DE19527006A1 - Verfahren zur Reinigung von mit anorganischen und/oder organischen Schadstoffen kontaminierten wässrigen Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von mit anorganischen und/oder organischen Schadstoffen kontami­ nierten wäßrigen Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Kontamination von Böden und Gewässern mit organischen Schadstoffen, beispielsweise Öl, Teer oder Phenole, und/oder mit anorganischen Schadstoffen stellt ein großes umwelttechnisches Problem dar. Besondere Probleme bereiten hierbei durch Havarien in Gewässer eingeleitete Schadstoffe und durch Lagerung in Deponien eingebrachte Schadstoffe mit flüssigen und/oder schlammigen Ablagerungen, sowie die un­ zureichende Ablagerungssicherheit der schlammigen Ablage­ rungen mit zu geringen Trockensubstanzgehalten, wie dies z. B. bei Klärschlämmen der Fall ist.

Um eine Verbreitung oder Einsickern der Schadstoffe in das Grundwasser zu vermeiden, sind entweder aufwendige Maß­ nahmen zur Reinigung der kontaminierten wäßrigen Flüssig­ keiten oder umfangreiche bautechnische Maßnahmen erforder­ lich, um die kontaminierten Flüssigkeiten abzuschotten bzw. es sind erhebliche Mehraufwendungen für die Ablagerung schwer entwässerbarer Schlämme, wie z. B. Klärschlämme, zur Erreichung einer Deponierung in kompaktierter Form mit er­ höhtem Trockensubstanzgehalt erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf möglichst einfache, wirksame und ko­ stengünstige Weise mit anorganischen und/oder organischen Schadstoffen kontaminierte wäßrige Flüssigkeiten gereinigt werden können und ein ablagerungs- bzw. anwendungsfähiges schadstoffeingebundenes Sediment bzw. Filtrat als Immobili­ sat mit Dichtbaustoffcharakter zur Verfügung gestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Er­ findung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die kontaminierte wäßrige Flüssigkeit mit einer eine Hohlkugelstruktur auf­ weisenden aktiven Flugasche mit einer Flugaschenmenge von 5-120%, bezogen auf die kontaminierte wäßrige Flüssig­ keit, eine vorbestimmte Zeit lang verrührt, wobei die Flugasche die folgenden Eigenschaften aufweist:

• a) die Flugasche enthält 80-100%, insbesondere 90% Kornanteil mit einem Durchmesser von unter 0,09 mm,
• b) der pH-Wert ist in wäßriger Lösung größer als 12,
• c) der CaO-Gehalt ist größer als 10 Masse-%,
• d) die spezifische Oberfläche ist größer als 2500 g/cm².

Die erfindungsgemäß verwendete Flugasche, die ein quellfä­ higes Verhalten aufweist, hat ein außerordentlich hohes Ad­ sorptionsvermögen von Feinstpartikeln in wäßriger Lösung sowie ein sehr gutes absorptives Einbindungsvermögen für derartige Feinstpartikel und Lösungsprodukte. Bei geringen Ausgangskontaminationen reicht erfindungsgemäß bereits eine Flugaschenmenge von 5-30%, bezogen auf die kontaminierte wäßrige Flüssigkeit, zur Erzielung eines ablagerungs- bzw. einbaufähigen Sedimentes bzw. Filtrates, während bei stär­ keren Kontaminationen bevorzugt eine Flugaschenmenge von 30-120% verwendet wird.

Durch den Rührvorgang wird die Flugasche mit der kontami­ nierten wäßrigen Flüssigkeit vermischt, wobei die Schadstoffe auf intensive Weise mit der Flugasche in Kon­ takt gebracht werden. Die Schadstoffe werden hierbei im al­ kalischen Milieu an die Flugasche gebunden und immobili­ siert.

Nach dem Rührvorgang, der vorzugsweise 0,5-4 Stunden lang durchgeführt wird, kann ein Sedimentationsvorgang oder ein Filtrationsvorgang vorgenommen werden, in denen das Über­ schußwasser vom Flugasche-Schadstoff-Gemisch getrennt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können kontaminierte wäßrige Flüssigkeiten auf sehr einfache, kostengünstige und effektive Weise von anorganischen und/oder organischen Schadstoffen gereinigt werden, indem die hohe Adsorptions- und Absorptionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Flugaschen­ zusammensetzung hinsichtlich organischer und anorganischer Schadstoffe ausgenutzt wird. Weiterhin ist Flugasche ein sehr kostengünstiges Reinigungsmittel, das insbesondere bei der Braunkohlenfeuerung als Abfallprodukt anfällt und als Abfall beseitigt werden müßte.

