AT406743B - Verfahren zur immobilisierung elutionsfähiger schwermetalle aus abfallstoffen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Immobilisierung elutionsfähiger Schwermetalle aus Abfallstoffen, insbesondere aus Aschen, Schlacken, Krätzen und Stäuben aus metallurgischen Prozessen, Aschen, Schlacken, Stäuben aus der Verbrennung, insbesondere aus der Müllverbrennung und ähnlichen   schwermetallhältigen   Stoffen, bei dem die zu behandelnden Stoffe mit Schwefelsäure behandelt werden. Dabei wird die ursprüngliche Wasserlöslichkeit der   Schwermetallsalze   in diesen Abfallstoffen soweit reduziert, dass das deponiefähige Endprodukt ein Elutionsverhalten aufweist, welches den gesetzlichen Grundlagen der neuen österreichischen Deponieverordnung für den   Deponietyp"Reststoffdeponie"entspricht,   bzw. die darin genannten Grenzwerte sogar deutlich unterschreitet.

   Die österreichische Deponieverordnung fordert die international derzeit niedrigsten Grenzwerte für solche schwermetallhaltigen Abfalistoffe. 



   Diese Abfallstoffe können Aschen, Schlacken, Krätzen und Stäube aus metallurgischen Prozessen, Aschen, Schlacken, Stäube aus der Verbrennung, insbesondere aus der   Müllverbrennung   und ähnliche schwermetallhältige Stoffe sein. 



   Solche Abfälle werden zunehmend, da eine stoffliche Wiederverwertung aus wirtschaftlichen Gründen nicht durchgeführt wird, einer Sonderabfalldeponie zugeführt. Eine Ablagerung ohne Immobilisierung der enthaltenen toxischen Bestandteile ist jedoch nicht zulässig, da durch Niederschlagswasser die meist gut wasserlöslichen Schwermetallsalze ausgewaschen und die konzentrierten Sickerwasser ein Gefährdungspotential für die Umwelt darstellen. 



   Um eine sichere übertägige Deponierung zu gewährleisten, muss das zu deponierende Endprodukt folgenden Anforderungen   genügen     - Grosse Auslaugbeständigkeit :    die Immobilisierung der Schadstoffe muss so vollständig erfolgen, dass das Elutionsverhal- ten des Substrates mindestens den gesetzlichen Grenzwerten entspricht ; - Alterungsbeständigkeit. die mechanische und chemische Beständigkeit muss über lange Zeit erhalten bleiben ; - Wirtschaftlichkeit. das zu deponierende   Abfallvolumen/-gewicht soll   durch die Immobilisierung möglichst nicht zu stark zunehmen, weiters soll die Immobilisierung mit einfachen Verfahrensschritten möglich sein 
Die Immobilisierung erfolgt üblicherweise über eine Verfestigung. Es sind eine Vielzahl von Verfahren dafür bekannt und teilweise auch im Einsatz.

   Als Immobilisierungsmittel werden beispielsweise Zement, Wasserglas, Puzzolan, Kalk, Gips oder organische Polymere eingesetzt. 



  Alle diese derzeit bekannten Verfahren weisen den wesentlichen Nachteil auf, dass sie den eingangs genannten Anforderungen nicht genügen. Insbesondere erreichen sie nicht oder nur mit unverhältnismässigem Aufwand ein Elutionsverhalten, das den neuen gesetzlichen Bestimmungen der österreichischen Deponieverordnung entspricht. 



   Es ist bekannt, wasserlösliche Schwermetallverbindungen in Abfällen durch   Überführung   in Schwermetallsulfide zu immobilisieren. So beschreibt etwa die DE- 43 38 690 A1 ein Behandlungsverfahren, in dem die Immobilisierung der Schwermetalle mit einer polysulfidischen Lösung erfolgt. Die verwendete Zusammensetzung der polysulfidischen Lösung bewirkt eine sofortige Immobilisierung der Schwermetalle durch Bildung von Schwermetallsulfiden. Die polysulfidische Lösung enthält organische Schwefelverbindungen, die durch Polysulfide und Polysulfonate gebildet werden und elementaren Schwefel. 



   In der DE- 39 18 292 C2 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine schwermetallhaltige Flugasche mit einer sauren Waschlösung behandelt wird, um die pH-Wert bedingte Immobilisierung von Schwermetallhydroxiden in und an der Flugasche aufzuheben und somit aus der Flugasche herauslösen zu können. Anschliessend werden Schwefelverbindungen zugesetzt, um die Schwermetalle als Sulfide auszufällen und gemeinsam mit der Flugasche von der Waschlösung abzutrennen. 



