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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Immobilisierung fester, flüssiger und/oder pastöser Rückstände aus der Verbrennung sowie aus der der Verbren- nung nachfolgenden Abgasreinigung, insbesondere aus Anlagen zur thermischen Behandlung von Abfällen.
Gemäss der Entwicklung seit 1988 in der Abfallwirtschaft werden zwar in zuneh- mendem Masse Verfahren zur Behandlung von Abfällen, insbesondere thermische Verfahren wie Pyrolyse oder Verbrennung, eingesetzt, die langfristig umweltver- trägliche Ablagerung der dabei entstehenden Rückstände ist jedoch ein weitge- hend ungelöstes Problem. Bisher wurde grosses Augenmerk auf die Abgasreini- gung gelegt und in weiterer Folge auch auf die Reinigung von Abwasser vor des- sen Ableitung.
Die Behandlung der pastösen und festen Rückstände aus der Verbrennung sowie der Abgas- und Abwasserreinigung fand bisher wenig Beachtung, da in der Regel noch ausreichende und kostengünstige Deponie- kapazitäten mit grosszügigen Genehmigungen aus vergangenen Zeiten (ohne entsprechend strenge Umweltauflagen, insbesondere Anforderungen an die Stoffeigenschaften der abzulagernden Abfälle) vorhanden sind. Durch die zunehmend strengeren gesetzlichen Anforderungen an die Ablagerung von Rück- ständen sind jedoch grundlegende Änderungen in nächster Zukunft zwingend erforderlich.
Dies betrifft beispielsweise in Österreich das Verbot der obertägigen Ablagerung gefährlicher Abfälle gemäss µ 17 Abs.1Abfallwirtschaftsgesetz (BGBI. I 2000/90).
Weiters sind gemäss Deponieverordnung in Österreich für neue Deponien seit 1. 1.1997 sowie für bereits vor diesem Zeitpunkt bestehende Deponien ab 1. 1.2004 strenge Anforderungen an die Ablagerung von Abfällen zu beachten (Ausnahmen sind in begrenztem Umfang durch den jeweiligen Landeshauptmann für einzelne Deponien bis längstens 31. 12.2008 möglich).
Die Ablagerung von Rückständen wird daher, wie das Beispiel Österreich zeigt, durch strenge gesetzliche Anforderungen zunehmend eingeschränkt (siehe bei- spielsweise Anforderungen an die Ablagerung auf Massenabfall- sowie Reststoff- deponien mit Beschränkung von Gesamtschadstoffgehalten sowie der Eluierbar- keit). Weiters ist bei einzelnen Rückständen auf das Reaktionsverhalten bei Ein- wirkung von Wasser mit unterschiedlichen pH-Werten im Hinblick auf die Freiset- zung von gasförmigen Verbindungen zu achten. Dies betrifft insbesondere die Freisetzung von Wasserstoff aus metallischem Aluminium im alkalischen Milieu.
Daher sind in der bisherigen Praxis der Abfallwirtschaft verschiedene Abfälle und Rückstände als gefährlich einzustufen und sind daher künftig von einer obertägi-
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gen Ablagerung ausgeschlossen und müssen auf Grund ihrer Beschaffenheit einer weiteren Behandlung oder einer untertägigen Deponierung zugeführt wer- den. Diese Methoden sind kostenmässig aufwendig und teilweise auch ökologisch unbefriedigend.
Aufgabe der Erfindung ist es, die angeführten Nachteile in der Deponierung von unzureichend behandelten Rückständen zu vermeiden und ein Verfahren zur Immobilisierung fester, flüssiger und/oder pastöser Rückstände aus der Verbren- nung sowie aus der der Verbrennung nachfolgenden Abgasreinigung zu entwi- ckeln, das die Ziele und Grundsätze einer zukunftsorientierten Abfallwirtschaft mit betriebswirtschaftlich vertretbaren Kosten erfüllt.
Erfindungsgemäss ist ein derartiges Verfahren durch folgende Schritte gegeben: a) getrennte Erfassung der Rückstände aus unterschiedlichen Prozessschrit- ten ; b) nasschemische Behandlung der nicht direkt deponierbaren oder nicht direkt zur Herstellung von Deponiegut geeigneten Rückstände, wobei in einem geschlossenen Reaktor ein basischer pH-Wert eingestellt wird ; c) mechanische Entwässerung des Reaktionsproduktes aus der nasschemi- schen Behandlung; d) Rückführung des in Punkt c) entstehenden Filtrates in die nasschemische
Behandlung gemäss Punkt b) sowie Ergänzung der rückgeführten Filtrat- menge gemäss Wasserbilanz mit Abwasser oder Dünnschlamm;
e) Herstellung von Deponiegut nach vorgegebener Rezeptur unter Zugabe von direkt deponierbaren oder zur Herstellung von Deponiegut geeigne- ten Rückständen aus der Verbrennung und/oder von Rückständen und
Abfällen aus externen Behandlungs- und Produktionsanlagen; sowie f) Einbau und Lagerung des in Punkt e) hergestellten Deponieguts, vorzugs- weise auf obertägigen Deponien oder zur bergbautechnischen Verfüllung unterirdischer Hohlräume.
