DE102015007292A1 - Process for treating soil contaminated with PFC (polyfluorinated chemicals), in particular a near-surface soil or a ground cover layer - Google Patents

Process for treating soil contaminated with PFC (polyfluorinated chemicals), in particular a near-surface soil or a ground cover layer Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Behandlung eines mit PFC (Poly Fluorierten Chemikalien) auf verunreinigten Bodens, insbesondere eines oberflächennahen Bodens oder einer Bodendeckschicht beschrieben, wobei der Boden zunächst auf eine Körnung zwischen 0 mm und 100 mm aufbereitet und anschließend unter oder nach Zugabe eines Bindemittels gemischt und immobilisiert wird und dann als Baumaterial verwendet wird.A process is described for treating a PFC (Poly Fluorinated Chemicals) on contaminated soil, in particular a near-surface soil or a ground cover layer, wherein the soil is first prepared to a grain size between 0 mm and 100 mm and then mixed with or after addition of a binder and immobilized and then used as a building material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines mit PFC (Poly Fluorierten Chemikalien) verunreinigten Bodens, insbesondere eines oberflächennahen Bodens oder einer Bodendeckschicht oder anthropogenen Auffüllungen.The invention relates to a method for treating a soil contaminated with PFC (poly-fluorinated chemicals), in particular a near-surface soil or a ground cover layer or anthropogenic fillings.

In den letzten Jahren sind oberflächennahe Böden oder Deckschichten mit PFC-haltigen Stoffen aus unterschiedlichen Verursacherquellen großflächig verunreinigt worden. Poly Fluorierte Chemikalien (PFC) bestehen aus Kohlenstoffketten verschiedener Länge, bei denen die Wasserstoffatome vollständig (perfluoriert) oder teilweise (polyfluoriert) durch Fluoratome ersetzt sind. Diese sehr stabilen Bindungen zwischen dem Kohlenstoff und Fluor lassen sich nur unter sehr hohem Energieaufwand lösen. Werden PFC einmal in die Umwelt eingetragen, verbleiben sie dort üblicherweise für sehr lange Zeit. Einige PFC, insbesondere PFC mit einer langen Kohlenstoffkette, reichern sich außerdem im Organismus und in der Nahrungskette des Menschen an. PFC mit einer kurzen Kohlenstoffkette reichern sich zwar weniger im Organismus an, jedoch sind sie umso mobiler und können somit schneller Grund- und Trinkwasser verunreinigen. Darüber hinaus ist es von einigen PFC bekannt, dass sie toxisch wirken. Weder biotische Prozesse (Bakterien) noch abiotische Prozesse (Wasser, Luft, Licht) können zum Abbau der PFC beitragen. Somit ist es auch nicht möglich, sie in Kläranlagen abzubauen.In recent years, near-surface soils or surface layers have been contaminated with PFC-containing substances from different polluter sources over a large area. Poly-fluorinated chemicals (PFCs) consist of carbon chains of various lengths, in which the hydrogen atoms are completely (perfluorinated) or partially (polyfluorinated) replaced by fluorine atoms. These very stable bonds between the carbon and fluorine can be solved only with very high energy expenditure. Once PFCs are introduced into the environment, they usually remain there for a very long time. Some PFCs, in particular PFCs with a long carbon chain, also accumulate in the human organism and food chain. Although PFCs with a short carbon chain accumulate less in the organism, they are all the more mobile and can thus contaminate groundwater and drinking water more quickly. In addition, some PFCs are known to be toxic. Neither biotic processes (bacteria) nor abiotic processes (water, air, light) can contribute to the degradation of PFCs. Thus, it is not possible to reduce them in sewage treatment plants.