   Die JP- 5-309356 A beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Flugasche aus einer Mullverbrennungsanlage. Nach einer Zugabe von Wasser wird Schwefelsäure zugegeben, um den pH- 

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 Wert abzusenken Danach wird eine Menge von 10 Gew% Hochofenzement zugegeben und nach einer anschliessenden Zwischenlagerung von 3 Tagen, die für die Aushartung des Zements benötigt wird, kann die Deponierung erfolgen. Die Tatsache, dass bei dem bekannten Verfahren die Zugabe von Zement erforderlich ist und die damit verbundene Notwendigkeit einer Aushärtzeit stellt einen wesentlichen Nachteil dieses bekannten Verfahrens dar
Die exemplarisch genannten Problemlösungen zeichnen sich durch den Anfall einer Restlösung aus, die einer separaten Aufbereitung unterworfen werden muss Dies führt zu einem erhöhten Kostenfaktor.

   Weiters ist die Standfestigkeit der gepressten Deponiestoffe unzureichend. Der gravierendste Nachteil besteht aber darin, dass das Elutionsverhalten der Endprodukte speziell bei grösserer Bleibelastung des Ausgangsstoffes zu schlecht ist, um den gültigen Bestimmungen der neuen österreichischen Deponieverordnung zu entsprechen. 



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die   Immobilisierung elutionsfähiger Schwermetalle   in einer ausreichenden Weise erreicht werden kann, ohne zusätzliche Bindemittel zugeben zu müssen. Weiters soll zur Vermeidung des Anfalls von zusätzlichem Prozesswasser eine Wasserzugabe vermieden werden. 



   Diese Aufgabe wird durch das nachfolgend beschriebene Verfahren erreicht, bei der die in trockener, vorgetrockneter oder gering feuchter Form anfallenden Abfallstoffe in einem Mischer mit verdünnter Schwefelsäure soweit behandelt werden, dass ein maximal schwach pastöses Mischgut entsteht. 



   Das Verfahren kann ein- oder zweistufig durchgeführt werden. Als erster Schritt werden die in trockener, vorgetrockneter oder gering feuchter Form anfallenden Abfälle in einem geeigneten handelsüblichen Mischer mit verdünnter Schwefelsäure mit einer Konzentration von 1% bis 70% soweit behandelt, dass ein maximal schwach pastöses Mischgut entsteht. Die Zugabemenge an verdünnter Schwefelsäure ist abhängig vom Wasserhaltevermögen des zu behandelnden Materials und liegt in der Regel zwischen 5 Masse% bis 60 Masse% bezogen auf den Feststoff. Auf jeden Fall darf die Zugabe der verdünnten Schwefelsäure nur so weit erfolgen, dass mit Sicherheit kein Prozesswasser anfällt, da dieses wiederum einer aufwendigen Abwasserreinigung unterzogen werden müsste. 



   Wenn das Produkt dieses Behandlungsschrittes keine ausreichende Standfestigkeit aufweist, um im formgepressten Zustand deponiert werden zu können, kann zur Erzeugung eines staubfreien Endproduktes in einem zweiten Schritt das behandelte Material durch Zugabe eines hydraulisch reagierenden Bindemittels, wie etwa Portlandzement, Aluminatzement, hydraulisch reagierende Reststoffe etc. verfestigt werden. Die Zugabemenge an Bindemittel liegt im Bereich von 2 Masse% bis 20 Mass% bezogen auf die Trockensubstanz des behandelten Materials. Die Verfestigung kann durch geeignete Wahl des Bindemittels auch an Materialien mit Zinkgehalten im Bereich von 0, 1 Masse% bis 50 Masse% durchgeführt werden.

   Die Verfestigung dient einerseits zur Bindung von   staubförmigen   Materialien, andererseits zu einer weiteren Reduktion   der Auslaugbarkeit   bzw Löslichkeit von im ursprünglichen Material enthaltenen Schwermetallen. 



   Speziell bei eisenhältigen Stäuben ergibt sich das Problem, dass das verfestigte Endprodukt während einer längeren Lagerung durch Reaktion des nicht gebundenen Eisenanteiles zu einer Reduzierung der Standfestigkeit bzw. der Langzeitbeständigkeit führt. Hier hat es sich als vorteilhaft erwiesen, als Bindemittel Aluminatzement einzusetzen. 



   Als Ausführungsbeispiel soll das Verfahren am Beispiel eines Zink und Blei enthaltenden staubförmigen Materials erläuten werden :
Das staubförmige Ausgangsmaterial wurde im ersten Schritt mit   10%iger Schwefelsäure   vermischt. Die Zugabemenge an verdünnter Schwefelsäure betrug 24 Masse% bezogen auf das trockene Ausgangsmaterial. Nach dieser Behandlung erfolgte die Elution des behandelten Materials. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst und den Elutionswerten des nicht behandelten staubförmigen Ausgangsmaterials gegenüber gestellt : 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> ohne <SEP> Behandlung <SEP> mit <SEP> verd. <SEP> Mit <SEP> Behandlung <SEP> mit <SEP> verd.
<tb> 



  Schwefelsäure <SEP> Schwefelsäure
<tb> pH <SEP> 12, <SEP> 73 <SEP> 12, <SEP> 15 <SEP> 
<tb> Leitfähigkeit <SEP> (mS/cm) <SEP> 9, <SEP> 43 <SEP> 8, <SEP> 19 <SEP> 
<tb> P <SEP> b-GehaJt <SEP> (m <SEP> gll) <SEP> 33 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 
<tb> 
 

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Wie aus den Ergebnissen ersichtlich, sind die untersuchten Eluatwerte für Blei beim mit   verdünnter Schwefelsäure behandelten   Materials deutlich geringer als jene des unbehandelten Staubes. 



