DE19726373A1 - Recyclingverfahren für schadstoffbelastete Feststoffe durch Zugabe von Mischungen aus Tonmineralien und Kohle - Google Patents
Recyclingverfahren für schadstoffbelastete Feststoffe durch Zugabe von Mischungen aus Tonmineralien und KohleInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststoffrecycling entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Weltweit fallen große Mengen schadstoffbelasteter industrieller Feststoffe wie z. B.
Walzenzunder und Gießereisande sowie weitere schadstoffbelastete, feste Abfälle an
die derzeitig kosten intensiv deponiert oder verbrannt werden müssen. Auch auf
Altstandorten liegen schadstoffbelastete Feststoffe in großen Mengen vor. Nach
Schätzungen von Franzius 1991 und Thomé-Kozmiensky 1993 stehen allein in
Deutschland etwa 100 000 Flächen im Verdacht mit Schadstoffen belastet zu sein, ein
großer Teil dieser Flächen muß zur Abwehr von Gefahren für Mensch und Umwelt
saniert werden. Nach dem Stand der Technik werden belastete Böden auf Deponien
abgelagert oder durch Sicherungs- oder Dekontaminationsverfahren saniert. Im Falle
der Deponierung erfolgt lediglich eine Umlagerung des Bodens, der auf einem abge
dichteten Bereich wieder eingebaut wird, Sicherungsverfahren haben eine Unterbre
chung der Schadstoffausbreitungspfade am Standort selbst, Dekontaminationsverfah
ren eine Entfernung der Schadstoffe zum Ziel.
Da die Kosten für die Reinigung und Entsorgung schadstoffbelasteter Feststoffe sehr
hoch sind und z. B. bei der Sanierung belasteter Böden mit den bekannten Dekon
taminations- und Sicherheitsverfahren häufig die finanziellen Möglichkeiten der öffent
lichen oder privaten Sanierungspflichtigen übersteigen, herrscht ein großer Bedarf
nach kostengünstigen Behandlungs-, Reinigungs- und Recyclingverfahren.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines kostengünstigen Recyclingverfahrens
für schadstoffbelastete Feststoffe. Eine Voraussetzung für die Wiederverwendung
derartig behandelter Feststoffe ist eine irreversible Abnahme oder Zerstörung der
Schadstoffe.
Diese Aufgabe wird durch Untermischung spezieller Tonmineral/Kohlemischungen zu
belasteten, feuchten Feststoffen erfüllt.
Die Zugabe von Tonmineral/Kohlemischungen zu schadstoffbelasteten Feststoffen
bewirkt neben einer drastischen Verringerung der Wasserdurchlässigkeit eine adsorp
tive Bindung organischer und anorganischer Schadstoffe. Aufgrund der Eigenschaften
der Ausgangsmaterialien verschiebt sich nach Zugabe der Tonmine
ral/Kohlenmischung der pH-Wert, wodurch sich die Löslichkeit der meisten Schwerme
talle verringert. Neben diesen bekannten Eigenschaften der Einzelsubstanzen treten
überraschenderweise weitere Effekte auf, die für das Feststoffrecycling wesentlich
sind. Nach der Untermischung von Tonmineral/Kohlemischungen z. B. zu organisch
belasteten Böden verringert sich nicht nur die Schadstoffkonzentration in wäßrigen
Eluaten durch adsorptive Prozesse, vielmehr ist eine deutliche Abnahme der Schad
stoffkonzentration im Boden (z. B. von PAK) selbst zu beobachten. Durch erschöp
fende Extraktion der belasteten Böden mit kochendem Toluol kann diese Verringerung
der Schadstoffkonzentration im Boden mit zunehmender Kontaktzeit aufgezeigt wer
den. Biologische Effekte die diese Schadstoffabnahme bedingen könnten, werden
durch begleitende Kontrolluntersuchungen mit "vergifteten" Proben (Zugabe von
HgCl2 und Cyaniden) ausgeschlossen.