PFC-belastete Böden können insbesondere von landwirtschaftlich genutzten Flächen, Brachflächen, Industriearealen, Flugplatzarealen, Parkflächen und Verkehrsflächen stammen. Durch den Einsatz von Abfällen zur Bodenverbesserung beispielsweise als Düngemittel, wie es im Zusammenhang mit Restschlämmen aus der Papierveredelung und kommunalen Klärschlämmen bekannt ist, wurden bisher Böden großflächig verunreinigt, was nachfolgend auch zu einer Verunreinigung des Grundwassers führte. PFC-Belastungen in der Nähe von Flughäfen werden mit Feuerlöschschäumen und abgelassenem Flugbenzin in Verbindung gebracht.Soils contaminated with PFCs can in particular originate from agricultural land, fallow land, industrial sites, airfield areas, parking areas and traffic areas. Through the use of waste for soil improvement, for example as fertilizer, as it is known in connection with residual sludges from paper processing and municipal sewage sludge so far soils were contaminated over a large area, which subsequently also led to contamination of groundwater. PFC loads near airports are associated with fire extinguishing foams and aviation fuel.

Es ist sehr schwierig, Böden, die mit PFC verunreinigt sind, zu sanieren. Einige PFC-Verbindungen können nur durch eine Hochtemperaturverbrennung zerstört und eine anschließende Abluftreinigung entsorgt werden. Darüber hinaus ist eine uneingeschränkte Verwertung von mit PFC belasteten Überschussböden, die beispielsweise bei größeren Baumaßnahmen anfallen, aufgrund behördlicher Auflagen nicht mehr gegeben. Außer einer thermischen Zerstörung der PFC kommt auch ein gesicherter Einbau in Monoablagerungen auf Abfallentsorgungsanlagen (Deponien) in Frage. Jegliche Sanierung ist jedoch technisch aufwändig und so teuer, dass die Grenze der Wirtschaftlichkeit weit überschritten ist.It is very difficult to remediate soils polluted with PFC. Some PFC connections can only be destroyed by a high-temperature combustion and a subsequent exhaust air purification can be disposed of. In addition, unrestricted utilization of surplus soil contaminated with PFC, which is caused, for example, by larger construction measures, is no longer possible due to regulatory requirements. In addition to a thermal destruction of the PFC also a secure installation in mono deposits on waste disposal facilities (landfills) comes into question. Any renovation, however, is technically complex and so expensive that the limit of economic efficiency is far exceeded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein mit PFC verunreinigter Boden effizient und kostengünstig aufbereitet und einer wirtschaftlich sinnvollen Verwendung zugeführt werden kann.The invention has for its object to provide a method by which a soil contaminated with PFC can be processed efficiently and inexpensively and fed to an economically meaningful use.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Boden zunächst auf eine Körnung zwischen 0 mm und 100 mm aufbereitet und anschließend unter oder nach Zugabe eines Bindemittels gemischt und dann als Baumaterial verwendet wird. Durch die Zugabe des Bindemittels werden die PFC im Boden immobilisiert, so dass er anschließend einem gesicherten Einsatz als Baustoff in technischen Bauwerken zugeführt werden kann.This object is achieved by a method having the features of claim 1. It is provided that the soil is first prepared to a grain size between 0 mm and 100 mm and then mixed with or after adding a binder and then used as a building material. By adding the binder, the PFC are immobilized in the soil, so that it can then be fed to a secure use as a building material in technical structures.

Der Begriff ”Boden” soll sowohl einen oberflächennahen Boden, eine Bodendeckschicht, Auffüllungen und auch Rückstände aus Aufbereitungsanlagen umfassen.The term "soil" shall include both a near-surface soil, a ground cover layer, fillings and residues from treatment plants.

Um das Transportrisiko zu minimieren, bietet es sich an, den verunreinigten Boden nahe der Anfallstelle aufzubereiten und vorzugweise auch ortsnah wieder als Baumaterial zu verwenden.In order to minimize the risk of transport, it is advisable to treat the contaminated soil near the point of origin and preferably to use it again as a building material locally.