Die mit den Schadstoffen "angereicherte" und diese Schadstoffe immobilisierende Flugasche kann darüber hinaus nach dem Entfernen des gereinigten Überschußwassers pro­ blemlos verfestigt und beispielsweise für bauliche Zwecke geformt und eingesetzt werden. Das hohe Adsorptions- und Absorptionsvermögen der Flugasche für die Schadstoffe stellt dabei sicher, daß die Schadstoffe nicht wieder in die Umgebung abgegeben werden, sondern an der Flugasche ge­ bunden bleiben.

Eine besonders gute Reinigungswirkung kann erzielt werden, wenn das Verrühren bei einer Suspensionsdichte von kleiner als 1,5 g/cm³ durchgeführt wird.

Nach dem Verrühren kann ein Sedimentationsvorgang zum Sedi­ mentieren der Schadstoff-Flugaschenverbindung durchgeführt werden. Die mit den Schadstoffen versehene Flugasche setzt sich hierbei am Boden ab, während die gereinigte Flüssig­ keit, die als alkalisch-immobilisierende und schadstoff-fi­ xierende Flüssigkeit im basischen Bereich oberhalb des pH- Wertes 7 vorliegt, problemlos und "umweltneutral" beseitigt oder in nutzbringender Weise weiterverwendet werden kann.

Falls dies im Einzelfall erforderlich sein sollte, ist es ohne weiteres und ohne großen Aufwand möglich, die nach dem Sedimentationsvorgang verbleibende Flüssigkeit einem Nach­ reinigungsprozeß zu unterwerfen.

Das Sediment, d. h. die Schadstoff-Flugaschen-Verbindung, kann als schwindfrei erhärtender, umweltverträglicher Bau­ stoff, der eine langzeitsichere Schadstoffimmobilisierung, -einbindung und -fixierung gewährleistet, zur Anwendung ge­ langen und ggf. weiterverarbeitet werden.

Hierbei ist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform möglich, das Sediment durch Zugabe von Zement zu reaktivie­ ren, womit die Festigkeit und Dichtigkeit des Sediments ge­ steuert werden können. Das Verhältnis von Flugasche zu Ze­ ment ist hierbei vorteilhafterweise wesentlich größer als 1, d. h., daß im Vergleich zur Flugaschenmenge nur sehr ge­ ringe Zementmengen zugegeben werden müssen.

Alternativ zum Durchführen eines Sedimentationsvorgangs kann die sich durch das Verrühren der kontaminierten Flüs­ sigkeit mit der Flugasche ergebende dünnflüssige Suspension auch gefiltert werden, indem die Suspension auf einen Fil­ ter aufgebracht wird. Dieser Filter kann beispielsweise aus dem Erdboden bestehen, d. h. die Suspension wird nach dem Verrühren, ohne daß ein Absetzprozeß der Festbestandteile abgewartet wird, direkt auf den Boden aufgebracht. Die Flugasche bleibt hierbei zusammen mit den immobilisierten Schadstoffen an der Bodenoberfläche, während das gereinigte Überschußwasser durch den Boden hindurch absickert oder aber, je nach Bodenbeschaffenheit, an der Bodenoberfläche abläuft. Da, wie bereits ausgeführt, die Schadstoffe fest an der Flugasche gebunden bleiben, ist dies ohne Gefahr für die Umwelt möglich.

Auch dann, wenn auf einen Sedimentationsvorgang verzichtet wird, kann der homogenen dünnflüssigen Suspension insbeson­ dere am Ende des Rührvorgangs Zement zugegeben werden, um die Festigkeits- und Dichtigkeitseigenschaften der er­ härtenden Bestandteile nach dem Abfließen des Überschußwas­ sers zu steuern. Vorteilhafterweise ist auch hier wiederum das Verhältnis von Flugasche zu Zement sehr viel größer als 1.

Nach Entwässerung und eventueller Nachverdichtung kann das erhärtende Feststoffstabilisat beispielsweise als Dichtbau­ stoff für schwindfreie und fugenfreie Anwendungen, z. B. im Deponiebau oder als Filterpreßkuchenimmobilisat wie ein Bauschutt ohne Deponiestandsicherheitsprobleme genutzt bzw. abgelagert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt bei Klär- und Sickerwässern anwendbar, die eine hohe Schadstoffelutions­ rate hinsichtlich anorganischer und organischer Schadstoffe in Form von Feinstpartikeln und Lösungsprodukten mit einer unzureichenden alkalischen Bindung haben, wie dies bei­ spielsweise bei Deponiesickerwässern der Fall ist.

