DE19643982A1

DE19643982A1 - Verfahren zum Entfernen von giftigen Schadstoffen aus festen Industrieabfällen

Info

Publication number: DE19643982A1
Application number: DE1996143982
Authority: DE
Inventors: Hans Prof Dr Wicht; Bernd Dipl Chem Klingbeil; Guenter Reiche
Original assignee: Vve Chemnitz GmbH
Current assignee: Vve Chemnitz GmbH
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1997-06-26

Description

Es ist bekannt, daß giftige Schadstoffe aus festen Industrieabfällen durch Ver festigungsmittel immobilisiert werden (EP 0423567-A2, Verfasser: Rösky-W., Deffner-D., Wolter-M.).

Weiterhin sind Verfahren bekannt, die feste mit Schadstoffen belastete Industrie abfälle mit Flugasche-Zement-Gemischen verfestigen und damit den Schadstoff verkapseln (EP 0369946-A1 - Zugriffsnummer M 90095199616).

Darüber hinaus kommen Verfahren zum Einsatz, bei denen schadstoffbelastete feste Industrieabfälle auf Abwasserbehandlungsanlagen entsorgt werden (DE 42 18 863-A1, A2: P 42 18863.6).

Ein nicht zu übersehender Entsorgungsanteil kommt der thermischen Behandlung fester mit Schadstoffen belasteter Industrieabfälle zu (Datenbank Maschinenbau, Verfasser: Padonvas, E., Hofbaür, H., Quelle: Zeitschriftenaufsatz, Chemie Inge nieur Technik, Band 65 (1993) Heft 6, S. 733-735).

Es ist ferner bekannt, daß feste Industrieabfälle vorübergehend bzw. unbegrenzt unter Tage eingelagert werden.

Diese Verfahren beruhen hauptsächlich auf der Grundlage physikalischer Effekte, wobei der toxisch wirkende Schadstoff durch Einbindung in das neue Stoffgemisch solange der Umwelt entzogen wird, bis dieser durch chemische oder mechanische Einflüsse aus seiner Ummantelung befreit wird. Diese Verfahrensweise der Entsorgung ist deshalb temporär.

Werden feste mit Schadstoffen kontaminierte Industrieabfälle auf Abwasserbehand lungsanlagen entsorgt, die nach einem festgelegten Programm, wie zum Beispiel Lösen, Schadstoffällung, Trennung des Reaktionsschlammes vom Eluat und Redu zierung des CSB Wertes, arbeiten, so bleiben nach den genannten Verfahrens schritten die mehrfache Menge Schlamm und Eluat übrig, die erneut einer Entsor gung zugeführt werden müssen.

Der im Anspruch 1 beschriebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Entgiftung schadstoffbelasteter fester Industrieabfälle durch Mischung mit festen konträren Industrieabfällen unter Zuführung einer Startlösung zu realisieren und erst nach der Umwandlung der toxisch wirkenden Stoffe in schadstoffreie Reaktionsge mische zu verfestigen und ohne die Bildung von Eluaten in den Industriekreislauf zurückzuführen.

Eine zwingende Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 7 dargestellt und wird in den nachfolgenden Ansprüchen 8 bis 16 konkretisiert. Demnach beginnen die chemischen Reaktionen zwischen den Giften der Vorlage und den konträren Stoffen der Zumischung nach der Zuführung der Startlösung. Diese leitet die Ionisie rung der Stoffe ein, übernimmt den An- und Abtransport der neu entstandenen chemischen Verbindungen, homogenisiert das Reaktionsgemisch, nimmt Einfluß auf den Wirkungsgrad und liefert dem Verfestigungsmittel das Wasser zur Aushärtung.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt der Entgiftung der Schadstoffe durch Eliminierung mit einem Lösungsmittel diese durch konträre chemische Verbindungen eines anderen festen Industrieabfalls entsorgt werden.

Es können mehrere, mit unteschiedlichen Schadstoffen kontaminierte feste Industrie abfälle durch Zumischung konträrer fester Industrieabfälle gleichzeitig in einem Ar beitsgang bearbeitet werden.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen in der Vereinfachung der Entsorgungstechnologie durch Reduzierung der Entsorgungsschritte, im hohen Stoffdurchsatz bei gleichzeitiger Verbesserung der Umweltqualität, Senkung des Chemikalien- und Wasserverbrauchs und Flexibilität des praktischen Einsatzes.

Eine Modelldarstellung und ein Ausführungsbeispiel sollen die Erfindung näher be schreiben.

Modelldarstellung

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß es sich beim Reaktionsgemisch nicht um einheitliche Elemente und Verbindungen, sondern ausnahmslos um hete rogene, mehrphasige, komplizierte Stoffgemische handelt, in denen die Giftstoffe unregelmäßig in den geometrisch komplizierten Gebilden, Spalten, Kanälen, zentra len Stoffbereichen und der Oberfläche verteilt sind.

Je mehr Reaktionsteilnehmer im Reaktionsgemisch vorliegen, desto komplizierter wird die Überschau- und Planbarkeit des Systems.

Zur vereinfachten "Stoffansprache" dient eine problemspezifische Nomenklatur in Form einer Matrix.

