DE4214763C2 - Verfahren zur Immobilisierung von organischen Schadstoffen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung ein Verfahren zur Immobilisierung von organischen Schadstoffen, z. B. Aromaten, und anorgani­ schen Schadstoffen, wie Schwermetallen, in kontaminierten Medien, z. B. Boden, Wasser, Lösungsmittel und Gasen, unter Verwendung von Komposten. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Rotte biogener organischer Stoffgemenge unter defi­ nierten aeroben Bedingungen entsteht Dauerhumus, der all­ gemein als Kompost bezeichnet wird (vgl. auch WO 91/00756). Er setzt sich aus repolymerisierten Bruchstücken des Ligno- Zellulose-Abbaus und mikrobiell gebildeten autoxydablen Phenolen unter Einbeziehung aliphatischer Metabolite, z. B. Protein, zusammen. Es ist bekannt, daß die unspezifischen Enzymsysteme des Ligninabbaus (Ligninasen, Phenolasen) auch Schadaromaten anzugreifen vermögen. Dieser Schadstoffumsatz kann zur Totalmineralisation oder zum Einbau von Bruch­ stücken in den Humuspool führen. Des weiteren besitzt der Dauerhumus eine hohe Kationenaustauscherkapazität. Aufgrund der bevorzugten Adsorption von Kationen mit zunehmender Ladung und Ionengröße werden Ammonium- und Schwermetall­ ionen selektiv festgelegt. Zusätzlich werden Schwermetalle als Hydroxide, Carbonate, Sulfide, Sulfate oder Phosphate festgelegt, wenn die entsprechenden Milieubedingungen herr­ schen. Die geschilderten Eigenschaften des Kompostes sind bekannt, wurden jedoch bisher nicht verfahrenstechnisch ausgenutzt.

In Abfallbeseitigung/Abfallwirtschaft (VDI-Verlag, Kapitel 10, S. 167-178; "Anwendung von Kompost aus Siedlungsabfäl­ len"; Okt. 1982) wird die Verwendung von speziell aufberei­ tetem Müllkompost - insbesondere organischem Fasermaterial - beschrieben, um Mineralöle und Fette bei Unfällen auf Wasseroberflächen abzuscheiden bzw. zu binden. Eine weitere Möglichkeit wird darin gesehen, Müllkompost als Puffer zum Schutz der Grundfolien bei der Anfangsschüttung von Müll- und Sonderabfalldeponien zu verwenden.

Wesche, J. und Roszinski, H. (Z. f. Kulturtechnik und Flur­ bereinigung, 13, 289-303; 1972) beschreiben den Einfluß von Waschmitteln, Dieselöl und Herbiziden auf die Kompostrotte. Dabei wurde gefunden, daß Abfallkomposte selbst bei Vorhan­ densein nur noch geringer Aktivität, in der Lage sind, diese Stoffe in bestimmten Konzentrationen aufzunehmen und ohne nachhaltige Schädigung ihrer Rotteaktivität festzuhal­ ten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur Immobilisierung von Schadstoffen in Kompostfiltern und eine hierfür geeignete Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 12 gelöst.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Immobilisierung von Schadstoffen in Kom­ postfiltern, worin die Schadstoffe zur Adsorption mit einem Dauerhumus in Kontakt gebracht werden und die Remobilisie­ rung der Schadstoffe durch Hemmung der mikrobiellen Aktivi­ tät verhindert wird.

Besondere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 wiedergegeben.

Gegenstand ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 12.

Die mikrobielle Aktivität im Kompost kann neben Veränderun­ gen des pH-Wertes und des Redoxpotentials den Abbau der organischen Substanz und auch der Huminstoffe zur Folge haben. Dadurch kann es zur Remobilisierung von Schadstoffen kommen.

