DE3725749A1 - Kompaktierung von industriestaeuben und deponie der kompaktate - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von umweltschädlichen Industrieabfällen, insbesondere von mineralischen Rückständen, beispielsweise Filterstäuben aus der Rauchgasreinigung kommunaler und industrieller Verbrennungsanlagen.

Die Müllentsorgung bereitet weltweit zunehmend Probleme. Dem ständig wachsenden Entsorgungsbedürfnis der privaten Haushalte und der Industrie stehen kaum noch ausreichend verfügbare Deponien für die Zukunft zur Verfügung. Die zu entsorgenden Abfälle werden zudem zunehmend aggressiver und bedrohen die Umwelt. Dies gilt insbesondere für die Auswirkungen auf den Wasserhaushalt. Im Hinblick auf die ständig wachsenden Müllberge bleibt als Ausweichlösung eigentlich nur eine Volumenverringerung, indem der anfallende Müll in Verbrennungsanlagen verarbeitet wird. Durch die Müllverbrennung wird der anfallende Müllberg volumensmäßig um ca. 80% seines ursprünglichen Volumens reduziert. Die verbleibenden Rückstände wie Rostaschen und Verbrennungsschlacken, vor allem aber die Filterstäube aus der Rauchgasreinigung stellen wegen ihrer hohen Kontaminierung, insbesondere mit Schwermetallen und anderen toxischen Stoffen, die Betreiber der Müllverbrennungsanlagen vor große Entsorgung-, bzw. Deponieprobleme.

Moderne Entsorgungsverfahren müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllen. Gegenüber den Ausgangsstoffen müssen die deponierten Stoffe insbesondere eine geringe Wasserlöslichkeit bzw. Auslaugbarkeit (Eluierbarkeit) aufweisen, um das Grundwasser nicht zu gefährden. Der bekannte Stand der Technik sieht hier bisher vor, Filterstäube naß aufzubereiten. Dabei entstehen nachteilig wiederum Schlammrückstände, die auf Sondermülldeponien verbracht werden müssen. Bei allen bisher betriebenen Entsorgungs- und Deponieverfahren entstehen darüber hinaus verhältnismäßig hohe Kosten durch entsprechend aufwendige Dichtungsmaßnahmen und Kontrolleinrichtungen an den Deponien, die in der Regel kaum wieder erwirtschaftet werden können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Deponiemöglichkeit vorzustellen, mittels derer die genannten Nachteile vermieden und die Schwierigkeiten ausgeräumt werden können. Insbesondere sollen hochgiftige Industriestäube in ein unschädliches und umweltverträgliches Produkt durch Kompaktierung verwandelt werden. Das Kompaktierverfahren soll ferner leicht und kostengünstig durchführbar sein und Kompaktate erzeugen, die nicht auf Sondermülldeponien gelagert werden müssen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die Stäube zusammen mit Bindemitteln verpreßt werden. Das Kompaktieren von mineralischen Rückständen aus der Rauchgasreinigung von Müllverbrennungsanlagen wird erfindungsgemäß insbesondere für Rostaschen aus Müllverbrennungsanlagen, Verbrennungsschlacken aus diesen Betrieben soweit sie nicht einer anderen Verwertung zugeführt werden können, mineralischen Rückständen aus der nassen, halbtrockenen und trockenen Rauchgasreinigung industrieller und kommunaler Müllverbrennungsanlagen eingesetzt, wobei auch Kombinationen der genannten Stoffe verwertet werden können. Die Eluierbarkeit der eingesetzten Abfallstoffe wird erfindungsgemäß durch ihre Verdichtung mittels mechanischer oder hydraulischer Pressen herabgesetzt. Die stark toxischen und hoch kontaminierten Rückstände, hier insbesondere die mineralischen Rückstände der Rauchgasreinigungen, werden durch die dargestellte Kompaktierungsmetode nochmals volumenmäßig auf ca. 40-60% ihres ursprünglichen Volumens verdichtet. Durch die Kompaktierung werden diese derzeit nicht entsorgbaren Abfallstoffe schwer- bzw. überhaupt nicht mehr eluierbar (auslaugbar). Die Auswirkungen auf das Grundwasser werden auf ein Minimum reduziert bzw. gänzlich ausgeschlossen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die die Stäube vorteilhaft zu stapelfähigen Formsteinen verpreßt, vorzugsweise nach dem Verfahren der Kalksandsteinherstellung, wobei als Bindemittel vorzugsweise Sand, Zement und Zusatzstoffe verwendet werden. Hierbei sollen insbesondere herkömmliche Bausteinpressen zum Einsatz kommen, mit Kompaktatgrößen bis ca. 500×300×250 mm. Größere Formate bleiben der maschinentechnischen Entwicklung vorbehalten. Die Verdichtung der Kompaktate in den Pressen erfolgt durch entsprechende mechanische Pressverdichtung, durch zusätzlichen Einsatz von Rüttelmethoden oder durch Evakuieren der Formkästen während des Pressvorganges. Als Bindemittel für die Erzeugung der Kompaktate aus den vorgenannten Stoffen werden erfindungsgemäß Zemente und Sonderzemente (gemäß DIN 1164) verwendet, ferner Kalk- und kalkverwandte Bindemittel (gemäß DIN 1060), Gips- und gipsverwandte Bindemittel (gemäß DIN 1168), sowie auch außerhalb der in diesen Normen beschriebenen Zusammensetzungen, darüber hinaus Rauchgasgipse und puzzolanisch reagierende Mineralien und Stäube. Ferner werden bei der Kompaktierung zur Herabsetzung der Auslaugbarkeit der eingesetzten Ausgangsstoffe und zur Beschleunigung der Abbindevorgänge quarzhaltige Sande (Bausande), granulierte oder gebrochene Verbrennungsschlacken, Rostaschen, Kombinationen von den vorbeschriebenen Stoffen und Recycling- Materialien verwendet. Verdichtung und Herabsetzung der Eluierbarkeit werden durch Einsatz von Zusatzstoffen verbessert. Die eingesetzten Zusatzmittel müssen im Hinblick auf ihre Auswirkung auf die Umwelt als auch im Hinblick auf die Langzeitverträglichkeit bemessen werden. Als Zusatzmittel werden erfindungsgemäß organische oder synthetische Produkte verwendet, die als Bindemittelzusätze bekannt sind.

Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung, werden die Formsteine mit Nut und Feder hergestellt, womit eine hohe Eigenstabilität beim Stapeln erzielt wird, insbesondere wenn das Nut- und Federsystem allseitig vorgesehen ist.

Mit großem Vorteil werden die Stäube mit einem Gewichtsanteil bis zu 80%, vorzugsweise 67-63% in die Mischung eingebracht und der Sandanteil beträgt bis zu 32%, vorzugsweise 30-28%, der Zementanteil bis zu 10%, vorzugsweise 7-9%. Hierbei handelt es sich um einen Mischbereich, der nachweislich eine optimale Produktqualität, d.h. hohe Festigkeit der Formsteine bei sehr geringer Eluierbarkeit gewährleistet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden als Zusatzstoffe vorzugsweise Bitumen oder Epoxydharze verwendet, insbesondere in Form von Schmelzen, Lösungen oder Emulsionen, Epoxydharzen als lösungsmittelfreie oder -haltige heiß- oder kalthärtende Zubereitungen, auch in dispergierter Form mit allen technisch gebräuchlichen Härtungsmitteln wie Polyaminen, Polyaminoamiden, Polyamiden, Piperazinen, Derivaten des Hydrazins und Säureanhydriden sowie undefinierten Mannichbasen, synthetischen Harzen und modifizierten natürlichen Harzen, speziell Phenol- und Furanharzen, Kondensationsprodukten von Ketonen und Heterocyden sowie Kohlenwasserstoffharzen, sowohl in Form von Schmelzen, Lösungen in organischen Lösungsmitteln als auch in wasserdispergierter Form, Additions- und Reaktionsprodukten von Polyolen und Isocyanaten speziell Produkten der Reaktion von Wasser mit Isocyanaten.