Belastete PFC-haltige Böden werden zunächst auf eine Körnung zwischen 0 mm und 100 mm und vorzugsweise zwischen 0 mm und 60 mm mit üblichen Brecher- und Siebanlagen aufbereitet. Anschließend werden die Böden über einen Zwangsmischer (mixed in plant) unter oder nach Zugabe eines Bindemittels gemischt und dann als Baumaterial zum Einbau bereitgestellt.Contaminated PFC-containing soils are first prepared to a grain size between 0 mm and 100 mm, and preferably between 0 mm and 60 mm with conventional crushers and screens. Subsequently, the trays are mixed via a forced mixer (mixed in plant) with or after addition of a binder and then provided as a building material for installation.

Als Bindemittel wird vorzugsweise ein hydraulisches Bindemittel, beispielsweise Zement verwendet. Die Zusammensetzung des Bindemittels bzw. des Zements kann durch unterschiedliche Anteile von Hüttensand und/oder Flugasche und/oder Puzzolan und/oder Kalk verändert werden, um das einbindende Verhalten der Schadstoffe bzw. den Einsatzzweck des Mischprodukts zu optimieren.The binder used is preferably a hydraulic binder, for example cement. The composition of the binder or of the cement can be modified by different proportions of granulated blastfurnace and / or fly ash and / or pozzolan and / or lime in order to optimize the incorporating behavior of the pollutants or the intended use of the mixed product.

Vorzugsweise wird das Bindemittel in einem Anteil von 4 mas-% bis 12 mas-% bezogen auf die Masse des zu behandelnden Bodens zugemischt. Üblicherweise dürfte ein Anteil von 4 mas-% bis 8 mas-% bezogen auf die Masse des zu behandelnden Bodens ausreichen, je nach Schadstoffgehalt und Schadstoffzusammensetzung oder aufgrund besonderer bautechnischer Anforderungen des Mischprodukts kann das Bindemittel auch in einem Anteil von 8 mas-% bis 12 mas-% bezogen auf die Masse des zu behandelnden Bodens zugemischt werden.Preferably, the binder is mixed in a proportion of 4% by mass to 12% by mass, based on the mass of the soil to be treated. Usually, a proportion of 4% by mass to 8% by mass, based on the mass of the soil to be treated sufficient, depending on pollutant content and pollutant composition or due to special structural requirements of the mixed product, the binder may also in a proportion of 8% to 12% % by mass based on the mass of the soil to be treated.

Eine weitere Optimierung der Schadstoffeinbindung kann dadurch erreicht werden, dass dem Boden zusammen mit dem Bindemittel zumindest ein weiterer Zuschlagstoff zugegeben wird, bei dem es sich beispielsweise um Bentonit und/oder Tonmehle und/oder Aktivkohle und/oder Zeolith und/oder Wasserglas handeln kann.A further optimization of the pollutant binding can be achieved by adding to the soil together with the binder at least one further additive, which can be, for example, bentonite and / or clay flour and / or activated carbon and / or zeolite and / or water glass.

Die jeweilige Rezeptur des Bindemittels und gegebenenfalls der weiteren Zuschlagstoffe wird vor deren Zugabe in Abhängigkeit von der Bodenzusammensetzung und der jeweiligen Schadstoffkonzentration im Laborversuch in Versuchsreihen ermittelt.The respective formulation of the binder and, where appropriate, of the further additives is determined prior to their addition as a function of the soil composition and the respective pollutant concentration in the laboratory experiment in test series.

Der Erfolg der Schadstoffeinbindung bzw. der Immobilisierung der Schadstoffe wird anhand der wässrigen Elution von Prüfkörpern nachgewiesen. Hierzu werden die maßgeblichen Schadstoffgehalte analysiert und die ermittelten Konzentrationen einerseits mit den ursprünglichen Werten der unbehandelten Bodenproben und andererseits mit den Grenzwerten der Umweltgesetzgebung verglichen.The success of the pollutant incorporation or the immobilization of the pollutants is demonstrated by the aqueous elution of test specimens. For this purpose, the relevant pollutant contents are analyzed and the determined concentrations are compared on the one hand with the original values of the untreated soil samples and on the other hand with the limits of the environmental legislation.