Um eine Remobilisierung zu unterbinden wird bevorzugt Reif­ kompost verwendet, der sich unter anaeroben Bedingungen be­ kanntlich inert verhält. Außerdem kann diese Eigenschaft durch die Wahl der Stoffgemenge zu Beginn der Kompostierung günstig beeinflußt werden oder nachträglich durch Zusatz­ stoffe, z. B. antibiotisch wirkende Stoffe oder auch Rest­ stoffe wie Lignosulfonsäure als Hemmstoff für die Mikroflo­ ra, oder durch Addition von kurz- oder langfristig wirken­ den sauerstoffverbrauchenden Reagentien bzw. Zuschlagstof­ fen unterstützt werden. Häufig kommen die Einlage­ rungsbedingungen der Ausbildung anaerober Zustände entge­ gen. Solche Zustände können jedoch auch durch Kompostver­ dichtungen herbeigeführt und aufrecht erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahingehend erweitert werden, daß der Kompost spezielle Qualitäten durch die Gestaltung seiner Entstehung, beispielsweise Manipulation der rottefähigen Ausgangsmaterialien, besitzt. So kann der Kompost schon während der Herstellung oder nach der Ausrei­ fung wie das zu reinigende Medium auch durch Variation des pH-Wertes und des Salzgehaltes, sowie durch Zusatz von Additiven, wie Komplexbildnern und Abfangreagentien, für seinen späteren Verwendungszweck entwickelt werden. Dadurch wird eine Verbesserung bzw. optimale Ausnutzung der Sorp­ tions- oder Bindungskapazität des Kompostes erreicht.

Eine Erhöhung der Sorptionskapazität des Kompostmaterials durch spezielle anorganische und organische Zumischungen, z. B. von kohlensaurem Kalk, Mergel, Eisenverbindungen, Phosphaten, Bitumen und Ton, ist möglich. Durch derartige Manipulationen wird die Effizienz der Immobilisierung er­ höht und Remobilisierungen werden vermindert. Diese geziel­ te Beeinflussung der Reaktionspartner bzw. Systemkomponen­ ten erlaubt es, daß eine definierte Kompostmenge stöchiome­ trisch auf die gewünschte Sorption von Schadstoffmengen eingestellt werden kann und gestattet stöchiometrische Berechnungen.

Die Einmischung von Additiven kann nach dem Verfahren von Bölsing feindispers vollzogen werden.

Die Komposte können wegen ihrer hohen Bindungs- und Sorp­ tionskapazität in verschiedenen Bereichen des Umweltschut­ zes eingesetzt werden. Für die Übertragung in die Praxis muß eine technische Ausformung des Einsatzes vorgenommen werden, die hier als Kompostfilter bezeichnet wird. Nur un­ ter dieser Voraussetzung können schadstoffbelastete Medien, z. B. aus Deponien, Bodenwaschanlagen oder aus Industriebe­ trieben gereinigt werden.

Die Reinigung kann dadurch geschehen, daß das schadstoffbe­ frachtete Medium, z. B. Wasser, die Kompostschichten bzw. den Kompostfilter durchströmt und die Schadstoffe während der Durchsickerung sorbiert werden. Beispielsweise wird der Kompost in geeigneten Behältern unterschiedlichen geome­ trischen Zuschnitts, z. B. Patronen, Körben, Säcken, Schläu­ chen, Rohren und Big Bags untergebracht oder gekapselt, die in das zu reinigende kontaminierte Medium gehängt werden. Der Kompostfilter kann dabei auch in dem schadstoffbelaste­ ten Medium bewegt werden. Die gelösten Schadstoffe werden sorbiert und im Kompost aufkonzentriert. Auf diese Weise ist es möglich, große und kleine Wassermengen von Schad­ stoffen in geringer und hoher Konzentration rasch- und ko­ stengünstig zu reinigen.

Ein großes Umweltproblem ist die Auswaschung mobiler Schad­ stoffe in Sickerwässern aus Deponien, Altlasten, Halden und kontaminierten Böden in Sammlersysteme, Vorfluter, Ober­ flächen- und Grundwasser. Es ist gängige Praxis, diese Probleme entweder auf bautechnischem Wege (Einkapselung, Abdichtung) oder durch sehr aufwendige Verfahren der Boden­ waschung zu lösen. Die Verwendung von Komposten als Kom­ postfilter im Rahmen eines geeigneten Einbaus kann ein ko­ stengünstiges Verfahren sein, nicht nur die akute Belastung zu beseitigen, sondern auch eine Sorptionsreserve im Sinne der Prophylaxe zu schaffen.

Um einen Schadstoffaustrag über das Sickerwasser zu ver­ meiden, wird das kontaminierte Material, das feste Stoff­ system, z. B. Böden und Deponiematerial, ausgekoffert und nach Einmischen des Filterkompostes wieder eingebaut. Eine zusätzliche Sicherheit kann dadurch erreicht werden, daß eventuell auftretendes belastetes Perkolat eine Kompostfil­ terschicht durchsickert und gereinigt wird. Der Kompostfil­ ter kann, z. B. in Deponien, auch als Sohlen, Zwischen- oder Abdeckschicht angelegt sein, die bezüglich der Filterwir­ kung (Schichtstärke, Auslegung der Filtereigenschaften) problemangepaßt ist. Immer ist die Funktion des Kompostes eine systemintegrierte Ausfilterung und Bindung von Schad­ stoffen anstelle der bautechnischen Isolierung von Gefah­ renpotentialen.

