DE4337789C2 - Verfahren zum Aufbereiten von im Wege der Müllverbrennung, insbesondere Hausmüllverbrennung, anfallender Asche für die Verwendung im Straßenbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von im Wege der Müllverbrennung, insbes. Hausmüllverbrennung, anfallender Müllverbrennungsasche für die Verwendung im Straßenbau, wonach in der Müllverbrennungsasche aus vor­ handenem kristallwasserfreien Calciumsulfat (CaSO₄) - Anhydrit - unter Zugabe von Wasser (H₂O), Gips (CaSO₄ × 2H₂O) und aus dem Gips in Gegenwart von Aluminium, Calcium und Wasser im Zuge einer hinreichend langen Lagerung Ettringit (3CaO × Al₂O₃ × 3CaSO₄ × 32H₂O) entstehen.

Die Verwendung von Müllverbrennungsasche im Straßenbau setzt deren wasserwirtschaftliche Verträglichkeit voraus. Diese wasserwirtschaftliche Verträglichkeit verlangt, daß die in der Müllverbrennungsasche enthaltenen Chloride und Sulfate vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten. Diese Grenzwerte sind in den Bundesländern der Bundesrepublik Deutschland unterschiedlich geregelt. Beispielsweise dürfen in Nordrhein-Westfalen die Sulfatgehalte 120 mg/l und die Chloridgehalte 30 mg/l in einem Eluat nach dem DEV-S4 (DIN 38 414 Teil 4) nicht überschreiten. Insoweit handelt es sich um die niedrigsten zur Zeit existierenden Grenzwerte in der Bundesrepublik Deutschland. - Die leicht löslichen Chloride lassen sich verhältnismäßig einfach auswaschen, dagegen sind regelmäßig nur 20% der Sulfate leicht löslich und können folglich nur diese 20% der Sulfate im Wege des Waschens gelöst und abgeführt werden. Dagegen ist das im Zuge der Müllverbrennung bei ca. 600°C entstehende Calciumsulfat (CaSO₄) - also Anhydrit - verhältnismäßig reaktionsträge bzw. gering wasserlöslich. Dieses Anhydrit bildet sich unter dem Einfluß von Wasser in Abhängigkeit von der Lagerungszeit zu Gips (CaSO₄ × H₂O) bzw. Ettringit (3CaO × Al₂O₃ × 3CaSO₄ × 32H₂O) um. Da die Wasserlöslichkeit des Gipses gegenüber dem Anhydrit größer ist, nimmt erfahrungsgemäß der Gehalt des Sulfates im Eluat nach DEV-S4 in den ersten drei Lagerungsmonaten um das drei- bis fünffache zu. Es muß folglich gelingen, dieses im übrigen dominante und an den Aschepartikeln anhaftende Calciumsulfat derart zu neutralisieren, daß die wasserwirtschaftliche Verträglichkeit unter Einhaltung der vorgegebenen Grenz­ werte erreicht wird.

Im übrigen ist es bekannt, Müllverbrennungsasche nach dem Verbrennungsprozeß mit Wasser abzuschrecken und anschließend unverbrannte Bestandteile, Metalle und Überkorn zu entfernen, so daß die nasse Müllverbrennungsasche eine Korngrößenverteilung von z. B. 0 bis 32 mm aufweist, sofern sie für den Einsatz im Straßen- bzw. im Erdbau vorgesehen ist. Um die für die Verwertung im Straßenbau erforderliche Raumbeständigkeit der Müllverbrennungsasche zu erhalten, muß die so behandelte Müllverbrennungsasche mehrere Monate - regelmäßig drei Monate - gelagert werden. Aufgrund des Wasserzusatzes im Zuge des Abschreckens der Müllver­ brennungsasche im Naßentschlacker entsteht aus dem Anhydrit Gips (CaSO₄ × 2H₂O). Aus dem Gips entsteht in der Gegenwart von Aluminium, Calcium und weiterhin Wasser einerseits Ettringit (3CaO × Al₂O₃ × 3CaSO₄ x 32H₂O) und darüber hinaus unter dem Einfluß des Kohlendioxids (CO₂) in der Luft Monocarbonat (3CaO × Al₂O₃ × CaCO₃ × 11H₂O). In dem schwer löslichen Ettringit, welches in der Zementchemie verwendet wird und beispielsweise in Beton eingesetzt wird, um dessen Abbindung zu verzögern, ist das Calciumsulfat nur zum Teil gebunden, während sich nach wie vor ein ungebundener und im Eluat nach DEV-S4 löslicher Bestandteil als Anhydrit bzw. Gips in der Müllverbrennungsasche befindet.

