DE19702740A1

DE19702740A1 - Verfahren zur in-situ Immobilisierung von Schadstoffen

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Publication number: DE19702740A1
Application number: DE1997102740
Authority: DE
Original assignee: IABG Industrieanlagen Betriebs GmbH
Current assignee: IABG Industrieanlagen Betriebs GmbH
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1998-07-30

Description

Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Abdichtung von Gruben wie z. B. ausgebeutete Braunkohle- oder Kiesgruben, die mit chemischen Abfallstoffen in verschiede ner Konsistenz befüllt worden sind. Die Abdichtung soll zwei Zwecken dienen: Zum einen soll verhindert werden, daß Schadstoffe, z. B. mit Regenwasser, in die grundwasserführen den Erdschichten unter dem Grubenboden eindringen können; zum anderen soll verhindert werden, daß die Grundwasserströme Schadstoffe aus dem Grubeninhalt oder aus den an grenzenden, bereits infiltrierten Bodenschichten auswaschen.

In den Fällen, in denen die Grubeninhalte weder ausgepumpt noch ausgebaggert werden können und eine mechanische Abdichtungssperre am Boden und Grubenwänden nicht ein bringbar ist, muß auf Hochdruckinjektionen abdichtender Stoffe zurückgegriffen werden. Derartige Injektionen sind im Tiefbau Stand der Technik, z. B. zur Stabilisierung von Funda menten, Dämmen und Deichen, aber auch in Einzelfällen bereits zur Abdichtung von Depo niesohlen, wobei in der Regel eingebrachter Flüssigbeton, aber auch andere silikatische Bin der oder organisch-chemische Polymere nach vollendetem Aushärten die gewünschte Ver festigung des Bauwerkes bzw. Bodens erzeugen.

Diese Verfahren lassen sich prinzipiell auch einsetzen, um in einer mit Chemieabfällen be füllten Grube eine abdichtende Sohle einzubringen. Nachteilig ist jedoch, daß sich die Vis kosität der einzubringenden selbsthärtenden Stoffe naturgemäß vom Anmischen an und bei der Injektion zunehmend erhöht und damit die erforderliche Penetration des Bodens zwangsläufig mindert, sowie daß das chemisch aggressive Potential der Schadstoffe un verändert erhalten bleibt und mit der Zeit die eingebrachte Grubensohle zersetzt, was dann erst über sekundäre Schadwirkungen feststellbar wäre.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 be reitzustellen, das es ermöglicht, die in der Grube befindlichen Schadstoffe gezielt als Reak tionspartner zur Erzeugung der Abdichtungssperre zu nutzen. Dieses Verfahren bietet ge genüber dem derzeitigen Stand der Technik mehrere Vorteile: Die zu injizierenden reaktions fähigen, aber gezielt nicht selbsthärtenden Stoffe limitieren nicht die Injektionsgeschwindig keit, sind bevorratbar und "suchen sich", den Boden penetrierend, die Schadstofffronten und -ausbreitungen, mit denen sie chemisch reagierend die Bodenbereiche abdichten. Im Be reich der Injektionen wird die chemische Aggressivität der Schadstoffe mit fortschreitender Penetration gleichzeitig beseitigt und damit die Gefährdung des Grundwassers lokal ver mindert bis beseitigt; die erzeugte abdichtende Substanz ist langzeitstabil; bei optimal den Schadstoffen angepaßten, zu injizierenden Reaktionsstoffen tritt ein weiterer positiver wirt schaftlicher Effekt dadurch ein, daß der zweite Reaktionspartner in den Grubeninhalten selbst vorhanden ist, d. h. kostenfrei genutzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht alternativ drei Realisierungen vor: erstens die Er zeugung einer abdichtenden Sperrschicht aus Reaktionsstoffen und Grubeninhalt am Boden und an den Seitenwänden der Grube und zweitens eine Umwandlung des Grubeninhaltes insgesamt zu einem chemisch stabilen, inaktiven Stoffgemisch und drittens, die inertisie rende Immobilisierung von mit Schadstoffen stark infiltrierten, auch tieferen Bodenschichten.