Bei der Konzipierung von Sorptionsmatrices auf Kompostbasis muß das Wasserregime im System beachtet werden. Ist die Kompostschicht weniger durchlässig als das durchströmte Material, kann es zu Staus an den Schichtengrenzen kommen. Dann ist die Filterpassage nicht mehr gewährleistet. Daher muß bei der Wahl des Kompostmaterials auf den Wasserdurch­ lässigkeitsbeiwert geachtet werden. In besonderen Fällen muß die Wasserdurchlässigkeit des Filtermaterials Kompost durch geeignete Zumischungen porositätsfördernder anorgani­ scher oder organischer Stoffe, z. B. Sand und Kunststoff­ kugeln, erhöht werden. Die Filterwirkung kann dann durch Schichtstärken ausgeglichen werden.

Zur bautechnischen Einrichtung von Deponien können ablage­ rungsintegrierte vorsorgende Sicherungsmaßnahmen dadurch ergriffen werden, daß Kompostschichten eingezogen werden oder Kompost mit Schadstoffträgern (Sonderabfall), z. B. imprägniertem und beschichtetem Holzabfall, Aschen und Lackresten, vermischt und eingebaut wird.

Das System der Immobilisation von Schadstoffen läßt sich dazu verwenden, die Schadstoffe aufzukonzentrieren und die aufkonzentrierten Komposte einem Rückgewinnungsprozeß von Chemikalien und Schadstoffen, bei Schwermetallen beispiels­ weise einer Verhüttung, zuzuführen.

Die Bestimmung der Aufnahmekapazität gegenüber Schadstoffen wie Schwermetallionen kann beispielsweise erfolgen, indem man eine definierte Kompostmenge in eine gelochte 50-ml- Plastikflasche füllt und die Kompostprobe 24h bei 25°C in einem 500-ml-Erlenmeyerkolben, der Wasser mit einem defi­ nierten Schadstoffgehalt enthält, schüttelt. Diese Prozedur wird fünfmal wiederholt. Aus der Differenz zwischen dem Schadstoffgehalt der wäßrigen Lösung oder Suspension zu Beginn und nach Abschluß des Versuchs ergibt sich die vom Kompost aufgenommene Menge an Schadstoffen. Danach wird die beladene Kompostprobe in der beschriebenen Weise fünf­ mal in destilliertem Wasser geschüttelt und die Menge der in Lösung gegangenen Schadstoffe bestimmt. Aus der Diffe­ renz zur sorbierten Schadstoffmenge im Kompost ergibt sich schließlich der tatsächlich immobilisierte Schadstoffge­ halt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Immobilisierung von Schadstoffen in Kompostfiltern, worin die Schadstoffe zur Adsorption mit einem Dauerhumus in Kontakt gebracht werden und die Remobilisierung der Schadstoffe durch Hemmung der mikrobiellen Aktivität verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die mikrobielle Akti­ vität durch Verwendung von Reifkompost unter anaeroben Verhältnissen verhindert wird.

3. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, worin dem Kompost antibiotisch wirkende Stoffe, ins­ besondere Lignosulfonsäure, zugesetzt werden.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin dem Kompost sauerstoffverbrauchende Reagentien zugesetzt werden.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Kompost verdichtet wird.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Kompost hinsichtlich der Sorptionseigen­ schaften durch Variation des pH-Wertes und des Salzge­ haltes entwickelt und optimiert wird, und dem Kompost zur Optimierung der Sorptionseigenschaften Additive, insbesondere Komplexbildner und Abfangreagentien, zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Additive ausge­ wählt werden aus kohlensaurem Kalk, Mergel, Eisenver­ bindungen, Bitumen, Phosphaten und Ton.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 oder 7, worin, die Additive feindispers eingebracht werden.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin dem Kompost porositätsfördernde anorganische oder organische Stoffe, insbesondere Sand der Kunst­ stoffkugeln, zugesetzt werden.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, worin der Kompost als Sohlen-, Zwischen- oder Abdeck­ schicht in Deponien eingesetzt wird.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, worin die erhaltenen schadstoffbelasteten Komposte einer Schadstoffrückgewinnung zugeführt werden.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach irgendeinem der Ansprüche 1-11 mit einem Kompostfilter, der einen Dauerhumus zur Adsorption von Schadstoffen enthält, dessen mi­ krobielle Aktivität gehemmt ist.