Ferner kennt man ein Verfahren zum Aufbereiten und auslaugebeständigem Verfestigen von Filterstäuben und Reaktionsprodukten aus der Rauchgasreinigung von Abfall- und Klärschlammverbrennungsanlagen. In diesem Fall findet ein Vermischen von Filterstäuben unter Zusatz von Branntkalk und gegebenenfalls weiteren Zuschlagsstoffen mit Wasser unter Einhaltung einer Temperatur von 50°C bis 120°C statt. Das so erhaltene Gemisch wird zur Erzeugung eines rieselfähigen Produktes getrocknet. Das rieselfähige Produkt wird auf einen Temperaturbereich von 150°C bis 350°C zur Erzeugung eines hydratwasserfreien Produktes erhitzt. Dann erfolgt ein schnelles Abkühlen auf eine Temperatur unter 100°C und gegebenenfalls ein Verfestigen des Produktes durch Vermischen mit einem hydraulischen Bindemittel, gegebenenfalls unter Zusatz eines geeigneten Hydrophobisierungsmittels (vgl. DE 41 19 399 A1. Hier will man ein auslaugebeständiges Endprodukt zur Verfügung stellen, in dem die Schadstoffe immobilisiert sind und welches ohne Gefährdung der Umwelt über lange Zeiträume in oberirdischen Deponien ohne erhöhte Sicherheitsanforderungen gelagert werden kann.

Außerdem kennt man ein Verfahren zur schadlosen Deponie von sulfathaltigen Aschen. Nach diesem Verfahren wird der Asche vor der Verkippung so viel Wasser zugesetzt, daß das Gemisch bei intensivem Rühren eine breiartige Konsistenz erhält. Außerdem wird das Asche/Wasser-Gemisch durch Rütteln verdichtet. Auf diese Weise will man ein Lösen der in der Asche enthaltenen Sulfate verhindern bzw. auf einen zulässigen Wert verringern (vgl. DE-AS 29 25 882).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, wonach sich aus Müllverbrennung, insbes. Haus­ müllverbrennung, anfallende Müllverbrennungsasche derart aufbereiten läßt, daß die für die Verwendung im Straßen­ bau vorgeschriebene wasserwirtschaftliche Verträglichkeit auch hinsichtlich des Analyseparameters Sulfat erreicht wird.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß zur Verhinderung der Bildung von Monocarbonat und zur dadurch nahezu vollständigen Bindung des Calciumsulfates in dem Ettringit die Lagerung der Müllverbrennungsasche unter Luftabschluß vorgenommen wird, und daß der Müllverbrennungsasche vor oder im Zuge der Lagerung je nach Erfordernis Calciumoxid (CaO), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tricalciumaluminat (3CaO × Al₂O₃) oder dergleichen calciumoxidreiche Aluminate des Zements oder geeignete Flugaschen oder Hochofenschlacken zugesetzt werden.

• - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß das üblicherweise entstehende Monocarbonat gleichsam jenes Calciumoxid und Aluminiumoxid verbraucht, welches zum Entstehen von Ettringit in einem solchen Umfang er­ forderlich ist, daß das dominante und wasserlösliche Calciumsulfat (Anhydrit bzw. Gips) nahezu vollständig in das schwer wasserlösliche Ettringit gebunden wird. Folglich muß das Entstehen von Monocarbonat unterbunden werden, damit hinreichend Calciumoxid und Aluminiumoxid zur vollständigen oder nahezu vollständigen Bindung des Calciumsulfats in dem entstehenden Ettringit zur Ver­ fügung steht. Das gelingt durch Luftabschluß während der Lagerung der Müllverbrennungsasche, weil infolge des Luftabschlusses nicht länger das zum Entstehen von Monocarbonat erforderliche Kohlendioxid zur Verfügung steht. - Das Tricalciumaluminat entspricht gerade jenem Bestandteil des Monocarbonats, der für die Ettringitbildung und folglich zur nahezu vollständigen Bindung des Calciumsulfats benötigt wird, so daß für die Ettringitbildung eben nicht nur jenes Tricalciumaluminat zur Verfügung steht, welches durch die Verhinderung der Bildung von Monocarbonat frei wird, sondern es lassen sich im Rahmen der Erfindung je nach Erfordernis die obengenannten Materialien zusetzen und und derart dosieren, daß - auch unter Berücksichtigung der Lagerungsdauer der Asche - der Sulfat-Grenzwert von 120 mg/l im Eluat nach DEV-S4 nicht nur deutlich unterschritten wird, sondern bis praktisch gegen Null reguliert werden kann, wenn man die leicht löslichen Sulfate auswäscht. Dies gilt im übrigen nicht nur im Eluat nach dem DEV-S4, sondern auch für alle sonst bekannten Auslaugverfahren wie z. B. das Trogverfahren, Perkolationsverfahren oder das pH-Stat 4 Verfahren. - Im Ergebnis wird in überraschend einfacher Weise eine einwandfreie Bindung des in wirtschaftlicher Hinsicht unverträglichen und auslaugbaren Calciumsulfats in der Müllverbrennungsasche während ihrer Lagerung erreicht, die zur Erzielung der verlangten Raumbeständigkeit ohnehin erforderlich ist. -

Im folgenden sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung aufgeführt.

