dieses Sekundärschlammes

- - "-. - . ■ sie . . bietet ähnliche Schwierigkeiten wie/vorstehend unter Bezugnahme auf Primärschlamm beschrieben würden.

Bisher ist Abwasserschlamm als landwirtschaftlicher Dünger verwendet, zur Verwendung in Zementprodukten- bisweilen in Verbindung mit Flugasche - gesintert, im Meer versenkt oder in Abfallteiche gefüllt wurden. Jede dieser Beseitigungsmethoden ist mit ernsthaften Nachteilen verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines brauchbaren Verfahrens zur Beseitigung von Abwasserfaulschlamm in einer oekologisch und wirtschaftlich tragbaren Weise insbesondere zur Benutzung solcher Schlammprodukte für die Erzeugung künstlicher härtbarer Materialien/Verwendung solcher in dieser Weise hergestellten härtbaren Massen zur Verhinderung von Umweltschäden, wie sie durch gewisse gegenwärtige Beseitigungsmethoden verursacht werden, und Wiedergewinnung von Landbezirken, die jetzt von Abwasserschlammteichen besetzt sind.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein praktisches Verfahren zur Vermischung von Abwasserfaulschlamm mit relativ

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billigen Materialien zur Erzeugung härtbarer Massen, die wiederum zur Landauffüllung oder als Grundbaustoffe verwendet werden können.

Gemäß der Erfindung wird Abwasserfaulschlamm mit gelöschtem Kalk und Asche vermischt, so daß die erhaltene Masse in Gewichtsprozent Feststoff berechnet enthält: 5 bis 50 % Wasser, 1 bis 15 % Kalk (oder gleichwertige nachstehend angegebenen Materialien), 1 bis 50 % Abwasserschlamm Feststoff, 20 bis 90 % Flugasche (oder gleichwertige Materialien wie nachstehend dargelegt) 0 bis 60 % Erde und 0 bis 10 % Calciumsulfat (gewöhnlich jedoch nicht unbedingt in Anhydritform). Diese härtbare Masse kann an einer geeigneten gegen die Atmosphäre offenen Stelle abgelagert werden, wo Sandauffüllung oder eine Straßenunterlage benötigt wird, um während eines Zeitraumes zu erhärten. Je nach der Zusammensetzung und dem beabsichtigen Verwendungszweck als Landauffüllung oder Straßenunterbau kann vor der Erhärtung eine Verdichtung erforderlich sein.

Wahlweise können anstelle von Kalk andere Quellen von Erdalkalihydroxiden wie Flugstaub vom basischen Sauerstoffofen Kalkofenstaub oder Zementofenstaub benutzt werden,und anstelle von Flugasche können andere Ausgangsstoffe von puzzolanisch aktiven Materialien und/oder AIu-

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minium- oder Ferriionen verwendet werden. Materialien, die als Ergänzung zu oder anstelle von Flugasche gebraucht werden können sind beispielsweise "Aluminium-(Alaun)-

/abfall"/wie das bei einer Wasserbehandlungsanlage anfallende Nebenprodukt, Rotschlamm, d. h. das stark aluminiumhaltige Abfallprodukt aus chemischem Bauxitaufschiußverfahren und der amorphe kieselsäurehaltige Rückstand aus Abfallverbrennungen, insbesondere solchen von Erdölraffinerien.

Feinteilige, mit Wasser abgeschreckte Hochofenschlacke kann auch in diese Massen als zementartiger Reaktionspartner eingeschlossen werden. Vorzugsweise umfaßt das Verfahren und Produkt der Erfindung solche Gemische, worin als Gewichtsprozent der Feststoffe 15 bis 30 % Wasser, 2 bis 6 % Kalk, 4 bis 20 % Abwasserschlammfeststoffe und 30 bis 80 % Flugasche vorhanden sind. Vorzugsweise enthalten diese Massen auch Calciumsulfat (1,5 bis 3 % berechnet als Anhydrit) und 20 bis 45 % Erde.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird sie nachstehend näher beschrieben.

Abwasserfäulschlamm ist das anaerob oder aerob ausgefaulte Produkt einer städtischen Abwasserbehandlungsanlage. Eine solche Anlage kann auch Koagulations- und Ab-

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setzprozesse umfassen. Ein Enderzeugnis dieser Anlagen besteht aus einem nassen Schlamm mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 3 bis 8 Gew.-%, Nachdem solche Schlämme längere Zeit abgelagert worden sind, kann ihr Feststoffgehalt etwas höher sein und sich nach ausgedehnten Zeiträumen 35 % nähern.

Allgemein umfaßt die Erfindung die Einarbeitung solchen Abwasserschlammaterials in einer Matrix oder Grundmasse, die in erster Linie aus Tonerde-Kieselsäurematerial wie Flugasche besteht. Die auftretenden chemischen Reaktionen sind seitdem für die Verbindung wesentlicher Wassermengen aus dem Schlamm und Einkapselung oder sonstige Festlegung oder strukturelle Stabilisierung der Schlammfeststbffe verantwortlich, um sie so relativ nicht reaktionsfähig und nicht auslaugbar zu machen· Der Grad der Nichtreaktionsfähigkeit oder Nichtlaugbarkeit und auch die Festigkeit der erhaltenen Erzeugnisse hängt von zahlreichen Variablen, wie den Eigenschaften der Reaktionsbestandteile,Schlammfeststoffe und Wasser in den Massen,ihrem Verdichtungsgrad usw. ab. Wenn die Reaktionspartner stark konzentriert sind und die Masse vor der Reaktion verdichtet wird, so ist das Erzeugnis dieses Stabilisier- oder Fixierprozesses

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ein hartes monolithisches Material für Landauffüllung oder Bauwerke.*Wenn andererseits die Zementierungsreaktion in einem genügend verdünnten und/oder nicht

Zustand

verdichteten/und/oder in Kombination mit ausreichenden Mengen anderer eingesprenkelter Materialienrwie Erdreich erfolgt, so geht die Härtungsreaktion nur in einem örtlichen Maßstab innerhalb der Masse vor und das Erzeugnis ist nicht monolithisch sondern von körniger oder erdreichartiger Konsistenz. Ein solches körniges nicht monolithisches Produkt kann zur Landauffüllung dienen und in manchen Fällen sämtlichem Erdreich überlegen sein; es kann auch als Unterbaumaterial von geringer Kompressionsfestigkeit mit sehr erwünschter Lagerfähigkeit, Standfestigkeit, Verdichtbarkeit und Feuchtigkeitsverträglichkeit sein.

Im vorliegenden Zusammenhang sollen "härtbar", "gehärtet" und"zementartig" und ähnliche Ausdrücke alle Formen der Zementierungsstabilisierungsreaktion umfassen, die ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist. Diese Ausdrücke sollen daher keine Beschränkung auf die Bildung einer harten monolithischen Masse bedeuten.

Was die Natur der bei der Erfindung zu benutzenden Materialien betrifft, so sind Abwasserschlammfeststoffe der verbleibende Rückstand, wenn alles Wasser aus einem solchen

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w ft ·η

Schlamm entfernt worden ist. Was die Bedeutung der Angaben über die Zusammensetzung, die bestimmte Mengen solcher Abwasserschlammfeststoffe betrifft, so ist hierunter die Ermittlung des Peststoffgehaltes des Abwasserschlammes vor Zugabe eines solchen Schlammes zu der härtbaren Mischung zu verstehen. "Feststoffgehalt" bedeutet hier die verbleibende Feststofffraktion, wenn im Schlamm Wasser durch dessen 24stündige Erhitzung auf etwa 38 C abgetrieben wird, während er einem zirkulierenden Luftstrom von etwa derselben Temperatur ausgesetzt ist. Diese Zahl kann auch dadurch ermittelt werden, daß man das Fertigerzeugnis auf Bestandteile analysiert, die durch andere Ausgangsstoffe hinzukommen einschließlich Wasser und die Differenz zwischen dem Gesamtgewicht der Masse und dem Gesamtgewicht der anderen Quellen als den dem Schlamm zuzuschreibenden Bestandteile^ berechnet.