Durch die nasschemische Behandlung bei basischen pH-Werten erfolgt teilweise eine Eluierung schädlicher Stoffe aus den Rückständen und eine gezielte Verän- derung der hydraulischen und mineralogischen Eigenschaften ; weiters wird die Gasbildung aus metallischen Rückständen (z. B. Aluminium) gefördert, sodass das Reaktionsprodukt aus der nasschemischen Behandlung nach dessen Entwässe- rung den weiteren Immobilisierungsschritten unterworfen werden kann. Dies
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wird insbesondere dadurch erreicht, dass der pH-Wert im Bereich von 8 bis 13, vorzugsweise im Bereich von 11,5 bis 12,5 eingestellt wird, um einen Abbau des Gasbildungspotentiales aus der Reaktion metallischer Verbindungen sicherzu- stellen.
Erfindungsgemäss kann die nasschemische Behandlung unter Zugabe von Lauge, vorzugsweise in Form alkalischer Rückstände oder Abfälle erfolgen, wobei zur Verbesserung der chemischen Umsetzung in Punkt b) ergänzend elektrochemi- sche Verfahren eingesetzt werden können.
Schliesslich ist eine unbefristete Lagerung des nach entsprechender Rezeptur aus unterschiedlichen Abfällen und Rückständen sowie ggf. mineralischen Hilfsstoffen hergestellten Deponieguts auch auf obertägigen Deponien möglich.
Das erfindungsgemässe Verfahren erfüllt auch die Leitlinien zur Abfallwirtschaft, herausgegeben vom Bundesministerium für Umwelt, Jugend und Familie im Jahre 1988, wonach eine zukunftsorientierte Abfallwirtschaft eine umfassende Behandlung von Abfällen beinhaltet, sodass letztlich nur noch "erdkrustenähnli- che" Rückstände abgelagert werden. Unter "erdkrustenähnlich" sind folgende Eigenschaften zu verstehen: unlöslich, bzw. dauerhaft schwerlöslich reaktionsträge mit Luft, Wasser und anderen Abfallstoffen kein die Umwelt über die Medien Luft (gasförmig, staubförmig), Was- ser und Boden beeinträchtigendes Emissionsverhalten.
Einfach formuliert ist eine Deponie dann umweltverträglich, wenn ihre Emissio- nen ohne weitere Behandlung in die Umwelt (Wasser, Boden, Luft) über Jahrtau- sende keine negativen ökologischen Auswirkungen hat.
Eine umweltverträgliche Entsorgung fester, flüssiger und/oder pastöser Rück- stände aus der Verbrennung sowie aus der der Verbrennung nachfolgenden Abgasreinigung umfasst somit:
Inertisierung
Immobilisierung
Deponierung Die bei der nasschemischen Behandlung gemäss Punkt b) entstehenden Gase, wie Wasserstoffgas, Ammoniak, Methan, Phosphin etc. können abgefackelt, gespei- chert oder einer Verwertung, vorzugsweise zur energetischen Nutzung im
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Bereich der Verbrennungsanlage oder in einer externen Anlage, zugeführt wer- den.
Vorteilhafter Weise kann die in Punkt d) rückgeführte Menge des Filtrates in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt in der nasschemischen Behandlung und dem Wassergehalt im mechanisch entwässerten Reaktionsprodukt 3:1 bis 20:1 bezo- gen auf die der nasschemischen Behandlung zugeführte Abfallmenge betragen.
Dabei wird auf der Basis einer geschlossenen Wasserbilanz gearbeitet und ergän- zend erforderliches Prozesswasser vorteilhaft aus der Verbrennungsanlage (z. B.
Dünnschlamm aus der Abwasserbehandlung) zugeführt In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Zwi- schenbehandlung des rückzuführenden Filtrates, beispielsweise zur chemischen Fällung von gelösten Schwermetallen, erfolgt. Insbesondere kann die Zwischen- behandlung des rückzuführenden Filtrates unter Einsatz von organosulfidischen Verbindungen, beispielsweise TMT 15, erfolgen.
