DE4223618A1 - Verfahren zur behandlung von verunreinigten baggermaterialien - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln verunreinigter Baggermaterialien.

Vor einigen Jahren wurde das enorme Ausmaß des Problems der verunreinigten Wasserböden entdeckt. Die Böden von Häfen, Kanälen usw. scheinen häufig mit Blei, Quecksilber, Öl, Arsen, polyaromatischen Kohlenwasserstoffen usw. hoch verunreinigt zu sein. Allein in den Niederlanden müssen 30 Millionen Kubikmeter an verunreinigten Wasserböden behandelt werden, da sie eine Gefahr oder eine Behinderung darstellen. Weitere 10 Millionen Kubikmeter pro Jahr müssen als Ergebnis der Beibehaltung von Baggeraktivitäten hinzugerechnet werden.

Im Hinblick auf diese enorme Mengen mußte man feststellen, daß das Abladen in geschützten Haldenplätzen, wie es bislang häufig der Fall war, keine langfristige Lösung sein kann. Das Lagern in einem Depot ist häufig tatsächlich relativ billig, jedoch stellt es keine Lösung dar, da der verunreinigte Boden nicht behandelt wird, sondern nur verlegt wird. Es ist deshalb viel besser, die Baggermaterialien so viel wie möglich zu reinigen, und die wiederverwertbaren Fraktionen, wie Sand, hieraus zu extrahieren. Die momentane Kapazität zu einer derartigen Behandlung von verunreinigten Baggermaterialien ist jedoch äußerst ungeeignet. Vielversprechende Techniken wurden entwickelt, jedoch sind diese häufig noch in einem experimentellen Stadium. Wie es bei allen neuen Techniken der Fall ist, entstehen unerwartete Probleme bei diesen kürzlich entwickelten Verfahrenstechniken, und Lösungen werden intensivst gesucht.

Eines der vielversprechendsten Verfahren zur Behandlung verunreinigter Baggermaterialien ist die Trennung in Fraktionen. Die Baggermaterialien werden durch ein erstes Sieb geführt, um sehr groben Schmutz, wie Utensilien, abzutrennen. Das von sehr grobem Schmutz befreite Baggermaterial wird dann wiederum durch ein Sieb geführt, um groben Schmutz (z. B. Teilchen größer als 8 mm) abzutrennen. Das so erhaltene Sediment, dessen Teilchen in diesem Fall kleiner als 8 mm sind, wird im folgenden mit Wasser vermengt, bis eine Aufschlämmung mit ungefähr 20 Gew.-% Trockensubstanz gebildet ist. Anschließend wird diese Aufschlämmung durch Wasserzyklone geführt, um sie in eine Schlamm/Wasser-Mischung, die durch eine obere Entladung entleert wird, und Sand (Teilchengröße ungefähr 50 µm bis 8 mm), der durch eine untere Entladung des Wasserzyklons entladen wird, aufzuspalten. Dieser Sand kann z. B., gegebenenfalls nach Entwässern, für Füllzwecke oder als Aggregat in Asphaltmischungen eingesetzt werden.

Nach der oben beschriebenen Trennung der Fraktionen bleiben Schadstoffe mit der Schlamm/Wasser-Mischung zurück. Es kann noch ein Versuch unternommen werden, die Mischung z. B. einer elektrischen Behandlung zu unterziehen, um die Schwermetalle hieraus zu entfernen. Mögliche andere Substanzen können aus der Schlamm/Wasser-Mischung auf andere Weise entfernt werden. Am Ende jedoch kann man nicht verhindern, daß der größere Teil der Schlamm/Wasser-Mischung zu einem Schlammkuchen verdickt werden muß, der verbrannt werden muß oder zu einer Deponie transportiert werden muß. Um die Transportkosten so niedrig wie möglich zu halten, um den in der Deponie eingenommenen Platz so klein wie möglich zu halten, und um die Kosten einer möglichen Verbrennung niedrig zu halten, ist es wünschenswert, den Schlammkuchen so weit wie möglich zu verdicken. Hierzu kann man in Abhängigkeit von dem Gehalt an Trockensubstanz die Schlamm/Wasser-Mischung in einen Vorverdickertank überführen, man kann ihn über einen Vorentwässerungstisch oder durch eine rotierende Vorentwässerungstrommel leiten, um einen Gehalt von 15 bis 20% Trockensubstanz zu erhalten, und man kann dann diese Schlammfraktion weiterhin, z. B. durch eine Siebbandpresse, zu einem Schlammkuchen mit einem Gehalt an Trockensubstanz von 30 bis 35% entwässern.