Chemisch umfassen die Zusammensetzungen dieser Abfallschlämme sehr verschiedene organische und anorganische Stoffe jedoch offensichtlich unter Ausschluß stark löslicher niedermolekularer zuckerartiger Verbindungen. Bisher wurden Zementmaterialien, wie sie in die Gemische nach der Erfindung eingearbeitet werden, nicht als nützlich in Vereinigung mit typischen organischen Materialien angesehen. Aus noch nicht völlig geklärten Gründen erweist

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sich dies im Falle der Erfindung als unzutreffend, die auf der Vermischung von Abwasserschlamm mit puzzQlanischen Zementen einschließlich Kalk und Plugasche und ferner üblicherweise einschließlich Sulfaten und inerten Stoffen wie Erdreich oder Zuschlagstoffen beruht. Die Abwesenheit zuckerartiger organischer Verbindungen in den Abwasserschlammabfallprodukten, auf die sich die Erfindung bezieht, ist vermutlich ein bedeutungsvoller Faktor für die überlegenen Ergebnisse, die man nach der Erfindung durch die Vereinigung solcher puzzolanischen Materialien mit solchen organischen Abfallprodukten erzielt.

Andere mögliche Faktoren, die zu der überraschenden Verträglichkeit von Abwasserfaulschlamm mit den zementartigen Reaktionsbestandteilen beitragen können, sind die Metallionen und der Cellulosegehalt dieser Schlämme.

Zu diesen Metallionen können Schwermetalle wie Zink, Chrom,Blei und Quecksilber gehören, die normalerweise äußerst schwierig in einer oekologisch-tragbaren Weise zu beseitigen sind, und andere Metallionen wie Aluminium- und Ferriionen^von denen etwas als Koaguliermittel in irgendeiner Stufe im Behandlungsverfahren zugesetzt wird. Alle diese Ionen und besonders die Aluminium- und

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Ferriionen können an der Zementierungsreaktion teilnehmen und erleichtern deshalb die Gesamtvereinigung von Schlammfeststoffen mit zementierenden Materialien, worauf die Erfindung beruht. Es scheint möglich, daß nur Schlämme, die chemisch z. B. durch Zugabe von Koaguliermitteln modifiziert worden sind, sowie bei höheren Schlamm- und Wasseranteilen und niedrigeren Anteilen an Zuschlagbestandteilen der Erfindung modifiziert worden sind.

Der Cellulosegehalt in Abwasserschlamm kann auch bedeutungsvoll sein. Gewöhnlich wird dieser zu etwa 5 bis 25 % der Schlammfeststoffe angenommen. Die Cellulosen sind im allgemeinen faserig und ihr Hydroxylgehalt kann die Oberflächen- oder Wasserstoffbindung der Cellulose in Schlamm mit den zementierenden Materialien erleichtern, so daß sie tatsächlich wie eine Bewehrung innerhalb des zementartigen Grundgerüstes wirken.

Die Erfindung hängt auch von der Einarbeitung von Flugasche oder äquivalenten Stoffen in die Vermischung mit dem Abwasserschlammprodukt ab. Die Flugasche wird als bekannter Abfallstoff gewöhnlich aus den Rauchgasen von Pulverkohle-Verbrennungsöfen gewonnen und ist ein feinteiliges Material, das etwas unverbrannten Kohlenstoff einschließt aber in der Hauptsaahe aus verschiedenerlei

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Kieselsäure-, Tonerde- und Eisenverbindungen besteht, die in verschiedenerlei Form, z. B. als feinverteilte kugelige Glasteilchen vorliegen.

Soweit andere Materialien die Flugasche ersetzen können, müssen deren erforderliche Mengen (die Flugasche Äquivalentmenge) hauptsächlich durch Versuch entsprechend der jeweiliger Natur solcher Materialien und der
Schwankung in möglichen Eigenschaften beispielsweise
für die Reaktionsgeschwindigkeit und Druckfestigkeit, Verwendungszweck usw. ermittelt werden. Diese "Flugasche-Äquivalentmengen" dieser zur Wahl stehenden
Materialien, wie sie oben erwähnt wurden, können jedoch durch Versuche z. B. nach der "Pozzölanic Activity Test With Lime" Methode nach ASTM Test Method C-618 und der Available Aluminium-Ferric-Ion Test Procedure der USA-Patentschrift 3 720 609 abgeschätzt werden. Der letztgenannte Versuch ist besonders brauchbar, wenn eine beträchtliche Sulfatmenge eingeschlossen werden soll. In dieser Hinsicht wird "eine beträchtliche Sulfatmenge" zu etwa 0,5 Gew.-% Calciumsulfatanhydrit oder molare
Äquivalentmengen anderer Erdalkalisulfatverbindungen, bezogen auf die Gesamtmasse, angesehen.

Innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 2 % Sulfat können die vorstehenden Prüfungen notwendig sein,um die "Flug-

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von
asche-Äquivalentmenge"/irgendwelchem anderem Material zu bestimmen, das anstelle von Flugasche verwendet · werden kann. Im allgemeinen bedeutet die "Flugasche-Äquivalentmenge" die Menge eines Flugascheersatzes, die eine Reaktionsfähigkeit entsprechend derjenigen einer besonderen Menge, Konzentration oder eines Flugaschebereiches ergibt.

Der in die Massen nach der Erfindung eingesetzte Kalk
kann gewöhnlicher hydratisierter dolomitischer oder
hochcalciumhaltiger Kalk oder in einer Mischung solcher hydratisierter Kalke sein. Außerdem kann der Kalkbestandteil ganz oder teilweise aus verschiedenerlei anderen Materialien bestehen, wozu verfügbare und reaktionsfähige Erdalkalihydroxide oder -oxyde in einer zu den

Su Hydroxiden hydrierbaren Form gehören./solchen anderen

Materialien gehören Ätzkalk (hydratisierbarer gebrannter
Dolomit-oder Kalkstein) Zementofenstaub und Kalkofenstaub,
die normalerweise 25 bis 35 Gew.-% reaktive Calcium- oder

Magnesiumoxide enthalten) und Staub vom Sauerstoffblasofen.

den Kalkgehalt

Wenn anderes Material als gelöschter Kalk/in den Massen nach der Erfindung ganz oder zum Teil darstellt, so wird die erforderliche Konzentration des Kalkersatzes auf der Grundlage der Gewichtsprozente desjenigen Materials berechnet, das notwendig ist, um eine Menge ve fügbarer oder reaktiver

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Erdalkalioxide oder -hydroxide zu liefern, die gleich derjenigen ist, die von gelöschtem Kalk innerhalb der Grenzen der Erfindung geliefert würde.

Feinteilige mit Wasser abgeschreckte Hochofenschlacke kann die erforderliche Kalkmenge in den Massen der Erfindung etwas herabsetzen. Allgemein beruht dies auf
der Neigung der amorphen Kieselsäurebestandteile dieser Materialien ein hydraulischer Zement unter Bildung hydratisierter Silikate und Ettringit zu wirken. Kalk ist in diesen Reaktionen nicht erforderlich.

In den bevorzugten Gemischen der Erfindung und besonders solchen, in denen Erdreich oder anderes inerte
Material eingearbeitet wird, oder solchen, die zur
Verwendung als Straßenbaumaterial im Gegensatz zur
Landauffüllung eine geringere Festigkeit erfordern,

ist der Einschluß von·Erdalkalisulfaten sehr erwünscht. Obgleich diese Sulfate irgendeine Variation von Calcium- oder Magnesiumsulfat entweder hydrasiert oder unhydratisiert sein können_;ist
einfach wegen seiner Zugänglichkeit Calciumsulfatdihydrat das bevorzugte Material! .