Schliesslich kann das mechanisch entwässerte Reaktionsprodukt unter Zugabe von mineralischen bzw. anorganischen Hilfsstoffen sowie anderer geeigneter Rückstände und Abfälle zu ablagerungsfähigem Deponiegut verarbeitet werden.
Dabei kann das Prinzip "diagenetische Inertisierung" (siehe AT. -B 389474) oder sonstige Verfahren, z. B. Verfestigung mit hydraulischen Bindemitteln, zur Anwendung kommen.
Bei der Herstellung des Deponiegutes werden zum entwässerten Reaktionspro- dukt vorzugsweise trockene Materialien und nach Erfordernis auch Abwasser zur Einstellung der optimalen Feuchte für den kontrollierten Einbau und Verdichtung auf der Deponie (z. B. Erreichung der optimalen Procterdichte) eingesetzt. Bei- spielsweise können Kieswaschschlämme zugesetzt werden. Die erforderliche Wassermenge kann durch Nutzung der im Bereich der Einbaustelle der Deponie auftretenden gegebenenfalls verunreinigten Niederschlagswässer sowie im Zuge der Verdichtungsvorgänge allenfalls noch ausgepressten Sickerwässer gedeckt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand eines in der Abbildung beispielhaft dargestellten Flussdiagrams näher erläutert: . Zuerst erfolgt im Bereich 1 eine getrennte Erfassung einzelner prozessspe- zifischer Stoffströme bzw. Rückstände (z. B. verschiedene Flugaschen sowie bestimmte Fraktionen aus der Aufbereitung von Schlacke aus der
Verbrennungsanlage , flüssige und pastöse Rückstände aus der Abwas- serreinigung, etc. ).
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. Im nächsten Schritt erfolgt die nasschemische Behandlung 2 von nicht direkt deponierbaren oder nicht direkt zur Herstellung von Deponiegut geeigneten Rückständen (z.B. von Asche ) unter Einstellung eines basi- schen pH-Wertes, allenfalls in Kombination oder in Ergänzung mit elektro- chemischer Behandlung.
. Die bei der nasschemischen Behandlung 2 anfallenden Gase, insbesondere
Wasserstoff, sowie gegebenenfalls weiterer Gase wie Ammoniak, Schwe- felwasserstoff, Methan und Phosphin werden bevorzugt der Verbrennungs- anlage im Bereich 1 zwecks energetischer Nutzung oder einem Gasspei- cher 3 zugeführt, bzw. in einer externen Anlage energetisch genutzt (z.B.
Gasmotor) oder entsorgt (z.B. Gasfackel).
. Abwässerkonzentrate bzw. Dünnschlamm aus der Abwasserreinigung, bei- spielsweise aus der nassen Abgasreinigung können der nasschemischen
Behandlung 2 zugeführt werden. Dies ist im Hinblick auf die Gesamtwas- serbilanz und dem Ersatz für die über die Herstellung des Deponieguts 4 auf den Deponiekörper 5 ausgetragene Feuchte notwendig und im Ver- gleich zum Einsatz von frischem Wasser vorteilhaft.
., Die mechanische Entwässerung 6 der Suspension aus der nasschemischen
Behandlung 2, erfolgt vorzugsweise mit Filterpressen oder anderen Ein- richtungen, vorteilhaft gemeinsam oder alternierend mit anderen Rück- ständen aus derselben Anlage.
. Das in der mechanischen Entwässerung 6 anfallende Filtrat wird, - gegebe- nenfalls nach einer chemischer Zwischenbehandlung 7 durch Fällungsmit- tel, beispielsweise Organosulfide zur Fällung und Abscheidung von gelös- ten Schwermetallen - in die nasschemische Behandlung 2 rückgeleitet. Die rückgeführte Filtratmenge ergibt sich auf der Grundlage einer geschlosse- nen Wasserbilanz, wobei ergänzend erforderliches Wasser vorteilhaft aus dem Bereich 1 der Verbrennungsanlage zugeführt wird (beispielsweise
Dünnschlamm aus der Abwasserreinigung).
. Die entwässerten Rückstände aus der mechanischen Entwässerung 6 wer- den zusammen mit direkt deponierbaren Rückständen der Verbrennungs- anlage 1, mit mineralischen Hilfsstoffen und/oder anderen festen, pastö- sen oder flüssigen Rückständen aus externen Anlagen z. B. gemäss dem
Prinzip "diagenetische Inertisierung" (AT-B 389474) zu einer deponierba- ren Masse bzw. Deponiegut verarbeitet (siehe Herstellung Deponiegut 4).