Der in genannter Weise behandelte, verfestigte und immobilisierte Boden wird vorzugsweise vor Ort oder zumindest ortsnah in technischen Bauwerken wie beispielsweise Lärmschutzwällen, Fundationsschichten und/oder Dichtschichten einer Deponie, in einer Straßenbaumaßnahme oder im sonstigen Tief- und Landschaftsbau eingesetzt. Bei einem Flächeneinbau kann zusätzlich der Effekt der Sicherung des gefährdeten Grundwassers durch eine entsprechende Versiegelungswirkung (Eigendichtung des Immobilisats) erreicht werden.The treated in the manner described, solidified and immobilized soil is preferably used locally or at least locally in technical structures such as noise barriers, foundation layers and / or sealing layers of a landfill, in a road construction or other civil engineering and landscaping. In the case of a surface installation, the effect of securing the endangered groundwater can additionally be achieved by a corresponding sealing effect (self-sealing of the immobilizate).

Claims (11)

Verfahren zur Behandlung eines mit PFC (Poly Fluorierten Chemikalien) verunreinigten Bodens, insbesondere eines oberflächennahen Bodens oder einer Bodendeckschicht, wobei der Boden auf eine Körnung zwischen 0 mm und 100 mm aufbereitet und anschließend unter oder nach Zugabe eines Bindemittels gemischt und immobilisiert wird und dann als Baumaterial verwendet wird.Process for treating a soil contaminated with PFC (polyfluorinated chemicals), in particular a near-surface soil or a ground cover layer, wherein the soil is prepared to a grain size between 0 mm and 100 mm and then mixed and immobilized with or without the addition of a binder and then as Building material is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden auf eine Körnung zwischen 0 mm und 60 mm aufbereitet wird.A method according to claim 1, characterized in that the soil is processed to a grain size between 0 mm and 60 mm. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere Zement verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a hydraulic binder, in particular cement is used as the binder. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in einem Anteil von 4 mas-% bis 12 mas-% bezogen auf die Masse des zu behandelnden Bodens zugemischt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the binder is admixed in a proportion of 4% by mass to 12% by mass, based on the mass of the soil to be treated. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in einem Anteil von 4 mas-% bis 8 mas-% bezogen auf die Masse des zu behandelnden Bodens zugemischt wird.A method according to claim 4, characterized in that the binder is admixed in a proportion of 4% by mass to 8% by mass, based on the mass of the soil to be treated. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in einem Anteil von 8 mas-% bis 12 mas-% bezogen auf die Masse des zu behandelnden Bodens zugemischt wird.A method according to claim 5, characterized in that the binder is admixed in a proportion of 8% by mass to 12% by mass, based on the mass of the soil to be treated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptur und die Dosierung des Bindemittels vor dessen Zugabe in Abhängigkeit von der Bodenzusammensetzung und der Schadstoffkonzentration im Laborversuch ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the formulation and the dosage of the binder is determined before its addition depending on the soil composition and the pollutant concentration in the laboratory experiment. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel Anteile von Hüttensand und/oder Flugasche und/oder Puzzolan und/oder Kalk enthält.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the binder contains fractions of granulated blastfurnace and / or fly ash and / or pozzolan and / or lime. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Boden zusammen mit dem Bindemittel zumindest ein weiterer Zuschlagstoff zugegeben wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the soil together with the binder at least one further additive is added. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Zuschlagstoff Bentonit und/oder Tonmehl und/oder Aktivkohle und/oder Zeolith und/oder Wasserglas verwendet wird.A method according to claim 9, characterized in that bentonite and / or clay powder and / or activated carbon and / or zeolite and / or water glass is used as a further additive. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der behandelte Boden als Baumaterial in einem Lärmschutzwall, in einer Fundationsschicht und/oder Deckschicht einer Deponie, in einer Straßenbaumaßnahme oder im Tief- oder Landschaftsbau verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the treated soil is used as a building material in a noise barrier, in a foundation layer and / or top layer of a landfill, in a road construction or in civil engineering or landscaping.
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