DE4211667A1 - Verfahren zur Behandlung von Abfall, insbesondere Hausmüll, in einem zumindest teilweise umschlossenen Abfallkörper, z. B. einer Deponie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abfall, insbesondere Hausmüll, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Deponierung von Abfällen ist insbesondere bei kommunalen Abfällen in Mitteleuropa nach wie vor die am weitesten verbreitete Methode der Abfallbeseitigung. Abfalldeponien werden in der Regel so eingerichtet und betrieben, daß eine Gefährdung des Grundwassers durch Schadstoffe enthaltendes Deponiesickerwasser mittels einer Deponiebasisabdichtung in Verbindung mit Rückhalteeigenschaften des Untergrundes am Deponiestandort sowie mit einer Oberflächenabdichtung soweit als möglich vermieden und das verfügbare Deponievolumen durch größtmögliche Verdichtung der Abfälle im Deponiekörper optimal ausgenutzt werden.

Kommunale Abfälle, wie z. B. Hausmüll, bestehen aus einem Gemisch von organischen und anorganischen Feststoffen, die mit unterschiedlichen Feuchtegehalten inhomogen im Deponiekörper verteilt sind. Durch chemisch-physikalische und biologische Prozesse kommt es im Deponiekörper zu Umsetzungen, die zur Anreicherung des Sickerwassers mit Inhaltsstoffen und zur Gasproduktion führen. Für die Umsetzungsprozesse ist Wasser erforderlich, das als Wärmetransportmedium und zur Nährstoffumlagerung benötigt wird.

Je nach Zusammensetzung, Verdichtung, Feuchtigkeit usw. der deponierten Abfälle laufen im Deponiekörper aerobe und anaerobe Prozesse ab. Bei kleineren, nur wenig verdichteten Deponien verlaufen die Prozesse oft noch aerob, d. h. unter Luftzutritt; beim aeroben Abbau der organischen Bestandteile entsteht als gasförmiges Endprodukt überwiegend Kohlendioxid (CO₂). Bei hochverdichteten Deponien läuft der aerobe Prozeß nur in der obersten, noch nicht verdichteten und abgedeckten Lage ab, da der aus der Einbauphase vorhandene Sauerstoff sehr schnell verbraucht ist. Im übrigen verläuft die Zersetzung der organischen Abfälle weitestgehend anaerob, d. h. unter Luftausschluß, so daß sich in der Regel rasch eine rege Gasproduktion einstellt, oft noch verstärkt durch die Einlagerung von Klärschlamm. Hier fällt als Endprodukt ein Gemisch aus überwiegend Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂) an. Die negativen Folgen der Gasproduktion zeigen sich in Gefahren für Menschen und Bauwerke sowie in Vegetationsschäden und nicht zuletzt in Geruchsemissionen.

Bei solchen Deponien können die biologischen Umsetzungsprozesse nicht kontrolliert werden; aerobe, anaerobe Prozesse und Auslaugung (Leaching) von Metallverbindungen laufen mehr oder weniger gleichzeitig ab, so daß auch die Inhaltsstoffe des Sickerwassers sehr komplex und davon abhängig sind, in welcher Abbauphase sich die Deponie gerade befindet. Eine Oberflächenabdichtung der Deponie führt zwar zu einer Reduktion des Sickerwassers, infolgedessen aber auch der biologischen Aktivität. Dadurch kommt es nicht zu einer Mineralisierung und Inertisierung des Abfalls, die zur Reduzierung des Gefährdungspotentials der Deponie erforderlich wäre; sobald nämlich erneut Wasser zutreten kann, finden wieder Umsetzungsprozesse statt.

Zur Inertisierung von Kompost ist es schon bekannt geworden, mikrobiell stabilisiertes Rottegut verschiedenster Genese in einer Ökodeponie kompaktiert einzulagern (DE 40 12 670 A1). Hier wird zur Bildung einer Deponie bewußt ein Material verwendet, das die erste aerobe Stufe des Umwandlungsprozesses bereits an anderer Stelle durchlaufen hat, so daß es für die folgende anaerobe Prozeßstufe kompaktiert eingelagert werden kann. Dieses Verfahren erfordert neben dem Deponieraum einen entsprechenden Raum für die Kompostierung sowie den für die Umsetzung erforderlichen Zeitaufwand.