Die eingesetzten Zusatzstoffe wirken auf die das Bindemittel enthaltenden und zu pressenden Ausgangsmischungen durch Veränderung der Grenzflächenspannung benetzungs- und fließfördernd. Es verändert sich die Viskosität und die Strukturviskosität des wässerig/mineralischen Gemisches zur Erzielung einer einwandfreien Verpreßbarkeit und anschließenden Bindung. Durch Einsatz von Melaminharzen, Digninsulfonaten, Naphtalinsulfonsäure und Formaldehydkondensaten wird es möglich, sehr geringe Wassermengen zu verwenden mit der Folge, daß die Formkörper äußerst dicht, d. h. besonders poren- und kapillararm werden. Die so behandelten Kompaktate werden auf diese Weise kaum bzw. überhaupt nicht mehr von Wasser durchdrungen. Eine Hydrophobierung der beteiligten Ausgangsstoffe kann sowohl bereits vor dem Einsatz im Kompaktierungsverfahren als auch während des Verfahrens erfolgen, beispielsweise auch durch Verwendung hydrolisierbarer, siliziumorganischer Verbindungen, Oligomeren sowie Siloxanpolymeren, ferner durch Verwendung von Metallseifen oder oligomeren und polymeren Fluorkohlenwasserstoffen.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die erzeugten Formsteine einer Deponie zugeführt und regelmäßig neben- und übereinander gestapelt, unter Bildung von begehbaren Kontrollgängen und Schächten im Innern der Deponie. Durch die erfindungsgemäße Stapeldeponiemethode wird sichergestellt, daß seitlich anströmende Grundwässer und auftreffende Niederschlagswässer wirksam um den Deponiekörper bzw. unterhalb von diesem vorbeigeführt werden. Eine Durchdringung der Deponie erfolgt nicht. Die Errichtung (Einstapelung) des Deponiekörpers erfolgt mit druckfesten Kompaktaten. Bei der erfindungsgemäß dargestellten Deponiemethode können sowohl horizontale als auch vertikale Kontrollgänge und -schächte eingestapelt werden, so daß die Deponie auf Dauer von innen her kontrollierbar ist. Aufwendige Kontrollbrunnen zur Beobachtung des Grundwassers außerhalb des Deponiekörpers sind damit nicht mehr erforderlich. Nach Erreichen der endgültigen Deponiehöhe wird die Oberfläche der Deponie wie vorbeschrieben abgedichtet. Der so allseitig abgedichtete Deponiekörper wird mit kulturfähigem Boden angedeckt und entsprechend den jeweiligen Standortgegebenheiten eingegrünt.

Vorteilhaft werden die Deponieformsteine je nach Herkunft der eingesetzten Abfallstoffe gekennzeichnet. Zur Trennung unterschiedlicher, chemisch nicht verträglicher Deponiestoffe werden die jeweiligen Abfallstoffe gesondert eingestapelt. Zwischen den einzelnen Deponiestapeln werden wasserundurchlässige Isolierschichten eingebracht. Die Kennzeichnung erfolgt zweckmäßigerweise bereits im Kompaktierungswerk, beispielsweise durch Einfärben des jeweiligen Kompaktates oder Einpressen von Kennziffern und Kennsignaturen oder dergleichen. Bei der erfindungsgemäß dargestellten Methode werden so errichtete Deponien wieder aufnehmbar. Dieses kann erforderlich werden, wenn sich herausstellt, daß die Deponie zukünftig an dem einmal gewählten Standort aus Umweltgründen entfernt bzw. versetzt werden muß oder für den Fall, daß die in dem Deponiekörper enthaltenen Stoffe durch zukünftige technische Entwicklungen im Recycling zu wertvollen Rohstoffen werden. Durch das gesonderte Einstapeln einzelner Abfallstoffe auf ein und dergleichen Deponie wird die gemeinsame Einbringung von bisher unverträglichen Abfällen unproblematisch.

Durch die dargestellte Massen- und Mengenreduzierung der Abfälle wird der bisherige Deponiebedarf um ein vielfaches reduziert. Es können gleichzeitig mehrere Entsorgungsbetriebe- und Anlagen, die jetzt einzeln auf volkswirtschaftlich aufwendige Monodeponien entsorgt werden müssen, in eine gemeinsame Deponie entsorgt werden.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft wird die Deponie in Hochlage errichtet. Derartige Deponien können an beliebigen Standorten angelegt werden. Eine Grundwasserberührung ist in jedem Fall ausgeschlossen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung des in der Zeichnung schematisch dargestellten Verfahrensablaufes.

Die in verschiedenen industriellen Feuerungsanlagen anfallenden Stäube, Aschen und Schlacken (1) werden beispielsweise in geschlossenen Silofahrzeugen einer zentralen Kompaktierungsanlage zugeführt, bestehend im wesentlichen aus einer Mischanlage (M) und einer Presse (P). Sie werden in abgeschlossene Stahlhochsilos eingeblasen und von dort beispielsweise über Schnecken und Waagen der Mischanlage (M) zugeführt. Die Mischanlage (M) wird gleichzeitig mit Sand (2), Zement (3) und Zuschlagstoffen (4) beaufschlagt. Der Mischvorgang erfolgt zentral in hermetisch abgeschlossenen Maschinen, so daß umweltschädigende Staubaustritte unterbunden sind.