Über die Ursache der Abnahme der Konzentration organischer Schadstoffe mit
zunehmender Kontaktzeit unter Ausschluß biologischer Abbauprozesse kann ohne
weitere Untersuchungen nur spekuliert werden. Eine denkbare Erklärungen wäre eine
katalytische Wirkung, die durch die Zugabe der beiden Einzelkomponenten Kohle und
Tonmineralien auftritt. Für diese Vermutung spricht die hohe, aber chemisch sehr
unterschiedliche Oberfläche und Oberflächenstruktur beider Einzelkomponenten.
Diese könnte eine Zersetzung oder aber auch eine Polymerisation und damit eine
Umwandlung der organischen Schadstoffe im Boden bewirken. Prinzipiell ist ebenfalls
denkbar, daß die reaktiven Oberflächen der zum Boden zugegebenen Einzelkompo
nenten Ton und Kohle oder sonstige synergistische Effekte dieser Mischung die
bislang nicht bekannt sind, eine irreversible Einbindung der Schadstoffe in der Matrix
einer der beiden Einzelkomponenten bewirkt, die nicht durch adsorptive Effekte erklärt
werden kann. Die ursprünglichen Schadstoffe oder molekulare Bruchstücke würden
damit quasi auf molekularer Ebene ein integraler Bestandteil der Feststoffmatrix einer
oder beider Einzelkomponenten.
Auch gegenüber anorganischen Schadstoffen weisen Mischungen aus Ton und Aktiv
kohle Eigenschaften auf, die über die Eigenschaften der Einzelkomponenten hinaus
gehen aber für ein Bodenrecycling vorteilhaft sind. Durch bislang nicht aufgeklärte,
synergistische Wirkungen verfügen derartige Mischungen über eine Adsorptions
kapazität z. B. für Schwermetalle, die über die Summe der Adsorptionskapazitäten der
Ausgangsmaterialien deutlich hinausgeht. Dadurch ist auch ein Recycling organisch
belasteter Feststoffe, die als Begleitkontamination mit Schwermetallen belastet sind
prinzipiell möglich.
Zur Herstellung der Tonmineral/Kohlemischungen werden verfahrensgemäß Tonmine
rale mit pulverisierten Kohlen versetzt und intensiv vermischt oder grobkörnige Kohlen
zusammen mit Tonmineralien vermahlen so daß homogene Mischungen aus beiden
Einzelkomponenten entstehen. Diese Mischungen können einen Kohlenstoffgehalt
von 1 bis 50 Gew.-% haben, vorzugsweise zwischen 1 und 20 Gew.-%. Die Zugabe
der Mischungen zu den belasteten Feststoffen erfolgt vorzugsweise in einer Konzen
tration zwischen 1 und 40% durch bekannte Mischverfahren wie Zwangsmischen,
durch Einfräsen oder mittels Injektionsverfahren. Eine weitere Möglichkeit der Zugabe
der Tonmineral/Kohlemischung ist die Zugabe der isolierten Einzelkomponenten z. B.
während des Brechens der Feststoffe. Die Art des Zugabeverfahrens ist für die
Wirkung nicht maßgeblich.
Aufgrund des Reinigungseffektes, dessen Ursache bislang noch nicht geklärt ist,
können die behandelten Feststoffe wieder verwendet werden. Positiv für die Wieder
verwertung sind neben der verfahrensgemäßen Reduktion organischer Schadstoffe
die guten Abdichtungseigenschaften sowie das hohe Adsorptionsvermögen für orga
nische und anorganische Verbindungen, bei gleichzeitig guter Stabilität gegenüber
pH-Einflüssen.