Die Mischungen der Erfindung können natürlich auch vielerlei andere inerte oder ergänzende Materialien

ORIGINAL INSPECTED

einschließen. Diese können dazu dienen, Wasser zu absorbieren, zur Festigkeit beizutragen, Früh-Härtungseigenschaften zu liefern oder einfach die Masse zu vergrößern. Hierzu gehören Erdreich, Zuschlagstoffe und Portland-Zement. Zu möglichen zusätzlichen Ergänzungsstoffen gehören Sulfitverbindungen oder Massen, die Verbindungen enthalten, welche die zementierenden Reaktionen steigern oder fördern.

Die Mengenantoile der Materialien in den Massen und die Maßnahmen nach der Erfindung können innerhalb weiter Grenzen abgewandelt werden.

Was beispielsweise das Wasser betrifft, so muß genügend Wasser vorhanden sein, um eine Umsetzung zwischen Ionen der verschiedenen erhärtenden Stoffe zu gestatten. Als Mindestmenge erscheint 5 % Feuchtigkeitsgehalt (Wasser = 5 % des gesamten Feststoffgewichtes) erforderlich zu sein, obgleich bei niedrigerem Feuchtigkeitsgehalt unterhalb etwa 35 % innerhalb des zulässigen Bereiches es notwendig sein kann, das zementierungsfähige Gemisch zu verdichten und es erhärten zu lassen. Andererseits kann der Feuchtigkeitsgehalt so hoch wie 50 % liegen (Wasser = 50 % der Feststoffe oder 33,33 % Gesamtzusammensetzung.) Oberhalb der Konzentration kann übermäßiges Wasser eine solche Verdünnung der zementierenden Materia-

509824/0820 original inspected

lien hervorrufen, daß die erforderliche Zementierungsreaktion gestört wird. Vorzügsweise liegt" der Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des Bereiches von 15 bis 30 Gew.-%. Bei höheren Feuchtigkeitsgehalten, insbesondere nahe 50 % als Höchstgrenze sind höhere Flugasche- und Kalkanteile in der Masse notwendig, um das zusätzliche Wasser abzubinden. Wenn ein übermäßig hoher Anteil an zementierenden Reaktionsbestandteilen vorhanden ist oder wenn der Abwasserschlamm selbst beträchtlich zu der Zementierungsreaktion beiträgt, wie z. B. infolge Einschlusses von Aluminium- oder Ferriionen in einem zugesetzten Koaguliermittel, so kann ein höherer Feuchtigkeitsgehalt tragbar sein. Bei einigen Versuchen sind Massen mit Feuchtigkeitsgehalten mit annähernd 100 % mit Schlammfeststoffen stabilisiert worden, die den Feststoffgehalt in die Größenordnung von 50 % brachten.

Im allgemeinen soll der Kalk in dem härtungsfähigen Gemisch in einer Konzentration von 1 bis 15 %, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe vorliegen. Wirtschaftliche Durchführbarkeit ist ein Hauptgesichtspunkt bei der Setzung dieser oberen Grenze. Vorzugsweise liegt der Kalkgehalt im Bereich von 2 bis 6 %. Soweit andere Materialien als gewäjhnlicher gelöschter Kalk ,dolomitischer oder calciumreicher Kalk verwendet werden, sollen

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Materialien mit verfügbaren reaktionsfähigen Erdalkalihydroxiden oder hydratisierbare Erdalkalioxide meist aber ihrer molaren Äquivalenz zu den oben definierten erforderlichen Kalkanteilen eingeschlossen sein.

Für die Puzzolanreaktion, auf der die Erfindung beruht, soll das Gemisch der Erfindung mindestens 20 % Flugasche aufweisen, wobei 30 % bevorzugt sind. Die obere Flugaschegrenze liegt in der Nähe von etwa 90 %, obgleich 80 % als obere Grenze bevorzugt ist. Selbst höhere Flugaschegehalte können in einigen Fällen je nach der chemischen Natur der Flugasche oder des anderen Verwendungszweckes praktisch sein. Es versteht sich, daß mehr Flugasche als für die Erhärtungsreaktion notwendig als Füllstoff und/oder Wasserabs orpt ion smittel ist.

Zweckmäßigerweise sollen die Massen der Erfindung und solche, die sich bei dem Verfahren der Erfindung ergeben, eine beträchtliche Menge Abwasserfaulschlamm-Festfetoffe enthalten, da es Hauptaufgabe der Erfindung ist, solche Feststoffe zu beseitigen und zu verwerten. Zeigt also die Erfindung solche Massen bis zu einer unteren Grenze an Schlammfeststoff von 1 %, so wird eine Mindestmenge von 4 % bevorzugt. Im allgemeinen kann die obere Grenze für Schlammfeststoffe bei 50 % liegen und eine obere Grenze von 20 % wird bevorzugt.(Wie schon gesagt,

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sind alle Prozentangaben auf Gewichtsprozent Feststoffe bezogen, soweit nichts anderes angegeben ist). Wie beim Wasser sollen bei höherer Schlammfeststoffkonzentration Massen mit Kalk— und Flugaschekonzentrationen nahe dem unteren Ende der betreffenden zulässigen Bereiche vermieden werden.

In einem Fall, wo beispielsweise mit hohen Konzentrationen an Wasser (Feuchtigkeitsgehalt etwa 42 %) und auch am Feststoffgehalt nicht chemisch behandelten Abwasserfaulschlammes von etwa 18 % gearbeitet wurde, ergab sich,

bei
daß /lassen von annehmbarerDruckfestigkeit für Landauf-

füllung mindestens 55 % Flugasche und 2 % Kalk erforderlich waren, wobei ein Einschluß von 1 % Calciumsulfat auch sehr zweckmäßig war. Bei 50 % Feuchtigkeitsgehalt und 20 % Schlammfeststoffen können noch höhere Flugasche- und Kalkzugaben erforderlich sein. Dies hängt natürlich von einer Anzahl von Variablen, ζ. B. den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Schlammes und der Flugasche (die ihrerseits je nach der Herkunft und den Behandlungs- und Erzeugungsmethoden schwanken),Reaktionsfähigkeit und Absorptionsfähigkeit anderer Materialien in der Mischung sowie den Härtezeiten und der im Endprodukt verlangten Druckfestigkeit ab.

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Die Massen nach der Erfindung können insbesondere hinsichtlich ihrer Frühhärteeigenschaften durch Einarbeitung von Calciumsulfat oder irgendwelchen anderen reaktionsfähigen Erdalkalisulfaten verbessert werden. Infolge der relativ geringen Kosten und leichten Zugänglichkeit wird Gips oder Calciumsulfatdihydrat in ausreichender Menge bevorzugt, um das molare Äquivalent von 1 bis 10 % des Feststoffgewichts an Calciumsulfatanhydrit vorzusehen. Der besonders bevorzugte Bereich liegt bei 1,5 bis 3 %. Wenn andere Erdalkalisulfate, wie Magnesiumsulfat verwendet werden, können sie in äquivalenten Bereichen auf molarer Basis zu den angegebenen Gewichtsprozentbereichen für Calciumsulfatanhydrit gehalten werden.

Bei einer der bevorzugten Zusammensetzungen und Behandlungsverfahren der Erfindung enthält das Gemisch Erdreich/Wie gewöhnlichen Schmutz,Sand, Kies oder sonstigen Feststoff nicht monolithische» natürlich vorkommende Materiä-ien aus der Erdkruste/und das Gemisch wird an einen gegen die Luft offenen Raum als Landauffüllmaterial gebracht; Dieses Material verlangt allgemein eine gewisse Verdichtung vor der Erhärtung, insbesondere bei Feuchtigkeitsgehalten von etwa 35 % und darunter. Solches Erdreich kann in einem Ausmaß von 10 bis 60 % des Feststoffgewichtes,vorzugsweise von 20 bis 45 % in der Masse vorliegen. Dieses Erdreich kann in einer Mühle oder sonstigen Anlage eingemischt werden. Stattdessen kann das Erdreich auch durch Zusatz der Mischung zu

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einer Erdunterlage und Vermischung an Ort und Stelle eingearbeitet werden. Verschiedene andere Materialien, wie Zuschlagstoff, können auch in das Gemisch nach der Erfindung eingebracht werden.