Das beschriebene Verfahren kann bei Flüssigaltlasten bevor­ zugt in situ dergestalt erfolgen, daß der wäßrigen Flüs­ sigaltlast Flugasche dergestalt eingemischt wird, daß eine homogene dünnflüssige, jedoch ständig dicker werdende Sus­ pension mit Enddichte kleiner 1,5 kg/l entsteht, wobei zur Verhinderung eines vorzeitigen sedimentativen Absetzens ein Rührprozeß bzw. Pumpenumwälzungsprozeß erfolgt (bei größe­ ren Flüssigaltlasten technisch bedingt auch größer 4 h) und vor Sedimentation in diesen Prozeß Zement als Aktivator zu­ gegeben werden kann. Unmittelbar nach Sedimentation kann das weitgehend gereinigte Wasser der ehemaligen Flüssigalt­ last abgezogen und gegebenenfalls nachgereinigt werden, wo­ bei anschließend das Sediment entweder als Baustoff aufge­ nommen wird (u. U. Neuaufmischung und Aktivierung mit Ze­ ment) oder als Dichtbaustoff auf der Sohle verbleibt (gleichzeitig in Kombination mit einer Sohlensanierung an­ wendbar).

Bei Verwendung zentraler ortsfester Abscheideanlagen kann das Verfahren unter Anwendung von Großrührwerken, z. B. Re­ chenrührwerken, zur Anwendung gelangen, wobei das gerei­ nigte Wasser und das Sediment für die Ableitung und Aufbe­ reitung der Nutzung separat abgesaugt werden können, bzw. als dünnflüssige Phase im Gemisch zur Filtration über ge­ sonderte Apparaturen (z. B. Filterpresse bei Klärschlämmen, wobei sich gereinigtes Wasser und ein verarbeitbarer, die Schadstoffe in sich bindender Filterkuchen als Baustoff, der noch gegebenenfalls mit Zement nachaktiviert werden muß, ergeben) oder über Boden abgegeben wird.

Bei mobiler Anlagentechnik sollte zur Kopplung von Aufbe­ reitung und Transport des zu nutzenden Stabilisates (nach Wasserabtrennung) bevorzugt die Anwendung der Betonmisch­ fahrzeuge mit Trommelinhalten von z. B. 6-, 7-, 9- oder 12 m³ erfolgen, in denen Flugasche und die zu reinigende wäß­ rige Flüssigkeit zudosiert werden und nach dem Rührprozeß mit oder ohne Zementaktivierung als dünnflüssiges Mischpro­ dukt zur Filtration über Apparaturen oder Boden bzw. als separate Phasen (Flüssigkeit nach Absaugung, Sediment) ab­ geführt bzw. weitergenutzt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reinigung von mit anorganischen und/oder organischen Schadstoffen kontaminierten wäßrigen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaminierte wäßrige Flüssigkeit mit einer eine Hohlkugelstruktur aufweisenden aktiven Flugasche mit einer Flugaschenmenge von 5-120%, bezogen auf die kontami­ nierte wäßrige Flüssigkeit, eine bestimmte Zeit lang ver­ rührt wird, wobei die Flugasche folgende Eigenschaften auf­ weist:

• a) die Flugasche enthält 80-100%, insbesondere 90% Kornanteil mit einem Durchmesser von unter 0,09 mm,
• b) der pH-Wert ist in wäßriger Lösung größer als 12,
• c) der CaO-Gehalt der Flugasche ist größer als 10 Masse-% und
• d) die spezifische Oberfläche ist größer als 2500 g/cm².

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verrühren bei einer Suspensionsdichte von kleiner als 1,5 g/cm³ durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Verrühren ein Sedimentationsvorgang zum Sedimentieren der Schadstoff-Flugaschen-Verbindung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Sedimentationsvorgang verbleibende Flüs­ sigkeit einem Nachreinigungsprozeß unterworfen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sediment durch Zugabe von Zement reakti­ viert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die sich durch das Verrühren der kontaminier­ ten Flüssigkeit mit der Flugasche ergebende dünnflüssige Suspension ohne Durchführung eines Sedimentationsvorgangs gefiltert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtrationsvorgang dadurch durchgeführt wird, daß die Suspension auf den Erdboden aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Suspension, insbesondere am Ende des Rührvorgangs, Zement zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Flugasche zu Zement sehr viel größer als 1 ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührvorgang 0,5-4 Stunden lang durchgeführt wird.