Erfindungsgemäß können alle Tone, Kohlen und Kokse verwendet werden. Ein bevor
zugtes Tonmineral ist aufgrund seiner Quelleigenschaften und seiner aktiven Oberflä
che Kalziumbentonit, das im wesentlichen aus einem hydratisierbaren Montmorillonit-
Ton mit Kalzium als vorherrschendem Austauschion besteht. Bevorzugte Kohlen sind
Steinkohleaktivkohle und Braunkohlenkokse, die über eine hohe spezifische Oberflä
chen verfügen. Prinzipiell können aber auch andere Tonmineralien und Kohlen
verwendet werden, die einen Abbau organischer Schadstoffe im Boden bewirken. Die
bevorzugte Korngröße der Tonmineral/Kohlemischungen liegt zwischen 0,001 mm
und 5 mm.
Auf einem Hüttenstandort wurden in der Vergangenheit zur Nivellierung der Gelände
oberkante Schlacken und sonstige produktionsspezifische Feststoffe sowie Bauschutt
eingesetzt. Nach Stillegung der Produktion zeigten Analysen, daß die als Anschüt
tungsmaterialien genutzten industriellen Reststoffe mit polyzyklischen aromatischen
Kohlenwasserstoffen (PAK) belastet sind, von denen eine Gefährdung für die
Umwelt ausgeht. Das Anschüttungsmaterial ist als Schlacken heterogener Zusam
mensetzung charakterisiert und hinsichtlich der Korngrößenverteilung als grobkiesig
einzustufen. 70 Gew.-% der Feststoffpartikel weisen einen Partikeldurchmesser von
20-60 mm auf. Der Wassergehalt des Feststoffmaterials wurde zu 15 Gew.-%
bestimmt.
Zur Homogenisierung wurde das heterogene Anschüttungsmaterial zunächst auf eine
Korngröße kleiner 32 mm gebrochen, anschließend wurden, bezogen auf die trocke
nen Feststoffe 10 Gew.-% Tonmineral/Kohlemischungen bestehend aus unterschied
lichen Mischungen von Kalziumbentonit und Aktivkohlen untergemischt.
Zum Nachweis der Verfahrenswirksamkeit wurden mit den behandelten Proben die
nachfolgend aufgeführten Untersuchungen aufgeführt:
Zu den gebrochenen Feststoffen wurden Kalziumbentonit und Steinkohleaktivkohle bzw. Braunkohleaktivkoks zugegeben, die Massenverhältnisse der Mischungen betru gen bezogen auf die Trockensubstanz 90/9/1 (Feststoff/Kalziumbentonit/Kohle). Nach Einstellung des Wassergehaltes auf 20 Gew.-% wurden die Massen innig miteinander vermischt. Zur Vermeidung photochemischer Abbauprozesse wurden die Versuchs ansätze in braune Glasgefäße (250 ml) gefüllt. Zum Ausschluß mikrobiologischer Abbauprozesse wurde zusätzlich Quecksilberchlorid (0,2 Gew.-% HgCl2) unterge mischt und die Proben vor dem Verschließen der Gläser mit Stickstoff überschichtet. Die Gläser wurden gekühlt bei 4°C und dunkel gelagert. Die Schadstoffbelastung der Mischungen wurde analytisch nach Trocknung der Mischungen im Trockenschrank (24 Stunden bei 50°C) und Extraktion der organischen Schadstoffe mit Toluol (Soxleth-Extraktion) zu Versuchsbeginn, nach 3, 6 und 8 Monaten ermittelt. Als Kontrolle wurde bei jeder Probennahme eine vergiftete und gleichlang gelagerte Probe des gebrochenen Ausgangsmaterials analysiert.