Zum Entgiften von Müll und Klärschlamm ist es weiterhin bekannt, einen allseitig umschlossenen Deponiekörper mit vorwiegend aus der Deponie selbst stammenden Sickerwässern zu berieseln, denen auch Additive zur Entgiftung und biologischen Aktivierung zugegeben werden können (DE 38 33 118 A1). Diese Additive können so ausgerichtet sein, daß die Deponie versauert, so daß die freien Wasserstoffionen die Schwermetalle aus ihren mit Mineralien eingegangenen Verbindungen verdrängen, diese durch die Berieselung nach unten gespült und über Drainagen mit dem Sickerwasser abgezogen und ausgeschieden werden können. Der Deponiekörper ist allseits durch eine Kunststoffolie umschlossen. Im oberen Bereich des Deponiekörpers unterhalb der Oberflächenabdeckung befindet sich ein Rohrleitungssystem mit Austrittsöffnungen; am tiefsten Punkt der Deponie ist eine Abzugsmöglichkeit für Sickerwasser vorgesehen. Gase können über Gasdome im Bereich der Deponieoberfläche abgezogen werden. Auch hier ist über die Berieselung hinaus eine Kontrolle der in den in unterschiedlicher Weise verdichteten Schichten des Deponiekörpers ablaufenden Umsetzungsprozesse weder beabsichtigt, noch möglich.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um die Umsetzungsprozesse in einer Abfallagerstätte, insbesondere einer Deponie, so beeinflussen zu können, daß in endlichen Zeiträumen eine vollständige Mineralisierung und Inertisierung des Abfalles bei maximaler Reduktion des Abfallvolumens erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung Liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine vollständige Inertisierung von auf einer Deponie gelagertem Abfall nur dann erreicht werden kann, wenn die für die Mineralisierung erforderlichen aeroben und anaeroben Prozesse in allen Teilen der Deponie in kontrollierbarer und beeinflußbarer Weise nacheinander ablaufen können. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Abfallkörper mit Rohrleitungssystemen durchsetzt wird, mittels deren alle Bereiche des Abfallkörpers von außen her mit Flüssigkeit und/oder Gas beaufschlagt werden können, bzw. durch Entnahme von Flüssigkeit und/oder Gas der Ablauf der dort gerade stattfindenden Umsetzungsprozesse kontrolliert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es "on site", also am Ort einer Abfalldeponie durchgeführt werden kann und in endlichem überschaubarem Zeitraum zu einer Mineralisierung und Inertisierung des Abfalls führt; es bietet so eine echte Alternative zur thermischen Abfallbehandlung, d. h. Müllverbrennung, die vor allem wegen des auf den Luftpfad verlagerten Immissionsrisikos bekanntermaßen problembehaftet ist und keine Akzeptanz in der Bevölkerung findet.

Gemäß der Erfindung gehört zur gesteuerten biologischen Umsetzung der Abfallinhaltsstoffe in der ersten aeroben Prozeßstufe die Umsetzung der organischen festen und flüssigen Abfallstoffe zu Kohlendioxid, Wasser und Biomasse, in der zweiten anaeroben Prozeßstufe der Abbau der unter aeroben Bedingungen gebildeten Biomasse sowie die weitere Umsetzung des Abfalls unter Bildung von Methan (CH₄), Schwefelwasserstoff (H₂S) und Biogas sowie gegebenenfalls danach das Leaching der Metalle aus dem Abfall im Sinne einer biologischen Mobilisierung von Metallsulfiden durch biologische Oxidation unter aeroben Bedingungen sowie deren Austrag über das Sickerwassererfassungssystem.

Voraussetzung für den Ablauf dieser Prozesse ist für alle Prozeßstufen ein optimaler Vorrat an Prozeßwasser in der Deponie. Gegebenenfalls kann das Deponiesickerwasser im Kreislauf geführt und können zusätzlich Nährstoffe für die Mikroorganismen zugeführt werden. Da unabhängig von der Flüssigkeitszufuhr auch die Gaszufuhr, insbesondere der Eintrag von Luft oder Sauerstoff, kontrolliert werden muß, sind zwei getrennte Rohrleitungssysteme erforderlich.

Gegebenenfalls können als Energielieferant organisch leicht abbaubare Industrieabfälle, wie z. B. Melasse aus der Zuckerindustrie, zugegeben werden. In an sich bekannter Weise kann das Sickerwasser extern durch Anwendung biologischer, physikalischer oder chemischer Prozesse, wie z. B. Umkehrosmose, Ionenaustauscher, Strippkolonen, aufbereitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in einer in üblicher Weise mit einer Basisabdichtung versehenen Deponie, als auch in einem Abfallager durchgeführt werden, das zumindest an der Basis mit einer kontrollierbaren und reparierbaren Umschließung ausgestattet ist, wie sie z. B. Gegenstand der EP 0 283 491 B1 ist.

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

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch den Randbereich einer im Aufbau befindlichen und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreibenden Abfalldeponie mit einer Basisabdichtung,

Fig. 2 einen entsprechenden Teilquerschnitt durch eine Deponie mit kontrollier- und reparierbarer Basisumschließung.