In den folgenden Tabellen 1-5 sind verschiedenerlei Kalk-Flugasche-Abwasserzusammensetzungen zusammen mit ihren Produkteigenschaften aufgeführt, um ihre Brauchbarkeit zur Landauffüllung oder als härtbares Vormaterial aufzuzeigen. Die Methoden der Erfindung können die Verwendung solcher Massen in einem Anteil umfassen, wie es die Druckfestigkeiten oder andere Eigenschaften verlangen. Es ist zu betonen, daß Mindestdruckfestigkeiten von 0,9 bis 1,4 kg/cm² (13 bis 20 PSI) für Landauffü11zwecke erforderlich sind, während bei Straßenbaumaterialien die Druckfestigkeit etwa 21 kg/cm (etwa 300 PSI) überschreiten soll.

Es ist auch darauf hinzuweisen, daß Tabelle 3 sich auf Zementabfallstoffe bezieht. Solcher Zementofenstaub enthält also allgemein beträchtliche Konzentrationen an reaktionsfähigen hydratisierbaren Erdalkalioxiden und wijfct deshalb bei der Erfindung als Kalkpartner oder Kalkersatz.

Tabelle 4 bezieht sich auf ähnliche Massen unter Benutzung von Abfallkalk als Beimaterial. Dieser Abfallkalk ist der

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Staub aus einem üblichen Kalkofen und enthält beträchtliche Mengen an hydratisierbaren Erdalkalioxiden.

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TABELLE J Kälk-Flugasche-Abwasser-Zusammensetzungen

Druckfestigkeit von IO cm - Zylindern

Mischung % Dolomitischer Monohydratkaik

% Abwasser % Flug-(feucht) asche % Feuchtigkeit

Tage gehärtet 7 Tage gehärtet bei 38 ⁰C bei 38 ⁰C

3 3 6

30	67
30	67
30	64

psi	kg/cm	psi	4	kg/cm	psi	kg/cm	I NJ _j
15	1,05	58	4	,08		_ .	I
24.6	1,73	58	4	,08	100	7,0
15	1,05	60	,22	——	-—

cn

CD

TABELLE

Kalk-Flugasche-Sulfat-Abwassermassen

Druckfestigkeit von 10 cm - Zylindern

Mischung % Dolomitischer Monohydratkalk

% Abwasser % Flug- % Calcium- % Feuch-(feucht) asche sulfatanhy- tigkeit

dritabfall

Tg. bei

8°C

psi

Tg

^bt:o

7Tg. bei

7 Tg. ^b<&

23^UC 38 ^ÜC 54^UC

psi »si

/1 t Z \

7 Tg. bei 23 ⁰C

28 Tg, bei 23 ⁰C

(kg/cm )(kg/cm )(kg/cm

cn 0	1	3	30	64	3	15	(3	50	(2	_llir	142	_	102	- ι
co								,5)			(9,98)		(7,17)	to ro
00	2	3	30	64	3	30,6	(3	50	(2	-	-	- -	108	_ I
ro								,5)					(7,59)
	3	6	30	61	3	15	(5	80		—	452	_ -	71	—
								,6)			(31,78)		(4,99)
CO	4	6	30	61	3	25,7	(5	80	-	251	239	87	-
								,6)		(17,05)	(16,80)	(6,12)
O	5	6	30	61	3	28,6			-	—		298
												(20,95)
	6	6	30	61	3	29,9		—	36	-		195
									,53)		(13,71)
	7	4	30	64	2	29,9		-	36	-	171
									,53)		(12,01)
	8	3	30	65,5	1,5	29,3		—	36	-	219 ro
									,53)		(15,4O)-C-
	9	2	30	66	2	25,4		-	-		cn ΓΤ")

TABELLE

Zementofen-Staubmassen

Druckfestigkeit von 10 cm - Zylindern

Mischung %Zement- % Abwas- % Flug- % Feuchtigkeit 2 Tage bei 23 C
Abfall- ser(feucht)asche

staub ₂

psi kg/cm

Tage bei 23 ^üc
psi --'—2

1 2

3 6

30 30

31,1
31,1

1,69 2,25

26 32

1,83 2,25

TABELLE

Kalkmassen

Mischung Abfall- % Abfall- % DoIo- % Ab- % Flug- % CaI- %

Kalkart kalk miti- was- asche cium- Feuch-

scher ser sulfat- tigkeit psi kg/cm

Mono- (feucht) anhydrit hydrat- (Abfall)

kalk

Druckfestigkeit von 10 cm - Zylindern

Tage bei 21 °c 28 Tage bei 23°C

psi kg/cm''

Crt	1	DoIo- mitisch	10
860	2	Dolo mitisch	8
	3	DoIo- mitisch	6
082	4	Calcium- reich	3
ο	5	DoIo- mitisch	3
	6	DoIo- mitisch	6

30 30 30 30 30 30

57	,5	3	23,2
59	,5	3	24,3
61	,5	3	24,5
65	1,5	26,1
65	1,5	25,6
62	1,5	28,5

56	1	3,94
52	1	3,66
44		3,09
164	1,53
162	1 ,39
48	3,37

333	23,41	I
299	21 ,02	N)
202	15,47	I
329	23,13

368	15,87
90	6,33

ro

cn cn

KJ?

er?

TABELLE

	% DoIo- Abfall- % mitischer kalkart Abfall- Monohydrat- kalk kalk	Massen mit Erdreich	30,8	% Ab^ wasser (feucht)	% Flug asche	% Erd reich (feucht)	Druckfestigkeit von 10 cm -. Zylindern	Tg* bei 28 V 23 2 kg/cm psi	88	Tage bd 2 kg/cm
	3 — —		32,9	30	22	43,5	7 23 psi	2,53	255	6,19
Mischung	3	% Calcium- % Feuch- SuIfatanhydrit tigkeit (Abfall)	36,0	30	43,5	22	36	4,64	119	17,93
C TY	3 — —	1,5	35,6	30	32,5	33	66	3,80	108	8,37
ο 2	50% Calcium- 3 reich 50% Dolomi tisch	1,5	39,3	30	32,5	33	54	3,66	36	7,59 , ro Ul I
CD co 3	Calciumreich 3	1,5	32,5	30	22	43,5	52	1,48	21	2,53
ji ⁴ O CD	Calciumreich 6^	1,5	41 ,0	30	22	43,5	21	1 ,40	15	1,47
ro r~\ 5	Calciumreich 3	1,5		30	22	43,5	20	0,56	1 ,05
6		3				8
7		1,5

Abfallkalk war auf Halde in der Anlage einige Zeit lang gelagert worden.

CD K) NJ

_ 2c

Als Beispiel einer typischen und bevorzugten Verwendung der Erfindung wurde abgelagerter Primär-Faulschlamm aus städtischem Abwasser verschiedenen Alters, der über
Zeiträume von einigen Wochen bis Dekaden gelagert worden war mit einem Gemisch vereinigt, das aus 31,3 %
feuchtem Abwasserschlamm (die Halden aus verschiedenen Quellen der Materialien bestehend aus 13 bis 33 % Abwasserschlammfeststoff), 31,3 % Flugasche, 31,3 % Erdreich, 3 % Leim und 3 % Calciumsulfatanhydrit bestand. Dieses Material wird durchgemischt und dann an Ort und Steile in einem Teil des Geländes verdichtet, das vorher von der Schlammhalde eingenommen war. Nach einem
Zeitraum, währenddessen dieses Gemisch der Luft ausgesetzt wurde, erhärtet es zu einer Kompressionsfestigkeit und oberhalb derjenigen, die zur Verwendung als Landauffüllung erforderlich ist. Das erhaltene Produkt eignet sich als Landauffüllung für die Zwecke einer Unterlage für eine Fahrstraße, auf der neuzeitliche Autostraßen
gebaut werden können. Diese erhärtete Masse ist im Laboratoriumsmaßstab geprüft worden und scheint frei von unerwünschten Auslaugeigenschaften zu sein.