Nach einer Empfehlung der Erfindung erfolgt die Lagerung der Müllverbrennungsasche in Wasser und dadurch ohne Luftzufuhr. Eine solche Lagerung kann die Raumbeständigkeit der Müllverbrennungsasche verbessern und beschleunigen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Lagerung der Müllverbrennungsasche unter einer luftundurchlässigen Abdeckung mit luftdichtem Abschluß vorzunehmen. Bei der Abdeckung kann es sich z. B um eine Plane handeln. Die Wasserlagerung weist gegenüber einer luftundurchlässigen Abdeckung folgenden Vorteil auf:

Aus dem vor der Wasserlagerung entstandenen Monocarbonat (3CaO × Al₂O₃ × CaCO₃ × 32H₂O) bildet sich unter dem Einfluß der im Wasser gelösten Chloride das schwerlösliche Monochlorid (3CaO × Al₂O₃ × CaCl₂ × 10H₂O) (Friedelsches Salz), d. h., durch die Wasserlagerung kann nicht nur die Wasserlöslichkeit der Sulfate reduziert werden, sondern auch die der Chloride.

Die Erfindung macht sich ferner die Erkenntnis zunutze, daß die Müllverbrennungsasche infolge der Ettringitbildung weitgehend frei von Feinanteilen ist, weil diese Feinanteile an das Ettringit gebunden werden. Jedenfalls führt diese Bindung zu einer deutlichen Reduzierung der Feinanteile in der Müllverbrennungsasche. Aus diesem Grunde empfiehlt sich die möglicherweise erforderliche Chloridwäsche erst nach der Ettringitbil­ dung, weil dadurch die sonst in Kauf zu nehmende Ver­ schmutzung von Waschwasser vermieden wird, welches sonst wieder in kostspieliger Weise aufbereitet werden müßte. Eine solche Aufbereitung entfällt im Rahmen der Er­ findung, wenngleich die Chloridwäsche grundsätzlich auch im Zuge des Abschreckens der Müllverbrennungsasche im Naßentschlacker möglich ist. Von besonderer Bedeutung ist ferner die Tatsache, daß sich die nach der Lehre der Erfindung aufbereitete Müllverbrennungsasche durch hohe und steuerbare pH-Werte auszeichnet (pH-Werte zwischen 10 und 12,5).

Durch die kontrollierte pH-Wert Steuerung ist es möglich, die Löslichkeit der Schwermetalle zu reduzieren, die sonst auch die für sie vorgegebenen Grenzwerte überschreiten könnten und extra gebunden oder eliminiert werden müßten.

Im Ergebnis läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Müllverbrennungsasche und insbes. Hausmüllverbrennungs­ asche derart aufbereiten, daß diese Müllverbrennungsasche für den Einsatz im Straßenbau unter Berücksichtigung der gesetzlichen Bestimmungen geeignet ist und verwendet werden kann. Folglich muß die aufbereitete Müllverbrennungsasche nicht länger in kostenaufwendiger Weise auf einer Mülldeponie gelagert werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Aufbereiten von im Wege der Müllver­ brennung, insbes. Hausmüllverbrennung, anfallender Müll­ verbrennungsasche für die Verwendung im Straßenbau, wo­ nach in der Müllverbrennungsasche aus vorhandenem kristallwasserfreien Calciumsulfat - Anhydrit - unter Zugabe von Wasser, Gips und aus dem Gips in Gegenwart von Aluminium, Calcium und Wasser im Zuge einer hinreichend langen Lagerung Ettringit entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver­ hinderung der Bildung von Monocarbonat und zur dadurch nahezu vollständigen Bindung des Calciumsulfates in dem Ettringit die Lagerung der Müllverbrennungsasche unter Luftabschluß vorgenommen wird, und daß der Müllverbren­ nungsasche vor oder im Zuge der Lagerung je nach Erfordernis Calciumoxid, Aluminiumoxid, Tricalciumaluminat oder dergleichen calciumoxidreiche Aluminate des Zements oder geeignete Flugaschen oder Hochofenschlacken zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Müllverbrennungsasche in Wasser erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Müllverbrennungsasche unter einer luft­ undurchlässigen Abdeckung, mit luftdichtem Abschluß erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Müllverbrennungsasche erst nach der Ettringitbildung einer Chloridwäsche unterzogen wird.