Das Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gliedert sich in mehrere Verfahrensschritte:

- Die vorbereitenden Verfahrensschritte dienen der Informationsbeschaffung: Es wird festgestellt, welche Schadstoffe mit welchen chemischen Eigenschaften in welchen Mengen und in welchen Konzentrationen in welcher örtlichen Verteilung in der Grube und/oder im Boden vorhanden sind. Dazu werden Probeinhalte mittels Probebohrun gen gemäß einer vorher festgelegten, möglichst einer bestehenden Datenlage ange paßten, räumlichen Matrix entnommen und chemisch analysiert. Die Ergebnisse werden PC-gestützt dreidimensional, unter Berücksichtigung der Grundwasserleiter, dargestellt und kartographiert.
- Der nächste Verfahrensschritt, zugleich der Kern des Verfahrens, besteht darin, für den vorgefundenen Schadstoff oder das vorgefundene Gemisch aus Schadstoffen und ggf. nutzbaren anderen Begleitstoffen, also für die Inhaltsstoffe den genau dar auf abgestimmten Reaktionsstoff oder dasjenige Gemisch von Reaktionsstoffen zu ermitteln, das durch die chemischen Reaktionen von Inhaltsstoffen und zuzusetzen den Reaktionsstoffen solche chemischen Substanzen bildet, die die Permeabilität für einsickernde Regenwässer oder die in den Bodenschichten vorhandenen Grundwas serströme verhindert. Zugleich wird durch die Auswahl des oder der Reaktionspartner die chemische Aggressivität der Schadstoffen im Wirkungsbereich der Injektionen ab gebaut bis neutralisiert.
(Dabei sind Salzgehalte gezogener Grundwässer auf die Reaktionen und die Stabilität der "gebildeten chemischen Substanzen" ebenfalls für die Rezeptur zu berücksichti gen: Die Salzkomponenten können zusätzlich stabilisierend genutzt werden oder ihre möglichen negativen Wirkungen müssen durch die Rezepturen kompensiert werden.)
- Die folgenden Verfahrensschritte beziehen sich auf das Einbringen des oder der Re aktionsstoffe. Dies geschieht in bekannter Technik durch (Hochdruck)-Injektionen oder Einspülungen. Die kartographierte Schadstoffverteilung nach Art, Menge und Konzentration liefert die Informationsbasis über die zu injizierenden Mengen der Re aktionsstoffe in der erforderlichen räumlichen Verteilung.

Da eine Erfolgskontrolle nur langfristig und nur durch Kontrolle von Sekundäreffekten mög lich ist, sieht das Verfahren einen vorgeschalteten Funktionsnachweis im Labor bzw. im Technikumsversuch vor. Bei letzterem handelt es sich um eine Nachbildung der Gruben- und/oder Bodensituation in verkleinertem Maßstab, vorzugsweise im Mengenbereich bis 100 m³. Diese Nachbildung enthält weitestgehend ungestörte Volumenelemente des Bodens in der Art und Weise, wie es dem zu sichernden/sanierenden Schadensfall entspricht. Es wer den die identifizierten Schadstoffe eingebracht, die Grundwassersituation nachgebildet, die Reaktionsstoffe injiziert und nach Ablauf ausreichender Reaktionszeiten wird die Permeabili tätsveränderung getestet und gemessen. Aus dem behandelten System werden repräsenta tive Probevolumenelemente entnommen, im physikalischen Modell der Einfluß von anströ mendem Grundwasser und von Sickerwasser auf Eluationsverhalten und Stabilität der Per meabilitätssperre untersucht und daraus die Langzeitstabilität prognostiziert.

Es ist selbstverständlich, daß die Zusammensetzung der Reaktionsstoffe entscheidend für den praktischen Erfolg des Verfahrens ist. Da es kontaminierte Gruben und Böden in großer Anzahl mit chemisch sehr unterschiedlichen Stoffinhalten gibt, kann die genaue Angabe der Art der Reaktionsstoffe nur fallspezifisch erfolgen. Deshalb soll das erfindungsgemäße Ver fahren anhand von drei typischen Beispielen dargestellt werden:

Beispiel 1

Rückstände aus Produktionen von CKW und aromatischen Sulfoverbindungen mit erheblichen Mengen flüssig-paströsen BTX, CKW, Schwefelsäure und Sulfaten. Bindemittelgemisch bestehend aus Löschkalk [Ca(OH)₂]-Suspension in Was serglaskonzentrat entsprechend den örtlichen Sulfat- und Säure-Konzentratio nen und Mengen.