Versuche an vergleichbaren Gemischen führten zu den folgenden Ergebnissen:

Zusammenfassung von Testergebnissen bei der Behandlung von abgelagertem Abwasserschlamm und Herstellung von gehärtetem Landauffüllmaterial daraus

50982 4/0820

1. Festigkeitsergebnisse - 23 C gehärtet in abgeschlossenen Kanistern:

3 Tage - 41 PSI - 2,88 kg/cm'

7 Tage - 86 PSI - 6,05 kg/W

Tage -167 PSI -11,74 kg/cm'

Tage -338 PSI -23,76 kg/cm'

2. California Tragfähigkeitsverhältnis - nicht vollgesaugt gehärtet bei 23 ⁰C in verschlossenen Kunststoffsäcken:

unmittelbar 4 PSI - 0,28 kg/cm²

3 Tage -20 PSI - 1,40 kg/cm²

7 Tage -93 PSI - 6,36 kg/cm²

Tage -95 PSI- 6,68 kg/cm²

3. Durchlässigkeit gehärteter 23 C in gesättigtem Zustand 3 Tage - 1,88 χ 1Ö⁶ cm/sec.

9 Tage - 1,28 χ 1Ö cm/sec.

Tage - 1,22 χ 1Ö cm/sec.

Die bei der Herstellung von Baumaterial aus Abwasserschlamm erhaltenen überraschenden Ergebnisse ergeben sich ferner aus gewissen Äuslaugprüfungen-aittsyorstehenden Prüfmaterial. Bei diesen Auslaügversuchen wurde eine monolithische Probe gehärteten Probematerials von g mit 2000 mm entionisiertem Wasser 48 Stunden lang

50982A/0820

ORIGINAL INSPECTED

geschüttelt. Dann wurden die Proben filtriert und das Filtrat auf Metallionen, bakteriologische Aktivitäten usw. untersucht.

Was die bakteriologische Aktivität betrifft, so hatte das entionisierte Wasser als !Eestkontrolle ein Niveau von Coliform- und Fecalform- Zählungen von 110, 23 bzw. 0, während das Auslaugetestfiltrat vergleichbare Zählungen von 3600, 23 und 0 hatte. Es wurde also kein Anstieg in Coliform- oder Fecalbakterien in der Auslaugung festgestellt.

Was die Metallionen betrifft, sind in Tabelle 6 die Bereiche gewisser Metallionen^jgehalte aufgezeichnet, die bei einer Versuchsreihe mit dem in den vorigen Testzusammensetzungen benutzten Schlamm beobachtet wurden, zusammen mit Gehalten derselben Ionen in der Auslaugung (bezogen auf den eben beschriebenen Auslaugversuch) von 3 Proben der vorigen Testzusammensetzung. Jede Prüfung erSLgte in mehreren Härtungsstufen.

TABELLE 6

(Alle Gehalte in Teilen je Million)

	A •	Zn	Cu	Cr	Pb	Cd	Hg
Schlamm	2340-4410	674-926	929-1730	805-2280	18-33	93-233
Probe in 24 Std	<opi	1,6 .	0,03	0,02	<0_f01 <0	,001

50 9β 24/0820

Zn Cu Cr Pb Cd Hg

Schlamm	28	24	24	A Tagen	2340-4410	674-926	929-1730	805-2280	- ·	0,01	18-33	93-233
Probe in 7	Probe	7	7	Tagen	<0,01	1,4	«0,01	0,01	<0,01	^0,01	«-0,001
in	in	28	28	B	<0^)1	0,64	*O,O1	0,01	<0,01	«0,01	0,0OI
in	Probe	Std.
in	in	Tagen	<0,01	1,0	0,03	0,03	<0,01	<0,001
in	Tagen	<0,01	1,3	<0,01	<0,01	<0,01	<0,001
in	C	<0,01	0,8	<0,01	<0,01	<0,01	<0,004
Std.					- - φ
Tagen	0,01	20	0,05	0,01	0,001
Tagen	0,01	12	0,01	0,01	0,001
<0,01	1,3	<0,01	<iO,O1	0,006

Bei weiteren Prüfungen wurde gelagerter ausgefaulter Abwasserschlamm vom Teich B der Südwest Philadelphia Behandlungsanlage Centhaltend 21 bis 25 % Schlammfeststoff) in verschiedenerlei Gemischen mit Flugasche aus dem mechanischen Auffangsystem der Eddystone-Anlage der Philadelphia Electric Company und der Titus-Station-Anlage der Metropolitan Edison Company in Reading, Pennsylvania geprüft. Bei einigen dieser Versuche wurde Erdreich in die Masse eingearbeitet. Das Erdreich war wie angegeben entweder im Überschuß von einem Kalksteinbruch der G. & W. H. Corson Company in Plymouth Meeting, Pennsylvania oder Sand und/oder Kies von der Penn's Grove, Pennsylvania, wie er von der Pennsylvania Transportabteilung angeliefert würde. Der bei diesen Versuchen verwendete Kalk war ein hydratisierter dolomitischer Kalk der G. & W. H. Corson Company. Die in einigen dieser Massen eingeschlossenen sonstigen Abfallmateri'alien waren Verbrennungsrückstand von der Marple

509824/0820

Township Müllverbrennungsanlage im Lawrence Park, Pennsylvania, Kalkstaub, teils frisch und teils abgelagert von der Annville-Pennsylvania-Anlage der Bethlehem Steel und Calciumsulfatanhydrit,hergestellt als Industrienebenprodukt in Paulsboro, New Jersey.

Nach diesen verschiedenen Prüfungen auf Druckfestigkeit wurden Feuchtigkeitsgehalt und öichte der Probe zum Zeitpunkt der Probenherstellung ermittelt. In genormten Proctor formen wurden Probestücke unter Benutzung eines Hammers von etwa 2,6 kg (5,5 Pfund) gefertigt, und zwar wurden drei Schichten Probematerial mit 25 Schlägen je Schicht verdichtet. Diese Proben wurden in abgedichteten Kanistern gehärtet und dann vier Stunden in Wasser vollgesaugt, bevor sie auf Druckfestigkeit geprüft wurden.

In einer ersten Versuchsreihe wurden in dem Testprogramm mehrere Massen zubereitet, von denen jede 20 % Schlamm enthielt. Der Schlamm enthielt 21 % Abwasserschlammfeststoff, Flugasche im Bereich von 35 bis 40 % und Erdreich, insbesondere Corsonabraum mit 23 % Wasser in einem Bereich von 35 bis 40 %. Die Variablen in dieser Reihe waren Kalk einschließlich kalkartigen Materials aus Bauabfall und Calciumsulfatanhydrit. Die Ergebnisse in dieser Reihe finden sich in der folgenden Tabelle:

509824/082

Material Probe

Kalk

Annvilie Staub
(trocken)

AnnviHe Staub
(von der Halde)

Anhydrit
, Schlamm

cnFlugasche (trocken)
f—>

P^TrockeneinheitS's
£l gewicht Pfd/Fuß·³

"Druckfestigkeit
>*—'—* (PSI)

Tabelle 7
(Gew.-%)

,4

10

11

12

6 4 6 4 6

1 1 1

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

39,5 39 38,5 39 38 38,5 37,5 36,5 37 36 38 37

13

20

14

20

37,5 36,5 37,5 36,5

79,9 78,6 82,0 81,0 81,0 81,2 80,9 79,1 82,8 79,5 .80,8 82,1 80,9 80,2 31,6 32,5 27,8 27,8 29,6 28,5 30,4 31,6 28,3 33,0 29,7 29,6 30,5 31,3