Ein Schadstoff im Entsorgungsgut (einfachster Entsorgungsanfall) = EV_fK₁, das bedeutet:
Einstoffvorlage (EV), f (fest), Kategorie 1
übertragen auf den chemisch-physikalischen Zustand entsteht folgender Zusammen hang

EV_fK₁/EV (fest)/+ x₁ (fest)//KS (fest) - x₁ (fest)//SL (flüssig)/
- x₁ (fest)//HSy₁ (fest)/LM (flüssig)// pHrM (fest)/LM (flüssig)//
VM_z1 (fest)/LM (flüssig)//

Abkürzungen

EV_fK₁ = Einstoffvorlage fest Kategorie 1
+ x₁ = Schadstoffart im Vorlagefeststoff
- x₁ = chemische Verbindung, die im konträren festen Industrieabfall zur chemischen Reaktion bereit steht
y₁ = chemische Verbindung zur gezielten Änderung der Oberflächen spannung
VM = Verfestigungsmittel
KS = konträrer Stoff
SL = Startlösung
HS = Hilfsstoff
pHrM = pH-Wert regulierende Mittel
LM = Lösungsmittel
K₁ = Kategorie/Schwierigkeitsgrad

Beispiel

EV_fK₁ (4 x₁ = Cr(VI), - x₁ = NaHSO₃)
Entsorgung eines mit Cr(VI) belasteten Bauschutts
Kontamination: 30 mg/kg Bauschutt
Zustand: homogene Masse, feinkörnig, d = 1 mm
Teilfüllung des Mischers: 150 kg Bauschutt
Konträrer Stoff: Preßschlamm kontaminiert mit NaHSO₃
Kontamination: 20 mg/kg Preßschlamm
Zustand: stichfest, kammerfiltergepreßt
Teilfüllung des Mischers: 150 kg Preßschlamm

Entsorgungsablauf

1. Füllung der Mischtrommel mit 150 kg Bauschutt
Gesamtkonzentration 4500 mg Cr(VI)
2. Füllung der Mischtrommel mit 150 kg Preßschlamm
Gesamtkonzentration 3000 mg NaHSO₃
3. Korrektur des konträren Stoffes durch Zugabe von 47,3 l Lösung der Konzen tration 36,6 g NaHSO₄/100 1 H₂O als Startlösung
4. Einstellen des pH-Wertes von 4-5 durch H₂SO₄
5. Stoffumsätze nach Gleichung 4 CrO₃ + 6 NaHSO₃ + 3 H₂SO₄ → 2Cr₂(SO₄) + 3 Na₂SO₄ + 6 H₂Odurch chemisch-physikalisch-mechanische Bearbeitung im Pflugscharmischer, Bearbeitungszeit ca. 20 min.
6. Zugabe von ca. 19,5 kg Ca(OH)₂ als Verfestigungsmittel und pH-Wertregu lator
7. Durchmischung des Gutes bis zur Konsistenz dick-pastös
8. Chemische Reaktionen Cr₂(SO₄)₃ + 3 Ca(OH)₂ → 2 Cr(OH)₃ + 3 CaSO₄
CaSO₄ + 2H₂O → CaSO₄ × 2H₂O
9. Entleeren des Mischers
10. Nachreaktion im Container bis zur Verfestigung
Löslichkeit der Finalprodukte: Cr(OH)₃: nicht wasserlöslich /1/
CaSO₄ × H₂O: 0,223 g/100 g H₂O (0°C) /1/
0,267 g/100 g H₂O (45°C)
/1/ Nikolski-Handbuch des Chemikers Bd. 2Die Zusammensetzung der Startlösung wurde berechnet und die Menge des Ver festigungsmittels experimentell ermittelt.

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von giftigen Schadstoffen in festen Industrieabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Schadstoffen kontaminierter fester Industrie abfall vorgelegt, dieser mit einem anderen festen Industrieabfall, der mit konträren Schadstoffen belastet ist, gemischt und in einem Spezialmischer nach Zuführung einer Startlösung in einem Arbeitsgang durch chemisch-physikalisch-mechanische Wirkungen entkontaminiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere feste Indus trieabfälle mit unterschiedlichen Schadstoffarten als Vorlage eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl der festen konträren Industrieabfälle nach der Art und Konzentration der in der Vor lage enthaltenen Kontaminationen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch chemische Reaktionen und physikalisch-mechanische Wirkungen neue schwer bzw. nicht mehr lösliche Reaktionsprodukte entstehen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstoffvor lage mit einer Schadstoffkonzentration von ca. 30 mg/kg in einer Mischzeit von 20 bis 30 Minuten 98-100% entkontaminiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das entstandene Re aktionsgemisch in den Industriekreislauf zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Inbetrieb nahme des Mischers eine für die jeweilige Charge charakteristische Startlösung zuge mischt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlösung aus dem Lösungsmittel Wasser besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Schad stoff : Konträrer Stoff 1 : 1,5 beträgt und durch die Startlösung ausgeglichen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlösung eine dosierte, den konträren Reaktionsstoffen entsprechende chemische Zusammen setzung hat.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Wasser nach Realisierung der Aufgaben gemäß Anspruch 12 bis 16 vom Ver festigungsmittel vollständig gebunden wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlösung das Feststoffgemisch homogenisiert.

13. Verfahren nach Anspruch 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlösung die Schadstoffe der Vorlage und der konträren Stoffe ionisiert.

14. Verfahren nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlösung zusammen mit der mechanischen Bewegung des Reaktionsgemisches die Voraus setzungen für das Zustandekommen und den Ablauf chemischer Reaktionen schafft.

15. Verfahren nach Anspruch 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlösung den An- und Abtransport der neu entstandenen chemischen Verbindungen übernimmt.

16. Verfahren nach Anspruch 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlösung die chemischen Reaktionen zwischen den Schadstoffen der Vorlage und den konträ ren Stoffen der Zumischung ergänzt und dadurch ein Stoffumsatz von ca. 100% er reicht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Charge nach Abschluß der chemisch-physikalisch-mechanischen Bearbeitung des Reaktions gemisches ein Stoffverfestiger zugemischt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Zuga be des Verfestigungsmittels ca. 130 g/kg Reaktionsgemisch beträgt.