. Schliesslich erfolgt die unbefristete Lagerung des nach entsprechender
Rezeptur hergestellten Deponieguts gemäss den gesetzlichen Vorgaben, vorzugsweise auf obertägigen Deponien 5 oder zur bergbautechnischen
Verfüllung unterirdischer Hohlräume. Die geringfügig auftretenden Sicker-
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wässer (aus dem Bereich der Einbaustelle 8 sowie allfälliges ausgepresstes Wasser aus dem Deponiegut) können bei Bedarf in der Herstellung des Deponiegutes 4 eingesetzt werden.
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The invention relates to a method for immobilizing solid, liquid and / or pasty residues from the combustion and from the exhaust gas purification following the combustion, in particular from plants for the thermal treatment of waste.
According to developments in waste management since 1988, processes for treating waste, in particular thermal processes such as pyrolysis or incineration, are being used to an increasing extent, but the long-term environmentally compatible deposition of the resulting residues is a largely unsolved problem. So far, great attention has been paid to the cleaning of exhaust gases and subsequently also to the cleaning of waste water before it is discharged.
The treatment of the pasty and solid residues from the incineration as well as the waste gas and waste water purification has received little attention so far, since usually sufficient and inexpensive landfill capacities with generous permits from times past (without correspondingly strict environmental requirements, in particular requirements for the material properties of the waste to be deposited) is available. However, due to the increasingly strict legal requirements for the depositing of residues, fundamental changes will be imperative in the near future.
In Austria, for example, this applies to the prohibition of above-ground storage of hazardous waste in accordance with µ 17 Paragraph 1 of the Waste Management Act (BGBI. I 2000/90).
Furthermore, in accordance with the landfill ordinance in Austria, new landfills since 1.1.1997 and existing landfills from 1.1.2004 onwards have to comply with strict requirements for the disposal of waste (exceptions are limited by the respective governor for individual landfills up to a maximum of 31 . 12.2008 possible).
The deposition of residues is, as the example in Austria shows, increasingly restricted by strict legal requirements (see, for example, requirements for the deposition on bulk waste and residues landfills with restriction of total pollutant contents and the elutability). In the case of individual residues, attention must also be paid to the reaction behavior when exposed to water with different pH values with regard to the release of gaseous compounds. This applies in particular to the release of hydrogen from metallic aluminum in an alkaline environment.
For this reason, in the previous practice of waste management, various types of waste and residues can be classified as dangerous.
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against deposition and due to their nature must be sent for further treatment or underground storage. These methods are expensive in terms of costs and in some cases also ecologically unsatisfactory.
The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned in the landfilling of insufficiently treated residues and to develop a method for immobilizing solid, liquid and / or pasty residues from the combustion and from the exhaust gas purification following the combustion, which the Goals and principles of future-oriented waste management met with economically reasonable costs.
According to the invention, such a method is provided by the following steps: a) separate detection of the residues from different process steps; b) wet chemical treatment of the residues which cannot be directly deposited or are not suitable for producing landfill material, a basic pH being set in a closed reactor; c) mechanical dewatering of the reaction product from the wet chemical treatment; d) return of the filtrate formed in point c) to the wet chemical
Treatment according to point b) and addition of the returned filtrate amount according to the water balance with waste water or thin sludge;
e) Production of landfill material according to a specified recipe with the addition of residues from the incineration and / or residues and which can be deposited directly or are suitable for the production of landfill material
Waste from external treatment and production facilities; and f) installation and storage of the landfill goods produced in point e), preferably on surface landfill sites or for backfilling underground cavities.
The wet chemical treatment at basic pH values partially elutes harmful substances from the residues and deliberately changes the hydraulic and mineralogical properties; Furthermore, gas formation from metallic residues (eg aluminum) is promoted, so that the reaction product from the wet chemical treatment can be subjected to the further immobilization steps after it has been dewatered. This
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is achieved in particular by adjusting the pH in the range from 8 to 13, preferably in the range from 11.5 to 12.5, in order to ensure a reduction in the gas formation potential from the reaction of metallic compounds.
According to the invention, the wet chemical treatment can be carried out with the addition of alkali, preferably in the form of alkaline residues or waste, it being possible to use electrochemical processes in addition to improve the chemical reaction in point b).
Finally, it is also possible to store the landfill goods made from various wastes and residues, as well as mineral auxiliaries, according to the appropriate recipe, even on surface landfills.