Aus der Mischanlage (M) erfolgt der Austrag des feuchten Gemisches (5) direkt auf die Kompaktierungs-, d.h. Kalksandsteinpressen (P). Hier wird die Mischung (5) verdichtet und erhält als Kompaktat (6) ihre endgültige Form. Die Kompaktate (6) werden abgestapelt und einer Zwischenlagerung (L) unterzogen, wobei nach entsprechender Abbindezeit, d. h. erfolgter Aushärtung die so erzeugten Formsteine (7) auf Lastfahrzeuge per Kran mit Steingreifer verladen und auf die Enddeponie (D) abgefahren werden.

Die jeweiligen Rezepturen (2, 3, 4) richten sich nach dem chemischen Aufbau der Ausgangsstoffe (1) und nach den Erfordernissen des Endproduktes (7) aus abfallrechtlicher Sicht.

Die erfindungsgemäßen Stapeldeponien (D) können sowohl in Tieflage als auch in Hochlage angelegt werden. Für Deponien in Tieflage eignen sich insbesondere bereits abgebaute Kiesgruben, Tongruben, Steinbrüche und dergleichen. Deponien in Hochlage können an beliebigen Standorten angelegt werden. Der Untergrund der in Frage kommenden Deponieflächen wird bodenmechanisch bis zur erforderlichen Standfestigkeit verdichtet. Hierauf wird eine kapillarbrechende Schicht (wasserdurchlässige Dränschicht) aufgebracht und ebenfalls standfest verdichtet. Auf den so hergerichteten Unterbau wird eine Betonsohle in wasserundurchlässigem Beton hergestellt, dessen Wasseraufsaugvermögen durch Einsatz eines hydrophobierenden Dichtungsmittels aufgehoben ist. Als zusätzliche Dichtungsmöglichkeiten der Deponieaufstandsfläche werden erforderlichenfalls Abdichtungen aus Dachpappe, Bitumenbahnen, Kunststoffdichtungen, Asphaltmastix, zementgebundene Dichtungsschlämme, Kunststoffbeschichtungen, beispielsweise aus Epoxydharz, Polyurethan, Polyester, PMMA sowie deren Kombinationen mit Bitumen und Teer, bituminöse Spachtelmassen und wasserabweisende und wasserundurchlässige Estriche als zusätzlicher mechanischer Schutz aufgebracht.

Die aufgehenden Wände und Deponieoberflächen werden durch bituminöse Deckanstriche, Spachtelmassen oder Spritzbeton aus Bitumenemulsionen/Zementgemischen, Bitumenbahnen, Dachpappen, Kunststoffdichtungsbahnen, Kunststoffbeschichtungen, zementgebundene Dichtungsschlämme, Spritzbeton, dem Einsatz von Dränageschichten (Betonfiltersteine), Dränmatten und -platten sowie durch natürliche Filtermaterialien abgedichtet.

Die Bodenplatte wird mit entsprechenden Entwässerungssystemen zur Abführung von anfallenden Oberflächenwässern (hier insbesondere Niederschlagswasser) versehen, beispielsweise begehbaren und befahrbaren Rinnensystemen. Die Entwässerung wird zu einem Sammelschacht orientiert. In diesem wird das anfallende Deponiesickerwasser gesammelt und ständig überwacht. Je nach Art der anfallenden Sickerwässer werden diese entweder schadlos entsorgt oder dem Kompaktierungsprozeß wieder zugeführt, so daß nachteilige Auswirkungen auf das Grundwasser wirksam auf Dauer ausgeschlossen werden.

Die mit Nut- und Federsystem ausgestatteten Kompaktate (6) bzw. Deponiesteine (7) werden im Verbundsystem lagen- bzw. schichtweise auf der Deponie (D) derart eingestapelt, daß keine durchgehenden vertikalen Fugen entstehen. Durch diese Stapelmethode wird zum einen die Standfestigkeit der Deponie (D) gewährleistet, zum anderen ist sichergestellt, daß Niederschlagswässer die Deponie (D) nicht durchsickern. Die jeweiligen Seitendichtungen des Deponiekörpers werden mit der wachsenden Deponie wie vorbeschrieben hergestellt. Der so abgedichtete Deponiekörper wird mit Filtermaterialien, wie Sanden und Kiesen, Abraumsanden aus Steinbrüchen, grundwasserunschädlichen Schlacken oder dergleichen verfüllt. Die Filterschichten werden nach Einbringung standfest verdichtet.