   Das behandelte Material wurde in einem zweiten Verfahrensschritt unter folgendem Mischungsverhältnis weiterverarbeitet 
92% Stahlwerkstaub (Trockensubstanz)
8% hydraulisch reagierendes Bindemittel 
Nach einer Abbindezeit von drei Wochen erfolgte die Prüfung der Festigkeit sowie eine Elution des verfestigten und wieder aufgebrochenen Entproduktes. Das Ergebnis der Druckfestigkeit war wie folgt 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Druckfestigkeit. <SEP> 10, <SEP> 1 <SEP> N/mm2 <SEP> 
<tb> Dichte <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 840 <SEP> kg/dm3 <SEP> 
<tb> 
 
Die Ergebnisse der Elutionen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

   Die Elution des verfestigten und wieder aufgebrochenen Probekorpers erfolgte nach   Onorm   S2072 (Masseverhältnis entionisiertes   Wasser'Feststoffs = 10 1) :   
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> % <SEP> verfestigt <SEP> und <SEP> nicht <SEP> \erfestigt <SEP> und <SEP> wieder <SEP> Grenzwerte <SEP> It <SEP> 
<tb> aufgebroe <SEP> hen <SEP> aufgebrochen <SEP> ( < 10 <SEP> mm) <SEP> Deponie\Erordnung <SEP> 
<tb> pH <SEP> 10, <SEP> 88 <SEP> 11, <SEP> 77 <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 
<tb> Leitfähigkeit1, <SEP> 51 <SEP> 4, <SEP> 77 <SEP> 10, <SEP> 00 <SEP> 
<tb> Pb <SEP> (mg/l) <SEP> < 0, <SEP> 5 <SEP> < 0, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 00 <SEP> 
<tb> 
 
 EMI3.3 
 Reduktion der Bleikonzentration in den   Eluaten   des ungebrochenen und des wieder aufgebrochenen Endproduktes auf.

   Die geforderten Grenzwerte nach der Deponieverordnung werden wesentlich unterschritten, wobei der Bindemittelanteil von 8%, das entspricht ca. 85 kg/to Stahlwerksstaub als extrem wirtschaftlich anzusehen ist Trotzdem liegt die Druckfestigkeit mit 10, 1 N/mm2 noch erheblich über dem geforderten Wert von   3, 0 N/mm2.   



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur mmobilisierung elutionsfähiger Schewermetalle aus Abfallstoffen, insbe- sondere aus Aschen, Schlacken, Krätzen und Stäuben aus metallurgischen Prozessen,
Aschen, Schlacken, Stauben aus der Verbrennung, insbesondere aus der Müllverbren- nung und ahnlichen   schwermetallhältigen   Stoffen, bei dem die zu behandelnden Stoffe mit
Schwefelsäure behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die in trockener, vorgetrockneter oder gering feuchter Form anfallenden Abfallstoffe in einem Mischer mit verdünnter Schwefelsäure soweit behandelt werden, dass ein maximal schwach pastöses
Mischgut entsteht.

Claims (1)

1. 2. Verfahren zur Immobilisierung elutionsfähiger Schwermetalle aus Abfallstoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine verdünnte Schwefelsäure mit einer Konzentration von 1 % bis 70 % eingesetzt wird.

   3. Verfahren zur Immobilisierung elutionsfähiger Schwermetalle aus Abfallstoffen nach einem der Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabemenge an verdünnter Schwefelsäure 5 bis 60 Masse % beträgt.

   4. Verfahren zur Immobilisierung elutionsfähiger Schwermetalle aus Abfallstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit verdünnter Schwefelsäure behandelten Abfallstoffe durch Zugabe eines hydraulisch reagierenden Bindemittels <Desc/Clms Page number 4> verfestigt werden.

   5. Verfahren zur Immobilisierung elutionsfähiger Schwermetalle aus Abfallstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabemenge an Bindemittel im Bereich von 2 bis 20 Masse % bezogen auf die Trockensubstanz des behandelten Abfallstoffes liegt 6. Verfahren zur Immobilisierung elutionsfahiger Schwermetalle aus Abfallstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei eisenhältigen Abfallstoffen als Bindemittel Aluminatzement eingesetzt wird.

   7. Verfahren zur Immobilisierung elutionsfähiger Schwermetalle aus Abfallstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfallstoffe einen Zinkgehalt von 0, 1 bis 50 Masse % aufweisen