Flockulierungsmittel und Hilfflockulierungsmittel werden während des Verdickens der Schlammfraktion verwendet. Diese Mittel werden verwendet, um die Schlammteilchen zu größeren Teilchen zu koagulieren. Flockulierungsmittel werden im allgemeinen aus Acrylaten hergestellt, die verschiedene Eigenschaften, z. B. hinsichtlich der Ladung und der Molekülgröße, aufweisen können. Als Hilfsflockulierungsmittel werden im allgemeinen Eisen- und/oder Aluminiumsalze verwendet. Nach dem Absetzen der gebildeten Flocken wird der vorverdickte Schlamm auf einem Vorentwässerungstisch aufgetrennt und weiter entwässert, und anschließend wird die gebildete Flockenmasse mechanisch, z. B. mittels einer Siebbandpresse, entwässert.

Die Qualität und Quantität der Schadstoffe in der Schlamm/Wasser-Mischung hat einen Einfluß auf die Wirkung der Behandlung. Im Zusammenhang mit der großen Vielfalt hinsichtlich des Verhaltens und der Eigenschaften des Schlammes wurden Versuche unternommen, um ein Flockulierungsmittel oder eine Flockulierungsmittelkombination mit einem großen Anwendungsbereich zu finden. Hierbei wurden anionisch aktive Flockulierungsmittel, nicht-ionisch aktive Flockulierungsmittel und kationisch aktive Flockulierungsmittel und Kombinationen hiervon eingesetzt. Daneben wurden Hilsflockulierungsmittel intensiv getestet. Jedoch werden mit allen Variationen verschiedene Ergebnisse erhalten. Der Prozeß wurde jeweils auf etwas mysteriöse Weise gestört, und die Aktivitäten mußten unterbrochen werden. Es geschah z. B. häufig, daß das mechanische Entwässern mittels der Siebbandpresse mehrere Stunden lang zufriedenstellend erfolgte, daß jedoch dann plötzlich die Flocken an der Seite der Siebbandpresse herausgedrückt wurden. Es schien, daß die Druckstabilität der Flockenmasse, die durch die Siebbandpresse zusammengedrückt wurde, unzureichend war, da die Flocken zu viel Wasser enthielten, und die Flockulierung und die Flockenstabilität nicht wünschenswert optimal waren.

Es wurde eine Menge von Anstrengungen unternommen, um die möglichen Ursachen dieses Problems zu finden. Hierbei wurden Variationen im Trockensubstanzgehalt der Schlamm/Wasser-Mischung, Variationen in den Ladungseigenschaften des Schlammes und/oder Variationen bei der Dosierung der Hilfsflockulierungsmittel betrachtet. Eine Menge an Entwicklungen wurden durchgeführt um herauszufinden, ob eine Anpassung der Flockulierungsmittel eine Verbesserung ergeben würde. Eine wirkliche Lösung wurde jedoch nicht gefunden. Seitens des vorliegenden Anmelders wurde nach der Lösung des obigen Problems unter ein,r unterschiedlichen Perspektive gesucht, und es wurde überraschend herausgefunden, daß eine Vorbehandlung der Schlamm/Wasser-Mischung dieses Problem lösen könnte. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Behandlung einer verunreinigten Schlamm/Wasser-Mischung geschaffen, wobei ein Flockulierungsmittel zu der Schlamm/Wasser-Mischung zur Flockulierung hinzugegeben wird, danach die Flockenmasse durch Anwendung von Druck entwässert wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß vor der Zugabe des Flockulierungsmittels die Teilchen in der Schlamm/Wasser-Mischung einer Behandlung unterzogen werden, bei der sie Ladungseigenschaften mit dem gleichen Vorzeichen erhalten.

Die obengenannte Behandlung umfaßt vorzugsweise den Schritt der Zugabe eines Oxidationsmittels zu der Wasser/Schlamm-Mischung vor der Zugabe des Flockulierungsmittels.