Alter bei Prüfung bei Temp. PSI,

2 Tage bei
7 Tage bei
7 Tage bei
28 Tage bei

(kg/em*)

(34) (32)

55° 2,74 2,11

(39) (30)

23° 2,11 ,— (30)

23° 2,53 2,53

(36) (36)

PSI ₂PSI PSI PSI PSI PSI PSI PSI

(kg/cm ) (kg/cm ) (kg/cm ) (kg/cm )

F 2,81 3,37 5,06 6,47 2,53 2,53 2,11 3,09

(4.0) (48) (7.2) (9.2) (36) (3.6) (3.0) (44)

F 3,66 4,22 5,34 5,62 2,67 2,25 2,25 3,66

(52) (60) (76) (80) (38) (32) (32) (52)

F 3,45 3,23 4,50 -- 3,09* 3,66 2,67 3,37

(49) (46) (64) — (44) (52) (38) (48)

F 4,50 3,52 7,52 4,78 2,81 3,09 3,37 4,92

(64) (50) (107) (68) (40) (44) (48) (70)

F Probe beim Aufsaugen, zusammengefallen wahrscheinlich aufgrund ungenügend reaktionsfähigen Erdalkalihydroxids oder hydratisierbaren Erdalkalioxids.

Die Proben 4, 5 und 6 lieferten offensichtlich keine ausreichende Druckfestigkeit. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer gewissen Menge an reaktiven KaIkmaterlallen. Der trockene Annville-Abfallstaub ist offenbar hart gebrannt und deshalb nicht reaktionsfähig. Im Gegensatz hierzu wurden bei den Proben 11 bis 14 ,bei denen abgelagerter Annvillestaub als Kalkquelle benutzt wurde,befriedigende Druckfestigkeit festgestellt. Dies ist vermutlich dem Verwitterungseffekt während der Lagerung auf Halde bei dem Änviliestaub zuzuschreiben. Su beachten ist, daß kein Kalk als solcher einer der Massen der Proben 4 bis 6 und 11 bis T4 zugesetzt wurde.

Eine andere Versuchsreihe wurde mit Sand als inerter Zuschlag durchgeführt, wobei der Bereich der Zusammensetzungen im übrigen ähnlich denjenigen in der früheren Reihe war, abgesehen von zwei Fällen, in denen Flugaschegehalte von 20 bzw, 151 geprüft wurden (siehe Probe Nr. 6 und 7 in der nachstehenden Tabelle). In diesen beiden besonderen Versuchen war die Druckfestigkeit derart, daß die Massen offenbar nur eine nebensächliche Brauchbarkeit h&L Verwendungen von Interesse gemäß der Erfindung haben würden» Im übrigen finden sich die Ergebnisse ■ dieser Versuche in der folgenden Tabelle 8

S09824/0820

oo ro ο

Proben-^

Kalk

Anxxville-Staub (trocjken)

Annville-Staub(Halde)

Anhydrit

Schlamm (21%Festst.)

Flugasche (Eddystone B trocken)

PennDOT Sand

mit 5% H₀O 2

trock.Einheitsx gew. 1Pfd./Fuß

Feuchtigkeitsgehalt

Druckfestigkeit in kg/cnT C?SI )bei Prüfdauer und Temp.

2 Tage mit 55 ⁰C 7 Tage mit 23 ⁰C 7 Tage mit 23 ⁰C 28 Tage mit 23°C

T_-ABEIiLE 8 . (Gew,-%) <- Fortsetzung mit Probe "Γ3-24

3 ;

10

11

12

. · 1 .	4	,4	1 ' ^:	1	,5	1	.1	•	,0	1	■	■ ι'	, ,	9	1	6	1	-	1	/0	1	2
		,1	'		,6				,1					9		7		,5			9
4	20	2	4	4	4		4	*	4		4 "	4	,6	4	4
	38
20	38	20	20	20	20	20	,4	20	·■	20	20	20	^; 20
37,5	84	38,5	30	25	20	15	,3	25		25	25	30	30
37,5	24	38,5	45	50	55	60	50		50	50	45	45
84,7		83,7	82	92,0	. 9.1	93	.88,	88,	91	90	89,
23,0		28,3	33	22,0	25	24	24,	21,	11	24	16,

(PSD

(ΜίΓ

|ρβϊ>

(pI?{^CI?psi)

2.

(PSD

2,53 2,25 .2,25 OT56 1 ,6Ψ 0,70. 0,84 0,70 4,22 3,O9 1,12 2,95 (36) (32) (32) (8) (24). (1o) (12) (10) (60) (44) (16) (42)

3,O9 2,32 2,39 0,84 1,83 (44) (34> (34) (12) (26>

.0,70 1,12 2,39 2,53 2,2b
(10) (16) (34) (36) (32)

(46)

AdI

WoTU

18 Tage Bruch

K) N> Cn

-Fortsetzung-

	Proben-^ Nr.,
	Kalk
	Anmri lie st aub (trocken)
•	Annville™ Staub(Halde)
	Anhydrit
	Schlamm (21%Festst.)
ο	Flugasche (Eddystone B trocken)
982	PennDOT· Sand mit 5% H₂Q

TABELLE 8 (Gew.-%),

-J^ trock. Einheitsr

^ gew. 1Pfd»/Fuß^J ο

oo Feuchtigkeits~ ro gehalt

Druckfestigkeit in kg/cnr PSI bei Prüfdauer und Temp,

2 Tage mit 55 ⁰C 7 Tage mit 23 ⁰C 7 Tage mit 23 ⁰C 28 Tage mit 23°C

1	1	3	. 4 , '	15	16	2	17	18	1.	19 ,	20	21	22	23	24
		;i			2		1 ' ■	20	0,5 "	0,5		0_f5 .	0.5
4		20		•	•20			39.			4	2 '
* 1		37,5	4	38	2	•	39	2	4. "			4	4
20		37 ,5	2	38	1	98,3	0,5	0,5	1	0,5	• 0,5	1
37		"101,4	20	100,4	20	18,5	20	20	20	20	: 20	20
37		16,5	37	17,6 ·	.38,5 .	38,5	37,5	37,5	38,5	37,5	37,5
97,		37	'38,5	38,5	37,5	3.7,5	38,5	37,5	37,5 i
17,	3	99,4	99,3	98,5	96,5	95,5	99,5	86,5	81,5
3	16,8	17,6	16,2	17,0	14,8	15,8	25,5	31 ,0

fs) -P- cn CO K) JSJ) Ol

6,68 (95)	3,80 (54)	:	3,81 (40)	2,53 (36)	8,(79 f ί 25>	2,39 (34)	2,67 (38)	3,09 (44)	3,09 (44)	2,81 (40)	1,62 (24)
13,15 Π87Ϊ	3,94 (56)	3,66 (52)	2,25 (32)	2,53 (36)	—	3,09 (44)	2,81 (40)	2,53 (36)	4,50 • (64)	1 /83 • (26)	3,66 L52J_
8,08 (115)	3,37 (48)	2,95 (42)	2,81 (40)	2,81 (40)	4,43 (63)	2,53 (36)	3,52 (50)	2,81 (40)	2,95 (42)	2,25 (32)	.3,94 . (5β8
10,33 (147)	6,47 (92)	6,26 (89)	4,43 (63)	5,77 (82)	4,78 (68)	6,96 (99)	3,37 (48)	5,06 (72)	5,91 (84)	4,7 (68

Trockener PennDOT-Sand , ⁺⁺⁺Feuchte Elugasche (10 %)

In der vorstehenden Tabelle haben die Versuche 11 und 12 höhere Sandgehalte ohne sichtbaren Einfluß auf die Druckfestigkeit Zusairanensetzungen mit nur 5 % Kalk und 2 % trockenem Annville-Staub zusammen mit 0,5 % Caleiumsulfatanhydrit lieferten Gemische mit Druckfestigkeiten in üblichen Bereichen. In dieser Hinsicht wird auf die Probennummem 19 und 22 Bezug genommen.

Bei einer noch anderen Versuchsreihe wurden Schlamm- und Wassergehalte nahe dem oberen Sfofedes brauchbaren Zusammensetzungbereiches nach der Erfindung geprüft. Aus der Tabelle 9 ist ersichtlich, daß bei 39 und 50,4 % Feuchtigkeitsgehalt und 40 und 50 % Schlammkonzentration (Schlamm mit 45 % Feststoff oder 18 und 22,5 % Schlammfeststoffkonzentration in der Gesamtmasse) in die Proben 2 und 3 an der Grenze mit nur 1 %Kalk gehalten lagen. Bei Vergleichbarkeit von den

en ·

Schlammgehalten war/jedoch die Proben 5 und 6 befriedigend und hatten nur 2 1 Kalk. Gegenwärtig wird angenommen, daß dies die oberen Grenzen der brauchbaren Zusammensetzungen nach der Erfindung insofern sind-*als es nicht chemisch behandelten Schlamm und Wassergehalt betrifft. Es ist wiederum zu bemerken, daß bei oder nahe den oberen Grenzen der Schlamm- und Wasserbereiche relativ hohe Flugasche- und Kalkgehalte notwendig sind, um eine Stabilisierung aufgrund der Kalk-Flugasche- oder Kalk-Flugasche- Sulfatreaktion .zu bewirken. Der Einfluß des Einsatzes von Verbrennungsrückstand anstelle eines Teils oder des gesamten Plugaschege-

60 9824/08 2 0

haltes in Gemischen nach der Erfindung ist aus den Daten ersichtlich, die für eine weitere Versuchsreihe in Tabelle 10 nachstehend angegeben sind, woraus ersichtlich ist, daß selbst bei 0 % Flugasche mit 40 % Verbrennerrückstand und darüber Gemische mit brauchbaren Eigenschaften bezüglich Druckfestigkeit erzeugt werden («erwiesen wird besonders in diesem Fall auf die Proben 10, 11 und 12).

509824/0820

' COPY

τ A ü Ja JLi Ju js.

Probe-Nr.

(Gewichtsprozent)

Kalk

Ca-reicher Anville Staub

Ga-reicher Annville Staub '.■■; von Halde

Anhydrit (Paulsboro)

«>Schlamm (45 % Feststoff) co

■^Flugasche (Titus Station)

^Einheitsgewicht (trocken)

° (Pfund/Fuß·³)

Feuchtigkeitsgehalt

Druckfestigkeit kg/cirT (PSI) Alter bei der Prüfung und Temp.

2 Tage bei 55 ⁰C

7 Tage bei 55 ⁰C 7 Tage bei 23 ⁰C 2 8 Tage bei 2 3 ⁰C

	1	1	1	1	1
	40	50	30	40	50 I
1 *	+5 8	+ 48	+67	+57	+47 ·
30	71,8	63,5	66,7	66,4	61,2
+68	39	50,4	33,0	42;O	51,4
76
32

1,97 (28)

2,25 (32)

4,22 (60)

4-K

0,28 (4)

4,64 (66) 2,25 (32) 0,35 (5)

0,42 (6)

1,41(20) 0 (0)

Flugasche mit 10 % Feuchtigkeitsgehalt_

3	,37	(48)	1	,97	(28)	0	,56	(8)
4	,50	(64)	3	,66	(52)	0	,42	(6)

'Prnho oinrroqnnVon Κοί

TABELLE

10

cn ö co

Probe

(Gewichtsprozent) 4 5 6

11

12

Kalk

Ca-reicher Annville Staub

Ca-reicher

Anhydrit

Schlamm (25 % Feststoff)

Flugasche (Titus Station)

Verbrenn.Rückst ■

Trock.Einh.Gew. (Pfd./Fuß^J)

Feuchtigk.Geh.

Druckfestigkeit in kg/cnr (PSI) Alter bei Prüf.

2	2	2	2	2	2	6	1	,3	1	1	1	1	1
						3	4	,5	4	4	4	4	4
η Halde
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
t- 25	25	25	25	25	25	20	20	20	20	20	20
+52 +	42	+32	+52	+42	+32	30	20	10	0	0	0
++20 ++	30	++40	+++20	+++30	+++40	10	20	30	40	74	73
71,5	72	,4 87,1	72,	1 80,7	79,	84	86	85	86,3	77,7	78,6
25,8	28	,0 24,6	42	30	31,	28	28,1	31,1	30,2	34,5	29,4

Uli 2	u J. ein Tage	bei	-UJL 55	°C	2,95 (42)	2,39 (34)	133 (26)	5,62 (80)	2,25 (32)	2,53 (36)	1,12 (16)	2,80 (39,8)	1,12 (16)	1,41 (20)	(8)	1,41 (20)	TnO
7	Tage	bei	55	⁰C				:		mm	3,09 (44)	2,81 (40)	2,53 (36)	1,41 (20)	1,97 (28)	2,81 (40)	-F- cjn
7	Tage	bei	23	°c	3,09 (44)	1 ,97 (28)	3,30 (47)	5,20 (74)	2,53 (36)	3,09 (44)	3,66 (52)	3,01 (44)	2,53 (36)	1 ,97 (28)	1,97 (28)	3,01 (44)	cn ro ro cn
28	Tage	bei	23		4,78 (68)	3,09 (44)	4,01 (57)	3,66 (52)	4,64 (66)	3,94 (56)	2,81 (40)	2,11 (30)	1 ,69 (24)	2,11 (3O)	3,01 (44)
				Flugasche mit	10 %	Feuchtigkeitsgehalt	++_ _ , ; 5 Jahre mit 20	alter Verbrennungsrückstand % Feuchtigkeit

Jahr alter Verbrennungsofenrückstand mit 20 % Feuchtigkeitsgehalt

Bei einer anderen Versuchsreihe,deren Ergebnisse in Tabelle 11 aufgeführt sind, wurden unverdientste Mischungen mit 33 % Feuchtigkeitsgehalt bei atmosphärischen Bedingungen 0 Tage bis 28 Tage ohne Verdichtung gelagert und dann verdichtet und 7 und 28 Tage nach Verdichtung geprüft. Der Zweck dieses Versuches bestand dann nachzuweisen, daß die Massennach der Erfindung in einem brauchbaren Abfallbeseitigungsverfahren hergestellt und längere Zeiträume vor Gebrauch gestapelt werden können. Während einer solchen Stapelung werden einige der Reaktionspartner verbraucht,und (ohne Verdichtung) liefern sie kein festigkeiterteilendes Grundgerüst. Deshalb sind bei solchen Stapellagerungen höhere Anteile an Reaktionspartnern erforderlich. So ist aus Tabelle 11 zu erkennen, daß Hassen mit ungenügend Kalk (Probe Nr. 1) weniger beachtlich sind, selbst wenn man sie unmittelbar nach der Vermischung verdichtet,während andere in der Lage waren, beträchtliche Druckfestigkeiten zu entwickeln, selbst wenn sie bis zu 28 Tagen aufgestapelt waren.

50982A/0 82

TABELLE

11

(Gewichtsprozent)

Probe

cn ο co oo

Feuchte Flug asche	37,5	37	37,5	38
Sand und Kies	37,5	37	37,5	38
Kalk	0	1	2	3
Feuchter Ann- viHe Staub	4	4	2	0
Anhydrit	1	1	1	1
Schlamm	20	20	20	20

Trockenes Einheitsgewicht

Feuchtigkeit

0 Tage

3 Tage

7 Tage

14 Tage

28 Tage

78,6/33

78,O/33

75,5/31,7

81,9/28,3

79,5/32,3

78/34,3 80,4/31,3 81,8/27,8 82,8/29,0 82,5/29,1

78,6/32,5
79_r4/32,7
83,0/27,4
81,9/29,6
81,4/30,3

78,7/32,5 80,5/31,8 81,5/30,5 82,1/29,1 74,0/30,4

TABELLE 11, Teil II

ο co OO ro

CD co

Probe	Zeit «or Er dichtung	Härtungsbedingungen nach Verdichtung	1	2	3	4
	Zeit - Temp.
0 Tage	7 Tage 55 ⁰C 28 Tage 23 °C
3 Tage	7 Tage 55 °C 28 Tage 23 ⁰C	8 50	30 60	56 80	96 80
7 Tage	7 Tage 55 ⁰C 28 Tage 23 ⁰C	6	26 30	44 40	86 72
14 Tage	7 Tage 55 °C 28 Tage 23 ⁰C	VO VO	24 30	44 44 .	96 76
28 Tage	7 Tage 55 ⁰C 28 Tage 23 ⁰C	F 6	12 20	36 40	80 64
8	24	32	32

CD N) K)

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß die Erfindung ein neues und einzigartiges Verfahren sowohl hinsichtlich Wirtschaftlichkeit als auch Umweltschutzes zur Beseitigung und Wiederverwendung des Schlammproduktes aus einer städtischen Abwasserbehandlungsanlage bietet. Außerdem wurde gezeigt, daß die Produkte und Verfahren der Erfindung sehr wertvoll für die Landrückgewinnung sind, da sie weitere Umweltschädigung verhindern und frühere Umweltschäden korrigieren. Es ist auch zu beachten, daß die Erfindung zwar im Zusammenhang mit besonderen Massen und Beispielen beschrieben wurde, jedoch hierauf nicht notwendigerweise beschränkt ist.

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Claims

- 43 Patentansprüche

1. Härtbare Wasser-Feststoffmischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe in Gewichtsprozent Trockensubstanz bestehen aus:

1 bis 15 % Kalk

1 bis 50 % gefaulter Abwasserschlamm Feststoffe

bis 90 % Flugasche

und Wasser zur Lieferung eines Feuchtigkeitsgehaltes (wiederum bezogen auf Gewichtsprozent trockener Feststoffe) von 5 bis 50 %.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt TS bis 30 % beträgt und die Feststoffe enthalten:

2 bis 6 % Kalk,

8 bis 20% gefaulte Abwasserschlamm-Feststoffe

30 bis 80% Flugasche

3. Härtbare Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 1 bis 10 % Calciumsulfatanhydrit

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- 44 (bezogen auf Gewichtsprozent Feststoffe) enthält.

4. Härtbare Mischung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von 1,5 bis 3 % Calciumsulfatanhvdrit (bezogen auf Gewichtsprozent Feststoff).

5. Härtbare Mischung nach Ansnruch 3, gekennzeichnet durch einen weiteren Gehalt von 10 bis 60 % Erdreich (bezogen auf Gewichtsorozent Feststoff).

6. Härtbare Mischung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen weiteren Gehalt von 20 bis 45 % Erdreich, (bezogen auf Gewichtsprozent Feststoff).

7. Verfahren zur Behandlung von Schlamm aus einer städtischen Abwasseranlage, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schlamm mit Kalk und Flugasche vermischt, so daß die fertige Zusammensetzung des Gemisches einen Feuchtigkeitsgehalt von 5 bis 50 % aufweist und die Feststoffe darin bestehen aus

1 bis 15 % Kalk,

1 bis 50 % gefaulter Abwasserschlamm Feststoffe

20 bis 90 % Flugasche,

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und man die Mischung unter atmosphärischen Bedingungen härten läßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung ein Erdalkalisulfat zugesetzt wird., dessen Menge dem molaren Äquivalent von 1 bis 10 % (Feststoffgewicht) Calciumsulfatanhvdrit entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Michung auch Erdreich^;in einer Menge von 10 bis 60 % der Feststoffe zugesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt unter 35 % liegt und die Mischung nach Ablagerung und vor der Erhärtung verdichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumsulfat und Erdreich in dem Gemisch eingeschlossen sind und 1,5 bis 3 % (als Calciumsulfatanhydrit) bzw. 20 bis 45 % ihrer Feststoffe umfassen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt unter 35 % liegt und die Mischung nach der Verlegung und vor der Härtung verdichtet wird.

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13. Verfahren zur Herstellung eines Last aufnehmenden Materials aus städtischem Abwasserschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schlamm mit Kalk und Flugasche vermischt, so daß die fertige Masse einen Feuchtigkeitsgehalt von 5 bis 50 % hat und ferner 1 bis 15 % Kalk, 1 bis 50 % gefaulte Abwasserschlamm Feststoffe und 20 bis 90 % Flugasche (sämtlich bezogen auf das Feststoffgewicht) aufweist/ und man die Mischung unter atmosphärischen Bedingungen härten läßt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung auch Erdalkalisulfat in einer Menge zugesetzt wird, die dem molaren Äquivalent von 1 bis 10 % Calciumsulfatanhvdrit entspricht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung auch Erdreich entsprechend 10 bis 6O % des Feststoffgehaltes der Mischung enthalten ist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung Calciumsulfat und Erdreich in einer Menge von 1,5 bis 3 % (bezogen auf Calciumsulfatanhvdrit) bzw. 20 bis 40 % ihres Feststoffgehaltes eingeschlossen sind.

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17. Härtbare Wasser-Feststoffmischung, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Gewichtsprozent trockener Feststoffe enthält:

1 bis 15 % Kalk oder Kalkersatz, der

eine molare Äquivalentmenge hydratisier-

baren Erdalkalioxid oder Erdalkalihydroxid

liefert,

1 bis 50 % gefaulte Abwasserschlamm"

Feststoffe

20 bis 90 % Flugasche oder Flugascheäquivalentmengen anderen Abfallmaterials mit puzzolanischer Aktivität und Wasser zur Lieferung eines Feuchtigkeitsgehaltes (bezogen auf Trockengewicht der Feststoffe) von 5 bis 50 %.

18. Mischung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an gefaulten Abwasserschlamm~Feststof— fen IbJs 15 % beträgt und 1 bis 10 % Calciumsulfatanhydrit oder andere Erdalkalisulfate in einer Menge äquivalent 1 bis 10 % Calciumsulfatanhydrit auf molarer Basis vorhanden ist.

19. Masse nach Anspruch 17, 18, gekennzeichnet durch 20 bis 90 % puzzolanisch aktivem Kieselscvurerück-

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stand aus einem Erdölraffinerieabfall-Verbrennungsofen als Flügaschen<|quivalent.

20. Mischung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Alaunabfall-Koaguliermittel aus einer Wasserbehandlungsanlage und/oder Rotschlamm (Nebenprodukt eines Bauxit-Reduktionsverfahrens) als Flugascheäquivalent.

21. Mischung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch 20 bis 90 % Flugasche und einen Kalkersatz, bestehend aus Kalkofenstaub und/oder Zementofenstaub in einer Menge entsprechend dem molaren Äquivalent an hydratisierbaremErdalkalioxid oder Erdalkalihydroxid «on 1 bis 15 % gelöschtem Kalk.

22. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kalkersatzes, bestehend aus Ätzkalk, basischem Sauerstoffofenstaub, Kalkofenstaub und/oder Zementofenstaub in einer Menge, die das molare Äquivalent an Erdalkalihydroxiden öder hydratisierbaren Erdalkalihydroxid von 1 bis 15 % gelöschtem Kalk ergibt.

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23. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-16, dadurch gekennzeichnet, daß 5 bis 25 % der gefaulten Abwasserschlamm-Feststoffe aus faserigem Cellulosematerial bestehen.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung Erdreich entsprechend 10 bis 60 % Feststoffgehaltes und 5 bis 25 % der Faulschlammfeststoffe an faserigem Cellulosematerial enthält.

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