DE10229715A1

DE10229715A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von mit organischen Schadstoffen belasteten Materialien

Info

Publication number: DE10229715A1
Application number: DE2002129715
Authority: DE
Inventors: Kurt Lhotzky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-01-15

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von mit organischen Schadstoffen belasteten Materialien dienen insbesondere zur Zerstörung von Kontaminationen aus polychlorierten Dibenzodioxinen und polychlorierten Dibenzofuranen. Die belasteten Materialien werden zunächst gemahlen oder gebrochen. Die entstehenden Materialpartikel werden einer Zufuhr freier Sauerstoffradikale ausgesetzt und zersetzen sich dabei vollständig.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von mit organischen Schadstoffen belasteten Materialien.
Die Aufbereitung problematischer Materialien wird zunehmend relevant und die Ansprüche an solche Aufbereitungen beziehungsweise Schadstoffbeseitigungen nehmen ständig zu. Ein häufig auftretender Problembereich sind beispielsweise Baumaterialien, die beim Rückbau oder Abriss von Bauten entsorgt werden müssen, aber im Laufe ihrer Lebensdauer mit bestimmten problematischen Schadstoffen mehr oder weniger intensiv beaufschlagt worden sind.
Dabei geht es vor allem um organische Schadstoffe, etwa polyaromatische Kohlenwasserstoffe und insbesondere um polychlorierte Dibenzodioxine (PCDD) und polychlorierte Dibenzofurane (PCDF). Diese organischen, nicht biologisch abbaubaren Schadstoffe sind toxisch und können nicht ohne weiteres in Deponien gelagert werden und müssen daher bisher ausgesprochen kostenintensiv, beispielsweise in Untertagedeponien, untergebracht werden. Da polychlorierte Dibenzodioxine und polychlorierte Dibenzofurane in früherer Zeit häufiger entstanden sind, gibt es jedoch durchaus größere Mengen dieses entsprechend kontaminierten Materials.
Versuche zur Beseitigung gerade dieser Schadstoffe sind auch schon unternommen worden. So wird von Eberhard Gock, Matthias Opel, Johannes Mayer, „Mechanical Activation of PCCD/PCDF-Containing Material", in einem undatierten Manuskript vorgeschlagen, mit Exzenter-Schwingmühlen (exzentrischen Vibrationsmühlen) die Materialien zu zermahlen. Nach mehrstündigem und mit hoher Energie geführten Mahlverfahren stellte sich heraus, dass tatsächlich eine erhebliche Reduktion gerade dieser beiden Schadstofftypen in dem Material eingetreten ist.
Problematisch ist noch der extrem hohe Energieaufwand für den Betrieb der Vibrationsmühle und die lange Zeitdauer, über die die Energiezufuhr aufrecht erhalten werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein alternatives Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Schadstoffen belasteten Materialien vorzuschlagen, das gerade mit diesen beiden Schadstofftypen mit weniger Aufwand durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die belasteten Materialien zunächst mit einem mechanischen Verfahren gebrochen und/oder gemahlt werden, dann aber anschließend in einer Kammer mit freien Sauerstoffradikalen in Verbindung gebracht werden.
Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, dass durch diese Kombination aus zwei Schritten eine effektive Zerstörung der Kontamination aus PCDD und PCDF und aus anderen Materialien erfolgen kann. Durch das Brechen und Mahlen wird das Baumaterial, beispielsweise kontaminierte Ziegelsteine, so verteilt, dass es anschließend zugeführten Sauerstoffradikalen gelingt, eine relativ rasche und vollständige Zerstörung und Zersetzung der Kontamination zu erreichen.
Der erstgenannte Schritt muss nun nicht über mehrere Stunden, wie im Stand der Technik, vorgenommen werden, sondern es genügt, einen Mahl- oder Brechprozess über einen relativ kurzen Zeitraum vorzunehmen. Nach dem Verteilen der Materialbruchstücke kann dann bevorzugt sofort, gegebenenfalls aber auch mit Zeitabstand die Zufuhr der Sauerstoffradikalen erfolgen.
Der Mahlprozess selbst sorgt bereits für eine erste Reaktion der Kontaminationen unter einander. Dies dürfte vermutlich auch der Grund dafür sein, warum im Stand der Technik ein mechanischer Mahlprozess zu einer Reduktion von Kontaminationen führt, nämlich aufgrund von chemischen Reaktionen, die durch die erhebliche Energiezufuhr und die damit verbundene Wärmeerzeugung entstehen.