Die in Fig. 1 in einem Teilquerschnitt durch den Randbereich dargestellte Deponie ist in einer Mulde angelegt und weist auf einer unteren Deponieauflagerschicht 1 eine in an sich bekannter Weise ausgebildete Deponiebasisabdichtung 2 auf. über der Basisabdichtung 2 liegt eine Drainschicht 3, in die ein Sickerwassersammelsystem 4 eingebettet ist. Auf dieser Drainschicht 3 beginnt dann der eigentliche Aufbau des Deponiekörpers gemäß der Erfindung.

Zum erfindungsgemäßen Aufbau des Deponiekörpers gehört zunächst eine unterste durchlässige Schicht 5, die aus einheitlichem Material bestehen kann, in die aber in Ebenen übereinander unterschiedliche und getrennt voneinander beaufschlagbare Rohrleitungssysteme 6 und 7 mit Aus- bzw. Eintrittsöffnungen eingebettet sind; so entstehen zwei Schichtlagen 5a und 5b. Auf diese durchlässige Schicht 5 folgt eine Schicht von Abfall 8, auf diese wieder eine durchlässige Schicht 5 mit entsprechenden Rohrleitungssystemen 6 und 7, über der wiederum eine Abfallschicht 8 abgelagert wird usw. Die oberste Abfallschicht 8 befindet sich in der Darstellung noch im Aufbau; gegebenenfalls können weitere Schichten folgen.

Neben diesen horizontalen durchlässigen Schichten 5 mit Rohrleitungssystemen 6 und 7 ist der Deponiekörper auch in vertikaler Richtung von Rohrleitungen durchsetzt. Diese liegen in Form von vertikalen Rohren 9 in zylindrischen Körpern 10, ebenfalls aus durchlässigem Material und mit mehr oder weniger kreisförmigem Querschnitt, die mit dem Aufbau des Deponiekörpers hochgezogen werden. Im Zentrum dieser Körper 10 befindet sich jeweils eine Rohrleitung 9, die, wie die Rohre der Rohrleitungssysteme 6 und 7, vorzugsweise aus Kunststoffrohren, z. B. PEHD, gegebenenfalls mit einer Stahlkernverstärkung bestehen. Die in den zylindrischen Körpern 10 verlaufenden Rohre 9 sind oberhalb der Deponie durch Schlauch- oder Rohrleitungen 11 verbunden, über welche durch Pumpen, die an der Deponieoberfläche oder außerhalb derselben angebracht sind, das insbesondere in der anaeroben Phase entstehende Deponiegas abgezogen wird. Zur guten Durchlüftung des Abfalls kann auch in der aeroben Phase das Deponiegas abgezogen werden, was zu einem schnelleren mikrobiellen Abbau führt.

Die horizontalen Schichten 5, wie auch die vertikalen zylindrischen Körper 10 bestehen aus durchlässigem Material, um zu verhindern, daß die Aus- bzw. Eintrittsöffnungen der Rohrleitungssysteme 6, 7 und 9 sich zusetzen. Dieses durchlässige Material kann an sich bekanntes luftdurchlässiges Drainmaterial sein, z. B. Filterkies oder gebrochenes Material; bevorzugt sollte allerdings Recyclingmaterial, wie z. B. Schlacke, gebrochener Bauschutt, gebrochene Betonschwellen oder dergleichen verwendet werden. Gegen Einsickern von Feinstteilen aus dem Deponiekörper können die Randflächen zwischen Filtermaterial und Abfall durch ein Filtervlies oder dergleichen abgedeckt sein.

Bei den in den horizontalen Schichten 5 vorgesehenen Rohrleitungssystemen 6 und 7 handelt es sich in der jeweils unteren Schichtlage 5b um Leitungen 7 zur Luftzuführung für die aerobe Phase und zum Absaugen von Deponieluft zur Beeinflussung der anaeroben Phase. Die in der oberen Schichtlage 5a liegenden Rohrleitungssysteme 6 dienen in beiden Fällen, also sowohl in der aeroben, als auch in der anaeroben Phase, der Zuführung von Flüssigkeit, die je nach Phase mit bestimmten Nährstoffen, gegebenenfalls speziell gezüchteten Mikroorganismen, unter Umständen auch Chemikalien angereichert sein kann. Bevorzugte Flüssigkeit ist Wasser. Eine Kreislaufführung des Deponiesickerwassers ist zwar möglich, jedoch primär nicht vorgesehen; möglich ist ein Rezirkulat von im Deponiesickerwasser befindlichen Mikroorganismen nach spezieller Aufbereitung.