Vorzugsweise wird Wasserstoffperoxid oder Ozon als Oxidationsmittel verwendet. Der Einsatz solcher Mittel bewirkt eine sehr rasche Oxidation der Schlamm/Wasser-Mischung, die hinsichtlich der Kapazität der Schlammbehandlungsanlage vorteilhaft ist.

Andere Oxidationsmittel, wie Bleiche, Kaliumpermanganat und Kaliumbichromat, können selbstverständlich auch verwendet werden. Jedoch sollten bei diesen Verfahren vorzugsweise keine zusätzlichen umweltverschmutzenden Substanzen hinzugegeben werden, so daß die Anwendung von Kaliumbichromatungünstig erscheint. Andererseits reagieren Kaliumbichromat und Kaliumpermanganat nur in einer sehr stark sauren Umgebung. Schließlich besitzt Bleiche den Nachteil, daß Ammonium, das in dem Schlamm vorliegt, oxidiert wird, bevor die anorganischen Metalle und die organischen Substanzen oxidiert werden, so daß die Wirksamkeit dieses Mittels viel zu wünschen übrig läßt. Es schien, daß Ozon und Wasserstoffperoxid tatsächlich zuerst eine Oxidationsreaktion mit dem anorganischen Metal und den organischen Substanzen, die in dem Schlamm vorliegen, eingehen.

Obwohl die Anmelder sich nicht nur auf eine Theorie festlegen wollen, kann der Erfolg des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch vielleicht wie folgt erklärt werden.

Baggerschlamm liegt üblicherweise in einem anaeroben Zustand vor. Die hierin vorliegenden Materialien befinden sich selbst in einem reduzierten Zustand. Durch Zugabe eines Oxidationsmittels werden die Metalle und die organischen Komponenten oxidiert. Als Ergebnis hiervon verschwinden Unterschiede bei der Ladung der Teilchen, oder, um es anders auszudrücken, die Ladungseigenschaften der Teilchen erhalten im wesentlichen das gleiche Vorzeichen. Unbestätigterweise wird angenommen, daß in diesem Fall als Ergebnis des Oxidationsmittels die Ladungen der Teilchen positiv werden, wobei insbesondere ein sogenanntes kationenaktives Flockulierungsmittel, das heißt, ein Flockulierungsmittel, das eine Wechselwirkung mit Kationen eingeht, auf sehr wirksame und effiziente Weise aktiv sein kann.

Die Erfindung wird nun auf der Grundlage der Diskussion eines praktischen Tests mit hochverunreinigtem Schlamm (holländische Klasse 4), der einen polyaromatischen Kohlenwasserstoffgehalt und einen Ölgehalt von ungefähr 0,1-1 g/kg bzw. 10-20 g/kg Trockensubstanz und Fette enthält, beschrieben.

Der verunreinigte Wasserboden wurde mittels eines hydraulischen Krans, der mit einem Baggerkasten ausgestattet war, ausgehoben und in Lastenkäne geladen, die zu einer Behandlungsanlage transportiert wurden. Dort wurde das Baggermaterial aus den Känen mittels eines hydraulischen Kranes entfernt und auf einer statischen Sieboberfläche entladen, auf der der sehr grobe Schmutz zurückgehalten wurde. Das verbleibende, grobe, gesiebte Baggermaterial wurde wiederum gesiebt in einer rotierenden Wasch-/Siebtrommel, um den groben Schmutz abzutrennen. Dieser grobe Schmutz wurde gereinigt und in zwei Fraktionen aufgeteilt, wobei man eine Fraktion mit 8 mm bis 50 mm und eine Fraktion mit größer 50 mm erhielt. Das Baggermaterial (alle Teilchen kleiner als 8 mm), das von dem groben Schmutz und dem Schmutz mittlerer Größe abgetrennt worden war, wurde in einen Aufschlämmungszustand mit Wasser überführt, wobei die Aufschlämmung einen Trockensubstanzgehalt von nahezu 15 bis 20 Gew.-% besaß.

Diese Aufschlämmung wurde anschließend durch einen Wasserzyklon geführt, wobei sie in eine Schlamm/Wasser-Mischung und eine Sandfraktion mit einer Korngröße zwischen 50 µm und 8 mm aufgetrennt wurde.