The method according to the invention also fulfills the guidelines for waste management, published by the Federal Ministry for the Environment, Youth and Family in 1988, according to which future-oriented waste management includes comprehensive treatment of waste, so that ultimately only "earth crust-like" residues are deposited. The term "earth crust-like" means the following properties: insoluble or permanently poorly soluble slow to react with air, water and other waste materials no emission behavior that affects the environment via the air (gaseous, dusty), water and soil.
In simple terms, a landfill is environmentally friendly if its emissions without further treatment into the environment (water, soil, air) have had no negative ecological effects for millennia.
An environmentally compatible disposal of solid, liquid and / or pasty residues from the combustion as well as from the exhaust gas cleaning following the combustion thus includes:
inerting
immobilization
Landfilling The gases generated during wet chemical treatment in accordance with point b), such as hydrogen gas, ammonia, methane, phosphine etc., can be flared, stored or recycled, preferably for energy use in the
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Area of the incineration plant or in an external plant.
Advantageously, the amount of the filtrate recirculated in point d) can be 3: 1 to 20: 1, depending on the solids content in the wet chemical treatment and the water content in the mechanically dewatered reaction product, based on the amount of waste supplied to the wet chemical treatment.
It works on the basis of a closed water balance and additional process water required advantageously from the incineration plant (e.g.
Thin sludge from the wastewater treatment) In an advantageous development of the invention it is provided that the filtrate to be returned is subjected to intermediate treatment, for example for the chemical precipitation of dissolved heavy metals. In particular, the intermediate treatment of the filtrate to be recycled can be carried out using organosulfidic compounds, for example TMT 15.
Finally, the mechanically dewatered reaction product with the addition of mineral or inorganic auxiliaries and other suitable residues and wastes can be processed to landfill that can be deposited.
The principle of "diagenetic inerting" (see AT. -B 389474) or other methods, eg. B. consolidation with hydraulic binders.
In the manufacture of the landfill, dry materials are preferably used for the dewatered reaction product and, if required, wastewater is also used to adjust the optimal moisture for the controlled installation and compaction on the landfill (e.g. to achieve the optimal density of the process). For example, gravel washing sludge can be added. The required amount of water can be covered by using any contaminated rainwater that occurs in the area where the landfill is installed, as well as any seepage water that may still be squeezed out during the compression process.
The method according to the invention is explained in more detail with the aid of a flow diagram shown as an example in the figure: First, in area 1 there is a separate recording of individual process-specific material flows or residues (e.g. different fly ash and certain fractions from the treatment of slag from the
Incinerator, liquid and pasty residues from wastewater treatment, etc.).
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, In the next step, the wet chemical treatment 2 is carried out of residues that cannot be deposited directly or are not suitable for producing landfill material (e.g. ash) while setting a basic pH value, if necessary in combination or in addition to electrochemical treatment.
, The gases obtained in the wet chemical treatment 2, in particular
Hydrogen, and possibly other gases such as ammonia, hydrogen sulfide, methane and phosphine, are preferably fed to the incineration plant in area 1 for energy use or a gas storage device 3, or used for energy in an external plant (e.g.
Gas engine) or disposed of (e.g. gas torch).
, Waste water concentrates or thin sludge from wastewater treatment, for example from wet waste gas treatment, can be used in wet chemical processes
Treatment 2 are fed. This is necessary in view of the overall water balance and the replacement for the moisture discharged onto the landfill body 5 via the production of the landfill material 4 and is advantageous compared to the use of fresh water.
., The mechanical drainage 6 of the suspension from the wet chemical
Treatment 2 is preferably carried out with filter presses or other devices, advantageously together or alternately with other residues from the same plant.
, The filtrate obtained in the mechanical drainage 6 is returned to the wet chemical treatment 2, if appropriate after a chemical intermediate treatment 7 by means of precipitating agents, for example organosulfides for the precipitation and separation of dissolved heavy metals. The amount of filtrate returned is based on a closed water balance, water which is additionally required advantageously being fed from area 1 of the incineration plant (for example
Thin sludge from wastewater treatment).
, The dewatered residues from the mechanical dewatering 6 are combined with residues from the incineration plant 1 which can be deposited directly, with mineral auxiliaries and / or other solid, pasty or liquid residues from external plants, e.g. B. according to
Principle of "diagenetic inertization" (AT-B 389474) processed into a depositable mass or landfill (see production of landfill 4).
, Finally, the indefinite storage takes place after the corresponding
Formulated landfill goods according to legal requirements, preferably on surface landfills 5 or for mining purposes
Backfilling underground cavities. The minor seepage
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Water (from the area of the installation site 8 and any squeezed water from the landfill material) can be used in the manufacture of the landfill material 4 if required.