Die Anordnung der Rohrleitungssysteme 6, 7 für die Beaufschlagung mit Gas bzw. Flüssigkeit derart, daß das Bewässerungssystem jeweils oberhalb des Belüftungssystems liegt, hat insoweit Bedeutung, als im Wasser gelöste flüchtige Substanzen im Gegenstromprinzip von der Wasser- in die Gasphase übergeführt werden können. Es ist also ein wesentliches Merkmal der Erfindung, die Leitungssysteme in dieser Weise über- bzw. untereinander zu verlegen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Deponie noch im Aufbau; ihr endgültiger Zustand ist durch die gestrichelt angedeutete spätere Oberflächenabdichtung 12 erkennbar. Um keinen unkontrollierten Eintritt von Niederschlagswasser in den im Aufbau befindlichen Deponiekörper zu riskieren, der die Kontrollierbarkeit der schon während des Aufbaus der Deponie in den unteren Schichten ablaufenden Umsetzungsprozesse stören könnte, ist eine Überdachung 13 vorgesehen. Die temporäre Überdachung 13 kann entfernt werden, wenn die Endfüllhöhe der Deponie erreicht ist; sie wird dann durch die Oberflächenabdichtung 12 als eigentliche Endabdeckung ersetzt.

Die mikrobielle Umsetzung des Abfalls hat eine Volumenreduzierung zur Folge, so daß mit erheblichen Sackungen des Deponiekörpers zu rechnen ist, die erfahrungsgemäß auch nicht immer gleichmäßig über die Grundfläche erfolgen. Dies hat zur Folge, daß die Oberflächenabdichtung im Endzustand gegebenenfalls erneuert bzw. repariert werden muß, um ein unkontrolliertes Eindringen von Niederschlag zu verhindern und die mikrobiellen Abbauvorgänge in der Deponie durch gezielte Flüssigkeits- und/oder Luftzuführung durch die Rohrleitungssysteme gezielt steuern zu können.

Das Verfahren kann auch in zweischaligen Deponiesystemen durchgeführt werden, bei denen sich zwischen der inneren Umschließung des Abfalls und einem äußeren Mantel ein Luftraum als Kontroll- und Arbeitsraum befindet; ein Teilquerschnitt durch eine solche Deponie ist in Fig. 2 dargestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Deponiesohle zunächst aus einer äußeren Umschließung 14 aus Beton. Auf dieser ist über Stützelemente 15 die wegen der Möglichkeit von Reparaturen elementierte innere Umschließung 16 aufgelagert, über der sich dann der weitere Deponieaufbau wie vorbeschrieben vollzieht. So besteht im Bereich der Stützelemente 15 ein begehbarer Raum, der zu Kontroll- und Reparaturzwecken genutzt werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Behandlung von Abfall, insbesondere Hausmüll, bei dem der Abfall in einem zumindest teilweise umschlossenen Abfallkörper, z. B. einer Deponie, in den biologischen Umsetzungsprozeß fördernder Weise behandelt wird, wobei das Sickerwasser im unteren und die bei der biologischen Umsetzung entstehenden Gase im oberen Bereich des Abfallkörpers gesammelt und abgeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Abfallkörper lagenweise aufgebaut wird, wobei in horizontaler und/oder vertikaler Richtung in im wesentlichen gleichen Abständen voneinander Bereiche (5, 10) vorgesehen werden, die mit von außerhalb des Abfallkörpers beaufschlagbaren und mit Aus- bzw. Eintrittsöffnungen versehenen Rohrleitungssystemen (6, 7, 9) zum Einbringen und/oder Abführen von Flüssigkeiten und Gasen durchsetzt sind und
• - daß dem Abfallkörper über diese Rohrleitungssysteme (6, 7, 9) zur Förderung der biologischen Umsetzung der biologisch abbaubaren bzw. auslaugbaren Inhaltsstoffe entsprechend den im Zyklus aufeinanderfolgenden aeroben, anaeroben und gegebenenfalls Leaching-Prozeßstufen flüssige und/oder gasförmige Stoffe zugeführt bzw. entnommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von Rohrleitungssystemen (6, 7, 9) durchsetzten Bereiche in horizontaler Richtung in Form von im wesentlichen ebenen Schichten (5) und in vertikaler Richtung in im wesentlichen zylindrischer Form (10) angelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Rohrleitungssystemen (6, 7, 9) durchsetzten Bereiche (5, 10) aus durchlässigem Material bestehen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Rohrleitungssysteme (6, 7, 9) für Flüssigkeiten und Gase vorgesehen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder horizontalen Schicht (5) sowohl ein Rohrleitungssystem (6) für Flüssigkeiten, als auch eines (7) für Gase vorgesehen werden, wobei dasjenige (7) für Gase unterhalb desjenigen (6) für Flüssigkeiten angeordnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen Bereichen (5, 10) zugeordneten Rohrleitungssysteme unabhängig voneinander beaufschlagt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfallkörper während des Aufbaus gegen Eindringen von Niederschlägen abgedeckt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfallkörper mit einer temporären Überdachung (13) versehen wird.