Ein Oxidationsmittel (Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration von 40 Gew.-%) wurde zu der Schlamm/Wasser-Mischung in Mengen von 5 bis 25 g/kg Trockensubstanz, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Konzentration der organischen Verunreinigungen, hinzugegeben. Die so erhaltene Mischung wurde intensiv gerührt und anschließend in einen Konditioniertank gepumpt. In diesem Tank wurde die Mischung wiederum intensiv gerührt und, falls notwendig, oxidiert. Die Konditionierzeit hängt von der Zusammensetzung und der Konzentration der organischen Verunreinigungen (Öl, polyaromatische Kohlenwasserstoffe) ab und variiert zwischen 15 und 45 Min.

Zu dieser konditionierten Schlamm/Wasser-Mischung, deren Gehalt an Trockensubstanz zwischen 8 bis 15 Gew.-% variierte, wurde ein kationisch-aktives Flockuliermittel, BASF Sedipur® CF803, erhältlich von BASF, Ludwigshafen, Bundesrepublik Deutschland, in einer Menge von ungefähr 0,75 g/kg Trockensubstanz hinzugegeben. Nach dem Mischen und einer kurzen Reaktionszeit, in der die Flocken gebildet wurden, wurden die Flocken in einer rotierenden Trommel vorentwässert. Der so vorgedickte Schlamm wurde auf einem Vorentwässerungstisch ausgebreitet und weiter entwässert. Mit einem Prozentsatz von ungefähr 20 Gew.-% an Trockensubstanz wurde die so erhaltene Flockenmasse anschließend mechanisch in einer Siebbandpresse entwässert. Der hierin ausgeübte Druck wurde bis auf ungefähr 3 bar gesteigert. Das hierbei abgetrennte Filterwasser wurde zu einem Endverdicker geführt, die Ablagerung hieraus wurde in das Verfahren, und zwar zu dem Schritt, der der Zugabe des kationisch-aktiven Flockuliermittels vorhergeht, zurückgeführt. Das abgetrennte Wasser aus dem Endverdicker wurde zusammen mit dem abgetrennten Wasser aus der Vorentwässerung vereint und zu einer Wasserreinigungsanlage geführt und anschließend zu der rotierenden Wasch-/Siebtrommel für die groben, gesiebten Baggermaterialien weitergeleitet.

Der aus der Siebbandpresse erhaltene Schlammkuchen hatte einen Trockensubstanzgehalt von 40 Gew.-% oder mehr. Dieser Schlammkuchen wurde mittels einer Bandwaage gewogen und zu einem Depot transportiert. Die folgenden Vorteile wurden hierbei deutlich:

• - Die Flockuliermittel schienen wirken gleich­ mäßiger zu wirken;
• - die Dosierung der Flockuliermittel schien weniger kritisch zu sein;
• - die notwendige Menge an zuzufügendem Flockuliermittel schien um den Faktor 3 redu­ ziert worden zu sein;
• - die Flockenstabilität und die Druckwiderstands­ fähigkeit der Flocken schien in starkem Maße gesteigert worden zu sein;
• - der Prozentsatz an Trockensubstanz in dem Schlamm­ kuchen konnte von 30 bis 35 Gew.-% auf 40 bis 45 Gew.-% oder mehr gesteigert werden;
• - das Ausmaß der mechanischen Entwässerung konnte bis auf das Vierfache oder Fünffache gesteigert werden;
• - der Gehalt an freiem Öl konnte um einen Faktor 3 bis 5 reduziert werden;
• - es war eine geringere Überwachung erforderlich; die Geruchsbelästigung wurde stark reduziert.

Claims (4)

1. Verfahren zur Behandlung einer verunreinigten Schlamm/Wasser-Mischung, die insbesondere mit organischen Verunreinigungen und/oder Schwermetallen verunreinigt ist, wobei eine Flockuliermittel zu der Schlamm/Wasser-Mischung zur Flockulation hinzugegeben wird, und wobei anschließend die Flockenmasse durch Ausübung von Druck entwässert wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zugabe des Flockuliermittels die Teilchen in der Schlamm/Wasser-Mischung einer Behandlung unterzogen werden, durch die sie Ladungseigenschaften mit gleichen Vorzeichen erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Teilchen den Schritt der Zugabe eines Oxidationsmittels zu der Schlamm/Wasser-Mischung umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffperoxid oder Ozon als Oxidationsmittel verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flockuliermittel verwendet wird, daß eine Wechselwirkung mit Kationen ausübt.