Es bilden sich mit Gips [CaSo₄2H₂O] verfilzte, äußerst stabile, hochvernetzte Kieselgele, wobei die Säuregrade unter Neutralisation die Vernetzung bewir ken.

Beispiel 2

Rückstände aus Produktionen von Pflanzenschutzmitteln (PSM), Fluosilikaten und -Aluminaten, weitgehend bestehend aus BTX, aliphatischen und aromati schen Aminen, Phosphaten, Phosphorsäuren und Anteilen von anorganischen Fluoriden und Sulfaten.

Bindemittelgemisch wie Beispiel 1, aber statt Wasserglas Na-Siliconat.

Es bilden sich mit Calciumfluorid, Ca-Phosphaten und Gips durchsetzte hoch vernetzte Polyorganosiloxane, die darüber hinaus langfristig durch Ausbildung von Apatitstrukturen [Ca₅(PO₄)₃] noch höhere mechanische Stabilität erfah ren.

Beispiel 3

Rückstände aus Produktionen ähnlich 1. mit LCKW (Lösungsmittel CKW) Transportpfad ins Grundwasser.

Bindemittelgemisch wie in Beispiel 1 mit zusätzlichen Feinstanteilen metalli schen Eisenpulvers, ggf. auch noch mit Braunkohlenstaub in der Suspension.

In die Kieselgel-Gips-Verdichtung eindiffundierende LCKW werden durch Fe° dechloriert und entstehendes Fe-oxidhydrat(chloried) silikatverdichtend einge bunden. BK-Staub verdichtet stofflich zusätzlich, hat Adsorptionskapazität und regt mikrobielle Aktivität zum KW-Abbau an.

Claims

1. Verfahren zur in-situ Immobilisierung von Schadstoffen im Boden durch Einbringung von bindenden, die Permeabilität des Bodens für Flüssigkeiten verringernden Stoffen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Vermessen des kontaminierten Geländes.
- Bestimmen einer Matrix für die Lage, Dichte und Tiefe der Bohrstellen zur Probeentnahme.
- Entnahme der Proben sowie Analyse der Bodenzusammensetzung und des Schadstoffes nach Art und Konzentration.
- Kartierung der Schadstoffausbreitung, -tiefe und -konzentrationsverteilung.
- Bestimmen der Art des Reaktionsstoffes, der mit dem festgestellten Schad stoff eine Reaktion zur Erzeugung der Permeabilität in-situ eingeht.
- Bestimmen der Menge des Reaktionsstoffes zur Erzielung der optimalen Permeabilitätssperre unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit.
- Bestimmung der Verfülldrücke und Verfüllmengen des Reaktionsstoffes je In jektionsstelle und der optimalen Injektionstechnologie hinsichtlich Tiefe und Verteilung.
- Erzeugung der Permeabilitätssperre durch Einbringen des Reaktionsstoffes, wobei die reaktiven Eigenschaften der Schadstoffe als Verfestigungspotential gezielt genutzt werden.
- Überwachung und Erfolgskontrolle.

2. Verfahren gem. Oberbegriff Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß

- beim Vorliegen von mehreren Schadkomponenten eine darauf abgestimmte Mischung von Reaktionskomponenten eingesetzt wird.
- Die Menge der je Injektionsstelle eingebrachten Reaktionsstoffe und -kompo nenten auf die reaktionsfähige Menge des dort jeweils lokal festgestellten Schadstoffpotentials abgestimmt ist.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Art und Menge der einzusetzenden Reaktionsstoffe so ausgelegt ist, daß außer den reaktiven Eigenschaften der Schadstoffe auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Erdreiches/Bodens zur Bildung der Permeabilitäts sperre mit herangezogen werden.

4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Art und Menge der einzusetzenden Reaktionsstoffe so ausgelegt ist, daß

- originäre Inhaltsstoffe des Grundwassers zur Optimierung der Stabilität der Permeabilitätssperre einbezogen werden und
- durch Sickerwässer gegen die Permeabilitätssperre nachtransportierte Schadstoffe zur Verstärkung der Permeabilitätssperre genutzt werden.