Der Brech- und Mahlprozess wird bevorzugt auch mit einer Exzenterschwingmühle vorgenommen, die sich als besonders effektiv für den Mahlprozess herausgestellt hat. Bevorzugt findet auch eine Homogenisierung der belasteten Materialien statt, da dieses die Effektivität der anschließenden Reaktion begünstigt.
Für die Erzeugung beziehungsweise Zufuhr der Sauerstoffradikale gibt es mehrere bevorzugte Alternativen.
Eine bevorzugte Alternative besteht darin, dass in der Nachbarschaft der gemahlenen und gebrochenen und insbesondere homogenisierten Materialpartikel Ozon zugeführt wird. Das Ozon lässt rasch die benötigten freien Sauerstoffradikale entstehen und zerstört dadurch die Kontamination aus polychlorierten Dibenzodioxinen und polychlorierten Dibenzofuranen.
Dies gelingt insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die gemahlenen Materialpartikel mit einem Gas, etwa mit Luft, in eine beispielsweise rohrförmige Kammer eingeblasen werden und die Materialpartikel dann in dieser Kammer in einer Wirbelschicht gehalten werden. Dies erhöht die Zugänglichkeit der einzelnen Materialpartikel für das Ozon.
In einer weiteren Alternative wird ebenfalls eine Wirbelschicht in einer Kammer mit den belasteten Materialpartikeln erzeugt und dann durch Energieeinleitung ein Plasma gezündet, beispielsweise mittels Mikrowellen oder Hochfrequenz. Derartige sogenannte Plasma-Wirbelschichtanlagen sind bekannt und beispielsweise in einem Prospekt des Institutes für Niedertemperatur-Plasmaphysik e. V. Greifswald März 2002 mit dem Titel „Durchgewirbelt: Pulverbeschichtung im Plasma ist Grundlage für neue Materialien" vorgeschlagen worden. Dort dienen diese Anlagen allerdings zu anderen Zwecken.
Eine dritte Alternative besteht darin, dass die belasteten Materialpartikel in einer Kammer in Wasser dispergiert werden und in der entstehenden Suspension aus Wasser und darin dispergiertem Material eine Hochspannungsspannungselektrolyse stattfindet, durch die für eine vorbestimmte Zeit ein Plasma aufrecht erhalten wird.
Es wird gewissermaßen im Wasser ein Plasma erzeugt, dass aus den Wassermolekühlen sofort kurzfristig freie Sauerstoffradikale erzeugt, die die beabsichtigte Reaktion mit den Kontaminationen durchführt.
Diese Variante wird bevorzugt in einer Kammer in einem Behälter mit einem Rührwerk vorgenommen, dass für die gleichmäßige Dispersion der Materialpartikel und auch für entsprechende Temperaturvergleichmäßigung sorgt.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Schadstoffen belasteten Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass die belasteten Materialien zunächst mit einem mechanischen Verfahren gebrochen und/oder gemahlen werden, und dass den gebrochenen und/oder gemahlenen Materialpartikeln freie Sauerstoffradikale zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die belasteten Materialien in einer Exzenterschwingmühle gemahlen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialpartikel homogenisiert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der freien Sauerstoffradikale dadurch erfolgt, dass nach dem Mahl- oder Brechvorgang die Materialpartikel mit einem Gas in eine Kammer eingeblasen werden, die Materialien in der Kammer in einer Wirbelschicht gehalten werden, und Ozon zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas, mit dem die Materialpartikel in die Kammer eingeblasen werden, Luft- oder Sauerstoffgas ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer rohrförmig ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Mahl- oder Brechvorgang die Materialpartikel mit einem sauerstoffhaltigen Gas in eine Kammer geführt werden und dort eine Energieeinleitung vorgenommen und ein Plasma gezündet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinleitung mittels Mikrowellen oder Hochfrequenz erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Mahl- oder Brechvorgang die Materialpartikel in einer Kammer in Wasser dispergiert werden und dann in der Suspension aus Wasser und darin dispergierten Materialpartikeln eine Hochspannungselektrolyse stattfindet und ein Plasma erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Hochspannungsanalyse die Suspension gerührt wird.
Vorrichtung zur Aufbereitung von mit organischen Schadstoffen belasteten Materialien zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mahl- oder Brechvorrichtung und eine Anordnung zum Zuführen von Sauerstoffradikalen zu den gemahlenen oder gebrochenen Materialpartikeln vorgesehen ist.