DE102007037481A1

DE102007037481A1 - Verfahren zur Aufbereitung von mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden

Info

Publication number: DE102007037481A1
Application number: DE200710037481
Authority: DE
Inventors: Gustav Dieter Edelhoff
Original assignee: LOBBE Industrieservice GmbH and Co KG
Current assignee: LOBBE Industrieservice GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-19

Abstract

Mit einem Verfahren zur Aufbereitung von kontaminierten Böden für den Wiedereinbau soll vergleichsweise einfach, gleichwohl effektiv eine Bodenbehandlung ermöglicht werden, die eine Aufbereitung bzw. einen Einbau der Böden nach der Behandlung möglich macht. Dies wird dadurch erreicht, dass dem Boden über mechanische Mischer ein Gemisch aus Kalk und einem Gemischbinder/Zement zugeführt und das so behandelte Material eingebaut bzw. aufgehaldet wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden für den Wiedereinbau.
Die mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden stellen in der Entsorgung ein großes Problem nicht nur logistischer, sondern insbesondere auch wirtschaftlicher Art dar, da teilweise eine Verbrennung notwendig ist mit dem damit verbundenen Aufwand und den damit verbundenen Kosten.
Wie umfangreich und aufwändig eine entsprechende Behandlung derartiger Böden ist, zeigt beispielsweise die EP-692 16 571-T2 , um nur ein Beispiel zu nennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorgehensweise anzugeben, mit der vergleichsweise einfach, gleichwohl effektiv eine Bodenbehandlung möglich ist, die eine Aufbereitung bzw. einen Einbau der Böden nach der Behandlung möglich macht.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass dem Boden über mechanische Mischer ein Gemisch aus Kalk und einem Gemischbinder/Zement zugeführt und das so behandelte Material eingebaut bzw. aufgehaldet wird.
Es hat sich gezeigt, dass diese Behandlungsweise dazu führt, dass die kontaminierten Böden nach der Behandlung problemlos wieder eingebaut werden können, ohne dass es zu Umweltschäden kommt. An dieser Stelle sei bemerkt, dass der Einsatz von Kalk für sich gesehen bekannt ist, wie dies auch in der oben zitierten Literaturstelle vorbeschrieben ist.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei sieht die Erfindung vor, dass ein Gemisch aus 50 bis 80% Kalk und 50 bis 20% Mischbinder/Zement dem zu behandelnden Boden zugesetzt wird.
Eine zweckmäßige weitere Ausgestaltung besteht darin, dass dem zu behandelnden Boden ein Gemisch aus Kalk und Mischbinder/Zement von 5 bis 35% zugesetzt wird.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise darin besteht, als Mischer wenigstens eine Vertikalfräse einzusetzen, wie dies die Erfindung in weiterer Ausgestaltung ebenfalls vorsieht, wobei statt einer Vertikalfräse auch andere mechanische Mischeinrichtungen einsetzbar sind.
Da die Verfahrensweise äußerst flexibel gestaltet werden kann, ist es beispielsweise möglich, den Mischvorgang an der Übergabestelle der Aufladung oder am Einbauort zur Aufhaldung vorzunehmen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Konditionierungsmaterial lageweise auf zu behandelnde Bodenschichten aufzubringen, wobei das Konditionierungsmaterial vordem Verdichten eingefräst wird, auch dies ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.
Zur Überprüfung des Arbeitsergebnisses und der Wirksamkeit der Bodenbehandlung sieht die Erfindung vor, dass vor dem Einbau bzw. dem Aufhalden des zu behandelnden Materiales eine Mischung erfolgt mit einer Zwischenlagerung von 3 bis 120 Stunden, wobei nach dem Einbau eine Überprüfung des so hergestellten konditionierten Materiales vorgenommen wird.
Da sich die vorliegende Erfindung besonders für speziell kontaminierte Böden eignet, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung die Behandlung von Böden der in den weiteren Unteransprüchen angegebenen Zusammensetzung vor.
Diese Zusammensetzungen ergeben sich wie folgt, wobei "PAK" für polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und "MKW" für Mineralölkohlenwasserstoffe steht:
Boden A:

PAK > 250 mg/kg
Phenolindex > 3.500 mg/kg
MKW > 15.000 mg/kg
Bodenarten: Schluff, Sand, Kies, teilweise humos, hoher Produktgehalt
ermittelte Glühverluste: 36 bis 65%
ermittelte Steifemodule: 7 bis 8 MN/m²
Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich
Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: schlecht

Boden C:

PAK > 250 mg/kg
Phenolindex > 3.500 mg/kg
MKW > 15.000 mg/kg
Bodenarten: Schluff, schluffiger Sand
Bodengruppen nach DIN 18 196: TL, U
ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-4: 1,970 g/m³
Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich
Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: mittel

Boden IX:

PAK > 250 mg/kg
Phenolindex > 3.500 mg/kg
MKW > 15.000 mg/kg
Bodenarten: Recyclingmaterial, Sand, Kies, teilweise schluffig
Bodengruppen nach DIN 18 196: GW, SU*
ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-6: 1,909 g/m³
Wasserempfindlichkeit: teilweise wasserempfindlich
Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: mittel bis gut

Boden X:

PAK > 250 mg/kg
Phenolindex > 3.500 mg/kg
MKW > 15.000 mg/kg
Bodenarten: Schluff (teilweise tonig), schluffiger Kies
Bodengruppen nach DIN 18 196: TL, TM, U, GU*
ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-4: 1,888 g/m³
ermittelte Glühverluste: 1 bis 2%
Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich
Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: mittel

Boden Ost:

PAK > 250 mg/kg
Phenolindex > 3.500 mg/kg
MKW > 15.000 mg/kg
Bodenarten: Schluff, teilweise tonig, teilweise humos, Produktanteile
ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-5: 1,329 g/m³
ermittelte Glühverluste: 9 bis 61%
ermittelte Steifemodule: 2 bis 6 MN/m²
Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich
Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: schlecht

Boden Süddamm:

PAK > 250 mg/kg
Phenolindex > 3.500 mg/kg
MKW > 15.000 mg/kg
Bodenarten: Schluff, teilweise tonig, teilweise humos, Produktanteile
ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-5: 1,355 g/m³
ermittelte Glühverluste: 8 bis 67%
ermittelte Steifemodule: 3 bis 8 MN/m²
Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich
Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: schlecht

Es hat sich durch Laborversuche gezeigt, dass die Wiedereinbaubarkeit der so behandelten Böden gegeben ist. Es erfolgt ein Nachweis der bodenmechanischen Parameter für die Tragfähigkeit (Scherfestigkeit) und der Steifigkeit (Setzungsverhalten in Folge Auflast), wobei die geotechnischen Kennwerte erreicht waren.
Folgendes Untersuchungsprogramm wurde durchgeführt:

– Entnahme von mindestens zwanzig ungestörten Proben mittels Stutzen, mindestens zehn Proben für eingebautes, verdichtetes, kondioniertes Böschungsmaterial sowie mindestens zehn Proben für eingebautes, verdichtetes, konditioniertes Produktmaterial aus dem Sohlbereich
– Ermittlung der Scherfestigkeit (cφ) des Materiales durch jeweils vier Scherversuche für jede der beiden Materialarten nach DIN 18 137 im Labor. Je Scherversuch werden vier Teilversuche durchgeführt
– Ermittlung der einaxialen Druckfestigkeit (q_μ) des Materiales durch jeweils vier Versuche für jede der beiden Materialarten nach DIN 18 136 im Labor.
– Ermittlung des Steifemoduls E des Materials durch jeweils 1 Oedometerversuch für jede der beiden Materialarten nach DIN 18 135 im Labor.

Bestimmung der Dichte des Materiales an allen untersuchten Proben (achtzehn Versuche) nach DIN 18 125 im Labor.
Der Einbau des Materiales erfolgte jeweils einen Tag vorher, so dass die Stutzen ohne starke Benaspruchung des Materiales eingetrieben werden können.
Untersuchungsergebnisse:
Tab. 1: Einaxiale Druckfestigkeiten nach DIN 18 136 für konditioniertes Böschungsmaterial

Proben-Nr. Druckspannung Strauchung Einbaudichte

kN/m² % g/cm³

Ro 12B 351,85 8,15 1,26

Ro 13B 357,76 6,99 1,66

Ro 14B 167,6 4,33 1,59

Ro 15B 157,15 4,16 1,54

Tab. 2: Einaxiale Druckfestigkeiten nach DIN 18 136 für konditioniertes Produktmaterial