Zu den gebrochenen Feststoffen wurden Kalziumbentonit und Steinkohleaktivkohle bzw. Braunkohleaktivkoks zugegeben, die Massenverhältnisse der Mischungen betru gen bezogen auf die Trockensubstanz 90/9/1 (Feststoff/Kalziumbentonit/Kohle). Nach Einstellung des Wassergehaltes auf 20 Gew.-% wurden die Massen innig miteinander vermischt. Zur Vermeidung photochemischer Abbauprozesse wurden die Versuchs ansätze in braune Glasgefäße (250 ml) gefüllt. Zum Ausschluß mikrobiologischer Abbauprozesse wurde zusätzlich Quecksilberchlorid (0,2 Gew.-% HgCl2) unterge mischt und die Proben vor dem Verschließen der Gläser mit Stickstoff überschichtet. Die Gläser wurden gekühlt bei 4°C und dunkel gelagert. Die Schadstoffbelastung der Mischungen wurde analytisch nach Trocknung der Mischungen im Trockenschrank (24 Stunden bei 50°C) und Extraktion der organischen Schadstoffe mit Toluol (Soxleth-Extraktion) zu Versuchsbeginn, nach 3, 6 und 8 Monaten ermittelt. Als Kontrolle wurde bei jeder Probennahme eine vergiftete und gleichlang gelagerte Probe des gebrochenen Ausgangsmaterials analysiert.
Abb. 1 zeigt den Schadstoffverlauf in den 3 parallelen Versuchsansätzen. Die
unterschiedlichen Ausgangsbelastungen beim vergifteten Orginalboden und bei den
mit Tonmineral/Kohlemischungen behandelten Versuchsansätzen beruht im wesentli
chen auf die Verdünnung durch Zugabe der Tonmineral/Kohlemischung zum belaste
ten Boden. Die Abbildung zeigt, daß durch Untermischung von Tonmine
ral/Kohlemischungen eine von der Behandlungszeit abhängige deutliche Abnahme der
Schadstoffkonzentration erfolgt.
Claims (9)
1. Verfahren zum Recycling schadstoffbelasteter Feststoffe,
dadurch gekennzeichnet, daß den Feststoffen als Zuschlagsstoffe katalytisch
wirkende Mischungen aus Tonmineralien und Kohlen zugegeben werden, die
eine Schadstoffabnahme bewirken
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß als Tonmineralien Bentonite und als Kohlen
Aktivkohlen und -kokse sowie Braun- oder Steinkohlen verwendet werden
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung und die Mengen der
Zuschlagstoffe auf die Schadstoffarten und -konzentrationen, mit denen die
Feststoffe belastet sind angepaßt werden
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Zugabemischungen
auch auf weitere feststoffphysikalische Parameter, wie Wassergehalt,
Adsorptionskapazität und Durchlässigkeit abgestimmt wird
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Tonmineral/Kohlemischung mit
konventionellen Feststoffbehandlungsverfahren (z. B. mechanischen,
biologischen und thermischen) kombiniert wird
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die behandelten Feststoffe schadstoffbelastete
Böden, industrielle Reststoffe oder Abfälle sind, die mit Schadstoffen belastet
sind
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die behandelten Feststoffe als Oberflächen
abdeckung oder -abdichtung, als Baugrund oder für die Rekultivierung von
Deponien am Herkunftsort oder anderweitig verwendet werden
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch Zugabe von Zuschlagsstoffen
behandelten Feststoffe bereits wiederverwendet werden, während der
Reinigungsprozeß noch nicht abgeschlossen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Boden andere katalytisch wirkende
Zuschlagsstoffe als Tonmineralien wie Platinkatalysatoren, elementares Eisen
etc. zugegeben werden
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|---|---|---|---|
| DE1997126373 DE19726373A1 (de) | 1997-06-21 | 1997-06-21 | Recyclingverfahren für schadstoffbelastete Feststoffe durch Zugabe von Mischungen aus Tonmineralien und Kohle |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE19726373A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108046317A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-18 | 武汉纺织大学 | 可提高纳米材料活性的靶向微波预处理方法及纳米材料 |
-
1997
- 1997-06-21 DE DE1997126373 patent/DE19726373A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN108046317B (zh) * | 2017-11-30 | 2020-01-17 | 武汉纺织大学 | 可提高纳米材料活性的靶向微波预处理方法及纳米材料 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |