DE3717884A1 - Anordnung zum zurueckhalten der schadstoffe aus schadstoffhaltigen deponie-sickerwaessern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zurückhalten der Schadstoffe aus schadstoffhaltigen Deponie-Sickerwässern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie die Ausbildung einer Deponie gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 12 und 13.

Bei Deponien, insbesondere Sondermüll-Deponien besteht die Forderung, daß die im Deponiekörper enthaltenen Schadstoffe nicht in die Biosphäre gelangen dürfen. Der Deponiekörper wird deshalb mit einer Deponieabdichtung versehen, die möglichst dicht sein, also möglichst keine Schadstoffe aus der Deponie austreten lassen soll. Technisch wird diese Aufgabe bislang durch Dichtungsschichten aus mineralischen Dichtungsmaterialien, meist Tonmineralien, gelöst, die eine vollständige Ummantelung des Deponiekörpers bilden, um nicht nur etwa im Deponiekörper enthaltene bzw. gebildete Sickerwässer zurückzuhalten, sondern auch das Eindringen von Niederschlägen in den Deponiekörper zu verhindern.

Dichtungsschichten aus mineralischen Dichtungsmaterialien können, technisch betrachtet, für kurze Zeiträume als dicht betrachtet werden. In Anbetracht dessen, daß Abfälle in den Deponien aber auf Dauer, für die Ewigkeit gelagert werden sollen, sind nicht kurze, sondern geologische, also sehr lange Zeiträume zu betrachten. In solchen Zeiträumen spielt auch die absolute Menge eines etwa durch Diffusion durch die Deponieabdichtung hindurch- und aus der Deponie austretenden Sickerwassers eine große Rolle. Die Verwendung von Kombinationsdichtungen aus mineralischen Dichtungsmaterialien und Dichtungsfolien aus Kunststoffen bringt zwar für die erwähnten kurzen Zeiträume von 30 bis 50 Jahren eine höhere Dichtigkeit; man vergißt dabei aber meist, daß nach dieser Zeit die aus organischen Stoffen bestehende Folie aufgrund von Stoffveränderungen ihre Dichtwirkung verliert.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um das Austreten von schadstoffhaltigen Sickerwässern aus Deponien auch für geologische Zeiträume zu verhindern.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mineralische Dichtungsmaterialien aus Feststoff (Boden) bestehen, der aufgrund seines strukturellen Aufbaus Porenräume aufweist, die teils mit Gas (Porenluft), teils mit Flüssigkeit (Porenwasser) gefüllt sind. Zwischen diesen Phasen besteht unter den natürlichen äußeren Bedingungen eine scheinbare chemische Stabilität, die nur langfristig durch geologische Umwandlungsprozesse (Verwitterung) gestört wird. Bei der Verwendung von mineralischen Dichtungsmaterialien für eine Deponieabdichtung dringt vor allem auch unter der Wirkung des Staudrucks das Deponie-Sickerwasser ganz langsam in die Dichtungsschicht ein und verdrängt dort die Porenluft bzw. ersetzt das Porenwasser.

An der Grenze zwischen zwei Phasen, z.B. zwischen dem Deponiesickerwasser und der Oberfläche der Bodenteilchen, bildet sich dabei ein Übergangsgebiet (Phasengrenzgebiet) aus, das unter dem Einfluß der elektrostatischen Kräfte der Moleküle der Lösung und des festen Körpers steht. Je nach Art und Eigenschaften der festen Phase findet dabei eine Anreicherung von Inhaltsstoffen der flüssigen Phase an der Oberfläche des festen Körpers statt, die allgemein als Adsorption bezeichnet wird. Je nach Art der Bindung der gelösten Teilchen an den Molekülen des Festkörpers unterscheidet man zwischen der physikalischen und der chemischen Adsorption. Bei der physikalischen Adsorption werden Ionen oder Moleküle der Lösung hauptsächlich durch Van-der-Waals′sche Kräfte an den festen Körper gebunden; sie hat etwa den Charakter einer Benetzung oder Kondensation an der Oberfläche des festen Körpers. Im Gegensatz dazu erfolgt bei der chemischen Adsorption die Festlegung der in der Lösung dissoziierten Ionen durch mehr oder weniger polare Bindungen mit den Ionen des festen Körpers.

In der weiteren Erkenntnis, daß Deponie-Sickerwässer nicht vollständig, sondern nur die darin enthaltenen Schadstoffe zurückgehalten werden müssen, macht sich die Erfindung diese Vorgänge der physikalischen und chemischen Adsorption in der Weise zu nutze, daß bei einer derart langsamen Durchströmung einer Schicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, wie sie einem Sickerprozeß oder einer Diffusion entspricht, die im Sickerwasser enthaltenen Schadstoffe diesem durch Adsorption an dem festen Körper entzogen und so zurückgehalten werden. Je nach Art, Dicke und Zusammensetzung einer solchen Adsorptionsschicht können auf diese Weise grundsätzlich alle Arten von Schadstoffen zurückgehalten werden.

Die Bedeutung der an die Adsorptionsschicht angrenzenden Dichtungsschichten für die Adsorptionsschicht liegt vor allem in der dadurch erreichbaren Steuerung der Durchströmung bzw. Durchsickerung. Diese Aufgabe kann eine Dichtungsschicht sowohl dann erfüllen, wenn sie in Durchströmrichtung gesehen vor der Adsorptionsschicht liegt, wie auch hinter dieser.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt auch darin, daß durch diese Adsorptionsvorgänge die Durchlässigkeit des Gesamtsystems mit zunehmendem Alter verringert wird, die Dichtwirkung sich also verbessert und nicht, wie bei den bekannten Kombinationsdichtungen sich mit der Zeit verschlechtert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Sohlbereich einer nach der Erfindung ausgebildeten Deponieummantelung,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Querschnitt mit einer anderen Schichtanordnung und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Deponie.

In dem Querschnitt der Fig. 1 ist schematisch der untere Bereich eines Deponiekörpers 1 angedeutet, der auf einer Dichtungsschicht 2 aus mineralischen Dichtungsmaterialien, z.B. einem Tonmineral, aufliegt. Oberhalb der Dichtungsschicht 2 hat sich, sei es durch im Deponiekörper gebildetes Wasser, sei es durch Niederschläge, die durch Pfeile 3 symbolisiert sind, ein Stauwasserspiegel 4 gebildet, der mit einem gewissen Staudruck (Pfeile 5) auf die Dichtungsschicht 2 wirkt. Die Niederschläge 3 können ihrerseits durch Schadstoffe belastet sein, was durch zwei verschiedene Symbole "x" und "o" anzudeuten versucht wurde.

Unterhalb der Dichtungsschicht 2 befindet sich eine Adsorptionsschicht 6. Die Adsorptionsschicht 6 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Lagen, nämlich einer oberen Lage 6′ und einer unteren Lage 6′′. Unterhalb der Adsorptionsschicht 6 steht das normale Erdreich 7 an mit dem Grundwasserspiegel 8.

Aus Fig. 1 ist nun zu entnehmen, wie infolge des auf die Dichtungsschicht 2 wirkenden Staudrucks (Pfeile 5) stark schadstoffbelastetes Sickerwasser (Pfeile 9) langsam zunächst in die Dichtungsschicht 2 eindringt und durch diese hindurchsickert, wobei über die - steuerbare - Durchlässigkeit der Dichtungsschicht 2 der Durchtritt reguliert werden kann. Das Sickerwasser dringt sodann in die obere Lage 6′ der Adsorptionsschicht 6 ein, wo ein Teil ("x") der Schadstoffe zurückgehalten wird, und danach in die untere Lage 6′′ der Adsorptionsschicht 6, in der weitere, gegebenenfalls andere Schadstoffanteile ("o") zurückgehalten werden. Das danach nur mehr geringe, unschädliche Konzentrationen an Schadstoffen aufweisende Sickerwasser (Pfeile 10) tritt danach in den Boden aus und reichert das Grundwasser 8 an.

Art, Dicke und Anordnung der Dichtungsschicht 2 und der gegebenenfalls mehrlagigen Adsorptionsschicht 6 sind abhängig von den zu erwartenden Schadstoffarten und -mengen. Dabei ist die Anzahl der Lagen der Adsorptionsschicht 6, wenn in den einzelnen Lagen unterschiedliche Adsorbermaterialien eingesetzt werden sollen, abhängig von den zu erwartenden Schadstoffarten, während die Dicke der Schichten Sache einer Abschätzung der für einen vorgegebenen Zeitraum anfallenden Schadstoffmengen ist. Dabei muß berücksichtigt werden, daß bei den Adsorptionsvorgängen die absolute Dichtigkeit der Schichtpakete beträchtlich erhöht wird. Bei dieser Art von Ummantelung kann es nicht zu dem bekannten und gefürchteten Anstieg der Durchlässigkeit durch Ausspülungsvorgänge oder chemische Alterung kommen, wie z.B. bei Folie.

Die Zusammensetzung der Adsorptionsschicht 6 bzw. der einzelnen Lagen 6′ und 6′′ dieser Schicht richtet sich nach der Art der anfallenden Schadstoffe. Als Grundmaterial werden wohl im wesentlichen wieder mineralische Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien verwendet werden, denen die Adsorbermaterialien beigemischt werden. So kann zur Entfernung von Schwermetallen beispielsweise eine Schicht aus einem Gemisch aus einem Tonmineral, wie z.B. Bentonit, und Calciumhydroxyd verwendet werden. Zur Adsorption von organischen Substanzen können z.B. Mineralstoffgemische verwendet werden, denen bestimmte Mikroorganismen zugemischt werden, welche die Adsorption von organischen Stoffen, wie Öle, PCB (polychlorierte Biphenyle) und anderen Stoffen ermöglichen.

In Fig. 2 ist in einem der Fig 1 ähnlichen Querschnitt eine andere Schichtenfolge einer Anordnung nach der Erfindung dargestellt. Hier befindet sich die Dichtungsschicht 2 aus mineralischen Dichtungsmaterialien, z.B. aus einem Tonmineral, zwischen zwei Filterschichten 13, z.B. aus Filtermatten, eingebettet unterhalb der Adsorptionsschicht 6, die ihrerseits von dem Deponiekörper 1 durch eine Zwischenschicht 11 aus rolligem Material, wie z.B. Sand, getrennt ist.

Ähnlich wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, dringt hier das aus dem Deponiekörper 1 austretende, stark schadstoffhaltige Sickerwasser (Pfeile 12) durch die Sandschicht 11 hindurch unmittelbar in die Adsorptionsschicht 6 ein, in deren beiden Lagen 6′ und 6′′ die Schadstoffe durch Adsorption zurückgehalten werden. Da die eigentliche Dichtungsschicht 2, deren Durchlässigkeit meist geringer sein wird als diejenige der Adsorptionsschicht 6, sich hier unterhalb der Adsorptionsschicht 6 befindet, wird sich ein gewisser Staudruck (Pfeile 5) hier oberhalb der Dichtungsschicht 2, in der Adsorptionsschicht 6, gegebenenfalls aber auch schon oberhalb der Adsorptionsschicht 6 aufbauen.

Wie im Zusammenhang mit den Pfeilen 9 angedeutet ist, tritt durch die Dichtungsschicht 2 nurmehr gering in unschädlichen Konzentrationen belastetes Sickerwasser hindurch, das dann (Pfeile 10) aus der unteren Filterschicht 13 austritt und das Grundwasser anreichert, dessen Spiegel wieder bei 8 angegeben ist.

In Fig. 3 ist in einem Querschnitt durch eine Deponie der Aufbau ihrer Ummantelung aus einer Schichtenfolge nach der Erfindung dargestellt.

Bei dieser Deponie besteht die Ummantelung 21 zunächst aus einer, den Deponiekörper 22 vollständig einschließenden Dichtungsschicht 23 aus einem mineralischen Dichtungsmaterial, z.B. einem Tonmineral. Im Bereich der Sohle 24 und der Böschungen 25 folgen auf die Dichtungsschicht 23 eine erste Adsorptionsschicht 26′ und eine zweite Adsorptionsschicht 26′′, die auf das entsprechend aufbereitete anstehende Erdreich 27 aufgetragen sind. Die Adsorptionsschichten 26′, 26′′ sind in der vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise zusammengesetzt und aufgebaut. Die Dichtungsschicht 23 ist im oberen Bereich über die Oberkanten der Adsorptionsschichten 26′, 26′′ hinweggezogen (28), um auch diese abzudecken.

Eine weitere Möglichkeit der Erfindung ist in Fig. 3 dadurch angedeutet, daß sich im Bereich der Sohle 24 der Ummantelung 21 unterhalb der Dichtungsschicht 23 eine Drainschicht 29 befindet, die über eine Leitung 30 mit einer speziellen Adsorptionseinheit 31 verbunden ist. Diese Adsorptionseinheit 31 ist hier nur schematisch angedeutet; sie ist grundsätzlich in der gleichen Weise aus Dichtungsschichten und Adsorptionsschichten aufgebaut, wie beispielhaft im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Sie ist seitlich und/oder leicht unterhalb der Deponie vorgesehen und kann aus mehreren Kammern bestehen, beispielsweise einer Kammer 31′, in der schadstoffspezifische Adsorber, z.B. für Schwermetalle, untergebracht sein können und einer Kammer 31′′ beispielsweise für eine biologische Reinigung des Sickerwassers.

Die externe Adsorptionseinheit 31 kann entweder schon im Anfangszustand wirksam sein, wenn aus dem Deponiekörper 22 selbst noch ein größerer Anfall von schadstoffhaltiger Flüssigkeit zu erwarten sein sollte; sie kann in einem Störfall wirksam werden, wenn zu einem späteren Zeitpunkt einmal die Niederschläge, die an sich durch die Abdeckung aus der Dichtungsschicht 23 zurückgehalten werden sollen, einmal größer sein sollten als der mögliche Abfluß oder auch dann, wenn die in der Ummantelung 21 vorgesehenen Adsorptionsschichten 26′, 26′′ bereits durch Adsorption zugesetzt sein sollten. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Deponie können auch mehrere Adsorbereinheiten 31 vorgesehen sein; es können auch späterhin weitere Adsorbereinheiten ergänzt werden.

Claims (13)

1. Anordnung zum Zurückhalten der Schadstoffe aus schadstoffhaltigen Deponie-Sickerwässern mit mindestens einer Dichtungsschicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsschicht (2) mindestens eine Adsorptionsschicht (6) zugeordnet ist, die zumindest in Form von Beimengungen Materialien enthält bzw. ganz oder teilweise aus Materialien besteht, die in der Lage sind, in dem aus der Deponie austretenden Sickerwasser enthaltene Schadstoffe durch physikalische und/oder chemische Adsorption zu binden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsschicht (6) - in Durchströmungsrichtung gesehen - hinter oder vor der Dichtungsschicht (2) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adsorptionsschicht (6) zwischen zwei Dichtungsschichten liegt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsschicht (6) zumindest im wesentlichen aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien besteht, denen die adsorbierenden Materialien beigemengt sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsschicht (6) aus zwei oder mehr Lagen (6′, 6′′) besteht.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (6′, 6′′) der Adsorptionsschicht (6) Materialien mit unterschiedlichen Adsorptionseigenschaften enthalten.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lage vorgesehen ist, die Mikroorganismen zur Adsorption organischer Stoffe enthält.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten (2, 6) bzw. Lagen (6′, 6′′) durch Zwischenschichten (11, 13) voneinander bzw. von den angrenzenden Schichten getrennt sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenschichten aus Schichten (11) aus rolligem Material, wie Kies, Sand oder dergleichen vorgesehen sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenschichten aus bindigem Material, wie Tonmineralien oder dergleichen vorgesehen sind.

11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenschichten aus Filtermatten (13) aus anorganischen Fasern, wie Mineralfasern oder dergleichen und/oder organischen Fasern, wie Kunstfasern oder dergleichen vorgesehen sind.

12. Deponie mit einem Deponiekörper und mit einer Ummantelung, die zumindest aus einer Dichtungsschicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (21) zumindest im Sohl- und/oder Böschungsbereich gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 ausgebildet ist.

13. Deponie mit einem Deponiekörper und mit einer Ummantelung, die zumindest aus einer Dichtungsschicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Deponiekörper gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Drainschicht (29) mindestens eine gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 ausgebildete Anlage als gesonderte Einheit (31) nachgeordnet ist.