Proben-Nr. Druckspannung Strauchung Einbaudichte

kN/m² % g/cm³

Ro 6 40,84 4,37 1,54

Ro 9 298,24 6,65 1,63

Ro 10 78,47 9,78 1,39

Ro 11 30,72 6,14 1,43
Bewertung des Materiales:
Für das einzubauende Material ist eine Flügelscherfestigkeit τ_FS ≥ 25 kN/m² nachzuweisen. Diese Flügelscherfestigkeit entspricht der undrainierten Scherfestigkeit c_μ.
Zur einaxialen Druckfestigkeit besteht der Zusammenhang qμ = 2·cμ
Um dem Vorgabewert zu entprechen, muss demzufolge q_μ ≥ 50 kN/m² erreicht werden. Bei zwei der untersuchten Proben für das konditionierte Produktmaterial liegen die einaxialen Druckfestigkeiten unter diesem Wert. Die beiden anderen einaxialen Druckfestigkeiten für das konditionierte Produktmaterial und alle einaxialen Druckfestigkeiten für das konditionierte Böschungsmaterial liegen über den geforderten 50 kN/m².
Die einaxiale Druckfestigkeit steigt mit der Standzeit des Materiales an. Die geforderten 50 kN/m² werden fünf Tage nach Einbau erreicht. Damit erfüllen die nachgewiesenen einaxialen Druckfestigkeitswerte für das konditionierte Produktmaterial die Anforderungen an die Tragfähigkeit. Die mit den Oedomterversuchen nachzuweisenden Steifemoduli E_s müssen über den geforderten Werten von 5 MN/m² liegen.
Unter Berücksichtigung der durchzuführenden in-situ-Nachweise sind konditioniertes Böschungsmaterial und konditioniertes Produktmaterial bezogen auf die bodenmechanischen Parameter zum Einbau geeignet.
Eine Möglichkeit des zu behandelnden Bodens von der Auf nahme bis zum Wiedereinbau ergibt sich aus den nachfolgenden Verfahrensschemata:
Laden → Aufhalden bzw. Beckenprofilierung → Konditionierung → lagenweiser Einbau → Qualitätssicherung;
Laden → Zugabe des Konditionierungsmittels mit Rotacleaner → Transport → lagenweiser Einbau → Qualitätssicherung;
Laden → Transport → lagenweiser Einbau → Zugabe des Konditionierungsmittels mittels Bodenfräse → Verdichtung → Qualitätssicherung;
Laden → Zugabe des Konditionierungsmittels mittels Doppelwellenmischer → Transport → lagenweiser Einbau → Qualitätssicherung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 69216571 T2 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 18 196 [0013]
- DIN 18 196 [0013]
- DIN 18 196 [0013]
- DIN 18 137 [0015]
- DIN 18 136 [0015]
- DIN 18 135 [0015]
- DIN 18 125 [0016]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden für den Wiedereinbau, dadurch gekennzeichnet, dass dem Boden über mechanische Mischer ein Gemisch aus Kalk und einem Gemischbinder/Zement zugeführt und das so behandelte Material eingebaut bzw. aufgehaldet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus 50 bis 80% Kalk und 50 bis 20% Mischbinder/Zement dem zu behandelnden Boden zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem zu behandelnden Boden ein Gemisch aus Kalk und Mischbinder/Zement von 5 bis 35% zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mischer wenigstens eine Vertikalfräse eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischvorgang an der Übergabestelle der Aufhaldung oder am Einbauort zur Aufhaldung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmaterial lageweise auf zu behan delnde Bodenschichten aufgebracht und vor dem Verdichten eingefräst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbau bzw. dem Aufhalden des zu behandelnden Materiales eine Mischung erfolgt mit einer Zwischenlagerung von 3 bis 120 Stunden, nachfolgend nach dem Einbau eine Überprüfung des so hergestellten konditionierten Materiales erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden mit den Materialeigenschaften PAK > 250 mg/kg Phenolindex > 3.500 mg/kg MKW > 15.000 mg/kg Bodenarten: Schluff, Sand, Kies, teilweise humos, hoher Produktgehalt ermittelte Glühverluste: 36 bis 65% ermittelte Steifemodule: 7 bis 8 MN/m² Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: schlecht, behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden mit den Materialeigenschaften PAK > 250 mg/kg Phenolindex > 3.500 mg/kg MKW > 15.000 mg/kg Bodenarten: Schluff, schluffiger Sand Bodengruppen nach DIN 18 196: TL, U ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-4: 1,970 g/m³ Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: mittel, behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden mit den Materialeigenschaften PAK > 250 mg/kg Phenolindex > 3.500 mg/kg MKW > 15.000 mg/kg Bodenarten: Recyclingmaterial, Sand, Kies, teilweise schluffig Bodengruppen nach DIN 18 196: GW, SU* ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-6: 1,909 g/m³ Wasserempfindlichkeit: teilweise wasserempfindlich Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: mittel bis gut, behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden mit den Materialeigenschaften PAK > 250 mg/kg Phenolindex > 3.500 mg/kg MKW > 15.000 mg/kg Bodenarten: Schluff (teilweise tonig), schluffiger Kies Bodengruppen nach DIN 18 196: TL, TM, U, GU* ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-4: 1,888 g/m³ ermittelte Glühverluste: 1 bis 2% Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: mittel, behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden mit den Materialeigenschaften PAK > 250 mg/kg Phenolindex > 3.500 mg/kg MKW > 15.000 mg/kg Bodenarten: Schluff, teilweise tonig, teilweise humos, Produktanteile ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-5: 1,329 g/m³ ermittelte Glühverluste: 9 bis 61% ermittelte Steifemodule: 2 bis 6 MN/m² Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: schlecht, behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden mit den Materialeigenschaften PAK > 250 mg/kg Phenolindex > 3.500 mg/kg MKW > 15.000 mg/kg Bodenarten: Schluff, teilweise tonig, teilweise humos, Produktanteile ermittelte 100%-Proctordichte MP 1-5: 1,355 g/m³ ermittelte Glühverluste: 8 bis 67% ermittelte Steifemodule: 3 bis 8 MN/m² Wasserempfindlichkeit: wasserempfindlich Verdichtbarkeit bei optimalem Wassergehalt: schlecht, behandelt wird.