Beispiel I

Filterstäube aus der trockenen Rauchgasreinigung einer Schlammverbrennungsanlage mit teilweise erhöhten Zink- und Bleigehalten neben geringeren Anteilen an Cadmium und anderen Schwermetallen wurden mit einem Gewichtsanteil von 63% mit 9% Zement PZ45F und 28% gewaschenem Sand gemischt. Die spezifischen Oberflächen (nach Blaine) der eingesetzten Stäube betrugen in etwa 0,96 m²/g, die Werte für den Zement lagen bei 0,39 m²/g. Mit Bezug auf die Zementzugaben wurden 2,5 Gew.% Zusatzstoffe hinzugemischt und die Mischung in einer Kalksandsteinpresse zu Kompaktaten verpreßt. Die Kompaktate wurden in einer Abbindehalle zwischengelagert. Die fertigen Deponiesteine wurden als ganze Steine in entmineralisiertem Wasser (in Anlehnung an DIN 38414-S 4) eluiert. Die Formsteine hatten Abmessungen normaler Kalksandsteine von 24× 17,4×10,8 cm mit einem Volumen von 4,2 dm³, einer Oberfläche von 19,7 dm² und einem Gewicht von 8 kg. Die Eluatanalyse für das reguläre Eluat wies folgende Werte auf: pH-Wert < 10,9; Leitfähigkeit ca 1600 µS/cm; CSB 8 mg/l, Kohlenwasserstoffe 0,1, A 0X (Cl) 0,005, Barium 0,15, Blei 0,22, Bor 0,075, Cadmium < 0,002, Chrom (gesamt) 0,009, Eisen (gelöst) 0,004, Kupfer < 0,002, Mangan < 0,01, Quecksilber < 0,0005, Fluorid < 0,005, Ammoniak < 0,005, Chlorid 680, Cyanide (gesamt) < 0,005, Nitrat 2,6, Nitrit 0,18, Phosphat 3,5, Sulfat 34; Gesamthärte dH 40. Es wurden Kompaktatdichten im Mittel von 1,6-1,7 kg/dm³ erzielt. Die Durchlässigkeitsbeiwerte nach DARCY (k-Werte gemäß DIN 18130) lagen im Bereich zwischen 10^-7 und 10^-8 m/s. Die Druckfestigkeit nach einer Abbindezeit von ca. 28 Tagen betrug zwischen 12-15,7 N/mm².

Beispiel II

Es wurden Steinformate ohne Griffloch gepreßt mit Abmessungen von 24×17,5×11,3 cm. Als Bindemittel wurde ein Zement PZ 45 F-HS eingesetzt. Es erfolgte eine Verpressung unter Hochdruck, d. h. bei ca. 140 bis 160 bar, um im Kompaktat die Wasserdurchdringung ganz zu verhindern. Auf diese Weise wurden Dichten von 2,07-2,2 kg/dm³ erzielt. Die Druckfestigkeit betrug nach 44 Stunden Abbindezeit bereits 18,8 N/mm², wobei nach ca. 28 Tagen Festigkeiten zwischen 22 bis 25 N/mm² erreicht wurden. Die Durchlässigkeitsbeiwerte betrugen 10^-8 bis 10^-10 m/s. Das bedeutet, daß diese Kompaktate Durchlässigkeitswerte erreichen, die unter den Werten von Tonabdichtungen liegen, wie sie üblicherweise zur Abdichtung konventioneller Bauschuttdeponien eingesetzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus Sondermüll deponierfähiger Bauschutt, wobei die innere Oberfläche und die Wasserdurchlässigkeit als Maße für die Eluierbarkeit soweit verringert werden, daß das Kompaktat in jeden Fall auf Bauschuttdeponien abgelagert werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verarbeitung von umweltschädlichen Industrieabfällen, insbesondere von mineralischen Rückständen, beispielsweise Filterstäuben aus der Rauchgasreinigung kommunaler und industrieller Verbrennungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäube zusammen mit Bindemitteln verpreßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäube zu stapelfähigen Formsteinen verpreßt werden, vorzugsweise nach dem Verfahren der Kalksandsteinherstellung, wobei als Bindemittel vorzugsweise Sand, Zement und Zusatzstoffe verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formsteine mit Nut und Feder hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäube mit einem Gewichtsanteil bis zu 80%, vorzugsweise 67-63% in die Mischung eingebracht werden und der Sandanteil bis zu 32%, vorzugsweise 30-28%, der Zementanteil bis zu 10%, vorzugsweise 7-9% beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoffe vorzugsweise Bitumen oder Epoxydharze verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Formsteine einer Deponie zugeführt und regelmäßig neben- und übereinander gestapelt werden, unter Bildung von begehbaren Kontrollgängen und Schächten im Innern der Deponie.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formsteine je nach Herkunft der eingesetzten Abfallstoffe gekennzeichnet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deponie in Hochlage errichtet wird.